KR101384997B1

KR101384997B1 - 복합 열교환기

Info

Publication number: KR101384997B1
Application number: KR1020070090733A
Authority: KR
Inventors: 민은기; 이상률; 정광용
Original assignee: 한라비스테온공조 주식회사
Priority date: 2007-09-07
Filing date: 2007-09-07
Publication date: 2014-04-14
Also published as: KR20090025692A

Abstract

본 발명은 복합 열교환기에 관한 것으로, 열교환기 내부에 배플을 삽입하여 제1열교환기 및 제2열교환기로 구획하고, 배플의 격실 사이에 형성된 튜브삽입홀을 상기 튜브삽입홀에 결합되는 열차단용 부재의 단면보다 크게 형성하여 브레이징 접합 시 일부분에 간극이 형성되도록 하여 리크(Leak)를 감지하는 복합 열교환기에 관한 것이다.

본 발명의 복합 열교환기는, 일정간격 이격되어 설치되는 한 쌍의 헤더탱크와, 상기 한 쌍의 헤더탱크 사이에 양단이 고정되어 유로를 형성하는 복수개의 튜브와, 상기 튜브 사이에 개재되는 방열핀과, 상기 방열핀의 최외측에 배치되는 써포트 및 상기 한 쌍의 헤더탱크 내부에 상기 튜브와 나란한 배플이 각각 삽입되어 제1열교환기와 제2열교환기로 구획되는 복합 열교환기에 있어서, 상기 배플은 중간에 격실이 형성되도록 상판과 하판으로 구성되며, 상기 격실에는 열차단용 부재의 단부가 삽입되는 튜브삽입홀이 형성되고, 상기 튜브삽입홀에 삽입고정되는 열차단용 부재의 둘레면 상에는 소정거리의 틈새가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성으로 인하여 본 발명의 복합 열교환기는, 간극을 통한 리크테스트로 인하여 리크감지가 용이해져 열교환기의 불량률을 감소시킬 수 있고, 차량에 장착된 후에도 리크로 인한 냉매나 오일의 누출을 눈으로 용이하게 인지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 연결부에 의해 상, 하판이 일체로 형성된 배플로 인하여 헤더탱크 내 부에 설치가 용이해지고 배플을 지지하기 위한 별도의 구조물을 생략할 수 있으며, 상, 하판을 연결하는 연결부가 헤더탱크 내면과 밀착되도록 설치되므로 헤더탱크의 강도를 향상시키는 효과가 있다.

복합 열교환기, 간극, 배플, 리크감지

Description

복합 열교환기 {Complex Heat Exchanger}

자동차 산업에 있어서 각종 부품의 경량화 및 고기능화가 진행되어 감에 따라, 자동차의 각 부품에 있어서 종래에는 각각 독립적인 부품들이었던 것들이 합쳐져 일체형 부품으로 전환되는 경향이 강해지고 있다. 이와 같은 경향은 차량용 열교환기 부품들에서도 마찬가지이며, 특히 차량용 냉각장치에 있어서 대개 엔진룸 내부에서 충분한 공간을 확보하기 어려운 실정이기 때문에 작은 크기를 가지면서도 높은 효율을 가지는 열교환기를 제조하기 위한 노력이 있어 왔다.

열교환기는 온도차가 있는 두 환경 사이에서 한쪽의 열을 흡수하여 다른 쪽으로 열을 방출시키는 장치로서, 실내의 열을 흡수하여 외부로 방출할 경우에는 냉방 시스템으로서, 외부의 열을 흡수하여 실내로 방출할 경우에는 난방 시스템으로 서 작용하게 된다. 기본적으로 열교환기는 주변으로부터 열을 흡수하는 증발기, 냉매(冷媒)를 압축하는 압축기, 주변으로 열을 방출하는 응축기, 냉매(冷媒)를 팽창시키는 팽창밸브로 구성된다. 냉각장치에서는, 액체 상태의 냉매가 주변에서 기화열만큼의 열량을 흡수하여 기화되는 증발기에 의해 실제 냉각 작용이 일어나게 된다. 상기 증발기로부터 압축기로 유입되는 기체 상태의 냉매는 압축기에서 고온 및 고압으로 압축되고, 상기 압축된 기체 상태의 냉매가 응축기를 통과하면서 액화되는 과정에서 주변으로 액화열이 방출되며, 상기 액화된 냉매가 다시 팽창밸브를 통과함으로써 저온 및 저압의 습포화 증기 상태가 된 후 다시 증발기로 유입되어 기화하게 되어 사이클을 이루게 된다. 이와 같은 냉각장치는 실내를 냉방하기 위하여 사용되며, 냉각효율을 높이기 위해 응축기는 대개 차량의 최전방에 위치된다.

차량에는 상술한 바와 같이 실내 냉방을 목적으로 한 냉각장치 뿐 아니라, 오일쿨러(oil cooler)와 같은 냉각장치도 있다. 자동차의 엔진이나 변속기와 같은 부품에는 윤활작용 및 기밀유지를 위하여 오일이 충진되는데, 이와 같은 오일이 너무 뜨거워지면 오일의 점성이 낮아짐으로써 상기 목적한 기능(즉 윤활작용 및 기밀유지)을 발휘할 수 없게 되며 특히 윤활이 잘 이루어지지 않음으로써 엔진 등의 부품이 손상될 우려가 있다. 이와 같은 현상을 방지하기 위하여 상기 오일을 냉각하기 위해 사용하는 것이 오일쿨러로서 상기 냉방을 위한 냉각장치와는 별도로 장착되는 것이 대부분이다.

그런데, 상술한 바와 같이 실내를 냉각하기 위한 냉각장치와 오일을 냉각하기 위한 냉각장치(즉 오일쿨러)가 분리되어 있었기 때문에 부품 수가 증가하고, 오 일쿨러를 장착하기 위한 엔진룸 내 공간이 더 필요하게 되었을 뿐만 아니라, 응축기와 오일쿨러를 따로따로 장착하는 조립작업에서도 번거로움이 따르게 되는 여러 가지 문제점이 발생하게 되었다. 따라서 두 가지 부품이 궁극적으로는 냉각을 위해 사용된다는 목적이 같을 뿐 아니라, 보통 응축기와 오일쿨러 장착 시 엔진룸 내에서 비슷한 위치에 장착된다는 점에 착안하여, 헤더탱크 내부에 배플을 형성하여 응축기와 오일쿨러로 구획되는 복합 열교환기가 개시되어 있다.

상기와 같은 복합형 열교환기를 도 1에 도시하였다. 복합형 열교환기는, 한 쌍의 평행한 헤더탱크(110) 내부의 동일한 높이에 형성된 2개의 배플(150)에 의해 각각 상부 공간부(102)와 하부 공간부(104)로 나뉘고, 상기 한 쌍의 헤더탱크(110) 사이를 연통하도록 헤더탱크(110) 사이에 평행하게 장착된 다수개의 튜브(120)와 상기 각 튜브(120) 사이에 개재된 방열핀(130)과 상기 방열핀(130)의 최외측에 배치되는 써포트(140)로 이루어진다.

상기 복합형 열교환기의 상, 하부 공간부(102, 104)는 일반적으로 응축기와 오일쿨러로 이용되며, 상기 배플(150)로 인해 내부에 유동하는 냉매와 오일이 상호 혼합되지 않고 각각 유동하며 외기와의 열교환이 이루어지게 된다.

그러나 상기와 같은 복합형 열교환기는 상기 헤더탱크(110) 내부에 2개의 배플이 상호 일정거리 이격되어 접합되므로 접합불량이 발생할 가능성이 높으며, 접합불량이 발생하는 경우 복합형 열교환기의 품질검사 중에 이를 확인하기가 불가능하여 차량의 운행 중에 냉매와 오일이 상호 혼합되는 경우 차량에 심각한 손상을 초래하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 헤더탱크에 형성되는 튜브삽입홀과 열차단용 부재사이의 간극을 리크감지홀로서 이용하여, 품질검사 시 리크감지홀을 통하여 배플의 접합불량을 감지하여 불량률을 감소시키는 복합 열교환기를 제공함에 있다.

상기 튜브삽입홀과 열차단용 부재 사이에 간극이 형성되도록 일부분이 브레이징 접합되는 것을 특징으로 한다.

상기 배플은 상판과 하판이 연결부에 의해 연결되어 'ㄷ'단면으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 배플의 연결부는 상기 튜브삽입홀과 대향되는 헤더탱크의 내면에 밀착 되도록 상기 헤더탱크 내면과 동일한 곡률반경으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 열차단용 부재는 상기 튜브 또는 써포트와 동일한 것을 특징으로 한다.

또한, 연결부에 의해 상, 하판이 일체로 형성된 배플로 인하여 헤더탱크 내부에 설치가 용이해지고 배플을 지지하기 위한 별도의 구조물을 생략할 수 있으며, 상, 하판을 연결하는 연결부가 헤더탱크 내면과 밀착되도록 설치되므로 헤더탱크의 강도를 향상시키는 효과가 있다.

이하 본 발명의 복합 열교환기를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 복합 열교환기의 정면도이고, 도 3은 도 2의 A부분 확대 단면도이고, 도 4는 도 2의 A부분 분해 사시도이고, 도 5는 도 4의 A-A` 단면도이고, 도 6은 유체의 누출경로를 도시한 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 복합 열교환기는, 일정간격 이격되어 설치되는 한 쌍의 헤더탱크(10)와, 상기 한 쌍의 헤더탱크(10) 사이에 양단이 고정되 어 유로를 형성하는 복수개의 튜브(20)와, 상기 튜브(20) 사이에 개재되는 방열핀(30)과, 상기 방열핀(30)의 최외측에 배치되는 써포트(40) 및 상기 한 쌍의 헤더탱크(10) 내부에 상기 튜브(20)와 나란한 배플(50)이 각각 삽입되어 제1열교환기(2)와 제2열교환기(4)로 구획되는 복합 열교환기에 있어서, 상기 배플(50)은 중간에 격실(58)이 형성되도록 상판(52)과 하판(54)으로 구성되며, 상기 격실(58)에는 열차단용 부재(80)의 단부가 삽입되는 튜브삽입홀(12)이 형성되고, 상기 튜브삽입홀(12)에 삽입고정되는 열차단용 부재(80)의 둘레면 상에는 소정거리의 틈새가 형성된다.

상기 배플(50)은 도 3에 도시된 바와 같이 상, 하판(52, 54)이 일정거리 이격되고 일측면이 연결부(56)에 의해 상호 결합된 'ㄷ'단면으로 형성된다. 상기 상, 하판(52, 54) 사이의 거리는 상기 헤더탱크(10)에 일정간격으로 형성되는 튜브삽입홀(12)의 간격과 비슷하거나 작게 형성하여 1개의 튜브삽입홀(12)의 상, 하로 상기 배플(50)의 상, 하판(52, 54)이 위치하도록 삽입되어 브레이징 접합되는 것이 바람직하다. 복합 열교환기(1)는 상기 배플(50)로 인하여 제1열교환기(2)와 제2열교환기(4)로 구획되어 내부를 유동하는 서로 다른 유체가 혼합되는 것을 방지하게 된다. 상기 연결부(56)는 도 4(b)와 같이, 헤더탱크(10) 내면과 동일한 곡률반경으로 형성되어 연결부(56)가 헤더탱크(10) 내면에 밀착되며 브레이징 접합되므로 접합불량을 방지할 수 있고, 헤더탱크(10)의 강도를 향상시키게 된다. 상기에서 복합 열교환기(1)의 제1열교환기(2)와 제2열교환기(4)는 일반적으로 차량에 적용 시 오일쿨러 및 응축기로 이용된다.

브레이징이란 450℃ 이상에서 접합하고자 하는 모재(BASE METAL)의 용융점(MELTING POINT) 이하에서 용가재에 열을 가하여 접합하는 기술이다. 더 자세히 말하자면 450℃ 이상의 액상선 온도(LIQUIDUS TEMPERATURE)를 가진 용가재를 사용하며 모재의 고상선 온도(SOLIDUS TEMPERATURE) 이하의 열을 가하여 두 모재를 접합하는 방법을 브레이징이라 하며, 브레이징 시 일정한 온도(BRAZING TEMPERATURE)에 이르면 브레이징 용재(BRAZING FILLER METAL)가 양 모재 사이로 녹아 스며들어가 브레이징이 되어야만 이상적인 브레이징이라 할 수 있다. 이때 양 모재와 용가재(FILLER METAL)의 친화력의 정도를 나타내는 성질을 젖음성(WETTING)으로 표현할 수 있으며 양 모재의 접합간격(JOINT GAP) 사이로 흘러 들어가게 하는 현상이 모세관 현상(CAPILLARY ACTION)이라 할 수 있다. 브레이징의 주된 기본 원리는 모재를 가열한 후 용가재를 가하여 접합을 하면 젖음성(WETTING)에 의해 용가재가 녹아서 모세관 현상(CAPILLARY ACTION)에 의해 양 모재 사이로 흘러 들어가는 것이라 할 수 있다. 만일 용가재가 브레이징 해야 할 모재와의 젖음성이 나쁘면 접합이 이루어지지 않을 것이며, 접합간격이 크면 양 모재 사이에 용가재(FILLER METAL)가 가득 차지 않음에 따라 불완전한 접합이 될 것이다.

상기와 같이 브레이징 중에 불완전한 접합을 유도하기 위하여 도 4 또는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 배플(50)의 상, 하판(52, 54) 사이의 격실(58)에 위치되는 튜브삽입홀(12)은 상기 튜브삽입홀(12)에 삽입고정되는 열차단용 부재(80)의 둘레면 상에는 소정거리의 틈새가 형성되는 것이 바람직하다. 상기 튜브삽입홀(12)과 열차단용 부재(80) 사이의 틈새로 인하여 브레이징이 완전하게 이루어지지 않아 자연히 간극(60)이 형성되게 된다.

상기 튜브삽입홀(12)과 열차단용 부재(80) 사이의 간극(60)은 도 5에 도시된 바와 같이 좌, 우측 또는 상, 하측에 형성되어 있다. 그러나 이는 단지 본 발명의 실시예의 일부분일 뿐이며 튜브삽입홀(12)은 상하좌우 상관없이 일부분만 형성되어도 좋다.

또한, 상기 열차단용 부재(80)는 본 발명의 복합 열교환기(1)에 사용되는 튜브(20)를 그대로 이용하여 추가적인 부재를 생산하기 위한 공정을 생략하여 생산효율의 증가를 이루어지게 한다. 아울러 상기 튜브(20) 내부에는 유체가 유동하지 않으므로 열교환기(1)의 최외각 방열핀(30)에 부착되는 써포트(40)를 사용하여도 좋다.

도 6은 유체의 누출경로를 도시한 것으로, 일반적으로 복합 열교환기는 배플의 접합불량을 체크하기 위하여 품질검사 중에 복합 열교환기 내부에 헬륨가스를 유동시키고 이를 감지하기 위한 센서를 리크감지홀에 근접시켜 헬륨가스의 감지여부에 따라 열교환기의 불량여부를 판단하게 된다. 상기 헤더탱크(10)와 배플(50) 사이에 접합불량으로 인하여 틈이 형성되면 제1 또는 2열교환기(2, 4) 내부에서 유동하는 유체가 상기 헤더탱크(10)와 배플(50) 사이의 틈으로 누출되어 격실(58)을 통하여 상기 간극(60)으로 누출되므로 헬륨가스를 이용한 리크테스트에서 이를 감지할 수 있으며 차량에 장착되어 운용되는 경우에는 냉매 또는 오일의 누출을 눈으로 확인이 가능하므로 리크여부를 쉽게 알 수 있게 된다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능하다.

도 1은 종래의 복합 열교환기의 정면도.

도 2는 본 발명의 복합 열교환기의 정면도.

도 3은 도 2의 A부분 확대 단면도.

도 4는 도 2의 A부분 분해 사시도.

도 5는 도 4의 A-A` 단면도.

도 6은 유체의 누출경로를 도시한 단면도.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

1: 복합 열교환기 10: 헤더탱크

12: 튜브삽입홀 20: 튜브

30: 방열핀 40: 써포트

50: 배플 52, 54: 상판, 하판

56: 연결부 58: 격실

60: 간극 80: 열차단용 부재

Claims

일정간격 이격되어 설치되는 한 쌍의 헤더탱크(10)와, 상기 한 쌍의 헤더탱크(10) 사이에 양단이 고정되어 유로를 형성하는 복수개의 튜브(20)와, 상기 튜브(20) 사이에 개재되는 방열핀(30)과, 상기 방열핀(30)의 최외측에 배치되는 써포트(40) 및 상기 한 쌍의 헤더탱크(10) 내부에 상기 튜브(20)와 나란한 배플(50)이 각각 삽입되어 제1열교환기(2)와 제2열교환기(4)로 구획되는 복합 열교환기에 있어서,

상기 배플(50)은 중간에 격실(58)이 형성되도록 상판(52)과 하판(54)으로 구성되며, 상기 격실(58)에는 상기 방열핀(30)에 대향하는 위치에 열차단용 부재(80)의 단부가 삽입되는 튜브삽입홀(12)이 형성되고, 상기 튜브삽입홀(12)에 삽입고정되는 열차단용 부재(80)의 둘레면 상에는 브레이징의 불완전한 접합이 유도되도록 소정거리의 틈새가 형성되며,

상기 튜브삽입홀(12)과 열차단용 부재(80) 사이에 부분이 브레이징 접합되어 상기 튜브삽입홀(12)과 열차단용 부재(80) 사이의 좌, 우측 또는 상, 하측에 간극(60)이 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 열교환기..
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 배플(50)은 상판(52)과 하판(54)이 연결부(56)에 의해 연결되어 'ㄷ'단면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 열교환기.
제 3 항에 있어서,

상기 배플(50)의 연결부(56)는 상기 튜브삽입홀(12)과 대향되는 헤더탱크(10)의 내면에 밀착되도록 상기 헤더탱크(10) 내면과 동일한 곡률반경으로 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 열교환기.
제 4 항에 있어서,

상기 열차단용 부재(80)는 상기 튜브(20) 또는 써포트(40)와 동일한 것을 특징으로 하는 복합 열교환기.