KR20220138974A - 열교환 효율 향상 및 방열성을 극대화한 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환 효율향상 및 방열성을 극대화한 열교환기에 관한 것으로서, 라디에이터와 오일쿨러, 냉·난방 에어컨용 콘덴서, 보조물통을 경량화 합성수지재를 사용하여 분할형 본체로 제작하여 (열, 진동)융착 고정토록 하고, 열교환 효율 향상 및 방열성을 극대화 할 수 있도록 하며, 제조상의 편의성을 높인 열교환기를 제공코자 하는 것이다.
즉, 본 발명의 열교환기 본체는 합성수지재를 사용하여 상부본체와 하부본체를 상하로 분할 구성하고, 상기 본체는 라디에이터, 오일쿨러, 콘덴서로 구분 형성되며, 상기 상부본체의 제 2 본체에 형성된 결합공과 하부본체의 제 1 본체에 형성된 결합공을 통해 열교환파이프를 끼움조립토록 하며, 상기 결합공에 끼움조립된 열교환파이프는 상호 융착 고정하며, 상기 상부본체의 제 2 본체 상부에 제 1 본체 및 하부본체의 제 1 본체 하부에 제 2 본체를 상호 융착 고정하며, 상기 열교환파이프 사이에는 방열핀이 끼움조립되며, 상기 라디에이터, 오일쿨러, 콘덴서에는 상부 유입구가 열교환파이프의 유체통로 및 하부 유출구와 연통되도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

열교환 효율 향상 및 방열성을 극대화한 열교환기{Heat exchanger for improving heat exchange efficiency and maximizing heat dissipation}

본 발명은 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 자동차 및 트랙터, 굴삭기, 지게차 등에 사용되어 냉각을

행하는 라디에이터와 오일쿨러, 냉?난방 에어컨용 콘덴서, 보조물통을 경량화 합성수지재를 사용하여 분할형 본

체로 제작하여 (열, 진동)융착 고정토록 하고, 열교환 효율 향상 및 방열성을 극대화 할 수 있도록 하며, 제조

상의 편의성을 높인 열교환기를 제공코자 하는 것이다.

통상 자동차, 트랙터, 굴삭기, 지게차 등에서는 엔진부에서 발생되는 고온의 열, 파워스티어링 오일 등을 냉각

시키기 위해 냉각수 또는 오일을 순환시켜 라디에이터 또는 오일쿨러 등과 같은 열교환기를 통해 방열을 행하게

된다.

이와 같은 라디에이터 및 오일쿨러 등은 별도로 제작된 후 자동차 등의 엔진 룸 내부에 장착되므로, 제작원가가

많이 소요되며, 조립 및 설치과정에 많은 시간이 소요되어 작업성이 저하되며, 공간점유률도 많이 차지하게 되

어 이를 해결할 수 있는 방안이 절실히 요망되었던 것이다.

또한 냉?난방용 에어컨의 경우 콘덴서를 통해 냉매의 열교환을 수행하게 되는데, 일반적으로 사용되고 있는

냉?난방 에어컨용 실외기의 비금속 배관은 영하 5도 이하로 기온이 하강하면 냉매가 결빙되어 압축모터가 작동

불능이 되는 폐단이 있었던 것이다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 발명자는 기히 개선된 구성의 '열교환기'를 출원한 바 있다.

즉, 국내 특허 출원번호 10-2010-0019125 에는 열교환기를 구성함에 있어서, 라디에이터와 오일쿨러, 보조물통

및 냉?난방 에어컨 등의 콘덴서를 경량화 합성수지재를 사용하여 양분된 본체로 제작하여 융착 고정토록 하고,

방열핀은 본체의 방열핀결합부에 견고하게 조립될 수 있도록 하여 저 탄소 배출, 제조공정의 단순화, 원가절감,

장착 용이성, 공간점유률을 최소화 할 수 있으며, 방열성이 우수한 열교환기를 개시하고 있으나, 상기 선특허

출원된 발명은 유체가 경유하는 유체통로가 단순히 관체로 제작되어 열교환을 위한 표면적 증대에 한계가 있었

고, 그로 인해 열교환 효율의 향상 역시 제한될 수 밖에 없었던 것이다.

그리고 본체 전부를 전후 양분체로 형성하여 융착하므로 융착면이 넓고, 융착작업을 행할 시 합성수지액이 흘러

내리게 되어 본체를 융착 고정시킨 후 후가공 처리를 필수적으로 행하여야 하므로 제조 공정이 매우 번거롭고

생산성이 떨어지는 문제점도 안고 있었다.

또한 융착면이 넓어 금형상 정확하게 융착고정하는데 어려움이 많았으며, 융착면이 정확하기 융착 고정되지 않

아 융착 부위로 누수 등이 발생하는 등 제품의 불량률도 높았던 것이다.

이에 본 발명에서 제공하는 열교환기는 라디에이터, 오일쿨러와 콘덴서, 보조물통 등을 일체로 제작한 본 발명자의 선특허 출원이 안고 있는 제반 문제점을 일소코자 하는 것이다.

즉, 본 발명의 열교환기는 융착 부위를 최소화하여 융착작업 시 발생되는 번거로운 후가공 처리 및 제품의 불량

률을 최소화 할 수 있는 열교환기를 제공코자 한다.

또한 본 발명은 열교환을 위한 표면적을 극대화시켜 보다 우수한 열교환 효율 및 방열성을 향상시킬 수 있는 열

교환기를 제공코자 하는 것이다.

이에 본 발명에서는 상기한 바와 같은 과제를 달성하기 위해 다음과 같은 열교환기를 제공한다.

즉, 본 발명은 열교환기 본체를 합성수지재를 사용하여 상부본체와 하부본체를 상하로 분할 구성하고, 상기 본

체는 라디에이터, 오일쿨러, 콘덴서로 구분 형성되며, 상기 상부본체의 제 2 본체에 형성된 결합공과 하부본체

의 제 1 본체에 형성된 결합공을 통해 열교환파이프를 끼움조립토록 하며, 상기 결합공에 끼움조립된 열교환파

이프는 상호 융착 고정하며, 상기 상부본체의 제 2 본체 상부에 제 1 본체 및 하부본체의 제 1 본체 하부에 제

2 본체를 상호 융착 고정하며, 상기 열교환파이프 사이에는 방열핀이 끼움조립되며, 상기 라디에이터,

오일쿨러, 콘덴서에는 상부 유입구가 열교환파이프의 유체통로 및 하부 유출구와 연통되도록 한 것을 특징으로

한다.

또한 본 발명은 상기 열교환기 본체는 합성수지재를 사용하여 상부본체와 하부본체를 상하로 분할 구성하고, 상

기 본체는 라디에이터, 오일쿨러, 콘덴서로 구분 형성되며, 상기 상부본체의 제 2 본체 및 하부본체의 제 1 본

체는 열교환파이프에 방열핀을 조립 후 열교환파이프의 유체통로에 서포터-캡을 끼움결합 후 사출성형기에 인서

트 시켜 인서트 사출성형시 열교환파이프와 일체로 구성될 수 있도록 하며, 상기 상부본체의 제 2 본체 상부에

제 1 본체 및 하부본체의 제 1 본체 하부에 제 2 본체를 상호 융착 고정하며, 상기 라디에이터, 오일쿨러, 콘덴

서에는 상부 유입구가 열교환파이프의 유체통로 및 하부 유출구와 연통되도록 한 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 열교환파이프의 유체통로 내부에는 전열 표면적을 높이기 위한 수개의 돌기가 형성된 것을

특징으로 한다.

또한 상기 열교환파이프에는 알루미늄(Al), 동(Cu)과 같은 금속 피막층을 형성한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 열교환기는 자동차 및 트랙터, 굴삭기, 지게차 등에 사용되어 냉각을 행하는 라디에이터와 오일쿨러,

보조물통 및 냉?난방 에어컨 등의 콘덴서를 경량화 합성수지재를 사용하여 제작하되, 본체의 상하부를 분할형

본체로 제작하고 열교환파이프의 전열 표면적을 극대화할 수 있도록 제작하여 본체 끼움조립 후 (열, 진동)융착

고정 또는 인서트 사출성형토록 하고, 방열핀은 본체의 방열핀결합부에 견고하게 조립될 수 있도록 하여 제품

불량률을 최소화하고, 후가공 처리가 필요 없고, 열교환 효율은 보다 극대화 할 수 있는 것이다.

또한 본 발명은 열교환기 제작 시에 탄소배출을 줄임과 동시에 납을 사용하지 않아 수질오염 등도 줄일 수 있으

며, 제품의 경량화 등에도 크게 일조할 수 있는 등 그 기대되는 효과가 큰 발명이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면과 함께 상세히 설명키로 한다.

도 1은 본 발명에서 제공하는 열교환기의 바람직한 일 실시예를 보인 사시도이다.

즉, 본 발명의 열교환기(1)는 나일론 수지와 같이 방열성이 비금속인 알루미늄 보다 우수한 소재 등을 사용하여

본체를 사출성형한다.

이러한 열교환기(1) 본체는 상하 분할형으로 사출 성형되는 상부본체(8)와, 별도 사출 성형되는 하부본체(9),

그리고 상부본체(8)와 하부본체(9) 사이에 설치되도록 별도 압출 성형 등의 방법으로 제작되는 다수개의 열교환

파이프(6), 상기 열교환파이프(6) 사이에 조립되는 다수개의 방열핀(7)으로 이루어진다.

상기 상부본체(8)는 라디에이터(2)와 오일쿨러(3), 콘덴서(4) 및 보조물통(5)을 구성하는데, 이는 상하 분할형

으로 사출성형한다.

즉, 상부본체(8)는 상부의 제 1 본체(8a)와 하부의 제 2 본체(8b)를 상하 분할형으로 구성하며, 이는 열교환파

이프(6) 상부를 제 2 본체(8b)와 융착 고정하기 위한 것이다.

별도 합성수지재를 사용하여 주로 압출성형 등의 방법으로 제작되는 열교환파이프(6)는 원하는 길이로 절단시킨

후 상부본체(8)의 제 2 본체(8b)에 형성된 결합공(10)에 끼움조립된 후 융착 고정된다.

상기 열교환파이프(6)와 방열핀(7)은 전열성이 우수한 알루미늄(Al), 동(Cu)과 같은 피막층을 일정 두께로 형성

하여 방열핀(7)과 열전도율을 극대화시킬 수도 있는 것이다.

열교환파이프(6)와 방열핀(7)에 금속 피막층을 형성하는 방법은 일반적으로 알려져 있듯이, 먼저 열교환파이프

(6)에 방열핀(7)이 결합된 상태에서 도금을 위해 약품처리를 행한 후 외면부에 금속 피막을 입힌 뒤 전기도금을

하여 일정한 두께의 알루미늄(Al) 또는 동(Cu) 등의 금속 피막층을 형성하게 되는 것이다. 이와 같이 금속 피막

층을 형성할 경우 열교환파이프(6)와 방열핀(7)을 끼움결합 시 두 소재 사이에 발생된 틈을 금속 피막층이 메우

게 되며, 그로 인해 열전도성도 배가되는 것이다.

상기 열교환파이프(6)의 형상은 도 2 내지 도 4에서 도시한 바와 같이 단면이 큰 직사각형, 작은 직사각형, 장

타원형 등으로 구성될 수 있으며, 내부의 유체통로(11)에는 전열 표면적을 극대화하기 위해 다수개의 돌기(12)

를 정해진 간격으로 형성한다.

상기 열교환파이프(6)의 상부는 제 2 본체(8b)의 결합공(10)과 끼움조립 후 융착되며, 하부는 하부본체(9)의 상

부를 형성하는 제 1 본체(9a)에 형성된 결합공(13)과 끼움조립 후 융착고정된다.

상기 열교환파이프(6)의 융착 고정방법은 열 융착, 진동 융착, 접착제 등을 사용하여 작업이 가능하며, 일예로

열판을 상하의 결합공(10,13) 주위를 가압하면 합성수지재로 제작된 제 2 본체(8b)와 제 1 본체(9a)의 결합공

(10,13) 주변이 용융되면서 열교환파이프(6)와 용융상태에서 경화되면 열 융착 고정이 되도록 한 방법, 또는 결합공(10,13) 주위 테두리를 용융시켜 열교환파이프(6) 쪽으로 가압하면 결합공(10,13) 내측 부위가 중앙 부위로

용융되면서 열 융착 고정되는 방법. 또는 진동 융착 등 기존 알려진 다양한 융착 방법이 사용될 수 있는

것이다.

도 5는 본 발명의 일부 다른 실시예를 보인 요부 확대 사시도이다.

즉, 열교환파이프(6)를 상부본체(8)와 하부본체(9)의 결합공(10,13)에 끼움조립할 시에 편의성을 높이기 위해

상부본체(8)의 제 2 본체(8b) 전면과 하부본체(9)의 제 1 본체(9a)의 전면을 별도로 제작된 패널(14)을 사용하

여 폐쇄할 수 있도록 하고, 상기 결합공(10,13)의 전면을 개방형으로 구성하여 열교환파이프(6)를 전면에서 끼

움조립을 할 수 있도록 한 것이다.

즉, 결합공(10,13) 전면이 개방되어 있으므로 전면으로 먼저 열교환파이프(6)를 끼움조립 한 후 패널(14)을 상

부본체(8)의 제 2 본체(8b)와 하부본체(9)의 제 1 본체(9a)에 열 융착 등의 방법으로 고정하고, 결합공(10,13)

에 결합된 열교환파이프(6)를 열 융착 등의 방법으로 고정시킨다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예를 보인 사시도이다.

즉, 열교환기(1)의 전후 두께를 두껍게 제작코자 할 시에 본체를 전후 방향으로 3등분하여 제작도 가능한 경우

를 예시한 것이다.

도 7은 본 발명의 일부 다른 실시예를 보인 것으로서, 이는 열교환파이프(6)의 단면 형상과 같은 결합공을 갖는

방열핀(7)을 각각의 상하 방향으로 순차적으로 열교환파이프(6)에 결합시킨 것으로서, 이는 열교환파이프(6)와

방열핀(7)을 별도로 제작한 후 본체를 사출성형시 금형에 인서트 작업을 보다 용이하게 수행토록 하여, 인서트

성형방법으로 성형시 작업의 신속성 및 편의성을 극대화시킬 수 있도록 한 것이다.

한편, 본 발명은 결합공(10,13)을 통해 결합되는 열교환파이프(6)와 방열핀(7)을 별도로 제작한 후 본체를 사출

성형시 금형에 인서트 시킨 후 인서트 사출성형 방법으로 성형토록 하여 제작성을 보다 극대화시킬 수 있다.

이와 같이 열교환파이프(6)에 방열핀(7)을 조립한 후 사출성형기에 인서트 사출성형을 행할 시에는 사출기의 높

은 압력과 온도로 인해 합성수지로 기 제작된 열교환파이프(6)가 변형되거나 변형된 틈새로 사출코자 하는 용융

상태의 수지가 유입되어 인서트 사출성형이 불가하거나 불량이 발생 할 가능성이 매우 높다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 도 8 내지 도 11에서 보는 바와 같이 열교환파이프(6)의 유체통로(11) 양 단부

에 서포터-캡(support cap; 18)을 끼움결합한다.

상기 서포터-캡(18)은 내열성과 내압성을 갖는 소재로 제작하여 인서트 사출성형을 행할 시 사출성형기에서 발

생되는 고온, 고압에도 열교환파이프(6)가 변형되지 않도록 보호 지지하게 된다.

인서트 사출성형이 완료된 후 상기 서포터-캡(18)은 열교환파이프(6)의 유체통로(11)로부터 분리시킨다.

도 12,13은 본 발명의 또 다른 실시예를 보인 단면도 및 평면도이다.

즉, 열교환기(1)의 열교환파이프(6)의 폭은 좁게, 높이를 높게 할 수 있는 한계가 있기에 열교환파이프(6)를 전

후 2단 이상으로 하여 열교환기(1)의 두께를 두껍게 할 수 있는 바, 이러한 경우에는 상부본체(8)의 제 2 본체

(8b)를 별도로 합성수지재를 사용하여 사출성형한 후 열교환파이프(6) 상부에 끼움결합하고, 별도의 지지본체

(19)를 상기 제 2 본체(8b) 하부에 소정 간격을 갖도록 끼움조립 한 후 금형에 투입하여 전기한 실시예와 같이

인서트 사출성형토록 하여 제 2 본체(8b)와 지지본체(19) 사이에 합성수지재가 충진되면서 제 2 본체(8b)와 지

지본체(19)를 전후로 2단 이상 결합한 상태에서 고정시킬 수 있도록 한 것이다.

도면중의 부호 15는 브라켓, 16은 유입구, 17은 유출구, 20은 금형을 도시한 것이다.

이와 같이 다양하게 실시될 수 있는 본 발명의 열교환기는 자동차 등 각종 장비 등에 장착할 시에 우선 라디에

이터(2) 및 오일쿨러(3), 콘덴서(4), 보조물통(5) 등이 일체로 제작되어 있어 포장, 운반은 물론 브라켓(15)을

사용하여 장착위치에 용이하게 장착이 가능하며, 공간점유률 역시 최소화 할 수 있는 이점이 있는 것이다.

또한 열교환기(1) 본체를 합성수지재를 사용하여 사출성형하되, 상부본체(8)와 하부본체(9)를 열교환파이프(6)

를 끼움조립 후 열 융착 등의 방법으로 고정하기 위해 제 1 본체(8a,9a)와 제 2 본체(8b,9b)로 분할 구성하여

열 융착 부위를 최소화함으로서 제품 완성시 불량률을 최소화시킬 수 있고, 열교환파이프(6)와 방열핀(7)을 조

립하여 사출성형기에 인서트 시켜 인서트 사출성형 방법을 사용하여 열교환기(1)를 제작할 수도 있는 것이다.

그리고 열교환파이프(6)의 유체통로(11) 내부에 다수개의 돌기(12)를 형성하고, 열교환파이프(6)와 방열핀(7)에 열전도율이 우수한 알루미늄, 동 등과 같은 금속 피막층을 형성하여 전열 표면적을 극대화하여 열교환 효율을

높일 수 있는 것이다.

또한 열교환파이프(6) 사이에 방열핀(7)을 끼움조립하므로 경량화로 취급이 매우 용이하고, 유입구(16)와 유출

구(17)에 배관라인만 연결하면 장착작업이 완료되므로 조립시간도 대폭 줄일 수 있는 것이다.

그리고 라디에이터(2) 및 오일쿨러(3), 콘덴서(4)로 각각 유입구(16)를 통해 유입된 냉각수, 냉각오일, 냉매 등

의 유체 및 기체 등은 유체통로(11)를 통해 자연낙하하면서 유체통로(11) 외부의 방열핀(7)을 통해 열교환이 이

루어지게 되는데, 자연낙하 방식에 의해 압력을 최소화 할 수 있는 것이다.

그리고 열교환기(1) 본체를 구성하는 합성수지재가 나일론 수지와 같은 합성수지재로 이루어지므로 방열성이 상

온(常溫)에서 알루미늄(Al), 동(Cu) 등의 재질보다 우수하여 방열효과를 방열핀(7)과 함께 극대화시킬 수 있으

며, 유체통로(10)를 경유하면 유출구(17)로 유출된 유체는 엔진의 냉각라인, 에어컨 등으로 연속 순환하여 열교

환 작업을 효율적으로 수행하게 되는 것이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에

서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및

치환이 가능할 것이다.

따라서 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하

기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사

상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명의 열교환기는 라디에이터, 오일쿨러, 콘덴서, 보조물통 등을 합성수지재를 사용하여 일체 성형토록 하

여 제조공정을 최소화하고 원가절감, 방열성을 극대화함으로서 관련업계에 파급효과가 지대한 것이다.

Claims (4)

1. 열교환기를 구성함에 있어서;
   상기 열교환기 본체는 합성수지재를 사용하여 상부본체와 하부본체를 상하로 분할 구성하고,
   상기 본체는 라디에이터, 오일쿨러, 콘덴서로 구분 형성되며,
   상기 상부본체의 제 2 본체에 형성된 결합공과 하부본체의 제 1 본체에 형성된 결합공을 통해 열교환파이프를
   끼움조립토록 하며,
   상기 결합공에 끼움조립된 열교환파이프는 상호 융착 고정하며,
   상기 상부본체의 제 2 본체 상부에 제 1 본체 및 하부본체의 제 1 본체 하부에 제 2 본체를 상호 융착
   고정하며,
   상기 열교환파이프 사이에는 방열핀이 끼움조립되며,
   상기 라디에이터, 오일쿨러, 콘덴서에는 상부 유입구가 열교환파이프의 유체통로 및 하부 유출구와 연통되도록
   한 것을 특징으로 하는 열교환기.
2. 열교환기를 구성함에 있어서;
   상기 열교환기 본체는 합성수지재를 사용하여 상부본체와 하부본체를 상하로 분할 구성하고,
   상기 본체는 라디에이터, 오일쿨러, 콘덴서로 구분 형성되며,
   상기 상부본체의 제 2 본체 및 하부본체의 제 1 본체는 열교환파이프에 방열핀을 조립 후 열교환파이프의 유체
   통로에 서포터-캡을 끼움결합 후 사출성형기에 인서트 시켜 인서트 사출성형시 열교환파이프와 일체로 구성될
   수 있도록 하며,
   상기 상부본체의 제 2 본체 상부에 제 1 본체 및 하부본체의 제 1 본체 하부에 제 2 본체를 상호 융착
   고정하며,
   상기 라디에이터, 오일쿨러, 콘덴서에는 상부 유입구가 열교환파이프의 유체통로 및 하부 유출구와 연통되도록
   한 것을 특징으로 하는 열교환기.
3. 열교환기를 구성함에 있어서;
   상기 열교환기 본체는 합성수지재를 사용하여 상부본체와 하부본체를 상하로 분할 구성하고,
   상기 본체는 라디에이터, 오일쿨러, 콘덴서로 구분 형성되며,
   상기 상부본체의 제 2 본체 및 하부본체의 제 1 본체는 합성수지재를 별도로 사출 성형하여 전후 2단 이상의 열
   교환파이프에 방열핀을 조립 후 상기 제 2 본체의 하부에 지지본체를 별도 합성수지재로 사출성형하여 열교환파
   이프에 결합토록 하며,
   상기 열교환파이프의 유체통로에 서포터-캡을 끼움결합 후 사출성형기에 인서트 시켜 인서트 사출성형시 제 2
   본체와 지지본체 사이에 합성수지재가 충진되면서 열교환파이프와 일체로 구성될 수 있도록 하며,
   상기 상부본체의 제 2 본체 상부에 제 1 본체 및 하부본체의 제 1 본체 하부에 제 2 본체를 상호 융착
   고정하며,
   상기 라디에이터, 오일쿨러, 콘덴서에는 상부 유입구가 열교환파이프의 유체통로 및 하부 유출구와 연통되도록
   한 것을 특징으로 하는 열교환기.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서;
   상기 열교환파이프와 방열핀에는 알루미늄(Al), 동(Cu)과 같은 금속 피막층을 형성한 것을 특징으로 하는 열교
   환기.