KR20160150089A - 열교환기용 코어 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉각수 또는 오일과 같은 유체를 냉각시키는 열교환기를 구성하는 코어 어셈블리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하부 및 상부 플레이트의 외측 단부에 벤딩부를 마련함으로써, 튜브바와의 접합 면적을 넓히고 접합 강도 및 내압성을 향상시키고 안착홈 및 벤딩부를 통해 핀 및 튜브바의 정렬 위치가 구획되기 때문에 조립성이 향상되고, 치수 안정성이 높아지며, 안착홈의 경사부와 튜브바의 경사면에서 접합이 이루어지므로 그 계면에서의 기밀성을 보다 향상시킬 수 있는 열교환기용 코어 어셈블리 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

열교환기용 코어 어셈블리{core assembly for heat exchanger}

본 발명은 냉각수 또는 오일과 같은 유체를 냉각시키는 열교환기를 구성하는 코어 어셈블리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하부 및 상부 플레이트의 외측 단부에 벤딩부를 마련함으로써, 튜브바와의 접합 면적을 넓히고 접합 강도 및 내압성을 향상시키고 안착홈 및 벤딩부를 통해 핀 및 튜브바의 정렬 위치가 구획되기 때문에 조립성이 향상되고, 치수 안정성이 높아지며, 안착홈의 경사부와 튜브바의 경사면에서 접합이 이루어지므로 그 계면에서의 기밀성을 보다 향상시킬 수 있는 열교환기용 코어 어셈블리 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 선박 또는 자동차 등의 엔진을 구동함에 있어, 연소실 안의 연소가스의 온도는 2,000℃ 이상에 이르고, 이 온도의 상당한 양이 실린더, 실린더 헤드, 피스톤, 밸브 등에 전도된다.

이러한 부분의 온도가 과도하게 높아지면 부품 재료의 강도가 저하되어 고장이 생기거나 수명이 단축되고, 연소상태가 나빠져 노킹이나 조기 점화가 발생하며 그 결과 엔진의 출력이 저하된다.

또한, 냉각이 불완전한 상태에서는 실린더 벽의 유막이 끊기는 등의 윤활기능의 저하와 냉각수의 변질 등으로 이상마모, 눌러 붙는 등 고장의 원인이 된다. 반대로 지나치게 냉각되면 연소에서 발생한 열량 가운데 냉각으로 손실되는 열량이 크기 때문에, 엔진의 열효율이 낮아지고 연료 소비량의 증가하는 등의 문제가 생기므로 엔진의 온도를 알맞게 유지해주어야 한다. 이와 같이 엔진을 통과하며 가열된 냉각수(열매체)는 열교환기를 통해 적정한 수준으로 냉각시켜야 한다. 냉각수와 마찬가지로 엔진을 구동할 때 엔진오일, 미션오일 등이 필수적으로 사용되며, 오일(열매체)은 엔진 실린더, 크랭크 샤프트와 같은 기계적 부품의 냉각 및 섭동부위의 마찰을 줄이기 위한 윤활작용을 하며, 열교환기를 통해 냉각시켜야 한다.

도 7a는 종래 열교환기를 도시하는 사시도이고, 7b는 도 7a의 A부분을 확대 도시한 도면으로서, 이를 참조하면 열교환기는 오일과 같은 열매체가 유입되는 유입구(15)가 형성된 상부탱크(10)와, 유출구(25)가 형성된 하부탱크(20)와, 상부탱크(10)로부터 유입된 오일을 외부공기에 의해 냉각시키는 코어 어셈블리(30)를 포함하여 구성된다.

상기 코어 어셈블리는 가장 먼저 코어 어셈블리의 각 구성을 조립하여 브레이징 용접을 통해 완성한 후 이 코어 어셈블리에 상,하부탱크를 접합하고, 상,하부탱크에 냉각수를 공급하고 배출시키기 위한 파이프 등을 접합하는 과정을 개별적으로 작업하여 제조된다.

그리고 코어 어셈블리(30)는 에어핀(42)과, 에어핀(42)의 상하로 배치되는 헤드바(43)로 이루어지는 다수의 에어유닛(41)을 포함하는 에어부(40) 및 각 에어유닛(41)의 좌우로 배치되는 다수의 열매체유닛(미도시)을 포함하는 오일부(50)로 이루어지며, 상기 에어유닛과 열매체유닛은 플레이트를 경계로 교대로 배치된다.

상기 열매체유닛은 하부 및 상부 플레이트 사이에 삽입된 핀과, 상기 핀의 양단에 배치되는 튜브바로 이루어지며, 각 플레이트와 튜브바가 교대로 적층되어 튜브바의 상,하면에서 브레이징 접합이 이루어진다.

다만, 상기 플레이트와, 핀, 튜브바를 놓는 위치가 구획되어 있지 않아 조립 과정이 복잡하고, 적층할 때 이들이 제 위치에 놓이지 않거나 조립 작업 중 위치가 틀어지는 경우 불량이 발생하게 되는 문제가 있다. 또한, 튜브바의 상,하면에서만 접합이 이루어지기 때문에, 일부에서 접합이 완전하게 이루어지지 않은 경우 오일 등이 샐 수 있어 기밀성능, 접합 강도 및 내압성을 향상시킬 수 있는 구조의 코어 어셈블리의 개발이 필요한 실정이다.

1. 대한민국 등록특허 제10-1417218호 2. 대한민국 공개특허 제10-2013-0117421호 3. 대한민국 등록특허 제10-1374925호

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 하부 및 상부 플레이트의 외측 단부에 벤딩부를 마련함으로써, 튜브바와의 접합 면적을 넓히고 접합 강도 및 내압성을 향상시킬 수 있는 열교환기용 코어 어셈블리 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 안착홈 및 벤딩부를 통해 핀 및 튜브바의 정렬 위치가 구획되기 때문에 조립성이 향상되고, 치수 안정성이 높아지며, 안착홈의 경사부와 튜브바의 경사면에서 접합이 이루어지므로 그 계면에서의 기밀성이 향상되어 열매체가 새는 것을 방지할 수 있는 열교환기용 코어 어셈블리 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

이를 위해 본 발명에 따른 열교환기용 코어 어셈블리는 열매체가 흐르는 열매체유닛과, 상기 열매체와 열교환하는 공기가 흐르는 에어유닛을 포함하며, 상기 열매체유닛은 하부 플레이트와; 상기 하부 플레이트의 상측에 이격하여 배치되는 상부 플레이트와; 상기 하부 및 상부 플레이트 사이에 마련되는 제1공간부와; 상기 제1공간부의 일단 및 타단에 각각 배치되는 한 쌍의 튜브바와; 상기 튜브바 사이에 배치되는 핀;을 포함하고, 상기 하부 및 상부 플레이트의 각 단부에는 상기 튜브바의 외측 단면의 일부를 감싸도록 벤딩부가 마련되어 접합시 상기 튜브바와의 접합면을 넓히고 내압성을 향상시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 열교환기용 코어 어셈블리의 하부 및 상부 플레이트에는 상기 튜브바와 핀 사이의 경계를 따라 각각 상측 및 하측으로 요입되는 안착홈이 형성되며, 상기 안착홈을 기준으로 내측에는 핀 접합부가 마련되고, 외측에는 튜브바 접합부와, 상기 튜브바 접합부에서 절곡되는 상기 벤딩부가 마련되며, 상기 튜브바는 상기 안착홈, 튜브바 접합부 및 벤딩부에 접합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 열교환기용 코어 어셈블리의 튜브바의 내측 단부는 삼각 형상의 경사면으로 이루어지고, 상기 안착홈의 일측에는 상기 튜브바의 경사면과 면접촉하여 접합되는 경사부가 마련되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 열교환기용 코어 어셈블리 제조방법은 열매체가 흐르는 열매체유닛과, 상기 열매체와 열교환하는 공기가 흐르는 에어유닛이 교번하여 적층된 구조를 가지며, 하부 및 상부 플레이트를 마련하되, 양단부를 절곡하여 한 쌍의 벤딩부를 형성하고, 상기 벤딩부의 내측으로 상기 벤딩부와 나란한 한 쌍의 안착홈을 형성하는 S1단계와; 상기 하부 플레이트의 벤딩부와 안착홈 사이에 튜브바를 적층하고, 상기 한 쌍의 안착홈 사이에는 핀을 적층하는 S2단계와; 상기 상부 플레이트의 벤딩부와 안착홈 사이에 상기 튜브바가 배치되도록 상기 상부 플레이트를 적층하는 S3단계와; 상기 상부 플레이트 상에 에어핀과, 상기 에어핀의 양단에 배치되는 한 쌍의 헤드바를 적층하는 S4단계와; 상기 S1단계 내지 S4단계가 반복되어 형성된 코어 어셈블리 가조립체를 접합하는 S5단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 열교환기용 코어 어셈블리 제조방법에 있어서, S5단계에서 상기 안착홈 및 벤딩부는 상기 튜브바와 접합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 열교환기용 코어 어셈블리 제조방법에 있어서, 안착홈은 상기 튜브바의 경사면과 면접촉하여 접합되는 경사부가 마련되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 열교환기용 코어 어셈블리 제조방법에 있어서, 적어도 상기 튜브바, 하부 및 상부 플레이트에는 각각 클래드층이 형성되어 브레이징 방식으로 접합되는 것을 특징으로 한다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명에 따른 열교환기용 코어 어셈블리 및 그 제조방법은 하부 및 상부 플레이트의 외측 단부에 벤딩부를 마련함으로써, 튜브바와의 접합 면적을 넓히고 접합 강도 및 내압성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 열교환기용 코어 어셈블리 및 그 제조방법은 안착홈 및 벤딩부를 통해 핀 및 튜브바의 정렬 위치가 구획되기 때문에 조립성이 향상되고, 치수 안정성이 높아지며, 안착홈의 경사부와 튜브바의 경사면에서 접합이 이루어지므로 그 계면에서의 기밀성이 향상되어 오일 또는 물과 같은 열매체가 세는 것을 보다 확실하게 막을 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 코어 어셈블리가 장착된 열교환기를 도시하는 사시도이고, 도 2는 도 1의 정면도이며, 도 3은 에어유닛과 열매체유닛이 적층된 모습을 도시하는 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 열매체유닛을 도시하는 사시도이고, 도 5는 도 4의 평면도이며, 도 6은 도 4의 단면도이다.
도 7a는 종래 열교환기를 도시하는 사시도이고, 7b는 도 7a의 A부분을 확대 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 코어 어셈블리가 장착된 열교환기를 도시하는 사시도이고, 도 2는 도 1의 정면도이며, 도 3은 에어유닛과 열매체유닛이 적층된 모습을 도시하는 평면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 코어 어셈블리는 열매체를 냉매인 공기로 냉각시키는 열교환기에 사용되는 것으로서, 상부탱크(110)와, 상기 상부탱크(110)와 이격 설치되는 하부탱크(120) 사이에 배치된다.

상기 열매체는 오일 또는 물인 것을 예시할 수 있다.

상기 상부탱크(110)에는 차량의 엔진 등의 각 부분을 돌고 난 고온의 오일이 유입되는데, 이를 위해 열매체유입구(111)가 형성된다. 코어 어셈블리(130)는 상부탱크(110)를 통해 유입된 오일이 지나면서 하부탱크(120) 측으로 이동되는데, 이러한 과정에서 외부 공기에 의해 오일이 냉각된다. 하부탱크(120)에는 상술한 바와 같이 코어 어셈블리(130)를 지나면서 냉각되는 오일이 오일펌프(미도시)로 유출되는데, 이를 위해 열매체유출구(121)가 형성된다.

*상기 코어 어셈블리(130)는 다수의 플레이트(161,161a)와, 상기 플레이트(161,161a)에 의해 구획되어 교대로 배치되는 다수의 제1,2공간부(140,150)와, 상기 제1공간부(140)에 설치되는 열매체유닛(160)과, 상기 제2공간부(150)에 설치되는 에어유닛(151)과, 상기 코어 어셈블리(130)의 양 측면에는 배치되는 코어 가드(133)를 포함할 수 있다.

상기 열매체유닛(160)은 상기 상부탱크(110)를 통해 유입된 오일이 다수의 제1공간부(140)를 통해 수직방향으로 흘러내리면서 에어유닛(151)을 통과하는 공기에 의해 냉각되도록 하는 것이다.

상기 에어유닛(151)은 상기 제2공간부(150) 내에 설치되며 금속박판이 주름진 모양으로 형성되는 에어핀(152)과, 상기 제2공간부(150)의 상,하단을 각각 밀폐하도록 횡방향으로 배치되는 한 쌍의 헤드바(153)를 포함한다.

도 4는 본 발명에 따른 열매체유닛을 도시하는 사시도이고, 도 5는 도 4의 평면도이며, 도 6은 도 4의 단면도이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 열매체유닛(160)은 하부 플레이트(161)와, 상기 하부 플레이트(161)의 상측에 이격하여 배치되는 상부 플레이트(161a)와, 상기 하부 및 상부 플레이트(161,161a) 사이에 마련되는 제1공간부(140)와, 상기 제1공간부(140)의 일단 및 타단에 각각 배치되어 제1공간부(140)의 양측단을 밀폐하는 한 쌍의 튜브바(190)와, 상기 튜브바(190) 사이에 배치되며 오일이 열접촉을 하며 통과할 수 있는 구조의 핀(180)을 포함한다.

상기 하부 및 상부 플레이트(161,161a)의 각 단부에는 상기 튜브바(190)의 외측 단면의 일부를 감싸도록 벤딩부(163)가 마련된다.

상기 튜브바(190)의 외측 단면이 수직면인 경우, 상기 벤딩부(163)도 이에 대응하도록 상하로 수직하게 절곡되어 튜브바(190)와 접하게 된다.

이와 같이, 상기 하부 및 상부 플레이트(161,161a)에 벤딩부(163)를 마련함으로써, 상기 튜브바(190)와의 접합면을 넓어져 접합 강도가 향상되고, 상기 튜브바(190)를 따라 절곡됨으로써 구조적으로 안정하기 때문에 기밀성 내지 내압성을 극대화할 수 있다.

상기 하부 및 상부 플레이트(161,161a)에는 상기 튜브바(190)와 핀(180) 사이의 경계를 따라 각각 상측 및 하측으로 요입되는 안착홈(165)이 형성된다.

상기 안착홈(165)은 상기 벤딩부(163)와 함께 튜브바(190)가 안착될 수 있도록 공간을 구획하여 조립성을 향상시키고, 접합면을 넓혀 접합 강도, 밀폐 성능 및 내압성을 높이게 된다.

상기 안착홈(165)을 기준으로 내측에는 핀 접합부(167)가 마련되고, 외측에는 튜브바 접합부와, 상기 튜브바 접합부에서 절곡되는 상기 벤딩부가 마련되는데, 상기 튜브바(190)는 상기 안착홈(165), 튜브바 접합부(168) 및 벤딩부(163)에 모두 접합하게 된다.

한편, 상기 튜브바(190)의 내측 단부는 삼각 형상의 경사면(191)으로 이루어지는 것을 예시할 수 있는데, 이때 상기 안착홈(165)의 일측에는 상기 튜브바(190)의 경사면(191)과 면접촉하여 접합되는 경사부(166)가 마련되는 것이 바람직한데, 제1공간부를 통과하는 오일 또는 물과 같은 열매체가 상기 플레이트와 튜브바 사이의 계면을 통해 새어나오는 것을 확실히 방지할 수 있기 때문이다.

이하에서는 본 발명에 따른 열교환기용 코어 어셈블리 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 열교환기용 코어 어셈블리 제조방법은 하부 및 상부 플레이트(161,161a)를 마련하되, 양단부를 절곡하여 한 쌍의 벤딩부(163)를 형성하고, 상기 벤딩부(163)의 내측으로 상기 벤딩부(163)와 나란한 한 쌍의 안착홈(165)을 형성하는 S1단계와, 상기 하부 플레이트(161)의 벤딩부(163)와 안착홈(165) 사이에 튜브바(190)를 적층하고, 상기 한 쌍의 안착홈(165) 사이에는 핀(180)을 적층하는 S2단계와, 상기 상부 플레이트(161a)의 벤딩부(163)와 안착홈(165) 사이에 상기 튜브바(190)가 배치되도록 상기 상부 플레이트(161a)를 적층하는 S3단계와, 상기 상부 플레이트(161a) 상에 에어핀(180)과, 상기 에어핀(180)의 양단에 배치되는 한 쌍의 헤드바(153)를 적층하는 S4단계와, 상기 S1단계 내지 S4단계가 반복되어 형성된 코어 어셈블리 가조립체를 접합하는 S5단계를 포함할 수 있다.

상기 S1단계에서 하부 및 상부 플레이트(161,161a)의 벤딩부(163) 및 안착홈(165)은 프레스 가공 또는 롤 포밍(roll forming)을 통해 가공되는 것을 예시할 수 있다.

상기 벤딩부(163)와 인접한 안착홈(165)은 상기 튜브바(190)와 대응하는 폭으로 이루어지고, 한 쌍의 안착홈(165)은 핀(180)과 대응하는 폭으로 이루어지기 때문에 S2단계 내지 S3단계의 조립 과정이 간편해지고, 치수 정밀성도 높아져 불량율을 낮출 수 있다.

상기 S5단계에서 상기 안착홈(165) 및 벤딩부(163)는 상기 튜브바(190)와 밀접하게 접합하게 된다.

그리고 상술한 바와 같이, 상기 튜브바(190)의 내측 단부가 삼각 형상의 경사면(191)으로 이루어지는 경우, 상기 안착홈(165)에는 상기 튜브바(190)의 경사면(191)과 면접촉하여 접합되는 경사부(166)가 마련된다.

상기 S5단계에서의 가조립체의 접합은 브레이징 방식으로 이루어지며, 이를 위해 적어도 상기 튜브바(190), 하부 및 상부 플레이트(161,161a)의 표면에는 각각 클래드층(미도시)이 형성되는데, 상기 클래드층이 브레이징시 가열에 의해 용융되면서 접합이 이루어지게 된다.

결론적으로, 하부 및 상부 플레이트의 외측 단부에 벤딩부를 마련함으로써, 튜브바와의 접합 면적을 넓히고 접합 강도 및 내압성을 향상시킬 수 있다.

또한, 안착홈 및 벤딩부를 통해 핀 및 튜브바의 정렬 위치가 구획되기 때문에 조립성이 향상되고, 치수 안정성이 높아지며, 안착홈의 경사부와 튜브바의 경사면에서 접합이 이루어지므로 그 계면에서의 기밀성이 향상되어 오일 또는 물과 같은 열매체가 새는 것을 보다 확실하게 막을 수 있다.

한편, 본 발명의 상세한 설명 및 첨부도면에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들을 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 열교환기 110 : 상부탱크
111 : 열매체유입구 120 : 하부탱크
121 : 열매체유출구 130 : 코어 어셈블리
133 : 코어 가드 140 : 제1공간부
150 : 제2공간부 151 : 에어유닛
152 : 에어핀 153 : 헤드바
154 : 헤드바 몸체 155 : 열전달부
160 : 열매체유닛 161, 161a : 플레이트
163 : 벤딩부 165 : 안착홈
166 : 경사부 167 : 핀 접합부
168 : 튜브바 접합부 180 : 핀
190 : 튜브바 191 : 경사면

Claims (1)

1. 열매체가 흐르는 열매체유닛과, 상기 열매체와 열교환하는 공기가 흐르는 에어유닛을 포함하는 코어 어셈블리에 있어서,
   상기 열매체유닛은,
   하부 플레이트와;
   상기 하부 플레이트의 상측에 이격하여 배치되는 상부 플레이트와;
   상기 하부 및 상부 플레이트 사이에 마련되는 제1공간부와;
   상기 제1공간부의 일단 및 타단에 각각 배치되는 한 쌍의 튜브바와;
   상기 튜브바 사이에 배치되는 핀;을 포함하며,
   상기 하부 및 상부 플레이트의 각 단부에는 상기 튜브바의 외측 단면의 일부를 감싸도록 벤딩부가 마련되어 접합시 상기 튜브바와의 접합면을 넓히고 내압성을 향상시키고,
   상기 하부 및 상부 플레이트에는 상기 튜브바와 핀 사이의 경계를 따라 각각 상측 및 하측으로 요입되는 안착홈이 형성되며, 상기 안착홈을 기준으로 내측에는 핀 접합부가 마련되고, 외측에는 튜브바 접합부와, 상기 튜브바 접합부에서 절곡되는 상기 벤딩부가 마련되며,
   상기 튜브바의 내측 단부는 삼각 형상의 경사면으로 이루어지고,
   상기 안착홈의 일측에는 상기 튜브바의 경사면과 면접촉하여 접합되는 경사부가 마련되며,
   상기 튜브바는 상기 안착홈에 마련된 경사부, 튜브바 접합부, 벤딩부로 구획되는 공간에 정렬된 상태에서 접합됨으로써, 상기 열매체유닛의 조립성, 접합 강도 및 기밀성이 향상되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 코어 어셈블리.

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