KR101497368B1

KR101497368B1 - 열교환기의 헤더탱크 구조

Info

Publication number: KR101497368B1
Application number: KR1020080095991A
Authority: KR
Inventors: 임홍영; 오광헌; 전영하; 김승환
Original assignee: 한라비스테온공조 주식회사
Priority date: 2007-10-15
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2015-03-03
Also published as: KR20090038359A

Abstract

본 발명은 열교환기 헤더 및 상기 탱크 서로 간의 구속력을 증대시켜 내구성을 증가시키고, 또한 제작 시 재료를 절약할 수 있는 열교환기의 헤더탱크 구조에 관한 것이다.

공기 송풍 방향에 나란하게 일정 간격으로 병렬 배치된 복수 개의 튜브(20)와; 상기 튜브(20) 사이에 개재되고 상기 튜브(20) 사이를 흐르는 공기와의 전열면적을 증가시키는 핀(30)과; 상기 튜브(20)의 단부가 결합되는 튜브삽입홀(13)이 형성되어 열교환매체가 유통하며, 헤더(11)와 탱크(12)가 결합되어 이루어지며 엔드캡(14)에 의해 길이 방향의 양 끝이 폐쇄되는 한 쌍의 헤더탱크(10);를 포함하여 이루어지는 열교환기에 있어서, 상기 헤더(11)의 폭 방향 양단부에는 상기 튜브삽입홀(13)이 형성된 면으로부터 절곡되어 길이 방향으로 연장 형성된 절곡부(18)가 각각 형성되고, 상기 절곡부(18)에는 복수 개의 탭(15)이 형성되고, 상기 탱크(12)에는 상기 헤더(11)의 절곡부(18)와 결합되는 결합부(19)가 형성되며, 상기 탭(15)이 절곡되어 끼워질 수 있도록 상기 탭(15)과 길이 방향으로 동일한 위치에 내측으로 함몰되어 형성된 결합홈(16)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

열교환기, 헤더탱크, 결합, 구속력, 탭, 결합홈, 규제돌기

Description

열교환기의 헤더탱크 구조 {A Structure of Header-Tank for a Heat Exchanger}

본 발명은 열교환기의 헤더탱크 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열교환기 헤더 및 상기 탱크 서로 간의 구속력을 증대시켜 내구성을 증가시키고, 또한 제작 시 재료를 절약할 수 있는 열교환기의 헤더탱크 구조에 관한 것이다.

세계적으로 에너지 및 환경 문제에 관한 관심사가 커져 감에 따라, 최근 자동차 생산 산업에 있어서 연비를 포함한 각 파트의 효율 개선이 꾸준히 이루어지고 있으며, 또한 다양한 소비자의 욕구를 만족시키기 위하여 자동차 외관의 형태 역시 다양화되고 있는 추세이다. 이러한 경향에 따라, 차량의 각 부품들은 점차로 경량화ㆍ소형화 및 고기능화를 위한 꾸준한 연구 개발이 이루어지고 있다. 특히 차량용 냉각장치에 있어서, 대개 엔진룸 내부에서 충분한 공간을 확보하기 어려운 실정이기 때문에 작은 크기를 가지면서도 높은 효율을 가지는 열교환 시스템을 제조하기 위한 노력이 있어 왔다.

한편, 통상적으로 열교환 시스템은 주변으로부터 열을 흡수하는 증발기, 냉매를 압축하는 압축기, 주변으로 열을 방출하는 응축기, 냉매를 팽창시키는 팽창밸 브로 구성된다. 냉각 시스템에서는, 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 기화하며 주변으로부터 기화열을 흡수함으로써 주변 공기를 냉각하고, 이로써 하나의 냉각 사이클이 이루어진다.

이러한 냉각 시스템에 사용되는 응축기, 증발기 등이 대표적인 열교환기로서, 열교환기 외부의 공기와 열교환기 내부의 열교환매체, 즉 냉매 사이에 보다 효과적으로 열교환을 일으키기 위한 많은 연구가 꾸준히 이루어져 오고 있다. 도 1a 내지 도 1c는 일반적인 열교환기의 사시도로서, 도 1a 및 도 1b는 튜브가 1열로 배치되는 열교환기를, 도 1c는 튜브가 2열로 배치되는 열교환기를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이 열교환기는 내부에 열교환매체가 유동하며, 공기 송풍 방향에 나란하게 일정 간격으로 병렬 배치된 복수 개의 튜브(20)와; 상기 튜브(20) 사이에 개재되고 상기 튜브(20) 사이를 흐르는 공기와의 전열면적을 증가시키는 핀(30)과; 상기 튜브(20)의 양측 단부에 결합되어 열교환매체가 유통하며, 헤더(11')와 탱크(12')가 결합되어 이루어지며 엔드캡(14)에 의해 길이 방향의 양 끝이 폐쇄되는 한 쌍의 헤더탱크(10')를 포함하여 이루어진다. 상기 헤더(11')는 U자 모양으로 형성되며, 개방된 면과 마주보는 쪽 일측 면에 폭 방향으로 연장되고 길이 방향으로 배열되는 복수 개의 튜브삽입홀(14')이 형성된다. 또한, 상기 탱크(12')는 역시 U자 모양으로 형성되며, 개방된 면 측이 상기 헤더(11')의 개방된 면 측에 결합되 되, 개방된 면 쪽의 양측 모서리를 따라 다수 개의 탭(15')이 구비되어 있다. 상기 탱크(12')에 구비된 탭(15')은 상기 헤더(11') 및 상기 탱크(12')의 결합 시 절곡되어 상기 헤더(11')를 지지함으로써 상기 헤더(11') 및 상기 탱크(12')의 결속을 유지하는 역할을 한다.

도 1a에서는 상기 탭(15')이 상기 탱크(12')의 가장자리에 구비되는 것으로 도시되었으나, 물론 상기 헤더(12')의 가장자리가 상기 탱크(11')의 가장자리 바깥쪽에 위치하도록 구비되는 경우 상기 탭(15')은 상기 헤더(12')의 가장자리에 구비되도록 할 수 있다.

도 2는 이와 같은 종래의 헤더탱크 구조를 도시한 일본특허공개 제2002-206889호(이하 선행기술)의 대표도면이다.

그런데, 탭을 절곡하여 탱크가 헤더를 지지하도록 함으로써 결합을 유지하도록 하는 상기 선행기술의 경우, 그 구조상 탭에 의한 구속력은 단지 높이 방향(도 1a의 방향 참조)으로밖에 작용하지 못한다는 것은 자명하다. 즉, 도 1a 및 도 2와 같은 탭에 의한 헤더탱크 구조에 의하면, 도 1b에 보이는 바와 같이 헤더와 탱크가 길이 방향으로 어긋나서, 결합 위치에서 어긋나는 경우에 대하여 어떤 구속력도 갖지 못하는 큰 문제점이 있었다.

뿐만 아니라 상기 선행기술과 같은 종래의 탭은 반드시 헤더 또는 탱크(탭이 탱크에 구비되는 경우에는 헤더, 탭이 헤더에 구비되는 경우에는 탱크)의 표면 이 상까지 연장 형성되어야만 하는데, 이 경우 탭 부분을 남기고 나머지 소재는 절단되어 폐기되게 된다. 소재를 절약하기 위하여 탭의 길이를 줄이게 되면 결합력이 약해지기 때문에, 탭의 길이를 줄이는 데에는 한계가 있으며, 따라서 탭을 성형함으로써 발생되는 소재의 낭비가 매우 심하다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 열교환기 헤더 및 탱크 서로 간의 구속력을 증대시켜 내구성을 증가시키고, 헤더 및 탱크 간의 브레이징 접합 강도를 향상시키며, 또한 제작 시 재료를 절약할 수 있는 열교환기의 헤더탱크 구조를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열교환기의 헤더탱크 구조는, 공기 송풍 방향에 나란하게 일정 간격으로 병렬 배치된 복수 개의 튜브(20)와; 상기 튜브(20) 사이에 개재되고 상기 튜브(20) 사이를 흐르는 공기와의 전열면적을 증가시키는 핀(30)과; 상기 튜브(20)의 단부가 결합되는 튜브삽입홀(13)이 형성된 헤더(11) 및 상기 헤더(11)와 결합되는 탱크(12)로 이루어져 내부에 열교환매체가 유동되도록 한 한 쌍의 헤더탱크(10);를 포함하여 이루어지는 열교환기에 있어서, 상기 헤더(11)는, 폭 방향 양단부에 상기 튜브삽입홀(13)이 형성된 면으로부터 절곡되어 높이 방향으로 절곡부(18)가 각각 연장 형성되고, 상기 절곡부(18)에는 복수 개의 탭(15)이 형성되며, 상기 탱크(12)는, 상기 헤더(11)의 절곡부(18)와 결합되는 결합부(19)가 형성되며, 상기 탭(15)이 절곡되어 끼워질 수 있도록 상기 탭(15)과 길이 방향으로 동일한 위치에 내측으로 함몰되어 형성된 결합홈(16)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 헤더(11)는 단일 판재가 벤딩되어 양단에 상기 절곡부(18)가 형성되고 중심부에 높이 방향으로 연장되는 격벽이 형성되어 2열의 유로를 형성하는 형태인 것을 특징으로 한다.

또한, 이웃하는 상기 결합홈(16)들 사이에는 적어도 하나 이상의 보조홈(16a)이 형성되는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 보조홈(16a)은 상기 결합홈(16)과 동일한 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 보조홈(16a)은 상기 탱크(12)의 둘레 면을 따라 내측으로 함몰되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 헤더(11)는 상기 헤더(11)의 절곡부(18) 측으로 삽입되는 상기 탱크(12) 결합부(19)의 단부가 소정 깊이 이상으로 삽입되지 않도록 상기 헤더(11)의 내부 방향으로 돌출 형성되는 규제돌기(17)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 규제돌기(17)는 프레스 성형에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 규제돌기(17)는 상기 절곡부(18)의 상기 탭(15)과 탭(15) 사이 영역에 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 규제돌기(17)는 상기 탭(15)의 길이 방향 하부 영역에 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 탭(15) 및 상기 규제돌기(17)는 상기 헤더(11)의 길이 방향에 대하여 상기 튜브삽입홀(13)들 사이의 영역에 있는 상기 절곡부(18) 상에 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 결합홈(16)은 상기 탱크(12)의 외측면과 경사면(S)으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 결합홈(16) 단부를 둘러싼 상기 경사면(S)은 상기 절곡된 탭(15)과 접촉하여 상기 헤더(11) 및 상기 탱크(12)가 서로 분리되지 않도록 하는 걸림턱(16b)을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 절곡부(18)는 상기 탱크(12)의 상기 결합홈(16) 및 그 둘레의 상기 경사면(S) 하부와 겹치지 않도록, 상기 절곡부(18)의 단부가 상기 결합홈(16) 및 상기 경사면(S)의 하부에 위치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 절곡부(18)는 상기 절곡부(18) 단부 및 상기 규제돌기(17) 단부 사이에는 일정 간격(d)의 평면 접합부(G)가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 탭(15)은 상기 경사면(S)의 폭(R)보다 같거나 크게 길이 방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또는 본 발명의 열교환기의 헤더탱크 구조는, 공기 송풍 방향에 나란하게 일정 간격으로 병렬 배치된 복수 개의 튜브(20)와; 상기 튜브(20) 사이에 개재되고 상기 튜브(20) 사이를 흐르는 공기와의 전열면적을 증가시키는 핀(30)과; 상기 튜브(20)의 단부가 결합되는 튜브삽입홀(13)이 형성된 헤더(11A) 및 상기 헤더(11A)와 결합되는 탱크(12A)로 이루어져 내부에 열교환매체가 유동되도록 한 한 쌍의 헤더탱크(10);를 포함하여 이루어지는 열교환기에 있어서, 상기 헤더(11A)는, 폭 방향 양단부에 상기 튜브삽입홀(13)이 형성된 면으로부터 절곡되어 높이 방향으로 절곡부(18A)가 각각 연장 형성되고, 상기 절곡부(18A)에는 내측으로 함몰되어 형성된 복수 개의 결합홈(16A)이 형성되며, 상기 탱크(12A)는, 상기 헤더(11A)의 절곡부(18A)와 결합되는 결합부(19A)가 형성되며, 상기 결합홈(16A)에 절곡되어 끼워질 수 있도록 상기 결합홈(16A)과 길이 방향으로 동일한 위치에 탭(15A)이 형성되고, 상기 결합홈(16A)은 상기 헤더(11A)의 외측면과 경사면으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 헤더(11A)는 단일 판재가 벤딩되어 양단에 상기 절곡부(18A)가 형성되고 중심부에 높이 방향으로 연장되는 격벽이 형성되어 2열의 유로를 형성하는 형태인 것을 특징으로 한다.

또한, 이웃하는 상기 결합홈(16A)들 사이에는 적어도 하나 이상의 보조홈(16a)이 형성되는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 보조홈(16a)은 상기 결합홈(16A)과 동일한 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 보조홈(16a)은 상기 헤더(11A)의 둘레 면을 따라 내측으로 함몰되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 탱크(12A)는 상기 탱크(12A)의 결합부(19A) 측으로 삽입되는 상기 헤더(11A) 절곡부(18A)의 단부가 소정 깊이 이상으로 삽입되지 않도록 상기 탱크(12A)의 내부 방향으로 돌출 형성되는 규제돌기(17A)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 열교환기의 헤더 및 상기 탱크의 결합 시 본 발명의 구조 에 의하여 길이 방향의 헤더와 탱크의 상대적 이동을 규제하는 효과가 있으며, 동시에 결합홈의 추가에 의하여 헤더탱크의 내구성이 높아지게 되는 효과가 있다. 또한 본 발명에 의하면, 종래에는 헤더 또는 탱크의 수평면까지 탭을 형성하여야 하였으나 본 발명의 경우 결합홈 부분까지만 탭을 형성하면 되기 때문에 탭 길이를 종래보다 훨씬 줄일 수 있는 효과가 있으며, 이에 따라 탭 성형 시 잘려서 버려지는 소재의 낭비를 비약적으로 감소시킬 수 있는 큰 효과가 있다. 물론 이러한 소재의 절약 효과에 의하여 제작비가 저감되는 경제적인 효과 또한 있다.

또한, 본 발명에 의하면 탱크 상에 결합홈 및 보조홈이 형성되어 있음으로써 동일한 탱크의 디자인을 사용하면서도 헤더의 탭 간격과 위치만을 용이하게 변경할 수 있는 등, 필요에 따른 설계 변경이 용이해지는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 경우 탱크에 보조홈이 형성됨으로써 구조적으로 탱크의 강도가 향상되는 효과 또한 있다.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 열교환기의 헤더탱크 구조를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 헤더탱크 구조에 의한 헤더탱크를 도시한 것으로, 도 3(A)는 사시도이고, 도 3(B)는 부분 상세도이며, 도 3(C)는 측면도이다. 도 4는 단면도로서, 도 4(A)는 도 3(C)의 A-A'에 따른 단면도이고, 도 4(B)는 도 3(C)의 B-B'에 따른 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 헤더탱크(10) 역시 헤더(11) 및 상기 탱크(12)의 결합으로 이루어진다. 상기 헤더(11)에는 폭 방향으로 연장되어 길이 방향으로 병렬 배치되는 다수 개의 튜브삽입홀(13)이 형성되어 있다. 상기 헤더(11)의 폭 방향 양단부에는, 상기 튜브삽입홀(13)이 형성된 면으로부터 절곡되어 길이 방향으로 연장 형성되는 절곡부(18)가 각각 형성되는데, 상기 절곡부(18)의 단부에는 도 3(A) 및 도 3(C)에 도시된 바와 같이 다수 개의 탭(15)이 구비된다.

상기 탱크(12)에는 상기 헤더(11)의 절곡부(18)가 삽입 결합되는 결합부(19)가 형성된다. 상기 결합부(19) 상에는, 상기 탭(15)이 절곡되어 끼워질 수 있도록, 길이 방향으로 상기 탭(15)과 동일한 위치에 내측으로 함몰 형성되는 결합홈(16)이 형성된다.

상기 결합홈(16)은 상기 탱크(12)의 둘레 전체에 걸쳐서 연장되는 것이 아니라, 상기 탱크(12) 결합부(19)(즉 옆면)의 소정 부분까지만 연장된다. 상기 헤더(11)에 형성된 탭(15)은, 도 3(B)에 도시된 바와 같이 상기 탱크(12)에 형성된 결합홈(16)의 끝부분에 걸쳐 절곡됨으로써 상기 헤더(11) 및 상기 탱크(12)를 결합하여 구속하게 된다. 이 때, 상기 결합홈(16)의 끝부분이 높이 방향, 폭 방향 및 길이 방향으로 모두 함몰되어 있는 형태가 되기 때문에, 상기 탭(15)이 절곡되어 상기 결합홈(16)의 끝부분에 걸리게 되면, 상기 헤더(11) 및 상기 탱크(12)에 대하여 높이 방향 및 길이 방향 모두에 대한 구속력을 가지게 된다.

즉, 본 발명의 헤더탱크 구조에 의하면, 종래의 헤더탱크 구조의 탭이 단지 높이 방향으로의 구속력밖에 가지지 못하기 때문에 헤더와 탱크가 길이 방향으로 미끄러져 정위치를 유지하지 못하게 되는 현상을 전혀 방지할 수가 없었던 것과는 달리, 본 발명의 헤더탱크 구조의 탭(15)과 결합홈(16)은 높이 방향 및 길이 방향 모두에 대하여 구속력을 가지기 때문에 높이 방향으로 헤더(11) 및 탱크(12)가 분리되는 것을 막는 한편 헤더(11) 및 탱크(12)가 길이 방향으로 어긋나서 정위치가 흐트러질 가능성을 원천적으로 배제할 수 있게 되는 것이다.

상기 결합홈(16)들 사이에는 도 3(A) 및 도 3(C)에 도시되어 있는 바와 같이 내측으로 함몰 형성되는 보조홈(16a)이 더 형성되는 것이 바람직하다. 상기 보조홈(16a)은 상기 결합홈(16)과 동일한 형상으로 형성(즉 상기 결합홈(16)처럼 상기 탱크(12) 결합부(19)의 일부 영역까지만 연장 형성)될 수도 있고, 또는 상기 보조홈(16a)은 상기 탱크(12) 둘레 면을 따라 형성되어도 무방하다.

상기 보조홈(16a)이 상기 결합홈(16)과 동일한 형태로 형성되는 경우에는, 동일한 탱크(12)의 디자인을 사용하면서도 필요에 따라 헤더(11)의 탭(15) 간격과 위치만을 용이하게 변경할 수 있는 등, 설계 변경이 용이해지는 장점이 있다.

그런데 이 때, 상기 헤더(11) 및 상기 탱크(12)가 높이 방향에 대하여 서로 바깥쪽으로 가해지는 힘을 받을 때에는 상기 탭(15) 및 상기 결합홈(16)의 구조에 의하여 구속력이 가해져 이탈을 방지할 수 있지만, 상기 결합홈(16)의 위쪽이 개방되어 있기 때문에 상기 헤더(11) 및 상기 탱크(12)가 높이 방향에 대하여 서로 안으로 가해지는 힘을 받을 경우에는 높이 방향으로의 구속력이 발생되지 못할 수 있 다. 물론 헤더탱크(10)는 (열교환기 외부와 비교하였을 때 상대적으로) 높은 압력을 가지는 냉매가 내부에 수용되기 때문에 큰 문제는 되지 않겠으나, 외부의 충격 등과 같이 헤더탱크(10)가 높이 방향으로 눌리는 힘을 받게 되는 경우가 발생할 가능성을 완전히 배제할 수는 없다.

따라서 본 발명에서는, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같은 규제돌기(17)를 더 형성하도록 한다. 도 4는 도 3에 도시된 바와 같은, 본 발명의 구조를 채용하며 1열의 유로를 가지는 탱크의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 구조를 채용하며 2열의 유로를 가지는 탱크의 단면도로서, 도 4(B)와 동일한 위치에서의 단면도이다.

보다 상세히 설명하면, 본 발명에서는 상기 탱크(12)가 상기 헤더(11) 내부로 삽입될 때 규정된 깊이 이상으로 삽입되지 못하도록 상기 헤더(11)의 내부에 규제돌기(17)를 형성한다. 즉 본 발명의 헤더탱크 구조에 의하면, 상기 탭(15) 및 상기 결합홈(16)의 결합에 의하여 높이 방향에 대하여 바깥쪽으로 가해지는 힘에 대한 구속력이 발생되며, 상기 헤더(11)의 절곡부(18) 내부로 삽입된 상기 탱크(12)의 결합부(19) 단부가 상기 규제돌기(17)에 걸려 소정 깊이 이상으로 삽입되지 못함으로써 높이 방향에 대하여 안쪽으로 가해지는 힘에 대한 구속력이 발생된다.

도 6은 결합홈, 탭 및 규제돌기의 상세도를 도시하고 있다. 상기 규제돌기(17)는 상기 탱크(12)의 결합부(19) 단부가 상기 헤더(11) 내부로 정위치보다 더 깊이 삽입되는 것을 방지하기 위해 구비되는 것이므로, 상기 헤더(11)의 절곡부(18) 상 길이 방향으로는 어떤 위치에 형성되어도 무방하다. 이 때, 도 6(A)에 도시되어 있는 제1실시예에서와 같이 상기 규제돌기(17)가 상기 탭(15)과 (높이 방 향으로) 동일 선상이 아닌 위치, 즉 서로 엇갈리는 위치에 형성되도록 할 수도 있으며, 또는 도 6(B)에 도시되어 있는 제2실시예에서와 같이 상기 규제돌기(17)가 상기 탭(15)과 동일 선상에 위치할 수도 있다.

도 7을 통해 도 6(A)에 도시된 제1실시예와 도 6(B)에 도시된 제2실시예를 비교한다. 먼저 도 7은 도 6(A)에 도시된 제1실시예에서의 상기 규제돌기(17) 형성 부분을 상세히 도시한 것이다. 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 규제돌기(17)에는 상기 탱크(12)의 결합부(19)가 걸려 상기 규제돌기(17)가 형성된 위치까지만 삽입 고정되게 되며, 이와 같이 위치가 고정된 후 상기 헤더(11)의 절곡부(18) 및 상기 탱크(12)의 결합부(19)가 서로 접촉하는 부분이 브레이징 접합되게 된다. 도 7에서는, 이와 같이 브레이징 접합되는 부분, 즉 평면 접합부(G) 중 상기 규제돌기(17)의 상측 부분이 G₁으로, 나머지 부분은 G₂로 표시되어 있다. 상기 평면 접합부(G)가 브레이징 접합되었을 때 충분한 강도를 가질 수 있도록 상기 평면 접합부(G)는 일정 간격(d)을 형성한다. (상기 일정 간격(d)에 대해서는 이후 보다 상세히 설명한다.)

그런데, 도 6(A)에 도시되어 있는 바와 같이 제1실시예의 경우 G₁ 부분의 높이는 "A"밖에 되지 않는데, 이는 도 6(B)에 도시되어 있는 제2실시예에서의 G₁ 부분의 높이 "B"와 비교하였을 때 상대적으로 작은 값이다. 이와 같이 제1실시예에서의 상기 G₁ 부분은 높이가 작기 때문에, 구조적으로 외력에 대해 취약하다. 한편, 상기 규제돌기(17)는 프레스 성형을 통해 형성되는데, 이 때 제1실시예의 경우 상기 G₁ 부분이 구조적으로 취약하기 때문에 도 7(B) 및 도 7(C)에 도시되어 있는 바와 같이 원치 않는 변형이 일어날 수 있다. 그런데, 이와 같이 상기 G₁ 부분이 상기 헤더(11)이 내측으로 돌출되는 형태로 변형되면, 상기 헤더(11)의 절곡부(18) 중 상기 평면 접합부(G) 부분과 상기 탱크(12)의 결합부(19) 하부가 서로 밀착하여 브레이징 접합되어야만 하는데, 상기 G₁ 부분이 상기 헤더(11)이 내측으로 돌출됨으로써 해당 위치에서 도 7(B)에 도시되어 있는 바와 같이 상기 헤더(11) 및 상기 탱크(12) 간에 갭이 발생하게 된다. 이에 따라 해당 위치에서는 브레이징 접합이 제대로 이루어질 수 없게 되며, 따라서 브레이징 강도가 떨어지게 될 우려가 있다.

즉, 상기 규제돌기(17)는 제1실시예에서와 같이 상기 탭(15)과 어긋나는 위치에 형성되도록 할 수도 있으나, 제2실시예에서와 같이 상기 규제돌기(17)가 상기 탭(15)과 동일 선상에 위치하도록 하는 것이 더욱 바람직하다. 즉 제2실시예와 같이 상기 규제돌기(17)의 위치를 형성하게 되면, 가장 부재가 많은 부분에 상기 규제돌기(17)가 형성되게 됨으로써 상기 헤더(11)의 변형을 최소화할 수 있다.

도 8은 상기 규제돌기(17)의 형성 과정을 도시하고 있다. 즉, 상기 헤더(11)의 전체적인 U자 형상을 형성하기 전 단계에서, 소재를 프레스 성형하여 상기 규제돌기(17)를 형성하게 된다. 도 8(A)와 같이 상기 규제돌기(17)와 거의 같은 형상 및 크기의 홈이 형성된 다이 위에 평판 형태의 소재를 올려놓고, 도 8(B)와 같이 프레스로 압착하면, 도 8(C)와 같이 일측 면에 규제돌기(17)가 형성된 소재를 얻을 수 있다. 이와 같이 규제돌기(17)가 형성된 소재를 벤딩하여 절곡부(18)를 형성함으로써 헤더(11)의 성형이 완료된다.

물론, 상기 규제돌기(17)는 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위 내에서 프레스 성형 외에도 다른 어떤 제조 과정을 통하여 형성되어도 무방하다.

도 9는 규제돌기의 위치를 보다 상세히 도시하고 있다. 상기 탭(15) 및 상기 규제돌기(17)는 물론 설계자가 원하는 임의의 위치에 형성될 수도 있으나, 도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 규제돌기(17) 및 상기 탭(15)이 동일 선상에 위치하는 경우, 상기 헤더(11)의 길이 방향에 대하여 상기 튜브삽입홀(13)이 형성된 위치의 사이 위치에 형성되는 것이 바람직하다.

만일 상기 규제돌기(17)의 위치가 상기 튜브삽입홀(13)의 위치와 겹치게 될 경우, 상기 규제돌기(17)의 형성 높이에 따라 상기 튜브삽입홀(13)로 삽입되는 튜브(20)와 접촉이 일어날 가능성을 완전히 배제할 수 없으며, 이 경우 부품 간에 응력이 발생하거나 변형이 일어나는 등의 문제점이 발생할 가능성이 있다. 뿐만 아니라 상기 규제돌기(17) 및 상기 탭(15)의 위치가 상기 튜브삽입홀(13)의 위치와 겹치게 될 경우, 가공 공간을 확보하기가 어려워지게 되는 문제점 또한 있다. 따라서, 상기 규제돌기(17) 및 상기 탭(15)이 동일 선상에 위치하는 경우에 있어, 상기 규제돌기(17) 및 상기 탭(15)이 상기 헤더(11)의 길이 방향에 대하여 상기 튜브삽입홀(13)이 형성된 위치의 사이 위치에 형성되도록 함으로써 이와 같은 문제점들을 미리 예방할 수 있게 된다.

도 10은 헤더 및 탱크의 결합 부분을 보다 상세하게 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 상기 결합홈(16)은 상기 탱크(12)의 둘레를 따라 상기 탱크(12)의 내측으로 함몰 형성되게 되는데, 이 때 상기 결합홈(16)과 상기 탱크(12)의 외측면은 수직으로 연결되는 것이 아니라 어느 정도의 각도를 가지는 경사면(S)에 의해 서로 연결되게 된다. 물론 이론적으로는 서로 수직으로 연결되도록 형성할 수도 있겠으나 상기 탱크(12)는 판재로 된 원자재를 벤딩하여 상기 결합부(19)를 형성하고, 프레스 공정을 사용하여 상기 결합홈(16)을 형성하는 방식으로 만들어지는 바, 프레스 공정 시 상기 결합홈(16) 및 상기 탱크(12)의 외측면이 수직으로 연결되는 형태로 형성시킬 경우 연결면의 변형이 매우 심하게 일어나게 되고 또한 연결면 부분에서 프레스 공정 단계에서 파손이 일어나거나 최소한 강도가 크게 떨어지게 되는 문제점들이 있게 된다. 따라서 상기 결합홈(16)의 둘레는 수직이 아닌 어느 정도의 각도를 가지는 경사면(S)으로 둘러싸이는 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 결합홈(16)은 상술한 바와 같이 상기 탱크(12)의 외측면을 가압하여 형성되는데, 이 때 가공 툴의 형상에 의하여 자연스럽게 상기 경사면(S)이 형성될 수 있게 된다. 또한, 상기 결합홈(16) 단부를 둘러싼 상기 경사면(S)은 상기 절곡된 탭(15)과 접촉하여 상기 헤더(11) 및 상기 탱크(12)가 서로 분리되지 않도록 하는 걸림턱(16b)을 형성하도록 한다.

상기 절곡부(18)는 상기 탱크(12)의 상기 결합홈(16) 및 상기 결합홈(16) 둘레의 경사면(S) 하부에 위치하는 것이 바람직하다. 보다 상세히 설명하자면, 상기 절곡부(18)가 상기 결합홈(16)이 형성된 위치까지 연장되어 있을 경우, 다음과 같은 문제점이 생기게 된다. 상기 절곡부(18)는 상기 결합부(19)의 측면과 밀착하여 접촉하며, 여기에 브레이징 접합을 함으로써 견고하게 결합하게 된다. 그런데, 상기 절곡부(18)가 상기 결합홈(16)이 형성된 위치까지 연장될 경우 상기 절곡부(18)의 면들 중 일부가 상기 결합홈(16)에 의하여 이루어지는 공간 부분은 상기 결합부(19)와 접촉되지 못하게 되며, 따라서 이 부분에서는 브레이징 접합이 이루어질 수 없다. 그런데, 이와 같이 브레이징 접합 부분에 빈 공간이 생길 경우 브레이징 안정성이 크게 떨어지게 되는 문제점이 생길 수 있는 것이다. 따라서 상기 절곡부(18)는 상기 결합홈(16)이 형성된 위치보다 하부의 위치까지만 연장 형성되는 것이 바람직하다.

또한 상기 절곡부(18)는, 브레이징 접합을 위해 상기 헤더(11)의 길이 방향을 따라, 상기 절곡부(18) 단부 및 상기 규제돌기(17)의 상기 절곡부(18) 단부 쪽 끝단부 사이가 일정 간격(d) 이격되도록 형성된다. 이와 같이 이격된 부분은 상기 평면 접합부(G)를 형성하며, 상기 일정 간격(d)은 상기 헤더탱크(10)의 크기, 상기 헤더탱크(10) 내에 유동될 열교환매체의 특성, 이에 따른 상기 헤더탱크(10)가 견뎌야 할 내압 등과 같은 여러 가지 설계 변수에 따라 적절하게 결정될 수 있다.

또한 상기 탭(15)은 상기 경사면(S)의 폭(R)보다 같거나 크게 형성됨으로써, 상기 결합홈(16) 쪽으로 벤딩되었을 때 상기 탭(15) 및 상기 결합홈(16)의 안정적인 결합력을 얻을 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다.

도 11은 본 발명의 헤더 및 탱크의 다른 실시예이다. 도 3 내지 도 10의 실시예에서는, 헤더(11)의 절곡부(18) 상에 탭(15) 및 규제돌기(17)가, 탱크(12)의 결합부(19) 상에 결합홈(16)이 형성되도록 하였으나, 도 11의 실시예에서는 이와는 반대로 헤더(11A)의 절곡부(18A) 상에 결합홈(16A)이, 탱크(12A)의 결합부(19A) 상에 탭(15A) 및 규제돌기(17A)가 형성된다. 이 경우에도 상기 탭(15A)이 절곡되어 상기 결합홈(16A) 단부에 형성되는 걸림턱(16bA)에 걸림으로써 상기 헤더(11A) 및 상기 탱크(12A)의 높이 방향의 결합력을 강화하게 된다.

또한 이와 같이 탭과 결합홈의 위치가 뒤바뀌어 형성되는 경우에도 상기 헤더(11A)는 도 5에 도시된 바와 같이 격벽이 구비됨으로써 2열 유로가 만들어지도록 형성될 수도 있는 등, 단지 탭과 결합홈의 상하 위치가 바뀐 점을 제외하면 상기 도 3 내지 도 10의 다양한 구성들을 그대로 적용할 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

도 1a 내지 도 1c는 일반적인 열교환기의 분해사시도.

도 2는 종래의 헤더탱크 구조.

도 3은 본 발명의 헤더탱크 구조에 의한 헤더탱크.

도 4 및 도 5는 본 발명의 헤더탱크 구조에 의한 헤더탱크의 단면도.

도 6은 규제돌기 및 탭의 상세도.

도 7은 규제돌기 및 탭 위치에 대한 실시예들.

도 8은 규제돌기의 형성 과정.

도 9는 규제돌기의 위치 상세 측면도.

도 10은 헤더 및 탱크의 결합 부분의 상세 사시도.

도 11은 본 발명의 헤더 및 탱크의 다른 실시예.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

10: 헤더탱크 11: 헤더

12: 탱크 13: 튜브삽입홀

14: 엔드캡 15: 탭

16: 결합홈 16a: 보조홈

17: 규제돌기 18: 절곡부

19: 결합부

20: 튜브 30: 핀

Claims

공기 송풍 방향에 나란하게 일정 간격으로 병렬 배치된 복수 개의 튜브(20)와; 상기 튜브(20) 사이에 개재되고 상기 튜브(20) 사이를 흐르는 공기와의 전열면적을 증가시키는 핀(30)과; 상기 튜브(20)의 단부가 결합되는 튜브삽입홀(13)이 형성된 헤더(11) 및 상기 헤더(11)와 결합되는 탱크(12)로 이루어져 내부에 열교환매체가 유동되도록 한 한 쌍의 헤더탱크(10);를 포함하여 이루어지는 열교환기에 있어서,

상기 헤더(11)는, 폭 방향 양단부에 상기 튜브삽입홀(13)이 형성된 면으로부터 절곡되어 높이 방향으로 절곡부(18)가 각각 연장 형성되고, 상기 절곡부(18)에는 복수 개의 탭(15)이 형성되며,

상기 탱크(12)는, 상기 헤더(11)의 절곡부(18)와 결합되는 결합부(19)가 형성되며, 상기 탭(15)이 절곡되어 끼워질 수 있도록 상기 탭(15)과 길이 방향으로 동일한 위치에 내측으로 함몰되어 형성된 결합홈(16)이 형성되고,

상기 결합홈(16)은 상기 탱크(12)의 외측면과 경사면(S)으로 연결되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 헤더탱크 구조.
제 1항에 있어서, 상기 헤더(11)는

단일 판재가 벤딩되어 양단에 상기 절곡부(18)가 형성되고 중심부에 높이 방향으로 연장되는 격벽이 형성되어 2열의 유로를 형성하는 형태인 것을 특징으로 하 는 열교환기의 헤더탱크 구조.
제 1항에 있어서, 이웃하는 상기 결합홈(16)들 사이에는

적어도 하나 이상의 보조홈(16a)이 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 헤더탱크 구조.
제 3항에 있어서, 상기 보조홈(16a)은

상기 결합홈(16)과 동일한 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 헤더탱크 구조.
제 3항에 있어서, 상기 보조홈(16a)은

상기 탱크(12)의 둘레 면을 따라 내측으로 함몰되어 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 헤더탱크 구조.
제 1항에 있어서, 상기 헤더(11)는

상기 헤더(11)의 절곡부(18) 측으로 삽입되는 상기 탱크(12) 결합부(19)의 단부가 소정 깊이 이상으로 삽입되지 않도록 상기 헤더(11)의 내부 방향으로 돌출 형성되는 규제돌기(17)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 헤더탱크 구조.
제 6항에 있어서, 상기 규제돌기(17)는

프레스 성형에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 헤더탱크 구조.
제 6항에 있어서, 상기 규제돌기(17)는

상기 절곡부(18)의 상기 탭(15)과 탭(15) 사이 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 헤더탱크 구조.
제 6항에 있어서, 상기 규제돌기(17)는

상기 탭(15)의 길이 방향 하부 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 헤더탱크 구조.
제 9항에 있어서, 상기 탭(15) 및 상기 규제돌기(17)는

상기 헤더(11)의 길이 방향에 대하여 상기 튜브삽입홀(13)들 사이의 영역에 있는 상기 절곡부(18) 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 헤더탱크 구조.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 결합홈(16) 단부를 둘러싼 상기 경사면(S)은

상기 절곡된 탭(15)과 접촉하여 상기 헤더(11) 및 상기 탱크(12)가 서로 분리되지 않도록 하는 걸림턱(16b)을 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 헤더탱크 구조.
제 1항에 있어서, 상기 절곡부(18)는

상기 탱크(12)의 상기 결합홈(16) 및 그 둘레의 상기 경사면(S) 하부와 겹치지 않도록, 상기 절곡부(18)의 단부가 상기 결합홈(16) 및 상기 경사면(S)의 하부에 위치하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 헤더탱크 구조.
제 1항에 있어서, 상기 절곡부(18)는

상기 절곡부(18) 단부 및 상기 규제돌기(17) 단부 사이에는 일정 간격(d)의 평면 접합부(G)가 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 헤더탱크 구조.
제 1항에 있어서, 상기 탭(15)은

상기 경사면(S)의 폭(R)보다 같거나 크게 길이 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 헤더탱크 구조.
공기 송풍 방향에 나란하게 일정 간격으로 병렬 배치된 복수 개의 튜브(20)와; 상기 튜브(20) 사이에 개재되고 상기 튜브(20) 사이를 흐르는 공기와의 전열면적을 증가시키는 핀(30)과; 상기 튜브(20)의 단부가 결합되는 튜브삽입홀(13)이 형성된 헤더(11A) 및 상기 헤더(11A)와 결합되는 탱크(12A)로 이루어져 내부에 열교환매체가 유동되도록 한 한 쌍의 헤더탱크(10);를 포함하여 이루어지는 열교환기에 있어서,

상기 헤더(11A)는, 폭 방향 양단부에 상기 튜브삽입홀(13)이 형성된 면으로부터 절곡되어 높이 방향으로 절곡부(18A)가 각각 연장 형성되고, 상기 절곡부(18A)에는 내측으로 함몰되어 형성된 복수 개의 결합홈(16A)이 형성되며,

상기 탱크(12A)는, 상기 헤더(11A)의 절곡부(18A)와 결합되는 결합부(19A)가 형성되며, 상기 결합홈(16A)에 절곡되어 끼워질 수 있도록 상기 결합홈(16A)과 길이 방향으로 동일한 위치에 탭(15A)이 형성되고,

상기 결합홈(16A)은 상기 헤더(11A)의 외측면과 경사면으로 연결되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 헤더탱크 구조.
제 16항에 있어서, 상기 헤더(11A)는

단일 판재가 벤딩되어 양단에 상기 절곡부(18A)가 형성되고 중심부에 높이 방향으로 연장되는 격벽이 형성되어 2열의 유로를 형성하는 형태인 것을 특징으로 하는 열교환기의 헤더탱크 구조.
제 16항에 있어서, 이웃하는 상기 결합홈(16A)들 사이에는

적어도 하나 이상의 보조홈(16a)이 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 헤더탱크 구조.
제 16항에 있어서, 상기 탱크(12A)는

상기 탱크(12A)의 결합부(19A) 측으로 삽입되는 상기 헤더(11A) 절곡부(18A)의 단부가 소정 깊이 이상으로 삽입되지 않도록 상기 탱크(12A)의 내부 방향으로 돌출 형성되는 규제돌기(17A)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 헤더탱크 구조.