KR20240050828A - 일체형 열교환기 - Google Patents

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KR20240050828A
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KR1020220130699A
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이상욱
신현근
임홍영
신성근
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한온시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 별도의 폼씰이나 구조물을 사용하지 않더라도 열교환기에서 팬측으로 흐르는 공기의 유출을 최소화할 수 있는 금속 일체형 열교환기에 관한 것으로, 후방에 팬 쉬라우드가 배치되는 금속 일체형 열교환기에 있어서, 제1튜브, 공기의 흐름 방향을 기준으로 상기 제1튜브의 후방에 배치되는 제2튜브, 상기 제1튜브의 양단이 삽입되어 고정되는 제1헤더, 상기 제2튜브의 양단이 삽입되어 고정되되, 상기 제1헤더로부터 연장되어 일체화되는 제2헤더, 상기 제1헤더와 결합되는 제1탱크 및 상기 제2헤더와 결합되는 제2탱크를 포함하되, 상기 제1헤더의 전방측 단부와 상기 제1튜브의 전방측 단부 사이의 간격은 상기 제2튜브의 후방측 단부와 상기 제2헤더의 후방측 단부 사이의 간격과 다른 것을 특징으로 한다.

Description

일체형 열교환기{Integrated heat exchanger}
본 발명은 일체형 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세히는 팬이 후방에 배치된 금속 일체형 열교환기에 있어서, 헤더 구조를 변경하여 공기유출을 방지할 수 있는 열교환기에 관한 것이다.
기존 라디에이터는 튜브, 튜브가 삽입되는 헤더, 헤더에 결합되는 탱크를 포함한다. 탱크는 플라스틱으로 구성되어 있는데, 헤더와 탱크 사이에 누수를 막는 가스켓의 조립을 위해 헤더는 튜브의 끝단으로부터 후방에 위치한 팬 측으로 최소한 5mm 돌출되어 있다.
도 1은 종래 일체형 열교환기의 튜브, 헤더 및 탱크의 단면을 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일체형 열교환기는 튜브(11), 헤더(12) 및 탱크(13)가 일체화되어 브레이징 되므로 가스켓의 안착면이 불필요하기 때문에, 헤더(12)가 튜브(13)의 끝단으로부터 팬 측으로 돌출되는 정도가 기존의 5mm보다 짧게 구성되며, 차량 진동 등에 의한 팬 유동시 열교환기의 손상을 방지하기 위해 3mm정도로 설정되는 것이 일반적이다. 다만, 이렇게 헤더(12)가 팬 측으로 돌출된 길이가 3mm 정도로 설정될 경우, 금속 일체형 열교환기의 전면에서 유입되는 공기가 팬 측으로 유입되는 것이 아닌, 외측으로 빠져나가는 문제점이 있다.
한국 공개특허공보 제10-2011-0100891호("쿨링 모듈", 공개일 2011.09.15.)
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명에 의한 일체형 열교환기의 목적은, 별도의 폼씰이나 구조물을 사용하지 않더라도 열교환기에서 팬측으로 흐르는 공기의 유출을 최소화할 수 있는 금속 일체형 열교환기를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 일체형 열교환기는, 후방에 팬 쉬라우드가 배치되는 금속 일체형 열교환기에 있어서, 제1튜브, 공기의 흐름 방향을 기준으로 상기 제1튜브의 후방에 배치되는 제2튜브, 상기 제1튜브의 양단이 삽입되어 고정되는 제1헤더, 상기 제2튜브의 양단이 삽입되어 고정되되, 상기 제1헤더로부터 연장되어 일체화되는 제2헤더, 상기 제1헤더와 결합되는 제1탱크 및 상기 제2헤더와 결합되는 제2탱크를 포함하되, 상기 제1헤더의 전방측 단부와 상기 제1튜브의 전방측 단부 사이의 간격은 상기 제2튜브의 후방측 단부와 상기 제2헤더의 후방측 단부 사이의 간격과 다른 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1헤더의 전방측 단부와 상기 제1튜브의 전방측 단부 사이의 간격은 상기 제2튜브의 후방측 단부와 상기 제2헤더의 후방측 단부 사이의 간격보다 짧은 것을 특징으로 한다.
또한, 공기의 흐름 방향을 기준으로, 상기 제2헤더의 폭은 상기 제1헤더의 폭보다 긴 것을 특징으로 한다.
또한, 공기의 흐름 방향을 기준으로, 상기 제2탱크의 중심선과 상기 제2튜브의 중심선은 서로 다른 부분에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 공기의 흐름 방향을 기준으로, 상기 제2튜브의 중심선은 상기 제2헤더의 가운데 위치한 중심선보다 전방에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 공기의 흐름 방향을 기준으로, 상기 제1튜브와 상기 제2튜브의 폭은 동일한 것을 특징으로 한다.
또한, 공기의 흐름 방향을 기준으로, 상기 제2튜브의 폭은 상기 제1튜브의 폭보다 짧은 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2헤더의 후방측 단부에서 상기 팬 쉬라우드 측으로 절곡되어 연장 형성되는 가이드부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2헤더의 후방측 단부와 상기 가이드부 사이의 각도는 90도 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2튜브의 후방측 단부와 상기 팬 쉬라우드의 전방측 단부 사이의 간격은, 상기 제2튜브의 후방측 단부와 상기 가이드부의 후방측 단부 사이의 간격보다 작은 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1헤더, 상기 제2헤더, 상기 제1탱크 및 상기 제2탱크는 브레이징되어 일체화되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2튜브의 후방측 단부와 상기 팬 쉬라우드의 전방측 단부 사이의 간격은, 상기 제2튜브의 후방측 단부와 상기 제2헤더의 후방측 단부 사이의 간격보다 작은 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시예에 의한 일체형 열교환기에 의하면, 제1튜브와 제2튜브를 포함하는 일체형 열교환기에 있어서, 제2튜브의 후방측 단부에서 제2헤더의 후방측 단부까지의 길이가 제1튜브의 전방측 단부에서 제1헤더의 전방측 단부까지의 길이보다 길게 형성되어 가이드 역할을 하기 때문에, 일체형 열교환기를 통과하는 공기의 유출을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 별도의 폼씰이나 구조물을 사용하지 않고 제2헤더의 형상을 변경하여 일체형 열교환기를 통과하는 공기의 유출을 최소화하여, 경제적으로 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제를 해결할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 금속 일체형 열교환기의 튜브, 헤더 및 탱크의 단면도이고,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 일체형 열교환기의 단면도이며,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 일체형 열교환기의 부분 확대 단면도이고,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 의한 일체형 열교환기의 부분 확대 단면도이며,
도 5는 본 발명의 제3실시예에 의한 일체형 열교환기의 부분 확대 단면도이고,
도 6은 본 발명의 제4실시예에 의한 일체형 열교환기의 부분 확대 단면도이며,
도 7은 본 발명의 제5실시예에 의한 일체형 열교환기의 부분 확대 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 다양한 실시예들에 의한 일체형 열교환기에 대해서 상세히 설명한다.
[제1실시예]
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 일체형 열교환기의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 일체형 열교환기의 부분 확대 단면도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 의한 일체형 열교환기는, 후방에 팬 쉬라우드(20)가 위치하며, 제1튜브(110), 제2튜브(120), 제1헤더(210), 제2헤더(220), 제1탱크(310) 및 제2탱크(320)를 포함한다. 도면을 기준으로 상측은 공기가 유입되는 전방, 하측은 공기가 배출되는 후방이다.
제1튜브(110)와 제2튜브(120)는 각각 공기의 흐름상 전방과 후방에 배치된다. 도면에 도시된 바와 같이, 제1튜브(110)는 제2튜브(120)보다 전방에 위치한다. 제1튜브(110)와 제2튜브(120)는 각각 서로 다른 유체가 흐르거나, 동일한 유체가 흐를 수 있다. 예를 들어, 제1튜브(110) 및 제2튜브(120) 중 어느 하나에는 냉각수가 흐르고, 나머지 하나에는 냉매가 흐를 수 있으며, 제1튜브(110) 및 제2튜브(120) 모두에 냉각수가 흐를 수 있다. 제1튜브(110) 및 제2튜브(120)는 모두 소정의 금속(예를 들어 알루미늄)으로 제작될 수 있다.
제1헤더(210)와 제2헤더(220)는 각각 제1튜브(110)와 제2튜브(120)에 결합되되, 서로 일체화되어 연결된다. 제1헤더(210)와 제2헤더(220)는 각각 개별적인 공간을 구성하여, 제1튜브(110)와 제2튜브(120)에서 유입 또는 배출되는 유체를 구분한다. 제1헤더(210)와 제2헤더(220)는 모두 금속(알루미늄)으로 제작될 수 있다.
제1탱크(310)와 제2탱크(320) 각각은 제1헤더(210) 및 제2헤더(220)와 결합되어, 개별적인 공간을 구성한다. 제1탱크(310)와 제2탱크(320) 또한 금속(알루미늄)으로 제작될 수 있다.
상술한 제1튜브(110), 제2튜브(120), 제1헤더(210), 제2헤더(220), 제1탱크(310) 및 제2탱크(320)는 서로 일체화될 수 있다. 제1튜브(110), 제2튜브(120), 제1헤더(210), 제2헤더(220), 제1탱크(310) 및 제2탱크(320)가 일체화되는 방법은 다양할 수 있는데, 일예로는 브레이징 방식을 통해 일체화될 수 있다. 단, 본 발명은 제1튜브(110), 제2튜브(120), 제1헤더(210), 제2헤더(220), 제1탱크(310) 및 제2탱크(320)를 일체화시키는 방식을 브레이징에 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 다양한 실시예에 의한 일체형 열교환기의 제1튜브(110), 제2튜브(120), 제1헤더(210), 제2헤더(220), 제1탱크(310) 및 제2탱크(320)는 다양한 방식으로 일체화될 수 있다.
앞서 발명의 배경이 되는 기술에서 설명했듯, 일체형 열교환기의 전방에서 유입된 공기는 후방으로 빠져나갈 때, 외측으로 흘러 공기가 유출되었다. 이를 방지하기 위해, 도 3에 도시된 바와 같이 본 실시예에서는 제1헤더(210)의 전방측 단부에서부터 제1튜브(110)의 전방측 단부(E1) 사이의 간격인 L1을 제2튜브(120)의 후방측 단부(E2)에서부터 제2헤더(220)의 후방측 단부 사이의 간격인 L2보다 짧게 한다. 본 발명의 제1실시예에 의한 일체형 열교환기는, 이러한 L1와 L2의 길이를 설정하여, 제2헤더(220) 전체 중, L2에 해당하는 부분이 공기를 가이드하는 역할을 하도록 하여, 본 실시예에 의한 일체형 열교환기의 후방을 빠져나가는 공기의 유출을 최소화할 수 있다.
이를 위해, 공기의 흐름 방향, 즉 상하 방향을 기준으로 본 실시예에서 제2헤더(220)의 폭인 L4는 제1헤더(210)의 폭인 L3보다 길다. 또한, 제2튜브(120)는 제2헤더(220)의 가운데 부분을 기준으로, 전방에 치우쳐 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 3에는 공기의 흐름 방향을 기준으로 제2튜브(120)는 가상의 중심선인 C1이 도시되어 있고, 제2헤더(220)에도 가상의 중심선인 C2가 도시되어 있다. 이때, C1은 C2보다 전방에 위치한다. 즉, 제2튜브(120)가 제2헤더(220) 내부에서 전방으로 치우쳐 위치한다. 이때, 도 3에서 공기의 흐름 방향인 상하 방향을 기준으로, 제1튜브(110)와 제2튜브(120)는 폭이 서로 동일할 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이 제2튜브의 후방측 단부(E2)와 팬 쉬라우드(20)의 전방측 단부(E3) 사이의 간격인 L5는 앞서 설명한 L2보다 작다. 이는 제2헤더(220)의 후방측이 팬 쉬라우드(20)의 전방측 단부(E3)보다 후방측에 위치하여, 튜브들을 통과한 공기가 팬 쉬라우드(20)측으로 유입되도록 일종의 가이드 효과를 얻기 위함이다.
본 실시예는 이렇듯 제2헤더(220)의 형상과 제2튜브(120)의 단부가 삽입되는 삽입홀의 위치를 전방측으로 치우치도록 형성함으로써, 별도의 폼씰이나 에어 가이드를 사용하지 않고도 공기 유출을 최소화할 수 있어, 원가 상승을 최소화하면서 제작공정에 변화가 없이도 일체형 열교환기를 제작할 수 있는 효과가 있다.
[제2실시예]
도 4는 본 발명의 제2실시예에 의한 일체형 열교환기의 부분 확대 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 의한 일체형 열교환기는, 앞서 설명한 본 발명의 제1실시예에 의한 일체형 열교환기와 동일하게 제1튜브(110), 제2튜브(120), 제1헤더(210), 제2헤더(220), 제1탱크(310) 및 제2탱크(320)를 포함하되, 공기의 흐름 방향을 기준으로 제2튜브(120)의 폭인 L7는 제1튜브(110)의 폭인 L6보다 짧다.
본 실시예가 제2튜브(120)의 폭인 L7가 제1튜브(110)의 폭인 L6보다 짧게 형성하는 이유는, 앞서 설명한 본 발명의 제1실시예에 의한 일체형 열교환기와 동일하게, 제2헤더(220)의 전체 중, L2에 해당하는 부분이 본 실시예에 의한 일체형 열교환기를 통과하는 공기의 가이드 역할을 하여, 공기가 외측으로 유출되는 것을 최소화하도록 하기 위함이다. 본 실시예의 이러한 방식은 제1헤더(210)와 제2헤더(220)의 폭을 변경하지 않고, 단순히 제2헤더(220)에 관통 형성되어 제2튜브(120)의 단부가 삽입되는 삽입홀의 크기와, 제2튜브(120)의 폭만을 감소시켜, 최소한의 원가 상승만으로 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제인 공기의 유출을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
[제3실시예 및 제4실시예]
도 5는 본 발명의 제3실시예에 의한 일체형 열교환기의 부분 확대 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 의한 일체형 열교환기는, 앞서 설명한 본 발명의 제1실시예에 의한 일체형 열교환기에 있어서, 가이드부(400)를 더 포함한다.
가이드부(400)는 제2헤더(220)의 후방측 단부에서 팬 쉬라우드(20)측으로 연장 형성된다. 이때, 가이드부(400)는 제2헤더(220)의 후방측 단부에 부착되는 것이 아닌, 제2헤더(220)의 후방측 단부에서 절곡되어 형성될 수 있다. 가이드부(400)는 제2헤더(220)의 후방측 단부에서 절곡되어 제2헤더(220)와 일체형으로 형성되므로, 가이드부(400)를 형성하기 위한 별도의 조립공정이나 제작과정이 필요하지 않기 때문에, 작업 단계 및 경제성 측면에서 있어서 보다 효율적이고, 기계적 강도 또한 조립이나 부착방식에 비해 높은 효과가 있다.
본 실시예에서 가이드부(400)와 제2헤더(220)의 후방측 단부는 직각을 이룰 수 있다. 이는 가이드부(400)가 공기의 흐름 방향을 팬 쉬라우드(20)측으로 가이드하여, 공기 유출을 최소화하기 위함이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 L1은 제2튜브의 후방측 단부(E2)에서 가이드부(400)의 후방측 단부까지의 간격인 L8보다 짧게 형성된다. 이는 앞서 설명한 L1와 L2의 관계와 마찬가지로, L8구간의 부분에서 공기의 가이드 효과를 얻기 위함이다.
도 6은 본 발명의 제4실시예에 의한 일체형 열교환기의 부분 확대 단면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4실시예에 의한 일체형 열교환기는, 앞서 설명한 본 발명의 제3실시예에 의한 일체형 열교환기에 있어서, 가이드부(400)와 제2헤더(220)의 후방측 단부 사이는 예각이다. 본 실시예에서 가이드부(400)와 제2헤더(220)의 후방측 단부 사이가 예각을 이루는 것은, 가이드부(400)가 본 실시예에 의한 일체형 열교환기를 통과하는 공기를 내측으로 가이드하기 위함이다.
상술한 바와 같은 본 발명의 제3실시예 및 제4실시예에 의한 일체형 열교환기에서, 가이드부(400)와 제2헤더(220)의 후방측 단부 사이의 각도는 팬 쉬라우드(20)의 폭에 따라 달라질 수 있다.
[제5실시예]
도 7은 본 발명의 제5실시예에 의한 일체형 열교환기의 부분 확대 단면도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5실시예에 의한 일체형 열교환기는, 본발명의 제1실시예에 의한 일체형 열교환기에 있어서, 가이드부(400)를 더 포함한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 가이드부(400)는 제2헤더(220)의 후방측 단부가 아닌 제2탱크(320)의 후방측 단부에서 팬 쉬라우드(20)측으로 절곡되어 연장 형성될 수 있다. 가이드부(400)는 제2탱크(320)와 일체화되어 형성될 수 있으며, 제2탱크(320)와 동일한 재질, 즉 금속(알루미늄)으로 제작될 수 있다. 본 실시예의 가이드부(400)의 역할은 앞서 설명한 본 발명의 제3실시예 및 제4실시예에 의한 일체형 열교환기의 가이드부의 역할과 동일하다.
본 실시예의 가이드부(400)는, 제2탱크(320)의 후방측 단부에서 팬 쉬라우드(20)측으로 연장 형성되되, 제2헤더(220)측으로 밀착되어 면접할 수 있다. 이는 제2가이드부(400)의 위치가 보다 내측에 위치할수록 공기의 유출 방지 효과가 높아지기 때문이다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
11 : 튜브
12 : 헤더
13 : 탱크
20 : 팬 쉬라우드
110 : 제1튜브
120 : 제2튜브
210 : 제1헤더
220 : 제2헤더
310 : 제1탱크
320 : 제2탱크
400 : 가이드부

Claims (12)

  1. 후방에 팬 쉬라우드가 배치되는 일체형 열교환기에 있어서,
    제1튜브;
    공기의 흐름 방향을 기준으로 상기 제1튜브의 후방에 배치되는 제2튜브;
    상기 제1튜브의 양단이 삽입되어 고정되는 제1헤더;
    상기 제2튜브의 양단이 삽입되어 고정되되, 상기 제1헤더로부터 연장되어 일체화되는 제2헤더;
    상기 제1헤더와 결합되는 제1탱크; 및
    상기 제2헤더와 결합되는 제2탱크;
    를 포함하되,
    상기 제1헤더의 전방측 단부와 상기 제1튜브의 전방측 단부 사이의 간격은 상기 제2튜브의 후방측 단부와 상기 제2헤더의 후방측 단부 사이의 간격과 다른 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1헤더의 전방측 단부와 상기 제1튜브의 전방측 단부 사이의 간격은 상기 제2튜브의 후방측 단부와 상기 제2헤더의 후방측 단부 사이의 간격보다 짧은 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
  3. 제2항에 있어서,
    공기의 흐름 방향을 기준으로, 상기 제2헤더의 폭은 상기 제1헤더의 폭보다 긴 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
  4. 제3항에 있어서,
    공기의 흐름 방향을 기준으로, 상기 제2탱크의 중심선과 상기 제2튜브의 중심선은 서로 다른 부분에 위치하는 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
  5. 제4항에 있어서,
    공기의 흐름 방향을 기준으로, 상기 제2튜브의 중심선은 상기 제2헤더의 가운데 위치한 중심선보다 전방에 위치하는 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
  6. 제4항에 있어서,
    공기의 흐름 방향을 기준으로, 상기 제1튜브와 상기 제2튜브의 폭은 동일한 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
  7. 제2항에 있어서,
    공기의 흐름 방향을 기준으로, 상기 제2튜브의 폭은 상기 제1튜브의 폭보다 짧은 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2헤더의 후방측 단부에서 상기 팬 쉬라우드 측으로 절곡되어 연장 형성되는 가이드부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2헤더의 후방측 단부와 상기 가이드부 사이의 각도는 90도 이하인 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2튜브의 후방측 단부와 상기 팬 쉬라우드의 전방측 단부 사이의 간격은, 상기 제2튜브의 후방측 단부와 상기 가이드부의 후방측 단부 사이의 간격보다 작은 것을 특징으로 하는 열교환기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1헤더, 상기 제2헤더, 상기 제1탱크 및 상기 제2탱크는 브레이징되어 일체화되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제2튜브의 후방측 단부와 상기 팬 쉬라우드의 전방측 단부 사이의 간격은, 상기 제2튜브의 후방측 단부와 상기 제2헤더의 후방측 단부 사이의 간격보다 작은 것을 특징으로 하는 열교환기.
KR1020220130699A 2022-10-12 일체형 열교환기 KR20240050828A (ko)

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