KR20010015129A - 가변성 압축 측면 지지체를 갖는 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가변성 압축 탭 부재를 갖는 측면 지지체를 구비한 열교환기에 관한 것이다. 탭 부재는 코어를 제조하는데 사용되는 브레이징 고정구와 결합되고 브레이징 고정구로부터 코어의 핀으로 손상이 가해지는 것을 방지한다.

Description

가변성 압축 측면 지지체를 갖는 열교환기 {HEAT EXCHANGER WITH VARIABLE COMPRESSION SIDE SUPPORT}

본 발명은 자동차용 열교환기에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 조립 조작 중에 핀(fin) 손상을 방지하는 측면 지지체(side support)를 갖는 자동차 열교환기 코어에 관한 것이다.

라디에이터와 같은 전형적인 자동차 열교환기는 코어 프레임에 내장된 주름진 핀들이 끼워진 얇은 벽으로 이루어진 복수의 관들을 포함한다. 핀들은 관들이 한 쌍의 헤더들에 결합될 때 한 쌍의 프레임 측면 지지체에 대해서 뿐만 아니라 관들에 대해서도 견고하게 부착된다. 프레임 측면 지지체들은 또한 헤더에 부착된다. 본 기술 분야에서 잘 알려진 바와 같이, 냉각제는 하나의 헤더로부터 관군(tubing)을 통해 다른 헤더로 통과된다. 열교환기를 통과한 냉각제의 온도가 증가함에 따라 코어는 팽창된다.

열교환기 코어는 한 쌍의 측면 지지 부재 사이에 핀들이 끼워진 복수의 관들을 조립함으로써 제조된다. 코어는 관과 핀들을 적절한 관계로 유지하기 위해 브레이징 전에 다양한 공지 방법에 의해 미리 가압된다. 공지된 한 방법은 브레이징 전에 하나 이상의 강 밴드가 코어를 완전히 둘러싸도록 코어를 미리 가압하는 것이다. 결합 후에, 코어는 노로 삽입되어 함께 브레이징될 때까지 가열된다. 브레이징 후에, 강 밴드는 코어로부터 절단되어 폐기되거나 재사용된다. 또한, 이러한 밴드는 종종 코어를 왜곡시키거나 휘게 하고, 이것은 누설 또는 부적절한 차량 끼워맞춤을 유발할 수 있다.

다른 유형의 브레이징 고정구들로서, 본 출원인에게 양도된 미국 특허 제5,165,163호에 개시된 것과 같은 고정구들이 제안되었다. 브레이징 고정구는 피벗 레버를 각각 갖는 복수의 브레이징 스테이션을 포함하고, 그 피벗 레버는 측면 지지 부재들 중 한 부재가 고정구에서 고정 상태로 보유되면서 측면 지지 부재들 중 다른 한 부재에 대해 가압력을 인가한다. 그러나, 이러한 고정구들은 브레이징 환경에서 부식되어 코어에 가해지는 가압력의 영향을 감소시키는 경향이 있다. 또한, 이러한 고정구들은 순수한 중량 및 질량으로 인해 브레이징 공정의 앞단계에서 사용되지는 않는다. 브레이징 노에서 이러한 고정구들을 가열하는 것은 그 큰 질량으로 인해 많은 에너지를 필요로 한다. 이러한 것은 제조 공정에 비용을 추가하고 제조 공정을 지연시킨다.

브레이징 고정구의 세번째 유형은 미국 특허 제3,894,580호에 제안되어 있다. 상기 고정구에서는, 브레이징 작업 전에 코어를 소정 위치에 고정시키기 위해 각각의 측면 지지 부재 사이에 한 쌍의 평행한 타이(tie)가 연장되어 있다. 대체로 평행한 타이들을 이용하는데 있어서 단점은 미국 특허 제3,894,580호에 개시된 바와 같이 정교하고 복잡한 클램핑 기구가 타이의 양 단부에 사용되지 않으면 브레이징 작업 중에 정상 공정 조작 또는 수축 및 열순환의 결과로서 열교환기 코어가 휘어질 수 있다는 것이다. 열교환기 코어의 그러한 휨 또는 오정렬은 코어에 누설 또는 부적절한 차량 끼워맞춤과 같은 불리한 영향을 미친다.

또한, 본 출원인에게 양도된 미국 특허 제5,450,997호는 열교환기의 측면 지지 부재들을 결합시키는 한 쌍의 로드(rod) 부재를 제공함으로써 일부 종래 기술의 브레이징 고정구들과 관련된 문제점을 해결한다. 그 로드 부재들은 휨을 방지하기 위해 라디에이터와 같은 열교환기의 측면 지지 부재에서 구멍들 내로 대각으로 설치된다. 이러한 것은 도1a 및 1b에 도시되어 있다. 도시된 대로, 로드 부재(10)는 코어(14)가 압축력을 받도록 측면 지지 부재(12)에 결합된다. 핀 부재(16)는 항상 측면 지지 부재(12)에 인접하여 배치된다. 제조상의 변수로 인해, 로드 부재들은 지지 부재(12) 내에 배치될 때 다소 더 짧거나 길 수도 있다. 도1b에 도시된 바와 같이, 로드 부재(10)가 더 짧으면, 핀 부재가 매우 약한 게이지 재료로 제조되므로 분쇄와 같은 손상이 핀 부재(16)에 발생될 수 있다. 이 때, 열교환기 코어가 폐기되어야 하므로 재료, 시간 및 노동이 낭비되는 결과를 유발한다.

따라서, 제조 공정 중에 열교환기 코어에서 핀 손상이 방지되는 효과적인 방법을 제공하는 것이 유리하다.

도1a 및 도1b는 종래 기술에 따른 열교환기 코어의 측면 지지 부재의 정면도.

도2는 본 발명의 원리에 따라 구성된 측면 지지체를 갖는 열교환기 코어의 정면도.

도3은 본 발명의 측면 지지 부재의 사시도.

도4는 도3의 선 4-4를 따라 도시한 측면 지지체의 단면도.

도5는 브레이징 조작 전에 미리 가압된 열교환기 코어의 확대 정면 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

30 : 코어

32, 34 : 클램프

36 : 관

40 : 측면 지지체

42 : 기부

44 : 플랜지

46 : 탭 부재

본 발명은 한 쌍의 헤더와, 각각의 헤더에 연결된 대향 단부들을 갖고 인접한 헤더 쌍들 사이에서 공기 통로를 형성하는 복수의 긴 유체 이송 관과, 공기 통로 내에 제공된 복수의 핀 부재들을 포함하는 자동차용 열교환기를 제공함으로써 종래 기술의 단점을 해결한다. 열교환기는 헤더의 대향 단부에서 헤더들 사이에 배치된 한 쌍의 채널형 측면 지지체를 더 포함한다. 측면 지지체는 관의 종방향 축에 대해 평행하게 배치되고 최외각 핀과 접촉하도록 핀 부재들에 바로 인접하게 배치된다. 각각의 측면 지지체는 평면형 웨브부와, 그 평면형 웨브부의 평면에 대체로 수직으로 연장된 한 쌍의 플랜지를 구비한다. 적어도 하나의 측면 지지체는 웨브부의 평면으로부터 늘어진 탄성 변형 가능한 탭 부재를 포함한다. 탭 부재는 열교환기에 부착된 브레이징 고정구와 결합하고 그 브레이징 고정구에 대해 저항력을 갖도록 구성된다.

한 실시예로서, 탭 부재는 한 단부에서 리빙 힌지(living hinge)에 의해 웨브부에 고정되고, 다른 한 단부에서 웨브부의 평면 아래로 연장된 자유 단부를 포함한다. 이러한 실시예에서, 탭 부재는 웨브부의 평면 아래에서 탭 부재의 두께의 2 내지 3배의 거리로 연장되어 있다.

본 발명은 조립 중에 코어를 미리 가압하는 작업에 의해 핀이 손상되는 것을 방지하고 이로써 코어가 덜 폐기되는 이점이 있다. 본 발명의 또 다른 이점은 탭 부재들이 복잡한 공구 변경 없이도 측면 지지체에 간단하게 추가될 수 있다는 것이다.

본 발명의 상기 및 기타 목적, 특징 및 이점은 다음의 도면, 상세한 설명 및 청구범위로부터 명백해질 것이다.

도면을 참조하면, 도2는 2개의 클램프(32, 34)에 의해 보유된 히터 코어 또는 라디에이터 코어(30)와 같은 열교환기를 도시한다. 코어(30)는 한 쌍의 측면 지지체(40) 사이에 배치된 복수의 끼워진 관(36)과, 한 쌍의 측면 지지체(40) 사이에 배치된 핀(38)을 포함한다. 유체 매니폴드 또는 탱크(도시안됨)는 공지된 방식으로 유체가 통하도록 관(36)에 고정되어 있다. 도2에 도시된 코어(30)는 브레이징하기에 용이하다. 클램프(32, 34)는 브레이징 공정 중에 코어를 함께 보유하도록 가압력을 가하는 측면 지지체(40)와 결합한다. 브레이징 후에, 클램프(32, 34)가 제거되고 코어가 전체적으로 브레이징된다. 또한, 클램프(32, 34)의 열팽창 계수가 히터 코어(30)의 핀 및 복수의 끼워진 관의 열팽창 계수와 상이하고 또는 그보다 작아야 하고, 이로써 브레이징 조작 중에 코어를 소정의 위치로 보유하도록 압축력이 클램프에 의해 코어에 대항하여 유지될 수 있음은 본 기술 분야의 당업자에게 명백하다.

도3 및 도4는 본 발명의 측면 지지체(40)들의 사시도 및 단면도이다. 측면 지지체(40)는 기부(42)의 평면에 대체로 수직으로 연장된 한 쌍의 플랜지(44)와 기부(42)를 갖는 U형 채널 부재를 포함한다. 또한, 측면 지지체(40)들 중 하나는 기부(42)의 평면으로부터 현수된 탄성 변형 가능한 탭 부재(46)를 포함한다. 탭 부재(46)는 기부(42) 내에서 각각의 플랜지(44)로부터 중간에 또는 등거리로 배치된다. 탭 부재(46)에 인접한 플랜지(44) 내에는 슬롯(48) 또는 구멍이 형성된다. 조작 중에, 클램프(34)는 탭 부재(46)와 접촉하도록 슬롯(48) 내로 배치된다.

도4에 도시된 바와 같이, 탭 부재(46)는 리빙 힌지(48)에서 기부(42)에 고정된다. 탭 부재(46)는 그 자유 단부가 리빙 힌지에서의 단부보다 더 넓도록 테이퍼 형상을 이룬다. 이것은 클램프가 슬롯(48)으로 삽입된 후에 클램프 부재가 결합하기 위한 최대 접촉 영역을 제공한다. 또한, 테이퍼 형상은 브레이징 후에 클램프를 용이하게 제거할 수 있게 해 준다. 테이퍼 형상은 클램프(34)가 탭(46)과 플랜지(44) 사이에 끼이지 않게 한다. 양호한 실시예에서, 탭(46)은 측면 지지체(40)의 기부(42) 내로 스탬핑된다. 탭(46)의 자유 단부(50)는 자유 단부의 두께의 적어도 1.5배 정도의 거리로 기부(42)의 평면으로부터 늘어져 있다. 알루미늄 측면 지지체에 대해서는 그 두께의 3배 정도의 거리가 최적인 것으로 알려져 있다. 이러한 거리는 클램프(34)가 측면 지지체와 결합할 때 핀 손상을 방지하도록 충분한 편향을 제공하고, 또한 소정의 열전달이 얻어지도록 핀을 측면 지지체에 충분하게 브레이징하기 위해 핀과 측면 지지체를 충분하게 접촉시킨다.

도5는 클램프(34)와 탭 부재(46)가 결합된 상태의 코어를 도시하는 정면도이다. 리빙 힌지로 인해, 탭 부재는 클램프의 힘에 저항할 수 있고 핀 손상이 발생되지 않는다. 다수의 코어들을 제조하는 중에 변수 및 공차가 생기므로, 탭 부재(46)는 가변 압축력을 나타낸다. 일부 코어들은 클램프가 설계 목적에 따라 측면 지지체와 결합하게 되므로 탭을 필요로 하지 않을 수 있다. 또 다른 코어들은 공차를 약간 벗어날 수도 있고 탭이 최소로 결합된다. 또 다른 코어들은 클램프에 의해 과도하게 결합될 수 있는 데, 그 이유는 클램프가 개조되었거나 코어가 공차를 벗어났기 때문이다. 클램프는 상기 코어들에서 탭들을 결합시키게 되고 핀 손상을 방지하는 가변적인 저항력을 제공한다. 또 다른 방식으로 설명하자면, 탭 부재(46)는 측면 지지체 뿐만 아니라 핀이 손상되지 않도록 클램프(34)의 하중 하에서 탄성적으로 변형된다.

본 발명의 정신 및 범주로부터 벗어남 없이도 본 발명의 다양한 수정예 및 개조예가 쉽게 적용될 수 있음은 본 기술 분야의 당업자에게 명백하다. 예를 들어, 측면 지지체는 사용 중에 열 순환을 담당하는 열 응력 완화 구역(52)을 포함할 수 있다. 또한, 측면 지지체는 다양한 재료들로 형성될 수도 있다. 탭 부재들은 클램프가 코어에 고착 또는 브레이징되는 것을 방지하기 위해 세라믹과 같은 상이한 재료들로 코팅될 수 있다. 각각의 측면 지지 부재는 탭 부재를 가질 수 있다. 따라서, 본 발명은 전술한 것에 대한 모든 균등물을 포함하고 다음의 청구 범위로 그 범주가 한정된다.

본 발명은 조립 중에 코어를 미리 가압하는 작업에 의해 핀이 손상되는 것이 방지되고 이로써 코어가 덜 폐기되는 이점이 있다. 또한, 본 발명은 탭 부재들이 복잡한 공구 변경 없이도 측면 지지체에 간단하게 추가될 수 있는 이점이 있다

Claims (3)

1. 자동차용 열교환기에 있어서,

   한 쌍의 헤더와,

   각각의 헤더에 연결된 대향 단부들을 갖고 헤더들의 인접한 쌍들 사이에서 공기 통로를 형성하는 복수의 긴 유체 이송 관들과,

   공기 통로들 내에 제공된 복수의 핀 부재들과,

   상기 관들의 종방향 축에 대해 평행하게 그리고 상기 핀 부재들과 접촉하도록 상기 핀 부재들에 바로 인접하게 상기 헤더들의 대향 단부들에서 상기 헤더들 사이에 배치된 한 쌍의 채널형 측면 지지체를 포함하고,

   상기 측면 지지체의 각각은 웨브부와, 상기 웨브부의 평면에 대해 수직하게 연장된 한 쌍의 플랜지와, 상기 웨브부의 평면으로부터 늘어진 탄성 변형 가능한 탭 부재를 포함하고,

   상기 탭 부재는 한 단부에서 리빙 힌지에 의해 상기 웨브부에 고정되고 또 다른 한 단부에서 탭 부재의 게이지의 적어도 2배의 거리로 상기 웨브부의 평면 아래에서 연장된 자유 단부를 갖고, 상기 열교환기에 부착된 브레이징 고정구와 결합하고 상기 브레이징 고정구에 대한 저항력을 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 열교환기.
2. 제1항에 있어서, 상기 탭은 테이퍼 형상이고 상기 리빙 힌지에서 제1 폭을 갖고 상기 힌지로부터 소정 거리에서 상기 제1 폭보다 더 큰 제2 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 자동차용 열교환기.
3. 제2항에 있어서, 상기 탭은 상기 핀 부재를 접촉 영역에 제공하기 위해 플랜지 부재들 사이에서 등거리로 상기 웨브부에서 중간에 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차용 열교환기.