KR20140035427A - 열 교환기 - Google Patents

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KR20140035427A
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Abstract

번들의 튜브(4)들의 단부들을 수용할 수 있는 림 구멍(3)들이 형성되는 벽(2)을 갖는 수집기 평판(1)을 갖는 타입의 열 교환기로서, 수집기 평판(2)은, 튜브(4)들에 대한 납땜된 또는 용접된 연결의 목적으로, 림 구멍(3)들 주위에 칼라(5)들을 형성하도록 디자인되고, 벽(2)은 튜브 번들을 향하여 마주하는 전방 측(6) 그리고 수집 탱크를 향하여 마주하는 후방 측(7)을 갖는다. 각각의 칼라(5)는 벽(2)의 후방 측(7) 상의 직선 베이스 평면(8)으로부터 수집 탱크의 방향으로 연장한다.

Description

열 교환기 {HEAT EXCHANGER}
본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 열 교환기에 관한 것이며, 또한 열 교환기, 특히 청구항 제 6 항 및 제 7 항의 전제부에 따른 열 교환기용 수집기 평판(plate)의 제조 방법에 관한 것이다.
열 교환기의 목적은 2 개의 매질들 사이에 열을 교환하는 것이다. 가열되거나 또는 냉각될 매질은 액체 또는 가스 상태의 응집물을 가질 수 있거나 흐림이 열 교환기를 통과할 때 응집물의 상태의 변화를 경험할 수 있다. 대부분의 부분에 대한 열 교환기는 튜브/주름형 리브 매트릭스 및 또한 튜브들을 수용하는 수집기 평판들을 갖는 수집 베슬들을 포함한다. 튜브/주름형 리브 매트릭스에 대하여 압출된 또는 용접된 또는 접힌 둥근 튜브 또는 편평한 튜브가 사용될 수 있다. 수집 베슬들은 종종 2 개의 별개의 부분들(절반의 쉘들 또는 박스 단면들)로부터 형성되며 연결 파이프들을 수용하기 위해 지지부들을 갖는다. 하부 절반의 쉘은 흐름이 통과하는 튜브들을 수용하는 통로들을 갖는다.
일반적인 타입의 열 교환기가 예를 들어, WO 2009149838 A1 에 공개된다. 이러한 열 교환기, 특히 자동차용 열 교환기는 다수의 튜브들, 벽 그리고 벽 내의 개구들을 갖는 하나 이상의 헤더, 및 상기 개구들에 형성되며, 개구들의 축방향으로 벽으로부터 돌출하는 통로들을 포함한다. 튜브들은 상기 튜브들의 일 단부의 구역 내의 통로들에 부분적으로 배열되어서 통로들과 튜브들 사이에는 유체 기밀 연결이 존재한다.
열 교환기들을 위한 일반적인 타입의 헤더는 또한 DE 10 2004 040 988 A1 에 공개된다. 헤더는 그 중에서도 편평한 베이스 구역 및 한 쌍의 단차식 구역들을 포함하며 단차식 구역들은 직선의 또는 곡선의 윤곽이 베이스 구역의 평면에 대하여 각을 형성하는 구역들이다. 헤더는 그 길이에 걸쳐 다수의 평행하고, 이격된 슬롯들을 갖도록 디자인된다. 각각의 슬롯은 베이스 구역의 폭에 걸쳐 연장하는 긴 섹션, 및 헤더의 단차식 구역 내의 긴 섹션으로부터 돌출하는 단부 섹션들을 갖도록 디자인된다.
튜브 단부들이 내측으로 삽입되는 튜브 개구 또는 바닥 통로는 종래 기술의 경우 천공되거나 쪼개어진다. 통로 그 자체는, 특히 튜브 좁은 측들 상에 비교적 적은 개수의 위치 선정 및 지지 표면들을 제공한다. 제작 프로세스들 또는 구성을 고려하면, 튜브 좁은 측은 통로가 튜브 단부들에 납땜되거나 용접될 때 가장 높은 열 부하를 받는 지점이다. 이러한 점에서, 열 응력이 증가할수록, 튜브 바닥 연결의 연결 지점의 구역, 및 특히 튜브 좁은 측의 응력은 상당히 증가한다. 관련된 연결 지점에서의 빈번한 조기의 균열 또는 크랙이 이로부터 초래된다.
본 발명은 특히 열 응력에 관하여 개선된 열 교환기를 생성하는 목적을 기본으로 한다.
이러한 목적은 청구항 제 1 항의 특징들을 갖는 열 교환기에 의해 달성된다. 유리한 실시예들은 종속 청구항들의 요지이다.
본 목적은 각각의 경우에 수집 베슬의 방향으로 벽의 후방 측 상의 직선 베이스 평면으로부터 연장하는, 본 발명에 따른 칼라에 의해 달성된다. 따라서, 칼라들은 종래 기술로부터 공지된 것과 같이 튜브 번들들의 방향으로 전방 측으로부터 배열되지 않고, 오히려 수집기 평판의 후방 측 상에 배열되며, 따라서 수집 베슬의 방향으로 벽으로부터 연장한다. 칼라들의 본 발명에 따른 디자인 및 배열의 결과로써, 튜브 좁은 측들은 특히, 편향되는 튜브들의 가열의 결과로써 발생하는, 응력 피크들 및 팽창력의 효과에 의해 언로드될 수 있다.
본 발명에 따른 해결책은 특히 차량 구조에서 모든 타입들의 열 교환기들에 대하여, 특별히 납땜된 및/또는 용접된 수집 베슬들을 갖는 열 교환기들에 대하여 하지만 또한 플라스틱으로 만들어진 수집 베슬을 갖는 열 교환기들에 대하여 사용될 수 있다.
각각의 칼라가, 튜브 좁은 측의 접촉 구역에서, 베이스 평면으로부터 비스듬하게 상방으로 그리고 외부 방향으로 상승되거나 또는 연장하는 벽의 후방 측 상의 단부 구역을 형성하는 일 실시예가 제공된다.
벽의 후방 측 상의 비스듬하게 상방으로 그리고 외부 방향으로 연장하거나 또는 상승되는 단부 구역의 결과로써, 단부 구역의 동시적 리세스가 그와 달리 본질적으로 직선 전방 측에 대하여 생성된다. 이러한 리세스는 납땜 또는 용접 프로세스 동안 추가적인 채움 표면의 역할을 할 수 있으며 이러한 점에서 특히 유리하게는 튜브 좁은 측 주위에 위치된다.
튜브들에 대한 접촉 구역에 통로들을 도입함으로써, 통로 접촉 표면이 형성되고, 통로 접촉 표면은 적어도 약간 곡선의 디자인일 수 있는 다른 실시예가 제공된다.
튜브들에 대한 접촉 구역에 통로들을 도입함으로써, 통로 접촉 표면이 형성되고, 통로 접촉 표면은 사다리꼴 디자인일 수 있는 다른 바람직한 실시예가 제공된다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른, 열 교환기들, 특히 수집기 평판의 제조 방법에 관한 것이며, 튜브 번들의 방향으로 수집기 평판 내에 골(trough)형 리세스를 형성 또는 도입하는 단계, 그 후에 수집 베슬의 방향으로 하나 이상의 리세스 섹션을 반전(reverse) 성형하는 단계, 그리고 최종적으로 수집 베슬의 방향으로 통로들을 형성 또는 도입하는 단계를 갖는다. 상기 방법의 제 2 및 제 3 단계들을 교체하는 것을 또한 생각해 볼 수 있으며 수집 베슬의 방향으로 통로들을 형성 또는 도입하는 단계가 방법의 제 2 단계에서 이미 실행되는 것이 가능하고 그 후 수집 베슬의 방향으로 하나 이상의 리세스 섹션을 반전 성형하는 상기 방법의 제 3 단계에서 실행되는 것이 가능하게 된다.
칼라가 수집기 평판 또는 벽의 후방 측 상으로 항상 연장하거나, 또는 수집 베슬의 방향으로 후방 측 상의 직선 기준 평면으로부터 항상 연장하는 것이 본 발명에 있어서 본질적이다.
추가적인 변형예에서, 방법의 제 2 단계에서(청구항 제 6 항) 또는 방법의 제 3 단계에서(청구항 제 7 항) 단지 수집 베슬의 방향으로의 통로들 사이의 평면만이 반전 성형되는 것이 제공된다.
추가적인 변형예에서, 하나 이상의 골형 리세스 섹션의 반전 성형에 의해, 직선으로 연장하는 베이스 평면이 형성될 수 있다. 이러한 섹션은 2 개의 인접한 통로들 사이에서 연장하는 특히 재료 섹션이다.
본 발명의 다른 이점들, 특징들 및 세부 사항들은 본 발명의 예시적인 실시예가 도면들을 참조하여 설명되는 이후의 설명으로부터 이해된다. 이러한 경우, 청구항들 및 설명에서 언급되는 특징들은 각각의 경우 또는 임의의 조합과 별개로 본 발명에 있어서 본질적일 수 있다.
도 1 은 일체형 튜브 단부들을 갖는 수집기 평판의 개략적으로 표현된 단면을 나타내고;
도 2 는 도 1 에 따른 수집기 평판을 배면도로 나타내고;
도 3 은 도 1 에 따른 수집기 평판을 제조하기 위한 개략적으로 나타낸 방법의 단계들(A 내지 C)을 나타낸다.
도 1 은 짧아진 형태로 나타낸 수집기 평판(1)의 단면을 개략적인 도시로 나타낸다. 수집기 평판(1)은 통로(3)들(유사한 구성요소들은 동일한 부호들을 가짐)이 도입되는 벽(2)을 갖고, 이 통로들은 튜브(4)들의 번들의 단부들을 수용한다. 수집기 평판(1)의 벽(2)은 튜브(4)들에 대한 납땜된 또는 용접된 연결의 목적을 위해 통로(3)들 주위에 칼라(5)들을 형성하도록 디자인되고, 벽(2)은 튜브 번들을 마주하는 전방 측(6) 및, 더 상세하게 나타내지 않는 수집기 베슬을 마주하는 후방 측(7)을 갖는다.
이러한 경우, 칼라(5)는 각각의 경우에 수집 베슬의 방향으로 벽(2)의 후방 측(7) 상의 직선 베이스 평면(8)으로부터 연장한다. 각각의 칼라(5)는, 튜브 좁은 측(10)의 접촉 구역(9)에서, 벽(2)의 후방 측(7)의 단부 구역(11)을 형성하고, 이벽은 베이스 평면(8)으로부터 비스듬하게 상방으로 그리고 외부 방향으로 상승되거나 연장한다. 상승된 단부 구역(11)은 반전 성형되는 인접한 통로(3)들의 단지 중간 구역(13)들에 의해 생성된다.
도 2 는 수집기 평판(1)을 배면도로 나타낸다. 벽(2)의 후방 측(7) 상의 비스듬하게 상방으로 그리고 외부 방향으로 연장하거나 또는 상승되는 단부 구역(11)의 결과로써, 그와 달리 본질적인 직선 정면 측(6)에 대한 단부 구역(11)의 동시적 리세스(12)가 생성되는 것을 쉽게 볼 수 있다.
리세스(12)는 반전 성형되는 인접한 통로(3)들의 단지 중간 구역(13)들에 의해 생성된다.
도 3 은 통로(3)들을 갖는 수집기 평판(1)을 제조하기 위한 개략적으로 나타낸 방법의 단계(A 내지 C)들을 나타낸다.
방법의 단계(A)는 이러한 경우 튜브 번들의 방향으로 수집기 평판(1) 내에 골형 리세스(14)를 적어도 형성 또는 도입하고, 동시에 상승된 단부 구역(11)들을 형성하는 단계를 포함한다. 리세스(14)는 벽(2)의 전방 측(6) 상에 위치된다. 이러한 경우, 예컨대 D 는 5 ㎜ 와 동일할 수 있고 d 는 8 ㎜ 와 동일할 수 있다.
방법의 제 2 단계(B)에서, 2 개의 통로(3)들 사이에서 연장하는 직선 베이스 평면(8)이 리세스(14)의 특정한 영역에서 반전 성형에 의해 형성된다. 상승된 채로 남아있는 단부 구역(11)들의 구역에는, 통로(3)들이 그 후 방법의 단계(C)에서 형성되고, 그 결과 베이스 평면(8)으로부터 연장하는 칼라(5)들이 벽(2)의 후방 측(7) 상에 생성된다.

Claims (10)

  1. 튜브(4)들의 번들의 단부들을 수용할 수 있는 통로들이 도입되는 벽(2)을 갖는, 수집기 평판(1)을 갖는 타입의 열 교환기로서, 상기 수집기 평판(1)의 벽(2)은 튜브(4)들에 대한 납땜된 또는 용접된 연결의 목적으로 통로(3)들 주위에 칼라(5)들을 형성하도록 디자인되고, 상기 벽(2)은 튜브 번들을 마주하는 전방 측(6) 그리고 수집 베슬을 마주하는 후방 측(7)을 갖는, 열 교환기에 있어서,
    칼라(5)가 각각의 경우에 수집 베슬의 방향으로 벽(2)의 후방 측(7) 상의 직선 베이스 평면(8)으로부터 연장하는 것을 특징으로 하는,
    열 교환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각각의 칼라(5)는, 튜브 좁은 측(10)의 접촉 구역(9)에서, 베이스 평면(8)으로부터 비스듬하게 상방으로 그리고 외부 방향으로 상승되거나 또는 연장하는 벽의 후방 측(7) 상에 단부 구역(11)을 형성하는 것을 특징으로 하는,
    열 교환기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 벽(2)의 후방 측(7) 상의 비스듬하게 상방으로 그리고 외부 방향으로 연장하는 또는 상승되는 단부 구역(11)의 결과로써, 그와 달리 본질적으로 직선 전방 측(6)에 대한 단부 구역(11)의 동시적 리세스(12)가 생성되는 것을 특징으로 하는,
    열 교환기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 튜브(4)들에 대한 접촉 구역에 통로(3)들을 도입함으로써, 통로 접촉 표면이 형성되고, 상기 통로 접촉 표면은 적어도 약간 곡선의 디자인인 것을 특징으로 하는,
    열 교환기.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 튜브(4)들에 대한 접촉 구역에 통로(3)들을 도입함으로써, 통로 접촉 구역이 형성되고, 상기 통로 접촉 표면은 사다리꼴 디자인인 것을 특징으로 하는,
    열 교환기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 열 교환기, 특히 수집기 평판(1)의 제조 방법에 있어서,
    - 상기 튜브 번들의 방향으로 수집기 평판(1)에 골형 리세스(14)를 형성 또는 도입하는 단계;
    - 그 후에 수집 베슬의 방향으로 하나 이상의 리세스(14) 섹션[중간 구역(13)]을 반전 성형하는 단계;
    - 상기 수집 베슬의 방향으로 통로(3)들을 형성 또는 도입하는 단계를 갖는,
    열 교환기, 특히 수집기 평판의 제조 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 열 교환기, 특히 수집기 평판(1)의 제조 방법에 있어서,
    - 상기 튜브 번들의 방향으로 수집기 평판(1)에 골형 리세스(14)를 형성 또는 도입하는 단계;
    - 수집 베슬의 방향으로 통로(3)들을 형성 또는 도입하는 단계;
    - 그 후에 수집 베슬의 방향으로 하나 이상의 리세스(14) 섹션[중간 구역(13)]을 반전 성형하는 단계를 갖는,
    열 교환기, 특히 수집기 평판의 제조 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 방법의 제 2 단계에서 단지 수집 베슬의 방향으로의 통로(3)들 사이에 평면[중간 구역(13)]이 반전 성형되는 것을 특징으로 하는,
    열 교환기, 특히 수집기 평판의 제조 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 방법의 제 3 단계에서 단지 수집 베슬의 방향으로의 통로들 사이에 평면[중간 구역(13)]이 반전 성형되는 것을 특징으로 하는,
    열 교환기, 특히 수집기 평판의 제조 방법.
  10. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 골형 리세스(14)의 하나 이상의 중간 구역(13)의 반전 성형의 결과로써 직선으로 연장하는 베이스 평면(8)이 형성되는 것을 특징으로 하는,
    열 교환기, 특히 수집기 평판의 제조 방법.
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