KR102174251B1

KR102174251B1 - 열교환기

Info

Publication number: KR102174251B1
Application number: KR1020190070680A
Authority: KR
Inventors: 임홍영; 송준영; 신성홍; 오광헌; 이동석
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2019-06-14
Filing date: 2019-06-14
Publication date: 2020-11-04
Also published as: KR20190075020A

Abstract

본 발명은 열교환기용 튜브를 제공한다. 본 발명의 실시예에 의한 열교환기용 튜브의 일 양태는, 열교환기의 헤더탱크 사이에 연결되어 열교환 매체가 유동되는 유로를 정의하고, 내부에 이너핀이 구비되는 열교환기용 튜브에 있어서: 상기 튜브는, 공기 흐름 방향에 나란하게 배치되는 2개의 평면부 및 기설정된 곡률의 곡면으로 형성되어 상기 평면부의 양단부를 연결하는 곡면부를 포함하고, 상기 이너핀은, 상기 평면부와 접합되는 다수개의 접합부; 상기 접합부와 교번되게 배치되고, 공기 흐름 방향으로 상기 튜브의 내부 공간을 구획하는 다수개의 구획부; 상기 곡면부를 보강하는 보강부; 를 포함하고, 상기 보강부의 일부는, 상기 평면부에 직교되는 방향으로 상기 곡면부에 인접하는 상기 평면부의 일부와 중첩되도록 연장된다.

Description

열교환기{A TBE FOR HEAT EXCHANGER}

본 발명은 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 이너핀의 양단부에 튜브의 곡면부에 접합되는 제1보강부, 제1보강부와 접합되는 제2보강부, 및 연장부가 형성됨으로써 튜브의 공기 흐름 방향으로 양단부의 강도를 높일 수 있는 열교환기에 관한 것이다.

자동차용 공조장치를 구성하는 부품 중 열교환기는 열교환매체의 상태를 변화하거나, 외부 공기와의 열교환에 의해 냉방 또는 난방을 담당한다.

열교환기는 일정거리 이격되어 나란하게 구비되는 한 쌍의 헤더탱크와, 상기 헤더탱크에 양단이 고정되어 열교환매체 유로를 형성하는 튜브 및 상기 튜브 사이에 개재되는 핀을 포함하여 형성된다.

상기 튜브는 압출 방식과 판재를 접는 방식(FOLDED TUBE)으로 제작될 수 있으며, 열교환기의 종류에 따라 요구되는 사양(크기, 중량, 내압성, 열교환매체 유동량 등)에 따라 선택적으로 이용된다.

판재를 접는 방식의 튜브는 압출 방식의 튜브에 비해 생산성이 좋은 반면 소재 강도가 더 낮은 단점이 있다.

또한, 판재를 접는 방식의 튜브는 판재의 양단부 일정 영역이 서로 접합되어 내부에 열교환매체가 유동되는 공간(열교환매체 유로)을 형성한다.

판재를 접는 방식의 튜브로서, 일본 공개특허 2005-214511호(발명의 명칭 열교환기)가 제안된 바 있으며, 이를 도 1에 도시하였다.

상기 도 1에 도시한 열교환기의 튜브(5)는 외면에 클래드재(5c)가 형성된 판재(5a)가 절곡되어 형성되되, 도면 좌측방향에서 절곡된 접합부(47)가 서로 접합되며, 내부 공간에 양면에 클래드재(49b, 49c)가 형성된 판재(49a)가 절곡되어 이너핀(49)이 형성되는 예를 나타내었다.

상기 도 1에 도시한 튜브는 도면 좌측 방향에 접합부가 형성되어 강도를 보강할 수 있으나, 그 반대편에서는 튜브를 형성하기 위한 판재만 존재하여 충분한 내구성을 갖기 어려운 문제점이 있다.

특히, 상기 열교환기가 차량용 응축기로 이용되는 경우에, 상기 도 1의 좌측 및 우측에 해당되는 부분은 이물질이 튀어 손상될 가능성이 높은 영역으로, 파손의 위험성을 그대로 가지고 있는 문제점이 있다.

또한, 최근 소형화와 함께 중량을 감소할 필요성 역시 대두되고 있어, 소재를 절감하면서도 충분한 내구성을 갖는 열교환기가 요구되고 있다.

일본 공개특허 2005-214511호(발명의 명칭 열교환기)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 이너핀의 양단부에 튜브의 곡면부에 접합되는 제1보강부와, 제1보강부와 접합되는 제2보강부, 및 연장부가 형성됨으로써 튜브의 공기 흐름 방향으로 양단부의 강도를 높일 수 있는 열교환기를 제공하는 것이다.

특히, 본 발명의 목적은 얇은 두께의 판재를 이용하여 튜브 및 이너핀을 제조하여 생산성을 확보할 수 있으면서도 강도를 보강하여 내구성을 확보할 수 있는 열교환기를 제공하는 것이다.

본 발명의 열교환기의 튜브는, 공기 흐름 방향으로 나란하게 배치되는 2개의 평면부와, 상기 평면부의 양단부를 연결하는 곡면형상의 곡면부를 구비한다. 그리고 인너핀은, 튜브의 평면부에 접합되는 다수의 접합부와, 상기 접합부와 교대로 형성되고, 공기 흐름 방향에 대하여 튜브의 내부 공간을 구획하는 다수개의 구획부, 그리고 상기 곡면부를 보강하는 보강부로 구성된다.
그리고 본 발명의 보강부는, 튜브의 곡면부에 인접한 접합부에서 연장되고 곡면부의 내면에 면접촉되는 제1보강부, 상기 제1보강부에서 연장되고 제1보강부에 면접촉되는 제2보강부, 그리고 상기 제2보강부에서 연장되고 제1보강부\가 연장되는 접합부의 일부에 면접촉되는 연장부를 포함하고 있다.
그리고 본 발명의 실시 예에 의하면, 제2보강부가 연장되는 제1보강부의 단부는, 상기 곡면부에 최인접하는 상기 구획부로부터 이격되어 있다.
다른 실시 예에 의하면, 연장부의 단부는 상기 제2보강부가 연장되는 상기 제1보강부의 단부에 비하여 상기 곡면부에 최인접하는 상기 구획부에 인접되게 배치된다.
그리고 본 발명에서, 이너핀은 1개의 제2판재가 다수회 절곡되어 제조되는 것이 바람직하다.

삭제

이에 따라, 본 발명의 열교환기용 튜브는 이너핀의 양단부에 튜브의 곡면부에 접합되는 제1보강부, 제1보강부와 접합되는 제2보강부, 및 연장부가 형성됨으로써 튜브의 공기 흐름 방향으로 양단부의 강도를 높일 수 있는 장점이 있다.

특히, 본 발명의 열교환기용 튜브는 얇은 두께의 판재를 이용하여 튜브 및 이너핀을 제조하여 생산성을 확보할 수 있으면서도 강도를 보강하여 내구성을 확보할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 열교환기용 튜브를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 열교환기용 튜브를 이용한 열교환기를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 열교환기용 튜브의 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 열교환기용 튜브의 다른 단면도.
도 5는 도 4에 도시한 열교환기용 튜브의 부분 확대도. (격벽 형성 부분)
도 6은 본 발명에 따른 열교환기용 튜브의 제1판재 전개도.
도 7은 본 발명에 따른 열교환기용 튜브의 제2판재(이너핀 형성) 전개도.

이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 열교환기용 튜브(100)를 첨부된 도면을 참조로 설명한다.

삭제

본 발명의 열교환기용 튜브(100)는 한 쌍의 헤더탱크(310, 320) 사이에 연결되어 열교환매체 유로를 형성하는 구성으로서, 내부에 이너핀(120)이 구비된다.

도 2는 본 발명에 따른 열교환기용 튜브(100)를 이용한 열교환기(1000)를 나타낸 사시도로, 본 발명의 열교환기용 튜브(100)가 응축기로 이용된 예를 나타내었다.

상기 열교환기(1000)(응축기)는 열교환매체로서, 압축기에서 토출된 고온 고압의 기상 냉매를 외기와 열교환시켜 고온 고압의 액체로 응축하여 팽창밸브로 토출하는 구성으로서, 라디에이터(미도시), 팬 및 쉬라우드 조립체(미도시)와 함께 쿨링모듈을 형성한다.

상기 응축기의 구성을 상세히 설명하면, 한 쌍의 헤더탱크(310, 320)와, 상기 헤더탱크(310, 320)에 형성되어 냉매를 유입하는 입구파이프(410) 및 배출하는 출구파이프(420)와, 상기 헤더탱크(310, 320)에 양단이 고정되는 열교환기용 튜브(100)와, 상기 튜브(100) 외측에서 상기 튜브(100) 사이에 개재되는 핀(200)과, 액상 냉매와 기상 냉매를 분리하여 액상 냉매만을 공급하는 기액분리기(500)를 포함한다.

본 발명의 열교환기용 튜브(100)는 상기 응축기에 이용될 수 있으며, 이 외에도 증발기를 포함하여 다른 열교환기용으로도 이용가능하다.

상기 증발기(Evaporator)는 팽창밸브에서 교축된 저압의 액상 냉매를 차량 실내 측으로 송풍되는 공기와 열교환시켜 증발시킴으로써 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 차량 실내에 토출되는 공기를 냉각하는 열교환기(1000)로서, 상기 기액분리기(500)를 제외한 나머지 구성은 상기 응축기의 구성과 유사하다.

삭제

도 3은 본 발명에 따른 열교환기용 튜브(100)의 단면도로, 본 발명의 열교환기용 튜브(100)는 평면부(101) 및 곡면부(102)를 포함하며, 상기 이너핀(120)이 접합부(131) 및 구획부(132)가 교번 형성되되, 공기 흐름 방향으로 양단부에 위치되는 접합부(131)에 제1보강부(133), 제2보강부(134), 및 연장부(135)를 형성한다.

도 3에서, 공기 흐름 방향을 화살표로 도시하였다. 본 발명의 열교환기용 튜브(100)는 공기 흐름 방향으로 나란한 평면부(101)와, 상기 공기 흐름 방향으로 양측에 상기 평면부(101)를 곡면 형태로 연결하는 곡면부(102)를 포함하여 내부에 열교환매체가 유동되는 유로를 형성하며, 내부에 상기 이너핀(120)이 구비된다. 이러한 상기 열교환기용 튜브(100)는 하나의 제1판재(110)가 절곡되어 형성된다.

삭제

그리고 상기 열교환기용 튜브(100)는 격벽(103)에 의해 내부 열교환매체 유로를 제1공간부(100a) 및 제2공간부(100b)로 구획하는데, 상기 제1판재(110)의 양단부 일정 영역인 제1격벽형성부(111) 및 제2격벽형성부(121)가 서로 접합되어 격벽(103)을 형성할 수 있다.

상기 이너핀(120)은 하나의 제2판재(121)가 절곡되어 상기 제1공간부(100a) 및 제2공간부(100b)를 다수개의 공간으로 구획하는 구성으로서, 보다 상세하게, 상기 튜브(100)의 평면부(101)와 나란하게 형성됨으로써 상기 튜브(100)의 평면부(101)와 접합되는 접합부(131)와, 상기 접합부(131)로부터 절곡되어 상기 튜브(100) 내부 공간(제1공간부(100a) 및 제2공간부(100b))를 구획하는 구획부(132)가 교번 형성된다.

여기서 상기 이너핀(120)은 공기 흐름 방향으로 양단부에 접합부(131)가 형성되며, 그 내부에 절곡부(132) 및 접합부(131)가 교번 형성된다. 도 3 및 도 4에서, 상기 구획부(132)는 상기 제1공간부(100a)에 10개 형성되어, 상기 제1공간부(100a)를 공기 흐름 방향으로 11개 공간으로 구획하며, 상기 제2공간부(100b)에 10개 형성되어 상기 제2공간부(100b)를 공기 흐름 방향으로 11개 공간으로 구획하는 예를 나타내었다.

삭제

본 발명의 열교환기용 튜브(100)는 상기 도 3 및 도 4에 도시한 예 외에도 상기 이너핀(120)의 절곡 횟수를 조절하여 상기 구획부(132)의 형성 개수를 다양하게 조절함으로써 제1공간부(100a) 및 제2공간부(100b) 내부의 공간을 더욱 다양하게 조절할 수 있다.

또한, 본 발명의 열교환기용 튜브(100)는 상기 이너핀(120)는, 그 양단부에 구비되는 보강부(133)(134)(135)를 더 포함한다. 상기 보강부(133)(134)(135)는 상기 곡면부(102)를 보강하기 위한 것으로, 본 실시예에서는, 상기 보강부(133)(134)(135)의 일부가, 상기 평면부(101)에 직교되는 방향으로 상기 곡면부(102)에 인접하는 상기 평면부(101)의 일부와 중첩되도록 연장된다. 상기 보강부(133)(134)(135)는, 제1보강부(133), 제2보강부(134) 및 연장부(135)를 포함한다.

상기 제1보강부(133)는 상기 곡면부(102)를 1차적으로 보강하는 것으로, 상기 곡면부(102)에 최인접하는 상기 접합부(131)의 단부로부터 연장된다. 그리고 상기 제1보강부(133)는, 상기 곡면부(102)의 내면에 그 일면이 면접촉됨으로써, 상기 보강부(102)를 보강한다.

그리고 상기 제2보강부(134)는, 상기 곡면부(102)를 2차적으로 보강하는 것으로, 상기 제1보강부(133)의 단부로부터 연장된다. 상기 제2보강부(134)는, 상기 접합부(131)의 단부로부터 상기 제1보강부(133)가 연장되는 방향과 반대 방향으로 연장, 실질적으로 밴딩되어 상기 제1보강부(133)의 타면에 그 일면이 면접촉된다.

다음으로, 상기 연장부(135)는, 상기 제1 및 제2보강부(133)(134) 상호간의 접합력 또는 상기 곡면부(102)에 대한 상기 제1보강부(133)의 접합력을 증진시키는 것으로, 상기 제2보강부(134)의 단부로부터 연장된다. 본 실시예에서는, 상기 연장부(135)가, 상기 제2보강부(134)가 연장되는 방향과 동일한 방향으로 연장되어 상기 접합부(131)의 일부에 면접촉된다.

또한, 본 실시예에서는, 상기 제2보강부(134)가 연장되는 상기 제1보강부(133)의 단부는, 상기 곡면부(102)에 최인접하는 상기 구획부(132)로부터 이격된다. 그리고 상기 연장부(135)의 단부는, 상기 제2보강부(134)가 연장되는 상기 제1보강부(133)의 단부에 비하여 상기 곡면부(102)에 최인접하는 상기 구획부(132)에 인접되게 배치된다.

이에 따라, 본 발명의 열교환기용 튜브(100)는 이너핀(120)의 양단부에 튜브(100)의 곡면부(102)에 접합되는 제1보강부(133) 및 제1보강부(133)와 접합되는 제2보강부(134)가 형성됨으로써 튜브(100)의 공기 흐름 방향으로 양단부의 강도를 높일 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 열교환기용 튜브(100)는 상기 연장부(135)가 형성됨으로써 제1보강부(133) 및 제2보강부(134)의 접합력을 증대할 수 있어, 상기 제1보강부(133) 및 제2보강부(134)에 의한 내구성 증대 효과를 더욱 높일 수 있다.

특히, 응축기의 경우, 차량 전방에 구비되며, 상기 곡면부(102)가 형성되는 부분이 주행 중에 이물질에 의한 충격으로 파손될 위험성이 있는데, 본 발명의 열교환기용 튜브(100)는 상기 곡면부(102) 형성 영역에 제1보강부(133) 및 제2보강부(134)가 형성됨으로써 내구성을 보다 향상할 수 있는 장점이 있다.

그리고 상기 이너핀(120)의 접합부(131) 중 상기 격벽(103)이 형성되는 부분은 일측 면이 상기 튜브(100)의 평면부(101) 내면과 접합되고, 타측 면이 상기 제1격벽형성부(111) 및 제2격벽형성부(121)와 접합된다.

삭제

도 4는 본 발명에 따른 열교환기용 튜브(100)의 다른 단면도로, 본 발명의 열교환기용 튜브(100)는 각각 상기 제1격벽형성부(111)에 제1절곡부(111-1) 및 상기 제2격벽형성부(112)에 제2절곡부(112-1)가 더 형성될 수 있다.

상기 제1절곡부(111-1)는 상기 제1격벽형성부(111)의 단부가 연장되어 상기 제1격벽형성부(111)의 상기 제2격벽형성부(121)와 접하는 반대면 (도 4에서, 제1공간부(100a)와 접하는 제1격벽형성부(111)의 면으로, 도 4에서 제1격벽형성부(111)의 좌측 면)에 접합되는 부분이다.

또한, 상기 제2절곡부(112-1)는 상기 제2격벽형성부(121)의 단부가 연장되어 상기 제2격벽형성부(121)의 상기 제1격벽형성부(111)와 접하는 반대면(도 4에서, 제2공간부(100b)와 접하는 제2격벽형성부(121)의 면으로, 도 4에서 제2격벽형성부(112)의 우측 면)에 접합되는 부분이다.

본 발명의 열교환기용 튜브(100)는 상기 제1절곡부(111-1) 및 제2절곡부(112-1)가 형성됨으로써 접합 불량 없이 격벽(103)을 안정적으로 형성할 수 있어 제조성을 더욱 높일 수 있는 장점이 있다.

도 5는 도 4에 도시한 열교환기용 튜브(100)의 격벽(103) 형성 부분 확대도로, 상기 제1격벽형성부(111) 및 제2격벽형성부(121)는 튜브(100) 외측으로부터 내측 방향(도 5의 경우, 하측에서 상측 방향)으로 접합 영역(A1) 및 공간형성 영역(A2)을 형성할 수 있다.

상기 접합 영역(A1)은 상기 튜브(100) 외측으로부터 상기 제1격벽형성부(111) 및 제2격벽형성부(121)의 일정 영역이 서로 접합되는 영역이다.

상기 공간형성 영역(A2)은 상기 접합 영역(A1)으로부터 상기 제1격벽형성부(111) 및 제2격벽형성부(121)의 나머지 영역이 제1각도(α)를 형성함으로써 상기 제1격벽형성부(111), 제2격벽형성부(121) 및 이너핀(120)(이너핀(120) 중 격벽(103)이 형성되는 부분의 접합부(131)) 사이에 제3공간부(100c)를 형성한다.

상기 제3공간부(100c)는 상기 제1격벽형성부(111), 제2격벽형성부(121) 및 이너핀(120)에 의해 형성되어 상기 튜브(100) 내부에서 상기 제1공간부(100a) 및 제2공간부(100b)와는 구획되는 별도의 공간으로서, 제1판재(110) 및 제2판재(121)의 가조립상태에서 도 5에 도시한 바와 같이 중공된 공간을 형성하며, 차후 브레이징 공정에서 상기 제1판재(110) 또는 제2판재(121)의 클래드재(110a, 121a)가 모이는 공간을 형성하여 완제품 상태에서는 클래드재(110a, 121a)에 의해 상기 제3공간부(100c) 공간 중 일정 영역 또는 전체가 막혀있을 수 있다.

브레이징 공정의 접합을 위한 클래드재(110a, 121a)가 다량으로 튜브(100) 내부에 위치될 경우, 상기 클래드재(110a, 121a)에 의한 부식(Erosion)이 유발될 수 있는데, 본 발명의 열교환기용 튜브(100)는 상기 제3공간부(100c)를 형성함으로써 이를 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.

한편, 도 6은 본 발명에 따른 열교환기용 튜브(100)의 제1판재(110) 전개도이고, 도 7은 본 발명에 따른 열교환기용 튜브(100)의 제2판재(121)(이너핀(120) 형성) 전개도로, 도 6 및 도 7에서, 절곡되어 형성하는 튜브(100) 및 핀의 구성들에 해당하는 도면 부호를 표시하였다.

이 때, 상기 도 6에 도시한 제1판재(110)는 양측 면에 클래드재(110a)가 도포된 예를 나타내었고, 도 7에 도시한 제2판재(121)는 양측 면에 클래드재(121a)가 도포된 예를 나타내었다.

본 발명의 열교환기용 튜브(100)는 상기 제1판재(110)의 외면에 클래드재(110a)가 도포되는 경우, 상기 제2판재(121)의 양면에 클래드재(121a)가 도포될 수 있다.

또한, 본 발명의 열교환기용 튜브(100)는 상기 제1판재(110)의 양측 면에 클래드재(110a)가 도포되는 경우, 상기 제2판재(121)는 클래드재(121a)가 도포되지 않은 상태로 이용될 수 있고, 상기 제1판재(110)의 양측 면에 클래드재(110a)가 도포되지 않은 경우, 상기 제2판재(121)는 양측 면에 클래드재(121a)가 도포될 수 있다.

삭제

특히, 본 발명의 열교환기용 튜브(100)는 상기 제1판재(110)의 두께(D110)가 0.1 내지 0.2 mm이며, 상기 제2판재(121)의 두께(D121)가 0.05 내지 0.12 mm인 것과 같이 얇은 두께의 판재를 이용하여 튜브(100) 및 이너핀(120)을 제조하여 중량을 줄일 수 있고, 생산성을 확보할 수 있으면서도 강도를 보강하여 내구성을 확보할 수 있는 장점이 있다.

삭제

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

삭제

1000 : 열교환기 100 : 열교환기용 튜브
100a : 제1공간부 100b : 제2공간부
100c : 제3공간부 101 : 평면부
102 : 곡면부 103 : 격벽
110 : 제1판재 110a : 클래드재
111 : 제1격벽형성부 111-1 : 제1절곡부
112 : 제2격벽형성부 112-1 : 제2절곡부
α : 제1각도 β : 제2각도
A1 : 접합 영역 A2 : 공간 형성 영역
120 : 이너핀 121 : 제2판재
121a : 클래드재 131 : 접합부
132 : 구획부 133 : 제1보강부
134 : 제2보강부 135 : 연장부
200 : 핀 310 : 제1헤더탱크
20 : 제2헤더탱크 410 : 입구파이프
420 : 출구파이프 500 : 기액분리기

Claims

공기 흐름 방향으로 나란하게 배치되는 2개의 평면부(101)와, 상기 평면부의 양단부를 연결하는 곡면형상의 곡면부(102)를 구비하는 튜브(100)와;
상기 평면부(101)에 접합되는 다수의 접합부(131)와, 상기 접합부(131)와 교대로 형성되고, 공기 흐름 방향에 대하여 튜브(100)의 내부 공간을 구획하는 다수개의 구획부(132), 그리고 상기 곡면부(102)를 보강하는 보강부를 구비하는 이너핀(120)으로 구성되고;
상기 보강부는, 튜브(100)의 곡면부(102)에 인접한 접합부(131)에서 연장되고 곡면부(102)의 내면에 면접촉되는 제1보강부(133), 상기 제1보강부(133)에서 연장되고 제1보강부(133)의 내면에 면접촉되는 제2보강부(134), 그리고 상기 제2보강부(134)에서 연장되는 연장부(135)를 포함하고,
상기 연장부(135)의 적어도 일부가 상기 곡면부(102)에 인접한 접합부(131)에 면접촉하는 열교환기.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 제2보강부(134)가 연장되는 제1보강부(133)의 단부는, 상기 곡면부(102)에 최인접하는 상기 구획부(132)로부터 이격되는 열교환기.
제 1 항에 있어서,
상기 연장부(135)의 단부는, 상기 제2보강부(134)가 연장되는 상기 제1보강부(133)의 단부에 비하여 상기 곡면부(102)에 최인접하는 상기 구획부(132)에 인접되게 배치되는 열교환기.
제 1 항, 제3항, 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이너핀(120)은, 1개의 제2판재(121)가 다수회 절곡되어 제조되는 열교환기.
삭제
삭제
삭제