KR101960818B1

KR101960818B1 - 차량용 열교환기

Info

Publication number: KR101960818B1
Application number: KR1020130167944A
Authority: KR
Inventors: 유석종; 김병주
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2013-12-31
Filing date: 2013-12-31
Publication date: 2019-03-21
Also published as: KR20150078517A

Abstract

본 발명은 차량용 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열교환기의 열교환 성능을 높이기 위해 열교환기의 양단에 튜브가 배치되는 열교환기에 있어서, 열교환기의 양단 튜브를 보호하도록 구비되는 서포트에 노치를 형성하여 열교환기 양단에 배치되는 튜브의 열교환 효율을 높인 차량용 열교환기에 관한 것이다.

Description

차량용 열교환기{Heat Exchanger for Motor Vehicle}

자동차의 엔진룸 즉, 프론트 엔드 공간에는 각종 부품들이 모듈화된 상태인 프론트 엔드 모듈(FEM: Front-End Modules)이 탑재된다.

상기 프론트 엔드 모듈에는 열에너지를 재사용하거나 용도에 맞게 온도를 낮추거나 높여 사용할 목적 등으로 각종 열교환기가 장착 적용되고 있다. 쿨링모듈(Cooling Module)은 상기 프론트 엔드 모듈에 구비되는 한 구성요소로 외부의 공기와 열교환하여 자동차의 구성요소를 냉각 시키거나 실내로 차가운 공기가 공급되도록 하는 열교환 장치이다.

통상적으로 쿨링모듈은 공랭식 라디에이터와 공랭식 콘덴서 및 상기 라디에이터와 콘덴서를 공기와 열교환시켜 냉각시키기 위한 팬 슈라우드를 포함하는 공랭식 열교환 시스템을 모듈화하여 구성된다.

도 1에는 공랭식 라디에이터 또는 공랭식 콘덴서와 같은 통상의 차량용 열교환기(10)의 전체사시도가 도시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 열교환기(10)는 차량 폭 방향으로 일정거리 이격되어 나란하게 구비되되 차량 폭 방향 일측에 형성되는 제1 헤더탱크(11)와, 차량 폭 방향 타측에 형성되는 제2 헤더탱크(12)와, 제1 헤더탱크(11) 및 제2 헤더탱크(12)에 양 단이 고정되어 냉각수 유로를 형성하는 튜브(13)와, 튜브(13) 사이에 개재되는 핀(14)을 포함하여 이루어진다. 통상적으로 열교환기(10)의 양단에는 핀(14)이 배치되도록 구성되며, 핀(14)의 손상 및 변형을 방지하기 위해 핀(14)의 외측에는 알루미늄 재질의 서포트(15)가 핀(14)을 보호하도록 열교환기(10)의 양단 최외측에 배치된다. 따라서 통상의 열교환기(10)는 양단에 튜브(13), 핀(14) 및 서포트(15)가 차례로 배치되는 경우가 대부분이다.

그런데 통상적으로 사용되지는 않지만 열교환기의 성능을 높이기 위해 핀과 서포트 사이에 튜브를 추가 구성하여 열교환기의 양단에 핀, 튜브 및 서포트가 차례로 배치되는 열교환기의 기술이 공지된 바 있다.

도 2에는 열교환 성능을 높인 차량용 열교환기(20)의 전체사시도가 도시되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 열교환기(20)는 차량 폭 방향으로 일정거리 이격되어 나란하게 구비되되 차량 폭 방향 일측에 형성되는 제1 헤더탱크(11)와, 차량 폭 방향 타측에 형성되는 제2 헤더탱크(12)와, 제1 헤더탱크(11) 및 제2 헤더탱크(12)에 양 단이 고정되어 냉각수 유로를 형성하는 튜브(23)와, 튜브(23) 사이에 개재되는 핀(24)을 포함하여 이루어진다. 이때 열교환기(20)는 방열 성능을 높이기 위해 핀(24)의 외측에 튜브(23)를 추가 구성하고, 튜브(23)의 손상 및 변형을 방지하기 위해 튜브(23)의 외측에 알루미늄 재질의 서포트(25)를 구성하여 튜브(23)를 보호하도록 구성한다.

상술한 바와 같은 방열 성능 개선형 열교환기(20)는 튜브(23)에 판상의 서포트(25)가 직접 맞닿기 때문에 방열면적이 제한적임에 따라 서포트(25)와 맞닿는 튜브(23)의 방열 효율이 낮고, 열변형을 완충시켜주는 핀 없이 열팽창 계수가 서로 다른 두 소재가 직접적으로 접촉됨에 따라 열변형에 의한 스트레스가 튜브에 그대로 전달되어 튜브를 피로 파괴시키는 단점이 있다.

상기와 같은 문제점에도 불구하고 방열 성능 개선형 열교환기(20)는 통상의 열교환기(10) 보다 방열 성능이 우수하기 때문에 상기 문제점을 감수하고 제한적으로 사용되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 열교환기의 외측에 튜브를 배치하여 열교환 성능을 높인 차량용 열교환기에 있어서, 튜브를 보호하기 위해 튜브와 맞닿는 서포트에 물론 완충 및 방열 면적을 넓이기 위해 노치를 형성한 차량용 열교환기를 제공함에 있다.

본 발명의 차량용 열교환기는, 일정거리 이격되어 나란하게 구비되는 제1 헤더탱크(110) 및 제2 헤더탱크(120)와, 상기 제1 헤더탱크(110) 및 제2 헤더탱크(120)에 양 단이 고정되어 냉각수 유로를 형성하는 복수 개의 튜브(130)와, 상기 튜브(130) 사이에 개재되는 핀(140)과, 상기 복수 개의 튜브(130) 열의 최외측에 배치되는 서포트(200)를 포함하여 이루어진 차량용 열교환기(100)에 있어서, 상기 서포트(200)는, 상기 튜브(130)와 맞닿도록 구성되며, 일부 영역은 상기 튜브로부터 이격되어 상기 열교환기 외측을 향하도록 절개 및 절곡된 노치(210); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 노치(210)는, 상기 열교환기(100)의 외측으로 연장된 제1 노치(211); 및 상기 제1 노치(211)의 끝단에서 상기 제1 노치(211)와 소정각도 기울어지게 연장 형성된 제2 노치(212); 로 구성된다.

또한, 상기 제1 노치(211)는, 상기 헤더탱크(110, 120)의 외측 단부와 최외측 튜브 사이 영역에 위치하도록 일정 높이를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 노치(210)는, 상기 튜브(130)의 길이 방향을 따라 복수 개가 열을 이루며 형성되며, 상기 튜브(130)의 폭 방향을 따라 복수 개의 열이 소정거리 이격 배치되되, 상기 복수 개의 열에 형성되는 상기 제1 노치(211) 각각의 길이는 서로 상이하게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 노치(210)는, 상기 튜브(130)의 길이 방향을 따라 복수 개가 열을 이루며 형성되며, 상기 튜브(130)의 폭 방향을 따라 복수 개의 열이 소정거리 이격 배치되되, 상기 복수 개의 열 중 어느 한 열에 형성되는 노치(210)와, 이웃하는 다른 한 열에 형성되는 노치(210)는, 상기 튜브(130)의 길이 방향을 따라 교번 형성되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 제1 노치(211)와, 제2 노치(212)는, 상기 서포트(200)의 길이 방향 및 폭 방향 절개선을 따라 형성되어, 상기 서포트(200)의 길이 방향을 따라 제1 노치(211) 및 제2 노치(212)가 번갈아 배치된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 차량용 열교환기는, 서포트에 형성된 노치를 통해 열교환기의 외측에 배치되는 튜브의 방열 면적을 증가시켜 열교환기의 외측에 배치되는 튜브의 방열 효율 증가에 따라 열교환기의 방열 효율을 향상시킨다.

또한, 노치를 통해 열교환기의 외측에 배치되는 튜브에 가해지는 충격을 완화시키고, 서포트에 직접 맞닿는 튜브의 면적을 줄여 튜브의 피로 파괴를 방지하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 통상적인 차량용 열교환기 전체사시도
도 2는 종래의 방열 성능 개선 형 차량용 열교환기 전체사시도
도 3은 본 발명의 차량용 열교환기 전체사시도
도 4는 본 발명의 제1 실시 예의 서포트 사시도
도 5는 본 발명의 제2 실시 예의 서포트 측면도
도 6은 본 발명의 제3 실시 예의 서포트 사시도
도 7은 본 발명의 노치 제조방법 순서도

내연기관은 공급되는 연료를 압축하여 고온 · 고압의 상태에서 점화 · 연소시킨다. 이에 따라 내연기관은 항상 많은 열이 발생되는데 이를 방치하면 피스톤 또는 실린더 등 엔진을 구성하는 부재들이 과열되어 그 기능을 수행할 수 없게 된다. 따라서 일반적으로 자동차의 엔진룸에는 엔진과 이 엔진을 냉각시키기 위한 냉각 장치와, 차량 실내의 온도를 적절하게 유지시키는 공기 조화 장치 등이 설치되어 있다. 상기 냉각 장치는 자동차의 엔진을 냉각시키기 위한 것으로 엔진의 냉각수를 냉각시키기 위한 라디에이터와 라디에이터로의 공기 흐름을 유발시켜 라디에이터 표면의 방열효율을 높이고 결과적으로 냉각수의 냉각 효율을 더욱 촉진시키기 위한 팬 슈라우드 유닛을 포함한다. 이러한 팬 슈라우드 유닛은 라디에이터 및 응축기의 공기유동 상류 또는 하류에 위치하여 공기를 강제적으로 통과시킴으로써 방열 성능을 향상시키는 역할을 하며 팬과 이를 구동하는 모터 및 상기 모터를 고정시키고 팬을 보호하는 슈라우드 등으로 구성되어 일반적으로 자동차 엔진 룸 내의 라디에이터 후면에 설치된다.

따라서 차량의 엔진룸 전방에는 차량 내부를 냉각시키는 과정에서 발생된 고온의 냉매를 냉각시키는 콘덴서와 상기 콘덴서의 후방에 위치하여 엔진을 냉각시키는 과정에서 발생된 고온의 냉각수를 냉각시키는 라디에이터, 상기 라디에이터의 후방에 위치하여 공기를 강제 송풍시켜 상기 콘덴서와 라디에이터의 냉각효율을 향상시키도록 팬 슈라우드가 설치되어 쿨링모듈을 구성한다. 이와 같이 구성되는 쿨링모듈은 상기 라디에이터를 기준으로 하여 전방으로 콘덴서가 위치하고 후방으로 팬 슈라우드가 위치하여 결합되고 상기 쿨링모듈은 프론트 엔드 모듈 캐리어에 결합되게 된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 콘덴서 또는 라디에이터에 적용되는 차량용 열교환기를 제공함에 그 목적이 있으며, 이하, 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 열교환기에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3에는 본 발명의 일실시 예에 따른 차량용 열교환기(100)의 전체사시도가 도시되어 있다. 열교환기(100)는, 차량 폭 방향으로 일정거리 이격되어 나란하게 구비되되 차량 폭 방향 일측에 형성되는 제1 헤더탱크(110)와, 차량 폭 방향 타측에 형성되는 제2 헤더탱크(120)와, 제1 및 제2 헤더탱크(110, 120)에 양 단이 고정되어 냉각수 유로를 형성하는 튜브(130)와, 튜브(130) 사이에 개재되는 핀(140)과, 복수 개의 열로 배치되는 튜브(130)의 최외측 양단에 구비되는 서포트(200)를 포함하여 이루어진다. 도면상에는 헤더탱크가 차량 폭 방향으로 이격 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 차량의 상하 방향을 따라 이격 배치될 수도 있음은 자명하다.

이때 본 발명의 열교환기(100)는 열교환 성능을 높이기 위해 차량의 상하 최외측에 튜브(130)가 배치되고, 튜브(130)에 서포트(200)가 구비되는 구성에 있어서, 상기 최외측에 배치된 튜브(130)의 방열 성능 향상 및 피로 파괴 방지를 위해 개발되었으며, 다음과 같은 특징적인 구성을 갖는다.

도 4에는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 서포트(200)의 사시도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 본 발명의 서포트(200)는 판상의 알루미늄 재질로 이루어질 수 있다. 서포트(200)는 노치(210)를 포함하여 이루어진다. 노치(210)는 도 7에 도시된 바와 같이 서포트(200)에 서포트(200)의 폭 방향 또는 길이 방향으로 절개부를 형성하는 단계(S10) 및 절개부를 절곡하여 제1 노치부 및 제2 노치부를 형성하는 단계(S20)를 통해 형성될 수 있다.

상술된 바와 같이 노치(210)는 서포트(200)를 절개하고, 절곡하여 형성되며, 열교환기(100) 외측으로 절곡되어 연장 형성되는 제1 노치(211)와, 제1 노치(211)의 끝단에서 제1 노치(211)와 일정 각도 기울어지게 절곡되어 연장 형성되는 제2 노치(212)로 구성된다. 이때 노치(210)는 서포트(200)를 "H" 자형으로 절개한 상태에서 한 쌍의 제1 노치부(211)를 열교환기(100) 외측으로 절곡하고, 한 쌍의 제1 노치(211)의 끝단을 서로 마주보도록 절곡시켜 제2 노치(212)를 형성한다. 상술된 구성을 통해 최소한의 절개부만으로 노치(210) 형성이 가능한 장점이 있다.

또한, 제1 노치(211)는 끝단이 헤더탱크(110, 120)의 외측 단부와 열교환기(100)의 최외측 튜브(130) 사이의 영역에 위치하도록 일정 높이를 갖는다. 이는 제1 노치(211)의 높이가 헤더탱크(110, 120)의 외측 단부를 초과할 경우 열교환기(100)에 인접한 다른 부품과의 간섭이 발생될 수 있기 때문이다.

노치(210)는 서포트(200)의 길이 방향을 따라 복수 개가 형성되며, 서포트(200)의 폭 방향을 따라 복수 열이 소정거리 이격 배치될 수 있다.

상기와 같은 노치(210)의 구성을 통해 서포트(200)가 튜브(130)에 맞닿았을 때 튜브(130)의 방열 면적을 넓혀 방열 효율을 향상시키며, 서포트(200)가 노치(210) 만큼 절개됨에 따라 서포트(200)와 튜브(130)가 접촉되는 면적을 최소화하여 서포트(200)의 열변형에 의한 하중이 튜브(130)에 전달되는 것을 줄여 튜브(130)의 피로 파괴를 방지한다.

도 5에는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 서포트(300)의 측면도가 도시되어 있다. 본 발명의 제2 실시 예에 따른 서포트(300)는 복수의 열에 형성된 제1 노치의 길이를 서로 다르게 하여 서포트(300)의 폭 방향으로 유동하는 냉각풍과의 열교환 성능을 높이기 위해 구성되었다.

도시된 바와 같이 서포트(300) 상에는, 서포트(200)의 폭 방향을 따라 형성된 복수 개의 제1 열 노치(310), 제2 열 노치(320), 제3 열 노치(330) 및 제4 열 노치(340)를 포함한다. 이때 제1 내지 제4 열 노치(310, 320, 330, 340)의 제1 노치 길이(H1, H2, H3, H4)는 이웃하는 열의 제1 노치 길이가 서로 다르게 형성될 수 있다. 상기와 같은 구성을 통해 냉각풍 접촉 시 제1 열 노치(310)가 제2 열 노치(320)의 열교환에 방해가 되지 않도록 한다.

도 6에는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 서포트(400)의 측면도가 도시되어 있다. 본 발명의 제3 실시 예에 따른 서포트(400)는 복수의 열에 형성된 노치 각각이 서포트(400)의 길이 방향을 따라 교번 형성되어 서포트(400)의 폭 방향으로 유동하는 냉각풍과의 열교환 성능을 높이기 위해 구성되었다.

도시된 바와 같이 서포트(400) 상에는, 서포트(400)의 폭 방향을 따라 형성된 복수 개의 제1 열 노치(410), 제2 열 노치(420), 제3 열 노치(430) 및 제4 열 노치(440)를 포함한다. 이때 제1 열 노치(410)와 제2 열 노치(420)는 서포트(400)의 길이 방향을 따라 교번 형성될 수 있으며, 제3 열 노치(430)와 제4 열 노치(440) 역시 서포트(400)의 길이 방향을 따라 교번 형성될 수 있다.

상기와 같은 구성을 통해 냉각풍 접촉 시 제1 열 노치(410)가 제2 열 노치(420)의 열교환에 방해가 되지 않도록 한다.

또한, 제1 노치(211)와, 제2 노치(212)는, 서포트(200)의 길이 방향 및 폭 방향 절개선을 따라 형성될 수 있고, 서포트(200)의 길이 방향을 따라 제1 노치(211) 및 제2 노치(212)가 번갈아 배치되도록 한다. 이는 판상의 서포트(200)를 절개한 후 절곡시킨 구성으로, 서포트(200) 소재의 절감이 가능한 효과가 있다.

본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

100 : 열교환기
110 : 제1 헤더탱크
120 : 제2 헤더탱크
130 : 튜브
140 : 핀
200, 300, 400 : 서포트
210 : 노치 211 : 제1 노치
212 : 제2 노치
310, 410 : 제1 열 노치 320, 420 : 제2 열 노치
330, 430 : 제3 열 노치 340, 440 : 제4 열 노치

Claims

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일정거리 이격되어 나란하게 구비되는 제1 헤더탱크(110) 및 제2 헤더탱크(120)와, 상기 제1 헤더탱크(110) 및 제2 헤더탱크(120)에 양 단이 고정되어 냉각수 유로를 형성하는 복수 개의 튜브(130)와, 상기 튜브(130) 사이에 개재되는 핀(140)과, 상기 복수 개의 튜브(130) 열의 최외측에 배치되는 서포트(200)를 포함하여 이루어진 차량용 열교환기(100)에 있어서,
상기 서포트(200)는, 상기 튜브(130)와 맞닿도록 구성되며, 일부 영역은 상기 튜브로부터 이격되어 상기 열교환기 외측을 향하도록 절개 및 절곡된 노치(210); 를 포함하되,
상기 노치(210)는, 상기 열교환기(100)의 외측으로 연장된 제1 노치(211); 및 상기 제1 노치(211)의 끝단에서 상기 제1 노치(211)와 소정각도 기울어지게 연장 형성된 제2 노치(212); 로 구성되고,
상기 노치(210)는, 상기 튜브(130)의 길이 방향을 따라 복수 개가 열을 이루며 형성되며, 상기 튜브(130)의 폭 방향을 따라 복수 개의 열이 소정거리 이격 배치되되, 상기 복수 개의 열에 형성되는 상기 제1 노치(211) 각각의 길이는 서로 상이하게 형성되는 것을 특징으로 하는, 차량용 열교환기.
일정거리 이격되어 나란하게 구비되는 제1 헤더탱크(110) 및 제2 헤더탱크(120)와, 상기 제1 헤더탱크(110) 및 제2 헤더탱크(120)에 양 단이 고정되어 냉각수 유로를 형성하는 복수 개의 튜브(130)와, 상기 튜브(130) 사이에 개재되는 핀(140)과, 상기 복수 개의 튜브(130) 열의 최외측에 배치되는 서포트(200)를 포함하여 이루어진 차량용 열교환기(100)에 있어서,
상기 서포트(200)는, 상기 튜브(130)와 맞닿도록 구성되며, 일부 영역은 상기 튜브로부터 이격되어 상기 열교환기 외측을 향하도록 절개 및 절곡된 노치(210); 를 포함하되,
상기 노치(210)는,
상기 튜브(130)의 길이 방향을 따라 복수 개가 열을 이루며 형성되며, 상기 튜브(130)의 폭 방향을 따라 복수 개의 열이 소정거리 이격 배치되되,
상기 복수 개의 열 중 어느 한 열에 형성되는 노치(210)와, 이웃하는 다른 한 열에 형성되는 노치(210)는, 상기 튜브(130)의 길이 방향을 따라 교번 형성되는 것을 특징으로 하는, 차량용 열교환기.
일정거리 이격되어 나란하게 구비되는 제1 헤더탱크(110) 및 제2 헤더탱크(120)와, 상기 제1 헤더탱크(110) 및 제2 헤더탱크(120)에 양 단이 고정되어 냉각수 유로를 형성하는 복수 개의 튜브(130)와, 상기 튜브(130) 사이에 개재되는 핀(140)과, 상기 복수 개의 튜브(130) 열의 최외측에 배치되는 서포트(200)를 포함하여 이루어진 차량용 열교환기(100)에 있어서,
상기 서포트(200)는, 상기 튜브(130)와 맞닿도록 구성되며, 일부 영역은 상기 튜브로부터 이격되어 상기 열교환기 외측을 향하도록 절개 및 절곡된 노치(210); 를 포함하되,
상기 노치(210)는, 상기 열교환기(100)의 외측으로 연장된 제1 노치(211); 및 상기 제1 노치(211)의 끝단에서 상기 제1 노치(211)와 소정각도 기울어지게 연장 형성된 제2 노치(212); 로 구성되고,
상기 제1 노치(211)와, 제2 노치(212)는,
상기 서포트(200)의 길이 방향 및 폭 방향 절개선을 따라 형성되어, 상기 서포트(200)의 길이 방향을 따라 제1 노치(211) 및 제2 노치(212)가 번갈아 배치된 것을 특징으로 하는, 차량용 열교환기.