KR101619553B1 - 무홈 헤더 플레이트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 유체가 관통하여 흐르는 복수 개의 관 등을 고정하도록 되어 있는 복수 개의 개구 또는 소켓(2)을 포함하고, 평면(XX)을 따라 연장되는, 열교환기의 헤더 플레이트(1)로서, 2개의 인접한 개구 또는 소켓(2) 사이의 거리 또는 관 간격(p)은 9.5 ㎜ 보다 작은 것을 특징으로 하는 열교환기 헤더 플레이트에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 헤더 플레이트(1)를 구비한 헤더 탱크와, 이 헤더 탱크를 포함하는 브레이징 또는 "기계적" 열교환기에 관한 것이다.

Description

무홈 헤더 플레이트{GROOVELESS HEADER PLATE}

본 발명은 특히 자동차용 열교환기 분야에 관한 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명은 엔진 냉각재용의 라디에이터와 같은 열교환기에 장착된 헤더 탱크에 관한 것이다.

이러한 타입의 라디에이터는 통상적으로 열교환 코어용의 관들 사이에 배치된 관과 삽입체를 사용하는 한편, 헤더 탱크는 적어도 2개의 부품을 포함하는데, 이 부품 중 하나는 열교환기 코어의 관의 단부를 수용하고 고정하도록 되어 있는 헤더 플레이트를 형성하고, 다른 하나는 헤더 플레이트를 적어도 부분적으로 폐쇄하기 위해 헤더 플레이트에 고정되는 커버를 형성한다.

헤더 탱크는 일반적으로 2가지 타입, 즉 "올 메탈(all metal)" 타입 또는 플라스틱으로 제조된 커버가 제공되는 타입이 있다. "올 메탈" 타입의 헤더 탱크는, 플라스틱 커버를 구비하고, 커버와 헤더 플레이트 사이의 완벽한 기밀식 연결을 보장하기 위한 밀봉 수단 장착구, 통상적으로 탄성 밀봉 가스켓을 포함하는 헤더 탱크 타입에 비해 다수의 장점을 갖고 있다.

헤더 플레이트는 밀봉 가스켓을 배치 및 위치설정하도록 되어 있는 홈 또는 채널을 구비한다. 밀봉 가스켓에 커버가 배치된 후, 통상적으로 헤더 플레이트는 예를 들어, 헤더 플레이트의 외주부에 위치하는 치형부를 이용하여 크림핑된다.

그럼에도 불구하고, 특히 헤더 탱크의 크기를 감소시키기 위해, 일부 헤더 플레이트는 밀봉 가스켓을 배치하여 적소에 유지시키는 것을 용이하게 하기 위한 어떠한 홈 또는 채널도 구비하고 있지 않다. 이러한 무홈 또는 무채널 헤더 플레이트가 본 출원인의 회사에 의해 출원된 유럽 특허 제 1702191 호 문헌에 개시 및 기재되어 있다.

마지막 타입의 헤더 플레이트에 있어서, 주요한 하나의 문제점은 크림핑 또는 헤더 플레이트에 커버를 고정하기 위해 사용되는 유사한 작업에 있다. 문제점은, 이러한 작업 동안에 헤더 플레이트가 매우 높은 국부적인 압력을 경험하게 되며, 임의의 홈의 존재(적어도 하나의 단차부가 존재하고, 상당한 축방향 강도를 부여한다)가 헤더 플레이트(관 용도의 그 소켓 및 그 에지 둘레에서)를 상당히 약화시킨다는 것이고, 이것은 헤더 플레이트가 크림핑 작업 동안에 파손되거나, 이 크림핑 작업에 의해 충분히 손상되기 쉬워서, 헤더 플레이트의 밀봉이 결함이 있게 되거나, 그 수명이 상당히 단축된다는 것을 의미한다.

프랑스 특허 제 2867553 호가 이러한 문제점을 다루고 있다. 여기서 제안하고 있는 해결방안은 헤더 플레이트의 외주 변형이 크림핑 시에 헤더 플레이트를 더 강하게 한다는 것이다. 이러한 해결방안은 특히 실행되기 어렵고, 상당한 부피를 추가하는 주요한 난점을 갖고 있다.

상당히 유사한 해결방안이 또한 알려져 있고, 이것은 마찬가지로 크림핑 작업을 견딜 수 있게 할 목적으로, 무홈 또는 무채널 헤더 플레이트의 소켓들 사이에 변형을 생성시키는 것으로 구성되어 있다. 또한, 특히 이러한 해결방안을 실행하기 어렵다.

또한, 종래 기술의 무홈 또는 무채널 헤더 플레이트에 있어서, 직면한 다른 문제는 플레이트에 고정된 커버에 대해 밀봉을 제공하기 위해 사용된 가스켓을 적소에 고정하는 것이다. 홈 또는 채널을 구비하는 탱크에 있어서, 상기 홈 또는 채널은 특히 가스켓을 위치설정하기 위해 사용된다. 평면형 플레이트에서와 같이, 홈 또는 채널이 없을 경우, 가스켓은 특히 위치설정하기 어렵다. 더욱이, 가스켓의 불량한 위치설정은 특히, 가스켓이 니핑(nipping)되거나, 부적절하게 압축되는 경우, 플레이트와 커버 사이의 누설에 이르게 될 위험을 수반한다. 이 어려움이 지금까지 평탄형 플레이트 열교환기의 사용을 극히 제한하였다.

헤더 플레이트, 그 소켓, 또는 관의 단부를 손상시키지 않고, 커버와 헤더 플레이트 사이의 최적의 부착을 달성하기 위한 해결방안을 제안하고, 동시에 정확한 가스켓 위치설정을 보장함으로써, 종래 기술의 무홈 또는 무채널 헤더 플레이트의 불리한 점을 해결하는 것이 본 발명의 목적이다.

이에 따라, 본 발명은 열교환기의 헤더 플레이트로서, 적어도 하나의 유체가 흐르는 복수 개의 관 등을 고정하도록 되어 있는 복수 개의 개구 또는 소켓을 포함하고, 2개의 인접한 개구 또는 소켓, 또는 "관 간격(p)"이 9.5 ㎜ 보다 작은 것을 특징으로 하고 있다.

헤더 플레이트에 적용될 때 "평면(planar surface)"이라는 표현이 의미하는 것은, 통상적인 방식으로 특히 그 외주부에서 돌출되는 소켓을 제외하고는, 이 헤더 플레이트가 단일 평면에서 연장되어, 헤더 플레이트는 어떠한 홈, 구조적 강화부(헤더 플레이트의 평균 평면에 대해 상측 또는 하측으로 돌출됨), 또는 통상적으로 밀봉 수단(통상적으로 탄성 가스켓)을 하우징하기 위해 사용되는 채널 등을 구비하지 않으며, 이것은 또한 헤더 플레이트 상에 커버를 고정하기 위해 치형부 등을 크림핑할 때에 헤더 플레이트의 강화 기능을 갖고 있다.

본 발명의 다른 잇점은 아래와 같이,

2개의 인접한 개구 또는 소켓 사이의 거리 또는 "관 간격"(p)이 5 내지 8 ㎜ 사이로 이루어지고,

소켓의 높이는 1 내지 5 ㎜ 특히, 1 내지 2.5 ㎜ 사이로 이루어진다라는 것이다.

또한, 상기 플레이트에는 그 외주부에 제공된 크림핑 치형부가 장착되어 있다. 상기 치형부는 예를 들어, 이격되어 있고, 플레이트의 외주부에 톱니바퀴 외형을 제공한다. 이에 따라, 이들은 플레이트의 장측부에 평행하게 향하는 방향으로 간주되는, 폭으로 알려져 있는 소정의 치수(l)를 구비하고 있다. 크림핑 치형부 밀도는, 한편으로는 치형부의 조합된 폭과 다른 한편으로는 상기 장측부의 길이(L) 사이의 비율로서 정의될 수 있고, 상기 장측부의 길이(L)는 그것의 직선부 즉, 만곡되어 있다면 플레이트의 단부 영역을 제외하는 것으로 간주된다.

크림핑 동안에 플레이트의 강도를 더 개선하기 위해, 관 간격에 대한 크림핑 치형부 밀도의 비율은 0.04 내지 0.17, 예를 들어 0.06 내지 0.09 사이에 해당하도록 선택될 수 있다.

본 발명은 또한 앞서 정의된 바에 따른 헤더 플레이트와, 커버를 포함하는 헤더 탱크에 관한 것이다. 바람직하게는, 헤더 플레이트, 또는 헤더 플레이트를 구성하는 부분의 재료 두께는 0.8 ㎜ 내지 2 ㎜, 바람직하게는 0.8 ㎜ 내지 1.5 ㎜ 사이로 이루어져 있다.

상기 탱크에는 상기 플레이트와 커버 사이에서 플레이트의 외주부에 배치되어 있는 밀봉 가스켓이 장착되어 있다. 가스켓의 위치설정을 더 개선하기 위해, 가스켓의 직경(d)에 대한 p-h 사이의 비율(p는 "관 간격"이고, h는 "관 높이" 또는 관이 관통하는 오리피스의 단축 치수)이 1 내지 3 사이로 이루어져 있다. 바꾸어 말하면, (p-h)/d는 1 내지 3 사이, 예를 들어 1.5 내지 2.5 사이로 이루어져 있다.

가스켓의 직경(d)이 의미하는 것은, 가스켓이 라운드형이 아니라면, 동일한 단면을 갖는 라운드형 가스켓의 직경이다.

본 발명은 브레이징 열교환기와 소위 기계적 열교환기 용도가 있는데, 여기서 헤더 탱크의 구성부품, 즉 통상적으로 헤더 플레이트와 커버는 또한 기계적 수단 예를 들어, 크림핑 등에 의해 영구적으로 함께 고정된다. 소위 브레이징 열교환기는, 커버를 헤더 플레이트 상에 크림핑 또는 미리 고정시키는 단계를 제외하고는, 그것을 제조하기 위해 어떠한 고정 단계도 채용하고 있지 않다는 것을 주목할 것이다. 헤더 탱크와 열교환기의 구성부품은 부수적으로 함께 납땜 결합된다.

따라서, 본 발명은 복수 개의 관 등으로 구성된 열교환 코어를 포함하고, 상기 관의 단부가 각각 2개의 헤더 탱크에 고정되는, 특히 자동차용의 브레이징 타입 열교환기에 있어서, 상기 2개의 헤더 탱크는 전술한 바와 같은 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이징 타입 열교환기에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 복수 개의 관 등으로 구성된 열교환 코어를 포함하고, 상기 관의 단부가 각각 2개의 헤더 탱크에 고정되며, 상기 헤더 탱크를 구성하는 구성부품은 기계적으로 함께 고정되는, 특히 자동차용의 열교환기에 있어서, 상기 2개의 헤더 탱크는 전술한 바와 같은 것을 특징으로 하는 자동차용 열교환기에 관한 것이다.

바람직하게는, 열교환기는 이하의 특징 중 적어도 하나를 갖고 있다.

상기 관의 높이(h)는 1 ㎜ 내지 8 ㎜ 사이, 특히 1 ㎜ 내지 5 ㎜, 바람직하게는 1 ㎜ 내지 2 ㎜ 사이로 이루어지고,

상기 관 단부의 측방향 에지는 원형 또는 직사각형 단면을 가지며,

상기 관의 재료 두께는 0.15 ㎜ 내지 0.5 ㎜ 사이, 특히 0.15 ㎜ 내지 0.35 ㎜, 바람직하게는 0.15 ㎜ 내지 0.27 ㎜ 사이로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

오직 예로서 제시된 이하의 발명의 상세한 설명에서 첨부 도면을 참고한다.

도 1은 헤더 플레이트와, 그 소켓 또는 관의 단부에 가해지는 힘과 관의 단부를 수용하도록 되어 있는, 개구 또는 소켓을 구비하는 종래 기술의 헤더 플레이트 중 일부가 도시되어 있는 개략 단면도,
도 2는 헤더 플레이트와, 그 소켓 또는 관의 단부에 가해지는 힘과 관의 단부를 수용하도록 되어 있는, 개구 또는 소켓을 구비하는 본 발명에 따른 헤더 플레이트 중 일부가 도시되어 있는 개략 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 헤더 플레이트의 부분 단면도로서, 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 상에서 즉, 상기 플레이트의 종축선을 따라 취한 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 헤더 플레이트의 다른 실시예의 일부에 대한 마찬가지로 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 상의 단면인 개략적인 부분 단면도.

도 1에는 종래 기술의 헤더 탱크(종종, "수집기"로도 알려져 있다)를 위한 개구 또는 소켓(2)을 예시하는 헤더 플레이트(1)의 부분 단면도가 도시되어 있다. 이 도면은 또한, 헤더 플레이트(1) 상에 그리고 이에 따라, 상기 플레이트(1)에 존재하는 소켓(2) 또는 개구 상에 또는 관의 단부 상에 작용하는 힘(3, 3')을 도시하고 있다.

본 발명의 헤더 탱크는 플레이트(1) 또는 부품이 마련되어 있는 헤더 탱크로서, 그것의 기능은 관의 단부를 함께 모으는 것이다. 이러한 헤더 플레이트(1)는 단일 평면에서 연장되고, 구조적 강화를 제공하는 것을 목적으로 하는 어떠한 압입부(indentation), 채널, 단차부 또는 다른 변형부를 구비하지 않는데, 그 이유는 본 발명의 목적이 헤더 플레이트(1) 및 그 소켓(2)과, 특히 크림핑 가공 동안과 그 후에 관의 단부를 강화하기 위한 다양하고 유리한 해결방안을 개시하는 것이기 때문이다.

본 발명의 특정 태양을 제외하고는, 헤더 탱크는 통상적인 방식으로 제조되고, 예를 들어 출원인 회사 명의의 유럽 특허 제 1702191 호에 기재되어 있는 것과 구별될 수 있는 어떠한 기술적 특징도 갖고 있지 않다. 마찬가지로, 브레이징 타입(brazed type) 또는 "기계식" 타입의 열교환기는, 본 발명과 관련된 그 특정 특징부를 제외하고는, 종래 기술과 구별되는 어떠한 다른 특징도 갖고 있지 않다.

종래 기술의 헤더 탱크는 대체로 직사각형, 원형, 또는 유사한 형상의 소켓을 포함하고 있다. 관 간격(p')에 대응하는 2개의 소켓(2) 사이의 거리는 12 ㎜에 적어도 상응한다. 따라서, 이 실시예에 있어서, 크림핑 동안에, 헤더 플레이트(1)의 외주부에 힘(3)이 가해지고, 이 힘은 거의 대체로 소켓(2)의 측방향 단부(3'), 또는 관의 단부에 걸쳐 퍼지는 반면, 소켓(2) 또는 관 단부의 이 부분은 특히 파손되기 쉽다. 따라서, 측방향 단부 부분 각각에 가해지는 힘(3, 3')은 상당하고, 헤더 플레이트(1), 소켓(2)의 상기 측방향 단부, 또는 관의 단부를 손상시킨다.

놀랍게도, 본 출원인 회사는 이러한 기술적인 문제에 대한 하나의 해결방안이 소정 범위 내에 있는 관 간격(p)을 제공하는 것이라는 것을 발견하였다. 관 간격(p) 또는 2개의 인접한 소켓(2) 사이의 거리(각 개구/소켓의 중간에서 고려됨)에 대한 범위는 따라서 가장 넓은 표현으로 9.5 ㎜ 보다 작은 것으로 정의된다. 또한, 관 간격(p)에 대한 그리고 관의 높이(h) 모두에 관련된 특히 유리한 범위는 이 넓은 범위에 기초하여 본 출원인 회사에 의해 발견되었다.

개구의 개념은, 헤더 플레이트의 평균 평면(또는 표면)(XX) 아래에 매달려 있거나, 위에 직립해 있는 헤더 플레이트(10)의 부분에 상응하는 소켓(12)의 개념과 달리, 관(11)을 수용하기 위한 헤더 플레이트(10) 내에 단지 개구(15)가 있다는 것을 의미한다. 명백한 이해를 위해, 개구(15)를 가진 헤더 플레이트(10)가 도 3에 도시되어 있고, 소켓(12)을 가진 헤더 플레이트(10)가 도 4에 도시되어 있으며, 이러한 2개의 헤더 플레이트(10)는 각각 관(11)의 폭에 대응하는 동일한 치수의 구멍을 포함하고 있다.

첨부 도면에 도시되어 있지 않은 커버는, 이러한 목적을 위해 커버의 에지에 크림핑하기 위해 헤더 플레이트 상에 제공되는 도 3에 도시되어 있는 바와 같은 예를 들어, 크림핑 치형부(20)를 사용하여 당업자가 숙지하고 있고 완전히 공지된 방식으로 헤더 플레이트에 고정되어 있다.

상기 크림핑 치형부(20)는 외주 플레이트에 제공되고, 그 측방향 에지(40)에서 상기 측방향 에지(40)가 관 통로용 오리피스가 마련되어 있는 플레이트 평면 부분(80)을 포위하고 있다. 상기 치형부는 예를 들어, 이격되어, 플레이트의 측방향 에지(40)의 상측부에 톱니바퀴 외형을 제공한다.

상기 크림핑 치형부(20)는 주목하게도 플레이트의 장측부에 평행한 방향으로 생각되는 폭(l)으로 알려진 치수를 갖고 있다. 또한, 상기 플레이트는, 한편으로는 치형부의 조합된 폭과 다른 한편으로 직선부로 간주되는 상기 장측부의 길이부(L) 사이의 비율로서, 즉 이러한 경우에 측방향 에지(40)의 측방향 부분(60)과 종방향 부분(70)을 연결하는 반경부(50)를 고려하지 않고, 정의되는 크림핑 치형부 밀도를 갖고 있다. 관 간격에 대한 크림핑 치형부의 밀도는 예를 들어 0.04 내지 0.17 사이로 이루어져 있다.

압축 이전의 본 발명에 따른 열교환기 헤더 탱크의 밀봉 가스켓(30)이 도 3에 도시되어 있다. 이것은 플레이트의 측방향 에지(40)와 탱크 내로 개방되는 관의 단부들 사이에서, 헤더 플레이트의 평면 부분(80)의 외주부 둘레에 위치하고 있다.

가스켓의 직경(d)에 대한 p-h 비율은 1 내지 3 사이로 이루어져 있을 수 있다.

Claims (19)

1. 열교환기의 헤더 플레이트(1)에 있어서,
   상기 헤더 플레이트(1)는 그 주변부에 마련된 크림핑 치형부(20)와, 적어도 하나의 유체가 관통하여 흐르는 복수 개의 관을 고정하도록 되어 있는 복수 개의 개구를 포함하며,
   상기 헤더 플레이트(1)는 홈이 없으며 평면(XX)을 따라 연장되고,
   가스켓(30)이, 상기 관들의 개방 단부와 상기 헤더 플레이트의 측방향 에지 사이에서, 평면의 외주부 둘레에 배치되어 있으며,
   2개의 인접한 개구 사이의 거리 또는 관 간격(p)은 9.5 ㎜ 보다 작으며,
   상기 개구들 위에서 상기 관들의 높이는 1 ㎜ 내지 5 ㎜ 사이이며,
   상기 헤더 플레이트(1)는 상기 개구들 둘레에 소켓이 없으며,
   상기 크림핑 치형부(20)는 상기 헤더 플레이트(1)의 장측부에 평행하게 향하는 방향에서 폭(l)을 갖고 있으며,
   상기 헤더 플레이트(1)는 상기 크림핑 치형부(20)의 조합된 폭과 상기 헤더 플레이트의 직선 부분에서의 상기 장측부의 길이(L) 사이의 비율로서 정의되는 크림핑 치형부 밀도를 갖고 있으며, 상기 관 간격에 대한 상기 크림핑 치형부 밀도는 0.04 내지 0.17 사이인 것을 특징으로 하는
   열교환기 헤더 플레이트.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 2개의 인접한 개구 사이의 거리 또는 관 간격(p)은 5 ㎜ 내지 8 ㎜ 사이인 것을 특징으로 하는
   열교환기 헤더 플레이트.
3. 삭제
4. 삭제
5. 열교환기의 헤더 탱크에 있어서,
   제 1 항에 기재된 헤더 플레이트(1)와,
   상기 헤더 플레이트(1)에 고정할 때에, 상기 헤더 탱크를 적어도 부분적으로 폐쇄하도록 되어 있는 적어도 하나의 커버를 포함하는
   열교환기의 헤더 탱크.
6. 제 5 항에 있어서,
   p를 관 간격으로 하고, h를 상기 관들이 통과하는 오리피스의 단축의 치수로 하는 경우에, 상기 가스켓(30)의 직경(d)에 대한 p-h의 비율은 1 내지 3 사이인 것을 특징으로 하는
   열교환기의 헤더 탱크.
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 헤더 탱크의 재료 두께 또는 상기 헤더 탱크를 구성하는 부품들의 재료 두께는 0.8 ㎜ 내지 2 ㎜ 사이인 것을 특징으로 하는
   열교환기의 헤더 탱크.
8. 복수 개의 관을 포함하는 열교환 코어를 포함하고,
   상기 관의 단부가 2개의 헤더 탱크에 각각 고정되는, 브레이징 타입 열교환기에 있어서,
   상기 2개의 헤더 탱크는 제 5 항에 기재된 헤더 탱크인 것을 특징으로 하는
   열교환기.
9. 복수 개의 관을 포함하는 열교환 코어를 포함하며, 상기 관의 단부가 2개의 헤더 탱크에 각각 고정되며, 상기 헤더 탱크를 구성하는 구성부품은 기계적으로 함께 고정되는, 열교환기에 있어서,
   상기 2개의 헤더 탱크는 제 5 항에 기재된 헤더 탱크인 것을 특징으로 하는
   열교환기.
10. 삭제
11. 제 8 항에 있어서,
    상기 관들의 단부의 측방향 에지는 원형 또는 직사각형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는
    열교환기.
12. 제 8 항에 있어서,
    상기 관의 재료 두께는 0.15 ㎜ 내지 0.5 ㎜ 사이인 것을 특징으로 하는
    열교환기.
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 관들의 높이는 1 ㎜ 내지 2.0 ㎜ 사이인 것을 특징으로 하는
    열교환기 헤더 플레이트.
14. 제 6 항에 있어서,
    상기 헤더 탱크의 재료 두께 또는 상기 헤더 탱크를 구성하는 부품들의 재료 두께는 0.8 ㎜ 내지 2 ㎜ 사이인 것을 특징으로 하는
    열교환기의 헤더 탱크.
15. 삭제
16. 제 8 항에 있어서,
    상기 관들의 재료 두께는 0.15 ㎜ 내지 0.35 ㎜ 사이인 것을 특징으로 하는
    열교환기.
17. 삭제
18. 제 9 항에 있어서,
    상기 관들의 단부의 측방향 에지는 원형 또는 직사각형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는
    열교환기.
19. 제 9 항에 있어서,
    상기 관들의 재료 두께는 0.15 ㎜ 내지 0.5 ㎜ 사이인 것을 특징으로 하는
    열교환기.

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