KR20070081328A - 열교환기용 헤더와 탱크의 결합구조 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환기용 헤더와 탱크의 결합구조 및 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탱크의 일단부 외주면에 단면이 직각삼각형의 형상을 취하는 다수개의 결합돌기가 일정간격 이격되어 형성되고, 상기 헤더의 가장자리를 따라서 상측으로 수직되게 돌출면이 형성되어 상기 돌출면에 일정간격 이격된 다수개의 결합홀이 관통 형성되고, 상기 탱크의 결합돌기가 헤더의 결합홀에 결합됨으로써, 종래의 헤더에 형성된 팁을 굽혀서 탱크에 결합하는 것보다 결합력이 향상되어 내압성이 증가하고, 상기 헤더의 팁을 굽히기 위한 복잡한 장비와 공정이 삭제됨으로써 설계의 제약이 감소하고 제작비용과 제작시기를 감축할 수 있는 것을 특징으로 한다.

결합돌기, 직각삼각형, 결합홀, 열교환기, 탱크, 헤더

Description

열교환기용 헤더와 탱크의 결합구조 및 제조방법{Heat Exchanger For Header Tank And Manufacturing Method For The Same}

도 1은 종래의 열교환기를 나타낸 사시도이고,

도 2는 종래의 탱크와 헤더가 결합된 상태를 나타낸 단면도이고,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 헤더와 탱크의 결합구조를 나타낸 사시도이고,

도 4는 도 3의 A-A부분을 나타낸 단면도이고,

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기용 헤더와 탱크의 제조방법을 단계별로 나타낸 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 탱크 11 : 결합돌기

20 : 헤더 21 : 돌출면

22 : 결합홀 23 : 결합홈

30 : 가스켓씰

본 발명의 열교환기용 헤더와 탱크의 결합구조 및 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탱크의 일단부 외주면에 단면이 직각삼각형의 형상을 취하는 다수개의 결합돌기가 일정간격 이격되어 형성되고, 상기 헤더의 가장자리를 따라서 상측으로 수직되게 돌출면이 형성되어 상기 돌출면에 일정간격 이격된 다수개의 결합홀이 관통 형성되고, 상기 탱크의 결합돌기가 헤더의 결합홀에 결합됨으로써, 종래의 헤더에 형성된 팁을 굽혀서 탱크에 결합하는 것보다 결합력이 향상되어 내압성이 증가하고, 상기 헤더의 팁을 굽히기 위한 복잡한 장비와 공정이 삭제됨으로써 설계의 제약이 감소하고 제작비용과 제작시기를 감축할 수 있는 열교환기용 헤더와 탱크의 결합구조 및 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량에 장착되는 엔진은 시동에 의해 가동됨에 따라 점차 열이 발생되어 주변에 연결된 부품들로 전도되며, 상기 열에 의해 부품들의 온도가 과도하게 높아지면 상기 부품들을 형성하는 물질의 열팽창이나 열화에 따른 부품의 강도 저하뿐만 아니라 엔진의 수명이 단축되거나 연소상태가 나빠져 노킹 및 조기점화 현상이 초래되어 결과적으로 엔진의 출력이 저하된다.

따라서, 상기 엔진의 냉각이 불완전하게 이루어질 경우에는 엔진 자체의 뿐만 아니라, 차량을 구성하는 부품들 전반으로 문제가 커지기 때문에 차량의 엔진에 발생되는 열을 이용하여 적절하게 열교환 시켜주는 장치가 필수적인데, 이러한 장치로는 차량의 엔진을 냉각시키기 위한 냉각수가 순환하는 통로에 구비되어 차량의 엔진을 냉각시키거나 냉각수의 열로서 차량의 실내를 따뜻하게 하는 열교환기가 사용된다.

통상적으로, 열교환기는 냉각수로부터 열을 방출시키는 라디에이터와, 공기조화기에 사용되는 증발기, 콘덴서 및 히터코어 등이 있는데, 차량의 차체 내에 장착되며, 상기 열교환기에는 파이프가 조립되어 차량을 냉각시키기 위한 부동액 또는 냉각수가 흐르는 호스와 상기 열교환기가 연결되도록 한다.

도 1은 종래의 열교환기를 나타내는 사시도이고, 도 2는 종래의 탱크와 헤더가 결합된 상태를 나타내는 단면도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 열교환기는 외부공기와 열을 교환하는 핀(4)들이 연결되며, 내부로 냉각수가 흐르는 다수의 튜브(3)가 구비되어 상기 튜브(3)의 각 양단부가 고정되도록 서로 마주한 상태로 설치되는 한 쌍이 헤더(2)와, 상기 한 쌍의 헤더(2)에 각각 고정, 결합되는 한 쌍의 탱크(5)로 구성되어 차량의 내부에 설치된다.

덧붙여, 상기 한 쌍의 탱크(5) 중 하나에는 차량의 내부로 부동액 또는 냉각수가 흐를 수 있도록 하는 호스와 상기 열교환기(1)의 탱크(5)를 연결하도록 파이프(6)가 조립되며, 상기 파이프(6)의 조립 위치는 상기 열교환기(1)가 장착되는 위치나 차체 내의 호스와의 연결되는 위치에 따라 달라질 수 있다.

도 2를 참조하면, 상기 열교환기(1)를 제작하는 방법에 있어서, 종래에는 상기 헤더(2)와 탱크(5)가 별개로 프레스 공정을 거쳐 상기 탱크(5)와 헤더(2)를 클린치(Clinch)와 같은 방법을 이용하여 기계적인 결합을 통해 조립되도록 한 후, 알 루미늄 브레이징을 통하여 서로 결합되도록 한다.

상기와 같은 경우는, 상기 탱크(5)와 헤더(2)가 별개의 부품으로 제작되고, 이에 따라 상기 탱크(5)와 헤더(2)가 상호 조립되는 공정을 거치게 됨으로써, 상기 열교환기(1)를 구성하는 각 부품을 제작하기 위한 프레스 비용과 상기 탱크(5)와 헤더(2)를 조립하기 위한 공정비용이 발생하므로, 상기 열교환기(1)의 제작에 있어서, 비용절감과 생산성 향상에 도움이 되지 않는다.

또한, 상기 탱크(5)와 헤더(2)가 조립되는 공정에서 조립 불량 등으로 인해 품질이 저하될 경우 열교환기(1)에 흐르는 부동액 또는 냉각수의 높은 압력에 지탱하기 어려워지는 문제점이 발생한다.

따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,

탱크의 일단부 외주면에 단면이 직각삼각형의 형상을 취하는 다수개의 결합돌기가 일정간격 이격되어 형성되고, 상기 헤더의 가장자리를 따라서 상측으로 수직되게 돌출면이 형성되어 상기 돌출면에 일정간격 이격된 다수개의 결합홀이 관통 형성되고, 상기 탱크의 결합돌기가 헤더의 결합홀에 결합됨으로써, 종래의 헤더에 형성된 팁을 굽혀서 탱크에 결합하는 것보다 결합력이 향상되어 내압성이 증가하고, 상기 헤더의 팁을 굽히기 위한 복잡한 장비와 공정이 삭제됨으로써 설계의 제약이 감소하고 제작비용과 제작시기를 감축시키는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.

본 발명은 냉매가 유동되도록 다수개 형성된 냉매튜브와, 상기 냉매튜브의 사이에 결합되어 냉매로부터 전달되는 열의 열교환성을 향상시켜주는 전열핀과, 상기 냉매튜브들의 양단부가 고정되도록 설치되는 한 쌍이 헤더와, 상기 헤더의 상부에 결합되는 탱크로 구성되는 자동차용 열교환기에 있어서,

상기 탱크는 단면이 '┎┒'의 형상을 취하고, 상기 탱크와 헤더가 밀착되는 탱크의 일단부 외주면에는 다수개의 결합돌기가 일정간격 이격되어 형성되고, 상기 헤더는 가장자리를 따라서 상측으로 수직되는 돌출면이 형성되고, 상기 돌출면에는 결합돌기가 결합되도록 일정간격 이격된 다수개의 결합홀이 형성되고, 상기 돌출면의 하부에는 탱크의 일단부가 지지되도록 결합홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 열교환기용 탱크와 헤더의 제조방법에 있어서, 다수개의 냉매튜브 사이에 전열핀을 설치하고, 상기 냉매튜브를 헤더의 일단부에 고정시켜 브레이징로에 방치하여 브레이징 접합하는 단계와, 탱크의 일단부 외주면에는 다수개의 결합돌기가 일정간격 이격되어 형성되도록 플라스틱 재질로 사출 금형하는 단계와, 헤더의 가장자리를 따라 다수개의 결합홀이 일정간격 이격되어 형성되도록 프레스 가공하는 단계와, 상기 헤더를 가장자리의 단면이 '∪' 형상을 취하는 금형다이에 올려놓고, 상기 탱크의 일단부를 헤더의 가장자리에 맞춰 압착 가공하는 단계와, 상기 탱크에 의해 압착가공된 헤더의 가장자리가 단면이 '∪' 형상을 취하는 금형다이의 형태와 일치되는 단계와, 상기 헤더의 가장자리를 따라서 결합홀이 형성된 돌출면이 형성되고, 상기 돌출면의 하부에 탱크의 일단부가 지지되도록 결합홈이 형성되는 단계와, 상기 탱크의 일단부 외주면에 형성된 결합돌기와 상기 헤더의 돌출면에 형성된 결합홀이 결합되는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 더불어 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 헤더와 탱크의 결합구조를 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 3의 A-A부분을 나타낸 단면도이다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 열교환기용 헤더와 탱크의 결합구조는 냉매로부터 전달되는 열의 열교환성을 향상시켜주는 전열핀이 결합된 냉매가 유동되도록 다수개 형성되는 냉매튜브의 양단부가 고정되도록 설치되는 헤더(20)와, 상기 헤더(20)의 상부에 결합되는 탱크(10)로 구성된다.

상기 탱크(10)는 단면이 '┎┒'의 형상을 취하고, 상부면에 냉각수가 유입되도록 하는 파이프가 조립되고, 상기 탱크(10)와 헤더(20)가 밀착되는 탱크(10)의 일단부 외주면에는 다수개의 결합돌기(11)가 일정간격 이격되어 형성된다.

여기서, 상기 결합돌기(11)는 단면이 직각삼각형으로 형성되어 탱크(10)가 헤더(20)에 결합되는 방향으로 경사면이 형성되고, 상기 탱크(10)가 헤더(20)에서 분리되는 방향으로는 수직면이 형성되고, 상기 탱크(10)를 사출하기 위해 플라스틱(Plastic,PL) 재질이 바람직하다.

여기서, 본 실시에서는 비록 상기 탱크(10)의 재질을 플라스틱(PL)으로 사용하였으나, 상기 탱크(10)의 재질을 알루미늄(Aluminium,AL)으로 사용 가능함은 물론이다.

상기 헤더(20)는 냉매튜브가 수직으로 관통 결합되고, 가장자리를 따라서 상측으로 수직되게 돌출면(21)이 형성되고, 상기 돌출면(21)에는 결합돌기(11)가 결합되도록 일정간격 이격되어 관통된 다수개의 결합홀(22)이 형성되고, 상기 돌출면(21)의 하부에는 탱크(10)의 일단부가 지지되도록 결합홈(23)이 형성된다.

여기서, 상기 결합홈(23)은 단면이 '∪' 형상을 취하고, 상기 결합홈(23)에는 외부에서 이물질의 침입을 방지하고, 내부를 밀폐하기 위해 가스켓씰(Gasket-Seal,30)이 주입되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 돌출면(21)의 내면과 탱크(10)에 결합돌기(11)가 형성된 일단부의 외면이 밀착되어 브레이징(Brazing) 공법에 의해 헤더(20)와 탱크(10)를 결합시킨다.

여기서, 상기 브레이징 공법이란, 접합하고자 하는 모재의 용융점보다 낮은 온도의 용융점을 갖는 합금을 모세관 현상에 의하여 접합부위 사이로 흘러들어가게 함으로써 접합하는 공법이다.

그리고, 상기 브레이징은 납땜(Soldering) 및 용접(Welding)과는 구분되고, 상기 브레이징과 납땜의 용융된 재료를 젖음(Wetting)작용에 의해 접합한다는 점에서는 같으나 작업온도가 430℃이상일 때 브레이징이라 하고, 이때 용융된 재료를 충전금속(Filler Metal)이라 한다.

또한, 상기 430℃이하일 때 납땜이라 하고, 이때 용융된 재료를 땜납(Solder)이라고 한다. 그리고, 용접은 모재가 접합하는 순간 용융된다는 점에서 브레이징과 구분된다.

이하에서는 본 발명에 따른 열교환기용 헤더와 탱크의 제조방법에 대하여 첨부되어진 도면과 함께 더불어 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명에 따른 열교환기용 헤더와 탱크의 제조방법을 단계별로 나타내는 순서도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 헤더(20)와 탱크(10)를 제조하기 위해 우선 다수개의 냉매튜브 사이에 전열핀을 설치하여 일체형으로 형성하고, 상기 냉매튜브를 헤더(20)의 일단부에 결합 고정시켜 상기 헤더(20)와 냉매튜브를 브레이징로에 방치하여 브레이징 접합한다.(S100)

그리고, 탱크(10)의 일단부 외주면에는 다수개의 결합돌기(11)가 일정간격 이격되어 형성되도록 플라스틱 재질로 사출 금형한다.(S200)

다음으로, 헤더(20)의 가장자리를 따라 다수개의 결합홀(22)이 일정간격 이격되어 형성되도록 프레스 가공한다.(S300) 여기서, 상기 헤더(20)를 가장자리의 단면이 '∪' 형상을 취하는 금형다이에 올려놓고, 상기 탱크(10)의 일단부를 헤더(20)의 가장자리에 맞춰 압착 가공하고,(S400) 상기 탱크(10)에 의해 압착가공된 헤더(20)의 가장자리가 단면이 '∪' 형상을 취하는 금형다이의 형태와 일치되고,(S500) 상기 헤더(20)의 가장자리를 따라서 결합홀(22)이 형성된 돌출면(21)이 형성되고, 상기 돌출면(21)의 하부에 탱크(10)의 일단부가 지지되도록 결합홈(23)이 형성된다.(S600)

이후, 상기 탱크(10)의 일단부 외주면에 형성된 결합돌기(11)와 상기 헤더(20)의 돌출면(21)에 형성된 결합홀(22)을 결합하여 완성한다.(S700)

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 열교환기용 헤더와 탱크의 결합구조 및 제조방법은 상기 탱크의 일단부 외주면에 단면이 직각삼각형의 형상을 취하는 다수개의 결합돌기가 일정간격 이격되어 형성되고, 상기 헤더의 가장자리를 따라서 상측으로 수직되게 돌출면이 형성되어 상기 돌출면에 일정간격 이격된 다수개의 결합홀이 관통 형성되고, 상기 탱크의 결합돌기가 헤더의 결합홀에 결합됨으로써, 종래의 헤더에 형성된 팁을 굽혀서 탱크에 결합하는 것보다 결합력이 향상되어 내압성이 증가하고, 상기 헤더의 팁을 굽히기 위한 복잡한 장비와 공정이 삭제됨으로써 설계의 제약이 감소하고 제작비용과 제작시기를 감축시키는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 냉매가 유동되도록 다수개 형성된 냉매튜브와, 상기 냉매튜브의 사이에 결합되어 냉매로부터 전달되는 열의 열교환성을 향상시켜주는 전열핀과, 상기 냉매튜브들의 양단부가 고정되도록 설치되는 헤더(20)와, 상기 헤더(20)의 상부에 결합되는 탱크(10)로 구성되는 자동차용 열교환기에 있어서,

   상기 탱크(10)는 단면이 '┎┒'의 형상을 취하고, 상기 탱크(10)와 헤더(20)가 밀착되는 탱크(10)의 일단부 외주면에는 다수개의 결합돌기(11)가 일정간격 이격되어 형성되고, 상기 헤더(20)는 가장자리를 따라서 상측으로 수직되게 돌출면(21)이 형성되고, 상기 돌출면(21)에는 결합돌기(11)가 결합되도록 일정간격 이격된 다수개의 결합홀(22)이 형성되고, 상기 돌출면(21)의 하부에는 탱크(10)의 일단부가 지지되도록 결합홈(23)이 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기용 헤더와 탱크의 결합구조.
2. 제 1항에 있어서, 상기 결합돌기(11)는,

   단면이 직각삼각형으로 형성되어 탱크(10)가 헤더(20)에 결합되는 방향으로 경사면이 형성되고, 상기 탱크(10)가 헤더(20)에서 분리되는 방향으로는 수직면이 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기용 헤더와 탱크의 결합구조.
3. 제 1항에 있어서, 상기 결합홈(23)에는,

   외부에서 이물질의 침입을 방지하고, 내부를 밀폐하기 위해 가스켓씰(30)이 주입되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 헤더와 탱크의 결합구조.
4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 결합홈(23)은,

   단면이 '∪' 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기용 헤더와 탱크의 결합구조.
5. 열교환기용 탱크와 헤더의 제조방법에 있어서,

   다수개의 냉매튜브 사이에 전열핀을 설치하고, 상기 냉매튜브를 헤더(20)의 일단부에 고정시켜 브레이징로에 방치하여 브레이징 접합하는 단계(S100);

   탱크(10)의 일단부 외주면에는 다수개의 결합돌기(11)가 일정간격 이격되어 형성되도록 플라스틱 재질로 사출 금형하는 단계(S200);

   헤더(20)의 가장자리를 따라 다수개의 결합홀(22)이 일정간격 이격되어 형성되도록 프레스 가공하는 단계(S300);

   상기 헤더(20)를 가장자리의 단면이 '∪' 형상을 취하는 금형다이에 올려놓고, 상기 탱크(10)의 일단부를 헤더(20)의 가장자리에 맞춰 압착 가공하는 단계(S400);

   상기 탱크(10)에 의해 압착가공된 헤더(20)의 가장자리가 단면이 '∪' 형상을 취하는 금형다이의 형태와 일치되는 단계(S500);

   상기 헤더(20)의 가장자리를 따라서 결합홀(22)이 형성된 돌출면(21)이 형성 되고, 상기 돌출면(21)의 하부에 탱크(10)의 일단부가 지지되도록 결합홈(23)이 형성되는 단계(S600);

   상기 탱크(10)의 일단부 외주면에 형성된 결합돌기(11)와 상기 헤더(20)의 돌출면(21)에 형성된 결합홀(22)이 결합되는 단계(S700);

   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 헤더와 탱크의 제조방법.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 사출 금형단계에는,

   상기 결합돌기(11)의 단면이 직각삼각형으로 형성되어 탱크(10)가 헤더(20)에 결합되는 방향으로 경사면이 형성되고, 상기 탱크(10)가 헤더(20)에서 분리되는 방향으로는 수직면이 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기용 헤더와 탱크의 제조방법.
7. 제 5항에 있어서,

   상기 결합홈(23)이 형성되는 단계에는,

   상기 결합홈(23)에 외부에서 이물질의 침입을 방지하고, 내부를 밀폐하기 위해 가스켓씰(30)이 주입되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 헤더와 탱크의 제조방법.
8. 제 5항 또는 제 7항에 있어서,

   상기 결합홈(23)이 형성되는 단계에는,

   상기 결합홈(23)의 단면이 '∪' 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기용 헤더와 탱크의 제조방법.

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