WO2022240077A1 - 열교환기 - Google Patents

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WO2022240077A1
WO2022240077A1 PCT/KR2022/006507 KR2022006507W WO2022240077A1 WO 2022240077 A1 WO2022240077 A1 WO 2022240077A1 KR 2022006507 W KR2022006507 W KR 2022006507W WO 2022240077 A1 WO2022240077 A1 WO 2022240077A1
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header
heat exchanger
tubes
pair
tank
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PCT/KR2022/006507
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임홍영
신성홍
신현근
이원택
조위삼
한지훈
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한온시스템 주식회사
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    • F28F2265/26—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for allowing differential expansion between elements

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger in which a radiator for cooling an engine or an electric component of a vehicle and a condenser for cooling a room are integrally formed.
  • an internal combustion engine vehicle includes a radiator for cooling engine cooling water and a condenser for cooling refrigerant used for cooling the interior of the vehicle.
  • the radiator and the condenser are stacked and a fan shroud for air blowing is mounted on one side. It is composed of a cooling module.
  • radiators are used to cool electric components.
  • radiators and condensers have a structure in which they are formed separately and coupled to each other. Since the radiators and condensers are assembled separately, it is difficult to assemble each header and tank to form a header tank.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to integrally form a radiator for cooling the engine or electric parts of a vehicle and a condenser for cooling the room, but it is easy to assemble and the thermal stress It is to provide a heat exchanger capable of preventing damage.
  • the heat exchanger of the present invention for achieving the above object is a pair of header tanks spaced apart from each other, a plurality of tubes formed in two rows in the width direction and both ends connected to the pair of header tanks, and the tubes It includes a plurality of pins interposed between the tubes and coupled to the tube, and at least one of the pair of header tanks has two rows of tube insertion holes into which the plurality of tubes are inserted, and a first row of tube insertion holes.
  • a header with a central bent part protruding between the tube insertion holes of the second row a first tank coupled to one side of the header with respect to the central bent portion to form a space in which a heat exchange medium flows; and a second tank coupled to the other side of the header based on the central bent portion to form a space in which a heat exchange medium flows. It can be made including.
  • the central bent portion of the header includes a pair of vertical portions and a pair of vertical portions extending toward the first and second tanks at positions spaced apart in the width direction of the horizontal portion where the tube insertion holes are formed. It may include a connection portion connecting the ends of.
  • the connecting portion may have a curved cross-section.
  • condensate drainage holes penetrating both sides of the connecting portion may be formed.
  • the header may be formed with a protruding bent portion corresponding to the central bent portion in a central portion in the width direction of the central bent portion.
  • the protruding bent portion may be cut and removed.
  • the header may have side bent portions extending from both ends of the horizontal portion in the width direction toward the first tank and the second tank, respectively.
  • the fins may be integral fins having one side coupled to the first row tube in the width direction and the other side coupled to the second row tube.
  • the pair of header tanks may further include baffles coupled to the header and the first tank to partition an internal space.
  • heat exchange media having different temperatures may flow in different regions partitioned by the baffle.
  • a pair of baffles spaced apart from each other may be provided in each of the header tanks, and a dummy tube may be connected to a position corresponding to the spaced apart pair of baffles.
  • first heat exchanger disposed in the first column including the first heat tubes is a radiator
  • second heat exchanger disposed in the second column including the second heat tubes is a condenser
  • the first heat exchanger is a cooling air It may be disposed upstream in the flow direction and the second heat exchange unit may be disposed downstream.
  • the heat exchanger of the present invention makes it easy to assemble the header and the tank of the two heat exchangers, and blocks the thermal stress caused by the temperature difference between the two heat exchange media to prevent damage to the junction where the two heat exchangers are coupled or the junction due to brazing is prevented. Leakage of the heat exchange medium can be prevented.
  • FIG. 1 and 2 are partially exploded perspective views and assembled perspective views showing a heat exchanger according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a partial cross-sectional view of a heat exchanger according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a partial perspective view showing that a condensate drain hole is formed in a central bent portion of a header in the heat exchanger according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing that a protrusion is additionally formed at a central bent portion of a header in the heat exchanger according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an assembled perspective view showing a heat exchanger according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG 7 and 8 are schematic views showing the arrangement structure of the heat exchanger according to the present invention.
  • FIG. 1 and 2 are a partially exploded perspective view and an assembled perspective view showing a heat exchanger according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the heat exchanger according to the first embodiment of the present invention.
  • the heat exchanger may largely include a pair of header tanks 100, a plurality of tubes 200, and a plurality of fins 300.
  • a pair of header tanks 100 are spaced apart from each other, and a space in which a heat exchanging medium can be stored and flowed is formed inside the header tanks 100 .
  • various inlets and outlets into which the heat exchange medium flows may be formed in the header tank 100, and inlet and outlet pipes connected to the inlets and outlets may be formed.
  • each of the header tanks 100 may include a header 110 , a first tank 120 , and a second tank 130 , and may further include a baffle 140 .
  • a plurality of tube insertion holes 111a penetrating both sides in the longitudinal direction may be formed in a horizontal portion 111 having a rectangular plate shape that is longer in the height direction than the width direction, and the tube insertion hole 111a ) can be formed in two rows.
  • a central bent portion 112 may protrude between the tube insertion holes 111a of the first row and the tube insertion holes 111a of the second row.
  • the header 110 may have side bent portions 115 formed at both ends of the horizontal portion 111 in the width direction, respectively. At this time, the center bent portion 112 and the side bent portion 115 may be formed in a form extending from the horizontal portion 111 toward the first tank 120 and the second tank 130 side.
  • the first tank 120 may be formed in a container shape in which a surface facing the header 110 is open, and the first tank 120 is formed between the central bent portion 112 of the header 110 and one side in the width direction. It may be inserted between the side bent parts 115.
  • the second tank 130 may be formed in a container shape in which a surface facing the header 110 is open, and the second tank 130 is formed between the central bent portion 112 of the header 110 and the other side in the width direction. It may be inserted between the side bent parts 115. Also, the header 110, the first tank 120, and the second tank 130 may be coupled by brazing after assembling.
  • the inner space formed by may be partitioned so as not to communicate with each other.
  • the tube 200 is a part forming a flow path through which a heat exchange medium flows.
  • the plurality of tubes 200 may include first row tubes 210 and second row tubes 220, and both ends of the tubes 200 may be connected to a pair of header tanks 100.
  • the first row tubes 210 are inserted into the tube insertion holes of the first row among the tube insertion holes 111a formed in the header 110, and the second row tubes 220 are inserted into the tube insertion holes formed in the header 110. It can be inserted into the tube insertion holes of the second row among (111a).
  • the tubes 200 may be assembled to the header 110 and then coupled by brazing.
  • the plurality of tubes 200 may be arranged in two rows in the width direction so that the first row tubes 210 and the second row tubes 220 are spaced apart in the width direction.
  • the plurality of tubes 200 may be disposed spaced apart from each other in the height direction between the tubes constituting each column.
  • the first thermal tubes 210 and the second thermal tubes 220 may be disposed at heights corresponding to each other.
  • the fin 300 serves to improve heat exchange efficiency by being coupled to the tubes 200 and dissipating the heat of the heat exchange medium flowing inside the tube 200 to the outside by conduction.
  • the fins 300 may be coupled to each other interposed between the tubes 200 neighboring in the height direction.
  • the fin 300 may be an integral fin having one side coupled to the first row tube 210 in the width direction and the other side coupled to the second row tube 220. That is, the fin 300 may be connected as one across the first thermal tube 210 and the second thermal tube 220 .
  • a louver capable of changing a flow direction of air or increasing a contact area to improve heat exchange efficiency may be formed on the fin 300 .
  • the first heat exchanger (R) including the first tank 120 and the first heat tubes 210 and one side of the header 110 in the width direction centered on the central bent portion 112 of the header 110 is the first Can be placed in a row.
  • the second heat exchange part (C) including the other side in the width direction of the header 110, the second tank 130, and the second heat tube 220 around the central bent part 112 may be disposed in the second row.
  • the first heat exchange unit R and the second heat exchange unit C may be integrally formed by the integrally formed header 110 and the integrally formed fins 300 .
  • the central bent portion 112 of the header 110 is spaced apart in the width direction between the tube insertion holes of the first row and the tube insertion holes of the second row, respectively, the first tank 120 and the second tank It may include a pair of vertical portions 112a extending toward 130 and a connection portion 112b connecting ends of the pair of vertical portions 112a. That is, the center bent portion 112 bends the horizontal portion 111 in the form of a flat plate so that the center bent portion 112 convexly protrudes toward the first tank 120 and the second tank 130 at the central portion in the width direction. can be in the form of
  • the connection portion 112b may be formed in a curved cross-section, for example, in a semicircular shape. Alternatively, rounds may be formed only at the corners where the connecting portion 112b is connected to the vertical portion 112a, and a straight line may be formed between both rounds.
  • the central bent portion 112 may be formed in various shapes.
  • the header is integrally formed, it is possible to assemble two tanks to one header, which makes it easy to assemble, and the central bent portion formed on the header reduces thermal stress that may occur due to the temperature difference between the heat exchange medium flowing along the first and second rows. It is possible to block, it is possible to prevent the parts coupled by brazing from being damaged, and accordingly, leakage of the heat exchange medium can be prevented.
  • the heat exchanger of the present invention can reduce the number of mountings mounted in a vehicle, and since it is integrally formed by brazing after assembly, durability against vibration can be improved. .
  • a condensate drain hole 113 penetrating both sides may be formed in the connecting portion 112b of the central bent portion 112 of the header 110 . That is, since condensate may be generated on the surface of the second heat exchange unit C by operating as an outdoor unit in the heat pump system, it may be easy to drain the condensate through the condensate drain hole 113 formed in the connection unit 112b. At this time, the condensate drainage holes 113 may be formed only in the lower portion of the header tank 100 in the height direction, for example, and may be formed in various positions and numbers according to the arrangement of the header tank 100. In addition, thermal stress can be further reduced by the condensate drain hole 113.
  • a protruding bent part 114 may be formed at the center of the connection part 112b of the central bent part 112 in the width direction, and the protruding bent part 114 corresponds to the central bent part 112. It is formed in the form of being, but may protrude from the connection portion (112b) in a reduced form of the central bent portion (112). Thus, thermal stress can be further reduced by the protruding bent portion 114 .
  • the protruding bent portion 114 may be formed in the same direction as the direction in which the central bent portion 112 protrudes from the horizontal portion 111 . In addition, after coupling the header and the tanks by brazing, the protruding bent portion 114 may be cut and removed.
  • FIG. 6 is an assembled perspective view showing a heat exchanger according to a second embodiment of the present invention.
  • the heat exchanger according to the second embodiment of the present invention has the same configuration as the first embodiment, with baffles 140 added thereto, and an interior formed by combining the header 110 and the first tank 120. It can be in the form of partitioned space.
  • the baffles 140 may be provided on each of the pair of header tanks 100 .
  • a pair of baffles 140 may be provided in one header tank 100, and the pair of baffles 140 provided in one header tank 100 are spaced apart from each other in the height direction.
  • a partitioned inner space may be formed between the pair of baffles 140 .
  • the dummy tube 230 may be connected to a corresponding position between the pair of baffles 140, and the heat exchange medium may not flow in the space between the pair of baffles 140 and inside the dummy tube 230. have.
  • the upper side of the baffles 140 becomes the high-temperature radiator HTR and the lower side becomes the low-temperature radiator LTR in the height direction by the baffles 140 and the dummy tube 230.
  • the high-temperature radiator HTR may be an engine radiator that cools the cooling water of the engine
  • the low-temperature radiator LTR may be an electrical radiator that cools the cooling water of electric components.
  • heat exchanging media having different temperatures may flow between the high-temperature radiator HTR side and the low-temperature radiator LTR side, which are different regions partitioned by the baffles 140 . Accordingly, the heat exchanger according to the second embodiment of the present invention can be applied to a hybrid vehicle in which both an engine and electrical components must be cooled. In addition, heat transfer between the high-temperature radiator HTR and the low-temperature radiator LTR may be blocked by the baffles 140 and the dummy tube 230 to reduce thermal stress, and appropriate cooling may be performed.
  • FIG 7 and 8 are schematic views showing the arrangement structure of the heat exchanger according to the present invention.
  • the first heat exchanger (R) disposed in the first row including the first heat tubes 210 is a radiator and disposed in the second row including the second heat tubes 220
  • the second heat exchange unit C is a condenser
  • the first heat exchange unit R may be disposed upstream in the flow direction of the cooling air
  • the second heat exchange unit C may be disposed downstream.
  • the temperature of the cooling water in the engine radiator is about 110 degrees Celsius, which is higher than the temperature of the refrigerant in the condenser, which is unfavorable to the performance of the condenser when the radiator is disposed upstream in the flow direction of the cooling air.
  • an electric radiator is configured to cool the battery or electric parts, and the cooling water temperature of the electric radiator is about 65 degrees Celsius, which is lower than the refrigerant temperature of the condenser, so the flow of air to cool the radiator If placed upstream in the direction, it is advantageous in terms of the performance of the radiator and condenser. That is, the arrangement structure of the heat exchanger as described above can be said to be suitable for an electric vehicle or a hybrid vehicle.
  • first row tube 210 and the second row tube 220 have the same dimensions in the height direction, but may have different widths and inner shapes.
  • first tank 120 and the second tank 130 may have different shapes and materials.
  • the distance between the pair of vertical portions 112a in the central bent portion 112 of the header 110 is preferably within 3 mm. If the gap is too wide, the overall volume of the heat exchanger increases, which is disadvantageous. Conversely, if the gap is too narrow, the thermal stress reduction effect may be reduced and it may be difficult to form the condensate drain hole 113.
  • a gas-liquid separator may be bonded to the second tank 130 of the second heat exchanger C serving as a condenser by brazing.
  • 112a vertical part
  • 112b connection part
  • 113 condensate drain hole
  • R 1st heat exchange part (radiator)

Landscapes

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Abstract

본 발명의 열교환기는 서로 이격되어 배치된 한 쌍의 헤더탱크, 폭방향으로 2열로 형성되어 상기 한 쌍의 헤더탱크에 양단이 연결된 복수의 튜브, 및 상기 튜브들 사이에 개재되어 튜브에 결합된 복수의 핀을 포함하고, 상기 헤더탱크는 폭방향 중앙부에 중앙 절곡부가 형성된 하나의 헤더에 제1탱크와 제2탱크가 각각 결합되도록 구성되어, 두 열교환기의 헤더와 탱크를 조립하기 용이하며 두 열교환매체의 온도차에 의한 열응력을 차단하여 두 열교환기가 결합되어 있는 결합부 또는 브레이징에 의한 접합부가 파손되는 것이 방지됨에 따라 열교환매체의 누수를 예방할 수 있는 열교환기에 관한 것이다.

Description

열교환기
본 발명은 차량의 엔진 또는 전장부품 냉각을 위한 라디에이터와 실내 냉방을 위한 콘덴서가 일체로 형성된 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로 내연기관 차량에는 엔진의 냉각수를 냉각시키기 위한 라디에이터와 차량 실내의 냉방에 이용되는 냉매를 냉각시키기 위한 콘덴서가 구비되며, 라디에이터와 콘덴서를 적층하고 일면에 공기의 송풍을 위한 팬 쉬라우드를 장착하여 쿨링 모듈로 구성된다. 그리고 연료전지 차량이나 전기 자동차 등에서는 라디에이터가 전장부품들의 냉각에 이용된다.
이러한 라디에이터와 콘덴서는 각각 별개로 형성되어 서로 결합되는 구조를 갖는데, 라디에이터와 콘덴서는 각각 조립이 이루어지기 때문에 각각의 헤더와 탱크를 결합하여 헤더탱크를 형성해야 하므로 조립에 어려움이 있었다.
또한, 종래에는 라디에이터와 콘덴서를 일체로 형성한 기술들이 있으나 이종 열교환매체들 간의 온도가 다르기 때문에 라디에이터의 튜브들과 콘덴서의 튜브들 간의 온도차로 인해 열응력이 발생하여, 두 열교환기가 결합되어 있는 결합부 또는 브레이징에 의한 접합부가 파손되어 열교환매체의 누수가 발생할 수 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
KR 10-0391943 B1 (2003.07.05)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 차량의 엔진 또는 전장부품 냉각을 위한 라디에이터와 실내 냉방을 위한 콘덴서가 일체로 형성하되 조립이 용이하고 열응력에 의한 파손을 방지할 수 있는 열교환기를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열교환기는, 서로 이격되어 배치된 한 쌍의 헤더탱크, 폭방향으로 2열로 형성되어 상기 한 쌍의 헤더탱크에 양단이 연결된 복수의 튜브, 및 상기 튜브들 사이에 개재되어 튜브에 결합된 복수의 핀을 포함하고, 상기 한 쌍의 헤더탱크 중 어느 하나 이상은, 상기 복수의 튜브들이 삽입되는 튜브 삽입홀들이 2열로 형성되며 제1열의 튜브 삽입홀들과 제2열의 튜브 삽입홀들 사이에 중앙 절곡부가 돌출 형성된 헤더; 상기 중앙 절곡부를 기준으로 상기 헤더의 일측에 결합되어 내부에 열교환매체가 유동되는 공간을 형성하는 제1탱크; 및 상기 중앙 절곡부를 기준으로 상기 헤더의 타측에 결합되어 내부에 열교환매체가 유동되는 공간을 형성하는 제2탱크; 를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 헤더의 중앙 절곡부는, 상기 튜브 삽입홀들이 형성된 수평부의 폭방향으로 이격된 위치에서 각각 상기 제1탱크 및 제2탱크 쪽을 향해 연장된 한 쌍의 수직부 및 상기 한 쌍의 수직부들의 끝단을 연결하는 연결부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 연결부는 적어도 일부분이 곡선 단면 형태일 수 있다.
또한, 상기 연결부에는 양면을 관통하는 응축수 배수홀이 형성될 수 있다.
또한, 상기 헤더는 중앙 절곡부의 폭방향 중앙부에 상기 중앙 절곡부에 대응되는 형태의 돌출 절곡부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 돌출 절곡부는 적어도 일부분이 절단되어 제거될 수 있다.
또한, 상기 헤더는 수평부의 폭방향 양단에서 각각 상기 제1탱크 및 제2탱크 쪽을 향해 측면 절곡부가 연장 형성될 수 있다.
또한, 상기 핀들은 제1열 튜브에 폭방향 일측이 결합되고 제2열 튜브에 타측이 결합된 일체형 핀일 수 있다.
또한, 상기 한 쌍의 헤더탱크는 각각 상기 헤더 및 제1탱크에 결합되어 내부 공간을 구획하는 배플을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배플에 의해 구획된 서로 다른 영역에는 온도가 서로 다른 열교환매체가 유동될 수 있다.
또한, 상기 배플은 서로 이격된 한 쌍이 헤더탱크들에 각각 구비되며, 이격된 한 쌍의 배플 사이에 대응되는 위치에는 더미 튜브가 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1열 튜브들을 포함하여 제1열에 배치된 제1열교환부가 라디에이터이고, 상기 제2열 튜브들을 포함하여 제2열에 배치된 제2열교환부가 콘덴서이며, 상기 제1열교환부가 냉각 공기의 유동 방향으로 상류쪽에 배치되고 상기 제2열교환부는 하류쪽에 배치될 수 있다.
본 발명의 열교환기는 두 열교환기의 헤더와 탱크를 조립하기 용이하며, 두 열교환매체의 온도차에 의한 열응력을 차단하여 두 열교환기가 결합되어 있는 결합부 또는 브레이징에 의한 접합부가 파손되는 것이 방지됨에 따라 열교환매체의 누수를 예방할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환기를 나타낸 부분 분해사시도 및 조립사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환기의 부분단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환기에서 헤더의 중앙 절곡부에 응축수 배수홀이 형성된 것을 나타낸 부분 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환기에서 헤더의 중앙 절곡부에 추가로 돌출부가 형성된 것을 나타낸 부분단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 열교환기를 나타낸 조립사시도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 열교환기의 배치 구조를 나타낸 개략도이다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 열교환기를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
<실시예 1>
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환기를 나타낸 부분 분해사시도 및 조립사시도이며, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환기의 부분단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환기는 크게 한 쌍의 헤더탱크(100), 복수의 튜브(200) 및 복수의 핀(300)을 포함하여 구성될 수 있다. 한 쌍의 헤더탱크(100)는 서로 이격되어 배치되며, 헤더탱크(100)들은 내부에 열교환매체가 저장 및 유동될 수 있는 공간이 형성된다. 그리고 도시되지는 안았으나 헤더탱크(100)에는 열교환매체가 유입되는 입구 및 출구가 다양하게 형성될 수 있으며, 입구와 출구에 연결되는 입구 파이프 및 출구 파이프가 형성될 수 있다. 또한, 헤더탱크(100)들은 각각 헤더(110), 제1탱크(120) 및 제2탱크(130)를 포함할 수 있으며, 배플(140)을 더 포함할 수 있다. 헤더(110)는 대략 폭방향에 비해 높이방향으로 긴 장방형 판 형태의 수평부(111)에 길이방향으로 양면을 관통하는 복수의 튜브 삽입홀(111a)들이 형성될 수 있으며, 튜브 삽입홀(111a)들은 2열로 형성될 수 있다. 그리고 헤더(110)는 제1열의 튜브 삽입홀(111a)들과 제2열의 튜브 삽입홀(111a)들 사이를 따라 중앙 절곡부(112)가 돌출 형성될 수 있다. 또한, 헤더(110)는 수평부(111)의 폭방향 양단에서 각각 측면 절곡부(115)가 형성될 수 있다. 이때, 중앙 절곡부(112) 및 측면 절곡부(115)는 수평부(111)에서 제1탱크(120) 및 제2탱크(130) 측을 향해 연장되어 있는 형태로 형성될 수 있다. 제1탱크(120)는 헤더(110)와 마주보는 면이 개방되어 있는 용기 형태로 형성될 수 있으며, 제1탱크(120)는 헤더(110)의 중앙 절곡부(112)와 폭방향 일측의 측면 절곡부(115) 사이에 삽입될 수 있다. 제2탱크(130)는 헤더(110)와 마주보는 면이 개방되어 있는 용기 형태로 형성될 수 있으며, 제2탱크(130)는 헤더(110)의 중앙 절곡부(112)와 폭방향 타측의 측면 절곡부(115) 사이에 삽입될 수 있다. 그리고 헤더(110), 제1탱크(120) 및 제2탱크(130)는 조립 후 브레이징에 의해 결합될 수 있다. 그리하여 중앙 절곡부(112)를 기준으로 폭방향 일측에 제1탱크(120)와 헤더(110)의 결합에 의해 형성된 내부 공간과 폭방향 타측에 제2탱크(130)와 헤더(110)의 결합에 의해 형성된 내부 공간이 서로 연통되지 않게 구획될 수 있다.
튜브(200)는 내부에 열교환매체가 유동되는 유로를 형성하는 부분이다. 복수의 튜브(200)는 제1열 튜브(210)들 및 제2열 튜브(220)들을 포함할 수 있으며, 튜브(200)들은 한 쌍의 헤더탱크(100)에 양단이 연결될 수 있다. 제1열 튜브(210)들은 헤더(110)에 형성된 튜브 삽입홀(111a)들 중 제1열의 튜브 삽입홀들에 삽입되고, 제2열 튜브(220)들은 헤더(110)에 형성된 튜브 삽입홀(111a)들 중 제2열의 튜브 삽입홀들에 삽입될 수 있다. 그리고 튜브(200)들은 헤더(110)에 조립된 후 브레이징에 의해 결합될 수 있다. 그리하여 복수의 튜브(200)는 폭방향으로 2열로 배치되어 제1열 튜브(210)들과 제2열 튜브(220)들이 폭방향으로 이격 배치된 형태가 될 수 있다. 그리고 복수의 튜브(200)는 각각의 열을 이루는 튜브들끼리 서로 높이방향으로 이격되어 배치될 수 있다. 또한, 제1열 튜브(210)들과 제2열 튜브(220)들은 서로 대응되는 높이에 배치될 수 있다.
핀(300)은 튜브(200)들에 결합되어 전도에 의해 튜브(200)의 내부를 유동하는 열교환매체의 열을 외부로 방열함으로써 열교환 효율을 향상시키는 역할을 한다. 그리고 핀(300)은 높이방향으로 이웃하는 튜브(200)들 사이에 각각 개재되어 결합될 수 있다. 여기에서 핀(300)은 제1열 튜브(210)에 폭방향 일측이 결합되고 제2열 튜브(220)에 타측이 결합된 일체형 핀일 수 있다. 즉, 핀(300)은 제1열 튜브(210)와 제2열 튜브(220)에 걸쳐 하나로 연결되어 있는 형태일 수 있다. 그리하여 핀(300)의 냉각 공기측 열전달 면적이 늘어나는 효과가 있어 열교환 성능이 향상될 수 있다. 또한, 핀(300)에는 공기의 유동 방향을 바꾸거나 접촉 면적을 늘려 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 루버가 형성될 수 있다.
그리하여 헤더(110)의 중앙 절곡부(112)를 중심으로 헤더(110)의 폭방향 일측과 제1탱크(120) 및 제1열 튜브(210)들을 포함한 제1열교환부(R)가 제1열에 배치될 수 있다. 그리고 중앙 절곡부(112)를 중심으로 헤더(110)의 폭방향 타측과 제2탱크(130) 및 제2열 튜브(220)들을 포함한 제2열교환부(C)가 제2열에 배치될 수 있다. 또한, 일체형으로 형성된 헤더(110)와 일체형으로 형성된 핀(300)들에 의해 제1열교환부(R)와 제2열교환부(C)가 일체로 형성될 수 있다.
여기에서 헤더(110)의 중앙 절곡부(112)는 제1열의 튜브 삽입홀들과 제2열의 튜브 삽입홀들 사이의 폭방향으로 이격된 위치에서 각각 상기 제1탱크(120) 및 제2탱크(130) 쪽을 향해 연장 형성된 한 쌍의 수직부(112a) 및 상기 한 쌍의 수직부(112a)의 끝단을 연결하는 연결부(112b)를 포함할 수 있다. 즉, 중앙 절곡부(112)는 평판 형태의 수평부(111)를 절곡하여 폭방향의 중앙부분에 중앙 절곡부(112)가 제1탱크(120) 및 제2탱크(130) 쪽으로 볼록하게 돌출되어 있는 형태가 될 수 있다. 이때, 연결부(112b)는 단면 형태가 곡선 형태로 형성될 수 있으며, 일례로 반원 형태로 형성될 수 있다. 또는 연결부(112b)가 수직부(112a)에 연결되는 모서리 부분만 라운드가 형성되고 양측 라운드 사이는 직선 형태가 될 수도 있다. 이외에도 중앙 절곡부(112)는 다양한 형태로 형성될 수 있다.
그리하여 헤더가 일체형으로 형성되어 하나의 헤더에 두 개의 탱크를 조립할 수 있어 조립이 용이하며, 헤더에 형성된 중앙 절곡부가 제1열과 제2열을 따라 흐르는 열교환매체의 온도차에 의해 발생할 수 있는 열응력을 차단할 수 있어, 브레이징에 의해 결합되어 있는 부분이 파손되는 것을 방지할 수 있으며, 이에 따라 열교환매체의 누수를 예방할 수 있다. 또한, 종래의 각각의 열교환기들을 차량에 장착하는 것에 비해 본 발명의 열교환기는 차량에 장착되는 마운팅 수를 줄일 수 있으며, 조립된 후 브레이징에 의해 일체로 형성되므로 진동에 대한 내구성이 향상될 수 있다.
또한, 헤더(110)의 중앙 절곡부(112)의 연결부(112b)에는 양면을 관통하는 응축수 배수홀(113)이 형성될 수 있다. 즉, 제2열교환부(C)는 히트펌프 시스템에서 실외기로 작동하여 표면에 응축수가 발생할 수 있으므로, 연결부(112b)에 형성된 응축수 배수홀(113)을 통해 응축수를 배수하기 용이할 수 있다. 이때, 응축수 배수홀(113)은 일례로 높이방향으로 헤더탱크(100)의 하단부 영역에만 형성될 수 있으며, 헤더탱크(100)의 배치 등에 따라 다양한 위치 및 개수로 형성될 수 있다. 또한 응축수 배수홀(113)에 의해 추가로 열응력을 줄일 수 있다.
또한, 헤더(110)는 중앙 절곡부(112)의 연결부(112b)의 폭방향 중앙부에 돌출 절곡부(114)가 형성될 수 있으며, 돌출 절곡부(114)는 중앙 절곡부(112)에 대응되는 형태로 형성되되 중앙 절곡부(112)를 축소시킨 형태로 연결부(112b)에서 돌출될 수 있다. 그리하여 돌출 절곡부(114)에 의해 열응력을 더욱 감소시킬 수 있다. 그리고 돌출 절곡부(114)는 수평부(111)에서 중앙 절곡부(112)가 돌출된 방향과 동일한 방향으로 형성될 수 있다. 또한, 브레이징에 의한 헤더와 탱크들의 결합 후 돌출 절곡부(114)는 절단되어 제거될 수 있다.
<실시예 2>
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 열교환기를 나타낸 조립사시도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 제2실시예에 따른 열교환기는 상기한 제1실시예와 동일한 구성에 배플(140)들이 추가되어, 헤더(110)와 제1탱크(120)의 결합에 의해 형성된 내부 공간이 구획된 형태가 될 수 있다. 이때, 배플(140)은 한 쌍의 헤더탱크(100)에 각각 구비될 수 있다. 그리고 배플(140)은 하나의 헤더탱크(100)에 각각 한 쌍이 구비될 수 있으며, 하나의 헤더탱크(100)에 구비된 한 쌍의 배플(140)은 서로 높이방향으로 이격되게 배치되어, 한 쌍의 배플(140) 사이에 구획된 내부 공간이 형성될 수 있다. 또한, 한 쌍의 배플(140) 사이에 대응되는 위치에 더미 튜브(230)가 연결될 수 있으며, 한 쌍의 배플 사이(140)의 공간과 더미 튜브(230)의 내부에는 열교환매체가 흐르지 않을 수 있다. 그리하여 제1열교환부(R)는 배플(140)들 및 더미 튜브(230)에 의해 높이방향으로 배플(140)들의 상측이 고온용 라디에이터(HTR)가 되고 하측이 저온용 라디에이터(LTR)가 될 수 있다. 여기에서 고온용 라디에이터(HTR)는 엔진의 냉각수를 냉각하는 엔진용 라디에이터이고 저온용 라디에이터(LTR)는 전장부품의 냉각수를 냉각하는 전장용 라디에이터가 될 수 있다. 그리고 배플(140)들에 의해 구획된 서로 다른 영역인 고온용 라디에이터(HTR) 측과 저온용 라디에이터(LTR) 측에는 온도가 서로 다른 열교환매체가 유동될 수 있다. 이에 따라 본 발명의 제2실시예에 따른 열교환기는 엔진 및 전장부품을 모두 냉각시켜야 하는 하이브리드 자동차에 적용될 수 있다. 또한, 배플(140)들 및 더미 튜브(230)에 의해 고온용 라디에이터(HTR)와 저온용 라디에이터(LTR)간의 열전달이 차단되어 열응력을 감소시킬 수 있으며, 각각 적절한 냉각이 이루어질 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 열교환기의 배치 구조를 나타낸 개략도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 열교환기는 제1열 튜브(210)들을 포함하여 제1열에 배치된 제1열교환부(R)가 라디에이터이고, 제2열 튜브(220)들을 포함하여 제2열에 배치된 제2열교환부(C)가 콘덴서이며, 제1열교환부(R)가 냉각 공기의 유동 방향으로 상류쪽에 배치되고 제2열교환부(C)가 하류쪽에 배치될 수 있다. 내연기관의 경우 엔진 라디에이터의 냉각수 온도가 약 섭씨 110도 이며 이는 콘덴서의 냉매 온도보다 높아, 라디에이터가 냉각 공기의 유동 방향으로 상류측에 배치되는 경우 콘덴서의 성능에 불리하다. 반면, 전기 자동차나 하이브리드 자동차의 경우 배터리 또는 전장부품의 냉각을 위한 전장용 라디에이터가 구성되고, 전장용 라디에이터의 냉각수 온도는 약 섭씨 65도 이며 이는 콘덴서의 냉매 온도보다 낮아, 라디에이터를 냉각 공기의 유동 방향으로 상류측에 배치하면 라디에이터 및 콘덴서의 성능 측면에서 유리하다. 즉, 상기한 바와 같은 열교환기의 배치 구조는 전기 자동차나 하이브리드 자동차에 적합한 구성이라 할 수 있다.
또한, 일례로 제1열 튜브(210)와 제2열 튜브(220)는 높이 방향으로의 치수는 동일하나, 폭 및 내부 형상은 서로 다를 수도 있다. 그리고 제1탱크(120)와 제2탱크(130)는 서로 형상 및 재질이 다를 수 있다. 또한, 헤더(110)의 중앙 절곡부(112)에서 한 쌍의 수직부(112a)의 사이 간격은 3mm 이내가 바람직하다. 간격이 너무 넓으면 열교환기의 전체 부피가 커져 불리한 점이 있고, 반대로 간격이 너무 좁으면 열응력 감소 효과가 떨어질 수 있으며 응축수 배수홀(113)을 형성하기 어려울 수 있다. 또한, 콘덴서 역할을 하는 제2열교환부(C)의 제2탱크(130)에는 기액분리기가 브레이징에 의해 접합되어 있을 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 : 헤더탱크, 110 : 헤더, 111 : 수평부
111a : 튜브 삽입홀, 112 : 중앙 절곡부
112a : 수직부, 112b : 연결부, 113 : 응축수 배수홀
114 : 돌출 절곡부, 115 : 측면 절곡부
120 : 제1탱크, 130 : 제2탱크, 140 : 배플
200 : 튜브, 210 : 제1열 튜브, 220 : 제2열 튜브
230 : 더미 튜브, 300 : 핀
R : 제1열교환부(라디에이터)
C : 제2열교환부(콘덴서)
HTR : 고온용 라디에이터
LTR : 저온용 라디에이터

Claims (12)

  1. 서로 이격되어 배치된 한 쌍의 헤더탱크, 폭방향으로 2열로 형성되어 상기 한 쌍의 헤더탱크에 양단이 연결된 복수의 튜브, 및 상기 튜브들 사이에 개재되어 튜브에 결합된 복수의 핀을 포함하고,
    상기 한 쌍의 헤더탱크 중 어느 하나 이상은,
    상기 복수의 튜브들이 삽입되는 튜브 삽입홀들이 2열로 형성되며 제1열의 튜브 삽입홀들과 제2열의 튜브 삽입홀들 사이에 중앙 절곡부가 돌출 형성된 헤더;
    상기 중앙 절곡부를 기준으로 상기 헤더의 일측에 결합되어 내부에 열교환매체가 유동되는 공간을 형성하는 제1탱크; 및
    상기 중앙 절곡부를 기준으로 상기 헤더의 타측에 결합되어 내부에 열교환매체가 유동되는 공간을 형성하는 제2탱크;
    를 포함하여 이루어지는 열교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 헤더의 중앙 절곡부는,
    상기 튜브 삽입홀들이 형성된 수평부의 폭방향으로 이격된 위치에서 각각 상기 제1탱크 및 제2탱크 쪽을 향해 연장된 한 쌍의 수직부 및 상기 한 쌍의 수직부들의 끝단을 연결하는 연결부를 포함하는 열교환기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연결부는 적어도 일부분이 곡선 단면 형태인 것을 특징으로 하는 열교환기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 연결부에는 양면을 관통하는 응축수 배수홀이 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 헤더는 중앙 절곡부의 폭방향 중앙부에 상기 중앙 절곡부에 대응되는 형태의 돌출 절곡부가 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 돌출 절곡부는 적어도 일부분이 절단되어 제거된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 헤더는 수평부의 폭방향 양단에서 각각 상기 제1탱크 및 제2탱크 쪽을 향해 측면 절곡부가 연장 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 핀들은 제1열 튜브에 폭방향 일측이 결합되고 제2열 튜브에 타측이 결합된 일체형 핀인 것을 특징으로 하는 열교환기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 헤더탱크는 각각 상기 헤더 및 제1탱크에 결합되어 내부 공간을 구획하는 배플을 더 포함하는 열교환기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 배플에 의해 구획된 서로 다른 영역에는 온도가 서로 다른 열교환매체가 유동되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 배플은 서로 이격된 한 쌍이 헤더탱크들에 각각 구비되며, 이격된 한 쌍의 배플 사이에 대응되는 위치에는 더미 튜브가 연결된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1열 튜브들을 포함하여 제1열에 배치된 제1열교환부가 라디에이터이고, 상기 제2열 튜브들을 포함하여 제2열에 배치된 제2열교환부가 콘덴서이며,
    상기 제1열교환부가 냉각 공기의 유동 방향으로 상류쪽에 배치되고 상기 제2열교환부는 하류쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
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