KR101583921B1

KR101583921B1 - 차량용 열교환기 제조장치 및 제조방법

Info

Publication number: KR101583921B1
Application number: KR1020140053584A
Authority: KR
Inventors: 나성욱; 박훈우; 김치명; 김일환; 유성복; 박수환
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사; 주식회사 코렌스
Priority date: 2014-05-02
Filing date: 2014-05-02
Publication date: 2016-01-11
Also published as: CN105014182A; US20150314405A1; JP2015212607A; US11701743B2; KR20150126519A; DE102014220924A1; US20190076971A1; JP6396151B2; CN105014182B

Abstract

복수개의 냉각패널들이 상하로 적층된 냉각패널 모듈을 가압하여 상기 냉각패널들을 상호 접합시키는 차량용 열교환기 제조장치에 있어서, 상기 냉각패널 모듈의 상단과 하단을 지지하는 고정부; 및 상기 냉각패널 모듈의 상단 또는 하단과 상기 고정부 사이에 마련되며, 상기 냉각패널 모듈의 상면 또는 하면 상의 중심점을 기준으로 대칭되게 배치되어 상기 냉각패널 모듈을 가압하는 적어도 한 쌍의 탄성부를 포함하는 차량용 열교환기 제조장치 및 제조방법이 소개된다.

Description

차량용 열교환기 제조장치 및 제조방법{METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING HEAT EXCHANGER FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 열교환기 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로서, 진공 브레이징 시에도 냉각패널이 함몰되거나 박리가 발생하지 않도록 하는 차량용 열교환기 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.

연료전지 버스에서 연료전지 모듈은 차량 후단 엔진룸에 장착이 된다. 즉, 차량 전면에 라디에이터가 배치될 경우, 냉각수 루프가 상당히 길고 복잡해 지는 구조적 문제점으로 승용형 연료전지 시스템과는 다르게, 중간 열 교환기가 존재한다.

중간 열 교환기는 내부에 냉각수가 흐를 수 있도록 양단부에 개구부가 형성되며 내부에 유로가 구비된 알미늄 패널을 적재해서 용접하여 제작된다. 더 상세하게 설명하자면, 도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 알미늄 패널(10)은 내부에 유로를 형성하는 유로부(13)와 상기 유로부(13)의 상하를 덮는 분리판(11) 및 상기 유로부의 둘레를 감싸되 알미늄 패널(10)의 양단부가 개방되어 입구부와 출구부가 형성되도록 감싸는 프레임(12)으로 구성된다. 그리고 상기 알미늄 패널(10)이 상하로 적층되어 하나의 알미늄 패널 모듈(20)을 이룬다.

한편, 상기 유로부(13)가 상기 분리판(11)과 접합하거나 상기 알미늄 패널(10)이 또 다른 알미늄 패널(10)과 접합됨에 있어서 용접방법이 사용되는데, 이때 용접 기법에 브레이징(Brazing)이 적용되며, 고 품질의 접합성을 위해 종래에는 브레이징 공정 전 플럭스(Flux)라는 물질을 도포하여 왔다. 여기서 상기 플럭스는 상기 알미늄 패널 모듈(20)에 고열을 가하는 연속로 생산(CAB brazing)을 위해 제품에 도포되는 물질로 알미늄 패널(10) 표면의 마그네슘을 표층으로 올라오지 못하게 하는 역할을 수행하는데, 마그네슘이 표층으로 올라오면 접합성이 현저히 감소되기 때문에 상기 알미늄 패널(10)을 접합시킴에 있어서 중요한 물질로 여겨지고 있다.

하지만 상기 플럭스가 도포된 연속로 생산에서 생산한 제품은 제작 후 각각의 냉각패널 내부로 냉각수를 흘리게 되면 상기 플럭스의 용출로 인해서 냉각수 전기 전도도가 쉽게 상승하며 이로 인해 운전자의 전기 안전성 및 필터류 내구 문제가 발생되었으며, 이는 연료전지의 내구성에 악영향을 미치는 문제점이 있었다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR

10-2010-0069871

A (2010.06.25)

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 진공 브레이징 방법을 사용하며, 이를 위해 알미늄 패널 모듈에 균일한 하중을 가하기 위하여 알미늄 패널 모듈 상단 또는 하단에 탄성체를 구비하고, 알미늄 패널의 양단부에 형성된 개구부를 지지하는 지지체를 포함하는 차량용 열교환기 제조장치 및 제조방법를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 열교환기 제조장치 및 제조방법은 복수개의 냉각패널들이 상하로 적층된 냉각패널 모듈을 가압하여 상기 냉각패널들을 상호 접합시키는 차량용 열교환기 제조장치에 있어서, 상기 냉각패널 모듈의 상단과 하단을 지지하는 고정부; 및 상기 냉각패널 모듈의 상단 또는 하단과 상기 고정부 사이에 마련되며, 상기 냉각패널 모듈의 상면 또는 하면 상의 중심점을 기준으로 대칭되게 배치되어 상기 냉각패널 모듈을 가압하는 적어도 한 쌍의 탄성부를 포함한다.

상기 탄성부와 상기 냉각패널 모듈의 상면 또는 하면 사이에 마련되어 상기 탄성부의 하중을 분산시키는 분산패널을 더 포함할 수 있다.

상기 냉각패널은 냉각수가 유입되는 입구부와 냉각수가 배출되는 출구부를 포함하고, 상기 차량용 열교환기 제조장치는, 상기 냉각패널 모듈 가압시 상기 입구부와 출구부의 변형을 방지하도록 상기 입구부와 출구부 중 적어도 어느 한 곳을 지지하는 지지핀을 더 포함할 수 있다.

상기 지지핀은 상기 입구부와 출구부에 각각 마련될 수 있다.

상기 지지핀은 허니콤 구조를 가질 수 있다.

본 발명에 따른 차량용 열교환기 제조방법으로서, 상기 냉각패널의 입구부와 출구부 중 적어도 어느 한 곳에 지지핀을 삽입하는 인서트단계; 상기 냉각패널의 입구부와 출구부 중 적어도 어느 한 곳에 지지핀이 삽입된 냉각패널 모듈을 브레이징 하는 브레이징단계; 및 상기 냉각패널의 입구부와 출구부 중 적어도 하나의 단부를 절단하는 커팅단계;를 포함한다.

상기 커팅단계에서 절단되는 부분은 상기 브레이징 단계에서 생성된 스크랩이 포함된 부분일 수 있다.

상기 브레이징단계에서 수행되는 브레이징은 진공 브레이징일 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량용 열교환기 제조장치 및 제조방법에 따르면, 대칭되게 배치된 탄성부로 인해 탄성패널 모듈의 상면 또는 하면 상에 균일한 하중을 가할 수 있게 되어 편심된 하중에 의해 상기 탄성패널 모듈이 함몰되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 지지핀을 상기 탄성패널의 입구부와 출구부에 삽입함으로써 분리판의 박리를 방지하여 생산시의 불량률을 감소시킬 수 있다.

또한, 진공브레이징 방법을 사용하여 플럭스를 사용하지 않아도 품질의 저하 없이 상기 탄성패널을 접합시킬 수 있다.

도 1은 종래의 알미늄 패널 모듈의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 열교환기 제조장치의 구성도.
도 3은 종래의 차량용 열교환기 제조장치의 구성도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 열교환기 제조장치의 지지핀을 도시한 도면.
도 5는 분리판의 박리가 발생한 모습을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 열교환기 제조방법의 흐름도.
도 7은 스크랩에 의해 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각패널의 막혀버린 입구부와 출구부를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 열교환기 제조방법의 커팅단계를 도시한 도면.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 열교환기 제조장치 및 제조방법에 대하여 살펴본다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 열교환기 제조장치의 구성도로서, 복수개의 냉각패널(110)들이 상하로 적층된 냉각패널 모듈(100)을 가압하여 상기 냉각패널(110)들을 상호 접합시키는 차량용 열교환기 제조장치에 있어서, 상기 냉각패널 모듈(100)의 상단과 하단을 지지하는 고정부(210); 및 상기 냉각패널 모듈(100)의 상단 또는 하단과 상기 고정부(210) 사이에 마련되며, 상기 냉각패널 모듈(100)의 상면 또는 하면 상의 중심점을 기준으로 대칭되게 배치되어 상기 냉각패널 모듈(100)을 가압하는 적어도 한 쌍의 탄성부(220);를 포함한다.

이를 더 상세하게 설명하자면, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 각각의 냉각패널(110)은 내부에 유로를 형성하는 유로부(113)와 상기 유로부(113)의 상하를 덮는 분리판(111) 및 상기 유로부(113)의 둘레를 감싸되 냉각패널(110)의 양단부가 개방되어 입구부와 출구부가 형성되도록 감싸는 프레임(112)으로 구성된다. 그리고 복수개의 냉각패널(110)이 상하로 적층되어 하나의 냉각패널 모듈(100)을 이룬다. 상기 냉각패널(110)이 적층될 때 상기 입구부와 출구부가 인접하는 냉각패널(110)과 상이하게 되도록 배치됨이 바람직한데, 예컨데, 서로 접하는 한 쌍의 냉각패널(110) 중 상부에 위치한 냉각패널(110)에는 연료전지에서 나오는 냉각수가 유입되어 나가며, 하부에 위치한 냉각패널(110)에는 라디에이터를 통과한 냉각수가 유입되어 나가면서 서로 섞이지는 않지만 크로스 되어 지나감에 따라 연료전지에서 나온 냉각수의 냉각이 가능하게 되는 것이다.

상기 고정부(210)는 한 쌍의 패널로서, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 냉각패널 모듈(100)의 상방과 하방에는 서로 볼트 또는 연결부재로 결합되며, 상기 냉각패널 모듈(100)의 상단 또는 하단이 상기 고정부(210)에 접촉되어 지지되고, 상기 냉각패널 모듈(100)의 나머지 한 단부는 상기 탄성부(220)에 의해 가압되어 상기 냉각패널 모듈(100)이 상하로 압축력을 받게 되도록 구성된다.

상기 탄성부(220)에 의해 상기 냉각패널 모듈(100)에 고른 가압력이 가해지기 위하여 상기 탄성부(220)와 상기 냉각패널 모듈(100)의 상면 또는 하면 사이에는 상기 냉각패널 모듈(100)의 상면 또는 하면과 접촉하며 상기 탄성부(220)의 하중을 분산시키는 분산패널(230)이 더 포함된다. 이는 상기 탄성부(220)가 상기 냉각패널 모듈(100)의 상면 또는 하면에 직접 접촉할 때 발생될 수 있는 하중 집중 및 이로 인한 냉각패널 모듈(100)의 편심된 하중작용을 방지할 수 있으며 상기 냉각패널 모듈(100) 상면 또는 하면 전체에 고른 하중을 인가할 수 있다.

상기 탄성부(220)와 상기 분산패널(230)은 상기 냉각패널 모듈(100)의 상방 또는 하방에 선택적으로 마련될 수 있으나, 상기 냉각패널 모듈(100)의 상방과 하방에 모두 마련되어 상하로 가압되도록 할 수도 있다.

또한, 상기 탄성부(220)는 상기 냉각패널 모듈(100)의 상면 또는 하면 상의 중심점을 기준으로 상기 냉각패널 모듈(100)의 상면 또는 하면 상에 대칭되게 배치되는데, 바람직하게는 냉각패널 모듈(100)의 전후 또는 좌우로 대칭을 이루도록 두 쌍 이상으로 마련됨이 바람직하다. 물론, 탄성부(220)의 수는 여기에 한정되지 않는다. 또한 상기 탄성부는 스프링이 됨이 바람직하나 여기에 한정되는 것은 아니다.

한편, 종래에는 상기 냉각패널 모듈(100)을 상하로 가압하기 위하여 도 3에 도시된 바와 같이 상기 냉각패널 모듈(100)의 상단과 하단에 중량 패널(30)을 설치하여 왔다. 하지만, 종래의 중량 패널(30)을 사용한 방식은 상부 또는 하부에 다수개의 중량 패널(30)을 설치해야 하였고, 이는 브레이징시 고열을 상기 중량 패널(30)이 흡수하게 되어 냉각패널 모듈(100)에는 열이 충분히 가해지지 않는 문제점이 있었던 것이다. 또한, 상기 냉각패널 모듈(100)의 용접을 위해 각 접합부위에 위치시킨 용가재들의 녹는 시점이 서로 달라, 먼저 녹는 쪽으로 상기 중량 패널(30)이 기울어지면서 특정 위치에 하중의 집중이 발생하여 고른 용융부 형성이 불가능하였던 문제점도 있어왔던 것이다.

이에 반해, 본 발명에서는 다수개의 중량 패널(30)을 사용하지 않고, 고정부(210)에 의해 지지되는 탄성부(220)를 대칭되게 배치함으로서, 용가재들의 녹는 시점의 차이에 관계없이 항상 냉각패널 모듈(100)의 상면 또는 하면에 고른 하중을 가할 수 있게 되고, 상기 분산패널(230)만이 상기 냉각패널 모듈(100)에 접촉하기 때문에 브레이징시 상기 냉각패널 모듈(100)의 가열이 종래와 비교하여 더 원활해 질 수 있는 이점이 있는 것이다.

한편, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 열교환기 제조장치의 지지핀(300)을 도시한 도면으로서, 상기한 바와 같이 상기 냉각패널(110)은 냉각수가 유입되는 입구부(115)와 냉각수가 배출되는 출구부를 포함하고, 상기 차량용 열교환기 제조장치는, 상기 냉각패널 모듈(100) 가압시 상기 입구부(115)와 출구부의 변형을 방지하도록 상기 입구부(115)와 출구부 중 적어도 어느 한 곳을 지지하는 지지핀(300)을 더 포함함이 바람직하다. 바람직하게는 상기 입구부(115)와 출구부 모두에 각각 상기 지지핀(300)이 마련됨이 바람직하다. 도 4에서는 입구부(115)에 상기 지지핀(300)이 마련된 경우에 대해 도시하였다.

상기 냉각패널(110)은 상기한 바와 같이 중앙에 유로부(113)를 기준으로 상하로 분리판(111)이 접합되며 유로부(113)의 둘레부를 감싸되 입구부(115)와 출구부가 형성되도록 프레임(112)이 둘러싸는 구조로 이루어져 있다. 따라서, 종래에는 상기 냉각패널(110)의 입구부(115)와 출구부에 프레임(112)을 제외한 별도의 지지수단이 마련되어 있지 않았고, 상기 냉각패널(110)의 브레이징 시 분리판(111) 중 상기 냉각패널(110)의 입구부(115)와 출구부 측에 대응되는 부분이 용가재의 팽창에 의해 도 5와 같이 박리되는 현상이 발생되어 왔던 것이다.

따라서, 상기 지지핀(300)을 상기 입구부(115) 및 출구부의 단부에 설치함으로써 상기 분리판(111)의 박리를 방지하고, 열교환기의 생산성 향상 및 내구성 증대 효과를 발생시킬 수 있는 것이다.

상기 지지핀(300)은 다양한 형상으로 이루어질 수 있으나, 바람직하게는 허니콤 구조를 가짐이 바람직하다. 즉, 허니콤과 같이 격자를 가져 다수개의 관통홀이 마련되도록 지지핀(300)이 형성되며, 상기 입구부(115)와 출구부 중 적어도 한 곳에 상기 입구부(115)와 출구부로 유동이 가능하도록 삽입됨이 바람직하다. 즉, 상기 입구부(115) 또는 출구부를 정면으로 바라보았을 때 상기 허니콤 구조가 보이도록 형성될 수 있는 것이다.

허니콤 구조를 통해 상기 입구부(115)와 출구부의 유동성을 보장하는 한편, 입구부(115)와 출구부의 둘레를 지지할 수 있게 되어 상기 분리판(111)의 박리를 효과적으로 저지할 수 있게 되는 것이다.

한편 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 열교환기의 제조방법을 살펴보면, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 열교환기 제조방법의 흐름도로서, 상기 냉각패널(110)의 입구부(115)와 출구부 중 적어도 어느 한 곳에 지지핀(300)을 삽입하는 인서트단계(S110); 상기 냉각패널(110)의 입구부(115)와 출구부 중 적어도 어느 한 곳에 지지핀(300)이 삽입된 냉각패널 모듈(100)을 브레이징 하는 브레이징단계(S120); 및 상기 냉각패널(110)의 입구부(115)와 출구부 중 적어도 하나의 단부를 절단하는 커팅단계(S130);를 포함한다.

여기서 상기 냉각패널(110)에는 적어도 하나의 냉각패널(110) 또는 상기 냉각패널 모듈(100)을 포함된다.

또한, 상기 브레이징 단계(S120)에서 수행되는 브레이징은 진공 브레이징이 됨이 바람직하다. 상기 브레이징 단계(S120)에서는 본 발명의 차량용 열교환기 제조장치가 모두 진공로 속으로 들어가 브레이징이 수행되며, 상기 진공브레이징은 통상적으로 실시되는 브레이징 방법 중 하나인 바 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

진공 브레이징을 수행함에 따라 상기 냉각패널(110)의 산화 피막 생성에 따른 접합 저하를 방지할 수 있게 되어 종래에 사용되는 플럭스를 사용하지 않아도 기존의 용접 품질을 유지할 수 있는 이점이 있으며, 플럭스를 사용함에 따른 공정 및 비용. 플럭스를 제거하는데 드는 시간 및 비용등을 모두 제거할 수 있게 되어 생산성을 향상시키고 비용을 크게 절감시킬 수 있게 되는 것이다.

한편, 상기 브레이징 단계가 수행되면 접합에 사용된 용가재가 상기 냉각패널(110)의 입구부(115)와 출구부에 일부 흘러나와 냉각시 굳으면서 스크랩(400)을 형성하며, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 스크랩(400)에 의해 상기 입구부(115)와 출구부가 막혀버리는 현상이 발생되는데, 상기 커팅단계에서 절단되는 부분이 상기 스크랩(400)이 포함된 부분이 되도록 함으로써, 즉, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 입구부(115)와 출구부 중 상기 스크랩(400)에 의해 막혀버린 부분을 잘라냄으로써 최종적으로 깨끗해진 입구부(115)와 출구부의 단부를 가지게 되는 것이다. 상기 커팅단계(S130)는 상기 입구부(115)와 출구부 중 어느 하나에 선택적으로 수행될 수 있으나, 바람직하게는 상기 입구부와 출구부 모두에 각각 수행됨이 바람직하다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량용 열교환기 제조장치 및 제조방법에 따르면, 대칭되게 배치된 탄성부(220)로 인해 탄성패널 모듈의 상면 또는 하면 상에 균일한 하중을 가할 수 있게 되어 편심된 하중에 의해 상기 탄성패널 모듈이 함몰되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 지지핀(300)을 상기 탄성패널의 입구부(115)와 출구부에 삽입함으로써 분리판(111)의 박리를 방지하여 생산시의 불량률을 감소시킬 수 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

100 : 냉각패널 모듈 110 : 냉각패널
111 : 분리판 112 : 프레임
113 : 유로부 115 : 입구부
210 : 고정부 220 : 탄성부
230 : 분산패널 300 : 지지핀
400 : 스크랩 S110 : 인서트 단계
S120 : 브레이징 단계 S130 : 커팅단계

Claims

복수개의 냉각패널들이 상하로 적층된 냉각패널 모듈을 가압하여 상기 냉각패널들을 상호 접합시키는 차량용 열교환기 제조장치에 있어서,
상기 냉각패널 모듈의 상단과 하단을 지지하는 고정부; 및
상기 냉각패널 모듈의 상단 또는 하단과 상기 고정부 사이에 마련되며, 상기 냉각패널 모듈의 상면 또는 하면 상의 중심점을 기준으로 대칭되게 배치되어 상기 냉각패널 모듈을 가압하는 적어도 한 쌍의 탄성부를 포함하며,
상기 냉각패널은 냉각수가 유입되는 입구부와 냉각수가 배출되는 출구부를 포함하고,
상기 입구부와 출구부는 브레이징 후 절단되되 스크랩이 포함된 부분이 절단됨으로써 입구부와 출구부가 스크랩에 의해 막히지 않아 유동성이 확보되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기 제조장치.
청구항 1에 있어서,
상기 탄성부와 상기 냉각패널 모듈의 상면 또는 하면 사이에 마련되어 상기 탄성부의 하중을 분산시키는 분산패널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
차량용 열교환기 제조장치.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각패널 모듈 가압시 상기 입구부와 출구부의 변형을 방지하도록 상기 입구부와 출구부 중 적어도 어느 한 곳을 지지하는 지지핀을 더 포함하는,
차량용 열교환기 제조장치.
청구항 3에 있어서,
상기 지지핀은 상기 입구부와 출구부에 각각 마련되는 것을 특징으로 하는
차량용 열교환기 제조장치.
청구항 3에 있어서,
상기 지지핀은 허니콤 구조를 갖는 것을 특징으로 하는
차량용 열교환기 제조장치.
청구항 3의 구성을 포함하는 차량용 열교환기 제조방법으로서,
상기 냉각패널의 입구부와 출구부 중 적어도 어느 한 곳에 지지핀을 삽입하는 인서트단계;
상기 냉각패널의 입구부와 출구부 중 적어도 어느 한 곳에 지지핀이 삽입된 냉각패널 모듈을 브레이징 하는 브레이징단계; 및
상기 냉각패널의 입구부와 출구부 중 적어도 하나의 단부를 절단하는 커팅단계;를 포함하며,
상기 커팅단계에서 절단되는 부분은 상기 브레이징 단계에서 생성된 스크랩이 포함되도록 함으로써 입구부와 출구부가 스크랩에 의해 막히지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기 제조방법.
삭제
청구항 6에 있어서,
상기 브레이징단계에서 수행되는 브레이징은 진공 브레이징인 것을 특징으로 하는
차량용 열교환기 제조방법.