KR101374979B1 - 라디에이터의 제조방법 - Google Patents

Abstract

라디에이터를 제조할 때 비용 및 시간을 절감할 수 있는 제조방법을 개시한다. 개시된 라디에이터 제조방법은 다수의 에어유닛과, 다수의 냉각유닛을 상호 적층하도록 조립하여 라디에이터 코어를 만들고, 라디에이터 코어에 상,하부탱크를 각각 결합하고, 상,하부탱크가 결합된 라디에이터 코어를 포함하는 라디에이터 조립품을 브레이징로에 넣어 가열시켜 상,하부탱크와 라디에이터 코어를 접합하는 것을 포함한다.

Description

라디에이터의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING THE RADIATOR}

본 발명은 차량의 구동을 위해 마련되는 냉각수를 냉각시키는 라디에이터의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 라디에이터 코어와 상,하부탱크 사이의 접합을 적은 비용과 빠른 시간 내에 수행할 수 있는 라디에이터의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 선박 또는 자동차 등의 엔진을 구동함에 있어, 연소실 안의 연소가스의 온도는 2000℃ 이상에 이르고, 이 온도의 상당한 양이 실린더, 실린더 헤드, 피스톤, 밸브 등에 전도된다.

이러한 부분의 온도가 과도하게 높아지면 부품 재료의 강도가 저하되어 고장이 생기거나 수명이 단축되고, 연소상태가 나빠져 노킹이나 조기 점화가 발생하며 그 결과 엔진의 출력이 저하된다.

또, 냉각이 불완전한 상태에서는 실린더 벽의 유막이 끊기는 등의 윤활기능의 저하와 냉각수의 변질 등으로 이상마모, 눌러 붙는 등 고장의 원인이 된다. 반대로 지나치게 냉각되면 연소에서 발생한 열량 가운데 냉각으로 손실되는 열량이 크기 때문에, 엔진의 열효율이 낮아지고 연료 소비량의 증가하는 등의 문제가 생기므로 엔진의 온도를 알맞게 유지해주어야 한다. 이와 같이 엔진을 통과하며 가열된 냉각수의 온도를 적정한 수준으로 냉각시키는 장치가 라디에이터이다.

이러한 라디에이터는 냉각수가 유입되는 유입구가 형성된 상부탱크와, 배수구가 형성된 하부탱크와, 상부탱크로부터 유입된 냉각수를 이 냉각수와 직교 유동하는 외부공기에 의해 냉각시키는 라디에이터 코어를 포함하여 구성된다.

한편, 종래의 라디에이터는 가장 먼저 라디에이터 코어의 각 구성을 조립하여 브레이징 용접을 통해 완성한 후 이 라디에이터 코어에 상,하부탱크를 접합하고, 상,하부탱크에 냉각수를 공급하고 배출시키기 위한 파이프 등을 접합하는 과정을 개별적으로 작업하여 제조된다.

이때, 상기의 과정에서 각 탱크와 라디에이터 사이의 접합 및 각 탱크에 파이프의 접합은 통상 TIG(Tungsten Inert Gas)용접을 통해 이루어진다. 여기서, TIG용접은 텅스텐봉을 전극으로 하는 토치(Touch) 내에서 아르곤(Ar) 또는 헬륨(He) 등 불활성가스로 아크 및 용융부를 차폐하여 대기중의 산소, 질소의 침입을 차단하면서 모재와의 사이에 아크를 발생시켜 그 열로 모재 및 용가재를 녹여서 용접하는 방법이다.

상기의 TIG용접은 용접 입열의 조정이 용이하기 때문에 박판 용접에 매우 좋은 장점을 가지므로, 특히 라디에이터 코어에 상,하부탱크를 접합하는 데에 주로 사용된다.

그러나, TIG용접을 통해 라디에이터 코어와 상,하부탱크를 접합하는 것은 이 TIG용접이 다른 용접방법과 비교할 때 상대적으로 용접속도가 느릴 뿐더러 많은 비용이 소요되는 단점을 갖는다.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 비용을 절감하면서도 빠른 시간 내에 라디에이터를 제조할 수 있는 제조방법을 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하는 본 발명의 상부탱크; 상기 상부탱크와 이격 설치되는 하부탱크; 상기 상,하부탱크의 사이에 배치되는 한 쌍의 헤더와, 상기 한 쌍의 헤더의 사이에서 외부공기와 냉각수가 서로 직교 유동할 수 있도록 상호 적층되어 구성되는 라디에이터 코어;를 포함하는 라디에이터의 제조방법은,

(a) 한 쌍의 튜브 플레이트와, 상기 한 쌍의 튜브 플레이트의 사이에 배치되는 냉각핀과, 상기 냉각핀의 전,후방에 각각 배치되는 튜브바를 포함하는 다수의 냉각유닛과,

상기 각 냉각유닛의 양측에 배치되며, 에어핀과, 상기 에어핀의 상방과 하방에 배치되는 헤드바를 포함하는 다수의 에어유닛을

조립하여 라디에이터 코어를 만들고,

(b) 상기 라디에이터 코어에 상기 상,하부탱크를 각각 결합하고,

(c) 상기 상,하부탱크가 결합된 상기 라디에이터 코어를 포함하는 라디에이터 조립품을 브레이징로에 넣어 가열시켜 상기 상,하부탱크와 상기 라디에이터 코어를 접합하는 것을 포함하되,

상기 상,하부탱크는 그 단부가 외측방향으로 절곡된 제1연장부와, 상기 제1연장부로부터 상기 라디에이터 코어 측으로 연장된 제2연장부가 형성되고,

상기 (b)과정은, 상기 제1연장부가 상기 라디에이터 코어의 헤드바와 튜브바의 상단부 또는 하단부에 안착되고, 상기 제2연장부가 상기 라디에이터 코어의 헤드바와 튜브바의 전면 및 후면을 감싸도록 마련된 것을 특징으로 한다.

상기 (c)과정은, 상기 상,하부탱크와 상기 헤드바와 튜브바는 적어도 상호 접합되는 접합면이 클래드 알루미늄으로 이루어져 상기 라디에이터 조립품을 상기 브레이징로에 넣어 가열시키는 과정에서 상기 접합면이 녹아 필릿이 생성될 수 있도록 상호 접합되는 것을 특징으로 한다.

상기 (b)과정 후에는 상기 상,하부탱크에 냉각수의 유입 및 배수를 위한 파이프를 결합하는 것을 더 포함하고,

상기 상,하부탱크에 결합된 파이프는 상기 (c)과정에서 접합되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 라디에이터 제조방법은, 라디에이터 코어와 상,하부탱크의 접합 시 브레이징 용접을 이용함에 따라 TIG용접을 이용하는 종래와 비교할 때 소요되는 시간 및 비용이 감소되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 라디에이터를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 라디에이터를 도시한 정면도이다.
도 3은 도 2의 A부분을 확대 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 라디에이터 코어의 에어핀을 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 라디에이터 코어를 도시한 평면도이다.
도 6은 도 5의 B부분을 확대 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 라디에이터 코어의 냉각핀을 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 라디에이터에서 라디에이터 코어와 각 탱크의 결합구조를 설명하기 위해 도 1의 C-C'선을 따라 절개한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 라디에이터 제조방법을 설명하기 위해 도시한 순서도이다.
도 10은 본 발명에서 라디에이터 코어와 상,하부탱크의 결합상태를 확대 도시한 단면도이다.

이하에서는 본 발명의 라디에이터의 구조에 대해 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 라디에이터는 상,하부탱크(10,20)와, 각 탱크(10,20)의 사이에서 각 탱크(10,20)와 접합되는 라디에이터 코어(30)를 포함한다.

먼저, 상부탱크(10)에는 차량의 엔진을 가열시키는데 사용되는 냉각수가 유입되는 유입구가 형성된다. 그리고 하부탱크(20)에는 상부탱크(10)를 통해 유입되어 라디에이터 코어(30)를 지나면서 냉각되는 냉각수가 배출되는 배수구가 형성된다.

라디에이터 코어(30)는 도 2에 도시된 바와 같이 공기와 냉각수가 서로 직교 유동할 수 있도록 구성되는 에어부와 냉각수부를 포함한다. 여기서 미설명부호 35는 라디에이터 코어의 양 측면에 배치되어 보호하는 코어 가드이다.

에어부는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 다수의 에어유닛(40)을 포함한다. 각 에어유닛(40)은 에어핀(41)과, 이 에어핀(41)의 상방과 하방에 배치되는 헤드바(43)를 포함한다.

에어핀(41)은 도시된 바와 같이 후술할 냉각수부의 튜브 플레이트(51)의 사이에 배치되어 접합된다. 이러한 에어핀(41)은 금속박판이 주름진(Corrugated) 모양으로 형성되되, 산형의 단위핀들(41a)이 공기의 유동방향(제1방향)과 수직하는 방향인 제2방향으로 연속하여 연결되어 형성된다.

산형 단위핀(41a)에는 확공된 다수 개의 공기통과공(41b)이 형성되는데, 이러한 다수 개의 공기통과공들(41b)은 공기유동방향(제1방향)으로 서로 이격하여 배열된다.

이때, 공기통과공(41b)은 그 개구부가 산형 단위핀(41a)의 일면(제2의 음방향)을 향하도록 형성되다가 타면(제2의 양방향)을 향하도록 형성되는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이 단위핀(41a)의 양측에 공기통과공(41b)을 형성하면 에어핀(41)으로 유입되는 공기는 공기통과공(41b)을 통과하게 되는데, 이와 같이 공기통과공(41b)을 통과하는 공기는 그 유속이 다소 떨어진다.

이는 공기가 에어핀(41) 내에 머무는 시간을 증대시켜 공기와 냉각수 간의 열전달이 충분히 이루어지도록 하기 위한 것이다. 아울러 에어핀(41)에는 공기가 에어핀(33) 내에서 와류를 형성하는데 기여하게 된다. 유체의 열전달현상에서 유동하는 유체가 와류를 형성하게 되면 유체간 열전달효율은 훨씬 향상된다. 따라서 본 발명의 에어핀의 열전달효율을 비약적으로 증가하게 된다.

냉각수부는 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이 다수의 냉각유닛(50)을 포함하는데, 각 냉각유닛(50)의 양측에는 에어유닛(40)이 각각 배치된다. 즉, 어느 하나의 냉각유닛(50)의 좌측과 우측에는 에어유닛(40)이 각각 배치되어 공기와 냉각수가 서로 직교 유동할 수 있도록 구성되어 배열된다.

냉각유닛(50)은 한 쌍의 튜브 플레이트(51)와, 이 한 쌍의 튜브 플레이트(51)의 사이에 배치되는 냉각핀(53)과, 냉각핀(53)의 전,후방에 각각 배치되는 튜브바(55)를 포함한다.

튜브 플레이트(51)에는 도시된 바와 같이 각 에어유닛(40)의 에어핀(41)과, 헤드바(43)가 접합되며, 각 냉각유닛(50)의 냉각핀(53)과 튜브바(55) 역시 접합된다. 즉, 튜브 플레이트(51)에는 각각 에어핀(41) 및 냉각핀(53)이 접합되어 있으므로 차가운 공기가 지나면서 열접촉을 하여 직교 유동하는 냉각수의 온도를 하강시키게 된다. 따라서 고온의 냉각수로부터 냉각매체인 공기로 열전달이 잘 일어나게 하기 위해서는 에어핀(41), 냉각핀(53) 및 튜브 플레이트(51)가 열전도성이 우수한 재질로 형성하는 것이 바람직하다.

냉각핀(53)은 파형의 볼록한 단위핀들(53a,53b)이 냉각수의 유동방향(제2방향)에 수직한 제1방향으로 연속하여 배열된 단위핀들(53a,53b)이 서로 엇갈리게 형성된다. 그리고 서로 엇갈리게 형성되는 단위핀들(53a,53b) 사이에는 냉각수가 열접촉을 하며 통과할 수 있도록 냉각수통과공(53c)이 형성된다.

단위핀(53a,53b)의 단면 형상은 호형, 사각형 및 사다리꼴형 등에서 선택적으로 사용될 수 있는데, 사각형이나 사다리꼴 형상으로 하는 것이 열접촉면적을 증가시킬 수 있다는 점에서 유리하다.

또, 본 발명의 냉각핀(53)의 구조를 채택하면 냉각수의 와류형성이 용이하여 열전달효율을 향상시킬 수 있다. 게다가 단위핀(53a,53b)의 엇갈리는 정도를 변경시키면 냉각수통과공(53c)의 크기를 변화시킬 수 있으므로 주위 환경에 따른 냉각핀의 구조변경이 용이하다.

튜브바(55)는 상술한 바와 같이 냉각핀(53)의 전방과 후방에 각각 배치되어 상부탱크(10)를 통해 유입된 냉각수가 냉각유닛(50)을 통과하는 과정에서 외부로 새어나가지 않게 한다.

한편, 본 발명의 라디에이터에서 라디에이터 코어와 각 탱크의 결합구조를 살펴보면 다음과 같다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 라디에이터 코어(30)와 각 탱크(10,20)의 결합구조는, 각 탱크(10,20)가 조립이 완성된 라디에이터 코어(30)의 상부 및 하부의 가장자리를 감싸도록 결합한 후 결합부위를 브레이징 용접에 의해 접합함으로써 이루어진다.

이를 위해 상부탱크(10)의 하단부 및 하부탱크(20)의 상단부는 도시된 바와 같이 외측방향으로 절곡된 후 다시 라디에이터 코어(30) 측으로 연장되는 형상으로 마련된다.

다시 말하면, 상,하부탱크(10,20)는 외측방향으로 절곡되어 라디에이터 코어(30)의 상단부 또는 하단부 구체적으로, 헤드바(43), 튜브바(55) 및 코어 가드(35)의 상단부 또는 하단부에 안착되는 제1연장부(15)와, 제1연장부(15)로부터 연장되어 라디에이터 코어(30)의 가장자리 구체적으로, 헤드바(43) 및 튜브바(55)의 전면 및 후면과 코어 가드(35)의 외측면의 일부를 감싸는 제2연장부(16)를 포함한다. 상기의 형상의 단부를 갖는 상,하부탱크(10,20)는 프레스와 같은 방법에 의해 제조될 수 있다.

그리고 상,하부탱크(10,20)는 라디에이터 코어(30)와 브레이징 용접에 의해 상호 접합될 수 있도록, 클래드 알루미늄합금의 재질로 이루어진다. 특히, 상,하부탱크(10,20)는 라디에이터 코어(헤드바, 튜브바 및 코어 가드)와 직접 접촉되는 내면이 클래드 알루미늄합금의 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

또, 상,하부탱크(10,20)와 접촉되는 라디에이터 코어(30)의 헤드바(43), 튜브바(55) 및 코어 가드(35)의 적어도 접촉면이 클래드 알루미늅합금의 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 라디에이터의 제조방법에 대해 상세히 설명한다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 라디에이터를 제조하기 위해서는 가장 먼저 라디에이터 코어(30)를 조립한다(S110). 이때, 라디에이터 코어(30)는 외부공기와 냉각수가 서로 직교 유동할 수 있도록 외부공기가 유동되는 다수의 에어유닛(40)과 냉각수가 유동되는 다수의 냉각유닛(50)이 좌우로 적층된 구조로 마련된다.

그리고 라디에이터 코어(30)가 조립된 후에는 라디에이터 코어(30)의 상부 및 하부의 가장자리에 상,하부탱크(10,20)를 결합한다(S120). 이때, 상,하부탱크(10,20)를 라디에이터 코어(30)에 결합하는 과정은, 상,하부탱크(10,20)의 제1연장부(15)를 헤드바(43), 튜브바(55), 코어 가드(35)의 상단부 또는 하단부에 안착시키고, 상,하부탱크(10,20)의 제2연장부(16)를 헤드바(43), 튜브바(55)의 전면 및 후면, 코어 가드(35)의 외측면을 감싸도록 한다.

다음으로 라디에이터 코어(30)에 상,하부탱크(10,20)를 결합시킨 후에는 상,하부탱크(10,20)에 유입관 및 배수관과 같은 파이프를 결합하여 라디에이터의 각 구성요소에 대한 결합을 완료한다(S130).

라디에이터의 각 구성요소의 결합을 완성한 후에는 완성된 라디에이터를 브레이징로(미도시)에 넣어 가열시킨다. 이와 같이 완성된 라디에이터를 브레이징로에 넣어 가열시키면, 라디에이터 코어(30)의 각 구성요소가 접합되고, 라디에이터 코어(30)와 상,하부탱크(10,20)의 접합부위가 상호 접합되고, 상,하부탱크(10,20)에 결합되는 파이프가 접합된다(S140).

특히, 본 발명에서는 상,하부탱크(10,20)와 이에 접촉되는 라디에이터 코어(30)의 구성요소가 상술한 바와 같이 클래드 알루미늄합금의 재질로 이루어짐에 따라, 도 10에 도시된 바와 같이 브레이징로에 넣어져 가열될 때 그 표면이 일부 녹아 필릿(Fillet,18)이 생성될 수 있도록 상호 접합된다.

따라서 본 발명에서는 라디에이터 코어에 TIG 용접을 통해 상,하부탱크를 접합하는 종래와는 달리 라디에이터 코어에 상,하부탱크를 결합시키고 이를 브레이징로에 넣어 상호 접합시킴에 다라 소요되는 시간 및 비용을 감소시킬 수 있다.

특히, 라디에이터 코어의 각 구성요소를 결합하여 브레이징 용접을 통해 제조를 완성한 후 이 라디에이터 코어에 TIG 용접을 통해 상,하부탱크를 접합하고 이 상,하부탱크에 파이프를 다시 TIG 용접을 통해 접합하는 종래와는 달리, 본 발명에서는 라디에이터 코어의 각 구성요소를 결합하고, 이 라디에이터 코어에 상,하부탱크를 결합하고, 이 상,하부탱크에 파이프를 결합하여 완성된 라디에이터 조립품을 브레이징로에 넣어 한 번의 가열을 통해 라디에이터의 각 구성요소를 접합함에 따라 라디에이터의 각 구성요소의 개별적인 접합을 통해 소요되는 시간을 줄이는 동시에 비용 증가를 방지할 수 있다.

10 : 상부탱크 15 : 제1연장부
16 : 제2연장부 18 : 필릿
20 : 하부탱크 30 : 라디에이터 코어
40 : 에어유닛 41 : 에어핀
43 : 헤드바 50 : 냉각유닛
51 : 튜브 플레이트 53 : 냉각핀
55 : 튜브바

Claims (3)

1. 상부탱크;
   상기 상부탱크와 이격 설치되는 하부탱크;
   상기 상,하부탱크의 사이에 배치되어 상기 상부탱크를 통해 유입되는 냉각수와 외부공기가 서로 직교 유동할 수 있도록 구성되는 라디에이터 코어;를 포함하는 라디에이터의 제조방법에 있어서,
   (a) 한 쌍의 튜브 플레이트와, 상기 한 쌍의 튜브 플레이트의 사이에 배치되는 냉각핀과, 상기 냉각핀의 전,후방에 각각 배치되는 튜브바를 포함하는 다수의 냉각유닛과,
   상기 각 냉각유닛의 양측에 배치되며, 에어핀과, 상기 에어핀의 상방과 하방에 배치되는 헤드바를 포함하는 다수의 에어유닛을
   조립하여 라디에이터 코어를 만들고,
   (b) 상기 라디에이터 코어에 상기 상,하부탱크를 각각 결합하고,
   (c) 상기 상,하부탱크가 결합된 상기 라디에이터 코어를 포함하는 라디에이터 조립품을 브레이징로에 넣어 가열시켜 상기 상,하부탱크와 상기 라디에이터 코어를 접합하는 것을 포함하되,
   상기 상,하부탱크는 그 단부가 외측방향으로 절곡된 제1연장부와, 상기 제1연장부로부터 상기 라디에이터 코어 측으로 연장된 제2연장부가 형성되고,
   상기 (b)과정은, 상기 제1연장부가 상기 라디에이터 코어의 헤드바와 튜브바의 상단부 또는 하단부에 안착되고, 상기 제2연장부가 상기 라디에이터 코어의 헤드바와 튜브바의 전면 및 후면을 감싸도록 마련된 것을 특징으로 하는 라디에이터 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 (c)과정은, 상기 상,하부탱크와 상기 헤드바와 튜브바는 적어도 상호 접합되는 접합면이 클래드 알루미늄으로 이루어져 상기 라디에이터 조립품을 상기 브레이징로에 넣어 가열시키는 과정에서 상기 접합면이 녹아 필릿이 생성될 수 있도록 상호 접합되는 것을 특징으로 하는 라디에이터 제조방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 (b)과정 후에는 상기 상,하부탱크에 냉각수의 유입 및 배수를 위한 파이프를 결합하는 것을 더 포함하고,
   상기 상,하부탱크에 결합된 파이프는 상기 (c)과정에서 접합되는 것을 특징으로 하는 라디에이터 제조방법.
   

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