KR20170057420A - 열교환기용 헤더 판, 헤더 박스 및 열교환기 - Google Patents

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KR20170057420A
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크리스티앙 리옹데
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발레오 시스템므 떼르미끄
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Abstract

본 발명은 오리피스(7)가 제공된 벽(3)을 포함하고, 튜브(1)가 통과하도록 의도된, 열교환기용 헤더 판에 관한 것이며, 상기 튜브는 종방향(L)을 따라서 줄지어 배열된다. 본 발명은 상기 벽(3)이 중심부(13)와 두 개의 측부(15)로 구성되는 횡단면 프로파일을 가지며, 상기 측부(15)는 전체적으로 제 1 곡률 반경(R1)을 갖는 제 1 곡선을 따르고, 상기 중심부(13)는 전체적으로 상기 제 1 곡률 반경(R1)보다 작은 제 2 곡률 반경(R2)을 갖는 제 2 곡선을 따르는 것을 특징으로 한다.

Description

열교환기용 헤더 판, 헤더 박스 및 열교환기{HEADER PLATE FOR A HEAT EXCHANGER, HEADER BOX AND HEAT EXCHANGER}
본 발명은 예를 들어 엔진 냉각용 라디에이터, 공조 응축기, 충전 공기 냉각기를 위한, 차량 열교환기의 헤더 판(헤더로도 알려져 있음), 헤더 탱크 및 열교환기에 관한 것이다.
오리피스가 제공된 벽을 포함하고, 종방향으로 줄지어 배열된 튜브가 통과하는 열교환기용 헤더 판이 JP2005/308366호에 이미 공지되어 있다. 이 판은 내측으로 또는 외측으로 만곡되는 튜브를 수용하기 위한 중심부를 갖는다.
헤더 판의 곡률은 특히 튜브의 외측 반경에서 튜브에 상당한 응력을 가하고 헤더 판과 튜브 사이의 결합에 부담을 주는 국소 온도차에 의해 초래되는 열교환기의 열화를 최대한 회피하는 것을 목적으로 하는 것으로 알려져 있다. 이 결합은 조인트에 의해 또는 납땜에 의해 구현되거나 대안적으로 튜브와 판 사이의 직접 용접에 의해 구현될 수 있다. 궁극적으로, 결합은 종국에 더 이상 밀봉되지 않을 수 있으며, 그로 인해 교환기를 작동 불능 상태로 만들 수 있다. 교환기 내부에서 순환하는 유체의 높은 압력도 물론 이 현상을 악화시키는 요인이다.
이미 제안된 수많은 해결책 중의 어느 것도 헤더 판과 튜브 사이 결합의 이 열화 문제를 완전히 없앨 수 없었다.
본 발명의 목적은 특히 튜브에 가해지는 응력을 감소시킴으로써 이들 단점을 극복하는 해결책을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 대상은 오리피스가 제공된 벽을 포함하고, 종방향으로 줄지어 배열된 튜브가 통과하도록 의도된, 열교환기용 헤더 판에 있어서,
- 상기 벽은 중심부와 두 개의 측부로 구성된 횡단면 프로파일을 가지며,
- 상기 측부는 전체적으로 제 1 곡률 반경을 갖는 제 1 곡선을 따르고,
- 상기 중심부는 전체적으로 상기 제 1 곡률 반경보다 작은 제 2 곡률 반경을 갖는 제 2 곡선을 따르는 것을 특징으로 하는 열교환기용 헤더 판이다.
참고로, "보다 작은"이 의미하는 것은 기준치의 80% 아래에 있음을 나타낸다. 따라서, 바람직하게, 제 2 곡률 반경은 제 1 곡률 반경의 80% 미만일 필요가 있다.
제 1 실시예에 따르면, 상기 오리피스의 적어도 하나는 종방향 및 횡방향에 수직인 방향으로 장축(TW)의 타원형 사영("헤더의 튜브 통과 오리피스의 폭"으로도 지칭됨)을 가지며, 벽의 종방향 에지를 통과하는 평면에 대해서 측부의 높이는 H1이고 중심부의 높이는 H2이며, 높이(H1, H2)와 장축(TW) 사이의 비율은 하기 부등식을 만족시킨다:
0.05 ＜ H1/TW ＜ 0.2
0.05 ＜ H2/TW ＜ 0.3.
이들 권장 요건을 만족시킴으로써, 튜브에 가해지는 응력이 최대한 감소되는 열교환기가 얻어진다.
바람직하게, 튜브의 장축(TW)(또는 튜브 통과 폭)은 10㎜ 내지 100㎜로 구성된다.
하나의 특정 실시예에서, 상기 오리피스의 적어도 하나는 이 오리피스를 거쳐서 벽을 통과하는 튜브의 벽의 일부를 덮도록 의도된 칼라를 포함하며, 이 칼라는 헤더의 외부를 향해서 돌출한다. 이러한 칼라는 튜브와 헤더 판 사이의 밀봉을 향상시키는 목적을 갖는다.
이 실시예의 하나의 특정한 대체 형태에서, 칼라는 상기 칼라와 튜브 사이에 개재되는 개스킷을 수용하기 위한 홈을 포함한다.
바람직하게, 오리피스는 5㎜ 내지 10㎜, 바람직하게 6㎜ 내지 8㎜의 간격 만큼 이격된다.
하나의 특정 실시예에서, 헤더 판은 0.7㎜ 내지 2㎜, 바람직하게 1㎜ 내지 1.5㎜의 두께를 갖는 금속 시트로 형성된다.
본 발명의 다른 대상은 전술한 헤더 판 및 플라스틱 또는 금속으로 제조되고 압착(crimping), 접합(bonding), 납땜(brazing) 또는 용접에 의해 상기 헤더 판에 연결되는 커버를 포함하는 헤더 탱크이다.
본 발명의 다른 대상은 이러한 헤더 탱크 및 튜브를 포함하는 열교환기이다.
바람직하게, 튜브는 0.1㎜ 내지 0.5㎜, 바람직하게 0.2㎜ 내지 0.3㎜의 두께를 갖는 금속 시트로 형성된다.
바람직하게, 튜브는 전기 아크 용접, 여러 개의 도관(canal)으로의 굽힘, 또는 클리핑(clipping)에 의해 얻어진다.
본 발명은 예시적으로 제공되고 전혀 제한적이지 않은 첨부 도면을 참조함으로써 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 헤더 판 및 튜브의 부분 단면 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 도 1과 유사한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 도 1과 유사한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 도 1과 유사한 도면이다.
이제 타원형 단면의 튜브(1)의 상측 부분을 도시하는 도 1을 참조한다. 여기에서 튜브(1)는 수직 배향으로 도시되어 있다. 그 상단부에 대한 참조는 도면에서 수직 방향(V)에 대한 것이다.
튜브의 타원형 단면은 하기 치수를 갖는다:
장축(TW) = 34㎜ (10㎜ 내지 100㎜)
단축(TT) = 1.4㎜ (1㎜ 내지 4㎜, 바람직하게 1㎜ 내지 2㎜).
튜브는 전기 아크 용접, 굽힘 또는 클리핑에 의해 0.3㎜ 두께의 금속 시트로 형성된다.
이하에서 판으로 지칭되는 헤더 판(3)은 이를 통과하는 튜브(1)를 갖는다.
도면에 도시된 부분 단면으로 인해, 이 판(3)의 일부 단면만 보인다. 이 동일한 단면은 판에 구비되는 튜브의 개수 만큼 판의 종방향(L)으로 반복되며, 이들 튜브는 이 동일한 종방향(L)으로 상호 평행하게 줄지어 배열된다. 두 개의 인접한 튜브 사이의 간격은 5㎜ 내지 10㎜, 바람직하게는 6㎜ 내지 8㎜이다.
방향(L)에 수직인 방향(T)은 일반적으로 판이 연장되는 평면 내에 있는 것으로 정의된다. 방향(T)은 튜브 단부의 장축 길이가 연장되는 방향이다.
판(3)은 스탬핑에 의해 0.7㎜ 내지 2㎜, 바람직하게 1㎜ 내지 1.5㎜의 두께를 갖는 알루미늄 시트로 형성된다.
판(3)은 헤더 판(5)을 커버(도시되지 않음)에 연결하기 위해 사용되는 두 개의 종방향 접어올림부(turnup)(9)에 의해 경계지어지는 오리피스[전술했듯이 도면에는 그 중 하나(7)만 볼 수 있음]가 제공된 벽(5)을 포함한다. 공지되어 있듯이, 커버는 헤더 탱크를 형성하기 위해 헤더 판(5) 위에 위치하는 체적을 포위한다. 헤더 판(5)과 커버 사이의 연결은 특히 커버를 형성하는 재료에 따라서 임의의 적절한 수단에 의해 이루어진다. 예를 들어, 커버가 플라스틱 재료로 제조되는 경우에, 연결은 압착 또는 접합에 의해 이루어질 수 있다. 마찬가지로, 커버가 금속으로 제조되는 경우에, 연결은 압착, 접합, 납땜 또는 용접에 의해 이루어질 수 있다. 개스킷(도시되지 않음)은 의무적인 것은 아니지만 튜브의 외벽, 커버(도시되지 않음), 접어올림부(9) 및 헤더 판 사이에 개재될 수 있다.
종방향 접어올림부(9)와 오리피스가 제공된 벽(5) 사이에서, 헤더 판은 두 개의 에지 또는 반경(11)을 형성하도록 구부러진다.
오리피스가 제공된 벽(5)은 중심부(13)와 두 개의 측부(15)로 구성된 횡단면 프로파일을 갖는다. 측부(15)는 전체적으로 제 1 곡률 반경(R1)의 곡선(17)을 따른다. 중심부는 전체적으로 제 1 곡률 반경(R1)보다 작은 제 2 곡률 반경(R2)을 갖는 곡선(19)을 따른다. 두 개의, 중심부(13)와 측부(15)는 교환기의 외부를 향해서 및 따라서 도면에서 아래쪽으로 범프를 형성한다.
곡률 반경(R1, R2)은 두 개의 에지(11)에 의해 규정되는 평면에 대한 곡선의 높이를 측정함으로써 정의될 수 있다.
측부(15)의 높이는 H1로 지칭되고 중심부(13)의 높이는 H2로 지칭된다. 반경(R1, R2)은 이들 값(H1, H2)과 판의 횡방향 폭(I)의 기하학적 결과이다.
바람직하게, 열팽창에 의해 튜브(1)와 판(3) 사이 접합부에서의 응력 감소를 최적화하기 위해, 높이(H1, H2)와 장축(TW) 사이의 비율은 하기 부등식을 만족시킨다:
0.05 ＜ H1/TW ＜ 0.2
0.05 ＜ H2/TW ＜ 0.3.
여기에서, H1 = 2㎜, H2 = 4㎜, TW = 34㎜일 때, 부등식은 하기로 인해 만족된다:
H1/TW = 0.058
H2/TW = 0.12.
오리피스(7)는 판의 종방향(L) 및 횡방향(T)에 수직인 방향인 도면의 수직 방향(V)으로 장축(TW)의 타원형 사영을 가지며, 이것은 또한 보다 간단하게 폭(TW)으로 지칭될 것이다.
또한, 오리피스(7)는 이 오리피스(7)를 거쳐서 벽(5)을 통과하는 튜브(1)의 벽의 일부를 덮도록 의도된 칼라(21)를 가지며, 이 칼라(21)는 헤더의 외부를 향해서(및 따라서 도면에서 아래쪽으로) 돌출한다. 칼라(21)는 판(3)의 형성 중에 스탬핑에 의해 얻어진다. 이를 위해서, 재료는 판(3)의 잔여부와 마찬가지로 스탬핑 도중에 펀치에 의해 뒤집어지며, 이는 스탬핑 작업을 보다 용이하게 만든다. 이러한 구조가 갖는 한 가지 단점은 튜브(1)가 삽입될 때 경유하는 칼라(21)의 단부가 약간 더 좁기 때문에 헤더 조립시에 튜브(1)가 오리피스(7) 내에 쉽게 삽입되지 않는다는 것이다. 대조적으로, 이 구조는 튜브(1)에 가해지는 응력을 더 감소시키는 한 유리하다. 이것은 따라서 교환기의 수명에 대해 보다 유리하다.
판(3)은 커버(도시되지 않음)와 판(3) 사이에 개재된 개스킷(도시되지 않음)을 수용하기 위한 홈(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
도 2의 실시예는 칼라(21')가 벽으로부터 교환기의 내부를 향해서, 즉 도면에서 위쪽으로 돌출한다는 점에서 이전 실시예와 상이하다. 도 1과 관련하여 제공된 다른 정보는 이 도 2에서 유효하다.
도 3의 실시예는 프로파일의 중심부(13')가 교환기의 내부를 향해서, 즉 도면에서 위쪽으로 범프를 형성한다는 점에서 이전 실시예와 상이하다. 도 1 및 도 2와 관련하여 제공된 다른 정보는 이 도 3에서 유효하다.
도 1의 실시예에 비해서 튜브가 오리피스에 삽입되기가 더 쉽기 때문에 칼라(21')는 교환기를 조립하기가 더 쉽다는 장점이 있다.
이 실시예는 또한 튜브(1)에 가해지는 응력의 감소에 관한 한 유리하다.
도 4의 실시예는 헤더 판(3')이 개스킷(도시되지 않음)이 커버(도시되지 않음)를 밀봉하기 위해 삽입될 수 있는 홈(23)을 포함한다는 점에서 이전 실시예와 상이하다.
본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않으며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게는 다른 실시예가 명확할 것이다.

Claims (10)

  1. 오리피스(7)가 제공된 벽(5)을 포함하고, 종방향(L)으로 줄지어 배열된 튜브(1)가 통과하도록 의도된, 열교환기용 헤더 판(3)에 있어서,
    - 상기 벽(5)은 횡단면(T)에 있어서 중심부(13, 13')와 두 개의 측부(15)로 구성된 프로파일을 가지며,
    - 상기 측부(15)는 전체적으로 제 1 곡률 반경(R1)을 갖는 제 1 곡선(17)을 따르고,
    - 상기 중심부(13, 13')는 전체적으로 상기 제 1 곡률 반경(R1)보다 작은 제 2 곡률 반경(R2)을 갖는 제 2 곡선(19)을 따르는 것을 특징으로 하는
    헤더 판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 오리피스(7)는 종방향 및 횡방향에 수직인 방향으로 장축(TW)의 타원형 사영을 가지며, 상기 벽의 종방향 에지(11)를 통과하는 평면에 대해서 상기 측부(15)의 높이는 H1이고 상기 중심부(13)의 높이는 H2이며, 높이(H1, H2)와 장축(TW) 사이의 비율은 하기 부등식을 만족시키는 것을 특징으로 하는
    0.05 ＜ H1/TW ＜ 0.2
    0.05 ＜ H2/TW ＜ 0.3
    헤더 판.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 장축(TW)은 10㎜ 내지 100㎜로 구성되는 것을 특징으로 하는
    헤더 판.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 오리피스(7)는 이 오리피스를 거쳐서 벽(5)을 통과하는 튜브(1)의 벽의 일부를 덮도록 의도된 칼라(21)를 포함하며, 상기 칼라(21)는 헤더의 외부를 향해서 돌출하는 것을 특징으로 하는
    헤더 판.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오리피스는 5㎜ 내지 10㎜, 바람직하게 6㎜ 내지 8㎜의 간격만큼 서로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는
    헤더 판.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    0.7㎜ 내지 2㎜, 바람직하게 1㎜ 내지 1.5㎜의 두께를 갖는 금속 시트로 형성되는 것을 특징으로 하는
    헤더 판.
  7. 헤더 탱크에 있어서,
    제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 헤더 판(3), 및
    플라스틱 또는 금속으로 제조되고 압착(crimping), 접합, 납땜 또는 용접에 의해 상기 헤더 판에 연결되는 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는
    헤더 탱크.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 헤더 판과 상기 커버 사이에 개재되는 개스킷을 수용하기 위한 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는
    헤더 탱크.
  9. 열교환기에 있어서,
    제 7 항 또는 제 8 항에 따른 헤더 탱크, 및
    0.1㎜ 내지 0.5㎜, 바람직하게 0.2㎜ 내지 0.3㎜의 두께를 갖는 금속 시트로 형성되는 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는
    열교환기.
  10. 열교환기에 있어서,
    제 8 항에 따른 헤더 탱크, 및
    전기 아크 용접, 여러 개의 도관으로의 굽힘, 또는 클리핑(clipping)에 의해 얻어지는 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는
    열교환기.
KR1020177010885A 2014-09-24 2015-09-23 열교환기용 헤더 판, 헤더 박스 및 열교환기 KR20170057420A (ko)

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FR1459041 2014-09-24
PCT/EP2015/071921 WO2016046290A1 (fr) 2014-09-24 2015-09-23 Plaque collectrice pour un échangeur de chaleur, boîte collectrice et échangeur de chaleur

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