KR20230100018A - 열교환기 - Google Patents

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KR20230100018A
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유석종
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한온시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 엔진 출력을 높이기 위해 과급기에 의해 고온 고압으로 압축된 과급공기를 수랭식으로 냉각시킬 수 있는 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열교환부의 플레이트가 탱크 내측까지 부분적으로 연장되어 열교환 면적을 증대시키고, 연장부를 통해 헤더의 강성을 확보한 열교환기에 관한 것이다.

Description

열교환기{Heat Exchanger}
본 발명은 엔진 출력을 높이기 위해 과급기에 의해 고온 고압으로 압축된 과급공기를 수랭식으로 냉각시킬 수 있는 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열교환부의 플레이트가 탱크 내측까지 부분적으로 연장되어 열교환 면적을 증대시키고, 연장부를 통해 헤더의 강성을 확보한 열교환기에 관한 것이다.
열교환기 중 인터쿨러(Intercooler)는 엔진 출력을 높이기 위해 과급기에 의해 고온, 고압으로 압축된 공기를 식혀주는 장치이다.
과급기에 의해 급속히 압축된 공기는 온도가 매우 높아져 부피가 팽창하고 산소 밀도가 떨어지게 되어 결과적으로 실린더안의 충전효율이 저하되는 현상이 발생된다. 따라서 인터쿨러는 과급기에서 압축된 고온의 공기가 냉각되도록 함으로써, 엔진 실린더의 흡입효율이 높아지도록 하며 연소효율이 향상되어 연비가 높아지도록 한다.
이러한 역할을 담당하는 인터쿨러는 냉각방식에 따라 수랭식과 공랭식으로 나눌 수 있다. 이 중 수랭식 인터쿨러는 공랭식 인터쿨러와 그 원리는 유사하나, 고온의 공기가 통과되는 인터쿨러를 냉각시킬 때 외부 공기 대신 차량의 냉각수나 물 등을 이용하여 압축공기를 냉각시킨다는 점에서 차이가 있다.
도 1에는 일반적인 수랭식 인터쿨러(10)의 전체사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 일반적인 수랭식 인터쿨러(10)의 분해사시도가 도시되어 있고, 도 3에는, 종래의 수랭식 인터쿨러(10)의 브레이징부를 나타낸 부분확대사시도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 수랭식 인터쿨러(10)는 내부에 공기가 유동하는 열교환 공간을 포함하는 탱크부(21, 22, 30, 40)와, 내부에 냉각수가 유동하는 코어부(50)를 포함한다.
탱크부는, 내부에 열교환 공간이 형성되며 양단부와 측면 한 측이 개방된 U자형 박스부재(21)와, 박스부재(21)의 개방된 측면에 결합되는 커버부재(22)를 포함하는 하우징(20); 하우징(20)의 양단 개방면을 밀폐하도록 일정거리 이격되어 나란하게 형성되는 제1 헤더탱크(30) 및 제2 헤더탱크(40)를 포함한다.
또한, 제1 및 제2 헤더탱크는 커버부재(22)에 결합되는 헤더(31)와, 헤더(31)에 결합되되 내부에 공기 유동 공간이 형성된 탱크(32)와, 헤더(31)와 탱크(32)의 결합면을 실링하는 실링부재(33)를 포함한다.
코어부(50)는, 내부에 냉각수가 유동하며, 제1 헤더탱크(30) 및 제2 헤더탱크(40)에 양 단이 고정되어 상기 냉각수와 열교환하는 공기 통로를 형성하는 플레이트와, 복수의 플레이트 사이에 개재되는 핀을 포함하여 형성된다.
상기와 같은 구성을 갖는 수랭식 인터쿨러(10)는, 박스부재(21)의 내부에 코어부(50)의 플레이트와 핀을 적층한 후 커버부재(22)와 제1 및 제2 헤더탱크(30)(40)를 조립하게 되는데, 도 3에 도시된 바와 같이 박스부재(21), 커버부재(22) 및 헤더탱크의 헤더(31)는 브레이징을 통해 결합된다.
그러나 종래의 수랭식 인터쿨러(10)는, 박스부재(21), 커버부재(22) 및 헤더(31)와 같이 3개의 단품이 하나의 고정점(Pt)에서 동시에 조립 및 브레이징 됨에 따라 단품 제작 및 브레이징 난이도가 상승하는 문제가 있다. 또한, 박스부재(21)와 커버부재(22) 제작 시 과도한 공차를 적용해야 하거나 별도의 추가 가공 프로세스가 요구되는 문제가 있었다. 아울러 브레이징 이후 클래드가 결합면을 따라 흘러 박스부재(21), 커버부재(22) 및 헤더(31)가 동시에 맞닿는 포인트에서 브레이징 품질이 저하되어 리크가 발생될 수 있는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 오버행이 적은 헤더 구조를 적용하여 헤더와 박스부재와 커버부재가 각각 별도의 브레이징 결합면을 갖도록 한 열교환기를 제공함에 있다.
또한, 헤더와 박스부재와 커버부재 각각의 단품들이 면접촉을 통하여 브레이징 결합되는 열교환기를 제공함에 있다.
본 발명의 일실시 예에 따른 열교환기는, 내부에 열교환 공간이 형성되며, 과급공기가 유입되고, 양단부와 측면 한 측이 개방된 박스부재와, 박스부재의 개방된 측면에 결합되는 커버부재를 포함하는 하우징과, 상기 하우징의 개방면을 밀폐하도록 일정거리 이격되어 나란하게 형성되는 한 쌍의 헤더탱크를 포함하는 탱크부; 및 상기 열교환 공간에 수용되며, 내부에 냉각수가 유동하고, 상기 과급공기와 열교환 가능한 유로가 형성된 코어부; 를 포함하되, 상기 헤더탱크는, 상기 하우징의 개방면에 결합되는 헤더와 상기 헤더에 결합되며 과급공기 유동 공간이 형성된 탱크로 구성되고, 상기 박스부재와 커버부재와 헤더는 브레이징 결합되되, 상기 헤더와 커버부재가 결합되는 헤더-커버부재 브레이징면; 상기 헤더와 박스부재가 결합되는 헤더-박스부재 브레이징면; 및 상기 박스부재와 커버부재가 결합되는 박스-커버 브레이징면을 포함하고, 상기 헤더-커버부재 브레이징면은, 상기 헤더의 내측에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 헤더-박스부재 브레이징면은, 상기 헤더의 외측에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 박스-커버 브레이징면은, 상기 헤더의 외측에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 헤더-커버부재 브레이징면은, 상기 헤더의 내측 버링부에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 헤더-박스부재 브레이징면은, 상기 헤더의 외부 바닥면에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 헤더는, 내측에 상기 코어부 삽입공간이 형성되도록 사각틀 형상으로 이루어진 헤더몸체를 포함하고, 상기 헤더-커버부재 브레이징면은, 상기 커버부재가 상기 코어부 삽입공간에 삽입된 상태에서 상기 커버부재의 외측면과 상기 코어부 삽입공간의 둘레면 사이에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 커버부재의 폭 방향 양 단부는, 상기 코어부 삽입공간의 라운딩 모서리부에 대응되도록 절곡된 제1 밴딩부가 형성된다.
또한, 상기 헤더는, 내측에 코어부 삽입공간이 형성되도록 사각틀 형상으로 이루어진 헤더몸체를 포함하고, 상기 헤더-박스부재 브레이징면은, 상기 박스부재의 단부와 상기 코어부 삽입공간의 외측 헤더 몸체 사이에 형성되되, 상기 박스부재의 단부는 외측으로 절곡된 제2 밴딩부가 형성되어 제2 밴딩부의 외측면과 상기 헤더 몸체가 브레이징 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 커버부재는 상기 박스부재에 결합되되, 양단이 상기 박스부재의 개방면 내측에 삽입되어 결합되며, 상기 박스-커버 브레이징면은, 상기 박스부재의 개방면 내측과, 상기 커버부재의 단부 사이에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 헤더몸체는, 상기 탱크와 결합 시 실링을 위한 개스킷이 안착되는 개스킷 안착부; 상기 개스킷 안착부의 내측에서 상방으로 연장된 내측 연장부; 및 상기 개스킷 안착부의 외측에서 상방으로 연장된 외측 연장부를 포함하고, 상기 내측 연장부는, 두께 조절이 가능하도록 단부가, 상방으로 수직하게 연장 형성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 내측 연장부의 높이는, 상기 외측 연장부의 높이보다 높게 형성된 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 열교환기는, 헤더와 박스부재와 커버부재가 각각 별도의 브레이징 결합면을 갖기 때문에 브레이징 결합 시 핀홀의 발생을 방지하여 브레이징 품질을 향상시킨 효과가 있다.
또한, 각각의 단품들이 면접촉을 통하여 브레이징 됨에 따라 브레이징 안정성이 향상됨에 따라 공정 난이도가 수월해지고, 브레이징 품질이 향상된 효과가 있다.
또한, 헤더의 버링부 형상을 기존 소재 두께와 동일 또는 얇게 성형 가능하여 패키징이 유리하고, 버링부를 단순 밴딩 공정을 통해 성형이 가능하여 제조 공정을 단순화한 효과가 있다. 아울러 버링부 형상 내측 소재의 두께가 감소하여 전반적인 패키지 감소의 효과가 있다.
도 1은 일반적인 수랭식 인터쿨러의 전체사시도
도 2는 일반적인 수랭식 인터쿨러의 분해사시도
도 3은 종래의 수랭식 인터쿨러의 브레이징부를 나타낸 부분확대사시도
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 열교환기의 브레이징 결합부를 나타낸 부분확대사시도
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 열교환기의 브레이징 결합부를 나타낸 분해사시도
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 헤더의 평면도
도 7은 본 발명의 일실시 예에 따른 헤더의 부분확대사시도
도 8 및 도 9는 본 발명의 일실시 예에 따른 헤더와 커버부재의 결합을 나타낸 부분확대사시도
도 10 및 도 11은 본 발명의 일실시 예에 따른 헤더와 박스부재와 커버부재의 결합을 타나낸 부분확대사시도
도 12는 본 발명의 일실시 예에 따른 헤더의 단면사시도
이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4에는 본 발명의 일실시 예에 따른 열교환기(1000)의 브레이징 결합부를 나타낸 부분확대사시도가 도시되어 있고, 도 5에는 본 발명의 일실시 예에 따른 열교환기(1000)의 브레이징 결합부를 나타낸 분해사시도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 본 발명의 일실시 예에 따른 열교환기(1000)는, 내부에 공기가 유동하는 열교환 공간을 포함하는 탱크부(100, 200)와, 탱크부(100, 200에 수용되며, 내부에 냉각수가 유동하여 상기 공기와 열교환하는 코어부(500)를 포함한다. 탱크부는, 내부에 열교환 공간이 형성되며 양단부와 측면 한 측이 개방된 U자형 박스부재(110)와, 박스부재(110)의 개방된 측면에 결합되는 커버부재(120)를 포함하는 하우징(100)과, 하우징(100)의 개방면을 밀폐하도록 일정거리 이격되어 나란하게 형성되며, 하우징(100)의 개방면에 결합되는 헤더(210)와, 내부에 공기 유동공간이 형성되며 헤더(210)와 결합되는 탱크(220)를 포함하는 한 쌍의 헤더탱크(200)를 포함한다. 코어부(미도시)는, 한 쌍의 헤더탱크(200)에 양 단이 고정되어 공기 통로를 형성하는 플레이트와 플레이트 사이에 개재되는 핀을 포함하여 형성된다.
이때 본 발명의 일실시 예에 따른 헤더(210)는, 오버행이 적은 구조를 적용하여 헤더(210)와 박스부재(110)와 커버부재(120)가 각각 별도의 브레이징 결합면을 갖도록 함에 그 특징이 있다. 또한, 헤더(210)와 박스부재(110)와 커버부재(120) 각각의 단품들이 면접촉을 통하여 브레이징 결합됨에 그 특징이 있는 바 이하 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 6에는 본 발명의 일실시 예에 따른 헤더(210)의 평면도가 도시되어 있고, 도 7에는 본 발명의 일실시 예에 따른 헤더(210)의 부분확대사시도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 헤더(210)는 탱크(220)와 결합되며 내측에 플레이트 삽입공간(211a)이 형성되도록 사각틀 형상으로 이루어진 헤더몸체(211)와, 탱크(220) 결합 시 헤더(210)의 강성 확보를 위해 헤더몸체(211)의 일측과 타측을 연결 및 지지하는 보강부(215)로 구성된다. 또한 헤더몸체(211)는 탱크(220)와 결합 시 실링을 위한 개스킷이 안착되는 개스킷 안착부(212)가 중앙에 형성되고, 개스킷 안착부(212)를 중심으로 내측에는 상측으로 연장된 내측 연장부(213)와, 외측에는 상측으로 연장된 외측 연장부(214)가 형성된다. 이때 본 발명의 일실시 예에 따른 내측 연장부(213)는 상측 단부가 내측으로 절곡되어 연장되는 오버행을 삭제하고, 상방으로 수직하게 연장되도록 구성하여 플레이트가 삽입될 수 있는 평면구간을 확보하고, 높이 증가에 따른 내구성을 확보하도록 구성될 수 있다.
도 8 및 도 9에는 본 발명의 일실시 예에 따른 헤더(210)와 커버부재(120)의 결합을 나타낸 부분확대사시도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 커버부재(120)의 외측면(121)이 헤더(210)의 플레이트 삽입공간(211a)의 둘레면(211b)에 삽입된 상태에서 브레이징 되도록 하여 헤더(210)와 박스부재(110)의 브레이징면과는 별도의 헤더-커버부재 브레이징면(B1)을 확보하도록 구성될 수 있다.
이를 위해 커버부재(120)의 폭 방향 양단부는 플레이트 삽입공간(211a)의 라운딩 모서리부에 대응되도록 절곡된 제1 밴딩부(125)가 형성될 수 있다.
도 10 및 도 11에는 본 발명의 일실시 예에 따른 헤더(210)와 박스부재(110)와 커버부재(120)의 결합을 타나낸 부분확대사시도가 도시되어 있다.
도시된바 및 상술한 바와 같이 커버부재(120)는 헤더(210)의 플레이트 삽입공간(211a)에 삽입되어 커버부재(120)의 외측면(121)과 플레이트 삽입공간(211a)의 둘레면(211b)에 헤더-커버부재 브레이징면(B1)이 형성되도록 구성된다.
또한, 박스부재(110)는 플레이트 삽입공간(211a)의 외측 헤더 몸체(211) 상에 브레이징 되도록 단부가 외측으로 절곡된 제2 밴딩부(115)가 형성될 수 있다. 따라서 제2 밴딩부(115)의 외측면과 헤더 몸체(211) 사이에 헤더-박스부재 브레이징면(B2)이 형성되도록 구성된다.
또한, 커버부재(120)는 박스부재(110)에 결합되되 양단이 박스부재(110)의 개방면 내측에 삽입되어 브레이징 되도록 구성된다. 따라서 박스부재(110)의 개방면 내측(111)과, 커버부재(120)의 단부(122) 사이에 박스-커버부재 브레이징면(B3)이 형성되도록 구성된다. 이를 통해 커버부재(120)와 박스부재(110) 결합 시 커버부재(120)가 플레이트 삽입공간(211a)에 삽입되는 플레이트 방향으로 압축될 수 있도록 구성된다.
상기와 같은 구성을 통해 본 발명의 일실시 예에 따른 열교환기(1000)는 헤더-커버부재 브레이징면(B1), 헤더-박스부재 브레이징면(B2) 및 박스-커버부재 브레이징면(B3)이 각각 별도의 위치에 형성되기 때문에 브레이징 결합 시 핀홀의 발생을 방지하여 브레이징 품질을 향상시킨 효과가 있다. 또한, 각각의 단품들이 면접촉을 통하여 브레이징 됨에 따라 브레이징 안정성이 향상됨에 따라 공정 난이도가 수월해지고, 브레이징 품질이 향상된 효과가 있다.
도 12에는 본 발명의 일실시 예에 따른 헤더(210)의 단면사시도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 헤더(210)의 내측 연장부(213)는 상측 단부가 내측으로 절곡되어 연장되는 오버행이 삭제됨에 따라 두께 조절이 가능하도록 구성된다. 따라서 도 12b에 도시된 바와 같이 내측 연장부(213-1)의 두께를 감소시키면 열교환기(1000)의 전반적인 패키지를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
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.
1000 : 열교환기
100 : 하우징
110 : 박스부재
115 : 제2 밴딩부
120 : 커버부재
125 : 제1 밴딩부
200 : 헤더탱크
210 : 헤더
211 : 헤더몸체 212 : 개스킷 안착부
213 : 내측 연장부 214 : 외측 연장부
215 : 보강부
220 : 탱크
B1 : 헤더-커버부재 브레이징면
B2 : 헤더-박스부재 브레이징면
B3 : 박스-커버부재 브레이징면

Claims (11)

  1. 내부에 열교환 공간이 형성되며, 과급공기가 유입되고, 양단부와 측면 한 측이 개방된 박스부재와, 박스부재의 개방된 측면에 결합되는 커버부재를 포함하는 하우징과, 상기 하우징의 개방면을 밀폐하도록 일정거리 이격되어 나란하게 형성되는 한 쌍의 헤더탱크를 포함하는 탱크부; 및
    상기 열교환 공간에 수용되며, 내부에 냉각수가 유동하고, 상기 과급공기와 열교환 가능한 유로가 형성된 코어부; 를 포함하되,
    상기 헤더탱크는, 상기 하우징의 개방면에 결합되는 헤더와 상기 헤더에 결합되며 과급공기 유동 공간이 형성된 탱크로 구성되고,
    상기 박스부재와 커버부재와 헤더는 브레이징 결합되되,
    상기 헤더와 커버부재가 결합되는 헤더-커버부재 브레이징면;
    상기 헤더와 박스부재가 결합되는 헤더-박스부재 브레이징면; 및
    상기 박스부재와 커버부재가 결합되는 박스-커버 브레이징면을 포함하고,
    상기 헤더-커버부재 브레이징면은, 상기 헤더의 내측에 형성되는 것을 특징으로 하는, 열교환기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 헤더-박스부재 브레이징면은,
    상기 헤더의 외측에 형성되는 것을 특징으로 하는, 열교환기.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 박스-커버 브레이징면은,
    상기 헤더의 외측에 형성되는 것을 특징으로 하는, 열교환기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 헤더-커버부재 브레이징면은,
    상기 헤더의 내측 버링부에 형성되는 것을 특징으로 하는, 열교환기.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 헤더-박스부재 브레이징면은,
    상기 헤더의 외부 바닥면에 형성되는 것을 특징으로 하는, 열교환기.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 헤더는,
    내측에 상기 코어부 삽입공간이 형성되도록 사각틀 형상으로 이루어진 헤더몸체를 포함하고,
    상기 헤더-커버부재 브레이징면은,
    상기 커버부재가 상기 코어부 삽입공간에 삽입된 상태에서 상기 커버부재의 외측면과 상기 코어부 삽입공간의 둘레면 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는, 열교환기.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 커버부재의 폭 방향 양 단부는,
    상기 코어부 삽입공간의 라운딩 모서리부에 대응되도록 절곡된 제1 밴딩부가 형성되는 열교환기.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 헤더는,
    내측에 코어부 삽입공간이 형성되도록 사각틀 형상으로 이루어진 헤더몸체를 포함하고,
    상기 헤더-박스부재 브레이징면은,
    상기 박스부재의 단부와 상기 코어부 삽입공간의 외측 헤더 몸체 사이에 형성되되,
    상기 박스부재의 단부는 외측으로 절곡된 제2 밴딩부가 형성되어 제2 밴딩부의 외측면과 상기 헤더 몸체가 브레이징 되는 것을 특징으로 하는, 열교환기.
  9. 제 3항에 있어서,
    상기 커버부재는 상기 박스부재에 결합되되, 양단이 상기 박스부재의 개방면 내측에 삽입되어 결합되며,
    상기 박스-커버 브레이징면은,
    상기 박스부재의 개방면 내측과, 상기 커버부재의 단부 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는, 열교환기.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 헤더몸체는,
    상기 탱크와 결합 시 실링을 위한 개스킷이 안착되는 개스킷 안착부;
    상기 개스킷 안착부의 내측에서 상방으로 연장된 내측 연장부; 및
    상기 개스킷 안착부의 외측에서 상방으로 연장된 외측 연장부를 포함하고,
    상기 내측 연장부는,
    두께 조절이 가능하도록 단부가, 상방으로 수직하게 연장 형성되는 것을 특징으로 하는, 열교환기.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 내측 연장부의 높이는,
    상기 외측 연장부의 높이보다 높게 형성된 것을 특징으로 하는, 열교환기.
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