KR20070081325A - 열교환기 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환기 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내부로 열교환유체가 유동 되며, 상호 일정간격 이격되는 다수개의 튜브와, 상기 튜브와 결합되는 헤더와, 상기 헤더의 상부에 위치되는 탱크로 구성되는 헤더탱크를 포함하여 구성되는 차량용 열교환기에 있어서, 열교환기 전체에 고온의 열교환유체가 고르게 퍼지지 못하여 열교환기가 공기와 열을 교환하여도 열교환기 표면의 온도차이가 높아, 결과적으로 전체적인 열교환기 성능이 떨어지는 문제를 해결하기 위하여 상기 탱크에 형성된 격막과 그에 대응되는 상기 헤더로 탱크의 구조를 변경하여 열교환유체의 유동을 위한 유입부와 유출부를 일면에 형성함은 물론 유로 및 상기 튜브가 전면부와 후면부로 양분되도록 하여, 두 부분간 열교환유체의 흐름이 서로 상반되게 함으로써, 유입된 열교환유체가 각 튜브들로 고르게 분지되 이동되며 불균형적 흐름 및 분포를 개선시킴으로써, 열교환기 전체의 성능을 높일 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

자동차, 열교환기, 탱크, 헤더, 튜브

Description

열교환기 구조{Heat Exchanger Structure}

도 1은 종래의 열교환기를 나타낸 사시도이고,

도 2는 본 발명에 따른 열교환기를 나타낸 사시도이고,

도 3은 본 발명에 따른 튜브홀에 관통결합되는 튜브를 나타낸 평면도이고,

도 4는 본 발명에 따른 헤더탱크를 나타낸 사시도이고,

도 5는 종래의 열교환기 열교환유체 흐름도이고,

도 6은 본 발명에 따른 열교환기의 열교환유체 흐름도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 튜브 3 : 몸체부

12 : 헤더 14 : 격막

15 : 탱크 16 : 헤더탱크

14 : 격막 21 : 분리막

30 : 유입부 40 : 유출부

본 발명은 열교환기 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내부로 열교환 유체가 유동 되며, 상호 일정간격 이격되는 다수개의 튜브와, 상기 튜브와 결합되는 헤더와, 상기 헤더의 상부에 위치되는 탱크로 구성되는 헤더탱크를 포함하여 구성되는 차량용 열교환기에 있어서, 열교환기 전체에 고온의 열교환유체가 고르게 퍼지지 못하여 열교환기가 공기와 열을 교환하여도 열교환기 표면의 온도차이가 높아, 결과적으로 전체적인 열교환기 성능이 떨어지는 문제를 해결하기 위하여 상기 탱크에 형성된 격막과 그에 대응되는 상기 헤더로 탱크의 구조를 변경하여 열교환유체의 유동을 위한 유입부와 유출부를 일면에 형성함은 물론 유로 및 상기 튜브가 전면부와 후면부로 양분되도록 하여, 두 부분간 열교환유체의 흐름이 서로 상반되게 함으로써, 유입된 열교환유체가 각 튜브들로 고르게 분지되 이동되며 불균형적 흐름 및 분포를 개선시킴으로써, 열교환기 전체의 성능을 높일 수 있는 열교환기 구조에 관한 것이다.

도 1은 종래의 열교환기를 나타내는 사시도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 열교환기는 외부공기와 열을 교환하는 핀들이 연결되며, 내부로 냉각수가 흐르는 다수의 튜브가 구비되어 상기 튜브의 각 양단부가 고정되도록 서로 마주한 상태로 설치되는 한 쌍이 헤더(61)와, 상기 한 쌍의 헤더(61)에 각각 고정, 결합되는 한 쌍의 탱크(60)로 구성되어 차량의 내부에 설치된다.

덧붙여, 상기 한 쌍의 탱크(60) 중 하나에는 차량의 내부로 부동액 또는 냉각수가 흐를 수 있도록 하는 호스와 상기 열교환기(200)의 탱크(60)를 연결하도록 파이프(62)가 조립되며, 상기 파이프(62)의 조립 위치는 상기 열교환기(200)가 장 착되는 위치나 차체 내의 호스와의 연결되는 위치에 따라 달라질 수 있다.

상기와 같은 경우는, 상기 탱크(60)와 헤더(61)가 별개의 부품으로 제작되고, 이에 따라 상기 탱크(60)와 헤더(61)가 상호 조립되는 공정을 거치게 됨으로써, 상기 열교환기(200)를 구성하는 각 부품을 제작하기 위한 프레스 비용과 상기 탱크(60)와 헤더(61)를 조립하기 위한 공정비용이 발생하므로, 상기 열교환기(200)의 제작에 있어서, 비용절감과 생산성 향상에 도움이 되지 않는다.

또한, 상기 탱크(60)와 헤더(61)가 조립되는 공정에서 조립 불량 등으로 인해 품질이 저하될 경우 열교환기(200)에 흐르는 부동액 또는 냉각수의 높은 압력에 지탱하기 어려워지는 문제점이 발생한다.

일반적으로 열교환기는 온도가 다른 두 개의 유체를 전도성이 우수한 재료를 이용하여 간접적으로 접촉시켜 열을 교환시키는 장치이다.

상기 열교환기 중 플레이트와 센터를 교대로 적층한 형태의 적층형 열교환기는 기술발전에 따라 열전달 효율이 상승하여 소형화되어 열코어, 증발기, 변속기 오일쿨러, 라디에이터 등 열교환을 필요로 하는 많은 분야에서 이용되고 있다.

상기 열코어는 가열된 유체를 내부에 흘려 주변의 공기를 따뜻하게 해주는 바와 같은 방식의 열교환용으로 사용되며, 냉동싸이클을 구성하는 상기 증발기는 내부에 흐르는 열교환유체가 외부의 열을 흡수하여 기화시킴으로써 주변공기를 냉각시키는 것과 같은 방식의 열 교환용으로 사용된다.

또한, 상기 변속기 오일 쿨러는 자동차의 엔진에서 연료를 연소시켜 발생시킨 동력을 구동바퀴에 적절한 기어비로 조절하여 전달하는 변속기에 부속적으로 장 착되어, 변속기 내부에 채워지는 오일이 기계적 마찰로 인해 고온으로 가열되어 점도가 떨어짐에 따라 기어와 같은 기계요소의 윤활이 불량해져 마모가 심해져 변속기가 기계적 건전성을 상실하게 되고 변속성능이 저하되는 것을 미연에 방지할 수 있도록, 오일을 냉각수와 함께 내부에 흘려 열을 냉각수가 흡수하도록 하여 오일을 냉각시키는 것과 같은 방식의 열교환용으로 사용된다.

상기 라디에이터 역시 자동차의 엔진이 과열되는 것을 방지하고 항상 적절한 온도로 유지하기 위하여 엔진 내부를 순환하면서 뜨거워진 냉각수가 내부를 흐르면서 열을 대기에 방출시키도록 하여 냉각수를 냉각시키는 방식의 열교환용으로 사용된다.

상기와 같은 용도로 사용되는 일반적인 열 교환기는 크게 위 아래로 서로 마주보고 있는 한 쌍의 수평 헤더 탱크와, 상단이 상기 상부헤더 탱크에 하단이 상기 하부 헤더 탱크에 연통 상태로 연결된 복수개의 열교환유체 튜브로 구성된다.

도 3은 일반적인 열교환기의 부동액 흐름을 보인 정면도로서, 기존의 열교환기 튜브 내부에 흐르는 부동액 흐름이 U-Pass 또는 1-Pass로서, 열교환기 전체에 고온의 열교환유체가 고르게 퍼지지 못하여, 열교환기가 공기와 열을 교환하여도 열교환기 표면의 온도차이가 높아, 결과적으로 전체적인 열교환기 성능이 떨어지는 현상이 발생한다.

따라서, 열교환기 전체로 고온의 열교환유체가 고르게 퍼질수 있는 탱크구조를 가진 열교환기의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 열교환기의 탱크구조를 변화시켜 튜브의 전/후방 열교환유체의 흐름이 서로 상반되게 하여 헤더탱크의 유입관을 통해 유입된 열교환유체가 각 튜브들로 고르게 분지되 이동되며 불균형적 흐름 및 분포를 개선시킴으로써, 열교환기 전체의 성능을 높일 수 있는 열교환기 구조를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은 내부로 열교환유체가 유동 되며, 상호 일정간격 이격되는 다수개의 튜브와, 상기 튜브와 결합되는 헤더와, 상기 헤더의 상부에 위치되는 탱크로 구성되는 헤더탱크를 포함하여 구성되는 차량용 열교환기에 있어서,

상기 헤더탱크는 상기 튜브와의 결합을 위한 다수의 튜브홀이 형성된 헤더와, 하부가 개구된 통체의 형상을 가지며 상기 헤더의 상부에 위치하는 탱크로 이루어져 내부에 열교환유체의 유동을 위한 유로가 형성되되, 그 내부에 길이방향으로 격막이 형성되어 상기 유로가 전면부와 후면부로 양분되도록 하며,

상기 튜브의 내부에는 상기 격막의 수직연장선상에 위치되는 분리막이 형성되어 상기 튜브의 내부로 진행되는 열교환유체가 탱크 내부의 전면부와 후면부로 각각 분리되어 상반되게 진행되도록 구성되거나, 내부로 열교환유체가 유동 되며, 상호 일정간격 이격되는 다수개의 튜브와 상기 튜브와 결합되는 헤더와, 상기 헤더의 상부에 위치되는 탱크로 구성되는 헤더탱크를 포함하여 구성되는 차량용 열교환기에 있어서,

상기 헤더탱크는 상기 튜브와의 결합을 위한 다수의 튜브홀이 형성된 헤더와, 하부가 개구된 통체의 형상을 가지며 상기 헤더의 상부에 위치하는 탱크로 이루어져 내부에 열교환유체의 유동을 위한 유로가 형성되되, 그 내부에 길이방향으로 격막이 형성되어 상기 유로가 전면부와 후면부로 양분되도록 하며,

상기 헤더에는 상기 튜브홀을 통해 다수의 튜브들이 결합되되, 각 튜브홀에는 복수개의 튜브가 상기 격막을 기준하여 양측에 독립적으로 결합되어 상기 튜브들은 복열로 구성되고, 각각의 열을 이루는 튜브들은 상기 헤더탱크의 전면부 및 후면부와 개별적으로 연통 되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 보다 명확히 설명될 수 있을 것이다. 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 종래의 열교환기를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 열교환기를 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 튜브홀에 관통결합되는 튜브를 나타낸 평면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 헤더탱크를 나타낸 사시도이고, 도 5는 종래의 열교환기 열교환유체 흐름도이고, 도 6은 본 발명에 따른 열교환기의 열교환유체 흐름도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 열교환기 구조는 열교환유체가 유동 되도록 상호 일정간격 이격되는 다수개의 튜브(1)와, 상기 튜브(1)의 사이에 결합되는 전열핀(2)으로 구성된 몸체부(3)와, 상기 몸체부(3)에 형성된 튜브(1)의 일측에 결합되 는 헤더(12)와 상기 헤더(12)의 상부에 위치되는 탱크(15)로 구성된 헤더탱크(16)로 구성되는 열교환기 구조이며, 몸체부(3), 헤더(12), 탱크(15), 격막(14), 튜브(1)를 포함한다.

상기 몸체부(3)는 상호 일정간격 이격되는 다수개의 튜브(1)와 상기 튜브(1)의 사이에 결합되는 전열핀(2)으로 구성되며, 상기 몸체부(3)의 일측에 상기 튜브(1)가 돌출되는 돌출부(50)가 형성된 헤더(12)가 위치하게 되고 헤더(12)의 상단부는 길이방향으로 열교환유체가 분리될 수 있는 격막(14)을 포함하는 탱크(15)가 위치하게 된다.

상기 헤더(12)는 상기 몸체부(3)의 일측에 결합되되 상기 몸체부(3) 내부에 일정간격 이격되어 형성된 다수개의 튜브(1) 일측이 상기 헤더(12)의 튜브홀(11)에 돌출부(50)를 형성하며 결합된다.

상기 탱크(15)는 하부가 개구된 통체의 형상이며 상면 중앙에 길이방향의 격막(14)이 형성되어 상기 헤더(12)의 상부에 위치하게 되는데 상기 헤더탱크(16)는 상기 탱크(15)와 헤더(12)의 일체형을 말하는 것이다.

상기 격막(14)은 상기 탱크(15)의 상면 중앙에 길이방향으로 형성되며 상기 튜브(1)의 돌출부(50)와 결합되는 튜브접촉홈(13)을 상기 격막(14)의 수직연장선상에 일치되도록 형성된다.

상기 튜브(1)는 상기 몸체부(3) 내부에 일정간격 이격되어 형성되는데, 일측면이 상기 탱크(15)의 내부 즉 상기 헤더(12)의 튜브홀(11)에 결합된다. 또한, 일측면에 결합된 상기 튜브(1)는 상기 탱크(15)의 격막(14)에 형성된 튜브결합홈에 결합된다.

이를 자세히 살펴보면 상기 튜브(1)가 한 개일 경우에 상기 튜브(1)는 길이방향으로 형성된 분리막(21)을 포함하는데 상기 분리막(21)은 상기 탱크(15)에 형성된 상기 격막(14)과 수직연장선상에 일치하게 형성되어 상기 튜브(1)를 절반으로 나누게 된다.

또 하나의 경우는 상기 튜브(1)가 두 개일 경우로서 한 개일 때처럼 상기 격막(14)을 사이에 두지않고 상기 헤더(12)의 튜브홀(11)을 상단면과 하단면으로 나누어 한 개의 튜브(1)씩 차지하며 두 개의 열로 형성되는 것이다.

이하에서는 상기와 같은 구성 및 구조를 갖는 본 발명의 바람직한 실시예의 작용 및 원리를 설명하도록 한다.

본 발명에 따른 열교환기 구조는 한 지점에서 열교환유체가 유입 및 유출이 되도록 상기 탱크(15)와 헤더(12)로 구성된 상기 헤더탱크(16)에 탱크(15)의 중앙에 격막(14)이 형성되는데, 상기 격막(14)이 본 발명에 따른 열교환기(100)의 열교환유체 유입부(30)와 유출부(40)를 형성한다.

먼저, 상기 튜브(1)가 한 개이지만 내부에 길이방향으로 분리막(21)을 형성하고 있는 경우를 살펴보면, 상기 탱크(15)의 격막(14)으로 나누어진 상기 탱크(15)의 일측 한 부분에 형성된 유로로 열교환유체가 유입되면 반으로 나누어지고 상기 헤더(12)에 돌출부(50)를 형성하고 있는 전면부의 튜브(1)로 열교환유체가 흘러가게 된다.

유입된 열교환유체는 전면부 튜브(1)를 거쳐 상기 열교환기(100)의 최하단부이며 빈공간인 공탱크(17)로 향하게 되며, 이곳에서 열교환유체는 양분됐던 상기 튜브(1)의 밑단부를 통해 상기 헤더탱크(16)의 후면부에 도착하고 일측에 형성된 유출부(40)로 빠져나가게 된다.

두번째로 상기 튜브(1)가 두 개로 형성되어 있는 경우를 살펴보면, 상기 탱크(15)의 격막(14)으로 나누어진 상기 탱크(15)의 일측 한 부분에 형성된 유로로 열교환유체가 유입되면 상기 헤더탱크(16)를 둘로 나누는 격막(14)을 기준으로 전면열에 위치한 튜브(1)에 열교환유체가 흘러가게 된다.

유입된 열교환유체는 전면부 튜브(1)를 거쳐 상기 열교환기(100)의 최하단부이며 빈공간인 공탱크(17)로 향하게 되며, 이곳에서 열교환유체는 후면열에 위치한 튜브(1)의 밑단부를 통해 상기 헤더탱크(16)의 후면부에 도착하고 일측에 형성된 유출부(40)로 빠져나가게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 내부로 열교환유체가 유동 되며, 상호 일정간격 이격되는 다수개의 튜브(1)와, 상기 튜브(1)와 결합되는 헤더(12)와, 상기 헤더(12)의 상부에 위치되는 탱크(15)로 구성되는 헤더탱크(16)를 포함하여 구성되는 차량용 열교환기에 있어서, 열교환기 전체에 고온의 열교환유체가 고르게 퍼지지 못하여 열교환기가 공기와 열을 교환하여도 열교환기 표면의 온도차이가 높아, 결과적으로 전체적인 열교환기 성능이 떨어지는 문제를 해결하기 위하여 상기 탱크(15)에 형성된 격막(14)과 그에 대응되는 상기 헤더(12)로 탱크(15)의 구조를 변경하여 열교환유체의 유동을 위한 유입부(30)와 유출부(40)를 일면에 형성함은 물론 유로 및 상기 튜브(1)가 전면부와 후면부로 양분되도록 하여, 두 부분간 열교환유체의 흐름이 서로 상반되게 함으로써, 유입된 열교환유체가 각 튜브(1)들로 고르게 분지되 이동되며 불균형적 흐름 및 분포를 개선시킴으로써, 열교환기 전체의 성능을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 내부로 열교환유체가 유동 되며, 상호 일정간격 이격되는 다수개의 튜브(1); 상기 튜브(1)와 결합되는 헤더(12)와, 상기 헤더(12)의 상부에 위치되는 탱크(15)로 구성되는 헤더탱크(16); 를 포함하여 구성되는 차량용 열교환기에 있어서,

   상기 헤더탱크(16)는 상기 튜브(1)와의 결합을 위한 다수의 튜브홀(11)이 형성된 헤더(12)와, 하부가 개구된 통체의 형상을 가지며 상기 헤더(12)의 상부에 위치하는 탱크(15)로 이루어져 내부에 열교환유체의 유동을 위한 유로가 형성되되, 그 내부에 길이방향으로 격막(14)이 형성되어 상기 유로가 전면부와 후면부로 양분되도록 하며,

   상기 튜브(1)의 내부에는 상기 격막(14)의 수직연장선상에 위치되는 분리막(21)이 형성되어 상기 튜브(1)의 내부로 진행되는 열교환유체가 탱크(15) 내부의 전면부와 후면부로 각각 분리되어 상반되게 진행되도록 한 것을 특징으로 하는 열교환기 구조.
2. 내부로 열교환유체가 유동 되며, 상호 일정간격 이격되는 다수개의 튜브(1); 상기 튜브(1)와 결합되는 헤더(12)와, 상기 헤더(12)의 상부에 위치되는 탱크(15)로 구성되는 헤더탱크(16); 를 포함하여 구성되는 차량용 열교환기에 있어서,

   상기 헤더탱크(16)는 상기 튜브(1)와의 결합을 위한 다수의 튜브홀(11)이 형성된 헤더(12)와, 하부가 개구된 통체의 형상을 가지며 상기 헤더(12)의 상부에 위 치하는 탱크(15)로 이루어져 내부에 열교환유체의 유동을 위한 유로가 형성되되, 그 내부에 길이방향으로 격막(14)이 형성되어 상기 유로가 전면부와 후면부로 양분되도록 하며,

   상기 헤더에는 상기 튜브홀(11)을 통해 다수의 튜브(1)들이 결합되되, 각 튜브홀(11)에는 복수개의 튜브가 상기 격막(14)을 기준하여 양측에 독립적으로 결합되어 상기 튜브(1)들은 복열로 구성되고, 각각의 열을 이루는 튜브(1)들은 상기 헤더탱크(16)의 전면부 및 후면부와 개별적으로 연통 된 것을 특징으로 하는 열교환기 구조.
3. 제 1항에 있어서

   상기 분리막(21)은 격막(14)과 대향 되어 길이방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기 구조.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 격막(14)은 튜브(1)의 일단부와 결합되는 튜브접촉홈(13)이 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기 구조.
5. 제 1항 내지 제 2항에 있어서,

   상기 탱크(15)에는 열교환유체의 유입부(30) 및 유출부(40)가 동일측에 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기 구조.

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