KR20130142292A

KR20130142292A - 열교환기

Info

Publication number: KR20130142292A
Application number: KR1020120065387A
Authority: KR
Inventors: 유석종
Original assignee: 한라비스테온공조 주식회사
Priority date: 2012-06-19
Filing date: 2012-06-19
Publication date: 2013-12-30

Abstract

본 발명은 열교환기러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일정거리 이격되는 한 쌍의 헤더탱크, 상기 헤더탱크들 사이에 양단이 연결되는 복수개의 튜브, 및 상기 튜브 내부에 구비되는 이너핀을 포함하여 이루어지며, 상기 튜브의 내부 양측에 돌출 비드가 형성되어 이너핀의 양측이 돌출 비드에 의해 고정됨으로써, 튜브 내부로 유동되며 냉각되는 고압의 과급 공기에 의해 튜브가 변형되는 것을 방지할 수 있고, 과급 공기와 이너핀과의 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 열교환기에 관한 것이다.

Description

열교환기 {Heat exchanger}

본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 과급 공기가 유동되며 냉각되는 튜브의 내측에 구비되는 이너핀이 고정되도록 하여 튜브 내부에서 이너핀이 일측으로 치우치지 않도록 함으로써, 튜브의 변형을 방지하고 과급 공기와 이너핀과의 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 열교환기에 관한 것이다.

최근에는 디젤 엔진뿐만 아니라 가솔린 엔진에서도 과급기를 설치하여 고출력을 얻고자 하는 시도가 많이 행해지고 있다. 과급기는 외부공기를 흡입하여 터빈을 돌리고, 그로 인해 발생하는 고온의 압축공기를 실린더 안에 공급하는 장치이다.

그런데, 과급기에 의해 급속히 압축된 공기는 고온으로 상승함과 동시에 공기 밀도가 낮아져, 노킹이 발생되거나 충전 효율이 저하되기 때문에, 이를 보완하기 위한 열교환기로 인터쿨러가 설치된다. 즉, 인터쿨러를 이용하면 고온으로 압축된 공기를 냉각시켜 공기 밀도를 높일 수 있어 엔진의 성능 및 연비를 향상시킬 수 있다.

이러한 인터쿨러는 도 1과 같이 일정거리 이격되게 형성되는 한 쌍의 헤더탱크(10), 상기 헤더탱크(10)들 사이에 양단이 연결되는 복수개의 튜브(20), 및 상기 튜브(20)들 사이에 개재되는 핀(30)을 포함하여 이루어지며, 상기 튜브(20)들의 내부에는 열교환 효율을 높이기 위해 이너핀(21)이 구비된다. 그리고 이너핀(21)은 도 2와 같이 튜브(20) 내부에 삽입되도록 조립된 상태에서 브레이징에 의해 튜브(20)의 내측면과 결합된다. 이와 같이 인터쿨러는 과급기로부터 유입된 공기가 튜브들을 통과하며 냉각되어 엔진으로 공급되도록 구성된다.

이때, 상기 튜브 내부에 구비되는 이너핀은 주름진 형태로 형성되어 열교환 효율을 높일 수 있도록 구성되며, 튜브와 이너핀을 조립할 때 작업자가 이너핀을 주름진 방향으로 양쪽을 잡아당겨 튜브의 폭에 적당히 맞춰 튜브 내부에 이너핀을 삽입한 후 브레이징을 통해 고정하게 된다.

그런데 튜브 내부의 폭에 맞춰 이너핀을 벌릴 때 이너핀의 폭을 너무 좁게 벌리게 되면, 튜브 내부에 이너핀이 삽입되어 브레이징 되었을 때 이너핀이 튜브 내부의 일측으로 치우쳐 결합될 수 있다.

이로 인해 인터쿨러로 유입된 고압의 공기가 튜브 내부를 유동하면서 이너핀 결합되지 않은 부분이 부풀어 올라 변형 및 폭발이 발생할 수 있는 문제점이 있다. 또한, 튜브 내부로 유동되는 과급 공기와 이너핀과의 열교환 효율이 감소되어 인터쿨러의 성능이 저하되며, 튜브 내부에 이너핀이 불균형하게 배치되므로 튜브 내부로 유동되는 과급 공기의 난류를 형성하여 원활한 흐름을 방해하는 문제점이 있다.

이와 관련된 종래 기술로는 한국등록실용신안(0309356)인 "열교환기"가 개시되어 있다.

KR 0309356 Y1 (2003.03.20)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 과급 공기가 유동되며 냉각되는 튜브의 내측에 구비되는 이너핀이 고정되도록 하여 튜브 내부에서 이너핀이 일측으로 치우치지 않도록 함으로써, 튜브의 변형을 방지하고 과급 공기와 이너핀과의 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 열교환기를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열교환기는, 일정거리 이격되어 나란하게 형성되는 한 쌍의 헤더탱크(100); 상기 헤더탱크(100)들에 양단이 고정되어 열교환매체가 유동되는 유로를 형성하는 복수개의 튜브(200); 및 상기 튜브(200)들의 내부에 구비되는 이너핀(300); 을 포함하여 이루어지는 열교환기에 있어서, 상기 튜브(200)는 내부에 길이 방향으로 돌출 비드(210)가 형성되고, 상기 돌출 비드(210)는 상기 튜브(200) 폭 방향 양측 상면 및 하면에 각각 형성되어, 상기 이너핀(300)의 폭 방향 양단의 골(310) 부분이 상기 돌출 비드(210)의 외측으로 삽입되도록 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이너핀(300)의 폭 방향 양단은 상기 튜브(200)의 내부 측면에 밀착 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 돌출 비드(210)의 폭은 상기 이너핀(300)의 골(310) 부분의 폭과 동일하게 형성되어, 상기 돌출 비드(210)와 이너핀(300)이 밀착 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 돌출 비드(210)는 길이 방향 일단 또는 양단이 폭 방향 내측으로 절곡 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 돌출 비드(210)는 길이 방향 일단 또는 양단의 폭이 좁게 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 열교환기는 튜브의 내부에 균일하게 이너핀이 배치되어 고정된 후 결합되므로 튜브의 변형 및 폭발을 방지할 수 있고, 튜브 내부로 유동되는 과급 공기와 이너핀과의 열교환 효율이 증가되어 열교환기의 성능이 향상되는 장점이 있다.

또한, 튜브 내부에 이너핀이 균일하게 배치되므로 튜브 내부로 유동되는 과급 공기가 원활하게 유동될 수 있어 열교환기의 성능이 향상되는 장점이 있다.

도 1은 종래의 인터쿨러를 나타낸 사시도.
도 2는 도 1의 튜브를 자른 단면을 나타낸 부분사시도.
도 3 본 발명의 열교환기를 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 튜브 및 이너핀을 나타낸 부분 확대도.
도 5는 본 발명에 따른 이너핀 및 이너핀이 삽입된 튜브를 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 이너핀과 튜브의 조립방법을 나타낸 사시도.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 튜브의 실시예를 나타낸 단면도

이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 열교환기를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 열교환기와 튜브 및 이너핀을 나타낸 사시도 및 부분 확대도이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 열교환기(1000)는, 일정거리 이격되어 나란하게 형성되는 한 쌍의 헤더탱크(100); 상기 헤더탱크(100)들에 양단이 고정되어 열교환매체가 유동되는 유로를 형성하는 복수개의 튜브(200); 및 상기 튜브(200)들의 내부에 구비되는 이너핀(300); 을 포함하여 이루어지는 열교환기에 있어서, 상기 튜브(200)는 내부에 길이 방향으로 돌출 비드(210)가 형성되고, 상기 돌출 비드(210)는 상기 튜브(200) 폭 방향 양측 상면 및 하면에 각각 형성되어, 상기 이너핀(300)의 폭 방향 양단의 골(310) 부분이 상기 돌출 비드(210)의 외측으로 삽입되도록 결합된다.

우선, 상기 헤더탱크(100)는 내부에 열교환매체가 저장 및 유동되는 공간이 형성되며, 일정거리 이격되어 나란하게 한 쌍으로 구성된다. 그리고 상기 헤더탱크(100) 일측에는 열교환매체가 유입되는 입구파이프 및 열교환매체가 배출되는 출구파이프가 형성된다.

상기 튜브(200)는 상기 한 쌍의 헤더탱크(100)에 양단이 연결되며, 열교환매체의 유로를 형성하는 부분이다.

상기 튜브(200)들의 사이에는 방열핀(400)이 개재될 수 있으며, 상기 튜브(200)에 접하여 브레이징 등으로 결합되어, 상기 튜브(200) 내부로 유동되는 열교환매체로부터 열을 전달받아 외부로 방출한다. 이때, 상기 방열핀(400)은 주름진 형태로 또는 지그재그 형태로 절곡되어 방열 면적을 넓힐 수 있도록 형성된다.

그리하여 입구파이프로 유입되는 열교환매체는 헤더탱크(100), 튜브(200) 및 헤더탱크(100)를 거쳐 상기 출구파이프로 배출되며, 통과되는 동안 외부의 냉각공기와 열교환을 일으켜 열교환매체의 열을 방출하도록 구성된다.

여기에서 상기 튜브(200)의 내부로 유동되는 공기는 과급기를 통과한 고온의 압축공기이며, 열교환 효율을 높이기 위해 상기 튜브(200)의 내부에 이너핀(300)이 구비된다. 그리고 상기 이너핀(300)은 튜브(200)들 사이에 개재되는 방열핀(400)과 마찬가지로 열교환 면적을 넓히기 위해 주름진 형태로 또는 지그재그 형태로 절곡되어 튜브(200) 내부에 삽입된다.

또한, 튜브(200) 내부에 구비되는 이너핀(300)은 튜브(200)의 폭 방향으로 이너핀(300)의 주름진 방향이 배치되도록 삽입되며, 상기 이너핀(300)은 상기 튜브(200)의 길이보다 짧게 형성되어 복수개의 이너핀(300)이 차례로 삽입되도록 형성될 수 있다.

이때, 상기 튜브(200)는 내부에 길이 방향으로 돌출 비드(210)가 형성되고, 상기 돌출 비드(210)는 상기 튜브(200) 폭 방향 양측 상면 및 하면에 각각 형성되어, 상기 이너핀(300)의 폭 방향 양단의 골(310) 부분이 상기 돌출 비드(210)의 외측으로 삽입되도록 결합된다.

즉, 상기 돌출 비드(210)는 도 3 및 도 4와 같이 상기 튜브(200)의 내측으로 돌출되도록 형성되되, 튜브(200)의 길이 방향을 따라 길게 형성되고, 튜브(200) 내부 양측의 상면과 하면에 각각 형성된다. 여기에 상기 이너핀(300)이 삽입되어 결합되되, 상기 이너핀(300)은 주름지게 형성되어 골(310)과 산(320)이 형성되므로 상기 골(310) 부분이 상기 돌출 비드(210)의 외측으로 삽입되도록 결합된다. 이때, 상기 돌출 비드(210)는 튜브(200)의 내부 상면과 하면에 각각 형성되는 위치가 이너핀(300)의 골(310)에 일치하도록 폭 방향으로 이너핀(300) 골(310)의 1/2피치만큼 어긋나게 형성될 수 있다. 또한, 이너핀(300)의 양단에 형성된 상측 및 하측의 골(310)이 상기 돌출 비드(210)의 외측에 삽입되도록 결합되어, 이너핀(300)이 전체적으로 피치가 일정하게 고정될 수 있다. 이와 같이 튜브(200)의 내부에 삽입된 이너핀(300)은 브레이징에 의해 결합될 수 있다.

이와 같이 본 발명의 열교환기는 튜브의 내부에 균일하게 이너핀이 배치되어 고정된 후 결합되므로 튜브 상면과 하면이 이너핀에 의해 결합되어 고정된다. 그러므로 튜브의 강성이 증가하여 튜브 내부로 유동되는 고온의 압축공기에 의한 변형 및 폭발을 방지할 수 있고, 이너핀이 튜브 내부에 균일하게 배치되므로 튜브 내부로 유동되는 과급 공기와 이너핀과의 열교환 효율이 증가되어 열교환기의 성능이 향상되는 장점이 있다. 또한, 튜브 내부에 이너핀이 균일하게 배치되므로 튜브 내부로 유동되는 과급 공기가 원활하게 유동될 수 있어 열교환기의 성능이 향상되는 장점이 있다.

그리고 본 발명의 열교환기는, 상기 이너핀(300)의 폭 방향 양단이 상기 튜브(200)의 내부 측면에 밀착 결합될 수 있다. 이는 이너핀(300)의 양단이 산(310)의 절반이 잘려진 형태로 형성되므로, 도 4와 같이 이너핀(300)의 구부러진 끝부분이 튜브(200)의 내측면과 돌출 비드(210) 사이에 삽입되어 밀착될 수 있도록 결합되는 것이다. 그리하여 튜브(200)와 이너핀(300)과의 접촉 면적이 증가하므로 열교환 효율이 향상될 수 있다.

또한, 상기 돌출 비드(210)의 폭은 상기 이너핀(300)의 골(310) 부분의 폭과 동일하게 형성되어, 상기 돌출 비드(210)와 이너핀(300)이 밀착 결합될 수 있다. 이는 돌출 비드(210)와 이너핀(300) 골(310)의 접촉면적을 증가시켜 열교환 효율을 향상시키기 위함이다.

또한, 상기 돌출 비드(210)는 길이 방향 일단 또는 양단이 폭 방향 내측으로 절곡 형성될 수 있다. 이는 도 5 내지 도 7과 같이 튜브(200)에 삽입되기 전의 이너핀(300)의 폭(W1)이 튜브(200) 내부의 폭 보다 작게 형성되므로, 튜브(200) 내에 이너핀(300)을 삽입할 때 이너핀(300)을 폭 방향으로 벌려 넓힌 상태(W2)로 이너핀(300)의 양단의 골(310) 부분이 돌출 비드(210)를 따라 삽입되도록 결합하게 된다. 그러므로 상기 돌출 비드(210)의 일단 또는 양단이 튜브(200)의 폭 방향 내측으로 절곡되도록 절곡부(211)를 형성하면, 이너핀(300)을 폭 방향으로 벌리지 않은 상태에서도 골(310) 부분이 절곡부(211)를 따라 삽입될 수 있어 돌출 비드(210)를 따라 이너핀(300)을 조립하기 용이한 장점이 있다.

또한, 상기 돌출 비드(210)는 길이 방향 일단 또는 양단의 폭이 좁게 형성될 수 있다. 즉, 도 8과 같이 상기 돌출 비드(210)의 일단 또는 양단을 압착하여 폭이 좁은 도입부(212)를 형성할 수 있으며, 이로 인해 이너핀(300)의 골(310) 부분이 상기 돌출 비드(210)를 따라 삽입되기 용이하므로 조립 생산성을 향상시킬 수 있다.

그리고 상기 튜브(200)는 판재로 형성되어 다수개의 롤러를 연속적으로 통과하며 롤 성형 방식으로 제작될 수 있다. 이는 엠보싱 롤을 통과하며 판재가 프레싱되어 돌출 비드(210)가 형성되고, 다단의 성형 롤을 통과하며 절곡된 후 용접 롤을 통과하며 용접되어 튜브 형태로 제조될 수 있는 것이다. 또한, 튜브(200)는 압출성형 방식으로 돌출 비드(210)와 일체형으로 제조될 수 있으며, 돌출 비드(210)를 별도로 제작하여 튜브(200)에 결합할 수도 있다.

본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

1000 : (본 발명의) 열교환기
100 : 헤더탱크
200 : 튜브
210 : 돌출 비드
211 : 절곡부 212 : 도입부
300 : 이너핀
310 : 골 320 : 산
400 : 방열핀

Claims

일정거리 이격되어 나란하게 형성되는 한 쌍의 헤더탱크(100);
상기 헤더탱크(100)들에 양단이 고정되어 열교환매체가 유동되는 유로를 형성하는 복수개의 튜브(200); 및
상기 튜브(200)들의 내부에 구비되는 이너핀(300); 을 포함하여 이루어지는 열교환기에 있어서,
상기 튜브(200)는 내부에 길이 방향으로 돌출 비드(210)가 형성되고, 상기 돌출 비드(210)는 상기 튜브(200) 폭 방향 양측 상면 및 하면에 각각 형성되어, 상기 이너핀(300)의 폭 방향 양단의 골(310) 부분이 상기 돌출 비드(210)의 외측으로 삽입되도록 결합되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 이너핀(300)의 폭 방향 양단은 상기 튜브(200)의 내부 측면에 밀착 결합되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 돌출 비드(210)의 폭은 상기 이너핀(300)의 골(310) 부분의 폭과 동일하게 형성되어, 상기 돌출 비드(210)와 이너핀(300)이 밀착 결합되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 돌출 비드(210)는 길이 방향 일단 또는 양단이 폭 방향 내측으로 절곡 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 돌출 비드(210)는 길이 방향 일단 또는 양단의 폭이 좁게 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.