KR20090098259A - 자동차용 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내부로 열교환 유체가 유동되며 다수개가 일정간격 이격 설치되는 복수열 형태의 튜브와, 상기 튜브 상호 간에 개재되는 다수개의 방열핀과, 상기 튜브의 상,하단에 연통결합되는 제 1, 2헤더탱크와, 상기 튜브와 방열핀으로 구성되는 코어부의 양측에 결합되어 상기 코어의 강성을 유지하는 사이드플레이트로 구성되고, 상기 방열핀을 단면상 직각으로 굽혀진 사각핀으로 형성됨으로써, 상기 튜브와 방열핀의 접합강도를 높여주고, 상기 튜브와 방열핀이 균일하게 접촉되어 내구성 및 열교환 성능이 향상되며, 상기 방열핀의 탄성한도를 규정함으로써, 조립시 튜브와 접촉하는 방열핀의 치수정밀도가 향상되는 특징이 있다.

열교환기, 방열핀, 튜브, 탄성한도, 접합강도, 직각

Description

자동차용 열교환기{HEAT EXCHANGER FOR AUTOMOBILE}

본 발명은 자동차용 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내부로 열교환 유체가 유동되며 다수개가 일정간격 이격 설치되는 복수열 형태의 튜브와, 상기 튜브 상호 간에 개재되는 다수개의 방열핀과, 상기 튜브의 상,하단에 연통결합되는 제 1, 2헤더탱크와, 상기 튜브와 방열핀으로 구성되는 코어부의 양측에 결합되어 상기 코어의 강성을 유지하는 사이드플레이트로 구성되고, 상기 방열핀을 단면상 직각으로 굽혀진 사각핀으로 형성됨으로써, 상기 튜브와 방열핀의 접합강도를 높여주고, 상기 튜브와 방열핀이 균일하게 접촉되어 내구성 및 열교환 성능이 향상되며, 상기 방열핀의 탄성한도를 규정함으로써, 조립시 튜브와 접촉하는 방열핀의 치수정밀도가 향상되는 자동차용 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차용 열교환기에는 엔진냉각시스템, 구동, 트렌스미션계에 적용되는 라디에이터, 오일쿨러, 인터쿨러와 자동차 에어컨시스템에 적용되는 콘덴서, 에바포레이터, 히터코어 등이 있다.

이들, 상기 자동차용 열교환기 중에서 자동차 에어컨시스템에 적용되는 콘덴 서는 콤프레샤에서 압축된 고온, 고압의 가스냉매를 냉각, 액화하는 역할을 수행하고, 에바포레이터는 액냉매를 증발시키고, 공기를 냉각, 제온하는 역할을 수행하며, 히터코어는 엔진 냉각수를 이용하여 공기를 가열하는 역할을 수행한다.

또한, 차량에 장착된 엔진이 디젤 엔진일 경우에는 상기 디젤 엔진으로 유입되는 과급공기를 냉각시키는 차지에어쿨러와, 자동차에 장착된 미션이 자동일 때 이 미션에서 발생되는 열을 식히기 위한 트렌스미션 오일쿨러 등이 장착된다.

그리고, 상기 열교환기는 대부분 알루미늄 또는 알루미늄과 플라스틱이 혼합된 형태로 구성되고, 상기 알루미늄으로 구성된 경우에는 브레이징 공법을 사용하며, 상기 플라스틱과 알루미늄이 혼합된 경우에는 브레이징 공법을 사용할 수 없으므로 상기 열교환기 내부의 부동액이나 냉매의 유출을 방지하기 위하여 고무 또는 실리콘으로 구성된 가스킷을 사용한다.

상기 열교환기의 형태는 대부분 유체가 내부로 들어오는 통로인 파이프와, 상기 유체와 외부 공기간의 열을 교환하는 핀과, 상기 핀과 핀 사이에서 유체가 흐르는 튜브와, 상기 튜브와 핀을 일정한 간격으로 고정하는 헤더와, 상기 헤더와 파이프를 연결하고 유체가 각 튜브로 분배되도록 하는 탱크로 구성되어 있다.

그런데, 상기 열교환기의 핀은 얇은 알루미늄 판을 길이방향으로 다수개의 곡면 굴곡의 형태로 형성되어 상기 튜브와 튜브 사이에 결합되는데, 이렇게 되면 상기 핀과 튜브와의 접촉 면적이 작아져 핀과 튜브 접합시 접합강도가 약해지는 문제점이 발생한다.

또한, 상기 핀과 튜브의 접촉 면적이 작음으로써 열교환의 효율이 떨어지는 문제점이 발생한다.

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

내부로 열교환 유체가 유동되며 다수개가 일정간격 이격 설치되는 복수열 형태의 튜브와, 상기 튜브 상호 간에 개재되는 다수개의 방열핀과, 상기 튜브의 상,하단에 연통결합되는 제 1, 2헤더탱크와, 상기 튜브와 방열핀으로 구성되는 코어부의 양측에 결합되어 상기 코어의 강성을 유지하는 사이드플레이트로 구성되고, 상기 방열핀을 단면상 직각으로 굽혀진 사각핀으로 형성됨으로써, 상기 튜브와 방열핀의 접합강도를 높여주고, 상기 튜브와 방열핀이 균일하게 접촉되어 내구성 및 열교환 성능이 향상되는 자동차용 열교환기를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 방열핀의 탄성한도를 규정함으로써, 조립시 튜브와 접촉하는 방열핀의 치수정밀도가 향상되는 자동차용 열교환기를 제공하는데 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하고자, 본 발명은 내부로 열교환 유체가 유동되며 다수개가 일정간격 이격 설치되는 복수열 형태의 튜브와, 상기 튜브 상호 간에 개재되는 다수개의 방열핀과, 상기 튜브의 상,하단에 연통결합되는 제 1, 2헤더탱크와, 상기 튜브와 방열핀으로 구성되는 코어부의 양측에 결합되어 상기 코어의 강성을 유지하는 사이드플레이트로 구성되는 자동차용 열교환기에 있어서,

상기 방열핀은 튜브와 방열핀의 접합강도를 높이기 위해 단면상 직각으로 굽혀진 사각핀으로 형성되고, 상기 방열핀의 굽힘각(θ)은 80 ~ 100도로 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 열교환기에 관한 것이다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 자동차용 열교환기는 내부로 열교환 유체가 유동되며 다수개가 일정간격 이격 설치되는 복수열 형태의 튜브와, 상기 튜브 상호 간에 개재되는 다수개의 방열핀과, 상기 튜브의 상,하단에 연통결합되는 제 1, 2헤더탱크와, 상기 튜브와 방열핀으로 구성되는 코어부의 양측에 결합되어 상기 코어의 강성을 유지하는 사이드플레이트로 구성되고, 상기 방열핀을 단면상 직각으로 굽혀진 사각핀으로 형성됨으로써, 상기 튜브와 방열핀의 접합강도를 높여주고, 상기 튜브와 방열핀이 균일하게 접촉되어 내구성 및 열교환 성능이 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 방열핀의 탄성한도를 규정함으로써, 조립시 튜브와 접촉하는 방열핀의 치수정밀도가 향상되는 효과가 있다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.

본 발명은 내부로 열교환 유체가 유동되며 다수개가 일정간격 이격 설치되는 복수열 형태의 튜브와, 상기 튜브 상호 간에 개재되는 다수개의 방열핀과, 상기 튜 브의 상,하단에 연통결합되는 제 1, 2헤더탱크와, 상기 튜브와 방열핀으로 구성되는 코어부의 양측에 결합되어 상기 코어의 강성을 유지하는 사이드플레이트로 구성되는 자동차용 열교환기에 있어서,

상기 방열핀은 튜브와 방열핀의 접합강도를 높이기 위해 단면상 직각으로 굽혀진 사각핀으로 형성되고, 상기 방열핀의 굽힘각(θ)은 80 ~ 100도로 형성되는 것을 특징으로 한다.

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

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기를 나타낸 정면도이다.

도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 자동차용 열교환기(60)는 헤더와 탱크가 일체형으로 형성된 제 1,2헤더탱크(10,20)와, 상기 제 1,2헤더탱크(10,20) 사이에 삽입되어 유입/유출되는 고온의 유체를 이송시키는 튜브(30)와, 상기 튜브(30) 사이에 형성되어 외부의 공기와 열교환하는 방열핀(40)과, 상기 튜브(30)와 방열핀(40)으로 구성되는 코어부의 양측에 결합되어 상기 코어의 강성을 유지하는 사이드플레이트(50)로 구성된다.

상기 제 1,2헤더탱크(10,20)는 동일한 형태 및 구성으로 형성되며, 상기 헤더와 탱크가 결합되어 브레이징 접합에 의해 일체형으로 형성된다. 그리고, 상기 제 1,2헤더탱크(10,20)에는 튜브(30)가 접촉되는 부위에 상기 튜브(30)가 삽입되도록 길이방향으로 일정간격 이격되어 다수개 튜브 삽입홀(35)이 형성된다. 또한, 상기 제 1,2헤더탱크(10,20)에는 열교환 매체가 내부로 유입/유출되도록 유입/유출구(미도시)가 일단부에 형성되며, 상기 유입/유출구는 제 1헤더탱크(10) 또는 제 2헤더탱크(20) 중 어느 곳에나 형성될 수 있다.

여기서, 상기 제 1,2헤더탱크(10,20)는 수직 단면상 다양한 형태의 구조로 형성됨으로써 형태 및 구조에 대한 기술은 별도로 하지 않는다.

상기 튜브(30)는 얇은 알루미늄으로 형성되어 내부가 관통되고, 상기 관통된 내부를 통해 제 1,2헤더탱크(10,20)에 유입된 열교환 매체를 이송시키며, 동시에 상기 튜브(30)의 외부로 공기를 흐르게 하여 상기 튜브(30)의 내부에 이송되는 열교환 매체와 열교환을 시키는 것이다. 이때, 상기 튜브(30)의 내부에는 효율적인 열교환이 이루어지도록 격벽(미도시)이 길이방향으로 다수개 설치될 수 있다.

여기서, 상기 튜브(30)는 당업자라면 누구나 설계할 수 있는 것이기에 더 이상의 기술은 하지 않는다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 튜브와 방열핀을 나타낸 정면도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 상기 방열핀(40)은 튜브(30)와 튜브(30) 사이에 설치되어 열교환의 효과를 증대시키는 역할을 하며, 상기 방열핀(40)은 얇은 알루미늄 판을 절곡시켜 형성되는데, 상기 방열핀(40)은 절곡부위가 직각으로 굽혀져 전체적으로 굽힘부의 형태가 사각형으로 형성된다.

여기서, 상기 방열핀(40)의 굽힘부 각도(θ)를 80 ~ 100도로 형성함으로써, 튜브(30)와의 접촉을 균일하게 하고, 이로 인해 상기 튜브(30)와 방열핀(40)으로 구성되는 코어부의 내구성 및 열교환 성능의 향상을 도모한다.

상기 방열핀(40)의 굽힘부 각도(θ)가 80도 미만이면, 방열핀(40)을 가공하기가 곤란하고, 방열핀(40) 전체 길이 증가로 인한 제조비용 증가를 유발시키며, 상기 방열핀(40)의 굽힘부 각도(θ)가 100도를 초과하게 되면, 튜브(30)사이에 개재되는 방열핀(40)의 피치수가 감소하여 열교환 성능이 저하하고, 코어부 내구성을 저하시키는 문제점을 초래한다.

따라서, 상기 방열핀(40)의 굽힘부 각도(θ)를 80 ~ 100도로 형성하여 상기와 같은 문제점을 해결하고, 코어부 내구성 및 열교환 성능 향상을 도모하게 되는 것이다.

그리고, 상기 방열핀(40)의 제조시 굽힘부는 소정의 곡률반경을 가질 수도 있으며, 상기 곡률반경은 그 값을 구체적으로 한정하지는 않는다. 상기 방열핀(40)의 굽힘부가 소정의 곡률반경로 구부러져 형성될 경우, 상기 방열핀(40)의 굽힘부 각도(θ)는 튜브(30)와 접촉하는 부분의 접선과 튜브(30)와 접촉하지 않고 상기 튜브(30) 사이를 가로지르는 부분의 접선 사이의 각도(θ)로 측정될 수 있다.

또한, 상기 튜브(30)의 전체길이(L)와 튜브(30)에 접촉되는 방열핀(40)의 길이(L')에 대한 비(L'/L)를 0.35 ~ 0.55가 되도록 형성한다.

상기 비(L'/L)가 0.35 미만이면, 방열핀(40)의 전체길이가 너무 길어지고, 이로 인해 가공 및 조립이 곤란하게 되며, 제조비용 증가를 유발시키고, 상기 비(L'/L)가 0.55를 초과하게 되면, 방열핀(40)의 피치수 감소에 따른 열교환 성능 저하와 코어부 내구성 열화를 초래하게 된다.

따라서, 상기 비(L'/L)를 0.35 ~ 0.55가 되도록 함으로써, 상기의 문제점을 해소하고, 튜브(30)와 방열핀(40)의 균일한 접촉을 가능케하여 코어부 내구성 및 열교환 성능 향상을 도모한다.

그리고, 상기 튜브(30)의 폭(H)과 방열핀(40)의 폭(H')에 대한 비(L'/L)는 튜브(30)와 방열핀(40)이 균일하게 접촉되어 내구성 및 열교환 성능이 향상되도록 3.2 ~ 4.5로 형성한다.

만일 상기 비(L'/L)가 3.2 미만이면, 튜브(30) 사이의 간격이 너무 좁아져 튜브(30)와 방열핀(40)의 조립이 곤란하고, 방열핀(40) 자체의 제작도 용이하지 않게 되며, 외부 공기의 흐름 통로 감소에 따른 열교환 성능 저하를 유발시키고, 상기 비(L'/L)가 4.5를 초과하게 되면, 튜브(30) 사이의 간격이 너무 넓어져 열교환 효율이 감소하게 되고, 코어부 내구성이 열화하게 된다.

따라서, 상기 비(L'/L)를 3.2 ~ 4.5가 되도록 함으로써, 상기의 문제점을 해소하고, 코어부 내구성 및 열교환 성능 향상을 도모한다.

또한, 상기 방열핀(40)의 탄성한도를 9 ~ 26 ㎏f/㎟ 로 한정함으로써, 상기 튜브(30)와의 조립시 튜브(30)와 접촉하는 방열핀(40)의 치수정밀도를 향상시킨다.

상기 탄성한도는 영구변형을 일으키지 않고, 재료에 적용될 수 있는 최대응력값을 나타내는 것으로써, 상기 탄성한도까지의 응력이 재료에 적용된 후 그 응력이 제거되면, 탄성복원력으로 인해 그 재료는 변형을 일으키지 않고, 원상태로 회복된다. 방열핀(40)의 경우, 주로 알루미늄 합금 소재를 사용하고, 상기 알루미늄 합금판재를 상기 방열핀(40)의 형상으로 가공하여 코어부 조립시 튜브(30)와 함께 조립된다.

이때, 방열핀(40)의 탄성한도가 너무 낮으면, 즉 9 ㎏f/㎟ 미만이면, 조립시 약간의 응력에도 방열핀(40) 형상이 변형되어 요망하는 방열핀(40)의 형태로 조립이 곤란하고, 이로 인해 코어부내에서 방열핀(40)의 치수정밀도가 감소된다. 그리고, 방열핀(40)의 탄성한도가 너무 높으면, 즉 26 ㎏f/㎟ 를 초과하면, 높은 탄성복원력으로 인해 방열핀(40) 형상으로의 가공이 어려운 문제점이 있다. 상기와 같이, 방열핀(40)의 탄성한도가 너무 낮거나 높으면, 가공과 조립시의 문제뿐만 아니라 브레이징 접합시에도 튜브(30)와 방열핀(40) 사이의 접합불량을 유발시킬 수 있다.

따라서, 상기 방열핀(40)의 탄성한도를 9 ~ 26 ㎏f/㎟ 로 한정함으로써, 상 기와 같은 문제점을 해소하고, 코어부내 방열핀(40)의 치수정밀도를 향상시킬 수 있다.

그리고, 방열핀(40)이 상기와 같은 탄성한도를 가지게 하기 위해서는 합금성분의 첨가량 조정 이외에도 열처리온도 및 압연율 같은 공정변수의 조정을 통해 달성할 수 있으며, 상기의 합금성분 함량 및 공정변수에 따른 세부사항은 한정하지 않는다.

이렇듯, 상기 수치한정은 단순한 수치한정이 아니라 여러번의 실험을 통해 산출된 최상의 상태를 나타내는 수치인 것이다.

상기 사이드플레이트(50)는 튜브(30)와 방열핀(40)으로 구성되는 코어부의 양측에 결합되어 상기 코어부의 강성을 유지하도록 설치된다. 이때, 상기 사이드플레이트(50)는 제 1,2헤더탱크(10,20)의 튜브삽입홀(35)에 끼움결합되어 코어부뿐만 아니라 제 1,2헤더탱크(10,20)의 양끝단부를 밀폐할 수 있게 형성된다. 이렇듯, 상기 사이드플레이트(50)는 제 1,2헤더탱크(10,20)의 양끝단부를 밀폐하면서 코어부의 양측에 설치되도록 하고, 플레이트상으로 형성된다.

그리고, 상기 사이드플레이트(50)에는 상황에 따라 제 1,2헤더탱크(10,20)의 끝단부를 통해 외부의 열매체가 유입/유출된다면 그에 따라 관통홀(미도시)이 형성될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기를 나타낸 사시도이고,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기를 나타낸 정면도이고,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 튜브와 방열핀을 나타낸 평면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 표시>

10 : 제 1헤더탱크 20 : 제 2헤더탱크

30 : 튜브 40 : 방열핀

50 : 사이드 플레이트 60 : 열교환기

Claims (5)

1. 내부로 열교환 유체가 유동되며 다수개가 일정간격 이격 설치되는 복수열 형태의 튜브(30)와, 상기 튜브(30) 상호 간에 개재되는 다수개의 방열핀(40)과, 상기 튜브(30)의 상,하단에 연통결합되는 제 1,2헤더탱크(10,20)와, 상기 튜브(30)와 방열핀(40)으로 구성되는 코어부의 양측에 결합되어 상기 코어의 강성을 유지하는 사이드플레이트(50)로 구성되는 자동차용 열교환기(60)에 있어서,

   상기 방열핀(40)은 튜브(30)와의 접합강도를 높이기 위해 단면상 직각으로 굽혀진 사각핀으로 형성되고, 상기 방열핀(40)의 굽힘각(θ)은 80 ~ 100도로 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 열교환기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 튜브(30)의 전체길이(L)와 튜브(30)에 접촉되는 방열핀(40)의 길이(L')에 대한 비는 튜브(30)와 방열핀(40)이 균일하게 접촉되어 내구성 및 열교환 성능이 향상되도록 0.35 ~ 0.55로 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 열교환기.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 튜브(30)의 폭(H)과 방열핀(40)의 폭(H')에 대한 비는 튜브(30)와 방열 핀(40)이 균일하게 접촉되어 내구성 및 열교환 성능이 향상되도록 3.2 ~ 4.5로 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 열교환기.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 열교환기(60)에 조립전 방열핀(40)의 탄성한도는 9 ~ 26 ㎏f/㎟ 로 한정하여 조립시 튜브(30)와 접촉하는 방열핀(40)의 치수정밀도를 향상시키는 것을 특징으로 하는 자동차용 열교환기.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 사이드플레이트(50)는 제 1,2헤더탱크(10,20)의 양끝단부를 밀폐할 수 있도록 상기 제 1,2헤더탱크(10,20)의 튜브삽입홀(35)에 끼워져 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 열교환기.

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