KR20010015237A

KR20010015237A - 열 교환기용 비드형성 판 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR20010015237A
Application number: KR1020000039042A
Authority: KR
Inventors: 핼트데이비드웨인; 파크스코레이빈센트; 세멜로날드리차드
Original assignee: 티. 제이. 드쥐르; 포드 모터 캄파니
Priority date: 1999-07-09
Filing date: 2000-07-08
Publication date: 2001-02-26
Also published as: DE60024723T2; DE60024723D1; EP1067350A3; US6209629B1; EP1067350B1; EP1067350A2

Abstract

본 발명은 대체로 평평한 표면을 갖는 판과 이 판의 표면에 직각으로 연장되는 다수의 포함하는 열 교환기용 비드형성 판과 이의 제조 방법에 관한 것이다. 비드는 비드의 다수의 열 내에 비정렬식 비드의 반복적인 패턴으로 형성된다.

Description

열 교환기용 비드형성 판 및 이의 제조 방법 {BEADED PLATE FOR A HEAT EXCHANGER AND METHOD OF MAKING SAME}

본 발명은 자동차용 열 교환기에 관한 것으로, 특히 자동차의 열 교환기용 비드형성 판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

자동차 내에 오일 냉각기와 같은 열 교환기용 판을 마련하는 것은 공지되어 있다. 통상적으로, 대향판들은 제1 유체 매체를 내부에 접촉 상태로 유지하고 제2 유체 매체를 외부에 접촉 상태로 유지한다. 통상적으로, 제1 유체 매체는 오일이고 제2 유체 매체는 공기이다. 제1 및 제2 유체 매체들 사이에 온도차가 있을 때 상기 판의 열 전도성 벽을 통해 상기 두 개의 매체들 사이에서 열이 전달된다.

상당한 양의 유체측의 압력 하강을 수용하면서 유체측 열 전달 계수를 증가시키기 위해 난류 발생기로서 작용하는 오일 냉각기와 같은 열 교환기의 한 쌍의 판들 사이에 주름 핀 또는 리브를 마련하는 것도 공지되어 있다. 이러한 구조를 만드는 공지된 한가지의 방법은 상기 판들이 제조된 후 이 판들 사이의 공간 안으로 주름핀을 물리적으로 삽입시키는 것이다. 이러한 방법은 상기 판들 사이에 삽입될 수 있는 주름핀이 매우 얇아서 삽입 공정 중에 변형되기 쉽기 때문에 매우 어려운 공정이다.

또한, 상기 판들 사이에 반송된 유체의 난류를 발생시키기 위해 열 교환기에 유용한 전도성 재료의 표면적을 증가시키기 위해 비드가 유체를 이동시키기 위한 다수의 통로를 형성하도록 된 열 교환기용 비드형성 판을 마련하는 것도 공지되어 있다. 이러한 열 교환기의 예는 미국 특허 제4,600,053호에 개시되어 있다. 이 특허에서, 각각의 판은 한가지 모양의 비드들을 갖는 판과 다른 한가지 모양의 비드들을 갖는 또 다른 판이 형성된 다수의 비드를 갖는다. 상기 판들의 비드들은 서로 접촉하고 결합되어서 그 주위로 흐르게 한다. 상기 비드들은 하나의 열이 "A" 패턴을 갖고, 인접 또는 다음 열은 비드들이 A 패턴의 공간과 정렬되도록 된 "B" 패턴을 갖는 열들로 정렬된다. 상기 열들은 A 열의 비드들이 서로 종방향으로 정렬되거나 또는 하류로 정렬되고 B열이 비드들이 서로 종방향으로 정렬되거나 또는 하류로 정렬되도록 된 AB 패턴으로 반복된다.

상기 열 교환기가 양호하게 작동하더라도 열 교환기의 판들 사이에 난류 발생기를 사용하지 않는 것이 바람직하다. 또한, 비 정렬 비드의 반복적인 열 패턴을 갖는 열 교환기용 비드형성 판을 제공하는 것이 바람직하다. 비슷한 방열 성능을 갖는 동일한 크기의 난류식 열 교환기 보다 유동 저항이 작은 열 교환기용 비드형성 판을 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명은 평표면을 갖는 판과 이 판의 표면에 직각으로 연장되는 다수의 비드를 포함하는 열 교환기용 비드형성 판에 관한 것이다. 비드는 비드의 다수의 열 내에 비정렬식 비드의 반복적인 패턴으로 형성된다.

또한, 본 발명은 열 교환기용 비드형성 판을 제조하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 평표면을 갖는 판을 제공하는 단계와, 비드의 다수의 열 내에 비정렬식 비드의 반복적인 패턴으로 상기 판의 표면에 직각인 다수의 비드를 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 한가지 이점은 오일 냉각기와 같은 열 교환기용 비드형성 판이 액체 오일을 냉각시키기 위해 자동차에 제공될 수 있다는 것이다. 본 발명의 다른 이점은 비드형성 판이 오일 냉각기와 같은 열 교환기용 판들 사이에 별개의 난류 발생기를 사용할 필요성을 없애 준다는 것이다. 본 발명의 또 다른 이점은 비드형성 판이 비드의 다수의 열 내의 비정렬식 비드의 반복적인 패턴을 갖는다는 것이다. 본 발명의 또 다른 이점은 상기 비드형성 판이 비슷한 방열 성능을 갖는 동일한 크기의 난류식 오일 냉각기보다 유동 저항이 적다는 것이다. 본 발명의 또 다른 이점은 오일 냉각기용 비드형성 판 제조 방법이 적은 양의 재료 및 부품을 사용하고, 조립 시에 덜 복잡하다는 것이다. 본 발명의 또 다른 이점은 비드형성 판이 종래의 많은 비드 열 및 칼럼 배열에서 나타난 것보다 더 증진된 상태로 상기 판의 깊이를 따라 열 교환 및 혼합을 더 고르게 분산시킨다는 것이다.

본 발명의 다른 특징 및 이점은 첨부 도면을 참조하여 이루어지는 아래의 설명으로부터 쉽고 명확하게 이해할 수 있다.

도1은 자동차용 열 교환기와의 작동 관계를 도시한 본 발명에 따른 비드형성 판의 부분 단면도.

도2는 도1의 선 2-2를 따라 취한 단면도.

도3은 도2의 선 3-3을 따라 취한 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 열 교환기

12 : 비드형성 판

14 : 채널

16 : 핀(fin)

18, 20 : 장착판

21 : 유동 헤더

22 : 보스

24 : 유체 입구

26 : 출구

38 : 패턴

도면, 특히 도1에는 오일 냉각기, 증발기 또는 응축기와 같은 본 발명에 따른 자동차(도시 생략)용 열 교환기(10)의 일 실시예가 도시되어 있다. 본 발명에 따른 열 교환기(10)는 다수의 평행한 비드형성 판(12)을 포함하고 각각의 쌍들은 이들 사이에 채널(14)을 제공하도록 대면 관계로 서로 결합된다. 또한, 열 교환기(10)는 비드형성 판(12)의 각각의 외부에 부착된 다수의 회선형 또는 지그재그형 핀(16; fin)을 포함한다. 핀(16)은 결합된 비드형성 판(12)의 각 쌍들 사이에 배치되어 스텍(stack)을 형성한다. 핀(16)은 열 교환기(10)에 걸쳐 유동하는 공기에 의해 대류열을 전달시키기 위한 추가의 표면적을 제공하면서 비드형성 판(12)으로부터 열을 전도시키기 위한 수단으로 작용한다. 열 교환기(10)는 스텍의 단부에서 대향으로 배치된 제1 및 제2 장착판(18, 20)을 더 포함한다. 장착판(18, 20)은 각각의 비드형성 판(12) 상의 보스(22)에 의해 형성된, 도면 부호 21로 표시된, 유동 헤더와 유체식으로 연통한다. 열 교환기(10)는 제1 장착판(18) 내에 형성된 열 교환기(10) 안으로 유체를 도입하기 위한 유체 입구(24)와 제2 장착판(20)에 형성된 열 교환기(10) 밖으로 유체를 안내하기 위한 출구(26)를 포함한다. 상기 열 교환기(10)는 비드형성 판(12)을 제외하면 통상적인 것이고 이 기술분야에서 공지되어 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 상기 비드형성 판(12)은 자동차 이외의 다른 용도의 열 교환기에 사용할 수도 있다는 것을 알 수 있다.

도1 내지 도3에서, 비드형성 판(12)은 종방향으로 연장되고 사실상 평면이거나 또는 평평하다. 비드형성 판(12)은 관통 연장 구멍(27)을 갖는 상승 보스(22)를 각 단부에 포함한다. 보스(22)는 구멍(27)들이 비드형성 판(12)의 채널(14)을 통해 유체의 평행 유동을 허용하기 위해 유동 헤더(21)를 형성하도록 정렬되도록 서로 적층된다. 이러한 유동 헤더(21)는 통상적이고 이 기술분야에 공지되어 있다.

비드형성 판(12)은 평면으로 되고 종방향 및 측방향으로 연장되는 표면(28)을 포함한다. 비드형성 판(12)은 위로 연장되고 상기 표면(28)의 평면에 사실상 직각이고 측방향으로 서로 이격된 다수의 비드(30)를 포함한다. 비드(30)는 원형 형태이고, 예를 들어 3 ㎜인 소정의 직경을 갖는다. 비드(30)는 큰 직경부터 평면 단부벽(34)에서 종결되는 작은 직경까지 표면(28)에 대하여 소정의 각도로 연장되는 측벽(32)을 갖는다. 단부벽(34)은, 예를 들어 1.5 ㎜인 소정의 직경을 형성하고, 관통 연장 구멍(36)을 갖는다. 비드(30)는 원추대 단면 형상을 갖는다는 것을 알 수 있다.

도2에 도시된 것처럼, 비드(30)는 다수의 열, 즉 적어도 세 개의 열, 바람직하게는 네 개의 열 A, B, C, D의 패턴(38)이 반복되어 형성된다. 각각의 열 A, B, C, D는 다수의 비드, 바람직하게는 2 내지 11개 사이의 비드를 포함한다. 비드(30)의 열 A, B, C, D는, 예를 들어 약 2.45 ㎜인 소정의 거리로 종방향으로 이격되어 있다. 상기 열 A, B, C, D에서 비드(30)들은 패턴(38) 내에서 다른 비드(30)의 하류에 있지 않도록 측방향으로 위치된다. 상기 패턴(38) 내의 비드(30)는 화살표(40)로 표시된 것처럼 유동방향(streamwise) 또는 종방향으로 정렬되지 않는다. 패턴(38)은 화살표(40)로 도시된 것처럼, 유동방향 또는 종방향으로 반복된다. 열 A, B, C, D는 모든 완전 비드(30) 또는 완전 및 반 비드(30)를 포함할 수 있다는 것을 알 수 있다.

비드형성 판(12)은 알루미늄 또는 이의 합금과 같은 금속 재료로 제조되고, 납땜을 위해 내부 및 외부면 상에 클래딩(cladding)을 갖는다. 도시된 실시예에서, 한 쌍의 비드형성 판(12)은 비드(30)들의 단부벽(34)들이 도1 내지 도3에 도시된 것처럼 채널(14) 내에 다수의 유동 통로(42)를 형성하기 위해 서로 접촉하도록 배열된다. 비드(30)는 채널(32)을 통과하는 유체에 난류를 형성한다. 비드(30)의 단부벽(34)은 서로 납땜된다는 것을 알 수 있다. 또한, 이 기술분야에 공지된 것처럼 전체적인 열 교환기(10)는 함께 납땜된다는 것도 알 수 있다.

도1 내지 도3에서는 본 발명에 따른 비드형성 판(12)을 제조하기 위한 방법이 도시되어 있다. 상기 방법은 평표면(28)을 갖는 판(12)을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 도2에 도시된 것처럼 다수의 비드(30)를 패턴(38) 내의 다수의 열 A, B, C, D에서 비정렬 비드(30)의 반복적인 패턴(38)으로 판(12)의 표면(28) 위로 연장되도록 형성하는 단계를 포함한다. 상기 형성 단계는 통상적인 스탬핑 공정에 의해 판(12) 내에 비드(30)를 스탬핑함으로써 수행된다.

또한, 본 발명에 따른 열 교환기(10)를 제조하는 방법도 도시되어 있다. 상기 방법은 제1 및 제2 비드형성 판(12) 사이에 채널(14)을 형성하도록 제1 및 제2 비드형성 판을 서로 접촉시키는 단계와, 도1 내지 도3에 도시된 것처럼, 유체 유동 통로(42)를 형성하도록 대향 비드(30)들을 서로 접촉시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 보스(22) 및 비드형성 판(12)의 비드(30)를 함께 납땜하도록 납땜 재료를 용융시키기 위해 비드형성 판(12)을 소정의 온도로 가열함으로써 한 쌍의 비드형성 판(12)을 납땜하는 단계를 포함한다. 이후, 한 쌍의 결합된 비드형성 판(12)은 냉각되고, 용융된 남땜 재료가 응고되어서 보스(22)들을 함께 고정하고 비드(30)들을 함께 고정하게 된다. 상기 방법은 결합된 쌍의 비드형성 판(12)들 사이에 핀(16)을 배치하고 이들 핀(16)과 비드형성 판(12)들을 함께 납땜하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 열 교환기(10)를 형성하도록 납땜된 제1 및 제2 장착판(18, 20)을 핀(16)들과 비드형성 판(12)들에 연결하는 단계를 포함한다.

본 발명을 예시적인 방식으로 설명하였다. 본 명세서에 사용된 용어는 제한적이기보다는 설명하기 위한 것임을 알 수 있다.

본 발명은 상기 설명 내용 내에서 다양하게 변경 및 수정할 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항의 범위 내에서 상기에 설명한 것과는 달리 실시할 수도 있다.

본 발명에 따르면 오일 냉각기와 같은 열 교환기용 판들 사이에 별개의 난류 발생기를 사용할 필요가 없고 비슷한 방열 성능을 갖는 동일한 크기의 난류식 오일 냉각기보다 유동 저항이 적은 열 교환기용 비드형성 판과, 적은 양의 재료 및 부품을 사용하고 조립 시에 덜 복잡한 오일 냉각기용 비드 형성판 제조 방법을 제공할 수 있다.

Claims

열 교환기에 있어서,

각 쌍의 판들이 그들 사이에 채널을 제공하도록 대면 관계로 서로 결합되고 이들이 스텍 내에 정렬되어 있는 다수의 평행 판과,

상기 판의 외부에 부착되고 각 쌍의 결합된 판들 사이에 배치된 다수의 핀을 포함하며,

상기 판은 다수의 비드를 포함하고, 이들 비드는 측방향으로 이격되고, 채널에서 서로 대향하고, 비드의 다수의 열 내에서 반복적인 패턴의 비정렬식 비드로 형성되는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
제1항에 있어서, 상기 패턴이 적어도 3개의 열을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
제1항에 있어서, 상기 패턴이 4개의 열을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
제1항에 있어서, 상기 비드가 원형인 것을 특징으로 하는 열 교환기.
제1항에 있어서, 상기 각각의 열이 2개 내지 11개의 비드를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 교환기.