KR102112589B1 - 단부판 상에 고정된 어댑터 유닛을 구비한 열교환기 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유체 사이의 열교환을 위한 번들, 상기 번들을 통해 유체를 분배하기 위한 구멍(11, 12)을 구비한 상기 번들의 단부판(10), 및 외부 유체 회로를 가진 어댑터 유닛(20)을 포함하는 열 교환기에 관련된 것이다. 어댑터 유닛(20)은 단부판의 분배 구멍 중 하나 또는 분배 구멍들에 대응하는 하나 또는 그 이상의 유체 분배 도관(21, 22)을 구비하고 단부판의 일면에 의해 고정된다. 단부판(10)은 단부판과 접촉하는 유닛(20) 면에 형성된 하우징(210, 220)에서 압착(crimp)함으로써 유지되는 적어도 하나의 부분 컷(110, 120)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

단부판 상에 고정된 어댑터 유닛을 구비한 열교환기 및 그 제조 방법 {HEAT EXCHANGER WITH AN ADAPTER UNIT FIXED TO AN ENDPLATE, AND ASSOCIATED METHOD OF MANUFACTURE}
본 발명은 열 교환기 분야에 관한 것으로서, 특히 자동차 차량에서 사용되는 교환기에 관한 것이고, 더욱 구체적으로는 에어 콘디셔닝 루프에서 사용되는 교환기 및/또는 전기 배터리의 온도를 관리하는 교환기에 관한 것이다.
냉각 유체와 열 전달 유체라는 2개의 유체를 사용하는 열 교환기는 공지되어 있고, 냉각 유체가 열 전달 유체를 냉각시킨다.
이러한 사용을 위한 교환기는 복수 개의 부품으로 이루어지고, 부품은 조립 후 유체가 순환하는 번들을 형성한다.
제조 중, 번들의 부품은 예를 들어 오븐에 들어가는 어떤 한 단계에서 브레이징(brazing)으로 밀봉 고정되기 전에, 조립 공정 범위 내에서, 일반적으로 서로 다른 요소로 미리 조립된다.
도 1은 이러한 종류의 열 교환기의 예시를 도시하는 분해 사시도이다. 특히 글리콜산염계 물(glycolated water)와 같은 열 전달 유체인 제1 유체와, 냉각제, 가스, 이상성 물질(diphasic substance) 또는 액체일 수 있는 제2 유체 사이의 연 전달을 확보하기 위한 것이다. 교환기는 길이 방향으로 적층된 복수의 판(5, 6)을 포함한다. 판은 제1 유체 및 제2 유체에 의해 덮이는 채널들을 형성하고, 제1 유체용 채널이 판의 적층 방향으로 제2 유체용 채널과 번갈아 나타난다.
번들의 일 단부(3)에서, 제2 유체용 채널은 단부판(10)에 의하여 범위가 한정되고, 단부판(10)은 연결 장치(8)에 의하여 번들이 제1 및 제2 유체의 순환 회로와 연결되게 하고, 연결 장치(8)는 여기서 열 전달 유체 FC용의 2개의 파이프와, 냉각 유체 FR용의 브라켓(20)으로 형성된다.
이 최종 요소는 열 교환기로 냉각 유체 회로의 부품(도시되지 않음)을 연결시키는데 사용되는 덩어리 모양의 금속 블록, 예를 들어 알루미늄 합금 블록을 형성한다. 이 요소는 기계 가공되고 2개의 도관 요소에 의해 횡단되며, 2개의 도관 요소는 본 응용에서 분배 도관 뒤에 설계되며, 각각은 단부판(10)에서 관통되는 대응 구멍으로 개구되는 일면과 연결된다.
제조 중에, 브레이징 전 연결하는 문제 및 어댑터 블록(20)을 단부판(10)에서 유지하는 문제가 제기된다. 도 2는 부품들이 미리 조립된 조립체를 도시한다.
이러한 문제에 대해 다양한 해결책을 상도할 수 있다.
먼저, 스트랩핑, 블레이징 체어로 지지하는 것과 같이 외부 제약에 의해 두 부품을 유지하는 것을 확보할 수 있다. 그러나, 이러한 해결책은 조립체가 다른 부품과 조립될 소조립체인 경우에 적용할 수 있다.
또한, 다른 부품 상에서 한 부품을 변형시킬 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참조하여, 단부판의 대응 개구에서 블록의 도관(21 또는 22)의 적어도 하나를 플레어지게 하는 변형 조작에 의해 블록(20)이 단부판과 연결될 수 있다. 그러나, 이러한 해결책은 채널 하나가 5mm 정도의 작은 직경으로 플레어 조작을 할 수 없기 때문에 실제로는 적용하기 어렵다.
더욱이, 두 부품 사이의 클린칭(clinching)을 수행할 수 있다. 이 조작은 단부판(13)을 국부적으로 변형하여, 한편으로는 단부판 상에 리벳(13R)을 형성하고 다른 한편으로는 어댑터 블록에 단부판의 리벳의 수용 하우징(20L)을 기계 가공하여 이루어진다. 도 3에서, 이러한 하우징은 블록에 대하여 측면 돌출부를 가지도록 형성된다. 이러한 돌출부는 관통형 돌출부(through-protrusion)이다. 다음으로, 양 부분은 블록 상의 각각의 하우징으로 리벳을 체결하여 조립된다. 마지막으로 단부판의 리벳의 바닥은 일측의 모루(anvil) E와 타측의 펀치 P 사이에 블록 전체에서 찌부러진다. 이러한 연속 공정은 도 3에 예시되어 있다.
이 해결책은 산업적으로 상도할 수 있는 것이나 몇 가지 단점을 가진다.
리벳을 수용하기 위한 융기/함몰된 부분 및 측면 돌출부를 생성하기 위한 자유 영역이 판 상에 제공되어야 한다. 이 결과, 어댑터 블록의 막힘, 부품의 무게 및 비용이 증가한다.
더욱이, 이러한 기술의 적용은 추가 부품 비용을 의미하는 스탬핑 도구를 거쳐야 하는 것을 의미한다.
또한, 어댑터 블록을 클린칭하기 위한 접근 방법도 제공되어야 한다. 이는 어댑터 블록의 크기가 커지고 부품 비용과 무게가 증가함을 의미한다.
또한, 클린칭 후 재료가 얇아지는 것에 주의해야 한다. 이 영역에서 외부 부식에 대한 저항성의 감소 위험이 뒤따르게 된다.
다른 해결책은 양 부품 사이를 펀칭하여 수행된다. 이러한 공정에서, 리벳은 어댑터 블록 내에서 기계 가공되고 대응 구멍은 판을 관통한다. 양 요소는 판의 구멍으로 리벳이 삽입되어 조립되고, 리벳이 변형되어, 리벳의 변형된 단부와, 판과 접촉하는 블록 면 사이에서 판을 고정시킨다. 이러한 해결책은 어댑터 블록 상에 특정한 융기/함몰된 부분을 필요로 하는 단점이 있고, 이는 어댑터 블록의 크기를 크게 하고 무게와 부품 비용을 증가시킨다. 더욱이, 외부 누설의 위험을 가져온다.
본 발명의 목적은 전술한 해결책의 단점 없이 판과 어댑터 블록 또는 브라켓의 조립 방법을 개발하는 것이다.
따라서, 본 발명은 유체 사이의 열교환 번들, 상기 번들 내에 유체 분배 구멍들을 구비하는 번들의 단부판, 및 외부 유체 회로에 맞추기 위한 블록을 포함하는 열 교환기에 관한 것이다. 블록은 단부판의 분배 구멍들 중 하나와 일치하는 유체 분배 도관(들)을 구비한다.
본 발명에 따르면, 단부판은 하우징에서 압착(crimp)에 의해 유지되는 적어도 하나의 부분 컷을 포함하고, 하우징은 단부판과 접촉하는 블록면에 형성되며, 특히 기계 가공되거나 냉각 단조에 의해 형성된다.
부분 컷이라는 용어는 단부판이 형성된 금속판이 절개되어 탭이 형성되고, 탭이 상기 탭의 외곽(contour)의 일부만을 통해 판과 연결되는 것을 의미한다. 예를 들어, 상기 탭은 일측면이 단부판에 유지되는 다각형 형상, 특히 직사각형이다. 탭은 단부판의 표면에 대하여 평행이고, 돌출된다. 이는 절개 스탬프(slashed stamp)일 수 있다.
본 발명의 해결책은 위에서 언급한 기술의 단점을 극복할 가능성을 준다. 따라서, 부분 컷에 의한 압착 공정은 블록을 모루(anvil)로서 사용할 수 있고, 이는 대량 생산 공정의 이점이 있다. 더욱이, 얇아지거나 약해진 단부판의 영역이 생기지 않는다.
유리한 실시예에 따라, 부분 컷과 관련 하우징은 분배 구멍 중 하나의 주위에 형성된다.
부분 컷을 이렇게 배열하는 것은 연결 영역이 외부 부식에 노출되지 않을 가능성을 준다.
상기 부분 컷은 유리하게 연장될 수 있으며, 특히 구멍 중 하나의 주위로부터 방사상으로 연장될 수 있어서 상기 번들과 상기 블록 사이의 통로 외부에 형성될 수 있다. 따라서, 부분 컷이 구멍의 유압부로 연장되지 않는 것을 확보함으로써 후자를 통한 유체의 흐름이 방해받지 않는다.
바람직하게, 단부판은 어댑터 블록 상에 상기 2개의 분배 도관과 관련된 2개의 소위 유체 분배 구멍과, 양 구멍 각각의 주위에서 상기 하우징에서 압착되는 부분 컷을 포함한다.
본 발명은 판들을 적층시켜 판들 사이가 각각의 유체 순환용의 도관으로 되는 열 교환 번들이 형성되는 열 교환기에 구체적으로 적용할 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 구멍들은 하나가 유체 공급용이고 다른 하나가 열 교환 후 유체의 복귀용으로 설계된다.
이는 유리하게는 열 전달 액체와 냉각 유체, 즉 열 교환 중 위상 변화를 할 수 있는 유체 사이의 열 교환을 목적으로 하는 교환기일 수 있다.
또한, 본 출원인은 전술한 교환기용 어댑터 블록과 관련된 단부판을 포괄하려 하고, 이 때 판과 어댑터 블록의 조립체에서 판은 적어도 하나의 부분 컷을 포함하고, 어댑터 블록은 그 형상과 위치가 부분 컷에 일치하는 하우징을 포함한다.
더욱 구체적으로, 본 발명은 어댑터 블록과 관련된 단부판에 관한 것으로, 그 부분 컷은 번들 내의 유체를 분배하기 위한 구멍 주위에 형성되고, 구멍의 유압부로 연장되지 않는다.
또한, 본 발명은 열 교환기의 단부판 상에 적어도 하나의 유체 분배 도관을 구비하는 어댑터 블록을 부착하는 방법에 관한 것으로서, 이러한 방법은 브레이징 준비에서 블록을 제 자리에 놓고 단부판 상에 블록을 유지하는 단계를 포함한다. 이러한 방법은 부분 컷이 단부판에 형성되고, 하우징, 특히 카운터보(counter-bore)가 부분 컷의 형상에 대응하는 형상을 가지고 블록에 형성되며, 상기 유지 단계가 블록의 하우징에서 단부판의 부분 컷을 압착하여 얻어진다는 사실을 특징으로 한다.
상기 하우징은 예를 들어 기계 가공 또는 냉간 스탬핑에 의하여 형성되고, 상기 부분 컷(110, 120)은 특히 스탬핑과 랜싱(lancing)에 의하여 형성된다.
상기 부분 컷은 유리하게는 후자에 제공된 유체 분배 구멍(들)을 얻을 수 있는 공정과 동일한 공정에 의해 얻을 수 있다.
더욱 구체적으로, 관련 부분 컷과 하우징은 상기 유체 분배 구멍(들)의 주위에 형성된다.
유리하게는, 상기 블록은 상기 블록 상에 판을 압착하는 중 모루로서 사용된다.
본 발명에 따르면, 부분 컷에 의한 압착 공정은 블록을 모루(anvil)로서 사용할 수 있고, 이는 대량 생산 공정의 이점이 있다. 더욱이, 얇아지거나 약해진 단부판의 영역이 생기지 않는다.
유리한 실시예에 따라, 부분 컷과 관련 하우징은 분배 구멍 중 하나의 주위에 형성된다.
부분 컷을 이렇게 배열하는 것은 연결 영역이 외부 부식에 노출되지 않을 가능성을 준다.
기타 특징과 이점은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 한정적이지 않은 실시예의 상세한 설명을 읽고나면 분명해진다.
도 1은 본 발명이 적용되는 열 교환기 예시의 분해 사시도이다.
도 2는 열 교환기 번들의 어댑터 블록과 단부판으로 형성된 어셈블리의 사시도이다.
도 3은 열 교환기의 단부판과 어댑터 블록의 클린칭에 의해 공지된 연결 방법을 도시하는 사시도와 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따라 조립되기 위해 제 위치에 있는 단부판과 어댑터 블록의 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따라 서로 결속되어 있는 어댑터 블록과 단부판의 사시도이다.
도 6은 단부판 상에 형성된 부분 컷을 상세하게 도시한 사시도이다.
본 발명은 열 교환기에 관한 것으로서, 열교환기의 예시적인 실시예가 도 1과 관련하여 위에서 이미 언급되었다.
도 4는 상기 열 교환기의 단부판(10)의 예시를 도시한다. 유체를 분배하기 위한 2개의 구멍(11, 12)에 근접한 부분만이 도시되어 있다. 부분 컷(110, 120)은 각각 양 분배 구멍의 주위에 형성되어 있다. 소위 금속, 예를 들어 알루미늄의 어댑터 블록(20)은 2개의 도관(21, 22)으로 뚫려 있고, 2개의 도관(21, 22)은 어댑터 블록의 일면 상으로 개구되어 단부판을 향해 위치하도록 한다. 이러한 블록은 열 교환기에 외부 회로의 도관이 연결되도록 설계된다. 블록(20)의 양 개구 도관(21, 22)이 단부판 상의 대응 분배 구멍(11, 12)과 정렬되는 위치에서, 블록은 단부판을 향하여 위치될 수 있도록 맞춰진다. 하우징(210, 220)은 단부판의 옆쪽에 위치한 블록 면에서 기계 가공되어, 단부판의 부분 컷을 수용하도록 설계된다. 또한, 하우징은 냉간 스탬핑, 특히 압출 충격(extrusion impact)에 의해 형성될 수 있다.
도 6에 상세하게 도시된 바와 같이, 부분 컷(110, 120)은 각각 단부판의 평면에 평행한 탭(110a)을 포함한다. 이러한 탭(110a)은 여기서는 연장된 형상, 예를 들어 실질적으로 직사각형이다. 세 개의 측면(110b, 110c, 110d)은 자유단이고 제4 측면(110f)을 포함하는 부분에서 단부판에 부착되어 있다. 제4 측면(110f)에 대향하는 자유 측면(110b)은 탭과 관련된 구멍(110)의 주위에 대하여 후퇴(set back)되어 있다. 구멍의 가장자리의 연장선에 있을 수 있으나 바람직하기로는 튀어나오거나 구멍을 통한 유체의 흐름을 방해하지 않도록 맞춰진다. 도면에서, 이 측면은 곡선이다. 부분 컷은 조립 단계 전에, 스탬핑과 커팅 도구로 분배 구멍(11)의 형상과 대응되는 형상으로 형성되고 탭이 얻어지는 단계에서 형성된다.
블록 내에 형성된 하우징(210, 220)은 수용해야 하는 탭의 외곽에 약간의 측면 유격을 가지고 대응하는 형상을 가진다. 이들 깊이가 충분하여 탭이 하우징으로 삽입될 때 단부판이 블록의 접촉면에 대하여 지탱할 수 있다.
도 5는 이렇게 조립된 단부판과 어댑터 블록을 도시한다. 부분 컷은 양 구멍의 주위에 대향하여 형성되어서 그 하우징에 대하여 탭의 벗겨짐(stripping)에 대해 최적 저항을 확보한다.
조립체를 유지하기 위하여, 펀치가 부분 컷의 캐비티 내로 삽입되고, 탭의 재료 부분이 하우징의 측면을 향해 흐를 때까지 압착 압력이 펀치에 의해 가해진다. 블록의 덩어리 특성 때문에, 하우징 바닥은 가압될 수 있는 펀치에 대한 모루를 형성한다. 탭과 하우징 벽의 연결은 이와 같이 얻어지고, 오븐 내에서 교환기 부품의 조립체를 브레이징할 때까지 서로 다른 처리 공정 중에 가해지는 가능한 해체력(pull-off forces)에 저항하는 충분한 강도를 가진다.
이러한 조립 방법은 교환기 단부판을 형성하는 금속 시트 상에서 이루어진다. 금속 시트는 0.5 에서 2mm, 특히 1mm 두께를 가진다. 구멍은 20mm 보다 작은 직경, 각각 직경 5 및 11mm과 같은 직경을 가질 수 있다. 이들은 10 에서 100mm, 특히 46mm 이격될 수 있다. 금속 시트의 부분 커팅으로부터의 탭은 0.5에서 5mm, 특히 1.5mm 거리로 판에 평행한 외부면을 가질 수 있다.
10: 단부판
11, 12: 유체 분배 구멍
110, 120: 부분 컷
20: 어댑터 블록
21, 22: 도관
210, 220: 하우징

Claims (11)

  1. 유체 사이의 열교환을 위한 번들, 상기 번들 내에 유체 분배 구멍들(11, 12)을 구비하는 번들의 단부판(10), 및 외부 유체 회로에 맞추기 위한 블록(20)을 포함하는 열 교환기로서,
    상기 블록(20)은 상기 단부판의 하나의 분배 구멍 또는 분배 구멍들과 일치하는 유체 분배 도관(들)(21, 22)을 구비하고, 일면을 통해 상기 단부판에 부착되고,
    상기 단부판(10)은 상기 단부판과 접촉하는 블록(20)의 면에 형성된 하우징(210, 220)에서 압착(crimping)에 의해 유지되는 적어도 하나의 부분 컷(110, 120)을 포함하고,
    상기 부분 컷(110, 120) 및 관련 하우징(210, 220)은 각각 분배 구멍(11, 12) 중 하나 및 관련 분배 도관(21, 22) 주위(periphery)에 위치하는, 열 교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징(210, 220)은 기계 가공되거나 냉간 스탬핑(cold-stamped)된 하우징인 열 교환기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 부분 컷(110, 120)은 상기 단부판(10)의 절개 스탬프(slashed stamp)인 열 교환기.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 부분 컷(110, 120)은 구멍(11, 12)의 하나의 주위로부터 연장되어 상기 번들과 상기 블록 사이의 통로 외측에 형성되는 열 교환기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 부분 컷(11, 12)은 상기 구멍(11, 12)에 대하여 방사상으로 배향되는 열 교환기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단부판(10)은
    상기 블록(20)의 2개의 상기 분배 도관(21, 22)과 관련된 2개의 상기 유체 분배 구멍(11, 12)과,
    상기 구멍과 도관 각각의 주위에서 상기 하우징(210, 220) 내에서 압착되는 상기 부분 컷(110, 120)
    을 포함하는 열 교환기.
  8. 제1항에 따른 열 교환기용 어댑터 블록의 일면의 적어도 일부에 부착되는 단부판.
  9. 열 교환기의 단부판(10) 상에 적어도 하나의 유체 분배 도관(21, 22)을 구비하는 어댑터 블록(20)을 부착하는 방법으로서,
    브레이징 준비에서 상기 블록(20)을 제자리에 놓고 상기 단부판(10) 상에 상기 블록(20)을 유지하는 단계를 포함하고,
    부분 컷(110, 120)이 상기 단부판(10)에 형성되고, 하우징(210, 220)이 상기 부분 컷의 형상에 대응하는 형상을 가진 블록(20)에 형성되며,
    상기 유지 단계는 상기 블록의 하우징에서 상기 단부판의 부분 컷을 압착하여 얻어지고,
    상기 단부판(10)에는 유체 분배 구멍들(11, 12)이 구비되고,
    상기 부분 컷(110, 120) 및 관련 하우징(210, 220)은 각각 분배 구멍(11, 12) 중 하나 및 관련 분배 도관(21, 22) 주위에 위치하는, 어댑터 블록을 부착하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 하우징(210, 220)은 기계 가공 또는 냉간 스탬핑에 의하여 형성되는, 어댑터 블록을 부착하는 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 부분 컷(110, 120)은 상기 단부판(10)의 스탬핑과 랜싱(lancing)에 의하여 형성되는, 어댑터 블록을 부착하는 방법.
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