KR20180008794A - 특히 자동차를 위한 열교환기용 수집판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환기의 내부면(12) 및 외부면(14)을 구비하는 수집판(10)에 관한 것이고, 이 수집판(10)은 열(row)로 배치된 적어도 3개의 칼라부(16, 16a)를 포함하고, 그에 따라 각 칼라부는 튜브(18)를 수용한다. 칼라부의 열 중 2개의 단부 칼라부(16a)는 수집판(10)의 내부면(12)으로부터 돌출하고, 다른 칼라부(16) 중 적어도 하나는 수집판(10)의 외부면(14)으로부터 돌출한다.

Description

특히 자동차를 위한 열교환기용 수집판

본 발명은 특히, 자동차를 위한 열교환기에 관한 것이다.

본 발명은 특히, 종래적으로 파형 핀 및 수집판이 개재된 튜브의 열을 포함하는 엔진 냉각제용 라디에이터와 같은 열교환기에 관한 것이다. 스탬핑 방법에 의해 일반적으로 알루미늄으로 제조되는 수집판은 칼라부에 의해 각각 둘러싸이는 특정 개수의 구멍을 구비한다. 용어 "칼라부"는 일반적으로 피어싱에 의해 구멍을 제조하기 위한 절차의 결과로서, 수집판으로부터 돌출되는 링 재료를 나타내고, 피어싱 동안에, 수집판은 재료의 제거 없이 구멍난다. 각각의 구멍은 튜브의 열로부터 튜브를 수용할 수 있고, 이러한 구멍의 일단부는 칼라부의 내벽과 접촉한 상태가 된다.

수집판은 보통, 튜브의 열 내에서 순환하는 유체가 가로지르는 챔버를 포함하는 수집 탱크를 형성하기 위해 커버로 덮여진다. 따라서, 액체를 튜브에 분산시키고, 및/또는 액체를 튜브로부터 수집할 수 있다. 수집 탱크의 시일을 제공하기 위해, 수집판과 커버 사이에서 주변 개스킷이 배치된다. 주변 개스킷의 위치설정은 수집판의 구조에 따라 달라진다. 수집판의 2개의 넓은 카테고리: 소위 "편평" 수집판 및 소위 "홈이 있는(grooved)" 수집판이 있다. 그들 이름이 나타내는 바와 같이, 편평 수집판은, 칼라부 외에 임의의 뚜렷한 양 또는 음의 융기 부분을 구비하지 않는 대체로 편평한 구조물을 구비한다. 예를 들어, 본 출원인의 이름의 특허 출원 번호 제 FR-2 977 932 호에 개시된 수집판들이 있다. 이에 반해, 특허 문헌 제 US-6 988 544 호에 개시된 것과 같은 홈이 있는 수집판은 칼라부가 제조되는 주면(principal plane) 외측으로 연장되는 주변 홈을 구비한다. 홈이 있는 수집판의 카테고리 내에 소위 "편평 단부를 갖는 홈이 있는 수집판"의 변형이 존재한다. 이러한 수집판의 주변 홈은 수집판의 길이 방향의 단부에 존재하지 않거나, 낮은 깊이를 갖는다. 홈이 충분한 깊이를 갖는 종래의 홈이 있는 수집판에 있어서, 주변 개스킷은 상기 개스킷을 수용하도록 설계된 주변 홈 내에 위치된다. 주로, 편평 수집판 또는 편평 단부를 갖는 홈이 있는 수집판의 경우에, 튜브의 열 중 가장 외측의 튜브에 의해 시일 링이 지탱된다.

튜브는 일반적으로, 피어싱 도구의 전진 방향과 동일한 방향으로 삽입된다. 튜브의 삽입 동안에, 상기 튜브는 튜브와 칼라부 사이에서 충분한 품질의 납땜 또는 용접을 보장하기 위해, 칼라부를 약간 넘어서 수집 탱크의 챔버의 내측 내로 도입된다. 보다 상세하게, 칼라부의 존재는 단순한 슬롯보다 튜브의 납땜 또는 용접을 위해 보다 큰 표면이 제공되게 한다. 또한, 이는 누출 위험이 회피되게 한다. 그러나, 열교환기 내로의 튜브의 부분의 돌출은 유체의 순환에서의 압력 손실로 이어질 수도 있다. 게다가, 수집판이 보통 편평하지 않고, 중앙에서 대체로 볼록하기 때문에, 일반적으로 약 10㎜만큼의 이러한 돌출은 튜브의 열 중 단부 튜브에 대해 더욱더 중요하며, 튜브는 대체 동일한 길이를 갖는다. 생성된 압력의 이러한 감소는 그러므로, 전체 순환로(circuit) 내에서 유체의 균일한 유동을 보장하도록 펌프의 추가적인 힘에 의해 보상되어야 한다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 출원인의 특허 문헌 제 FR-2 764 054 호는 "역 칼라부(reverse collar)"를 갖는 수집판을 포함하는 열교환기를 개시한다. 보다 상세하게, 튜브는 칼라부의 측부 상, 즉, 피어싱에 의한 구멍의 형성의 방향의 반대 방향으로 수집판 내로 삽입된다. 본 경우에서, 수집 탱크의 챔버 내로, 튜브의 돌출부 없이, 또는 튜브의 감소된 돌출부를 갖는 칼라부와 튜브 사이에 납땜 또는 용접을 위한 충분한 표면이 존재한다. 따라서, 압력의 손실이 감소된다. 그러나, "역 칼라부"는 문제점을 갖는다. 먼저, 칼라부가 수집 탱크의 외측을 향해 배향되기 때문에, 튜브가 칼라부 내로 통과하기 위한 안내의 부재 및 보다 작은 개구부로 인해, 튜브를 수집판 내로 삽입하는 것은 보다 어렵다. 두번째로, 튜브는 더이상 수집 탱크의 챔버 내로 충분히 돌출하지 않기 때문에, 수집판의 내부면은 시일 링을 지탱할 수 있는 융기 부분(raised portion)을 구비하지 않는다. 그러므로, 개스킷을 지탱하기 위해 추가의 수단이 필요하다.

본 발명의 목적은 특히, 압력의 손실 면에서 개선되고, 이러한 문제점 중 적어도 하나를 해결하는 열교환기를 제공하는 것이다.

이 때문에, 본 발명의 과제는 열교환기의 내부면 및 외부면을 구비하는 수집판으로서, 열(row)로 배치된 적어도 3개의 칼라부를 포함하고, 그에 따라 각 칼라부는 튜브를 수용하는, 상기 수집판에 있어서, 칼라부의 열 중 2개의 단부 칼라부는 수집판의 내부면으로부터 돌출하고, 다른 칼라부 중 적어도 하나는 수집판의 외부면으로부터 돌출하는 것을 특징으로 한다. 수집판의 외부면으로부터 돌출하는 칼라부 내로 삽입된 튜브(들)는 내부면으로부터 돌출하지 않는다. 이는 압력의 손실이 감소되게 한다. 따라서, 수집판의 외부면으로부터 돌출하는 칼라부의 개수가 많아질수록, 압력의 손실 면에서의 감소가 커진다. 바람직하게, 단부 칼라부를 제외하고, 모든 칼라부는 수집판의 외부면으로부터 돌출한다. 그 결과, 압력의 손실은 최소화되고, 오직 단부 튜브의 부근에서만 존재한다.

또한, 수집판은 개별적으로 또는 조합하여 취해진 이하의 특징부 중 하나 이상을 포함할 수도 있다.

- 수집판은 커버와의 시일을 제공하기 위해 시일 링을 수용하도록 설계된 주변 홈을 포함한다. 홈은 개스킷의 위치설정을 제공하기에 충분한 깊이, 예를 들면, 개스킷의 두께보다 깊은, 또는 두께와 동일한 깊이를 갖는다. 길이 방향의 수집판의 단부에서 상기 홈을 경계짓는 벽들 중 적어도 하나의 부분은 단부 칼라부를 구성한다. 이러한 단부 칼라부가 수집판의 내부면으로부터 돌출하기 때문에, 이는 그러므로, 수집 탱크의 시일을 위해 요구되는 주변 개스킷의 지탱을 허용한다. 따라서, 압력의 손실을 증가시키고 수집판의 제조를 더욱 복잡하게 하는 시일 링을 지탱하기 위한 추가의 수단을 더이상 제공할 필요가 없다.

- 수집판의 나머지 부분에 비해 감소된 두께를 갖는 칼라부를 제외하고, 수집판은 특정 두께를 갖는다. 바람직하게, 감소된 두께는 수집판의 초기 두께의 절반에 대응한다. 보다 상세하게, 작은 두께는 피어싱을 용이하게 하고, 큰 납땜면을 구비하는 긴 칼라부의 형성을 허용한다.

- 수집판은 이 수집판의 길이 방향으로 비-제로 곡률부를 갖는다. 다시 말해서, 수집판은 종방향 섹션에 걸쳐서 비-제로 곡률부를 갖는다. 또한, 이는 수집판이 적어도 하나의 릿지(ridge) 또는 중공부를 구비한다는 것을 의미한다. 비-제로 곡률부의 존재는 수집판의 기계적인 강도가 증가되게 한다.

- 칼라부가 튜브 피치를 규정하기 위해, 상기 길이 방향을 따라 규칙적인 간격으로 배치되기 때문에, 하나의 칼라부와, 단부 칼라부에 인접한 다른 칼라부 사이의 최대 진폭(maximum amplitude)은 상기 튜브 피치보다 작다.

- 이 진폭은 대략 상기 감소된 두께이다.

- 수집판의 폭 방향의 비-제로 곡률부. 다시 말해서, 수집판은 단면에 걸쳐서 비-제로 곡률부를 갖는다. 유사하게, 곡률부는 수집판의 기계적인 강도가 증가되게 한다.

- 2개의 인접한 칼라부 사이의 피치는 5.5㎜ 내지 10㎜, 바람직하게는 6㎜ 내지 8㎜의 범위이다.

본 발명의 추가의 과제는 상기 개시된 바와 같은 수집판과, 이 수집판의 칼라부 내로 각각 삽입되는 튜브의 조립체이고, 모든 튜브들은 동일한 길이를 갖는다.

동일 튜브를 대량 생산하는 것이 보다 경제적이라는 점 외에도, 수집판 상의 위치의 기능에 따라 튜브를 식별하고 분산할 필요가 없기 때문에, 수집판 내에의 튜브의 삽입이 또한 단순화된다. 게다가, 모든 칼라부가 수집판의 내부면으로부터 돌출하는 수집판에 비해, 본 발명의 수집판 내로의 동일한 길이의 튜브의 삽입은 특히, 종방향 섹션에 걸쳐서 비-제로 곡률부를 갖는 수집판에 대해, 외부 튜브의 주변 내로의 압력의 손실이 감소되게 한다. 보다 상세하게, 단부에 있지 않은 칼라부가 수집 탱크의 외측을 향해 배향되기 때문에, 대응하는 튜브가 수집 탱크의 챔버의 내측으로 돌출될 때까지 대응하는 튜브를 안내할 필요가 없다. 따라서, 튜브들은 감소된 길이를 갖는다. 따라서, 튜브들이 동일한 길이를 갖기 때문에, 챔버의 내측으로 돌출하는 단부 튜브의 일부분의 길이가 또한 감소된다.

또한, 조립체는 개별적으로 또는 조합하여 취해진 이하의 특징부 중 하나 이상을 포함할 수도 있다.

- 단부 칼라부 내로 삽입된 각각의 튜브는 수집판의 내부면으로부터 돌출하여, 상기 튜브를 수용하는 칼라부의 3㎜ 이하의 길이만큼 돌출한다. 단부 칼라부의 개구부가 단일 평면 상에 형성될 수 없을 때, 예를 들면, 단부 칼라부가 오목 형상을 가질 때, 돌출하는 튜브의 일부분의 길이는 개구부의 최고점으로부터 계산된다.

이러한 길이는 종래의 수집판의 튜브의 삼분의 일 초과만큼 감소된다. 압력의 손실에 대한 상당한 결과가 관찰된다.

본 발명의 추가의 과제는 상기 개시된 수집판과, 칼라부의 열 중 단부 칼라부에 의해 지탱된 주변 시일 링의 조립체이다.

마지막으로, 본 발명의 추가의 과제는 상기 개시된 2개의 조립체로부터의 조립체를 포함하는 열교환기이다.

본 발명은 예시로서 제공되고 비-한정 특징을 갖는 첨부 도면을 관찰함으로써 보다 명확하게 이해될 것이다.

도 1은 튜브의 삽입 전의 일 실시예에 따른 수집판의 사시도,
도 2는 튜브의 삽입 후의 도 1의 수집판의 사시도,
도 3은 튜브의 삽입 전의 도 1의 수집판의 종방향 섹션의 사시도,
도 4는 튜브의 삽입 후의 도 1의 수집판의 종방향 섹션의 사시도,
도 5는 일 실시예에 따른 원형 베이스를 갖는 홈이 있는 수집판의 단면의 사시도,
도 6은 일 실시예에 따른 편평 수집판의 단면의 사시도,
도 7은 일 실시예에 따른 수집판의 단면의 사시도.

도 1 내지 도 4는 구멍(17) 주위의 복수의 칼라부(16, 16a)를 포함하는 열교환기의 내부면(12) 및 외부면(14)을 구비하는 대체로 직사각 형상의 수집판(10)을 도시한다. 칼라부는 각 칼라부가 튜브(18)를 수용하도록 열(row)로 배치된다. 칼라부의 열 중 2개의 단부 칼라부(16a)는 수집판(10)의 내부면(12)으로부터 돌출하고, 다른 칼라부(16) 중 적어도 하나는 수집판(10)의 외부면(14)으로부터 돌출한다. 도면 내에서, 단부 칼라부(16a)를 제외하고, 모든 칼라부(16)는 외부면으로부터 돌출한다. 수집판(10)은 커버와의 시일을 제공하기 위해 시일 링(22)을 수용하도록 설계된 주변 홈(20)을 포함한다. 홈(20)은 개스킷(22)을 수용하고 안정성을 제공하기에 충분히 깊다.

상기 홈은 수집판의 길이 방향(28)으로 돌출하는 융기 부분(26) 및 외벽(24)에 의해 경계지어진다. 그러나, 수집판(10)의 단부에서, 홈(20)은 외벽(24) 및 단부 칼라부(16a)에 의해 경계지어진다. 따라서, 개스킷(22)은 융기 부분(26) 및 단부 칼라부(16a)의 외벽을 궁극적으로 지탱한다.

수집판(10)은 종방향(28)으로 구부러진다. 예를 들면, 도 3에 도시된 것과 같이 종방향 섹션에 걸쳐서, 수집판은 대체로 중앙에서 볼록하고 단부에서 오목한 형상을 가져서, 중앙에서, 2개의 인접한 칼라부(16) 사이의 부분은 칼라부(16)와 단부 칼라부(16a) 사이에 위치된 동등 부분에 비해 이러한 부분의 구역 내의 재료의 대략 두께(특정 두께)의 거리만큼 오프셋된다. 도시되지 않은 실시예에 있어서, 곡률부의 이러한 거리 또는 진폭은 튜브 피치에 대응한 거리와 상이하거나, 튜브 피치에 대응한 거리보다 작거나, 또는 크지만, 작을 수도 있다.

또한, 수집판은 횡방향(30)으로 구부러진다. 예를 들면, 도 5에 도시된 것과 같이 단면에 걸쳐서, 수집판은 융기 부분(26)의 벽이 형성될 때까지 중앙에서 오목하고 각 에지부를 구비한다. 추가의 실시예에 있어서, 도 6 및 도 7의 것과 같이, 수집판은 횡방향(30)으로 대체로 편평할 수도 있다. 하나 이상의 방향의 곡률부의 존재는 수집판의 기계적인 강도가 보강되게 하고, 칼라부의 형성이 용이하게 되게 한다.

종방향(28)으로, 수집판은 교호하는 중실 부분 및 칼라 부분(16)을 구비하고, 그에 따라 단면에 파형부(도 3 및 도 4)를 구비한다. 이러한 파형부는 2개의 인접한 칼라부(16) 사이, 또는 칼라부(16)와 단부 칼라부(16a) 사이의 피치에 대응하는 피치를 갖는다. 이러한 피치는 일정하고, 5.5㎜ 내지 10㎜, 바람직하게는 6㎜ 내지 8㎜의 범위이다.

수집판의 칼라부(16, 16a) 내로 삽입된 각각의 튜브(18)는 실질적으로, 삽입된 다른 튜브와 동일한 길이를 갖는다. 종방향(28)의 수집판(10)의 곡률부로 인해, 그리고 칼라부(16)가 외부면(14)으로부터 돌출하기 때문에, 단부 튜브는 내부면(12)으로부터 덜 돌출된다. 각각의 이러한 단부 튜브는 내부면(12)으로부터 돌출하여, 튜브를 수용하는 칼라부(16a)로부터 3㎜ 이하의 길이만큼 돌출한다. 칼라부(16a)의 개구(40)가 평평하지 않기 때문에, 돌출은 최고점에서 칼라부의 개구부의 중심까지 측정된다.

수집판은 두께가 감소되는 적어도 하나의 존(zone)을 포함하고, 바람직하게, 두께는 수집판의 초기 두께의 절반만큼까지 감소된다. 이러한 존은 하나 이상의 칼라부(16)를 피어싱하기 위한 위치를 포함하고, 따라서, 이러한 칼라부 주위에 위치된다.

그 다음에, 수집판(10) 및 튜브(18)의 열의 조립체는 커버에 의해 커버되어, 수집 탱크의 폐쇄된 챔버를 형성하고, 이러한 조립체의 시일은 개스킷(22)에 의해 보장된다. 그 다음에, 수집 탱크는 하나 이상의 유체를 공급받는 열교환기 내에 장착된다.

본 발명은 도시된 실시예에 한정되지 않고, 추가의 실시예가 당업자에게 명백하게 나타날 것이다. 특히, 상이한 개시된 실시예들을 조합하는 것이 가능하고, 특히, 이들로부터 오직 단일 방향의 곡률부를 갖는 수집판, 또는 심지어 칼라부의 복수의 열을 구비하는 수집판을 제조할 수 있다.

Claims (12)

1. 열교환기의 내부면(12) 및 외부면(14)을 구비하는 수집판(10)으로서, 열(row)로 배치된 적어도 3개의 칼라부(16, 16a)를 포함하고, 그에 따라 각 칼라부는 튜브(18)를 수용하는, 상기 수집판(10)에 있어서,
   상기 칼라부의 열 중 2개의 단부 칼라부(16a)는 상기 수집판(10)의 내부면(12)으로부터 돌출하고, 다른 칼라부(16) 중 적어도 하나는 상기 수집판(10)의 외부면(14)으로부터 돌출하는 것을 특징으로 하는
   수집판.
2. 제 1 항에 있어서,
   커버와의 시일을 제공하기 위해, 시일 링(22)을 수용하도록 설계된 주변 홈(20)을 포함하는 것을 특징으로 하는
   수집판.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 수집판의 나머지 부분에 비해 감소된 두께를 갖는 칼라부(16, 16a)를 제외하고, 상기 수집판은 특정 두께를 갖는 것을 특징으로 하는
   수집판.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 수집판(10)의 길이 방향(28)으로 비-제로 곡률부를 갖는 것을 특징으로 하는
   수집판.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 칼라부가 튜브 피치를 규정하기 위해 상기 길이 방향(28)을 따라 규칙적인 간격으로 배치되기 때문에, 하나의 칼라부(16)와, 단부 칼라부(16a)에 인접한 다른 칼라부(16) 사이의 최대 진폭은 상기 튜브 피치보다 작은 것을 특징으로 하는
   수집판.
6. 제 3 항과 조합하는 제 4 항에 있어서,
   상기 진폭은 대략 상기 특정 두께인 것을 특징으로 하는
   수집판.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 수집판의 폭 방향으로 비-제로 곡률부를 갖는 것을 특징으로 하는
   수집판.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   2개의 인접한 칼라부 사이의 피치는 일정하고, 5.5㎜ 내지 10㎜, 바람직하게는 6㎜ 내지 8㎜의 범위인 것을 특징으로 하는
   수집판.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 수집판과, 상기 수집판의 칼라부 내로 각각 삽입되는 튜브의 조립체에 있어서,
   모든 상기 튜브는 동일한 길이를 갖는 것을 특징으로 하는
   조립체.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 단부 칼라부 내로 삽입된 각각의 튜브는 상기 수집판의 내부면으로부터 돌출하고, 상기 튜브를 수용하는 칼라부의 3㎜ 이하의 길이만큼 돌출하는 것을 특징으로 하는
    조립체.
11. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 수집판과, 상기 칼라부의 열 중 단부 칼라부에 의해 지탱되는 주변 시일 링의 조립체.
12. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 조립체를 포함하는
    열교환기.

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