KR20200021189A - 일체형 열교환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일체형 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 제1튜브 및 제2튜브가 인접한 일정영역의 헤더와 튜브가 접합되는 면적이 나머지 영역보다 넓게 형성되어 튜브에 작용되는 온도 차이에 의한 열응력을 줄여 내구성을 보다 높일 수 있는 일체형 열교환기에 관한 것이다.

Description

일체형 열교환기 {Integrated heat exchanger}
본 발명은 일체형 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 제1튜브 및 제2튜브가 인접한 일정영역의 헤더와 튜브가 접합되는 면적이 나머지 영역보다 넓게 형성되어 튜브에 작용되는 온도 차이에 의한 열응력을 줄여 내구성을 보다 높일 수 있는 일체형 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로 열교환기는 특정 유로상에 설치되어 그 내부를 순환하는 열교환매체가 외기열을 흡열하도록 하거나 또는 자신의 열을 외부로 방열하는 방식으로 열교환을 수행하도록 하는 장치이다.
이러한 열교환기는 냉매를 열교환매체로 사용하는 응축기와 증발기, 그리고 냉각수를 열교환매체로 사용하는 라디에이터와 히터코어, 또한 엔진 및 변속기 등의 내부를 유동하는 오일을 냉각하기 위해 오일을 열교환매체로 사용하는 오일쿨러 등 사용목적과 용도에 따라 다양하게 제작되고 있다.
그리고 근래 자동차 산업에 있어서 세계적으로 환경과 에너지에 대한 관심이 높아짐에 따라 연비 개선을 위한 연구가 이루어지고 있으며, 다양한 소비자의 욕구를 만족시키기 위해 경량화ㆍ소형화 및 고기능화를 위한 연구개발이 꾸준히 이루어지고 있다.
그런데 자동차에 사용되는 열교환기에 있어서 복수의 열교환기를 별개로 제작하여 설치하는 경우 제작공수가 많아져 생산성이 낮을 뿐만 아니라, 재료의 낭비가 심해 원가 상승과 더불어 각각의 열교환기들을 장착하기 위한 공간을 확보하는 데에도 어려움이 있었다. 그리하여 이러한 문제를 해결하기 위해 복수의 열교환기를 일체화하여 형성하는 다양한 기술이 개발되어 사용되고 있다.
이와 관련된 종래 기술로 한국공개특허(10-2007-0081635)인 일체형 열교환기가 개시되어 있으며, 도 1은 종래의 일체형 열교환기를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이 종래의 일체형 열교환기는 제1유체가 유통되는 복수개의 제1튜브(11), 상기 제1튜브(11)의 사이에 개재되어진 제1방열핀(12) 및 상기 제1튜브(11)의 양단에 각각 결합되는 제1헤더(13)로 이루어진 제1코어부(10)와, 제2유체가 유통되는 복수개의 제2튜브(21), 상기 제2튜브(21)의 사이에 개재되어진 제2방열핀(22) 및 상기 제2튜브(21)의 양단에 각각 결합되는 제2헤더(23)로 이루어진 제2코어부(20)와, 상하로 배열되는 상기 제1,2코어부(10)(20)의 제1헤더(12) 및 제2헤더(22)에 동시에 결합되어 상기 제1,2유체가 유동되는 공간을 형성하는 단일의 탱크(30)와, 상기 탱크(30)의 내부에 적어도 하나 이상 설치되어 제1유체와 제2유체를 분리하는 배플(60)을 포함하여 이루어진다. 이와 같이 종래의 일체형 열교환기는 단일 탱크(30) 내부를 배플(60)로 구획하여 두 가지 열교환매체를 동시에 냉각시킬 수 있도록 하였다.
그런데 이때 일체형 열교환기는 온도가 다른 두 가지의 열교환매체가 배플(60)로 구획된 하나의 탱크 내부를 순환하게 되므로, 온도차에 의한 튜브(21,22)와 탱크(60)의 열팽창 차이에 의해 튜브 및 탱크의 변형이 발생하게 되고 이로 인해 열교환매체의 누설이 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위해 서로 이격되어 배치된 한 쌍의 배플(60)을 탱크(30)에 설치하고, 한 쌍의 배플(60) 사이에 열차단 슬롯(31)을 형성하여 탱크(30)를 통한 두 가지 열교환매체의 열전달을 차단하도록 하였으나, 여전히 탱크(30)의 연결부를 통해 열전달이 이루어져 여전히 열교환매체의 누설이 발생할 수 있는 문제점이 있다.
KR 10-2007-0081635 A (2007.08.17)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 제1튜브 및 제2튜브가 인접한 일정영역의 헤더(제1접합부)와 튜브가 접합되는 면적이 나머지 영역보다 넓게 형성되어 튜브에 작용되는 온도 차이에 의한 열응력을 줄여 내구성을 보다 높일 수 있는 일체형 열교환기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 제1튜브 및 제2튜브가 인접한 일정영역에 경사부를 형성하여 상기 제1접합부를 형성할 수 있어 공기 흐름방향으로 제1접합부 양측의 높이를 크게 형성할 수 있으며, 튜브와 접합되는 면적을 간단하게 증대할 수 있는 일체형 열교환기를 제공하는 것이다.
또, 본 발명의 목적은 경사부에 의한 열응력 저감 효과를 충분히 얻을 수 수 있도록 경사부가 튜브삽입홀 하나 내지 5개를 포함하도록 형성되고, 판부와 경사부가 형성하는 예각이 25 내지 35 ° 로 형성되는 일체형 열교환기를 제공하는 것이다.
또, 본 발명의 목적은 제1튜브 및 제2튜브가 인접한 일정영역의 제2탭부 길이가 나머지 제1탭부보다 길게 형성되어 열변형이 일어날 수 있는 부분의 탭에 의한 고정력을 높여 가스켓을 포함하는 헤더탱크를 더욱 확실하게 밀폐할 수 있고, 전체 내구성을 보다 높일 수 있는 일체형 열교환기를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일체형 열교환기(1000)는, 제1유체가 유동하는 복수 개의 제1튜브(110)와, 상기 제1유체와 온도가 상이한 제2유체가 유동하는 복수 개의 제2튜브(120)를 포함하는 튜브(100); 상기 튜브(100)의 양단이 삽입고정되는 헤더(320)를 포함하는 제1헤더탱크(301) 및 제2헤더탱크(302)를 포함하되, 상기 제1헤더탱크(301) 및 제2헤더탱크(302)를 형성하는 헤더(320) 중 하나 또는 모두는 상기 제1튜브(110) 및 제2튜브(120)가 인접한 일정영역에서 상기 튜브(100)들과 접합되는 면적이 나머지 영역보다 넓게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 헤더(320)는 상기 튜브(100)가 삽입되는 튜브삽입홀(321h)이 형성된 튜브결합면부(321)와, 상기 제1튜브(110) 및 제2튜브(120)가 인접한 일정영역의 튜브(100)가 삽입되는 튜브삽입홀(321h)의 둘레가 상기 튜브(100) 측으로 연장되어 튜브(100) 외주면과 접합되는 제1접합부(321a)와, 나머지 튜브(100)가 삽입되는 튜브삽입홀(321h)의 둘레가 상기 튜브(100) 측으로 연장되어 튜브(100) 외주면과 접합되는 제2접합부(321b)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 헤더(320)는, 상기 튜브결합면부(321)와, 상기 튜브결합면부(321)의 폭방향으로 양단이 상기 제1튜브(110) 및 제2튜브(120)가 위치되는 반대 방향으로 절곡연장되는 한 쌍의 제1절곡부(322)와, 상기 한 쌍의 제1절곡부(322)로부터 상기 튜브결합면부(321)와 나란하게 각각 외측 방향으로 절곡연장되는 한 쌍의 판부(323)와, 상기 판부(323)로부터 상기 가스켓(330) 및 탱크(310)가 안착되도록 상기 제1절곡부(322)와 나란하게 절곡연장되는 한 쌍의 제2절곡부(324)와, 상기 제2절곡부(324)로부터 연장되어 탱크(310)를 고정하는 탭부(325)를 포함하되, 상기 헤더(320)의 길이방향으로 상기 제1튜브(110) 및 제2튜브(120)가 인접한 일정영역이 상기 제1절곡부(322)와 접하는 상기 한 쌍의 판부(323)로부터 각각 상기 제1접합부(321a)를 경사지게 연결하는 한 쌍의 경사부(326)가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 제1접합부(321a)는 상기 제2접합부(321b)와 동일한 형태이되, 공기 흐름방향으로 상기 제1접합부(321a) 양측의 높이(h2)가 상기 제2접합부의 높이(h1)보다 길게 형성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 헤더(320)는 폭방향으로 상기 제1접합부(321a)와 튜브(100)가 접합되는 면적(A2)을 제2접합부(321b)와 튜브(100)가 접합되는 면적(A1)보다 증대할 수 있도록 상기 경사부(326)가 상기 판부(323)와 폭방향으로 상기 제1접합부(321a)의 양단의 내부를 연결하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 경사부(326)는 상기 튜브삽입홀(321h) 하나 내지 5개가 형성된 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 일체형 열교환기(1000)는 내부에 열교환매체가 유동되지 않는 더미튜브(130)가 상기 제1튜브(110) 및 제2튜브(120) 사이에 구비되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 일체형 열교환기(1000)는 상기 판부(323)와 경사부(326)가 형성하는 예각(θ)이 25 내지 35 ° 인 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 제1헤더탱크(301) 및 제2헤더탱크(302) 중 하나 또는 모두는 상기 헤더(320)와 결합되는 탱크(310)와 상기 헤더(320)와 탱크(310) 사이에 개재되는 가스켓(330)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 가스켓(330)은 둘레부(331)와, 상기 둘레부(331)에 연결되어 서로 길이방향으로 이격되는 한 쌍의 브리지(332)를 포함하고, 상기 탱크(310)는 내측에 상기 헤더(320)와 탱크(310)의 결합에 의해 형성된 내부 공간을 구획하도록 상기 한 쌍의 브리지(332)에 밀착되는 한 쌍의 배플(311)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 탭부(325)는 일정한 길이를 갖는 복수개의 제1탭부(325-1)와, 상기 제1튜브(110) 및 제2튜브(120)가 인접한 영역에서 상기 제1탭부(325-1)보다 큰 길이를 갖는 한 쌍의 제2탭부(325-2)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2탭부(325-2)의 길이(d2)는 상기 제1탭부(325-1) 길이(d1)의 2배 내지 4배로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일체형 열교환기는 제1튜브 및 제2튜브가 인접한 일정영역의 헤더(제1접합부)와 튜브가 접합되는 면적이 나머지 영역보다 넓게 형성되어 튜브에 작용되는 온도 차이에 의한 열응력을 줄여 내구성을 보다 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일체형 열교환기는 제1튜브 및 제2튜브가 인접한 일정영역에 경사부를 형성하여 상기 제1접합부를 형성할 수 있어 공기 흐름방향으로 제1접합부 양측의 높이를 크게 형성할 수 있으며, 튜브와 접합되는 면적을 간단하게 증대할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일체형 열교환기는 경사부에 의한 열응력 저감 효과를 충분히 얻을 수 수 있도록 경사부가 튜브삽입홀 하나 내지 5개를 포함하도록 형성되고, 판부와 경사부가 형성하는 예각이 25 내지 35 ° 로 형성되는 장점이 있다.
또, 본 발명의 일체형 열교환기는 제1튜브 및 제2튜브가 인접한 일정영역의 제2탭부 길이가 나머지 제1탭부보다 길게 형성되어 열변형이 일어날 수 있는 부분의 탭에 의한 고정력을 높여 가스켓을 포함하는 헤더탱크를 더욱 확실하게 밀폐할 수 있고, 전체 내구성을 보다 높일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 일체형 열교환기를 나타낸 도면.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 일체형 열교환기의 사시도, 및 분해사시도.
도 4는 본 발명에 따른 일체형 열교환기의 헤더 확대도.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 일체형 열교환기의 AA' 방향 및 BB' 방향 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 일체형 열교환기의 제1접합부의 높이(공기 흐름 방향 양측) 및 제2접합부의 높이를 나타낸 도면.
도 8 내지 도 10은 본 발명에 따른 일체형 열교환기의 다른 헤더 확대도, 도 7에 도시한 CC', DD' 방향 단면도.
도 11은 본 발명에 따른 일체형 열교환기의 제1접합부의 면적 및 제2접합부의 면적을 나타낸 도면.
도 12는 본 발명에 따른 일체형 열교환기의 판부와 경사부가 형성하는 예각에 따른 열응력을 나타낸 그래프.
도 13은 본 발명에 따른 일체형 열교환기의 열응력 해석 도면.
도 14는 본 발명에 따른 일체형 열교환기의 다른 헤더 실시예를 나타낸 확대도.
도 15는 본 발명에 따른 일체형 열교환기의 다른 열응력 해석 도면.
도 16은 본 발명에 따른 일체형 열교환기의 다른 예를 나타낸 사시도.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일체형 열교환기(1000)를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 일체형 열교환기(1000)의 사시도, 및 분해사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 일체형 열교환기(1000)의 헤더(320) 확대도이며, 도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 일체형 열교환기(1000)의 AA' 방향 및 BB' 방향 단면도이고, 도 7는 본 발명에 따른 일체형 열교환기(1000)의 제1접합부의 높이(h2)(공기 흐름 방향 양측) 및 제2접합부의 높이(h1)를 나타낸 도면이고, 도 8 내지 도 10은 본 발명에 따른 일체형 열교환기(1000)의 다른 헤더(320) 확대도, 도 7에 도시한 CC', DD' 방향 단면도이고, 도 11은 본 발명에 따른 일체형 열교환기(1000)의 제1접합부의 면적(A2) 및 제2접합부의 면적(A1)를 나타낸 도면이며, 도 12는 본 발명에 따른 일체형 열교환기(1000)의 판부(323)와 경사부(326)가 형성하는 예각(θ)에 따른 열응력을 나타낸 그래프이다. 도 13은 본 발명에 따른 일체형 열교환기(1000)의 열응력 해석 도면이다.
본 발명의 일체형 열교환기(1000)는 제1튜브(110)와 제2튜브(120)를 포함하는 튜브(100), 제1헤더탱크(301) 및 제2헤더탱크(302)를 포함한다.
상기 튜브(100)는 유체가 유동하는 부분으로, 상기 제1튜브(110) 및 제2튜브(120) 복수개가 상기 제1헤더탱크(301) 및 제2헤더탱크(302)에 양단이 삽입된다. 이 때, 제1헤더탱크(301) 및 제2헤더탱크(302)의 길이방향으로 일측에 복수개의 제1튜브(110)가 구비되고, 타측에 상기 제1튜브(110)와 나란하게 제2튜브(120)가 구비된다. 이 때, 본 발명의 일체형 열교환기(1000)는 라디에이터로서, 저온 및 고온의 열교환매체가 각각 유동되는 구성일 수 있으며, 상기 제1튜브(110)는 제1유체가 유동되며, 제2튜브(120)는 제2유체가 유동된다.
상기 제1튜브(110) 및 제2튜브(120) 사이에는 핀(200)이 개제된다.
상기 제1헤더탱크(301) 및 제2헤더탱크(302)는 상기 제1튜브(110) 및 제2튜브(120)의 양단이 삽입되어 고정되는 헤더(320)를 포함하며, 제1유체 및 제2유체가 유입되고 배출되는 공간을 형성한다.
이 때, 상기 제1헤더탱크(301) 및 제2헤더탱크(302)를 형성하는 헤더(320) 중 하나 또는 모두는 상기 제1튜브(110) 및 제2튜브(120)가 인접한 일정영역에서 상기 튜브(100)들과 접합되는 면적이 나머지 영역보다 넓게 형성된다. 즉, 상기 헤더(320)는 상기 튜브(100)가 삽입되는 튜브삽입홀(321h)이 형성된 튜브결합면부(321)와, 상기 제1튜브(110) 및 제2튜브(120)가 인접한 일정영역의 튜브(100)가 삽입되는 튜브삽입홀(321h)의 둘레가 상기 튜브(100) 측으로 연장되어 튜브(100) 외주면과 접합되는 제1접합부(321a)와, 나머지 튜브(100)가 삽입되는 튜브삽입홀(321h)의 둘레가 상기 튜브(100) 측으로 연장되어 튜브(100) 외주면과 접합되는 제2접합부(321b)를 포함하며, 상기 제1접합부(321a)와 튜브(100)가 접합되는 면적이 상기 제2접합부(321b)와 튜브와 접합되는 면적보다 크게 형성된다. 이를 위하여, 상기 제1접합부(321a)는 상기 제2접합부(321b)와 동일한 형태이되, 공기 흐름방향으로 상기 제1접합부(321a) 양측의 높이(h2)가 상기 제2접합부의 높이(h1)보다 길게 형성된다. 상기 도 7을 참조하면 상기 제1접합부(321a)는 상기 제2접합부(321b)와 동일한 형태이되, 공기 흐름방향으로 상기 제1접합부(321a) 양측의 높이(h2)가 상기 제1접합부의 높이(h1)보다 길게 형성된다. 즉, 상기 헤더(320)는 상기 제1접합부(321a) 및 제2접합부(321b)가 공기 흐름방향으로 양측 사이의 공기 흐름방향과 나란하게 형성되는 영역의 형태는 동일하게 h1의 높이를 가지며, 상기 제1접합부(321a)의 공기 흐름방향으로 양측 높이(h2)가 제1접합부(321b)의 높이(h1)보다 크게 형성된다.
더욱 상세하게, 상기 헤더(320)는 공기 흐름방향으로 상기 제1접합부(321a)의 높이(h2)가 제2접합부(321b)의 높이(h1)보다 크게 형성되기 위하여, 튜브결합면부(321), 제1접합부(321a) 및 제2접합부(321b), 제1절곡부(322), 판부(323), 제2절곡부(324), 및 탭부(325)를 포함하되, 제1튜브(110) 및 제2튜브(120)가 인접한 일정영역에 경사부(326)가 형성된다.
먼저, 상기 경사부(326)가 형성되지 않은 부분인 상기 도 5를 기준으로 상기 헤더(320)를 설명한다.
상기 튜브결합면부(321)는 상기 제1튜브(110) 및 제2튜브(120)가 삽입되는 튜브삽입홀(321h)이 형성되는 부분이다.
상기 제1절곡부(322)는 상기 튜브결합면부(321)의 폭방향으로 양단이 상기 제1튜브(110) 및 제2튜브(120)가 위치되는 반대 방향으로 각각 절곡되는 부분으로, 상기 튜브결합면부(321)의 양측에 한 쌍이 존재한다. 본 발명에서, 상기 제1튜브(110) 및 제2튜브(120)가 위치되는 반대 방향이란, 일체형 열교환기(1000)의 높이방향으로, 상기 제1헤더탱크(301) 및 제2헤더탱크(302) 사이의 공기가 유동되는 중앙 영역의 반대 방향으로, 도 2 및 도 3에서, 상측에 위치하는 헤더(320)의 경우 상측방향을 의미하며, 하측에 위치하는 헤더(320)의 경우 하측방향을 의미하는 것으로 정의한다.
상기 판부(323)는 상기 한 쌍의 제1절곡부(322)로부터 상기 튜브결합면부(321)와 나란하게 각각 외측 방향으로 절곡연장되는 부분이다.
상기 제2절곡부(324)는 상기 판부(323)로부터 상기 가스켓(330) 및 탱크(310)가 안착되는 공간을 형성하도록 상기 제1절곡부(322)와 나란하게 절곡연장되는 부분으로, 절곡연장되는 방향은 상기 판부(323)로부터 상기 제1튜브(110) 및 제2튜브(120)가 위치되는 방향인 제1헤더탱크(301) 및 제2헤더탱크(302) 사이의 공기가 유동되는 중앙 영역을 향한 방향이다.
상기 탭부(325)는 상기 상기 제2절곡부(324)로부터 연장되는 부분이되, 상기 가스켓(330) 및 탱크(310)가 안착된 후, 탱크(310)를 감싸도록 절곡된다.
이 때, 본 발명의 일체형 열교환기(1000)는 상기 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 헤더(320)의 길이방향으로 상기 제1튜브(110) 및 제2튜브(120)가 인접한 일정영역에 경사부(326)가 형성된다.
상기 경사부(326)는 상기 헤더(320)의 길이방향으로 상기 제1튜브(110) 및 제2튜브(120)가 인접한 일정영역이 상기 제1절곡부(322)와 접하는 상기 한 쌍의 판부(323)로부터 각각 상기 제1접합부(321a)를 경사지게 연결하는 부분이다. 이 때, 상기 경사부(326)는 공기 흐름방향(헤더(320) 폭방향)으로 나란하게 형성되는 상기 튜브삽입홀(321h) 영역은 방해하지 않는 범위에서 형성되는 예를 나타내었다. 이를 통해, 본 발명의 일체형 열교환기(1000)는 상기 제1튜브(110) 및 제2튜브(120)가 인접한 일정영역의 헤더(320)에 경사부(326)가 형성됨에 따라, 공기 유동방향으로, 상기 제1접합부(321a) 양측의 높이(h1)을 늘려, 튜브(100)와의 접합 면적을 증대할수 있어 상기 제1튜브(110) 및 제2튜브(120) 사이에 더미튜브(130)를 구비하지 않더라도 튜브(100)에 작용되는 온도 차이에 의한 열응력을 줄여 내구성을 보다 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일체형 열교환기(1000)는 도 4 내지 도 7에 도시한 형태보다 상기 제1접합부(321a)의 접합 면적을 더욱 증대할 수 있으며, 이를 도 8 내지 도 11에 도시하였다. 이 실시예에서, 상기 경사부(326)는 폭방향으로 상기 제1접합부(321a)와 튜브(100)가 접합되는 면적(A2)을 제2접합부(321b)와 튜브(100)가 접합되는 면적(A1)보다 증대할 수 있도록 상기 경사부(326)가 상기 판부(323)와 폭방향으로 상기 제1접합부(321a)의 양단의 내부를 연결하도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 경사부(326)가 상기 판부(323)로부터 상기 튜브결합면부(321)를 연결하되, 상기 헤더(320) 길이방향으로 상기 제1접합부(321a) 사이의 상기 튜브결합면부(321) 일정영역에도 경사부(326)가 형성된다. 이를 통해, 도 11 (a)에 도시한. 상기 제1접합부(321a)와 튜브(100)가 접합되는 면적(A2)이 도 11 (b)에 도시한 제2접합부(321b)와 튜브(100)가 접합되는 면적(A1)보다 커질 수 있어 온도 차이가 있는 제1튜브(110)와 제2튜브(120)가 인접한 영역의 내구성을 보다 높일 수 있다.
이 때, 상기 도 12는 판부(323)와 경사부(326)가 형성하는 예각(θ)에 따른 열응력을 나타낸 그래프이고, 도 12는 경사부(326)가 형성되지 않은 비교예와, 예각(θ)이 각각 35°, 30°, 25° 인 실시예 1 내지 3의 열응력을 나타낸 도면으로, 상기 도 12 및 도 13은 도 8 내지 도 11에 도시한 바와 같은 형태의 열응력을 나타내었다. 상기 도 12 및 도 13에서 확인해본 바와 같이, 본 발명의 일체형 열교환기(1000)는 경사부(326)가 형성됨에 따라 열응력을 효과적으로 저감할 수 있다. 특히, 본 발명의 일체형 열교환기(1000)는 경사부(326)를 포함하는 헤더(320)의 제조가 용이하면서도 열응력 저감 효과를 충분히 확보할 수 있도록 상기 판부(323)와 경사부(326)가 형성하는 예각(θ)이 25 내지 35 ° 인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일체형 열교환기(1000)는 상기 제1튜브(110) 및 제2튜브(120) 사이에 더미튜브(130)를 더 포함할 수 있으며, 헤더(320)의 길이방향으로 상기 경사부(326)의 중앙에 더미튜브(130)가 위치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1헤더탱크(301) 및 제2헤더탱크(302)는 각각 탱크(310) 및 가스켓(330)을 포함한다.
상기 탱크(310)는 상기 헤더(320)와 결합되는 부분으로, 가스켓(330)을 사이에 두고, 상기 헤더(320)와 결합된다. 또, 상기 탱크(310)는 상기 제1튜브(110)에 공급되는 제1유체가 유입되는 제1입구파이프(410) 및 배출되는 제1출구파이프(420)가 형성되고, 상기 제2튜브(120)에 공급되는 제2유체가 유입되는 제2입구파이프(510) 및 배출되는 제2출구파이프(520)가 형성된다. 이 때, 상기 탱크(310)는 제1헤더탱크(301) 및 제2헤더탱크(302)의 길이방향으로 제1유체 및 제2유체가 유동되는 영역을 구분하도록 배플(311)이 형성된다.
이 때, 본 발명의 일체형 열교환기(1000)는 상기 배플(311)이 상기 헤더탱크(310) 내부에 제1유체가 유동되는 영역과 제2유체가 유동되는 영역을 확실히 구분할 수 있도록 한 쌍이 형성되며, 상기 가스켓(330) 역시, 상기 헤더(320)와 탱크(310)의 결합면에 대응되되는 둘레부(331)와, 상기 둘레부(331)에 연결되어 서로 길이방향으로 이격되며 상기 배플(311)에 밀착되는 브리지(332)를 포함하도록 형성되는 것이 바람직하다.
도 14는 본 발명에 따른 일체형 열교환기(1000)의 다른 헤더(320) 실시예를 나타낸 확대도이다.
이 때, 상기 경사부(326)는 상기 튜브삽입홀(321h) 하나 내지 5개가 형성된 영역을 포함하도록 형성될 수 있다. 상기 도 4는 상기 경사부(326)가 상기 튜브삽입홀(321h) 하나를 포함하는 예를 나타내었으며, 상기 도 14의 (a) 는 상기 경사부(326)가 상기 튜브삽입홀(321h) 3개를 포함하는 예를 나타내었고, 상기 도 14의 (b)는 상기 경사부(326)가 상기 튜브삽입홀(321h) 4개를 포함하는 예를 나타내었다.
도 15는 본 발명에 따른 일체형 열교환기(1000)의 다른 열응력 해석 도면으로, 상기 경사부(326)가 각각 튜브삽입홀(321h) 1개, 3개, 및 5개를 포함하는 제4실시예 내지 제6실시예의 열응력을 나타낸 도면으로, 비교예에 비하여 경사부(326)가 형성된 경우, 열응력을 현저하게 줄일 수 있는 것을 확인할 수 있다.
도 16은 본 발명에 따른 일체형 열교환기(1000)의 다른 예를 나타낸 사시도로, 상기 탭부(325)는 일정한 길이(d1)를 갖는 제1탭부(325-1)와 상기 제1튜브(110) 및 제2튜브(120)가 인접한 영역에서 상기 제1탭부(325-1)보다 큰 길이(d2)를 갖는 한 쌍의 제2탭부(325-2)를 포함하는 예를 나타내었다.
상기 제2탭부(325-2)가 형성되는 영역은 상기 경사부(326)가 형성되는 부분으로, 본 발명의 일체형 열교환기(1000)는 상기 제2탭부(325-2)가 형성됨에 따라 가스켓(330)을 더욱 확실히 고정할 수 있으며, 전체 내구성을 보다 높일 수 있는 장정이 있다.
이 때, 상기 제2탭부(325-2)의 길이(d2)는 제2탭부(325-2)에 의한 내구성 향상 효과를 기대할 수 있도록 상기 제1탭부(325-1) 길이(d1)의 2배 이상으로 형성되고, 제2탭부(325-2)의 클림핑(Climping) 공정이 원활히 수행될 수 있도록 상기 제1탭부(325-1) 길이(d1)의 4배 이하로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 도 15에서, 상기 제2탭부(325-2)의 길이(d2)는 상기 제1탭부(325-1) 길이(d1)의 2배로 형성된 예를 나타내었다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : 일체형 열교환기
110 : 제1튜브
120 : 제2튜브
130 : 더미튜브
200 : 핀
301 : 제1헤더탱크 302 : 제2헤더탱크
310 : 탱크 311 : 배플
320 : 헤더
321 : 튜브결합면부 321h : 튜브삽입홀
321a : 제1접합부 321b : 제2접합부
A1 : 제2접합부와 튜브의 접합 면적
A2 : 제1접합부와 튜브의 접합 면적
h1 : 제2접합부의 높이
h2 : 제1접합부의 높이
322 : 제1절곡부
323 : 판부
324: 제2절곡부
325 : 탭부
325-1 : 제1탭부 325-2 : 제2탭부
d1 : 제1탭부의 길이 d2 : 제2탭부의 길이
326 : 경사부
330 : 가스켓 331 : 둘레부
332 : 브리지
θ : 판부와 경사부가 형성하는 예각
410 : 제1입구파이프 420 : 제1출구파이프
510 : 제2입구파이프 520 : 제2출구파이프

Claims (12)

  1. 제1유체가 유동하는 복수 개의 제1튜브(110)와, 상기 제1유체와 온도가 상이한 제2유체가 유동하는 복수 개의 제2튜브(120)를 포함하는 튜브(100);
    상기 튜브(100)의 양단이 삽입고정되는 헤더(320)를 포함하는 제1헤더탱크(301) 및 제2헤더탱크(302)를 포함하되,
    상기 제1헤더탱크(301) 및 제2헤더탱크(302)를 형성하는 헤더(320) 중 하나 또는 모두는 상기 제1튜브(110) 및 제2튜브(120)가 인접한 일정영역에서 상기 튜브(100)들과 접합되는 면적이 나머지 영역보다 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 헤더(320)는 상기 튜브(100)가 삽입되는 튜브삽입홀(321h)이 형성된 튜브결합면부(321)와, 상기 제1튜브(110) 및 제2튜브(120)가 인접한 일정영역의 튜브(100)가 삽입되는 튜브삽입홀(321h)의 둘레가 상기 튜브(100) 측으로 연장되어 튜브(100) 외주면과 접합되는 제1접합부(321a)와, 나머지 튜브(100)가 삽입되는 튜브삽입홀(321h)의 둘레가 상기 튜브(100) 측으로 연장되어 튜브(100) 외주면과 접합되는 제2접합부(321b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 헤더(320)는,
    상기 튜브결합면부(321)와, 상기 튜브결합면부(321)의 폭방향으로 양단이 상기 제1튜브(110) 및 제2튜브(120)가 위치되는 반대 방향으로 절곡연장되는 한 쌍의 제1절곡부(322)와, 상기 한 쌍의 제1절곡부(322)로부터 상기 튜브결합면부(321)와 나란하게 각각 외측 방향으로 절곡연장되는 한 쌍의 판부(323)와, 상기 판부(323)로부터 상기 가스켓(330) 및 탱크(310)가 안착되도록 상기 제1절곡부(322)와 나란하게 절곡연장되는 한 쌍의 제2절곡부(324)와, 상기 제2절곡부(324)로부터 연장되어 탱크(310)를 고정하는 탭부(325)를 포함하되,
    상기 헤더(320)의 길이방향으로 상기 제1튜브(110) 및 제2튜브(120)가 인접한 일정영역이 상기 제1절곡부(322)와 접하는 상기 한 쌍의 판부(323)로부터 각각 상기 제1접합부(321a)를 경사지게 연결하는 한 쌍의 경사부(326)가 형성되는 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1접합부(321a)는 상기 제2접합부(321b)와 동일한 형태이되, 공기 흐름방향으로 상기 제1접합부(321a) 양측의 높이(h2)가 상기 제2접합부의 높이(h1)보다 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 헤더(320)는 폭방향으로 상기 제1접합부(321a)와 튜브(100)가 접합되는 면적(A2)을 제2접합부(321b)와 튜브(100)가 접합되는 면적(A1)보다 증대할 수 있도록 상기 경사부(326)가 상기 판부(323)와 폭방향으로 상기 제1접합부(321a)의 양단의 내부를 연결하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 경사부(326)는 상기 튜브삽입홀(321h) 하나 내지 5개가 형성된 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 일체형 열교환기(1000)는 내부에 열교환매체가 유동되지 않는 더미튜브(130)가 상기 제1튜브(110) 및 제2튜브(120) 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 일체형 열교환기(1000)는 상기 판부(323)와 경사부(326)가 형성하는 예각(θ)이 25 내지 35 ° 인 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
  9. 제3항 내지 제8항 중 선택되는 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1헤더탱크(301) 및 제2헤더탱크(302) 중 하나 또는 모두는 상기 헤더(320)와 결합되는 탱크(310)와 상기 헤더(320)와 탱크(310) 사이에 개재되는 가스켓(330)을 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가스켓(330)은 둘레부(331)와, 상기 둘레부(331)에 연결되어 서로 길이방향으로 이격되는 한 쌍의 브리지(332)를 포함하고,
    상기 탱크(310)는 내측에 상기 헤더(320)와 탱크(310)의 결합에 의해 형성된 내부 공간을 구획하도록 상기 한 쌍의 브리지(332)에 밀착되는 한 쌍의 배플(311)이 형성되는 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 탭부(325)는 일정한 길이를 갖는 복수개의 제1탭부(325-1)와, 상기 제1튜브(110) 및 제2튜브(120)가 인접한 영역에서 상기 제1탭부(325-1)보다 큰 길이를 갖는 한 쌍의 제2탭부(325-2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2탭부(325-2)의 길이(d2)는 상기 제1탭부(325-1) 길이(d1)의 2배 내지 4배로 형성되는 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
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