KR20070119409A - 자동차 열교환기용 헤더와 튜브의 결합구조 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 열교환기용 헤더와 튜브의 결합구조 및 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉매가 유동되도록 다수개 형성된 냉매튜브 사이에 전열핀이 설치되고, 상기 탱크와 결합되는 헤더에는 길이방향의 중심부에 일정간격 이격되어 튜브홀이 외부방향으로 돌출 형성되고, 상기 돌출된 튜브홀이 냉매튜브의 일단부 내부에 삽입되어 결합함으로써, 종래에는 튜브홀이 헤더탱크의 내부로 돌출되어 냉매튜브가 억지로 삽입되면서 일정간격 더 헤더탱크의 내부로 냉매튜브가 삽입되었는데 이러한 냉매튜브의 재료가 절감되어 재료비용이 절감되고, 종래의 억지 끼워 맞춤으로 냉매튜브의 일단부를 확관 공정이 삭제되어 제작기간도 단축되고, 상기 헤더의 튜브홀이 냉매튜브의 내부에 삽입됨으로써, 상기 헤더탱크에 유입된 냉매가 냉매튜브로 이송될 때 내부 유동저항이 감소되는데 특징이 있다.

열교환기, 헤더, 탱크, 튜브, 냉매, 튜브홀

Description

자동차 열교환기용 헤더와 튜브의 결합구조 및 제조방법{Auto Mobile Heat Exchanger For Combination-Structure of Hader with Tube And Manufacturing Method For The Same}

도 1은 종래에서 열교환기를 나타낸 사시도이고,

도 2는 종래의 열교환기에 설치되는 헤더와 튜브의 결합을 나타낸 단면도이고,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 헤더와 냉매튜브의 결합구조를 나타낸 단면도이고,

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 헤더와 냉매튜브의 결합구조를 나타낸 단면도이고,

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 헤더와 냉매튜브의 결합구조를 나타낸 단면도이고,

도 6은 본 발명에 따른 자동차 열교환기용 헤더와 튜브의 제조방법을 나타낸 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 냉매튜브 20 : 전열핀

30 : 헤더 31 : 튜브홀

본 발명은 자동차 열교환기용 헤더와 튜브의 결합구조 및 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉매가 유동되도록 다수개 형성된 냉매튜브 사이에 전열핀이 설치되고, 상기 탱크와 결합되는 헤더에는 길이방향의 중심부에 일정간격 이격되어 튜브홀이 외부방향으로 돌출 형성되고, 상기 돌출된 튜브홀이 냉매튜브의 일단부 내부에 삽입되어 결합함으로써, 종래에는 튜브홀이 헤더탱크의 내부로 돌출되어 냉매튜브가 억지로 삽입되면서 일정간격 더 헤더탱크의 내부로 냉매튜브가 삽입되었는데 이러한 냉매튜브의 재료가 절감되어 재료비용이 절감되고, 종래의 억지 끼워 맞춤으로 냉매튜브의 일단부를 확관 공정이 삭제되어 제작기간도 단축되고, 상기 헤더의 튜브홀이 냉매튜브의 내부에 삽입됨으로써, 상기 헤더탱크에 유입된 냉매가 냉매튜브로 이송될 때 내부 유동저항이 감소되는 자동차 열교환기용 헤더와 튜브의 결합구조 및 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 차량을 구동시키기 위한 구동력을 발생하는 엔진은, 고온상태에서 구동되기 때문에, 충분한 방열을 필요로 한다. 이와 같은 냉각장치는, 엔진블럭에 형성된 물 자켓과 엔진룸의 전방부분으로 설치되는 라디에이터 사이에서 냉각수가 순환되도록 구성되고 있다.

그리고, 현재 출시되는 차량에는 차내부의 공기를 쾌적한 온도로 조절하기 위한 공조장치가 설치된다. 이러한 공조장치는 압축기의 압축으로 인한 고온고압의 기체 상태 냉매를 응축기에 방열시키는 것에 의하여 액상냉매로 만든 후, 저압화시 켜서 증발기를 통하여 저온상태의 공기가 자동차 내부로 공급시키게 된다. 이와 같은 응축기에서도 소정의 방열이 이루어져야 한다.

그 이외에도, 차량의 내부에는 엔진오일 및 미션오일을 냉각시키기 위한 오일쿨러가 장착되고, 엔진의 종류에 따라서 인터쿨러가 설치되기도 한다.

상술한 바와 같은 각각의 장치는 모두 충분한 방열을 필요로 하기 때문에, 이들을 냉각시키기 위하여, 엔진룸의 전방에 설치되어 원활하게 방열될 수 있도록 구성되고 있다.

도 1은 종래에서 열교환기를 나타낸 사시도이고, 도 2는 종래의 열교환기에 설치되는 헤더와 튜브의 결합을 나타낸 단면도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 열교환기(1)는 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 위 치나 차체 내의 호스와의 연결되는 위치에 따라 달라질 수 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 종래의 헤더(2)에 튜브(3)가 결합될 때, 상기 헤더(2)에 튜브(3)가 결합되도록 튜브홀을 형성하고, 상기 튜브홀은 헤더(2)와 탱크(5)가 결합된 내부방향으로 일정간격 돌출되어 있다.

여기서, 상기 돌출된 튜브홀에 튜브(3)가 결합되는데 상기 튜브(3)가 헤더탱크(2,5)의 내부로 돌출되어 결합됨으로써, 결합 시, 간단하게 끼워 맞춰 결합할 수 있다.

그러나, 상기 튜브(3)가 헤더탱크(2,5)의 내부로 돌출되어 결합됨으로써, 상기 헤더탱크(2,5)의 내부에 유입된 냉매 및 냉각수가 튜브를 통해 이송되는데 돌출된 튜브와 튜브사이에 와류현상이 발생되어 수월하게 이송되지 않고, 와류현상으로 캐비테이션과 진동 및 소음이 발생하는 문제점이 있다.

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

냉매가 유동되도록 다수개 형성된 냉매튜브 사이에 전열핀이 설치되고, 상기 탱크와 결합되는 헤더에는 길이방향의 중심부에 일정간격 이격되어 튜브홀이 외부방향으로 돌출 형성되고, 상기 돌출된 튜브홀이 냉매튜브의 일단부 내부에 삽입되어 결합함으로써, 종래에는 튜브홀이 헤더탱크의 내부로 돌출되어 냉매튜브가 억지로 삽입되면서 일정간격 더 헤더탱크의 내부로 냉매튜브가 삽입되었는데 이러한 냉매튜브의 재료가 절감되어 재료비용이 절감되고, 종래의 억지 끼워 맞춤으로 냉매 튜브의 일단부를 확관 공정이 삭제되어 제작기간도 단축되는데 그 목적이 있다.

또 다른 목적은 상기 헤더의 튜브홀이 냉매튜브의 내부에 삽입됨으로써, 상기 헤더탱크에 유입된 냉매가 냉매튜브로 이송될 때 내부 유동저항이 감소되는데 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 고정되어 설치되도록 튜브홀이 형성된 헤더와, 상기 헤더의 일반부에 결합되는 탱크로 구성되는 자동차용 열교환기에 있어서,

상기 냉매튜브의 일단부가 결합되는 헤더의 튜브홀은 외부방향으로 돌출되어 형성되고, 상기 돌출된 튜브홀은 일정각도로 돌출되어 상기 냉매튜브의 내부에 삽입되도록 삽입방향으로 폭의 간격이 좁아지게 형성된 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 냉매튜브의 결합구조를 나타낸 단면도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명은 냉매가 유동되도록 다수개 형성된 냉매 튜브(10)와, 상기 냉매튜브(10)의 사이에 결합되어 냉매로부터 전달되는 열의 열교환성을 향상시켜주는 전열핀(20)과, 상기 냉매튜브(10)들의 양단부가 고정되어 설치되도록 튜브홀(31)이 형성된 헤더(30)와, 상기 헤더(30)의 일반부에 결합되는 플라스틱 재질의 탱크로 구성된다.

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

상기 헤더(30)는 길이방향을 중심으로 중앙부에 다수개의 튜브홀(31)이 일정간격 이격되어 외부방향으로 돌출 관통되고, 상기 튜브홀(31)의 외주면에는 열교환기의 몸체부에 형성된 냉매튜브(10)가 수직으로 관통 결합되고, 상기 헤더(30)가 결합되는 몸체부의 부위보다 상기 헤더(30)가 결합되는 부위의 폭과 길이가 더 크게 형성되어 있다.

여기서, 상기 튜브홀(31)의 외주면은 일정각도로 헤더(30)의 외부방향(헤더와 탱크의 결합시 헤더의 외주면 방향)으로 돌출되어 상기 냉매튜브(10)의 내부에 삽입되도록 삽입방향으로 폭의 간격이 좁아지게 형성되어 있다.

또한, 상기 냉매튜브(10)의 일반부는 헤더(30)에 형성된 튜브홀(31)의 외주면에 끼워져 자동으로 확관되고, 상기 헤더(30)는 탱크와 결합되어 브레이징공법으로 냉매튜브(10)와 헤더(30) 및 탱크를 일체형으로 형성한다.

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.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 헤더와 냉매튜브의 결합구조를 나타낸 단면도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 상기 헤더(30)의 튜브홀(31)의 외주면은 냉매튜브(10)의 내부에 삽입되도록 외부방향으로 직각으로 돌출되어 형성되고, 상기 돌출된 튜브홀(31)의 외주면의 외주면 간격은 냉매튜브(10)의 내부에 삽입되는 간격으로 형성한다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 헤더와 냉매튜브의 결합구조를 나타낸 단면도이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 상기 헤더(30)의 튜브홀(31)의 외주면은 냉매튜브(10)의 내부에 삽입되도록 외부방향으로 라운딩되어 돌출되고, 상기 라운딩된 튜브홀(31)의 외주면 간격은 냉매튜브(10)의 내부에 삽입되도록 형성하는 것이 바람직하다.

이렇듯, 상기 냉매튜브(10)의 일단부는 헤더(30)에 형성된 다양한 형태의 튜 브홀(31)의 외주면에 끼워짐으로써 자동으로 확관되고 있다. 여기서, 본 실시에서는 비록 상기 냉매튜브(10)를 판형튜브로 사용하였으나, 상기 냉매튜브(10)를 원형튜브로 사용 가능함은 물론이다.

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

도 6은 본 발명에 따른 자동차 열교환기용 헤더와 튜브의 제조방법을 나타낸 순서도이다.

도 6에 도시한 바와 같이, 외부방향으로 폭의 간격이 좁아지면서 일정한 각도로 돌출 형성된 다수개의 튜브홀(31)이 형성되도록 헤더(30)를 금형 사출한다.(S100)

그리고, 냉매가 유동되도록 형성된 다수개의 냉매튜브(10) 사이에 열교환성을 향상시켜주는 전열핀(20)을 설치한다.(S200)

다음으로, 상기 전열핀(20)이 설치된 다수개의 냉매튜브(10)의 내부에 상기 헤더(30)에 형성된 튜브홀(31)의 외주면이 삽입되어 결합되며(S300), 상기 결합된 헤더(30)와 냉매튜브(10)를 브레이징로에 방치하여 브레이징 접합한다.(S400)

마지막으로, 상기 헤더(30)의 일단부에 사출 금형된 탱크를 설치하여 결합하여 마무리하는 공정이다.(S500)

여기서, 상기 헤더(30)에 튜브홀(31)이 형성되도록 금형 사출되는 단계에서의 튜브홀(31)의 외주면은 냉매튜브(10)의 내부에 삽입되도록 외부방향으로 직각으 로 돌출되어 형성되거나, 냉매튜브(10)의 내부에 삽입되도록 외부방향으로 라운딩되어 돌출된다.

또한, 상기 냉매튜브(10)의 내부에 헤더(30)에 형성된 튜브홀(31)의 외주면이 삽입되어 결합되는 단계에서의 냉매튜브(10) 일단부는 헤더(30)에 형성된 튜브홀(31)의 외주면에 끼워져 자동으로 확관되고, 상기 튜브홀(31)의 외주면에 끼워지는 냉매튜브(10)는 판형튜브뿐만 아니라 원형튜브도 결합 가능하다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 자동차 열교환기용 헤더와 튜브의 결합구조 및 제조방법은 냉매가 유동되도록 다수개 형성된 냉매튜브 사이에 전열핀이 설치되고, 상기 탱크와 결합되는 헤더에는 길이방향의 중심부에 일정간격 이격되어 튜브홀이 외부방향으로 돌출 형성되고, 상기 돌출된 튜브홀이 냉매튜브의 일단부 내부에 삽입되어 결합함으로써, 종래에는 튜브홀이 헤더탱크의 내부로 돌출되어 냉매튜브가 억지로 삽입되면서 일정간격 더 헤더탱크의 내부로 냉매튜브가 삽입되었는데 이러한 냉매튜브의 재료가 절감되어 재료비용이 절감되고, 종래의 억지 끼워 맞춤으로 냉매튜브의 일단부를 확관 공정이 삭제되어 제작기간도 단축되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 헤더의 튜브홀이 냉매튜브의 내부에 삽입됨으로써, 상기 헤더탱크에 유입된 냉매가 냉매튜브로 이송될 때 내부 유동저항이 감소되는 효과가 있다.

Claims (10)

1. 냉매가 유동되도록 다수개 형성된 냉매튜브(10)와, 상기 냉매튜브(10)의 사이에 결합되어 냉매로부터 전달되는 열의 열교환성을 향상시켜주는 전열핀(20)과, 상기 냉매튜브(10)들의 양단부가 고정되어 설치되도록 튜브홀(31)이 형성된 헤더(30)와, 상기 헤더(30)의 일반부에 결합되는 탱크로 구성되는 자동차용 열교환기에 있어서,

   상기 냉매튜브(10)의 일단부가 결합되는 튜브홀(31)의 외주면은 헤더(30)의 외부방향으로 돌출되어 형성되고, 상기 돌출된 튜브홀(31)의 외주면은 일정각도로 돌출되어 상기 냉매튜브(10)의 내부에 삽입되도록 삽입방향으로 폭의 간격이 좁아지게 형성된 것을 특징으로 하는 자동차 열교환기용 헤더와 튜브의 결합구조.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 튜브홀(31)의 외주면은 냉매튜브(10)의 내부에 삽입되도록 헤더(30)의 외부방향으로 직각으로 돌출되고, 상기 직각 돌출된 튜브홀(31)의 간격이 냉매튜브(10)의 내부 간격보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 자동차 열교환기용 헤더와 튜브의 결합구조.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 튜브홀(31)의 외주면은 냉매튜브(10)의 내부에 삽입되도록 헤더(30)의 외부방향으로 라운딩되어 돌출된 것을 특징으로 하는 자동차 열교환기용 헤더와 튜브의 결합구조.
4. 제 1항 내지 제 3항에 있어서,

   상기 냉매튜브(10)의 일단부는 헤더(30)에 형성된 튜브홀(31)의 외주면에 끼워져 자동으로 확관되는 것을 특징으로 하는 자동차 열교환기용 헤더와 튜브의 결합구조.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 튜브홀(31)의 외주면에 끼워지는 냉매튜브(10)는 판형튜브뿐만 아니라 원형튜브도 사용가능한 것을 특징으로 하는 자동차 열교환기용 헤더와 튜브의 결합구조.
6. 자동차 열교환기용 헤더와 튜브의 제조방법에 있어서,

   외부방향으로 폭의 간격이 좁아지면서 일정한 각도로 돌출되어 관통 형성된 다수개의 튜브홀(31)이 형성되도록 헤더(30)를 금형 사출하는 단계;(S100)

   냉매가 유동되도록 형성된 다수개의 냉매튜브(10) 사이에 열교환성을 향상시켜주는 전열핀(20)이 설치되는 단계;(S200)

   상기 전열핀(20)이 설치된 다수개의 냉매튜브(10)의 내부에 상기 헤더(30)에 형성된 튜브홀(31)의 외주면이 삽입되어 결합되는 단계;(S300)

   상기 결합된 헤더(30)와 냉매튜브(10)를 브레이징로에 방치하여 브레이징 접합하는 단계;(S400)

   상기 헤더(30)의 일단부에 사출 금형된 탱크를 설치하여 결합하는 단계;(S500)

   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차 열교환기용 헤더와 튜브의 제조방법.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 헤더(30)에 튜브홀(31)이 형성되도록 금형사출되는 단계에서,

   상기 튜브홀(31)의 외주면은 냉매튜브(10)의 내부에 삽입되도록 헤더(30)의 외부방향으로 직각으로 돌출되고, 상기 직각 돌출된 튜브홀(31)의 간격이 냉매튜브(10)의 내부 간격보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 자동차 열교환기용 헤더와 튜브의 제조방법.
8. 제 6항에 있어서,

   상기 헤더(30)에 튜브홀(31)이 형성되도록 금형사출되는 단계에서,

   상기 튜브홀(31)의 외주면은 냉매튜브(10)의 내부에 삽입되도록 헤더(30)의 외부방향으로 라운딩되어 돌출된 것을 특징으로 하는 자동차 열교환기용 헤더와 튜브의 제조방법.
9. 제 6항에 있어서,

   상기 냉매튜브(10)의 내부에 헤더(30)에 형성된 튜브홀(31)이 삽입되어 결합되는 단계에서,

   상기 냉매튜브(10)의 일단부는 헤더(30)에 형성된 튜브홀(31)의 외주면에 끼워져 자동으로 확관되는 것을 특징으로 하는 자동차 열교환기용 헤더와 튜브의 제조방법.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 튜브홀(31)의 외주면에 끼워지는 냉매튜브(10)는 판형튜브뿐만 아니라 원형튜브도 사용가능한 것을 특징으로 하는 자동차 열교환기용 헤더와 튜브의 제조방법.

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