KR101855850B1

KR101855850B1 - 일체형 열교환기

Info

Publication number: KR101855850B1
Application number: KR1020120015804A
Authority: KR
Inventors: 김병주; 정동미
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2018-05-10
Also published as: KR20130094504A

Abstract

본 발명은 두 개의 열교환부가 일체로 형성되는 일체형 열교환기에 관한 것으로서, 제1열교환부 및 제2열교환부의 각각의 헤더탱크를 연결부의 양측에 배플이 형성된 일체형 코킹 배플로 결합하여 두 개의 열교환부 사이의 열전달을 최소화함으로써, 각각의 열교환부 내부를 유동하는 두 열교환매체의 온도차로 인한 헤더탱크 또는 튜브의 파손을 방지하여 열교환매체의 누설을 방지할 수 있는 일체형 열교환기에 관한 것이다.

Description

일체형 열교환기 {Integrated heat exchanger}

본 발명은 두 개의 열교환부가 일체로 형성되는 일체형 열교환기에 관한 것으로서, 두 개의 열교환부 사이의 열전달을 최소화하여 각각의 열교환부 내부를 유동하는 두 열교환매체의 온도차로 인한 헤더탱크 또는 튜브의 파손을 방지함으로써, 열교환매체의 누설을 방지할 수 있는 일체형 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기는 특정 유로상에 설치되어 그 내부를 순환하는 열교환매체가 외기열을 흡열하도록 하거나 또는 자신의 열을 외부로 방열하는 방식으로 열교환을 수행하도록 하는 것이다.

이러한 열교환기는 냉매를 열교환매체로 사용하는 응축기와 증발기, 그리고 냉각수를 열교환매체로 사용하는 라디에이터와 히터코어, 또한 엔진 및 변속기 등의 내부를 유동하는 오일을 냉각하기 위해 오일을 열교환매체로 사용하는 오일쿨러 등 사용목적과 용도에 따라 다양하게 제작되고 있다.

그리고 근래 자동차 산업에 있어서 세계적으로 환경과 에너지에 대한 관심이 높아짐에 따라 연비 개선을 위한 연구가 이루어지고 있으며, 다양한 소비자의 욕구를 만족시키기 위해 경량화ㆍ소형화 및 고기능화를 위한 연구개발이 꾸준히 이루어지고 있다.

그런데 자동차에 사용되는 열교환기에 있어서 응축기와 오일쿨러를 별개로 제작하여 설치하는 경우 제작공수가 많아져 생산성이 낮을 뿐만 아니라, 재료의 낭비가 심해 원가 상승과 더불어 오일쿨러를 장착하기 위한 공간을 확보하는 데에도 어려움이 있었다. 그리하여 이러한 문제를 해결하기 위해 상기 오일쿨러를 상기 응축기와 일체화한 다양한 기술이 개발되어 사용되고 있다.

이와 관련된 종래 기술로 한국공개특허(10-2007-0081635)인 일체형 열교환기가 개시되어 있으며, 도 1 및 도 2는 종래의 일체형 열교환기를 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이 종래의 일체형 열교환기는 제1유체가 유통되는 복수개의 제1튜브(11), 상기 제1튜브(11)의 사이에 개재되어진 제1방열핀(12) 및 상기 제1튜브(11)의 양단에 각각 결합되는 제1헤더(13)로 이루어진 제1코어부(10)와, 제2유체가 유통되는 복수개의 제2튜브(21), 상기 제2튜브(21)의 사이에 개재되어진 제2방열핀(22) 및 상기 제2튜브(21)의 양단에 각각 결합되는 제2헤더(23)로 이루어진 제2코어부(20)와, 상하로 배열되는 상기 제1,2코어부(10)(20)의 제1헤더(12) 및 제2헤더(22)에 동시에 결합되어 상기 제1,2유체가 유동되는 공간을 형성하는 단일의 탱크(30)와, 상기 탱크(30)의 내부에 적어도 하나 이상 설치되어 제1유체와 제2유체를 분리하는 배플(60)을 포함하여 이루어진다. 이와 같이 종래의 일체형 열교환기는 단일 탱크(30) 내부를 배플(60)로 구획하여 두 가지 열교환매체를 동시에 냉각시킬 수 있도록 하였다.

그런데 이때 일체형 열교환기는 온도가 다른 두 가지의 열교환매체가 배플(60)로 구획된 하나의 탱크 내부를 순환하게 되므로, 온도차에 의한 튜브(21,22)와 탱크(60)의 열팽창 차이에 의해 튜브 및 탱크의 파손이 발생하게 되고 이로 인해 열교환매체의 누설이 발생하는 문제점이 있었다. 이를 해결하기 위해 도 2와 같이 탱크(30)의 배플(60)이 형성된 부분 사이에 열차단 슬롯(31)을 형성하여 탱크(30)를 통한 두 가지 열교환매체의 열전달을 차단하도록 하였으나 여전히 탱크(30)의 연결부를 통해 열전달이 이루어져 여전히 열교환매체의 누설이 발생하는 문제점이 있다.

KR 10-2007-0081635 A (2007.08.17.) KR 10-2006-0011502 A (2006.02.03.)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 두 개의 열교환부가 일체로 형성되는 일체형 열교환기에 있어서, 두 개의 열교환부 사이의 열전달을 최소화하여 각각의 열교환부 내부를 유동하는 두 열교환매체의 온도차로 인한 헤더탱크 또는 튜브의 파손을 방지함으로써, 열교환매체의 누설을 방지할 수 있는 일체형 열교환기를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일체형 열교환기는, 일정거리 이격되어 나란하게 형성되는 한 쌍의 제1헤더탱크(100), 상기 한 쌍의 제1헤더탱크(100)에 양단이 연결되어 제1열교환매체의 유로를 형성하는 복수개의 튜브(130), 및 상기 튜브(130) 사이에 접하여 고정되는 복수개의 핀(140)을 포함하여 이루어지는 제1열교환부(1000); 일정거리 이격되어 나란하게 형성되는 한 쌍의 제2헤더탱크(200), 상기 한 쌍의 제2헤더탱크(200)에 양단이 연결되어 제2열교환매체의 유로를 형성하는 복수개의 튜브(230), 및 상기 튜브(230) 사이에 접하여 고정되는 복수개의 핀(240)을 포함하여 이루어지며, 상기 제1열교환부(1000)와 일정거리 이격되어 구성되는 제2열교환부(2000); 및 연결부(320)의 양단에 나란하게 한 쌍의 배플(310)이 형성되는 일체형 코킹 배플(300); 을 포함하여 이루어지되, 상기 일체형 코킹 배플(300)은 상기 한 쌍의 제1헤더탱크(100)의 하측과 상기 한 쌍의 제2헤더탱크(200)의 상측에 각각 양측의 배플(310)이 결합되어, 상기 제1열교환부(1000) 및 제2열교환부(2000)가 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1헤더탱크(100)는 튜브(130)의 양단에 결합되며, 하측에 결합공(111)이 형성되는 한 쌍의 제1헤더(110); 및 상기 제1헤더(110)에 각각 결합되어 제1열교환매체의 유로를 형성하며, 하측에 결합공(121)이 형성되는 한 쌍의 제1탱크(120); 를 포함하여 이루어지며, 상기 제2헤더탱크(200)는 튜브(230)의 양단에 결합되며, 상측에 결합공(211)이 형성되는 한 쌍의 제2헤더(210); 및 상기 제2헤더(210)에 각각 결합되어 제2열교환매체의 유로를 형성하며, 상측에 결합공(221)이 형성되는 한 쌍의 제2탱크(220); 를 포함하여 이루어지며, 상기 일체형 코킹 배플(300)은 한 쌍의 배플(310)의 양측에 돌출팁(330)이 형성되어, 상기 제1헤더탱크(100)의 결합공(111,112) 및 제2헤더탱크(200)의 결합공(211,221)에 상기 돌출팁(330)이 삽입되어 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 일체형 코킹 배플(300)의 연결부(320)는 냉각공기의 유동 방향으로 통기공(340)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일체형 열교환기는 두 개의 열교환부가 일체로 형성되되 두 개의 열교환부 사이의 열전달을 최소화하여 각각의 열교환부 내부를 유동하는 두 열교환매체의 온도차로 인한 헤더탱크 또는 튜브의 파손을 방지함으로써, 열교환매체의 누설을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 일체형 열교환기를 나타낸 개략도.
도 2는 도 1의 부분 확대도.
도 3은 본 발명의 일체형 열교환기를 나타낸 분해사시도.
도 4는 도 3의 조립사시도.
도 5는 도 3의 부분 확대도
도 6은 도 4의 A부분을 나타낸 확대도.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 축냉 열교환기를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 축냉 열교환기를 나타낸 분해사시도 및 조립사시도이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 일체형 열교환기(3000)는, 크게 제1열교환부(1000), 상기 제1열교환부(1000)의 하측에 일정거리 이격되게 구성되는 제2열교환부(2000) 및 제1열교환부(1000)와 제2열교환부(2000)에 양단이 결합되는 일체형 코킹 배플(300)을 포함하여 이루어져, 두 개의 열교환부가 일체형으로 형성되는 일체형 열교환기이다.

보다 상세히 설명하면 일정거리 이격되어 나란하게 형성되는 한 쌍의 제1헤더탱크(100), 상기 한 쌍의 제1헤더탱크(100)에 양단이 연결되어 제1열교환매체의 유로를 형성하는 복수개의 튜브(130), 및 상기 튜브(130) 사이에 접하여 고정되는 복수개의 핀(140)을 포함하여 이루어지는 제1열교환부(1000); 일정거리 이격되어 나란하게 형성되는 한 쌍의 제2헤더탱크(200), 상기 한 쌍의 제2헤더탱크(200)에 양단이 연결되어 제2열교환매체의 유로를 형성하는 복수개의 튜브(230), 및 상기 튜브(230) 사이에 접하여 고정되는 복수개의 핀(240)을 포함하여 이루어지며, 상기 제1열교환부(1000)와 일정거리 이격되어 구성되는 제2열교환부(2000); 및 연결부(320)의 양단에 나란하게 한 쌍의 배플(310)이 형성되는 일체형 코킹 배플(300); 을 포함하여 이루어지되, 상기 일체형 코킹 배플(300)은 상기 한 쌍의 제1헤더탱크(100)의 하측과 상기 한 쌍의 제2헤더탱크(200)의 상측에 각각 양측의 배플(310)이 결합되어, 상기 제1열교환부(1000) 및 제2열교환부(2000)가 결합되어 본 발명의 일체형 열교환기(3000)가 구성된다.

우선, 상기 제1열교환부(1000)는 상기 한 쌍의 제1헤더탱크(100)가 일정거리 이격되어 좌우로 나란하게 형성된다. 상기 제1헤더탱크(100)는 내부가 중공되게 형성되어 제1열교환매체가 그 내부에 저장되어 유동되도록 형성되며, 각각의 상측은 엔드캡(150)으로 밀폐되도록 형성되고 하측은 개방되도록 형성된다. 그리고 상기 제1헤더탱크(100)는 제1열교환매체가 유입되는 유입구(160) 및 배출되는 배출구(170)가 형성된다. 이때, 상기 유입구(160) 및 배출구(170)는 한 쌍의 제1헤더탱크(100) 중 어느 하나의 양측에 형성될 수도 있으며, 서로 다른 제1헤더탱크(100)에 각각 형성될 수도 있다.

그리고 상기 튜브(130)는 상기 한 쌍의 제1헤더탱크(100) 사이에 양단이 연결되도록 복수개가 결합되어 제1열교환매체의 유로가 형성된다.

또한, 상기 튜브(130)들의 사이에는 각각 핀(140)이 접촉되도록 결합되며, 상기 핀(140)은 지그재그 형태 및 주름진 형태의 판으로 형성되어 상기 튜브(130)들의 내부를 통과하는 열교환매체와의 열교환 효율을 향상시킨다.

그리하여 제1열교환매체가 상기 유입구(160)로 유입되어 제1헤더탱크(100)와 튜브(130)를 거쳐 배출구(170)로 배출되도록 구성된다.

상기 제2열교환부(2000)는 상기 제1열교환부(1000)와 마찬가지로 한 쌍의 제2헤더탱크(200)가 일정거리 이격되어 좌우로 나란하게 형성되어 제2열교환매체가 그 내부에 저장되어 유동되도록 형성되고, 유입구(260) 및 배출되는 배출구(270)가 형성된다. 그리고 튜브(230)들이 상기 한 쌍의 제2헤더탱크(200) 사이에 양단이 연결되도록 복수개가 결합되어 제2열교환매체의 유로가 형성된다. 또한, 상기 튜브(230)들의 사이에는 각각 핀(240)이 접촉되도록 결합된다.

그리하여 제1열교환매체가 상기 유입구(260)로 유입되어 제2헤더탱크(200)와 튜브(230)를 거쳐 배출구(270)로 배출되도록 구성된다.

이때, 제2헤더탱크(200)는 상기 제1헤더탱크(100)와는 다르게, 한 쌍의 제2헤더탱크(200)의 상측은 개방되고 하측은 엔드캡(250)에 의해 밀폐되도록 형성된다.

그리하여 상기 제1열교환부(1000)의 하측에 일정거리 이격되어 제2열교환부(2000)가 구성되며, 상기 제1헤더탱크(100)의 개방된 하측과 상기 제2헤더탱크(200)의 개방된 상측이 마주보도록 배치된다.

여기에서 상기 한 쌍의 제1헤더탱크(100)의 하측과 한 쌍의 제2헤더탱크(200)의 상측의 개방된 부분에 일체형 코킹 배플(300)의 양측인 배플(310)이 각각 결합되는데, 상기 배플(310)들은 연결부(320)의 양측에 결합되어 일체형 코킹 배플(300)로 형성된다.

즉, 상기 일체형 코킹 배플(300)은 연결부(320)의 양단에 나란하게 한 쌍의 배플(310)이 형성되어, 상기 배플(310)이 제1헤더탱크(100)의 개방된 하측과 한 쌍의 제2헤더탱크(200)의 개방된 상측에 각각 결합되어 헤터탱크(100,200)들이 밀폐된다. 그리고 상기 한 쌍의 배플(310)은 연결부(320)의 양단에 나란하게 형성되므로, 상기 제1헤더탱크(100)와 제2헤더탱크(200)가 상기 일체형 코킹 배플(300)에 의해 구조적으로 결합된 상태를 유지하며, 제1열교환매체와 제2열교환매체는 분리된 상태가 되어 각각 독립된 유로를 따라 흐르게 된다.

이때, 상기 연결부(320)는 제1헤더탱크(100)와 제2헤더탱크(200)의 열전달을 최소화 할 수 있도록 가늘게 형성되되, 이들을 결합하여 지지할 수 있는 충분한 강성을 갖도록 형성된다.

그리하여 본 발명의 일체형 열교환기는 제1열교환부와 제2열교환부가 일체로 형성되되 두 개의 열교환부의 헤더탱크들이 일체형 코킹 배플에 의해 결합되어, 두 개의 열교환부 사이의 열전달을 최소화하여 각각의 열교환부 내부를 유동하는 두 열교환매체의 온도차로 인한 헤더탱크 또는 튜브의 파손을 방지함으로써, 열교환매체의 누설을 방지할 수 있는 효과가 있다.

그리고 본 발명의 일체형 열교환기(3000)의 다른 실시 예로, 상기 제1헤더탱크(100)는 튜브(130)의 양단에 결합되며 하측에 결합공(111)이 형성되는 한 쌍의 제1헤더(110); 및 상기 제1헤더(110)에 각각 결합되어 제1열교환매체의 유로를 형성하며 하측에 결합공(121)이 형성되는 한 쌍의 제1탱크(120); 를 포함하여 이루어지며, 상기 제2헤더탱크(200)는 튜브(230)의 양단에 결합되며 상측에 결합공(211)이 형성되는 한 쌍의 제2헤더(210); 및 상기 제2헤더(210)에 각각 결합되어 제2열교환매체의 유로를 형성하며 상측에 결합공(221)이 형성되는 한 쌍의 제2탱크(220); 를 포함하여 이루어지며, 상기 일체형 코킹 배플(300)은 한 쌍의 배플(310)의 양측에 돌출팁(330)이 형성되어 상기 제1헤더탱크(100)의 결합공(111,112) 및 제2헤더탱크(200)의 결합공(211,221)에 상기 돌출팁(330)이 삽입되어 결합되도록 이루어질 수 있다.

이는 도 4와 같이 상기 제1열교환부(1000)의 제1헤더탱크(100)가 분리형으로 형성되는 것이며, 제1헤더(110)와 제1탱크(120)가 결합되어 그 내부에 제1열교환매체의 유로가 형성되는 것이다. 또한, 상기 제2열교환부(2000)의 제2헤더탱크(200) 역시 마찬가지로 분리형으로 형성된다.

이때, 도 5와 같이 상기 제1헤더탱크(100)를 구성하는 제1헤더(110) 및 제1탱크(120)의 하측에는 각각 결합공(111,121)이 형성되고, 상기 제2더탱크(200)를 구성하는 제2헤더(210) 및 제2탱크(220)의 상측에는 각각 결합공(211,221)이 형성된다. 그리고 상기 일체형 코킹 배플(300)은 배플(310)의 양측에 돌출팁(330)이 형성되어 상기 결합공(111,112,211,221)에 삽입되어 결합된다.

그리하여 상기 제1헤더탱크(100)와 제2헤더탱크(200)의 결합시 정확한 위치를 맞출 수 있으며, 또한 두 헤더탱크(100,200)를 상기 일체형 코킹 배플(300)로 결합하여 하나의 헤더탱크로 조립한 후 튜브(130,230)들을 한 번에 조립할 수 있으므로 제1열교환부(1000)와 제2열교환부(2000)를 동시에 조립이 가능한 장점이 있다.

또한, 상기 일체형 코킹 배플(300)의 연결부(320)는 냉각공기의 유동 방향으로 통기공(340)이 형성될 수 있다.

이는 도 6과 같이 상기 통기공(340)이 냉각공기의 유동 방향으로 형성되므로, 냉각공기가 상기 통기공(340)을 통과하면서 상기 연결부(320)를 냉각시키게 되고 또한 상기 연결부(320)의 단면적이 축소되므로, 상기 연결부(320)를 통한 제1헤터탱크(100)와 제2헤더탱크(200) 사이의 열전달을 더 차단할 수 있도록 하는 것이다.

이때, 상기 통기공(340)은 도시된 바와 같이 원형으로 다수개가 형성될 수 있고, 또한 슬롯 형태 또는 주름진 형태 등으로 형성될 수도 있으며, 상기 연결부(320)의 냉각 효과를 높일 수 있도록 다양하게 형성될 수 있다.

본 발명은 상기한 실시 예에 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.

3000 : (본 발명의) 일체형 열교환기
1000 : 제1열교환부
100 : 제1헤더탱크
110 : 제1헤더 111 : 결합공
120 : 제1탱크 121 : 결합공
130 : 튜브 140 : 핀
150 : 엔드캡
160 : 유입구 170 : 배출구
2000 : 제2열교환부
200 : 제2헤더탱크
210 : 제2헤더 211 : 결합공
220 : 제2탱크 221 : 결합공
230 : 튜브 240 : 핀
250 : 엔드캡
260 : 유입구 270 : 배출구
300 : 일체형 코킹 배플
310 : 배플 320 : 연결부
330 : 돌출팁 340 : 통기공

Claims

일정거리 이격되어 나란하게 형성되는 한 쌍의 제1헤더탱크(100), 상기 한 쌍의 제1헤더탱크(100)에 양단이 연결되어 제1열교환매체의 유로를 형성하는 복수개의 튜브(130), 및 상기 튜브(130) 사이에 접하여 고정되는 복수개의 핀(140)을 포함하여 이루어지는 제1열교환부(1000);
일정거리 이격되어 나란하게 형성되는 한 쌍의 제2헤더탱크(200), 상기 한 쌍의 제2헤더탱크(200)에 양단이 연결되어 제2열교환매체의 유로를 형성하는 복수개의 튜브(230), 및 상기 튜브(230) 사이에 접하여 고정되는 복수개의 핀(240)을 포함하여 이루어지며, 상기 제1열교환부(1000)와 일정거리 이격되어 구성되는 제2열교환부(2000); 및
연결부(320)의 양단에 나란하게 한 쌍의 배플(310)이 형성되는 일체형 코킹 배플(300); 을 포함하여 이루어지되,
상기 일체형 코킹 배플(300)은 상기 한 쌍의 제1헤더탱크(100)의 하측과 상기 한 쌍의 제2헤더탱크(200)의 상측에 각각 양측의 배플(310)이 결합되어, 상기 제1열교환부(1000) 및 제2열교환부(2000)가 결합되며,
상기 일체형 코킹 배플(300)의 연결부(320)는 냉각공기의 유동 방향으로 통기공(340)이 형성되는 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
일정거리 이격되어 나란하게 형성되는 한 쌍의 제1헤더탱크(100), 상기 한 쌍의 제1헤더탱크(100)에 양단이 연결되어 제1열교환매체의 유로를 형성하는 복수개의 튜브(130), 및 상기 튜브(130) 사이에 접하여 고정되는 복수개의 핀(140)을 포함하여 이루어지는 제1열교환부(1000);
일정거리 이격되어 나란하게 형성되는 한 쌍의 제2헤더탱크(200), 상기 한 쌍의 제2헤더탱크(200)에 양단이 연결되어 제2열교환매체의 유로를 형성하는 복수개의 튜브(230), 및 상기 튜브(230) 사이에 접하여 고정되는 복수개의 핀(240)을 포함하여 이루어지며, 상기 제1열교환부(1000)와 일정거리 이격되어 구성되는 제2열교환부(2000); 및
연결부(320)의 양단에 나란하게 한 쌍의 배플(310)이 형성되는 일체형 코킹 배플(300); 을 포함하여 이루어지되,
상기 일체형 코킹 배플(300)은 상기 한 쌍의 제1헤더탱크(100)의 하측과 상기 한 쌍의 제2헤더탱크(200)의 상측에 각각 양측의 배플(310)이 결합되어, 상기 제1열교환부(1000) 및 제2열교환부(2000)가 결합되며,
상기 제1헤더탱크(100)는 튜브(130)의 양단에 결합되며 하측에 결합공(111)이 형성되는 한 쌍의 제1헤더(110); 및 상기 제1헤더(110)에 각각 결합되어 제1열교환매체의 유로를 형성하며, 하측에 결합공(121)이 형성되는 한 쌍의 제1탱크(120); 를 포함하여 이루어지며,
상기 제2헤더탱크(200)는 튜브(230)의 양단에 결합되며 상측에 결합공(211)이 형성되는 한 쌍의 제2헤더(210); 및 상기 제2헤더(210)에 각각 결합되어 제2열교환매체의 유로를 형성하며, 상측에 결합공(221)이 형성되는 한 쌍의 제2탱크(220); 를 포함하여 이루어지며,
상기 일체형 코킹 배플(300)은 한 쌍의 배플(310)의 양측에 돌출팁(330)이 형성되어, 상기 제1헤더탱크(100)의 결합공(111,112) 및 제2헤더탱크(200)의 결합공(211,221)에 상기 돌출팁(330)이 삽입되어 결합되며,
상기 일체형 코킹 배플(300)의 연결부(320)는 냉각공기의 유동 방향으로 통기공(340)이 형성되는 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
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