KR102112212B1 - 자동차용 열교환기 헤더 탱크 어셈블리 - Google Patents

자동차용 열교환기 헤더 탱크 어셈블리 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차용 열교환기 헤더 탱크 어셈블리에 관한 것으로, 헤더 탱크(10)에 나선형 걸림홈(13)이 형성되고 출입파이프(20)에 걸림홈(13)에 걸려지는 걸림돌기(22a)가 형성된 걸림편(22)이 형성된다. 별도의 체결용 부품이나 체결 공구를 이용하지 않고 걸림홈(13)과 걸림편(22)을 결합시킴으로써 헤더 탱크(10)에 출입파이프(20)를 장착할 수 있게 되어 부품수 및 공수가 감소하는 효과가 있다.

Description

자동차용 열교환기 헤더 탱크 어셈블리{Header tank assembly of heat exchanger for a car}
본 발명은 자동차용 열교환기 헤더 탱크 어셈블리에 관한 것으로, 특히 열교환기 내부를 경유하는 유체의 입구파이프 및 출구파이프가 보다 간편하게 연결될 수 있도록 된 자동차용 열교환기 헤더 탱크 어셈블리에 관한 것이다.
자동차용 열교환기는 내부에 냉매나 냉각수 공기 등의 유체가 흐르고, 열교환기 코어부를 외부의 공기가 통과하도록 하여 열교환기 내부 유체와 외기가 상호 열교환하도록 되어 있다.
따라서 열교환기에 열교환 유체가 출입하기 위한 입구파이프와 출구파이프 즉, 출입파이프들이 구비된다.
상기 출입파이프들은 자동차 엔진룸 내의 레이아웃에 따라서 다양한 각도와 방향을 갖도록 설치되는데, 이에 따라 출입파이프를 포함한 열교환기의 헤더 탱크 어셈블리의 제작에 있어 다양한 문제점을 유발한다.
이를 자동차용 열교환기의 하나인 인터쿨러를 예로 들어 설명한다.
인터쿨러(intercooler)는 터보차저(turbo charger)에서 압축된 공기를 냉각하여 밀도를 증가시킴으로써 엔진의 충전효율을 향상시키는 것으로, 엔진으로 공급되는 공기와 외기(주행풍, 팬에 의한 강제 송풍) 또는 냉각수가 열교환하는 열교환기이다.
인터쿨러 역시 열교환기로서 양측 헤더 탱크의 사이에 다수의 튜브들이 연결된 구조로 이루어지며, 헤더 탱크는 엔진으로 공급되는 공기의 출입구로서 호스가 연결되는 출입파이프(본 명세서에서 출입파이프는 유입측 헤더 탱크의 입구파이프와 배출측 헤더 탱크의 출구파이프를 통칭한다.)를 구비한다. 이와 같은 인터쿨러가 대한민국 공개특허 10-2012-0059688(2012.06.11. 공개)에 개시되어 있다.
인터쿨러는 엔진룸의 전면에 장착되는 열교환기 모듈(에어컨 냉매 응축용 콘덴서와 엔진 냉각수 냉각용 라디에이터 및 팬)의 하부 또는 측부에 주로 설치되는데, 엔진룸의 레이아웃에 따라 설치 위치는 다양하게 변경될 수 있다.
따라서 터보차저와 흡기매니폴드와의 연결을 용이하게 하기 위하여 헤더 탱크의 출입파이프가 다양한 방향 및 각도로 굽혀진 형상으로 형성된다.
출입파이프의 형상에 따라 경우에 따라서는 도 1에 도시된 바와 같이, 헤더 탱크(1)와 출입파이프(2)의 사이에 좁은 공간(S)이 형성되고, 이 공간(S) 때문에 출입파이프(2) 일체형 헤더 탱크(1)의 사출 금형을 구성하는데 어려움이 있었다.
따라서 도시된 바와 같이, 헤더 탱크(1)와 출입파이프(2)를 별개의 부품으로 제작하여 헤더 탱크(1)에 출입파이프(2)를 장착하게 되었으며, 이를 위해 헤더 탱크(1)와 출입파이프(2)에 상호 밀착되는 형상의 장착좌면(1a,2a)를 형성하고, 이들 장착좌면(1a,2a)을 복수의 볼트(3)로 서로 체결하였다. 또한, 볼트(3)에 의한 헤더 탱크(1)와 출입파이프(2)의 손상을 방지하기 위해 볼트공에 선삽입되는 원통형의 인서트(미도시)도 사용하였다.
상기와 같이 출입파이프(2) 조립시 볼트(3) 및 인서트와 같은 부품들이 다수 사용되고(볼트 체결 위치가 다수 곳임), 볼트(3) 체결을 위한 공구도 사용해야만 하므로 출입파이프(2)의 조립이 번거롭고 시간이 많이 걸리는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 별도의 체결용 부품 및 체결용 공구를 사용할 필요 없이 간단하고 용이하게 출입파이프를 장착할 수 있도록 된 자동차용 열교환기 헤더 탱크 어셈블리를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 몸체 일측에 관통 형성된 개구의 둘레에 파이프연결부가 형성되고, 파이프연결부의 외주면에 걸림홈이 형성된 헤더 탱크와, 일측 단부에 플랜지가 형성되고, 플랜지에 단부가 절곡되어 걸림돌기가 형성된 걸림편이 형성된 출입파이프를 포함하고, 상기 걸림편의 걸림돌기가 상기 걸림홈에 삽입되어 걸려짐으로써 헤더 탱크의 파이프연결부에 출입파이프가 장착되는 것을 특징으로 한다.
상기 걸림홈이 나선 형상으로 형성되어 출입파이프를 회전시킴으로써 걸림홈과 걸림돌기 사이의 결합력이 증가된다.
상기 걸림홈의 일측 단부가 파이프연결부의 단면쪽으로 개방되어 상기 걸림돌기가 통과할 수 있도록 하는 진입부가 형성된다.
상기 파이프연결부의 외주면에 고정돌기가 형성되고, 상기 플랜지에 고정돌기에 걸려지는 고정편이 형성된다.
상기 고정돌기는 일측면이 높이가 점차 증가하는 빗면이고 타측면이 파이프연결부의 중심을 향하는 수직면으로 이루어진다.
상기 고정편에 고정돌기가 삽입되는 걸림홀이 형성되고, 걸림홀의 일측 벽면은 고정돌기의 수직면에 대응하는 수직면으로 형성되어 상호 걸려진다.
상기 고정돌기와 고정편의 결합은 상기 걸림돌기가 걸림홈의 일측 단부에서 타측 단부로 이동하도록 출입파이프가 회전함으로써 이루어진다.
상기 걸림홈과 걸림편 및 상기 고정돌기와 고정편이 각각 헤더 탱크의 파이프연결부와 출입파이프의 플랜지의 원주상에 등간격으로 복수개 형성된다.
상기 헤더 탱크의 파이프연결부와 출입파이프의 플랜지 사이에 개스킷이 설치된다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면, 헤더 탱크에 형성된 걸림홈과 출입파이프에 형성된 걸림편을 이용하여 별도의 공구 없이 작업자가 직접 손으로 헤더 탱크에 출입파이프를 장착할 수 있게 된다.
따라서 볼트 및 인서트와 같은 체결 부품과 이들을 조립하기 위한 체결 공구를 사용할 필요가 없으므로 출입파이프 조립 작업을 매우 간편하고 신속하게 실시할 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 사용 부품수가 줄고, 작업 시간이 단축되므로 공수 및 비용이 절감되는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 헤더 탱크와 출입파이프의 조립 상태 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 헤더 탱크의 파이프연결부 사시도.
도 3은 상기 헤더 탱크의 파이프연결부를 다른 각도에서 도시한 사시도.
도 4는 헤더 탱크와 출입파이프의 분해 사시도.
도 5는 헤더 탱크와 출입파이프의 조립 상태 사시도.
도 6은 도 5를 다른 각도에서 도시한 사시도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 헤더 탱크(10)의 일측면에는 원형의 개구(11)가 형성되고, 개구(11)의 테두리 부분에는 파이프연결부(12)가 형성된다.
파이프연결부(12)는 개구(11)의 반경 방향 외측으로 확장된 지름을 가지는 원형 부분이며, 출입파이프(20)가 장착되는 면은 평면으로 형성된다.
파이프연결부(12)의 외주면에는 걸림홈(13)이 형성된다.
걸림홈(13)은 파이프연결부(12)의 원주 방향을 따라 소정 길이로 형성된다. 도면에는 서로 마주보는 위치 즉, 상호 반대쪽 위치에 각 1개씩 총 2개소에 형성된 실시예를 도시하였다. 걸림홈(13)의 길이를 적절히 설정함으로써 3개 이상의 걸림홈을 형성할 수 있음은 물론이다. 걸림홈(13) 사이의 간격은 헤더 탱크(10)와 출입파이프(20)간 결합력의 균형을 위해 등간격으로 하는 것이 바람직하다.
걸림홈(13)의 일측 단부에는 출입파이프(20)가 장착되는 면 쪽으로 개방된 진입부(13a)가 형성된다. 진입부(13a)는 후술할 출입파이프(20)의 걸림편(22)이 걸림홈(13)으로 삽입되는 통로가 된다.
걸림홈(13)은 진입부(13a)측 단부가 출입파이프(20)가 장착되는 면에 가깝게 형성되고, 진입부(13a)의 반대쪽 단부는 상대적으로 출입파이프(20)가 장착되는 면으로부터 멀리 이격되어 형성된다. 이와 같은 위치 관계에 있는 양측 단부를 연결하는 형상의 걸림홈(13)은 파이프연결부(12)의 외주면을 따르는 나선 형상의 홈이다.
상기 걸림홈(13)에 대응하여 출입파이프(20)에는 걸림편(22)이 형성된다.
출입파이프(20)의 일측 단부에는 헤더 탱크(10)의 파이프연결부(12)와 같은 지름을 가지는 플랜지(21)가 형성되고, 플랜지(21)의 헤더 탱크 장착면은 파이프연결부(12)의 출입파이프 장착면과 동일한 평면으로 형성된다.
플랜지(21)의 테두리 부분에는 플랜지(21)의 헤더 탱크 장착면에 직각인 상태로 상기 걸림편(22)이 돌출 형성된다. 걸림편(22)은 헤더 탱크(10)의 걸림홈(13)과 동수로 형성되며, 걸림홈(13)들에 대응되는 위치에 형성된다.
걸림편(22)의 단부는 출입파이프(20)의 반경방향 내측으로 절곡되어 걸림돌기(22a)가 형성된다. 이 걸림돌기(22a)가 걸림홈(13)의 일측 벽면(걸림홈의 양측 벽면중 출입파이프 장착면에 가까운 벽면)에 걸려짐으로써 결합력이 발생하여 파이프연결부(12)에서 출입파이프(20)가 이탈하지 않게 된다.
한편, 헤더 탱크(10)의 파이프연결부(12)에는 고정돌기(14)가 돌출 형성된다. 고정돌기(14)는 파이프연결부(12)의 외주면중 걸림홈(13)이 형성되지 않은 부분에 1개소 이상 형성될 수 있다. 1개소만 형성되어도 추후 설명할 출입파이프 이탈 방지 작용을 할 수 있으나 고정 상태의 균형을 위하여 등간격으로 2개소 이상 형성되는 것이 바람직하다.
고정돌기(14)는 출입파이프(20)의 조립시 회전 방향(걸림홈(13)의 진입부(13a)측 단부에서 반대쪽 단부를 향하는 방향)에 있어서 회전 반대쪽 부분은 점차 높이가 증가하는 빗면으로 형성되고, 회전 방향쪽 부분은 파이프연결부(12)의 중심을 향하는 수직면으로 형성된다.
상기 고정돌기(14)에 대응하여 출입파이프(20)에 고정편(23)이 형성된다.
고정편(23)은 출입파이프(20)의 플랜지(21)에 상기 걸림편(22)과 같이 헤더 탱크(10)의 파이프연결부(12)쪽으로 돌출 형성된 것으로서 헤더 탱크(10)측의 고정돌기(14)와 대응하는 위치에 같은 갯수로 형성된다.
고정편(23)은 내측에 상기 고정돌기(14)가 삽입되어 걸려지는 걸림홀(23a)이 형성된다. 걸림홀(23a)은 고정돌기(14)의 평면 형상과 동일한 직사각형 형상으로 관통 형성된다. 걸림홀(23a)의 내벽면 중 고정돌기(14)의 수직면에 대응하는 면은 동일한 수직면으로 형성되어 고정돌기(14)에 고정편(23)이 걸려질 수 있도록 되어 있다.
헤더 탱크(10) 파이프연결부(12)의 출입파이프(20) 장착면에는 개스킷(16)이 설치된다. 개스킷(16)은 링 형태로서 파이프연결부(12)의 출입파이프(20) 장착면에 형성된 개스킷홈(15)에 삽입 설치된다.
개스킷홈(15)에 설치된 개스킷(16)은 몸체 일부가 개스킷홈(15)의 외부로 돌출되어 있으며, 그 돌출된 부분이 출입파이프(20) 조립시 플랜지(21) 면에 압축됨으로써 헤더 탱크(10)와 출입파이프(20) 사이의 밀봉이 이루어진다.
이제 도 4 내지 도 6을 참조하여 헤더 탱크(10)와 출입파이프(20)의 조립 방법을 설명한다.
위에 설명한 바와 같이 헤더 탱크(10)의 파이프연결부(12)와 출입파이프(20)의 플랜지(21)는 상호 밀착되는 면이 동일한 크기의 평면으로 되어 있다.
또한, 헤더 탱크(10)의 파이프연결부(12)와 출입파이프(20)의 플랜지(21)에는 서로 대응되는 위치에 걸림홈(13)의 진입부(13a)와 걸림편(22)이 형성되어 있다.
걸림편(22)을 진입부(13a)와 동일한 위치에 위치시키고 출입파이프(20)를 파이프연결부(12)쪽으로 진행(화살표① 방향)시켜 걸림편(22)의 걸림돌기(22a)를 진입부(13a)를 통과시켜 걸림홈(13)의 일측 단부로 삽입한다.(도 4 참조)
그 상태에서 출입파이프(20)를 회전(화살표② 방향)시킨다. 출입파이프(20)가 화살표② 방향으로 회전되면 걸림돌기(22a)가 걸림홈(13)에서 진입부(13a)의 반대쪽 부분으로 이동하게 된다. 걸림홈(13)이 나선 형상이어서 진입부(13a)측 단부보다 진입부(13a) 반대쪽 단부가 출입파이프(20) 장착면으로부터 멀리 떨어져 있으므로 걸림돌기(22a)가 진입부(13a) 반대쪽으로 이동할수록 출입파이프(20)를 헤더 탱크(10)쪽으로 당겨주는 힘 즉, 결합력이 강하게 발생하게 된다.
상기 결합력에 의해서 파이프연결부(12)의 단면에 플랜지(21)의 단면이 강하게 접촉하면서 양자가 결합된다. 이때 플랜지(21)의 가압력에 의해 개스킷(16)이 눌리면서 결합부의 밀봉이 이루어진다.
한편, 걸림홈(13)과 걸림편(22)의 결합 종료 시점에 상기 고정돌기(14)와 고정편(23)의 결합이 이루어진다. 즉, 걸림홈(13)에서 걸림편(22)의 걸림돌기(22a)가 이동하여 헤더 탱크(10)와 출입파이프(20) 사이에 결합력이 충분히 발생되는 지점(이 부분이 반드시 걸림홈(13)의 끝 부분일 필요는 없다.)에 이르렀을 때 고정돌기(14)와 고정편(23)의 결합이 이루어지게 된다.(도 5, 도 6 참조)
출입파이프(20) 회전에 의해 파이프연결부(12)의 외주면을 따라 이동하던 고정편(23)은 조립 말기에 이르러 고정돌기(14)의 빗면을 따라 올라가다가 빗면 끝부분에서 순간적으로 하강하게 되고, 이때 고정돌기(14)의 수직면에 걸림홀(23a)의 수직면이 걸려짐으로써 고정돌기(14)에 고정편(23)이 걸려져 고정된다.
고정돌기(14)에 고정편(23)이 걸려짐으로써 출입파이프(20)는 조립시와는 반대쪽 방향(화살표②의 반대 방향)으로는 회전이 불가한 상태가 된다.
따라서 걸림편(22)의 걸림돌기(22a)가 걸림홈(13)의 진입부(13a)쪽 단부로 이동하지 못하게 되고, 이에 걸림홈(13)과 걸림돌기(22a)에 의한 결합력이 그대로 유지됨으로써 헤더 탱크(10)와 출입파이프(20)의 조립 상태가 견고하게 유지된다.
상기와 같은 걸림홈(13)과 걸림편(22), 고정돌기(14)와 고정편(23)에 의한 결합력은 이들이 파이프연결부(12)와 플랜지(21)의 원주상에서 등간격으로 복수개 형성되어 있으므로 파이프연결부(12)와 플랜지(21) 전체에 걸쳐 균형 있게 발생한다. 따라서 헤더 탱크(10)와 출입파이프(20)의 결합은 매우 안정적으로 유지된다.
상기와 같이 본 발명은 진입부(13a)와 걸림돌기(22a)의 위치를 맞춘 후 출입파이프(20)를 전진 및 회전시키는 간단한 작업을 통해 헤더 탱크(10)에 출입파이프(20)를 조립할 수 있게 된다.
또한, 출입파이프(20) 조립을 위해 볼트, 인서트와 같은 별도의 체결 부품을 사용하지 않으며, 체결 부품의 체결을 위한 체결용 공구도 사용할 필요가 없다.
따라서 출입파이프(20) 조립 작업이 매우 간편, 용이, 신속하여 작업자의 작업 부담이 적을 뿐만 아니라 공수가 감소되고 소요 비용도 절감된다.
상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 헤더 탱크 11 : 개구
12 : 파이프연결부 13 : 걸림홈
13a : 진입부 14 : 고정돌기
15 : 개스킷홈 16 : 개스킷
20 : 출입파이프 21 : 플랜지
22 : 걸림편 22a : 걸림돌기
23 : 고정편 23a : 걸림홀

Claims (9)

  1. 몸체 일측에 관통 형성된 개구(11)의 둘레에 파이프연결부(12)가 형성되고, 파이프연결부(12)의 외주면에 걸림홈(13)이 형성된 헤더 탱크(10)와,
    일측 단부에 플랜지(21)가 형성되고, 플랜지(21)에 단부가 절곡되어 걸림돌기(22a)가 형성된 걸림편(22)이 형성된 출입파이프(20)를 포함하고,
    상기 걸림편(22)의 걸림돌기(22a)가 상기 걸림홈(13)에 삽입되어 걸려짐으로써 헤더 탱크(10)의 파이프연결부(12)에 출입파이프(20)가 장착되는 것을 특징으로 하는 자동차용 열교환기 헤더 탱크 어셈블리.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 걸림홈(13)이 나선 형상으로 형성되어 출입파이프(20)를 회전시킴으로써 걸림홈(13)과 걸림돌기(22a) 사이의 결합력이 증가하도록 된 것을 특징으로 하는 자동차용 열교환기 헤더 탱크 어셈블리.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 걸림홈(13)의 일측 단부가 파이프연결부(12)의 단면쪽으로 개방되어 상기 걸림돌기(22a)가 통과할 수 있도록 하는 진입부(13a)가 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 열교환기 헤더 탱크 어셈블리.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 파이프연결부(12)의 외주면에 고정돌기(14)가 형성되고, 상기 플랜지(21)에 고정돌기(14)에 걸려지는 고정편(23)이 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 열교환기 헤더 탱크 어셈블리.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 고정돌기(14)는 일측면이 높이가 점차 증가하는 빗면이고 타측면이 파이프연결부(12)의 중심을 향하는 수직면인 것을 특징으로 하는 자동차용 열교환기 헤더 탱크 어셈블리.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 고정편(23)에 고정돌기(14)가 삽입되는 걸림홀(23a)이 형성되고, 걸림홀(23a)의 일측 벽면은 고정돌기(14)의 수직면에 대응하는 수직면으로 형성되어 상호 걸려지도록 된 것을 특징으로 하는 자동차용 열교환기 헤더 탱크 어셈블리.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 고정돌기(14)와 고정편(23)의 결합은 상기 걸림돌기(22a)가 걸림홈(13)의 일측 단부에서 타측 단부로 이동하도록 출입파이프(20)가 회전함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 열교환기 헤더 탱크 어셈블리.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 걸림홈(13)과 걸림편(22) 및 상기 고정돌기(14)와 고정편(23)이 각각 헤더 탱크(10)의 파이프연결부(12)와 출입파이프(20)의 플랜지(21)의 원주상에 등간격으로 복수개 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 열교환기 헤더 탱크 어셈블리.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 헤더 탱크(10)의 파이프연결부(12)와 출입파이프(20)의 플랜지(21) 사이에 개스킷(16)이 설치된 것을 특징으로 하는 자동차용 열교환기 헤더 탱크 어셈블리.
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