KR20190033710A - 일체형 열교환기 - Google Patents

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KR20190033710A
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Abstract

본 발명은 헤더탱크에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탱크와 배플을 보다 효율적으로 실링할 수 있는 결합구조를 가진 헤더탱크에 관한 것이다.

Description

일체형 열교환기{Assembled heat exchanger}
본 발명은 U-flow, 온도가 상이한 열교환 매체가 하나의 열교환기 내부를 통과하는 저온/고온 일체형 열교환기 등, 제1 열교환 매체가 흐르는 유로와 제2 열교환 매체가 흐르는 유로가 배플로 분리된 일체형 열교환기에 관한 것이다.
최근 라디에이터의 열교환 성능을 향상시키기 위하여 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 냉각수가 유입되는 유로와 냉각수가 배출되는 유로가 분리된 U-flow 타입의 라디에이터(10a)와, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 서로 다른 온도를 가지는 냉각수가 하나의 라디에이터에서 서로 개별적인 유로를 가지는 저온/고온 일체형 타입의 라디에이터(10b)가 널리 사용되고 있으며, 이러한 라디에이터(10)의 헤더탱크(11)는 도 2에 도시된 바와 냉매가 유입되는 유로와 냉매가 배출되는 유로가 탱크배플(12-1)로 분된 탱크(12)와, 탱크(12)에 결합되며 냉매가 통과하는 튜브(13)가 결합되는 헤더(14)와, 탱크(12)와 헤더(14)의 결합면을 실링하는 가스켓(15)을 포함하여 이루어진다.
그러나 이러한 종래의 헤더탱크는, 결합홈(14-3)에 끼워지는 가장자리 가스켓(15-1)이 원형 단면 형상을 가지고, 탱크배플(12-1)을 실링하는 배플 가스켓(15-2)이 사각 단면 형상을 가지도록 설계되기 때문에, 실링 성능을 높이기 위하여 가장자리 가스켓(15-1)과 배플 가스켓(15-2)이 동일한 압축률을 가지게 할 경우 탱크(12)와 헤더(14)의 조립에 많은 힘이 필요한 문제점이 있었다.
상세히 설명하면, 가스켓(15)이 동일한 재질로 형성되더라도 그 형상에 따라 외력에 대응하여 압축되는 정도가 다르며, 사각 형상의 단면을 가질 경우 원형의 단면 형상을 가질 경우와 비교하여 압축되는 정도가 작다.
따라서, 사각 단면 형상을 가지는 배플 가스켓(15-2)과 원형 단면 형상을 가지는 가장자리 가스켓(15-1)이 동일한 압축률을 가지게 할 경우, 배플 가스켓(15-2)의 압축응력이 가장자리 가스켓(15-1)과 비교하여 크게 나타나므로, 탱크(12)와 헤더(14)를 클림프 결합 시 보다 큰 힘이 요구되어 탱크(12)와 헤더(14)의 조립성이 저하되었던 것이다.
특허문헌 1) 국내등록특허공보 제1558006호(명칭: 차량용 라디에이터의 헤더 탱크 결합구조, 공개일: 2015.10.06)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 가스켓의 실링 성능을 유지하되 탱크와 헤더의 조립성을 향상시킬 수 있는, 헤더탱크를 제공하는 것이다.
본 발명인 헤더탱크는, 유로가 탱크배플(110)로 분리되는 탱크(100)와, 가장자리에 상기 탱크(100)가 결합되는 결합홈(210)이 형성되는 헤더(200)와, 상기 탱크(100)와 상기 헤더(200)의 결합면을 실링하는 가스켓(300)을 포함하는 헤더탱크에 있어서, 상기 가스켓(300)은 상기 결합홈(210)에 끼워져 상기 탱크(100)와 상기 헤더(220)의 가장자리를 실링하는 가장자리 실링부(310)와, 상기 탱크배플(110)을 실링하는 배플 실링부(320)를 포함하며, 상기 탱크(100)와 상기 헤더(200) 결합 시 상기 가장자리 실링부(310)와 상기 배플 실링부(320)가 동일한 압축율을 가지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 가장자리 실링부(310)는 원형 단면 형상을 가지고, 상기 배플 실링부(320)는 사각 단면 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 탱크배플(110)은 상기 배플 실링부(320)와 마주보는 일면에 압축률 보정돌기(111)가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 탱크(100)는 상기 탱크배플(110)의 폭방향 양측에 상기 배플 실링부(320)에 형성된 결합공(321)과 체결되는 이탈 방지돌기(120)가 상하 방향으로 돌출 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 탱크배플(110)의 두께방향 양측에 비틀림 방지돌기(130)가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한,상기 헤더(200)는 상기 헤더(200)는 상기 배플 실링부(310)와 마주보며, 폭방향 양측에 상기 결합홈(210)에 가까워질수록 높이가 낮아지는 제1 경사면(221)이 형성된 제2 그루브(220)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배플 실링부(320)는 상기 제1 경사면(221)과 마주보는 폭방향 양측에 상기 제1 경사면(221)의 기울기에 대응되는 제1 경사부(322)가 형성되며, 일정한 두께를 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배플(110)은 상기 제1 경사부(322)와 마주보는 폭방향 양측에 상기 제1 경사부(322)의 기울기에 대응하는 제2 경사면(112)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 탱크(100)는 상기 제2 경사면(112)과 연결되는 가장자리면(140)에, 마주보는 상기 제1 경사부(322)와 상기 가장자리 실링부(310)의 연결면에 대응되는 압축률 보정 홈(141)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배플 실링부(320)는 상기 가장자리 실링부(310)와의 결합면에 인접할 수록 높이가 낮아지는 한 쌍의 제1 경사부(322)와, 각각의 상기 제1 경사부(322)를 연결하는 연결부재(323)를 포함하며, 상기 제1 경사부(322)와 상기 연결부재(323)가 상기 가장자리 실링부(310)보다 상측에 위치되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명인 헤더탱크는, 배플 실링부와 마주보는 탱크배플의 일면에 압축률 보정돌기를 형성하여, 배플 실링부의 특정 부위와 가장자리 실링부의 압축률을 동일하게 함으로서 헤더탱크의 실링성능을 극대화 하되, 압축률 보정돌기와 접하지 않는 위치의 배플 실링부가 타 부위의 실링부와 비교하여 압축률이 적게 형성되게 함으로서, 실링 성능을 극대화 한 상태에서 탱크와 헤더의 조립성 또한 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
즉, 압축률 보정돌기를 이용하여 가스켓의 부분적 압축률을 조절함으로서 헤더탱크의 실링 성능을 유지함과 동시에 조립성을 향상시킨 것이다.
또한, 탱크배플의 양측에 가스켓과 체결되는 이탈 방지돌기가 형성되어 가스켓이 압축되더라도 지정된 임의의 위치에서 이탈되는 것을 방지 가능한 장점이 있다.
그리고, 탱크배플에 비틀림 방지돌기가 형성되어 가스켓의 배플 실링부 압축 시 비틀림 방지돌기가 압축되며 폭이 넓어지는 배플 실링부의 가장자리를 지지하므로, 압축 과정에서 발생할 수 있는 배플 실링부의 비틀림을 방지 가능한 장점이 있다.
아울러, 배플 실링부와 마주보는 헤더의 그루브에 결합홈으로 갈수록 높이가 낮아지는 제1 경사면이 형성되고, 탱크배플과 탱크가 이에 대응하는 구조로 이루어져, 탱크와 헤더 결합 시 배플 실링부의 각 부위가 일정하게 압축되게 험으로서, 탱크와 헤더의 결합면에 위치되는 배플 실링부가 파손되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 라디에이터를 나타낸 사시도.
도 2는 종래의 헤더탱크를 나타낸 분해 사시도.
도 3은 본 발명인 헤더탱크를 나타낸 분해 사시도.
도 4는 본 발명인 헤더탱크의 탱크를 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명인 헤더탱크의 가스켓을 나타낸 부분 확대도.
도 6은 본 발명인 헤더탱크의 탱크와 가스켓을 나타낸 분해 사시도.
도 7은 본 발명인 헤더탱크의 헤더를 나타낸 부분 확대도.
도 8은 종래의 헤더탱크를 나타낸 부분 단면도.
도 9는 본 발명인 헤더탱크의 단면 개념도.
이하, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 헤더탱크(1000)를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명인 헤더탱크(1000)는, 유로가 탱크배플(110)로 분리되는 탱크(100)와, 가장자리에 상기 탱크(100)가 결합되는 결합홈(210)이 형성되는 헤더(200)와, 상기 탱크(100)와 상기 헤더(200)의 결합면을 실링하는 가스켓(300)을 포함하는 헤더탱크에 있어서, 상기 가스켓(300)은 상기 결합홈(210)에 끼워지는 가장자리 실링부(310)와 상기 탱크배플(110)을 실링하는 배플 실링부(320)를 포함하여 이루어지며, 도 2에 도시된 바와 같이 가스켓(300)을 사이에 두고 탱크(100)와 헤더(200) 결합 시, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 배플 실링부(320)와 마주보는 상기 탱크배플(110)의 일면에 압축률 보정돌기(111)가 형성된다.
상세히 설명하면, 본 발명인 헤더탱크(1000)는 탱크(100)와 헤더(200) 결합 시 가스켓(300)의 실링 성능을 높이고자, 상기 결합홈(210)에 끼워져 탱크(100)의 가장자리면(140)과 결합홈(210)을 실링하는 상기 가스켓(300)의 가장자리 실링부(310)는 원형 단면 형상을 가지되, 상기 탱크배플(110)과 이와 마주보는 상기 헤더(200) 사이에 형성된 공간을 실링하는 상기 배플 실링부(320)는 사각 단면 형상을 가지며, 이때 탱크(100)와 헤더(200) 결합 시 압축률이 낮은 특정 부위로 냉매가 누출되는 것을 방지하고자 냉매를 차단하는 가스켓(300)의 각 부위가 동일한 압축률을 가지는 것이 권장된다.
그러나, 사각 단면 형상을 가지는 상기 가스켓(300)의 배플 실링부(320)와 원형 단면 형상을 가지는 상기 가스켓(300)의 가장자리 실링부(310)가 동일한 압축률을 가지게 할 경우, 배플 실링부(320)의 압축응력이 가장자리 실링부(310)와 비교하여 크게 나타나, 탱크(100)와 헤더(200)의 조립이 어려운 문제점이 발생하므로, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 탱크배플(110)의 일면에 상기 압축률 보정돌기(111)를 형성하여, 도 5에 도시된 압축률 보정돌기(111)와 접하는 상기 배플 실링부(320)의 중심영역(H)이 상기 가장자리 실링부(310)와 동일한 압축률을 가지게 하고, 상기 중심영역(H)의 양측에 위치되는 배플 실링부(320)의 가장자리 영역(L)이 가장자리 실링부(310)보다 약 15프로 내지 25프로 낮은 압축률을 가지게 하여, 가스켓(300)의 실링 성능 및 탱크(100)와 헤더(200)의 조립성을 극대화 한 것이다.
또한, 상기 탱크(100)는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 탱크배플(110)의 폭방향 양측에 상기 배플 실링부(320)에 형성된 결합공(321)이 체결되는 이탈방지 돌기(120)가 상하 방향으로 돌출 형성되어, 탱크(100)와 헤더(200) 조립 시 배플 실링부(320)가 압축되는 힘에 대응하여 지정된 임의의 위치에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
상세히 설명하면, 상기 탱크(100)와 헤더(200)를 결합 시 탱크(100)와 헤더(200)가 결합되는 힘이 배플 실링부(320)의 상측과 하측에 서로 대응하는 방향으로 정확히 인가될 경우, 배플 실링부(320)가 지정된 임의의 위치에 고정된 상태로 압축 변형된다. 그러나 탱크(100), 헤더(200), 가스켓(300)의 제작 시 제조 공차가 발생하기 때문에 배플 실링부(320)에 정확한 방향성을 가지는 힘을 인가하기 어려울 뿐만 아니라, 탱크(100)와 헤더(200)를 조립 시에도 배플 실링부(320)에 특정 방향성을 가지는 힘이 인가되어 배플 실링부(320)가 지정된 임의의 위치에서 이탈될 수 있으므로, 상기 이탈방지 돌기(120)를 상기 결합공(321)에 체결하여 이러한 문제를 해결한 것이다.
그리고, 상기 이탈방지 돌기(120)는 상기 배플 실링부(320)가 지정된 임의의 위치에서 이탈하는 것을 방지함과 동시에 배플 실링부(320)가 변형되며 비틀리는 것 또한 방지할 수 있으며, 이를 보조하기 위하여 상기 탱크배플(110)의 두께방향 양측에 비틀림 방지돌기(130)가 형성될 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 배플 실링부(320)가 상기 탱크배플(110)과 접하며 압축 시 배플 실링부(320)의 가장자리 영역(L)이 점차 넓어지게 되어, 배플 실링부(320)의 두께방향 단부가 탱크배플(110)과 접하지 않고 외측으로 이탈되며 배플 실링부(320)가 비틀림 변형 될 수 있으므로, 탱크배플(110)의 두께방향 양측에 비틀림 방지돌기(130)를 형성하여 배플 실링부(320)가 압축되며 가장자리 영역(L)이 점차 넓어질 경우에도 비틀림 방지돌기(130)가 배플 실링부(320)의 최외측 가장자리 영역(L)을 지지할 수 있게 한 것이다.
이때, 상기 비틀림 방지돌기(130)는 상기 탱크배플(110)과 동일한 높이를 가지게 형성되는 것을 권장한다.
또한, 도 7을 참조하면 상기 헤더(200)는 가장자리에 상기 결합홈(210)이 형성되고, 내측에 냉매가 흐르는 튜브가 결합되는 복수개의 제1 그루브(230)가 형성되되, 상기 배플 실링부(310)와 마주보는 위치에 제1 경사면(221)과 제1 연결면(222)으로 이루어지는 제2 그루브(220)가 위치될 수 있으며, 상기 제1 경사면(221)과 마주보는 상기 배플 실링부(310)와 상기 배플(110)의 폭방향 양측이 이에 대응되는 형상으로 이루어지는 것을 권장한다.
상세히 설명하면, 도 2에 도시된 종래의 헤더탱크와 같이 헤더(14) 상에 동일한 형상의 그루브(14-1)가 형성되면, 도 8에 도시된 바와 같이 헤더(14)의 가장자리에 형성된 결합돌기(14-2)를 벤딩하여 탱크(12)와 배플(14)을 클림핑 시, 도 8에 도시된 바와 같이 그루브(14-1)와 결합홈(14-3)이 연결되는 구역(A)에 위치된 배플 가스켓(15-2)의 폭방향 양측이 당겨지거나 압박되어 변형되는 문제가 있다.
따라서, 도 3에 도시된 바와 같이 헤더 상에 형성되는 그루브를 열교환매체가 흐르는 튜브가 결합되는 제1 그루브(230)와, 서로 다른 온도의 열교환매체가 흐르는 영역을 구분하는 더미 튜브가 결합되는 제2 그루브(220)로 구분하되, 배플 실링부(310)가 결합되는 제2 그루브(220)의 폭방향 양측에 결합홈(210)에 가까워 질수록 높이가 낮아지는 제1 경사면(221)을 형성하고, 상기 제2 그루브(220)와 마주보는 상기 배플 실링부(320)에 상기 제1 경사면(221)에 대응하는 동일한 기울기를 가지는 제1 경사부(322)를 형성하고, 상기 제1 경사부(322)와 마주보는 상기 탱크배플(110)의 폭방향 양측에 상기 제1 경사부(322)의 기울기에 대응하는 동일한 경사를 가지는 제2 경사면(112)을 형성하여, 상기 배플 실링부(320)와 상기 탱크(100)와 상기 헤더(200) 결합 시 도 9에 도시된 바와 같이 (B) 구간의 배플 실링부(320) 두께가 타 구간의 배플 실링부(320) 두께와 동일한 일정한 두께를 가질 수 있게 한 것이다.
아울러, 본 발명인 헤더탱크(1000)는 상기 제2 경사면(112)과 연결되는 가장자리면(140) 상에, 마주보는 상기 제1 경사부(322)와 상기 가장자리 실링부(310)의 연결면에 대응되는 압축률 보정 홈(141)이 형성되는 것을 권장하며, 상기 제1 경사부(322)는 연결부재(323)로 연결될 수 있다.
상세히 설명하면. 도 6에 도시된 바와 같이 상기 탱크배플(110) 상에 상기 제2 경사면(112)을 형성을 형성할 경우, 제2 경사면(112)과 상기 가장자리면(140)이 서로 만나는 열결부가 급격한 경사를 가져, 접하는 상기 제1 경사부(322)와 상기 가장자리 실링부(310)의 연결면을 타 접촉면과 비교하여 강하게 압박할 수 있으므로, 제2 경사면(112)과 연결되는 가장자리면(140)의 내측에 상기 보정 홈(141)을 형성하여, 도 9에 도시된 바와 같이 압축된 (C)구간의 배플 실링부(320) 두께가 타 구간의 배플 실링부(320) 두께와 동일하게 형성되게 한 것이다.
결국, 본 발명인 헤더탱크(1000)는 배플을 실링하는 가스켓(300)의 압축율 및 두께를 지정된 임의의 수치로 일정하게 유지하여 헤더탱크(1000)의 실링 성능을 향상시킬 수 있는 것이다.
그리고, 본 발명이 헤더탱크는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 탱크배플(110)이 복수개의 탱크배플 단위체(110A)가 모여 이루어질 수 있으며, 각각의 상기 탱크배플 단위체(110A) 사이에 이격공간(113)이 형성되어 더미튜브의 단부가 상기 이격공간(111)에 끼워져 고정될 수 있다.
도 1에 도시된 종래의 라디에이터(10a, 10b)와 도 4의 탱크(100)를 참조하여 설명하면, 격리구역(16) 상에 도 3에 도시된 상기 탱크배플(110)과, 상기 제2 그루브(220)와, 상기 배플 실링부(310)가 위치되고, 냉각수가 흐르지 않는 더미튜브(17)의 단부가 상기 제2 그루브(220)에 형성된 중공을 통해 상기 이격공간(113)에 끼워져 고정되는 것이다.
이때, 상기 더미튜브(17)는 라디에이터(10a, 10b)를 흐르는 서로 다른 온도의 제1 열교환 매체 및 제2 열교환 매체가 서로 열교환 하는 것을 방지할 수 있으며, 이러한 성능을 더욱 증대하기 위하여 더미튜브(17) 내부에 단열재가 충진될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
100 : 탱크
110 : 탱크배플
111 : 압축률 보정돌기
112: 제2 경사면
120 : 이탈 방지돌기
130 : 비틀림 방지돌기
140 : 가장자리면
141 : 압축률 보정 홈
200 : 헤더
210 : 결합홈
220 : 제2 그루브
221 : 제1 경사면
230 : 제1 그루브
300 : 가스켓
310 : 가장자리 실링부
320 : 배플 실링부
321 : 결합공
322 : 제1 경사부

Claims (10)

  1. 유로가 탱크배플(110)로 분리되는 탱크(100)와, 가장자리에 상기 탱크(100)가 결합되는 결합홈(210)이 형성되는 헤더(200)와, 상기 탱크(100)와 상기 헤더(200)의 결합면을 실링하는 가스켓(300)을 포함하는 헤더탱크에 있어서,
    상기 가스켓(300)은 상기 결합홈(210)에 끼워져 상기 탱크(100)와 상기 헤더(220)의 가장자리를 실링하는 가장자리 실링부(310)와, 상기 탱크배플(110)을 실링하는 배플 실링부(320)를 포함하며, 상기 탱크(100)와 상기 헤더(200) 체결 시 상기 가장자리 실링부(310)와 상기 배플 실링부(320)가 동일한 압축율을 가지는 것을 특징으로 하는, 헤더탱크.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 가장자리 실링부(310)는 원형 단면 형상을 가지고, 상기 배플 실링부(320)는 사각 단면 형상을 가지는, 헤더탱크.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 탱크배플(110)은 상기 배플 실링부(320)와 마주보는 일면에 압축률 보정돌기(111)가 형성되는, 헤더탱크.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 탱크(100)는 상기 탱크배플(110)의 폭방향 양측에 상기 배플 실링부(320)에 형성된 결합공(321)과 체결되는 이탈 방지돌기(120)가 상하 방향으로 돌출 형성되는, 헤더탱크.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 탱크배플(110)의 두께방향 양측에 비틀림 방지돌기(130)가 형성되는, 헤더탱크.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 헤더(200)는 상기 헤더(200)는 상기 배플 실링부(310)와 마주보며, 폭방향 양측에 상기 결합홈(210)에 가까워질수록 높이가 낮아지는 제1 경사면(221)이 형성된 제2 그루브(220)를 포함하는, 헤더탱크.
  7. 제 6항에 있어서
    상기 배플 실링부(320)는 상기 제1 경사면(221)과 마주보는 폭방향 양측에 상기 제1 경사면(221)의 기울기에 대응되는 제1 경사부(322)가 형성되며, 일정한 두께를 가지는, 헤더탱크.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 배플(110)은 상기 제1 경사부(322)와 마주보는 폭방향 양측에 상기 제1 경사부(322)의 기울기에 대응하는 제2 경사면(112)이 형성되는, 헤더탱크.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 탱크(100)는 상기 제2 경사면(112)과 연결되는 가장자리면(140)에, 마주보는 상기 제1 경사부(322)와 상기 가장자리 실링부(310)의 연결면에 대응되는 압축률 보정 홈(141)이 형성되는, 헤더탱크.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 배플 실링부(320)는 상기 가장자리 실링부(310)와의 결합면에 인접할 수록 높이가 낮아지는 한 쌍의 제1 경사부(322)와, 각각의 상기 제1 경사부(322)를 연결하는 연결부재(323)를 포함하며, 상기 제1 경사부(322)와 상기 연결부재(323)가 상기 가장자리 실링부(310)보다 상측에 위치되는 것을 특징으로 하는, 헤더탱크.
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