WO2020116903A1 - 열교환기 - Google Patents

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WO2020116903A1
WO2020116903A1 PCT/KR2019/016946 KR2019016946W WO2020116903A1 WO 2020116903 A1 WO2020116903 A1 WO 2020116903A1 KR 2019016946 W KR2019016946 W KR 2019016946W WO 2020116903 A1 WO2020116903 A1 WO 2020116903A1
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WO
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cooling water
flow
inlet hole
hole
water inlet
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PCT/KR2019/016946
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French (fr)
Inventor
손정욱
채현근
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한온시스템 주식회사
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger, and relates to a heat exchanger capable of cooling compressed air at high temperature and pressure by a supercharger to increase the output of the engine.
  • An intercooler among heat exchangers is a device that cools compressed air at high temperature and high pressure by a supercharger to increase engine power.
  • the air compressed rapidly by the supercharger has a very high temperature, which causes the volume to expand and the oxygen density to fall, resulting in a decrease in the filling efficiency in the cylinder. Therefore, the intercooler cools the compressed high-temperature air in the supercharger, thereby increasing the intake efficiency of the engine cylinder and improving the combustion efficiency, thereby increasing fuel efficiency.
  • the intercooler that plays this role can be divided into a water cooling type and an air cooling type according to the cooling method.
  • the water-cooled intercooler 10 has a similar principle to the air-cooled intercooler, but differs in that it cools compressed air using cooling water or water of a vehicle instead of outside air when cooling the intercooler through which hot air passes. .
  • the water-cooled intercooler 10 illustrated in FIG. 1 includes a first header tank 20 and a second header tank 30 spaced apart at a predetermined distance and arranged side by side; A first inlet pipe 40 and a first outlet pipe 50 through which air is formed and formed in the first header tank 20 or the second header tank 30, respectively; A plurality of tubes 60 fixed to both ends of the first header tank 20 and the second header tank 30 to form an air passage; And a fin 70 interposed between the tubes 60.
  • the tube 60 and the assembly of the pin 70 is accommodated, the cover member 80 which is opened on one side and the other side on which one end of the tube 60 is located; And is formed on one side of the cover member 80, the second inlet pipe 41 and the second outlet pipe 51 is discharged cooling water flow; It is formed including.
  • the coolant passes through the inside of the tube, and the heat exchanger core, which is an assembly in which header tanks, tubes, and fins are assembled, is disposed inside and a case is formed to surround the core, while air passes through the inside of the case, and thus It can be configured to cool the air.
  • the heat exchanger core which is an assembly in which header tanks, tubes, and fins are assembled
  • a heat exchanger such as a water-cooled intercooler has a protrusion shape protruding from a flow path plate forming a cooling water flow path through which cooling water flows, as shown in FIG. 2, so as to form a deflector guiding the flow of cooling water so that cooling water is distributed.
  • it is difficult to uniformly distribute the flow because the cooling water is intended to flow along a short passage having a small flow resistance, and a separate structure is required for uniform flow distribution of the cooling water.
  • the present invention has been devised to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a flow path for cooling water and air to flow through a stack of flow path plates, respectively, in which a flow of cooling water is guided to the flow path plate. It is to provide a heat exchanger capable of improving cooling efficiency by protruding the beads to make the flow distribution of cooling water uniform.
  • Heat exchanger of the present invention for achieving the above object, a plurality of flow path plates to form a cooling water flow path and the air flow path through which the cooling water flows by lamination, respectively;
  • the heat exchanger configured to include, the flow path plate, the cooling water inlet hole and the cooling water discharge hole through which the cooling water is discharged is formed spaced apart from each other, the bead blocking the cooling water flow between the cooling water inlet hole and the cooling water discharge hole They are formed to protrude, the beads are arranged to surround the periphery of the coolant inlet hole and the coolant outlet hole, and the beads may be spaced apart so that the flow resistance of the coolant decreases as the flow length of the coolant increases.
  • the beads may be disposed along the circumference of the cooling water inlet hole or the cooling water discharge hole.
  • the beads may include protrusions formed in a dot or line shape along the circumference of the cooling water inlet hole or the cooling water discharge hole.
  • the beads may be alternately spaced apart from protrusions formed in the form of dots and protrusions formed in the form of lines.
  • the beads may include a flow guide formed in a line shape extending outward from the circumference of the cooling water inlet hole or the cooling water discharge hole.
  • the flow guide may be disposed on the side of the width direction of the cooling water flow path based on the cooling water inlet hole or the cooling water discharge hole.
  • the end distance of the flow guide may be formed longer.
  • cooling water inlet hole and the cooling water discharge hole are formed in the central portion in the width direction of the cooling water flow path, and the flow guide may be formed in one or both sides in the width direction of the cooling water inlet hole and the cooling water discharge hole.
  • the flow guide may be formed in a shape in which an outer portion is bent toward a direction between a cooling water inlet hole and a cooling water discharge hole.
  • the flow guide may have a larger angle at which the outer portion is bent.
  • the flow guide is formed in a form in which a first rib in a straight form, which is a part close to a cooling water inlet hole or a coolant discharge hole, and a second rib in a straight form, which are far parts, are connected to each other.
  • a first rib in a straight form which is a part close to a cooling water inlet hole or a coolant discharge hole
  • a second rib in a straight form which are far parts
  • first rib of the flow guide may be formed parallel to the width direction of the cooling water flow path.
  • the first rib of the flow guide may be formed in an inclined shape toward a direction between the cooling water inflow hole and the cooling water discharge hole based on the width direction of the cooling water flow path.
  • the angle in which the second rib is inclined based on the width direction of the cooling water flow path may be larger.
  • the heat exchanger of the present invention has an advantage in that the flow distribution of the cooling water is uniformed by beads formed to protrude to flow the cooling water to the flow path plate, thereby improving the cooling efficiency of the heat exchanger.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a conventional water-cooled intercooler.
  • FIG. 2 is a plan view showing a heat sink (flow path plate) in which a cooling fluid flow path is formed in a conventional heat exchanger.
  • FIG. 3 and 4 are perspective and exploded perspective views showing the heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 and 6 is an exploded perspective view and an assembly perspective view showing a stacked structure of flow path plates and fins in a heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a front view showing a heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line AA′ in FIG. 7.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line BB' in FIG. 7.
  • FIGS. 10 and 11 are plan views showing detailed structures of a flow path plate in a heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 3 and 4 are assembly and exploded perspective views showing a heat exchanger according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 5 and 6 are stacked structures of flow path plates and pins in a heat exchanger according to an embodiment of the present invention. It is an exploded perspective view and an assembled perspective view.
  • FIG. 7 is a front view showing a heat exchanger according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 8 and 9 are cross-sectional views taken along AA' and BB' along FIG. 7.
  • the heat exchanger may be largely composed of a case 100, a plurality of flow path plates 200 and a pair of headers 300.
  • a pair of headers 300 may be combined with a header so that a tank can be coupled to form a space through which air can flow.
  • the tank may be formed in the form of a container with an open side facing the header, and the tank may be formed with an inlet and an outlet through which air is introduced.
  • Case 100 may be composed of a first member (100-1) and a second member (100-2), the first member (100-1) and the second member (100-2) is coupled to the inside An accommodation space can be formed.
  • the case 100 is formed with header fitting portions 110-1 and 110-2 at both ends where the first member 100-1 and the second member 100-2 are coupled, and thus the header fitting portion 110 is formed. Headers 300 may be inserted into -1, 110-2) and accommodated.
  • the body 130-1, 130-2 may be formed in a square tube shape, and the header fitting portions 110 formed at both open ends of the bodies 130-1, 130-2 -1, 110-2) may be formed in a form in which both ends of the body are extended to the outside.
  • the plurality of flow path plates 200 may be stacked and joined in the height direction, and after being stacked, they may be joined by brazing or the like, and cooling water flow paths through which cooling water flows and air flow paths through which air can flow may be formed, respectively.
  • the flow path plates 200 are formed with cooling water inflow holes 211 and cooling water discharge holes 221 penetrating up and down on both sides in the longitudinal direction, and the periphery of the holes protrude toward the air flow path, thereby making the cup portion 202 Can be formed.
  • the cup portion 202 is formed in a cup shape with a hole in the bottom surface, is concavely formed on the cooling water flow path side surface with respect to the plate 201, and may be convexly formed on the air flow path side surface.
  • the cooling water inlet hole 211 and the cooling water discharge hole 221 may be formed to be spaced apart from each other in the longitudinal direction.
  • beads 230 for blocking the flow of cooling water may be protruded between the cooling water inflow hole 211 and the cooling water discharge hole 221 in the flow path plate 200.
  • the beads 230 may be arranged to surround the periphery of the cooling water inlet hole 211 and the cooling water discharge hole 221.
  • the beads 230 may be disposed along the circumference of the cooling water inlet hole 211 or the cooling water discharge hole 221.
  • the beads 230 surrounding the cooling water inlet hole 211 are spaced apart from each other along the circumference of the cooling water inlet hole 211, so that the cooling water may pass between the beads 230.
  • the beads 230 surrounding the cooling water discharge hole 221 are also spaced apart from each other along the circumference of the cooling water discharge hole 221, so that the cooling water may pass between the beads 230.
  • the flow path plate 200 is, for example, laminated and bonded so that two flow path plates face each other, and is formed as one tube in which a cooling water flow path is formed, and a corrugated fin 400 is interposed between the tubes. It can be joined to the tube and the empty space between the tubes can be formed as an air flow path through which air flows.
  • FIGS. 5 and 6 an assembly in which pins 400 are interposed between two flow path plates 200 is stacked, and air flows between the two flow path plates 200 in which the fins 400 are disposed. A flow path can be formed.
  • a plurality of assemblies as described above may be stacked to form an assembly in which flow path plates and pins are stacked and assembled as shown in FIG. 4.
  • the shape of the pin is not shown in FIGS. 3 and 4, and the shape of the pin 400 is only partially shown in FIG. 7, but the pins are arranged in a fixed arrangement as described above and the illustrated structure.
  • an inflow blocking portion 203 is formed to block the periphery of the cup portion 202 in a position close to the cup portion 202, and the flow of air toward the cup portion 202 may be blocked by the inflow blocking portion 203. .
  • the header 300 is a portion that is combined with the tank as described above to form a space through which air can flow, and the header 300 has header fitting portions 110-1 and 110-2 on both sides of the case 100. ) After being inserted into each, it can be joined by brazing.
  • the header 300 is formed in the form of a square frame 310 so that an opening 330 penetrating both sides in the longitudinal direction is formed inside, and the opening 330 is an air flow path formed by stacking the flow path plates 200. It can be connected with.
  • the header 300 may be formed with reinforcing ribs 320 that connect and support the inside of the frame 310.
  • the cooling water flowing into the cooling water inlet part 131-2 formed in the second member 100-2 of the case 100 flows into the inlet tank part 210 formed by the lamination of the flow path plates 200 and flows Cooling water outlets 131 formed on the second member 100-2 of the case 100 gathered at the outlet tank part 220 formed by lamination of the flow path plates 200 through the cooling water flow paths formed by the plates 200 -1).
  • air may flow from one side of the header 300 toward the other side, and air passes through the air flow path between the flow path plates 200 through the opening 330 of the one side side header 300 and the other side of the lengthwise header. It may flow through the opening 330 of 300.
  • the flow resistance taken to flow the coolant is proportional to the flow length of the coolant
  • the flow length of the coolant in the flow path plate may be a path through which the coolant flows from the coolant inlet hole 211 to the coolant discharge hole 221.
  • the cooling water flows from the cooling water inflow hole 211 toward the cooling water discharge hole 221 through the beads 230 formed along the circumference of the cooling water inflow hole 211, and is formed along the circumference of the cooling water discharge hole 221. Passing between the beads 230 may flow to the cooling water discharge hole 221. That is, when the coolant flows, the beads 230 may be flow resistance, and the space between the neighboring beads 230 may be a passage through which the coolant passes. In this case, the beads 230 may be spaced apart so that the flow resistance of the coolant decreases as the flow length of the coolant increases.
  • Cooling water may be uniformly distributed and flowed over the entire width of the cooling water flow path of the flow path plate 200 by forming a relatively narrow gap W between the adjacent beads 230 so that the flow resistance of the cooling water is large.
  • the heat exchanger of the present invention has the advantage that the flow distribution of the cooling water is uniform by the beads formed to protrude the flow of the cooling water to the flow path plate, thereby improving the cooling efficiency of the heat exchanger.
  • the distance W between neighboring beads 230 may be gradually widened toward a direction in which a distance between the cooling water inflow hole 211 and the cooling water discharge hole 221 increases. That is, as shown, the distance between the coolant inlet hole 211 and the coolant discharge hole 221 increases, so that the flow length of the coolant increases and the flow resistance increases. Therefore, as the distance between the coolant inlet hole 211 and the coolant discharge hole 221 increases, the gap W between the beads 230 may be formed to make the flow distribution of the coolant uniform.
  • the bead 230 may include a protrusion 231 and a flow guide 232.
  • the protrusion 231 may be formed to protrude in the form of a dot or line along the circumference of the cooling water inlet hole 211 or the cooling water discharge hole 221, and the protrusions formed in the form of dots and the protrusions formed in the form of lines are alternately spaced apart. Can be deployed.
  • the flow guide 232 may be formed to protrude in a line shape extending toward the outside from the circumference of the cooling water inflow hole 211 or the cooling water discharge hole 221.
  • the protrusion 231 may have a cross section protrudingly formed in a cylindrical or elliptical shape, or may be formed in a long rib shape.
  • the flow guide 232 may be formed long in the form of a rib.
  • the end distance L of the flow guide 232 may be formed longer. That is, when the flow guide 232 formed around the cooling water inlet hole 211 is described as an example, the end distance L of the flow guide 232 is the inner side of the flow guide 232 near the cooling water inlet hole 211. It can be defined as the length in the width direction from the end to the outer end. In addition, as the distance between the cooling water inlet hole 211 and the cooling water discharge hole 221 increases toward the outside in the longitudinal direction, the end distance L of the flow guide 232 is formed to be longer, so that the cooling water formed in the flow path plate 200 is formed. The cooling water flow path does not overlap the entire flow direction in the width direction, and uniform cooling water distribution may be achieved.
  • the cooling water inlet hole 211 and the cooling water discharge hole 221 are formed in the central portion in the width direction of the flow path plate 200, and the flow guide 232 of the cooling water inlet hole 211 and the cooling water discharge hole 221 It may be arranged on one side or both sides in the width direction. That is, since the coolant tries to flow toward the center in the width direction where the distance between the coolant inlet hole 211 and the coolant outlet hole 221 having relatively low flow resistance is the shortest, the coolant inlet hole for uniform distribution of the coolant ( 211) and the cooling water discharge holes 221, flow guides 232 are formed on both sides of each width direction so that the flow of the cooling water can be guided.
  • the flow guide 232 may be formed in a shape in which an outer portion is bent toward a direction between the cooling water inlet hole 211 and the cooling water discharge hole 221.
  • the flow guide 232 is a first rib (232-1) and the second portion that is the far side of the cooling water inlet hole 211
  • the ribs 232-2 may be formed in a connected form, and the first ribs 232-1 to the second ribs 232-2 may be formed in a bent shape.
  • the second rib 232-2 may be formed in an inclined shape with respect to the width direction toward the cooling water discharge hole 221.
  • the flow guides 232 formed around the cooling water discharge hole 221 may be formed in such a manner that the second ribs 232-2 are bent toward the cooling water inlet hole 221 toward the width direction.
  • the flow guides 232 are disposed closer to the distance (L) between the cooling water inlet hole 211 and the cooling water discharge hole 221, the flow guide 232 has an angle ( ⁇ ) of the outer portion is bent It can be formed larger. That is, as shown, the flow guide 232 disposed closer to the distance between the cooling water inlet hole 211 and the cooling water discharge hole 221 has a second rib 232-2 based on the width direction of the cooling water flow path. The inclined angle can be made larger.
  • the flow guides 232 in which the distance between the cooling water inlet hole 211 and the cooling water discharge hole 221 are disposed on the bay are the first ribs 232-1 having a width of the cooling water flow path.
  • Flow guides 232 may be formed in parallel with the direction, and the first ribs 232-1 of the cooling water flow paths may be disposed on the side where the distance between the cooling water inlet hole 211 and the cooling water discharge hole 221 is relatively close. It may be formed in an inclined shape while going outward in the width direction toward a direction between the cooling water inflow hole 221 and the cooling water discharge hole 221 based on the width direction.
  • the first rib 232-1 of the flow guide 232 may also be formed in an inclined shape toward a direction between the cooling water inflow hole 211 and the cooling water discharge hole 221 based on the width direction, and the cooling water inflow hole The more the distance between the 211 and the cooling water discharge hole 221 is the flow guide 232 disposed on the near side, the greater the inclination angle of the second rib 232-1 may be.
  • protrusions for expanding a heat exchange area in addition to the beads 230 may be formed and the cooling water flows.
  • Bulkheads for adjusting the direction may be formed.
  • 110-1 header matching portion
  • 111-1 first bending portion
  • 130-1a first surface portion
  • 130-1b second surface portion
  • 130-2a first surface portion
  • 130-2b second surface portion
  • cooling water inlet hole 211: cooling water inlet hole
  • 221 cooling water discharge hole

Abstract

본 발명은 적층에 의해 냉각수가 유동되는 냉각수 유로 및 공기가 유동되는 공기 유로를 각각 형성하는 복수개의 유로 플레이트를 포함하여 구성된 열교환기에 있어서, 상기 유로 플레이트는 냉각수가 유입되는 냉각수 유입홀과 냉각수가 배출되는 냉각수 배출홀이 서로 이격되어 형성되며, 상기 냉각수 유입홀과 냉각수 배출홀의 사이에 냉각수 유동을 막는 비드들이 돌출 형성되되, 상기 비드들은 냉각수 유입홀 및 냉각수 배출홀의 주변을 둘러싸도록 배치되며, 냉각수의 유동 길이가 길어질수록 냉각수의 유동 저항이 작아지게 비드들이 이격되어 배치되어, 유로 플레이트에서 냉각수의 흐름을 안내하도록 돌출 형성된 비드들에 의해 냉각수의 유동 분배가 균일해져 열교환기의 냉각 효율이 향상될 수 있는 열교환기에 관한 것이다.

Description

열교환기
본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 엔진의 출력을 높이기 위해 과급기에 의해 고온 및 고압으로 압축된 공기를 냉각시킬 수 있는 열교환기에 관한 것이다.
열교환기 중 인터쿨러(Intercooler)는 엔진 출력을 높이기 위해 과급기에 의해 고온ㆍ고압으로 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 인터쿨러(10)는 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 1에 도시된 수랭식 인터쿨러(10)는 일정거리 이격되어 나란하게 형성되는 제1헤더탱크(20) 및 제2헤더탱크(30); 상기 제1헤더탱크(20) 또는 제2헤더탱크(30)에 각각 형성되어 공기가 유입되는 제1입구파이프(40) 및 배출되는 제1출구파이프(50); 상기 제1헤더탱크(20) 및 제2헤더탱크(30)에 양 단이 고정되어 공기 통로를 형성하는 복수개의 튜브(60); 및 상기 튜브(60) 사이에 개재되는 핀(70); 상기 튜브(60)와 핀(70)의 조립체가 수용되며, 상기 튜브(60)의 일측 단부가 위치하는 일측면과 타측면에 개구되는 커버부재(80); 및 상기 커버부재(80)의 일측면에 형성되며, 냉각수가 유입되는 제2입구파이프(41) 및 배출되는 제2출구파이프(51); 를 포함하여 형성된다.
또한, 이와는 반대로 냉각수가 튜브의 내부를 통과하고 헤더탱크들, 튜브 및 핀이 조립된 조립체인 열교환기 코어를 내측에 배치하고 코어를 둘러싸도록 케이스를 형성하여, 케이스의 내측을 공기가 통과하면서 코어에 의해 공기가 냉각되도록 구성될 수 있다.
그런데 수랭식 인터쿨러와 같은 열교환기는 열교환 효율을 향상시키기 위해 도 2와 같이 냉각수가 유동되는 냉각수 유로를 형성하는 유로 플레이트에 돌출된 형태의 돌기 형태이면서 냉각수의 흐름을 안내하는 디플렉터를 형성하여 냉각수가 분배되도록 하고 있으나, 냉각수는 유동 저항이 작은 길이가 짧은 유로를 따라 흐르려고 하기 때문에 균일하게 유동이 분배되도록 하는 것이 어려우며, 냉각수의 균일한 유동 분배를 위해 별도의 구조가 필요하다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
KR 10-1116844 B1 (2012.02.08.)
EP 2941784 A1 (2015.11.11.)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 유로 플레이트들의 적층에 의해 냉각수 및 공기가 유동되는 유로를 각각 형성하는 열교환기에 있어서, 유로 플레이트에 냉각수의 흐름을 안내하는 비드들을 돌출 형성하여 냉각수의 유동 분배를 균일하게 함으로써, 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 열교환기를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열교환기는, 적층에 의해 냉각수가 유동되는 냉각수 유로 및 공기가 유동되는 공기 유로를 각각 형성하는 복수개의 유로 플레이트; 를 포함하여 구성된 열교환기에 있어서, 상기 유로 플레이트는, 냉각수가 유입되는 냉각수 유입홀과 냉각수가 배출되는 냉각수 배출홀이 서로 이격되어 형성되며, 상기 냉각수 유입홀과 냉각수 배출홀의 사이에 냉각수 유동을 막는 비드들이 돌출 형성되되, 상기 비드들은 냉각수 유입홀 및 냉각수 배출홀의 주변을 둘러싸도록 배치되며, 냉각수의 유동 길이가 길어질수록 냉각수의 유동 저항이 작아지게 비드들이 이격되어 배치될 수 있다.
또한, 상기 냉각수 유입홀과 냉각수 배출홀 사이의 거리가 멀어지는 방향으로 갈수록 서로 이웃하는 비드들 사이의 간격이 넓게 형성될 수 있다.
또한, 상기 비드들은 냉각수 유입홀 또는 냉각수 배출홀의 둘레를 따라 배치될 수 있다.
또한, 상기 비드는 냉각수 유입홀 또는 냉각수 배출홀의 둘레를 따라 점 또는 선 형태로 돌출 형성된 돌기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 비드는 점 형태로 형성된 돌기와 선 형태로 형성된 돌기가 번갈아 이격되어 배치될 수 있다.
또한, 상기 비드들은 냉각수 유입홀 또는 냉각수 배출홀의 둘레에서 바깥쪽을 향해 연장된 선 형태로 돌출 형성된 유동 가이드를 포함할 수 있다.
또한, 상기 유동 가이드는 냉각수 유입홀 또는 냉각수 배출홀을 기준으로 냉각수 유로의 폭방향 측면쪽에 배치될 수 있다.
또한, 상기 냉각수 유입홀과 냉각수 배출홀 사이의 거리가 멀어지는 방향으로 갈수록 상기 유동 가이드의 끝단 거리가 길게 형성될 수 있다.
또한, 상기 냉각수 유입홀 및 냉각수 배출홀은 냉각수 유로의 폭방향 중앙부분에 형성되며, 상기 유동 가이드는 냉각수 유입홀 및 냉각수 배출홀의 폭방향 일측 또는 양측에 형성될 수 있다.
또한, 상기 유동 가이드는 바깥쪽 일부분이 냉각수 유입홀과 냉각수 배출홀의 사이 방향을 향해 꺾인 형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기 유동 가이드들은 냉각수 유입홀과 냉각수 배출홀 사이의 거리가 가까운 쪽에 배치될수록, 상기 유동 가이드는 바깥쪽 일부분이 꺾인 각도가 더 크게 형성될 수 있다.
또한, 상기 유동 가이드는 냉각수 유입홀 또는 냉각수 배출홀에 가까운쪽 부분인 직선형태의 제1리브와 먼쪽 부분인 직선형태의 제2리브가 서로 연결된 형태로 형성되며, 상기 제2리브는 제1리브를 기준으로 냉각수 유입홀과 냉각수 배출홀의 사이 방향을 향해 꺾인 형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기 유동 가이드의 제1리브는 냉각수 유로의 폭방향과 나란하게 형성될 수 있다.
또한, 상기 유동 가이드의 제1리브는 냉각수 유로의 폭방향을 기준으로 냉각수 유입홀과 냉각수 배출홀의 사이 방향을 향해 경사진 형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기 유동 가이드들은 냉각수 유입홀과 냉각수 배출홀 사이의 거리가 가까운 쪽에 배치될수록, 냉각수 유로의 폭방향을 기준으로 제2리브가 경사진 각도가 더 크게 형성될 수 있다.
본 발명의 열교환기는 유로 플레이트에 냉각수의 흐름을 안내하도록 돌출 형성된 비드들에 의해 냉각수의 유동 분배가 균일해져, 열교환기의 냉각 효율이 향상되는 장점이 있다.
도 1은 종래의 수랭식 인터쿨러를 나타낸 분해사시도이다.
도 2는 종래의 열교환기에서 냉각유체 유로가 형성된 히트 싱크(유로 플레이트)를 나타낸 평면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기를 나타낸 조립사시도 및 분해사시도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기에서 유로 플레이트들과 핀의 적층 구조를 나타낸 분해사시도 및 조립사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기를 나타낸 정면도이다.
도 8은 도 7의 AA'방향 단면도이다.
도 9는 도 7의 BB'방향 단면도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기에서 유로 플레이트의 세부구조를 나타낸 평면도이다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 열교환기를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기를 나타낸 조립사시도 및 분해사시도이며, 도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기에서 유로 플레이트들과 핀의 적층 구조를 나타낸 분해사시도 및 조립사시도이다. 또한, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기를 나타낸 정면도이며, 도 8 및 도 9는 도 7의 AA'방향 단면도 및 BB'방향 단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기는 크게 케이스(100), 복수개의 유로 플레이트(200) 및 한 쌍의 헤더(300)로 구성될 수 있다. 그리고 도시되지는 않았으나 한 쌍의 헤더(300)에는 각각 헤더와 결합되어 내부에 공기가 유동될 수 있는 공간을 형성하도록 탱크가 결합될 수 있다. 이때, 탱크는 헤더와 마주보는 쪽이 개방된 용기 형태로 형성될 수 있으며, 탱크에는 공기가 유입되는 입구 및 배출되는 출구가 형성될 수 있다.
케이스(100)는 제1부재(100-1)와 제2부재(100-2)로 구성될 수 있으며, 제1부재(100-1)와 제2부재(100-2)가 결합되어 내부에 수용 공간이 형성될 수 있다. 그리고 케이스(100)는 제1부재(100-1)와 제2부재(100-2)가 결합된 양측 단부에 헤더 형합부(110-1, 110-2)가 형성되어, 헤더 형합부(110-1, 110-2)에 헤더(300)가 삽입되어 수용될 수 있다. 여기에서 케이스(100)는 몸체(130-1, 130-2) 부분이 사각관 형태로 형성될 수 있으며, 몸체(130-1, 130-2)의 개방된 양측 단부에 형성된 헤더 형합부(110-1, 110-2)는 몸체의 양단부가 외측으로 확장된 형태로 형성될 수 있다.
복수개의 유로 플레이트(200)들은 높이방향으로 적층되어 접합될 수 있으며, 적층된 후 브레이징 등으로 접합되어 냉각수가 유동될 수 있는 냉각수 유로 및 공기가 유동될 수 있는 공기 유로가 각각 형성될 수 있다. 일례로 도시된 바와 같이 유로 플레이트(200)들은 길이방향 양측에 상하를 관통하는 냉각수 유입홀(211) 및 냉각수 배출홀(221)이 형성되고, 홀들의 주변이 공기 유로쪽으로 돌출되어 컵부(202)가 형성될 수 있다. 즉, 컵부(202)는 바닥면에 홀이 뚫려있는 컵 형태로 형성되어, 플레이트(201)를 기준으로 냉각수 유로쪽 면에서 오목하게 형성되며, 공기 유로쪽 면에서 볼록하게 돌출 형성될 수 있다. 여기에서 일례로 냉각수 유입홀(211)과 냉각수 배출홀(221)은 서로 길이방향으로 이격되어 형성될 수 있다. 그리하여 복수개의 유로 플레이트(200)들의 적층에 의해 길이방향 일측에 냉각수가 유입되는 입구 탱크부(210)가 형성되고 타측에 냉각수가 배출되는 출구 탱크부(220)가 형성될 수 있다.
그리고 유로 플레이트(200)에는 냉각수 유입홀(211)과 냉각수 배출홀(221) 사이에 냉각수의 유동을 막는 비드(230)들이 돌출 형성될 수 있다. 이때, 비드(230)들은 냉각수 유입홀(211) 및 냉각수 배출홀(221)의 주변을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 또한, 비드(230)들은 냉각수 유입홀(211) 또는 냉각수 배출홀(221)의 둘레를 따라 배치될 수 있다. 냉각수 유입홀(211)을 둘러싸는 비드(230)들은 냉각수 유입홀(211)의 둘레를 따라 서로 이격되어, 비드(230)들 사이로 냉각수가 통과될 수 있다. 마찬가지로 냉각수 배출홀(221)을 둘러싸는 비드(230)들도 냉각수 배출홀(221)의 둘레를 따라 서로 이격되어, 비드(230)들 사이로 냉각수가 통과될 수 있다. 또한, 유로 플레이트(200)는 일례로 두 장의 유로 플레이트가 마주보도록 적층 및 접합되어 내부에 냉각수 유로가 형성되는 하나의 튜브로 형성되고, 튜브들 사이에는 코루게이트 형태의 핀(400)이 개재되어 튜브와 접합될 수 있으며 튜브들 사이의 빈 공간이 공기가 유동되는 공기 유로로 형성될 수 있다. 도 5 및 도 6에서는 두 장의 유로 플레이트(200) 사이에 핀(400)이 개재되어 적층되는 조립체를 나타내었으며, 핀(400)이 배치된 두 장의 유로 플레이트(200)들 사이로 공기가 유동되는 공기 유로가 형성될 수 있다. 그리고 상기한 바와 같은 조립체가 복수개 적층되어 도 4와 같이 유로 플레이트들과 핀들이 적층 조립된 조립체가 형성될 수 있다. 또한, 도 3 및 도 4에서는 핀의 형태를 도시하지 않았으며, 도 7에서는 일부분에만 핀(400)의 형태를 도시하였으나, 상기 설명한바 및 도시된 구조와 같이 핀이 일정하게 배열된 형태로 배치될 수 있다. 그리고 컵부(202)에 근접한 위치에서 컵부(202)의 주변을 막도록 유입 차단부(203)가 형성되어, 유입 차단부(203)에 의해 공기가 컵부(202)쪽으로 유동되는 것이 차단될 수 있다.
헤더(300)는 상기한 바와 같이 탱크와 결합되어 내부에 공기가 유동될 수 있는 공간을 형성하는 부분이며, 헤더(300)는 케이스(100) 양측의 헤더 형합부(110-1, 110-2)에 각각 삽입된 후 브레이징 등으로 접합되어 결합될 수 있다. 그리고 헤더(300)는 사각의 프레임(310) 형태로 형성되어 내측에 길이방향으로 양면을 관통하는 개구(330)가 형성되며, 개구(330)가 유로 플레이트(200)들의 적층에 의해 형성된 공기 유로와 연결될 수 있다. 그리고 헤더(300)는 프레임(310)의 내측을 연결하여 지지하는 보강 리브(320)들이 형성될 수 있다.
여기에서 케이스(100)의 제2부재(100-2)에 형성된 냉각수 입구부(131-2)로 유입되는 냉각수는 유로 플레이트(200)들의 적층에 의해 형성된 입구 탱크부(210)로 유동되어 유로 플레이트(200)들에 의해 형성된 냉각수 유로를 거쳐 유로 플레이트(200)들의 적층에 의해 형성된 출구 탱크부(220)에 모여 케이스(100)의 제2부재(100-2)에 형성된 냉각수 출구부(131-1)로 배출될 수 있다. 그리고 공기는 일측 헤더(300)쪽에서 타측 헤더를 향해 유동될 수 있으며, 공기는 길이방향 일측 헤더(300)의 개구(330)를 통해 유로 플레이트(200)들 사이의 공기 유로를 거쳐 길이방향 타측 헤더(300)의 개구(330)를 통해 유동될 수 있다.
여기에서 냉각수가 유동되는데 걸리는 유동 저항은 냉각수의 유동 길이에 비례하며, 유로 플레이트에서 냉각수의 유동 길이는 냉각수 유입홀(211)에서부터 냉각수 배출홀(221)까지 냉각수가 유동되는 경로가 될 수 있다. 보다 상세하게 냉각수는 냉각수 유입홀(211)에서부터 냉각수 유입홀(211) 둘레를 따라 형성된 비드(230)들 사이를 통해 냉각수 배출홀(221)쪽으로 유동되며, 냉각수 배출홀(221) 둘레를 따라 형성된 비드(230)들 사이를 통과하여 냉각수 배출홀(221)까지 유동될 수 있다. 즉, 냉각수가 유동됨에 있어서 비드(230)들은 유동 저항이 될 수 있으며, 서로 이웃하는 비드(230)들 사이 공간은 냉각수가 통과될 수 있는 통로가 될 수 있다. 이때, 냉각수의 유동 길이가 길어질수록 냉각수의 유동 저항이 작아지도록 비드(230)들이 이격되어 배치될 수 있다.
그리하여 냉각수의 유동 길이가 길게 형성되는 쪽에는 냉각수의 유동 저항이 작도록 서로 이웃하는 비드(230)들 사이의 간격(W)을 상대적으로 넓게 형성하고, 반대로 냉각수의 유동 길이가 짧게 형성되는 쪽에는 냉각수의 유동 저항이 크도록 서로 이웃하는 비드(230)들 사이의 간격(W)을 상대적으로 좁게 형성하여, 유로 플레이트(200)의 냉각수 유로 전체 폭에 걸쳐 냉각수가 균일하게 분배되어 유동될 수 있다. 이에 따라 본 발명의 열교환기는 유로 플레이트에 냉각수의 흐름을 안내하도록 돌출 형성된 비드들에 의해 냉각수의 유동 분배가 균일해져, 열교환기의 냉각 효율이 향상되는 장점이 있다.
또한, 이웃하는 비드(230)들 사이의 간격(W)은 서로 냉각수 유입홀(211)과 냉각수 배출홀(221) 사이의 거리가 멀어지는 방향으로 갈수록 점점 넓게 형성될 수 있다. 즉, 도시된 바와 같이 냉각수 유입홀(211)과 냉각수 배출홀(221) 사이의 거리가 멀어질수록 냉각수의 유동 길이가 길어지게 되어 유동 저항이 증가한다. 그러므로 냉각수 유입홀(211)과 냉각수 배출홀(221) 사이의 거리가 멀어질수록 비드(230)들 사이의 간격(W)을 넓게 형성하여 냉각수의 유동 분배를 균일하게 할 수 있다.
또한, 비드(230)는 돌기(231) 및 유동 가이드(232)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기에서 돌기(231)는 냉각수 유입홀(211) 또는 냉각수 배출홀(221)의 둘레를 따라 점 또는 선 형태로 돌출 형성될 수 있으며, 점 형태로 형성된 돌기와 선 형태로 형성된 돌기가 번갈이 이격되어 배치될 수 있다. 그리고 유동 가이드(232)는 냉각수 유입홀(211) 또는 냉각수 배출홀(221)의 둘레에서 바깥쪽을 향해 연장된 선 형태로 돌출 형성될 수 있다. 일례로 돌기(231)는 단면이 원기둥 또는 타원 형태로 돌출 형성되거나 리브 형태로 길게 형성될 수 있다. 또한, 유동 가이드(232)는 리브 형태로 길게 형성될 수 있다.
또한, 냉각수 유입홀(211)과 냉각수 배출홀(221) 사이의 거리가 멀어지는 방향으로 갈수록 상기 유동 가이드(232)의 끝단 거리(L)가 길게 형성될 수 있다. 즉, 냉각수 유입홀(211) 주변에 형성된 유동 가이드(232)를 예로 설명하면, 유동 가이드(232)의 끝단 거리(L)는 냉각수 유입홀(211)에 가까운쪽의 유동 가이드(232)의 내측단에서부터 먼쪽인 외측단까지의 폭방향 길이로 정의할 수 있다. 그리고 냉각수 유입홀(211)과 냉각수 배출홀(221) 사이의 거리가 멀어지는 방향인 길이방향 바깥쪽으로 갈수록 유동 가이드(232)의 끝단 거리(L)를 길게 형성하여, 유로 플레이트(200)에 형성된 냉각수 유로의 폭방향 전체에 걸쳐 냉각수의 유동 경로가 겹치지 않고 균일한 냉각수 분배가 이루어질 수 있다.
또한, 냉각수 유입홀(211) 및 냉각수 배출홀(221)은 유로 플레이트(200)의 폭방향 중앙부분에 형성되며, 유동 가이드(232)는 냉각수 유입홀(211) 및 냉각수 배출홀(221)의 폭방향 일측 또는 양측에 배치될 수 있다. 즉, 냉각수는 유동 저항이 상대적으로 작은 냉각수 유입홀(211) 및 냉각수 배출홀(221) 사이의 거리가 가장 짧은 폭방향 중앙쪽으로 유동되려고 하기 때문에, 냉각수의 균일한 유동 분배를 위해 냉각수 유입홀(211) 및 냉각수 배출홀(221) 각각의 폭방향 양측에 유동 가이드(232)들이 형성되어 냉각수의 흐름이 안내되도록 할 수 있다.
또한, 상기 유동 가이드(232)는 바깥쪽 일부분이 냉각수 유입홀(211)과 냉각수 배출홀(221)의 사이 방향을 향해 꺾인 형태로 형성될 수 있다. 냉각수 유입홀(211) 주변에 형성된 유동 가이드(232)에 대해 설명하면, 유동 가이드(232)는 냉각수 유입홀(211)에 가까운쪽 부분인 제1리브(232-1)와 먼쪽 부분인 제2리브(232-2)가 연결된 형태로 형성되며, 제1리브(232-1)에서 제2리브(232-2)가 꺾여있는 형태로 형성될 수 있다. 이때, 제2리브(232-2)는 냉각수 배출홀(221)쪽을 향해 폭방향을 기준으로 경사지게 꺾여있는 형태로 형성될 수 있다. 그리하여 냉각수의 유동 경로가 서서히 변하도록 할 수 있다. 반대로 냉각수 배출홀(221) 주변에 형성된 유동 가이드(232)들은 냉각수 유입홀(221)쪽을 향해 제2리브(232-2)가 폭방향을 기준으로 경사지게 꺾여있는 형태로 형성될 수 있다.
또한, 유동 가이드(232)들은 냉각수 유입홀(211)과 냉각수 배출홀(221) 사이의 거리(L)가 가까운 쪽에 배치될수록, 상기 유동 가이드(232)는 바깥쪽 일부분이 꺾인 각도(θ)가 더 크게 형성될 수 있다. 즉, 도시된 바와 같이 냉각수 유입홀(211)과 냉각수 배출홀(221) 사이의 거리가 가까운 쪽에 배치된 유동 가이드(232)일수록 냉각수 유로의 폭방향을 기준으로 제2리브(232-2)가 경사진 각도가 더 크게 형성될 수 있다. 그리고 유동 가이드(232)들 중 상대적으로 냉각수 유입홀(211)과 냉각수 배출홀(221) 사이의 거리가 만 쪽에 배치된 유동 가이드(232)들은 제1리브(232-1)가 냉각수 유로의 폭방향과 나란하게 형성될 수 있으며, 상대적으로 냉각수 유입홀(211)과 냉각수 배출홀(221) 사이의 거리가 가까운 쪽에 배치된 유동 가이드(232)들은 제1리브(232-1)가 냉각수 유로의 폭방향을 기준으로 냉각수 유입홀(221)과 냉각수 배출홀(221)의 사이 방향을 향해 폭방향 바깥쪽으로 가면서 경사진 형태로 형성될 수 있다. 유동 가이드(232)의 제1리브(232-1)도 폭방향을 기준으로 냉각수 유입홀(211)과 냉각수 배출홀(221)의 사이 방향을 향해 경사진 형태로 형성될 수 있으며, 냉각수 유입홀(211)과 냉각수 배출홀(221) 사이의 거리가 가까운 쪽에 배치된 유동 가이드(232)일수록 제2리브(232-1)가 경사진 각도가 더 크게 형성될 수 있다.
또한, 도시되지는 않았으나, 냉각수 유입홀(211)과 냉각수 배출홀(221) 사이의 냉각수가 유동되는 냉각수 유로에는 비드(230)들 외에 열교환 면적을 넓히기 위한 돌출부들이 형성될 수 있으며, 냉각수의 유동 방향을 조절하기 위한 격벽들이 형성될 수도 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 : 케이스
100-1 : 제1부재
110-1 : 헤더 형합부, 111-1 : 제1절곡부
112-1 : 제2절곡부, 111-1a : 연결부
120-1 : 케이스 결합부, 130-1 : 몸체
130-1a : 제1면부, 130-1b : 제2면부
131-1 : 냉각수 출구부
100-2 : 제2부재
110-2 : 헤더 형합부 , 111-2 : 제1절곡부
112-2 : 제2절곡부, 111-2a : 연결부
120-2 : 케이스 결합부, 130-2 : 몸체
130-2a : 제1면부, 130-2b : 제2면부
131-2 : 냉각수 입구부
200 : 유로 플레이트
201 : 플레이트, 202 : 컵부
203 : 유입 차단부, 204 : 측면 지지부
210 : 입구 탱크부, 220 : 출구 탱크부
211 : 냉각수 유입홀, 221 : 냉각수 배출홀
230 : 비드, 231 : 돌기
232 : 유동 가이드, 232-1 : 제1리브
232-2 : 제2리브,
300 : 헤더, 310 : 프레임부
320 : 보강 리브, 330 : 개구
400 : 핀

Claims (15)

  1. 적층에 의해 냉각수가 유동되는 냉각수 유로 및 공기가 유동되는 공기 유로를 각각 형성하는 복수개의 유로 플레이트; 를 포함하여 구성된 열교환기에 있어서,
    상기 유로 플레이트는,
    냉각수가 유입되는 냉각수 유입홀과 냉각수가 배출되는 냉각수 배출홀이 서로 이격되어 형성되며, 상기 냉각수 유입홀과 냉각수 배출홀의 사이에 냉각수 유동을 막는 비드들이 돌출 형성되되,
    상기 비드들은 냉각수 유입홀 및 냉각수 배출홀의 주변을 둘러싸도록 배치되며, 냉각수의 유동 길이가 길어질수록 냉각수의 유동 저항이 작아지게 비드들이 이격되어 배치된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각수 유입홀과 냉각수 배출홀 사이의 거리가 멀어지는 방향으로 갈수록 서로 이웃하는 비드들 사이의 간격이 넓게 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 비드들은 냉각수 유입홀 또는 냉각수 배출홀의 둘레를 따라 배치된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 비드는 냉각수 유입홀 또는 냉각수 배출홀의 둘레를 따라 점 또는 선 형태로 돌출 형성된 돌기를 포함하는 열교환기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 비드는 점 형태로 형성된 돌기와 선 형태로 형성된 돌기가 번갈아 이격되어 배치된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 비드들은 냉각수 유입홀 또는 냉각수 배출홀의 둘레에서 바깥쪽을 향해 연장된 선 형태로 돌출 형성된 유동 가이드를 포함하는 열교환기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유동 가이드는 냉각수 유입홀 또는 냉각수 배출홀을 기준으로 냉각수 유로의 폭방향 측면쪽에 배치된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 냉각수 유입홀과 냉각수 배출홀 사이의 거리가 멀어지는 방향으로 갈수록 상기 유동 가이드의 끝단 거리가 길게 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 냉각수 유입홀 및 냉각수 배출홀은 냉각수 유로의 폭방향 중앙부분에 형성되며, 상기 유동 가이드는 냉각수 유입홀 및 냉각수 배출홀의 폭방향 일측 또는 양측에 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 유동 가이드는 바깥쪽 일부분이 냉각수 유입홀과 냉각수 배출홀의 사이 방향을 향해 꺾인 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 유동 가이드들은 냉각수 유입홀과 냉각수 배출홀 사이의 거리가 가까운 쪽에 배치될수록, 상기 유동 가이드는 바깥쪽 일부분이 꺾인 각도가 더 크게 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 유동 가이드는 냉각수 유입홀 또는 냉각수 배출홀에 가까운쪽 부분인 직선형태의 제1리브와 먼쪽 부분인 직선형태의 제2리브가 서로 연결된 형태로 형성되며, 상기 제2리브는 제1리브를 기준으로 냉각수 유입홀과 냉각수 배출홀의 사이 방향을 향해 꺾인 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 유동 가이드의 제1리브는 냉각수 유로의 폭방향과 나란하게 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 유동 가이드의 제1리브는 냉각수 유로의 폭방향을 기준으로 냉각수 유입홀과 냉각수 배출홀의 사이 방향을 향해 경사진 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 유동 가이드들은 냉각수 유입홀과 냉각수 배출홀 사이의 거리가 가까운 쪽에 배치될수록, 냉각수 유로의 폭방향을 기준으로 제2리브가 경사진 각도가 더 크게 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
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