KR101453314B1 - 일체형 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일체형 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탱크 내부를 유동하는 유체의 열교환효율을 높일 수 있으면서도 제조공정을 간소화하여 생산효율을 높일 수 있는 일체형 열교환기에 관한 것이다.

본 발명의 일체형 열교환기(1000)는 내부에 오일 및 냉각수가 각각 상부 및 하부로 분리되어 유동되는 복수개의 튜브(200); 상기 튜브(200) 사이에 개재되는 핀(300); 상기 튜브(200)의 단부가 삽입되는 헤더(140)와, 배플(136)에 의해 구획된 상부 및 하부의 공간에 서로 독립되도록 구비되어 냉각수가 유입되는 제1입구파이프(131)와 오일이 유입되는 제2입구파이프(132) 및 냉각수가 배출되는 제1출구파이프(133)와 오일이 배출되는 제2출구파이프(134)가 형성된 탱크(130)의 결합에 의해 형성되는 제1헤더탱크(110) 및 제2헤더탱크(120); 를 포함하여 이루어지는 일체형 열교환기(1000)에 있어서, 상기 탱크(130)는 일정부분 일측이 개방된 탱크(130)의 둘레를 형성하며 열전달률이 우수한 금속재로 이루어지는 열전달향상부(135)가 인서트 사출에 의해 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명의 일체형 열교환기는 사출방법을 이용하여 냉각수 및 오일이 유입 또는 배출되는 입구파이프 및 출구파이프 등의 구성을 한 번의 공정으로 형성할 수 있을 뿐만 아니라 탱크에 열전달향상부가 일체로 형성되어 상기 탱크 내부를 유동하는 유체의 열교환효율을 높일 수 있으며 탱크의 강도를 보강할 수 있고 제조공정을 간소화한 장점이 있다.

또한, 본 발명의 일체형 열교환기는 오일쿨러가 일체로 형성되어 금형을 간소화하고 공조장치의 소형화를 도모할 수 있으며, 상기 오일이 상기 냉각수 및 외부의 공기와 열교환되도록 하여 오일쿨러의 방열성능을 보다 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

냉각수, 오일, 인서트 사출

Description

일체형 열교환기{A Integrated-type Heat Exchanger}

본 발명은 일체형 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탱크 내부를 유동하는 유체의 열교환효율을 높일 수 있으면서도 제조공정을 간소화하여 생산효율을 높일 수 있는 일체형 열교환기에 관한 것이다.

자동차 산업에 있어서 각종 부품의 경량화 및 고기능화가 진행됨에 따라, 자동차의 각 부품 역시 엔진룸 내부에서 충분한 공간을 확보하기 어려운 실정이기 때문에 작은 크기를 가지면서도 높은 효율을 가지는 열교환기를 제조하기 노력이 있어 왔다.

상기 열교환기 중 라디에이터는 엔진의 온도가 일정온도 이상으로 상승되는 것을 방지하기 위한 구성으로, 엔진 내부를 순환하면서 연소에 의해 발생된 열을 흡수한 고온의 냉각수가 워터펌프에 의해 순환되어 상기 라디에이터를 통과하면서 외부에 열을 방출하여 엔진의 과열을 방지하며 최적의 운전상태가 유지되도록 하는 열교환기이다.

한편, 오일쿨러(Oil Cooler)는 자동변속 차량에 구비되는 것으로 토크 컨버터나 동력전달 계통의 엔진오일을 냉각시키는 장치이다. 상기 오일쿨러 내부를 연 통하는 오일의 온도는 상기 라디에이터의 온도보다 높은 상태이므로 라디에이터의 엔진 냉각수를 이용하여 열교환이 이루어져 냉각된다.

상기 오일쿨러는 크게 라디에이터 탱크 내부에 구비되어 상기 라디에이터 탱크 내부를 유동하는 냉각수와 유동되는 내장형 오일쿨러(수냉식)와, 외부 공기와 열교환되는 외장형 오일쿨러(공냉식)로 구분할 수 있으며, 그 형태에 따라 이중관형 오일쿨러, 및 적층형 오일쿨러로 구분할 수 있고, 상기 이중관형 오일쿨러 및 라디에이터 탱크 조립체를 도 1에, 상기 적층형 오일쿨러를 도 2에 도시하였다. 상기 도 1에 도시한 상기 이중관형 오일쿨러(10)는 라디에이터의 탱크 내부에 구비되고, 동심원 형상으로 된 본체(11)가 구비되며 일측에 상기 본체(11)로 오일을 유입 또는 배출되도록 하는 입구파이프(13) 및 출구파이프(14)가 형성되고, 상기 본체(11) 내측과 외측에 라디에이터의 냉각수가 흐르게 되어 상기 본체(11)로 공급되는 오일을 냉각시키게 된다.

상기 본체(11)는 열교환효율을 높이기 위해 이너핀(12, Inner fin) 등에 의해 상기 탱크의 길이방향으로 길게 다수개의 채널이 형성된다.

그러나 상기 내장형 오일쿨러는 이중관의 형태로 형성되어 오일쿨러의 용량에는 한계가 있고, 상기 오일이 상기 본체에 형성된 채널로 각각 분배되기 위한 구조가 복잡하여 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

상기 도 2에 도시한, 상기 적층형 오일쿨러(20)는 일반적인 열교환기의 구성과 같이 일정거리 이격되어 형성되는 한 쌍의 헤더탱크(25), 상기 헤더탱크(25)에 각각 형성되는 입구파이프(23) 및 출구파이프(24); 상기 헤더탱크(25)에 양단이 고 정되어 유로를 형성하는 튜브(21), 및 상기 튜브(21) 사이에 개재되는 핀(22); 을 포함하여 이루어진다.

상기 적층형 오일쿨러는 상기 튜브와 핀이 적층되어 상기 이중관형 열교환기와 비교하여 열교환 효율을 높일 수 있는 장점이 있으나, 상기 적층형 오일쿨러는 생산비용이 상대적으로 높은 문제점이 있다.

한편, 오일쿨러의 열교환효율을 높이기 위해 도 3에 도시된 바와 같은 내장형 오일쿨러와 외장형 오일쿨러가 혼합된 형태가 제안된 바 있다.

상기 도 3은 상기 라디에이터 탱크 내부에 이중관형 오일쿨러(10)가 구비되고, 외부에 외장형 오일쿨러(20)가 구비된 경우를 도시한 것으로, 상기 도 3에 도시한 오일의 흐름은 상기 입구파이프(13)를 통해 이중관형 오일쿨러(10) 본체(11) 내부로 이동한 오일은 1차로 상기 라디에이터 탱크 내부의 냉각수와 열교환되어 상기 출구파이프(14)를 통해 배출되고, 상기 배출된 오일은 상기 외장형 오일쿨러(20)의 입구파이프(24)를 통해 일측 헤더탱크(25)로 유입된다. 그 다음으로 상기 오일은 상기 튜브(21)를 따라 상기 타측 헤더탱크(25)로 이동하면서 상기 튜브(21) 사이에 개재된 핀(22)을 통과하는 공기와 열교환되어 상기 출구파이프(24)를 통해 배출되는 구성을 가지고 있다.

상기 도 3에 도시된 것과 같은 혼합형 오일쿨러는 오일의 열교환효율을 높일 수 있는 장점이 있으나, 그 부품 수의 증가에 따라 제조비용이 많이 들고 상기 외장형 오일쿨러를 사용함에 따른 문제점은 그대로 존재하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일체형 열교환기는 탱크 내부의 냉각수 또는 오일이 유동되는 공간의 일정부분에 열전달향상부가 형성되어 열교환효율을 향상시킬 뿐만 아니라 라디에이터 탱크를 일체로 형성하여 부품의 수를 줄이고 제조공정을 간소화함으로써 생산효율을 높일 수 있는 일체형 열교환기를 제공하는 것이다.

본 발명의 일체형 열교환기(1000)는 내부에 오일 및 냉각수가 각각 상부 및 하부로 분리되어 유동되는 복수개의 튜브(200); 상기 튜브(200) 사이에 개재되는 핀(300); 상기 튜브(200)의 단부가 삽입되는 헤더(140)와, 배플(136)에 의해 구획된 상부 및 하부의 공간에 서로 독립되도록 구비되어 냉각수가 유입되는 제1입구파이프(131)와 오일이 유입되는 제2입구파이프(132) 및 냉각수가 배출되는 제1출구파이프(133)와 오일이 배출되는 제2출구파이프(134)가 형성된 탱크(130)의 결합에 의해 형성되는 제1헤더탱크(110) 및 제2헤더탱크(120); 를 포함하여 이루어지는 일체형 열교환기(1000)에 있어서, 상기 탱크(130)는 일정부분 일측이 개방된 탱크(130)의 둘레를 형성하며 열전달률이 우수한 금속재로 이루어지는 열전달향상부(135)가 인서트 사출에 의해 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열전달향상부(135)는 내부에서 상기 탱크(130) 내부를 유동하는 유체와 접촉되고 외부에서 공기와 접촉되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 열전달향상부(135)는 상기 오일이 유동되는 영역에 형성되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 열전달향상부(135)는 상기 제1헤더탱크(110) 또는 제2헤더탱크(120) 내부의 상기 오일 및 냉각수가 유동되는 공간을 분리하는 배플(136)과 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명의 일체형 열교환기는 사출방법을 이용하여 냉각수 및 오일이 유입 또는 배출되는 입구파이프 및 출구파이프 등의 구성을 한 번의 공정으로 형성할 수 있을 뿐만 아니라 탱크에 열전달향상부가 일체로 형성되어 상기 탱크 내부를 유동하는 유체의 열교환효율을 높일 수 있으며 탱크의 강도를 보강할 수 있고 제조공정을 간소화한 장점이 있다.

또한, 본 발명의 일체형 열교환기는 오일쿨러가 일체로 형성되어 금형을 간소화하고 공조장치의 소형화를 도모할 수 있으며, 상기 오일이 상기 냉각수 및 외부의 공기와 열교환되도록 하여 오일쿨러의 방열성능을 보다 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 일체형 열교환기(1000)를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 일체형 열교환기(1000)에 따른 사시도이고, 도 5는 상기 도 4에 도시한 일체형 열교환기(1000)의 분해사시도이며, 도 6은 상기 도 4에 도시한 일체형 열교환기(1000)의 AA'방향 단면도이고, 도 7은 상기 도 4에 도시한 일체형 열교환기(1000)의 냉각수 및 오일의 흐름을 나타낸 개략도이다.

상기 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같은 본 발명의 일체형 열교환기(1000)는 냉각수가 유동되는 라디에이터의 구성과 오일이 유동되는 오일쿨러가 일체로 형성된 형태로, 소형화와 함께 상기 탱크(130) 내부를 유동하는 유체의 열교환 성능을 향상시키도록 한 구성이다.

더욱 상세하게, 본 발명의 일체형 열교환기(1000)는 내부에 오일 및 냉각수가 각각 상부 및 하부로 분리되어 유동되는 복수개의 튜브(200); 상기 튜브(200) 사이에 개재되는 핀(300); 상기 튜브(200)의 단부가 삽입되는 헤더(140)와, 배플(136)에 의해 구획된 상부 및 하부의 공간에 서로 독립되도록 구비되어 냉각수가 유입되는 제1입구파이프(131)와 오일이 유입되는 제2입구파이프(132) 및 냉각수가 배출되는 제1출구파이프(133)와 오일이 배출되는 제2출구파이프(134)가 형성된 탱크(130)의 결합에 의해 형성되는 제1헤더탱크(110) 및 제2헤더탱크(120); 를 포함하여 이루어지는 일체형 열교환기(1000)에 있어서, 상기 탱크(130)는 일정부분 일측이 개방된 탱크(130)의 둘레를 형성하며 열전달률이 우수한 금속재로 이루어지는 열전달향상부(135)가 인서트 사출에 의해 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 탱크(130)는 상기 헤더(140)와 결합되어 상기 제1헤더탱크(110) 또는 제2헤더탱크(120)를 형성하는 구성으로 상부 및 하부로 독립된 공간에 냉각수 및 오일이 유동하게 된다.

상기 오일은 미션오일을 그 예로 들 수 있으며, 상기 탱크(130)는 냉각수가 유입 또는 배출되는 제1입구파이프(131)와 제1출구파이프(133) 및 냉각수와 오일을 분리하거나 내부 유동을 조절하는 배플(136), 오일이 유입 또는 배출되는 제2입구파이프(132)와 제2출구파이프(134) 및 고정을 위한 구성 등이 복잡하여 상기 부품들이 개별적으로 제작되어 접합되는 경우에 생산성이 매우 저하되므로 본 발명의 일체형 열교환기(1000)는 상기 다양한 부품들을 하나의 금형을 이용하여 사출성형한다.

이 때, 상기 탱크(130)가 수지제를 이용하여 사출성형되면 라디에이터 및 오일을 구성하는 부품들을 일체화함으로써 부품수 및 제조공정을 줄여 생산성을 높이고, 소형화의 장점이 있으나, 상기 수지재를 이용하는 경우 상기 오일의 열교환효율이 떨어지게 되는 문제점이 있으므로, 본 발명은 상기 탱크(130)의 일정부분에 금속재로 형성되는 열전달향상부(135)가 더 형성될 수 있다.

상기 열전달향상부(135)는 상기 탱크(130)를 사출성형함에 따른 이점을 그대로 가질 수 있도록 그 형상은 상기 제2입구파이프(132) 및 제2출구파이프(134)가 수지제로 사출성형됨을 방해하지 않는 범위 내에서 일측이 개방된 탱크(130)의 둘레를 형성하도록 형성되며, 상대적으로 상기 수지제보다 열전달률이 우수한 구리, 알루미늄, 또는 스테인리스 스틸 등이 이용된다.

상기 열전달향상부(135)는 탱크(130)의 일정부분을 형성하는 것으로, 상기 열전달향상부(135)를 형성하는 부품을 제조한 후, 상기 부품을 탱크(130)를 제조하는 금형에 삽입하여 사출하는 인서트 사출방법에 의해 상기 탱크(130)와 일체로 형성된다.

도 6은 수지제로 형성되는 탱크(130)의 부분이 상기 열전달향상부(135)의 두께보다 두껍게 형성된 예를 도시하였으나, 두께와는 상관없이 상기 열전달향상부(135)는 내부에서 상기 탱크(130) 내부를 유동하는 유체와 직접 접촉되고, 외부에서 공기와 접촉되도록 함으로써 열전달성능을 향상시켜 상기 탱크(130) 내부를 유동하는 오일 또는 냉각수의 열교환이 효율적으로 이루어질 수 있게 된다.

즉, 본 발명의 일체형 열교환기(1000)는 수지재를 이용하여 부품을 간소화하고 제조공정을 줄이는 사출성형의 장점은 그대로 가지고 있으면서도 상기 열전달향상부(135)를 형성하여 상기 탱크(130) 내부를 유동하는 유체의 열교환성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 일체형 열교환기(1000)는 상기 열전달향상부(135)가 형성됨으로써 탱크(130)의 강도를 보강할 수 있어 내구성을 증대시킬 수 있게 되는 장점이 있다.

도 4, 5, 및 7에 도시한 본 발명의 일체형 열교환기(1000)는 상기 냉각수 또는 오일의 흐름을 조절하는 배플(136)이 없이 상기 탱크(130) 내부에 상기 냉각수와 오일을 구분하는 배플(136)만이 형성되고, 상기 제1헤더탱크(110)에 상기 제1헤더탱크(110) 내부의 상부영역과 연통되는 제1출구파이프(133)가, 하부 영역과 연통 되는 제2출구파이프(134)가 형성되며, 상기 제2헤더탱크(120)에 상기 제2헤더탱크(120) 내부의 상부 영역과 연통되는 제1입구파이프(131)가, 하부 영역과 연통되는 제2입구파이프(132)가 형성된 예를 도시한 것으로, 다양하게 형성될 수 있다.

상기 도 7을 참조로, 그 흐름을 설명하면, 냉각수는 상기 제1입구파이프(131)를 통해 제2헤더탱크(120) 내부로 이동되며, 상기 배플(136)이 형성된 영역까지 상기 제2헤더탱크(120) 방향으로 이동되면서 상기 튜브(200)를 따라 제1헤더탱크(110)로 이동되며, 상기 제1헤더탱크(110) 일측에 형성된 제1출구파이프(133)를 통해 배출된다.

한편, 오일 역시 상기 냉각수와 유사한 흐름을 가지며 상기 제2입구파이프(132)를 통해 제2헤더탱크(120) 하부 영역으로 이동되며, 상기 튜브(200)를 따라 제1헤더탱크(110)로 이동하면서 열교환되고 상기 제1헤더탱크(110)로 이동되며 상기 제1헤더탱크(110)의 일측에 형성된 제2출구파이프(134)를 통해 배출된다.

본 발명은 상기에서 설명한 것 외에도 상기 배플(136)이 형성되는 위치를 조절하여 상기 냉각수 및 오일이 유동되는 공간을 다양하게 형성될 수 있으며, 상기 배플(136)이 구비되는 개수 및 상기 제1입구파이프(131), 제2입구파이프(132), 제1출구파이프(133), 및 제2출구파이프(134)의 형성위치를 조절하여 다양한 흐름을 갖도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 열전달향상부(135)는 상기 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 오일이 유동되는 탱크(130)영역 뿐만 아니라, 상기 냉각수가 유동되는 탱크(130) 부분에도 형성될 수 있다.

도 8은 본 발명의 일체형 열교환기(1000)에 따른 다른 사시도로, 상기 도 8에 도시된 일체형 열교환기(1000)는 상기 도 4 내지 도 7에 도시한 열교환기(1000)와 기본적인 구성을 동일하나, 상기 열전달향상부(135)가 상기 제1헤더탱크(110) 또는 제2헤더탱크(120) 내부의 상기 오일 및 냉각수가 유동되는 공간을 분리하는 배플(136)과 일체로 형성된 예를 도시하였다.

도 9는 본 발명의 일체형 열교환기(1000)에 따른 열전달향상부(135)의 형상을 나타낸 사시도로, 상기 도 9 (a)에 도시한 열전달향상부(135)는 상기 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 탱크(130)의 폭방향으로 절단되어 일측이 개방된 "U"자 형상의 단면을 갖는 형태를 도시하였고, 상기 도 9 (b)는 상기 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 냉각수와 오일을 구획하는 배플(136)의 역할을 담당하도록 상기 열전달향상부(135)의 일측면(탱크(130)의 폭방향)이 폐쇄된 형태를 도시하였다.

상기 열전달향상부(135)가 상기 냉각수와 오일을 구획하는 배플(136)과 일체로 형성됨으로써, 상기 오일의 열교환성능을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

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

도 1은 종래의 이중관형 오일쿨러 및 라디에이터 탱크(130) 조립체의 단면도.

도 2는 종래의 적층형 오일쿨러의 사시도.

도 3은 혼합형 오일쿨러 및 라디에이터 조립체의 사시도.

도 4는 본 발명의 일체형 열교환기에 따른 사시도.

도 5는 상기 도 4에 도시한 일체형 열교환기의 분해사시도.

도 6은 상기 도 4에 도시한 일체형 열교환기의 AA'방향 단면도.

도 7은 상기 도 4에 도시한 일체형 열교환기의 냉각수 및 오일의 흐름을 나타낸 개략도.

도 8은 본 발명의 일체형 열교환기에 따른 다른 사시도.

도 9는 본 발명의 일체형 열교환기에 따른 열전달향상부의 형상을 나타낸 사시도.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

1000 : 본 발명의 일체형 열교환기

110 : 제1헤더탱크 120 : 제2헤더탱크

130 : 탱크

131 : 제1입구파이프 132 : 제2입구파이프

133 : 제1출구파이프 134 : 제2출구파이프

135 : 열전달향상부 136 : 배플

140 : 헤더

200 : 튜브

300 : 핀

Claims (4)

1. 내부에 오일 및 냉각수가 각각 상부 및 하부로 분리되어 유동되는 복수개의 튜브(200); 상기 튜브(200) 사이에 개재되는 핀(300); 상기 튜브(200)의 단부가 삽입되는 헤더(140)와, 배플(136)에 의해 구획된 상부 및 하부의 공간에 서로 독립되도록 구비되어 냉각수가 유입되는 제1입구파이프(131)와 오일이 유입되는 제2입구파이프(132) 및 냉각수가 배출되는 제1출구파이프(133)와 오일이 배출되는 제2출구파이프(134)가 형성된 탱크(130)의 결합에 의해 형성되는 제1헤더탱크(110) 및 제2헤더탱크(120); 를 포함하여 이루어지는 일체형 열교환기(1000)에 있어서,

   상기 탱크(130)는 수지재를 이용하여 사출 성형되되, 일정부분 일측이 개방된 탱크(130)의 둘레를 형성하며 금속재로 이루어지는 열전달향상부(135)가 인서트 사출에 의해 일체로 형성되고,

   상기 열전달향상부(135)는 상기 오일이 유동되는 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 열전달향상부(135)는 내부에서 상기 탱크(130) 내부를 유동하는 유체와 접촉되고 외부에서 공기와 접촉되는 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
3. 삭제
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 열전달향상부(135)는 상기 제1헤더탱크(110) 또는 제2헤더탱크(120) 내부의 상기 오일 및 냉각수가 유동되는 공간을 분리하는 배플(136)과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.

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