WO2020101152A1 - 열교환기 - Google Patents

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WO2020101152A1
WO2020101152A1 PCT/KR2019/010573 KR2019010573W WO2020101152A1 WO 2020101152 A1 WO2020101152 A1 WO 2020101152A1 KR 2019010573 W KR2019010573 W KR 2019010573W WO 2020101152 A1 WO2020101152 A1 WO 2020101152A1
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housing
baffle
tubes
heat exchanger
tube
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손정욱
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Hanon Systems Corp
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Hanon Systems Corp
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    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/007—Auxiliary supports for elements
    • F28F9/013—Auxiliary supports for elements for tubes or tube-assemblies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/22—Arrangements for directing heat-exchange media into successive compartments, e.g. arrangements of guide plates
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger capable of recovering heat energy of exhaust gas that is discarded through an exhaust pipe by exchanging high temperature exhaust gas discharged after combustion with cooling water.
  • the engine of the vehicle generates heat energy during combustion.
  • the engine is cooled by cooling water to prevent the engine from overheating.
  • an exhaust heat recovery device that uses heat energy, which is burned as exhaust gas through an exhaust pipe after combustion in an engine, to heat cooling water.
  • Conventional exhaust heat recovery devices use a heat exchanger in which a plurality of cooling water flow paths are formed adjacent to a plurality of exhaust gas flow paths, wherein the heat exchanger generally forms a housing in two parts for assembling and inside the housing.
  • the heat exchanger is constructed in the form of welding by brazing, etc. after inserting the core, which is an assembly of tubes, fins, baffles, and headers, and combining the housings.
  • the material thickness of the housing, the tube, the header, and the fins is increased, but this increases the weight of the heat exchanger and increases the manufacturing cost.
  • the object of the present invention is to form a housing in the form of an integrally formed tube without a seam, and the pressure and durability are improved by being coupled to the tube and the baffle in contact with the housing. It is to provide a heat exchanger.
  • both sides are open and the housing formed in the form of an integral tube;
  • a plurality of tubes spaced apart from each other and stacked in a height direction and accommodated in the housing;
  • first and second headers which are fitted and coupled to both ends of the plurality of tubes in the longitudinal direction, and whose outer circumferential surface is in contact with the inner surface of the housing. It may include.
  • the outer peripheral surface may further include a baffle in contact with the inner surface of the housing.
  • the housing is convexly formed in a convex inward direction in the height direction in which the tubes are stacked, and the baffle is disposed in a longitudinal position corresponding to the baffle junction and may be contacted and bonded to the baffle junction.
  • the housing may be formed with a guide portion for roundly connecting the baffle joint and the front housing of the baffle joint.
  • the inner distance of the housing in the height direction in the portion where the baffle joint is formed may be formed smaller than the height of the baffle.
  • the housing is formed with a stepped convex inward from the height-direction surface in which the tubes are stacked, and the baffle may be disposed in a longitudinal position at the stepped.
  • the housing is formed to protrude convexly inwardly from the height-direction surface where the tubes are stacked, and the baffle is disposed at a longitudinal position corresponding to the baffle joint to contact the baffle joint, and the baffle joint Protrusion height may be formed lower than the protruding height of the stepped.
  • the plurality of tubes may be formed with protrusions protruding from the surface in the direction in which they are stacked, so that the protrusions may contact the inner surface of the housing.
  • the housing is formed with a stepped convexly inward from the height direction of the tubes in which the tubes are stacked, and the connecting protrusions of the tube are disposed at the longitudinal position corresponding to the stepping, so that the connecting protrusions contact the stepped side of the housing Can be.
  • the housing is formed with a convex support protrusion convexly inward from the height direction surface in which the tubes are stacked, and the connecting protrusion of the tube is disposed at a longitudinal position corresponding to the supporting protrusion, so that the connecting protrusion is the supporting protrusion of the housing. Can be in contact with.
  • the housing may be formed without a portion protruding into the inside of the housing on one side in the longitudinal direction based on the step.
  • the housing may be formed with a plurality of reinforcing ribs protruding outwardly from the housing on one side in the longitudinal direction based on the stepped jaw, and the reinforcing ribs may be formed to have a longer length than the width.
  • the baffle is fitted into the plurality of tubes and further includes a baffle whose outer circumferential surface is in contact with the inner surface of the housing.
  • the baffle is disposed in a longitudinal position corresponding to the baffle junction and is brought into contact with the baffle junction, and the reinforcing ribs may be formed in front of the baffle junction in the longitudinal direction.
  • a baffle stopper capable of fixing the position of the baffle in the longitudinal direction may be protruded from the tube.
  • the tube may be formed with a header stopper protruding from the first direction and the second header in the longitudinal direction to limit the position to be fitted to the tube.
  • the baffle includes a support formed along the height direction; And a plurality of extension parts extending from the support part in the width direction and spaced apart from each other in the height direction. Including, the extensions are respectively disposed on the outside of the outermost tubes in the height direction between the tubes, the support portion may be disposed on the width side of the tubes.
  • bent portions may be formed to extend in the longitudinal direction from the support portion and the extension portions disposed outside the outermost tubes in the height direction, so that the bent portions may contact the inner surface of the housing.
  • the housing may be formed with an exhaust gas inlet through which exhaust gas is introduced on one side in the height direction on one side in the longitudinal direction, and an exhaust gas outlet through which exhaust gas is discharged on one side in the height direction on the other side in the longitudinal direction.
  • both sides of the exhaust gas inlet and the exhaust gas outlet may be formed asymmetrically with respect to the central portion in the longitudinal direction of the housing.
  • the housing is formed with a cooling water inlet and a cooling water outlet through which cooling water flows on one surface in the width direction, and the cooling water inlet and cooling water outlet may be formed spaced apart from each other in the height direction.
  • the heat exchanger of the present invention Since the heat exchanger of the present invention has no seams in the housing, the pressure resistance against the pressure of the heat exchange medium is improved and has a strong advantage in thermal shock.
  • the tube and the baffle are brought into contact with the housing, the tube can be prevented from being damaged by the pressure of the heat exchange medium.
  • FIG. 1 and 2 are perspective and exploded perspective views showing a heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is an exploded perspective view of tubes, baffles, and headers of a heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a front sectional view showing a heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 and 6 are front cross-sectional views showing a method of manufacturing a heat exchanger according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 and 8 are front cross-sectional views showing a method of manufacturing a heat exchanger according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 and 2 is an exploded perspective view and an exploded perspective view showing a heat exchanger according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is an exploded perspective view of the tubes, baffles and headers of the heat exchanger according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 Is a front sectional view showing a heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
  • the heat exchanger is largely the housing 100, the tube 200, the inner pin 300, the baffle 400, the first header 500 and the second header 600 Can be configured.
  • the housing 100 may be formed in the form of an integral tube without a seam so that both sides in the longitudinal direction are opened.
  • an exhaust gas inlet 110 through which exhaust gas is introduced may be formed on one side in a longitudinal direction of a lower surface in the height direction, and an exhaust gas outlet 120 through which exhaust gas is discharged may be formed on the other side. Both sides may be formed asymmetrically with respect to the central portion of the housing 100.
  • a cooling water inlet 130 through which cooling water is introduced may be formed on one side in the longitudinal direction of the widthwise side surface of the housing 100, and a cooling water outlet 140 through which cooling water is discharged may be formed on the other side. Cooling water outlet 140 may be formed spaced apart from each other in the height direction.
  • the stepped jaws 160 are protruded inward from the upper and lower surfaces in the height direction, and the baffle junction 150 is protruded inwardly on one side in the longitudinal direction adjacent to the stepped jaws 160.
  • the baffle joint 150 may be formed to have a lower protruding height than the stepped 160
  • the baffle junction 150 may be connected to the guide 151 in an inclined or round shape with the inner circumferential surface of the housing 100. That is, the guide portion 151 connects the front housing 100 and the baffle joint portion 150 of the baffle joint portion 150 in the longitudinal direction in a round shape, and the baffle joint portion 150 is longitudinally guided by the guide portion 151.
  • baffle 400 May be easily inserted into the baffle 400 at the formed position.
  • the baffle joint portion 150, the guide portion 151, and the stepped portion 160 are formed to deform into a convexly protruding shape by applying an external force to the seamless tube-shaped housing 100 having a constant cross-sectional shape. It can be formed integrally without seams by various methods such as hydroforming or deep drawing.
  • the tube 200 is a part forming an exhaust gas flow path through which exhaust gas flowing into the housing 100 passes, and may be formed in a tube shape so that the exhaust gas flows along the interior of the tube 200.
  • the tubes 200 are formed with convex protrusions convexly protruding from both sides in the height direction, and a plurality of tubes 200 are stacked in the height direction so that the connecting protrusions 210 of the neighboring tubes 200 contact each other.
  • the upper and lower surfaces of the neighboring tubes 200 in the height direction may be spaced apart from each other.
  • the space between the tubes 200 and the space between the tubes 200 and the housing 100 disposed on the outermost side in the height direction may be cooling water flow paths through which cooling water flows.
  • the joining protrusions 210 formed on the outer side in the height direction of the tube 200 disposed on the outermost side in the height direction may be disposed to contact the stepped jaws 160 and the supporting protrusions 170 protruding inside the housing 100.
  • the tubes 200 are formed with a baffle stopper 220 for fixing the position of the baffle 400 in the central portion in the longitudinal direction, and a header stopper for fixing the positions of the headers 500 and 600 on both sides in the longitudinal direction. 230 may be formed to protrude.
  • the inner pin 300 may be provided by being inserted into each of the tubes 200, and the inner pin 300 may be formed in various ways, for example, a corrugated fin (offset pin) formed in a wrinkle shape while going in the width direction. ) Or a corrugated fin may be a wave fin formed in a corrugated shape along the longitudinal direction.
  • a corrugated fin offset pin
  • a corrugated fin may be a wave fin formed in a corrugated shape along the longitudinal direction.
  • the baffle 400 is a part forming a flow path through which the cooling water flows by dividing the space between the housing 100 and the tubes 200, and the baffle 400 is fitted into and coupled to the plurality of tubes 200 and has an outer circumference.
  • the surface is in close contact with the baffle junction 150 among the inner surfaces of the housing 100.
  • the baffle 400 may be formed of a support portion 410 extending along the height direction and a plurality of extension portions 420 extending from the support portion 410 and spaced from each other in the height direction. That is, it may be formed as the end of the fork as shown.
  • the bent portions 411 and 421 may be extended to be bent in the longitudinal direction around the support portion 410 and the outermost extension portion 420 in the height direction.
  • the baffle 400 is a tube 200 in a form in which an extension portion 420 is inserted in the width direction along between the baffle stopper 220 and the joining projection 210 formed in the longitudinal central portion of the tubes 200.
  • the baffle 400 may be fitted and assembled, and the extension portions 420 of the baffle 400 are respectively disposed between the tubes 200 and outside the outermost tubes 200 in the height direction, and the support portion 410 ) May be disposed on the width side of the tubes 200.
  • the bent portion 411 bent at the support portion 410 is in contact with the inner surface in the width direction of the housing 100, and the bent portion 421 bent at the extension portion 420 is the housing 100 ) In the height direction.
  • the free end of the extension 420 may be arranged to be spaced a specific distance from the inner surface in the width direction of the housing 100, and the separation distance may be formed within 20 mm.
  • the flowing coolant is easy to flow through the space between the free end of the extension part 420 and the housing 100, and it is easy to flow, and sufficient heat exchange performance can be secured.
  • the bent portions 411 and 421 are bent toward the direction in which the baffle junction portion 150 is formed based on the stepped side 160 of the housing 100, so that the baffle 200 is the baffle junction portion 150 of the housing 100 Can be easily inserted into the formed portion.
  • the first header 500 is fitted and coupled to one end in the longitudinal direction of the tubes 200 based on the baffle 400, and the first header 500 has a housing (so that the outer circumferential surface contacts the inner circumferential surface of the housing 100). It can be inserted into the interior of 100).
  • the first header 500 is formed in the tube insertion hole 511 in the support portion 510 formed on the height direction and the width direction plane, the tube 200 is inserted into the tube insertion hole 511.
  • a bent portion 520 is formed in a shape extending in the longitudinal direction from the periphery of the support portion 510 so that the bent portion 520 can contact the inner circumferential surface of the housing 100.
  • the second header 600 is fitted to the other end of the tube 200 in the longitudinal direction based on the baffle 400, and the second header 600 has an outer circumferential surface similar to the first header 500. ) Can be inserted into and coupled to the interior of the housing 100 to contact the inner circumferential surface.
  • the second header 600 is formed in the tube insertion hole 611 in the support portion 610 formed on the height direction and the width direction plane, the tube 200 is inserted into the tube insertion hole 611.
  • a bent portion 620 is formed in a shape extending in the longitudinal direction from the periphery of the support portion 610 so that the bent portion 620 may contact the inner circumferential surface of the housing 100.
  • first header 500 and the second header 600 may be inserted into and coupled to the position of the header stopper 230 formed at the longitudinal end of the tube 200, the first header 500 and the first The two headers 600 may be in a form in which between the tubes at both ends in the longitudinal direction of the tubes 200 and between the tubes and the housing are blocked.
  • the exhaust gas introduced into the exhaust gas inlet 110 of the housing 100 may pass through the interior of the tubes 200 and be discharged through the exhaust gas outlet 120, and the cooling water may be a cooling water inlet ( It flows along the space between the tubes 200 and the tube 200 and the housing 100 on the left side, which is introduced by 130 and partitioned by the baffle 400, and the free end of the extension 420 of the baffle 400 and U-turn through the housing 100 to flow through the space between the tubes 200 and the housing 100 and between the tubes 200 on the right side partitioned by the baffle 400 again, and the cooling water of the housing 100 As it is discharged through the outlet 140, it may be heat exchanged with the exhaust gas.
  • the tube 200, the inner pin 300, the baffle 400, the first header 500 and the second header 600 are accommodated inside the housing 100, and components are assembled through brazing.
  • the contacting surfaces between the fields can be joined. Accordingly, since the stacked tubes 200, the baffle 400, and the housing 100 are in contact with each other in the height direction, the pressure resistance against the pressure of the heat exchange medium being flowed is improved and the durability against thermal shock is also improved. Can be.
  • the housing 100 is formed so that there is no portion protruding inward on the side in which the baffle junction 150 is formed in the longitudinal direction based on the stepped jaw 160, and the baffle 400 is inserted into the housing 100 to be coupled. When the baffle 400 is not caught, it can be easily inserted.
  • the reinforcing rib 180 protrudes convexly outward of the housing 100. It can be formed to improve the structural strength of the housing 100.
  • the reinforcing ribs 180 are composed of a plurality of reinforcing ribs 180 may be arranged to be spaced apart in the width direction, and the reinforcing ribs 180 may be formed in front of the baffle joint 150 in the longitudinal direction.
  • the side in which the exhaust gas inlet 110 of the housing 100 is formed in the longitudinal direction becomes the front side
  • the side in which the exhaust gas outlet 120 is formed becomes the rear side.
  • the reinforcing ribs 180 may be formed to have a longer length than the width, and thus may be formed to extend along the longitudinal direction.
  • FIG. 5 and 6 are front cross-sectional views showing a method of manufacturing a heat exchanger according to a first embodiment of the present invention.
  • a method of manufacturing a heat exchanger includes: a housing forming step of forming a housing in an integral tube shape with both sides open; A tube stacking step of stacking a plurality of tubes in a height direction; A tube insertion step of inserting the stacked tubes into the housing; And by inserting the first header and the second header in the interior of the housing on both sides in the longitudinal direction, the first header and the second header are coupled to the longitudinal ends of the plurality of tubes coupled to the first header and the second header A header insertion step of assembling the outer circumferential surface to contact the inner surface of the housing; It may include.
  • a stepped protrusion protrudes inwardly from a height-direction surface
  • a baffle joint is protruded inwardly at a height lower than a stepped edge on one side in the longitudinal direction adjacent to the stepped step
  • the tube stacking step Between the and the tube insertion step, the tube and the baffle assembly forming step of forming a tube and a baffle assembly by inserting and fixing a baffle to a plurality of stacked tubes, wherein the tube insertion step, based on the step of the housing By inserting the tube and the baffle assembly into the inside of the housing at the side where the baffle joint is formed in the longitudinal direction, the tube and baffle assembly are brought to a position where the baffle is caught on the stepped side of the housing and the outer circumferential surface of the baffle contacts the baffle joint. You can insert
  • the housing 100 is formed in the form of an integral tube with both sides open and without seams, but the stepped jaws 160 protrude convexly inward from the height direction by a method such as hydroforming, and adjacent to the stepped jaws 160
  • the housing 100 is formed so that the baffle joint 150 protrudes convexly inward at a height lower than the stepped side 160 on one side in the longitudinal direction.
  • the inner pin 300 may be inserted inside the tube 200, and the tubes 200 provided with the inner pin 300 After stacking a plurality of pieces in the height direction, the baffle 400 may be fitted to the center of the tubes 200 in the width direction to fix the tube 200 and the baffle 400 assembly.
  • the baffle connection portion in the longitudinal direction based on the stepped side 160 of the housing 100 150 is assembled by inserting the tube 200 and the baffle 400 assembly on the side where it is formed.
  • the tube 200 and the baffle 400 assembly are inserted to a position where the baffle 400 is caught by the stepped jaw 160 of the housing 100 and the outer circumferential surface of the baffle 400 contacts the baffle joint 150.
  • the first header 500 and the second header 600 are inserted into the housing 100 from both sides in the longitudinal direction, such that the first header 500 and the second header 600 are a plurality of tubes 200.
  • the assembly of the heat exchanger may be completed by assembling such that the outer circumferential surfaces of the first header 500 and the second header 600 are in contact with the inner surface of the housing 100 by being fitted to both ends of the longitudinal direction. Thereafter, the assembled heat exchanger can be brazed to obtain a heat exchanger manufactured with the contact surfaces between the parts joined together.
  • the tube and baffle assembly are inserted into the housing without headers being coupled, it may be easy to assemble the tube and baffle assembly by inserting it into the housing.
  • FIG. 7 and 8 are front cross-sectional views showing a method of manufacturing a heat exchanger according to a second embodiment of the present invention.
  • a method for manufacturing a heat exchanger includes: a housing forming step of forming a housing in an integral tube shape with both sides open; A tube and a first header assembly forming step of stacking a plurality of tubes in a height direction and fitting a first header to the longitudinal ends of the plurality of tubes to form a tube and a first header assembly; A tube and a first header insertion step of inserting the tube and the first header assembly into the interior of the housing such that the outer circumferential surface of the first header contacts the inner surface of the housing; And inserting a second header into the housing in a state where the first header side is supported in the longitudinal direction, so that the second header is fitted and coupled to the longitudinal ends of the plurality of tubes and the outer circumferential surface of the second header.
  • a second header insertion step of assembling to contact the inner surface of the housing It may include.
  • a stepped protrusion protrudes inwardly from a height-direction surface
  • a baffle joint protrudes inwardly at a height lower than a stepped edge on one side in the longitudinal direction adjacent to the stepped protrusion, and the tube and the
  • a tube, baffle, and first header assembly forming step are formed by fitting and fixing a baffle to a plurality of stacked tubes to form a tube, a baffle, and a first header assembly.
  • the tube and the baffle and the first header assembly may be inserted to a position where the baffle is caught on the stepped side of the housing and the outer circumferential surface of the baffle contacts the baffle joint.
  • the housing 100 is formed in the form of an integral tube with both sides open and without seams, but the stepped jaws 160 protrude convexly inward from the height direction by a method such as hydroforming, and adjacent to the stepped jaws 160
  • the housing 100 is formed so that the baffle joint 150 protrudes convexly inward at a height lower than the stepped side 160 on one side in the longitudinal direction.
  • the inner pin 300 may be inserted inside the tube 200, the inner pin 300 After stacking a plurality of provided tubes 200 in the height direction, the baffle 400 is inserted into and fixed to the center of the tubes 200 in the width direction, and the first header 500 is inserted into the ends of the tubes 200 and fixed. 200, the baffle 400 and the first header 500 may form an assembly.
  • the assembly is assembled based on the stepped side 160 of the housing 100.
  • the tube 200, the baffle 400, and the first header 500 assembly from the side in which the baffle junction 150 is formed in the longitudinal direction.
  • the tube 200, the baffle 400, and the first header to a position where the baffle 400 is caught by the stepped jaw 160 of the housing 100 and the outer circumferential surface of the baffle 400 contacts the baffle junction 150 500 assembly can be inserted.
  • the second header 600 is inserted into the housing 100 from the opposite side, so that the second header 600 is fitted to the ends of the tubes 200 and coupled.
  • the assembly may be completed so that the first header 500 and the second header 600 may be assembled such that the outer circumferential surface contacts the inner surface of the housing 100.
  • the assembled heat exchanger is brazed. By doing so, it is possible to obtain a heat exchanger manufactured in a state where the contact surfaces between parts are joined to each other.
  • the tube, baffle, and the first header assembly are inserted into the housing in a state where the first header is previously coupled to the tubes, the alignment of the tubes is good even after insertion, so as to assemble the second header at the ends of the tubes It can be easy.
  • 210 splicing protrusion
  • 220 baffle stopper

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Abstract

본 발명은 양측이 개방되고 일체의 관 형태로 형성된 하우징; 서로 이격되어 높이방향으로 적층되며, 상기 하우징의 내부에 수용된 복수개의 튜브; 상기 복수개의 튜브들에 끼워져 결합되며, 외측 둘레면이 하우징의 내측면에 접촉된 배플; 및 상기 복수개의 튜브들의 길이방향 양단부에 끼워져 결합되며, 외측 둘레면이 하우징의 내측면에 접촉된 제1헤더 및 제2헤더; 를 포함하여 이루어져, 하우징에 용접부가 없으며 튜브와 배플이 하우징과 접합되어 열교환매체의 압력에 대한 내압성 및 열충격에 대한 내구성이 향상된 열교환기에 관한 것이다.

Description

열교환기
본 발명은 연소 후 배출되는 고온의 배기가스를 냉각수와 열교환시켜, 배기관을 통해 버려지는 배기가스의 열에너지를 회수할 수 있는 열교환기에 관한 것이다.
차량의 엔진은 연소 시 열에너지를 발생시키게 되는데, 일반적으로 냉각수를 통해 엔진을 냉각시켜 엔진이 과열되는 것을 방지한다.
하지만, 엔진에서 발생되어 외부로 버려지는 열에너지는 배기가스로 배출되는 에너지가 더 크며, 이는 엔진의 열효율이 낮아지는 결과를 초래한다.
이를 해결하기 위해 엔진에서 연소 후 배기관을 통하여 배기가스로 버려지는 열에너지를 냉각수의 가열에 사용하는 배기열 회수장치가 사용되고 있다.
종래의 배기열 회수장치는 복수개의 냉각수 유로가 복수개의 배기가스 유로와 서로 인접하게 형성된 열교환기를 사용하는데, 이때 열교환기는 일반적으로 조립성을 위해 하우징을 두 부분으로 나누어진 형태로 형성하고 하우징의 내부에 튜브, 핀, 배플 및 헤더의 조립체인 코어부를 넣고 하우징을 결합한 후 브레이징 등으로 용접한 형태로 열교환기가 구성된다.
그런데 이러한 열교환기는 하우징에 용접에 의한 이음매가 형성되기 때문에, 열교환매체의 압력 및 열충격에 의해 하우징이 뒤틀리는 변형이 발생하거나 하우징의 이음매 부분 또는 튜브, 배플 및 헤더가 하우징과 접합된 접합부가 파손되는 경우가 발생하는 문제점이 있다.
이를 해결하기 위해 하우징, 튜브, 헤더, 핀 등의 소재 두께를 증대하고 있으나 이는 열교환기의 중량을 증가시키고 제조원가를 상승시키게 된다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
KR 10-2017-0124951 A (2017.11.13)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 이음매가 없이 일체로 형성된 관 형태로 하우징을 형성하고, 하우징에 튜브와 배플이 접촉되도록 결합되어 내압성 및 내구성이 향상된 열교환기를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열교환기는, 양측이 개방되고 일체의 관 형태로 형성된 하우징; 서로 이격되어 높이방향으로 적층되며, 상기 하우징의 내부에 수용된 복수개의 튜브; 및 상기 복수개의 튜브들의 길이방향 양단부에 끼워져 결합되며, 외측 둘레면이 하우징의 내측면에 접촉된 제1헤더 및 제2헤더; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수개의 튜브들에 끼워져 결합되며, 외측 둘레면이 하우징의 내측면에 접촉된 배플을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 하우징은 튜브들이 적층된 높이방향의 면에서 내측으로 볼록하게 배플 접합부가 돌출 형성되며, 상기 배플은 상기 배플 접합부에 대응되는 길이방향 위치에 배치되어 배플 접합부에 접촉되어 접합될 수 있다.
또한, 상기 하우징은 배플 접합부와 배플 접합부의 전방쪽 하우징을 라운드지게 연결하는 가이드부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 배플 접합부가 형성된 부분에서 높이방향으로 하우징의 내측 거리는 배플의 높이보다 작게 형성될 수 있다.
또한, 상기 하우징은 튜브들이 적층된 높이방향의 면에서 내측으로 볼록하게 단턱이 형성되며, 상기 배플은 상기 단턱에 걸리는 길이방향 위치에 배치될 수 있다.
또한, 상기 하우징은 튜브들이 적층된 높이방향의 면에서 내측으로 볼록하게 배플 접합부가 돌출 형성되어, 상기 배플은 상기 배플 접합부에 대응되는 길이방향 위치에 배치되어 배플 접합부에 접촉되며, 상기 배플 접합부의 돌출 높이가 상기 단턱의 돌출 높이보다 낮게 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수개의 튜브들은 적층되는 방향의 면에서 접합 돌기가 돌출 형성되어, 상기 접합 돌기가 하우징의 내측면에 접촉될 수 있다.
또한, 상기 하우징은 튜브들이 적층된 높이방향의 면에서 내측으로 볼록하게 단턱이 형성되며, 상기 단턱에 대응되는 길이방향 위치에 튜브의 접합 돌기가 배치되어, 상기 접합 돌기가 하우징의 단턱에 접촉될 수 있다.
또한, 상기 하우징은 튜브들이 적층된 높이방향의 면에서 내측으로 볼록하게 지지 돌기가 형성되며, 상기 지지 돌기에 대응되는 길이방향 위치에 튜브의 접합 돌기가 배치되어, 상기 접합 돌기가 하우징의 지지 돌기에 접촉될 수 있다.
또한, 상기 하우징은 단턱을 기준으로 길이방향 일측에 하우징의 내측으로 돌출된 부분이 없게 형성될 수 있다.
또한, 상기 하우징은 단턱을 기준으로 길이방향 일측에 하우징의 외측으로 볼록하게 복수개의 보강 리브가 돌출 형성되며, 상기 보강 리브는 폭보다 길이가 길게 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수개의 튜브들에 끼워져 결합되며 외측 둘레면이 하우징의 내측면에 접촉된 배플을 더 포함하고, 상기 하우징은 튜브들이 적층된 높이방향의 면에서 내측으로 볼록하게 배플 접합부가 돌출 형성되며, 상기 배플은 상기 배플 접합부에 대응되는 길이방향 위치에 배치되어 배플 접합부에 접촉되어 접합되며, 상기 보강 리브는 길이방향으로 배플 접합부의 전방에 형성될 수 있다.
또한, 상기 튜브에는 길이방향으로 배플의 위치를 고정할 수 있는 배플 스토퍼가 돌출 형성될 수 있다.
또한, 상기 튜브에는 길이방향으로 제1헤더 및 제2헤더가 튜브에 끼워지는 위치를 제한할 수 있는 헤더 스토퍼가 돌출 형성될 수 있다.
또한, 상기 배플은, 높이방향을 따라 형성된 지지부; 및 상기 지지부에서 폭방향으로 연장 형성되며, 높이방향으로 서로 이격되어 배치된 복수개의 연장부; 를 포함하고, 상기 연장부들은 튜브들 사이 및 높이방향으로 최외측 튜브들의 외측에 각각 배치되며, 상기 지지부는 튜브들의 폭방향 측면에 배치될 수 있다.
또한, 상기 지지부 및 높이방향으로 최외측 튜브들의 외측에 배치된 연장부에서 각각 길이방향으로 절곡부가 연장 형성되어, 상기 절곡부가 하우징의 내측면에 접촉될 수 있다.
또한, 상기 하우징은 길이방향 일측의 높이방향 일면에 배기가스가 유입되는 배기가스 유입구가 형성되고, 길이방향 타측의 높이방향 일면에 배기가스가 배출되는 배기가스 배출구가 형성될 수 있다.
또한, 상기 배기가스 유입구 및 배기가스 배출구는 하우징의 길이방향 중앙부를 기준으로 양측이 비대칭으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 하우징은 폭방향 일면에 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구 및 냉각수가 배출되는 냉각수 배출구가 형성되며, 상기 냉각수 유입구 및 냉각수 배출구는 높이방향으로 서로 이격되어 형성될 수 있다.
본 발명의 열교환기는 하우징에 이음매가 없기 때문에 열교환매체의 압력에 대한 내압성이 향상되며 열충격에 강한 장점이 있다.
또한, 튜브와 배플이 하우징과 접촉되어 접합되므로, 열교환매체의 압력에 의해 튜브가 파손되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 열충격에 의한 하우징의 변형이 적어 튜브, 헤더 및 배플의 접합부가 파손될 가능성이 줄어드는 장점이 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기를 나타낸 조립사시도 및 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기의 튜브, 배플 및 헤더들의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기를 나타낸 정면 단면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환기 제조 방법을 나타낸 정면 단면도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 열교환기 제조 방법을 나타낸 정면 단면도이다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 열교환기를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기를 나타낸 조립사시도 및 분해사시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기의 튜브, 배플 및 헤더들의 분해사시도이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기를 나타낸 정면 단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기는 크게 하우징(100), 튜브(200), 이너핀(300), 배플(400), 제1헤더(500) 및 제2헤더(600)로 구성될 수 있다.
하우징(100)은 이음매가 없는 일체의 관 형태로 형성되어 길이방향 양측이 개방되게 형성될 수 있다. 그리고 하우징(100)은 높이방향 하면의 길이방향 일측에 배기가스가 유입되는 배기가스 유입구(110)가 형성되고 타측에는 배기가스가 배출되는 배기가스 배출구(120)가 형성될 수 있으며, 길이방향으로 하우징(100)의 중앙부를 기준으로 양측이 비대칭으로 형성될 수 있다. 또한, 하우징(100)의 폭방향 측면의 길이방향 일측에는 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구(130)가 형성되고 타측에는 냉각수가 배출되는 냉각수 배출구(140)가 형성될 수 있으며, 냉각수 유입구(130)와 냉각수 배출구(140)는 높이방향으로 서로 이격되어 형성될 수 있다. 또한, 하우징(100)은 높이방향 상면 및 하면에서 내측으로 볼록하게 단턱(160)이 돌출 형성되며, 단턱(160)에 인접하여 길이방향 일측에 내측으로 볼록하게 배플 접합부(150)가 돌출 형성된다. 이때, 배플 접합부(150)는 단턱(160)보다 돌출된 높이가 낮게 형성될 수 있으며, 배플 접합부(150)는 하우징(100)의 내주면과 경사지거나 라운드 형태로 가이드부(151)가 연결될 수 있다. 즉, 가이드부(151)는 길이방향으로 배플 접합부(150)의 전방쪽 하우징(100)과 배플 접합부(150)를 라운드 형태로 연결하여, 가이드부(151)에 의해 길이방향으로 배플 접합부(150)가 형성된 위치에 배플(400)이 삽입되기 용이할 수 있다. 또한, 배플 접합부(150)가 형성된 부분에서 높이방향으로 하우징(100)의 내측 거리는 배플(400)의 높이보다 작게 형성되어, 상하측 배플 접합부(150)들 사이에 배플(400)이 삽입되었을 때 배플(400) 및 적층된 튜브(200)들이 높이방향으로 압축되어 서로 밀착될 수 있다. 여기에서 배플 접합부(150), 가이드부(151) 및 단턱(160)은 단면 형태가 일정하게 형성된 이음매가 없는 관 형태의 하우징(100)에 외력을 가해 내측으로 볼록하게 돌출된 형태로 변형되도록 형성될 수 있으며, 하이드로포밍이나 딥드로잉 등 다양한 방법에 의해 이음매가 없이 일체로 형성될 수 있다.
튜브(200)는 하우징(100)의 내부로 유입되는 배기가스가 통과하는 배기가스 유로를 형성하는 부분으로, 배기가스가 튜브(200)의 내부를 따라 유동되도록 관 형태로 형성될 수 있다. 그리고 튜브(200)들은 높이방향 양면에서 접합 돌기(210)들이 볼록하게 돌출 형성되며, 이웃하는 튜브(200)들의 접합 돌기(210)들 끼리 접촉되도록 복수개의 튜브(200)들이 높이방향으로 적층되어 이웃하는 튜브(200)들의 높이방향 상면과 하면이 서로 이격되어 배치될 수 있다. 그리하여 튜브(200)들 사이의 이격된 공간 및 높이방향으로 최외측에 배치된 튜브(200)들과 하우징(100) 사이의 공간은 냉각수가 유동되는 냉각수 유로가 될 수 있다. 또한, 높이방향 최외측에 배치된 튜브(200)의 높이방향 바깥쪽에 형성된 접합 돌기(210)들은 하우징(100)의 내측으로 돌출 형성된 단턱(160) 및 지지 돌기(170)에 맞닿도록 배치될 수 있다. 또한, 튜브(200)들은 길이방향으로 중앙 부분에 배플(400)의 위치 고정을 위한 배플 스토퍼(220)가 돌출 형성되고, 길이방향 양측에 헤더들(500, 600)의 위치 고정을 위한 헤더 스토퍼(230)가 돌출 형성될 수 있다.
이너핀(300)은 튜브(200)들 각각의 내측에 삽입되어 구비될 수 있고, 이너핀(300)은 다양하게 형성될 수 있으며 일례로 폭방향으로 가면서 주름 형태로 형성된 코루게이트 핀(오프셋 핀)이거나 코루게이트 핀의 형태에서 길이방향을 따라 주름 형태로 형성된 웨이브 핀이 될 수 있다.
배플(400)은 하우징(100)과 튜브(200)들 사이의 공간을 구획하여 냉각수가 유동되는 유로를 형성하는 부분으로, 배플(400)은 복수개의 튜브(200)들에 끼워져 결합되며 외측 둘레면이 하우징(100)의 내측면 중 배플 접합부(150)에 밀착된다. 이때, 배플(400)은 높이방향을 따라 연장 형성된 지지부(410) 및 지지부(410)에서 연장 형성되며 높이방향으로 서로 이격된 복수개의 연장부(420)로 구성될 수 있다. 즉, 도시된 바와 같이 포크의 단부처럼 형성될 수 있다. 그리고 지지부(410) 및 높이방향 최외측의 연장부(420)의 둘레에서 길이방향으로 절곡된 형태로 절곡부(411, 421)가 연장 형성될 수 있다. 그리하여 배플(400)은 튜브(200)들의 길이방향 중앙부분에 형성된 배플 스토퍼(220)와 접합 돌기(210)의 사이를 따라 폭방향으로 연장부(420)가 삽입되는 형태로 튜브(200)들에 배플(400)이 끼워져 조립될 수 있으며, 배플(400)의 연장부(420)들은 튜브(200)들 사이 및 높이방향으로 최외측 튜브(200)들의 외측에 각각 배치되며, 상기 지지부(410)는 튜브(200)들의 폭방향 측면에 배치될 수 있다. 이때, 배플(400)은 지지부(410)에서 절곡된 절곡부(411)가 하우징(100)의 폭방향 내측면에 접촉되고, 연장부(420)에서 절곡된 절곡부(421)가 하우징(100)의 높이방향 내측면에 접촉될 수 있다. 또한, 연장부(420)의 자유단은 하우징(100)의 폭방향 내측면에서 특정거리 이격되게 배치될 수 있으며, 이격 거리는 20mm 이내로 형성될 수 있다. 그리하여 유입된 냉각수가 연장부(420) 자유단과 하우징(100) 사이의 공간을 통해 유턴하여 유동되기 용이하며, 충분한 열교환 성능을 확보할 수 있다. 또한, 절곡부(411, 421)들은 하우징(100)의 단턱(160)을 기준으로 배플 접합부(150)가 형성된 방향쪽으로 절곡 형성되어, 배플(200)이 하우징(100)의 배플 접합부(150)가 형성된 부분에 삽입되기 용이하도록 할 수 있다.
제1헤더(500)는 배플(400)을 기준으로 튜브(200)들의 길이방향 일측 단부에 끼워져 결합되며, 제1헤더(500)는 외측 둘레면이 하우징(100)의 내주면에 접촉되도록 하우징(100)의 내부에 삽입되어 결합될 수 있다. 이때, 제1헤더(500)는 높이방향 및 폭방향 평면상에 형성되는 지지부(510)에 튜브 삽입홀(511)들이 형성되어, 튜브 삽입홀(511)에 튜브(200)들이 삽입된다. 그리고 지지부(510)의 둘레에서 길이방향으로 연장된 형태로 절곡부(520)가 형성되어 절곡부(520)가 하우징(100)의 내주면에 접촉될 수 있다.
제2헤더(600)는 배플(400)을 기준으로 튜브(200)들의 길이방향 타측 단부에 끼워져 결합되며, 제2헤더(600)는 제1헤더(500)와 마찬가지로 외측 둘레면이 하우징(100)의 내주면에 접촉되도록 하우징(100)의 내부에 삽입되어 결합될 수 있다. 이때, 제2헤더(600)는 높이방향 및 폭방향 평면상에 형성되는 지지부(610)에 튜브 삽입홀(611)들이 형성되어, 튜브 삽입홀(611)에 튜브(200)들이 삽입된다. 그리고 지지부(610)의 둘레에서 길이방향으로 연장된 형태로 절곡부(620)가 형성되어 절곡부(620)가 하우징(100)의 내주면에 접촉될 수 있다. 또한, 제1헤더(500)와 제2헤더(600)는 튜브(200)의 길이방향 단부에 형성된 헤더 스토퍼(230)에 걸리는 위치까지 삽입되어 결합될 수 있으며, 제1헤더(500)와 제2헤더(600)에 의해 튜브(200)들의 길이방향 양단 부분에서 튜브들 사이 및 튜브들과 하우징의 사이가 막혀있는 형태가 될 수 있다.
그리하여 하우징(100)의 배기가스 유입구(110)로 유입된 배기가스는 튜브(200)들의 내부를 통과하여 배기가스 배출구(120)를 통해 배출될 수 있으며, 냉각수는 하우징(100)의 냉각수 유입구(130)로 유입되어 배플(400)에 의해 구획된 좌측의 튜브(200)들의 사이 및 튜브(200)와 하우징(100) 사이의 공간을 따라 유동되며 배플(400)의 연장부(420) 자유단과 하우징(100)의 사이를 통해 유턴하여 다시 배플(400)에 의해 구획된 우측의 튜브(200)들의 사이 및 튜브(200)와 하우징(100) 사이의 공간을 따라 유동되어 하우징(100)의 냉각수 배출구(140)를 통해 배출되면서 배기가스와 열교환될 수 있다.
여기에서 하우징(100)의 내부에 튜브(200), 이너핀(300), 배플(400), 제1헤더(500) 및 제2헤더(600)가 수용되어 조립된 상태에서 브레이징을 통해 구성요소들 간의 접촉되는 면들이 접합될 수 있다. 이에 따라 적층된 튜브(200)들과 배플(400)과 하우징(100)이 높이방향쪽 면들끼리 서로 접촉되어 접합되므로, 유동되는 열교환매체의 압력에 대한 내압성이 향상되고 열충격에 대한 내구성도 향상될 수 있다.
또한, 하우징(100)은 단턱(160)을 기준으로 길이방향으로 배플 접합부(150)가 형성된쪽에는 내측으로 돌출된 부분이 없도록 형성되어, 하우징(100) 내부에 배플(400)을 삽입하여 결합할 때 배플(400)이 걸리지 않고 용이하게 삽입되도록 할 수 있다. 또한, 하우징(100)은 단턱(160)을 기준으로 길이방향으로 배플 접합부(150)가 형성된쪽에는 내측으로 돌출된 부분이 없기 때문에 하우징(100)의 외측으로 볼록하게 보강 리브(180)가 돌출 형성되어 하우징(100)의 구조적인 강도를 향상시킬 수 있다. 그리고 보강 리브(180)는 복수개로 구성되어 복수개의 보강 리브(180)가 폭방향으로 이격되게 배치될 수 있으며, 보강 리브(180)는 길이방향으로 배플 접합부(150)보다 전방에 형성될 수 있다. 여기에서 길이방향으로 하우징(100)의 배기가스 유입구(110)가 형성된쪽이 전방쪽이 되고 배기가스 배출구(120)가 형성된쪽이 후방쪽이 될 수 있다. 또한, 보강 리브(180)들은 폭보다 길이가 더 길게 형성되어 길이방향을 따라 길게 연장 형성된 형태가 될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 열교환기를 제조하는 제조 방법에 대해 설명한다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환기 제조 방법을 나타낸 정면 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환기 제조 방법은 양측이 개방된 일체의 관 형태로 하우징을 형성하는 하우징 형성 단계; 높이방향으로 복수개의 튜브를 적층하는 튜브 적층 단계; 상기 적층된 튜브들을 하우징의 내부에 삽입하는 튜브 삽입 단계; 및 길이방향 양측에서 제1헤더 및 제2헤더를 상기 하우징의 내부에 삽입하여, 상기 제1헤더와 제2헤더가 복수개의 튜브들의 길이방향 양단부에 끼워져 결합되고 상기 제1헤더와 제2헤더의 외측 둘레면이 하우징의 내측면에 접촉되도록 조립하는 헤더 삽입 단계; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 하우징 형성 단계에서는, 높이방향의 면에서 내측으로 볼록하게 단턱이 돌출 형성되고 상기 단턱에 인접한 길이방향 일측에 단턱보다 낮은 높이로 내측으로 볼록하게 배플 접합부가 돌출 형성되며, 상기 튜브 적층 단계와 튜브 삽입 단계 사이에, 적층된 복수개의 튜브들에 배플을 끼워 고정하여 튜브 및 배플 조립체를 형성하는 튜브 및 배플 조립체 형성 단계를 더 포함하며, 상기 튜브 삽입 단계에서는, 상기 하우징의 단턱을 기준으로 하여 길이방향으로 배플 접합부가 형성된쪽에서 상기 튜브 및 배플 조립체를 하우징의 내부에 삽입하여 조립하되, 상기 배플이 하우징의 단턱에 걸리고 배플의 외측 둘레면이 배플 접합부에 접촉되는 위치까지 상기 튜브 및 배플 조립체를 삽입할 수 있다.
먼저 양측이 개방되고 이음매가 없는 일체의 관 형태로 하우징(100)을 형성하되, 하이드로포밍 등의 방법으로 높이방향의 면에서 내측으로 볼록하게 단턱(160)이 돌출 형성되고 단턱(160)에 인접한 길이방향 일측에 단턱(160)보다 낮은 높이로 내측으로 볼록하게 배플 접합부(150)가 돌출되도록 하우징(100)을 형성한다. 그리고 미리 제작해둔 튜브(200)들과 배플(400)을 조립하되, 튜브(200)의 내부에는 이너핀(300)이 삽입되어 있을 수 있으며, 이너핀(300)이 구비된 튜브(200)들을 높이방향으로 복수개 적층한 후 배플(400)을 폭방향으로 튜브(200)들의 중앙부에 끼워서 고정하여 튜브(200) 및 배플(400) 조립체를 형성할 수 있다.
도 6을 참조하면, 이후 하우징(100)의 내부에 상기 튜브(200) 및 배플(400) 조립체를 삽입하여 조립하되, 하우징(100)의 단턱(160)을 기준으로 하여 길이방향으로 배플 접합부(150)가 형성된쪽에서 튜브(200) 및 배플(400) 조립체를 삽입하여 조립한다. 이때, 배플(400)이 하우징(100)의 단턱(160)에 걸리고 배플(400)의 외측 둘레면이 배플 접합부(150)에 접촉되는 위치까지 튜브(200) 및 배플(400) 조립체를 삽입할 수 있다. 다음으로 길이방향 양측에서 제1헤더(500) 및 제2헤더(600)를 하우징(100)의 내부에 삽입하여, 제1헤더(500)와 제2헤더(600)가 복수개의 튜브(200)들의 길이방향 양단부에 끼워져 결합되고 제1헤더(500)와 제2헤더(600)의 외측 둘레면이 하우징(100)의 내측면에 접촉되도록 조립하여 열교환기의 조립이 완료될 수 있다. 이후 조립된 열교환기를 브레이징하여 부품들 간의 접촉면이 서로 접합된 상태로 제조된 열교환기를 얻을 수 있다.
여기에서 튜브 및 배플 조립체는 헤더들이 결합되어 있지 않은 상태에서 하우징의 내부에 삽입되므로, 튜브 및 배플 조립체를 하우징에 삽입하여 조립하는 것이 용이할 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 열교환기 제조 방법을 나타낸 정면 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 열교환기 제조 방법은 양측이 개방된 일체의 관 형태로 하우징을 형성하는 하우징 형성 단계; 높이방향으로 복수개의 튜브를 적층하고, 제1헤더를 상기 복수개의 튜브들의 길이방향 단부에 끼워 결합하여, 튜브 및 제1헤더 조립체를 형성하는 튜브 및 제1헤더 조립체 형성 단계; 상기 튜브 및 제1헤더 조립체를 하우징의 내부에 삽입하여, 상기 제1헤더의 외측 둘레면이 하우징의 내측면에 접촉되도록 조립하는 튜브 및 제1헤더 삽입 단계; 및 길이방향으로 상기 제1헤더쪽을 지지한 상태에서 제2헤더를 상기 하우징의 내부에 삽입하여, 상기 제2헤더가 복수개의 튜브들의 길이방향 단부에 끼워져 결합되고 상기 제2헤더의 외측 둘레면이 하우징의 내측면에 접촉되도록 조립하는 제2헤더 삽입 단계; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 하우징 형성 단계에서는, 높이방향의 면에서 내측으로 볼록하게 단턱이 돌출 형성되고 상기 단턱에 인접한 길이방향 일측에 단턱보다 낮은 높이로 내측으로 볼록하게 배플 접합부가 돌출 형성되며, 상기 튜브 및 제1헤더 조립체 형성 단계와 상기 튜브 및 제1헤더 삽입 단계 사이에, 적층된 복수개의 튜브들에 배플을 끼워 고정하여 튜브, 배플 및 제1헤더 조립체를 형성하는 튜브, 배플 및 제1헤더 조립체 형성 단계를 더 포함하며, 상기 튜브 및 제1헤더 삽입 단계에서는, 상기 하우징의 단턱을 기준으로 하여 길이방향으로 배플 접합부가 형성된쪽에서 상기 튜브, 배플 및 제1헤더 조립체를 하우징의 내부에 삽입하여 조립하되, 상기 배플이 하우징의 단턱에 걸리고 배플의 외측 둘레면이 배플 접합부에 접촉되는 위치까지 상기 튜브 및 배플 조립체를 삽입할 수 있다.
먼저 양측이 개방되고 이음매가 없는 일체의 관 형태로 하우징(100)을 형성하되, 하이드로포밍 등의 방법으로 높이방향의 면에서 내측으로 볼록하게 단턱(160)이 돌출 형성되고 단턱(160)에 인접한 길이방향 일측에 단턱(160)보다 낮은 높이로 내측으로 볼록하게 배플 접합부(150)가 돌출되도록 하우징(100)을 형성한다. 그리고 미리 제작해둔 튜브(200)들과 배플(400) 및 제1헤더(500)를 조립하되, 튜브(200)의 내부에는 이너핀(300)이 삽입되어 있을 수 있으며, 이너핀(300)이 구비된 튜브(200)들을 높이방향으로 복수개 적층한 후 배플(400)을 폭방향으로 튜브(200)들의 중앙부에 끼워서 고정하고 제1헤더(500)를 튜브(200)들의 단부에 끼워 고정하여 튜브(200), 배플(400) 및 제1헤더(500) 조립체를 형성할 수 있다.
도 8을 참조하면, 이후 하우징(100)의 내부에 상기 튜브(200), 배플(400) 및 제1헤더(500) 조립체를 삽입하여 조립하되, 하우징(100)의 단턱(160)을 기준으로 하여 길이방향으로 배플 접합부(150)가 형성된쪽에서 튜브(200), 배플(400) 및 제1헤더(500) 조립체를 삽입하여 조립한다. 이때, 배플(400)이 하우징(100)의 단턱(160)에 걸리고 배플(400)의 외측 둘레면이 배플 접합부(150)에 접촉되는 위치까지 튜브(200), 배플(400) 및 제1헤더(500) 조립체를 삽입할 수 있다. 다음으로 길이방향으로 제1헤더(500)가 지지된 상태에서 그 반대측에서 제2헤더(600)를 하우징(100의 내부에 삽입하여 제2헤더(600)가 튜브(200)들의 단부에 끼워져 결합되도록 하여 조립이 완료될 수 있다. 이때, 제1헤더(500)와 제2헤더(600)는 외측 둘레면이 하우징(100)의 내측면에 접촉되도록 조립될 수 있다. 이후 조립된 열교환기를 브레이징하여 부품들 간의 접촉면이 서로 접합된 상태로 제조된 열교환기를 얻을 수 있다.
여기에서 튜브, 배플 및 제1헤더 조립체는 제1헤더가 미리 튜브들에 결합된 상태에서 하우징의 내부에 삽입되므로, 삽입 후에도 튜브들의 정렬 상태가 양호하여 제2헤더를 튜브들의 단부에 끼워 조립하기 용이할 수 있다.
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.
[부호의 설명]
100 : 하우징
110 : 배기가스 유입구, 120 : 배기가스 배출구
130 : 냉각수 유입구, 140 : 냉각수 배출구
150 : 배플 접합부, 151 : 가이드부
160 : 단턱, 170 : 지지 돌기
180 : 보강 리브
200 : 튜브
210 : 접합 돌기, 220 : 배플 스토퍼
230 : 헤더 스토퍼
300 : 이너핀
400 : 배플
410 : 지지부, 411 : 절곡부
420 : 연장부, 421 : 절곡부
500 : 제1헤더, 510 : 지지부
511 : 튜브 삽입홀, 520 : 절곡부
600 : 제2헤더, 610 : 지지부
611 : 튜브 삽입홀, 620 : 절곡부

Claims (20)

  1. 양측이 개방되고 일체의 관 형태로 형성된 하우징;
    서로 이격되어 높이방향으로 적층되며, 상기 하우징의 내부에 수용된 복수개의 튜브; 및
    상기 복수개의 튜브들의 길이방향 양단부에 끼워져 결합되며, 외측 둘레면이 하우징의 내측면에 접촉된 제1헤더 및 제2헤더;
    를 포함하는 열교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 튜브들에 끼워져 결합되며, 외측 둘레면이 하우징의 내측면에 접촉된 배플을 더 포함하는 열교환기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하우징은 튜브들이 적층된 높이방향의 면에서 내측으로 볼록하게 배플 접합부가 돌출 형성되며,
    상기 배플은 상기 배플 접합부에 대응되는 길이방향 위치에 배치되어 배플 접합부에 접촉되어 접합된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 하우징은 배플 접합부와 배플 접합부의 전방쪽 하우징을 라운드지게 연결하는 가이드부가 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 배플 접합부가 형성된 부분에서 높이방향으로 하우징의 내측 거리는 배플의 높이보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 튜브들이 적층된 높이방향의 면에서 내측으로 볼록하게 단턱이 형성되며,
    상기 배플은 상기 단턱에 걸리는 길이방향 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 하우징은 튜브들이 적층된 높이방향의 면에서 내측으로 볼록하게 배플 접합부가 돌출 형성되어, 상기 배플은 상기 배플 접합부에 대응되는 길이방향 위치에 배치되어 배플 접합부에 접촉되며,
    상기 배플 접합부의 돌출 높이가 상기 단턱의 돌출 높이보다 낮게 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 튜브들은 적층되는 방향의 면에서 접합 돌기가 돌출 형성되어, 상기 접합 돌기가 하우징의 내측면에 접촉된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 하우징은 튜브들이 적층된 높이방향의 면에서 내측으로 볼록하게 단턱이 형성되며,
    상기 단턱에 대응되는 길이방향 위치에 튜브의 접합 돌기가 배치되어, 상기 접합 돌기가 하우징의 단턱에 접촉된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 하우징은 튜브들이 적층된 높이방향의 면에서 내측으로 볼록하게 지지 돌기가 형성되며,
    상기 지지 돌기에 대응되는 길이방향 위치에 튜브의 접합 돌기가 배치되어, 상기 접합 돌기가 하우징의 지지 돌기에 접촉된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 하우징은 단턱을 기준으로 길이방향 일측에 하우징의 내측으로 돌출된 부분이 없는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 하우징은 단턱을 기준으로 길이방향 일측에 하우징의 외측으로 볼록하게 복수개의 보강 리브가 돌출 형성되며, 상기 보강 리브는 폭보다 길이가 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수개의 튜브들에 끼워져 결합되며 외측 둘레면이 하우징의 내측면에 접촉된 배플을 더 포함하고, 상기 하우징은 튜브들이 적층된 높이방향의 면에서 내측으로 볼록하게 배플 접합부가 돌출 형성되며, 상기 배플은 상기 배플 접합부에 대응되는 길이방향 위치에 배치되어 배플 접합부에 접촉되어 접합되며,
    상기 보강 리브는 길이방향으로 배플 접합부의 전방에 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  14. 제2항에 있어서,
    상기 튜브에는 길이방향으로 배플의 위치를 고정할 수 있는 배플 스토퍼가 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 튜브에는 길이방향으로 제1헤더 및 제2헤더가 튜브에 끼워지는 위치를 제한할 수 있는 헤더 스토퍼가 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  16. 제2항에 있어서,
    상기 배플은,
    높이방향을 따라 형성된 지지부; 및 상기 지지부에서 폭방향으로 연장 형성되며, 높이방향으로 서로 이격되어 배치된 복수개의 연장부; 를 포함하고,
    상기 연장부들은 튜브들 사이 및 높이방향으로 최외측 튜브들의 외측에 각각 배치되며, 상기 지지부는 튜브들의 폭방향 측면에 배치된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 지지부 및 높이방향으로 최외측 튜브들의 외측에 배치된 연장부에서 각각 길이방향으로 절곡부가 연장 형성되어, 상기 절곡부가 하우징의 내측면에 접촉된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 길이방향 일측의 높이방향 일면에 배기가스가 유입되는 배기가스 유입구가 형성되고, 길이방향 타측의 높이방향 일면에 배기가스가 배출되는 배기가스 배출구가 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 배기가스 유입구 및 배기가스 배출구는 하우징의 길이방향 중앙부를 기준으로 양측이 비대칭으로 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 폭방향 일면에 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구 및 냉각수가 배출되는 냉각수 배출구가 형성되며,
    상기 냉각수 유입구 및 냉각수 배출구는 높이방향으로 서로 이격되어 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
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