WO2024058330A1 - 열교환기 - Google Patents

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WO2024058330A1
WO2024058330A1 PCT/KR2023/004812 KR2023004812W WO2024058330A1 WO 2024058330 A1 WO2024058330 A1 WO 2024058330A1 KR 2023004812 W KR2023004812 W KR 2023004812W WO 2024058330 A1 WO2024058330 A1 WO 2024058330A1
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heat exchanger
header
tube contact
tube
tank
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Inventor
반진기
전우재
한지훈
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한온시스템 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger in which a plurality of heat exchange units are integrally formed.
  • a heat exchanger is a device that is installed on a specific flow path and performs heat exchange by allowing the heat exchange medium circulating inside the heat exchanger to absorb heat from outside air or dissipate its own heat to the outside.
  • heat exchangers include condensers and evaporators that use refrigerant as a heat exchange medium, radiators and heater cores that use coolant as a heat exchange medium, and oil that uses oil as a heat exchange medium to cool the oil flowing inside the engine and transmission. They are manufactured in a variety of ways depending on the purpose and use, such as coolers.
  • Figures 1 and 2 are perspective views showing a conventional header tank and header for an integrated heat exchanger.
  • the header tank of a conventional integrated heat exchanger largely includes a tank 10, a header 20, and a gasket 30, and a gasket 30 is provided between the header 20 and the tank 10.
  • the header 20 and the tank 10 can be tightly coupled to each other.
  • a baffle 11 is formed integrally with the tank 10, a bridge 32 is connected to the gasket 30 at the center of the circumference 31, and the gasket 30 is seated on the header 20.
  • a seating portion 21 is formed, a dummy tube insertion hole 22 into which a dummy tube for heat insulation is inserted is formed in the central portion, and tube insertion holes 23 into which a heat exchange medium tube is inserted are formed on both sides of the central portion. .
  • the present invention was devised to solve the problems described above, and the purpose of the present invention is to provide a heat exchanger capable of reducing thermal stress acting on tubes in a heat exchanger in which a plurality of heat exchange parts are integrally formed.
  • the heat exchanger of the present invention for achieving the above-described object is formed with a base portion, a tube insertion hole penetrating the base portion, and a plurality of plurality of tube insertion holes protruding toward the tank around the tube insertion hole and arranged to be spaced apart in the longitudinal direction.
  • a header including a tube contact portion, and at least some of the plurality of tube contact portions including a concave portion formed between both ends in the width direction to be concave in a direction opposite to the protrusion of the tube contact portion;
  • grooves may be formed between tube contact parts adjacent to each other, and at least some of the grooves may be formed with recesses that are concave in the same direction as the recesses.
  • the depression may protrude further to the opposite side of the tank than the remaining portion of the groove that is not a depression.
  • widths of the depression and the concave portion may be formed to be equal to each other.
  • the recessed depths of the depression and the concave portion may be formed at an equal level.
  • the depression and the concave portion may be formed simultaneously.
  • straight portions with flat upper surfaces may be formed at both ends in the width direction of the tube contact portion, and concave portions may be disposed between the straight portions at both ends.
  • the protruding height of the straight portion may be formed to be higher than the protruding height of the concave portion.
  • straight portions and concave portions at both ends of the tube contact portion in the width direction may be connected at an angle.
  • both widthwise ends of the tube contact portion may be inclinedly connected to concave portions.
  • a base portion may exist without grooves or concave portions outside the tube contact portions located at both ends in the longitudinal direction.
  • the header further includes a dummy tube contact portion formed with a dummy tube insertion hole penetrating the base portion and protruding toward the tank around the dummy tube insertion hole, and a longitudinal direction adjacent to the dummy tube contact portion and the dummy tube contact portion. Both sides may be formed to slope downward from the central portion in the width direction to both ends.
  • both ends of the dummy tube contact portion in the width direction may have a protruding height lower than that of the central portion.
  • a plurality of tube contact parts may be disposed on both sides of the base portion in the longitudinal direction, and a dummy tube contact portion may be disposed between both sides in the longitudinal direction.
  • the header has a gasket seating groove formed concave downward along the circumference of the base portion, a tank coupling portion is formed along the outer edge of the gasket seating groove, a peripheral portion is inserted into the gasket seating groove of the header, and the peripheral portion is inserted into the gasket seating groove of the header.
  • the tank further includes a lower end inserted into the gasket seating groove of the header and coupled to the tank coupling part of the header, and a pair of baffles are integrally formed on the inside of the tank so that the baffles are in close contact with the bridge. You can.
  • a dummy tube inserted into the dummy tube insertion hole of the header and coupled to the dummy tube contact portion; and a heat dissipation fin disposed between the plurality of heat exchange medium tubes. It may be further included.
  • the heat exchanger of the present invention has the advantage of increasing the joint area between the header and the tube, thereby reducing the stress acting on the tube due to heat and shock.
  • Figures 1 and 2 are perspective views showing a conventional header tank and header for an integrated heat exchanger.
  • FIG 3 and 4 are perspective views showing the header of the heat exchanger according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a top plan view showing the header of the heat exchanger according to the first embodiment of the present invention.
  • Figures 6 to 9 are cross-sectional views showing cross-sections taken along lines AA', BB', and CC' of Figure 5.
  • Figure 10 is a perspective view showing the header of a heat exchanger according to a second embodiment of the present invention.
  • Figure 11 is a top plan view showing the header of the heat exchanger according to the second embodiment of the present invention.
  • Figures 12 and 13 are cross-sectional views showing cross-sections taken along lines DD' and EE' of Figure 11.
  • Figures 14 and 15 are an exploded perspective view and an assembled perspective view showing a heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
  • Figures 3 to 5 are perspective views and top plan views showing the header of the heat exchanger according to the first embodiment of the present invention
  • Figures 6 to 9 are cross-sectional views taken along lines AA', BB', and CC' of Figure 5.
  • the header 110 of the heat exchanger largely includes a base portion 110-1, a tube contact portion 113 in which a tube insertion hole 112 is formed, and a concave portion 113-1. It may include a gasket seating groove 111 and a tank coupling portion 111-1.
  • the header 110 can be formed as one piece by plastically deforming a single metal plate using a press. Additionally, the header 110 may be roughly rectangular in shape with a length relatively long compared to the width.
  • the base portion 110-1 is a reference portion, and the tube contact portion 113 is formed to protrude toward the tank on the upper side based on the base portion 110-1, and the groove 115 is formed on the lower tube contact portion 113. ) can be formed concave in the opposite direction to the protrusion. That is, the base portion 110-1 may be a portion where the tube contact portion 113 and the groove 115 meet. And as shown, the base portion 110-1 may be formed of very small parts, and depending on the size of the header 110 or the spacing between the tube contact portions 113, the base portion 110-1 may be formed almost entirely. It may be absent or may be formed to have a relatively large area.
  • the gasket seating groove 111 is a part where a gasket, which will be described later, is inserted and seated, and the gasket seating groove 111 may be formed concave downward along the entire circumference of the base portion 110-1. And the gasket seating groove 111 may be formed to be concave further downward than the groove 115.
  • the tank coupling portion 111-1 is a part that can be fixed by coupling the tank 130 to the header 110, and the tank coupling portion 111-1 is formed along the outer edge of the gasket seating groove 111. It can be.
  • the tank coupling portion 111-1 protrudes upward from the top of the outer edge of the gasket seating groove 111, and a plurality of tank coupling portions 111-1 are formed on the outer edge of the gasket seating groove 111. They can be arranged to be spaced apart from each other while following the whole.
  • the tube contact portion 113 is a portion that connects the header 110 and the heat exchange medium tube by inserting the heat exchange medium tube through which the heat exchange medium flows along the inside and joining it by brazing.
  • a tube insertion hole 112 is formed in the tube contact portion 113, and the heat exchange medium tube can be inserted into the tube insertion hole 112.
  • the tube contact portion 113 may be formed to protrude upward around the tube insertion hole 112.
  • the tube contact portion 113 may be formed in plurality, so that the plurality of tube contact portions 113 may be arranged to be spaced apart in the longitudinal direction.
  • the concave portion 113-1 is formed between both ends of the tube contact portion 113 in the width direction, and the concave portion 113-1 may be formed concavely from the top of the tube contact portion 113 to the bottom.
  • the contact area (joining area) between the tube contact part of the header and the heat exchange medium tube is increased, thereby reducing the stress acting on the tube due to heat and shock. Accordingly, the possibility of water leakage due to cracks at the joint between the header and tube can be reduced, and the lifespan of the heat exchanger can be increased.
  • a groove 115 is formed between adjacent tube contact portions 113 to be concave downward with respect to the base portion 110-1, and the groove 115 includes a concave portion formed in the tube contact portion 113.
  • a depression 115-1 concave downward may be formed corresponding to 113-1. Therefore, the depth of the concave portion 113-1 can be formed relatively deep, and the contact area between the tube contact portion 113 and the heat exchange medium tube can be further increased. In addition, it can be advantageous to uniformly manage the thickness of the material according to its shape during press molding by reducing the occurrence of sharp curves.
  • horizontal portions 115-2 whose bottom surfaces are horizontal to the width direction are formed at both ends of the groove 115 in the width direction, and depressions 115-1 are formed between the horizontal portions 115-2. You can.
  • straight portions 113-2 with flat upper surfaces may be formed at both ends of the tube contact portion 113 in the width direction, and a concave portion 113-1 may be formed between the straight portions 113-2.
  • the straight portion 113-2 and the concave portion 113-1 may be connected at an angle. That is, the straight portions 113-2 on both sides of the width direction may be connected in a downwardly slanted manner toward the central concave portion 113-1. Therefore, the contact area between the tube contact portion 113 and the heat exchange medium tube can be further increased.
  • straight portions 113-2 at both ends of the tube contact portion 113 in the width direction may be disposed adjacent to the gasket seating groove 111. Therefore, the straight portion 113-2, which has a relatively large joint area with the heat exchange medium tube, is located at the edge of the header 110, which has a large impact from heat or vibration, so that stress can be reduced.
  • Figures 10 and 11 are perspective views and top plan views showing the header of the heat exchanger according to the second embodiment of the present invention
  • Figures 12 and 13 are cross-sectional views taken along lines DD' and EE' of Figure 11.
  • both ends of the tube contact portion 113 in the width direction may be spaced apart from the gasket seating groove 111 in the width direction. That is, there is no straight portion with a flat upper surface at both widthwise ends of the tube contact portion 113, and both widthwise ends of the tube contact portion 113 may be directly and inclinedly connected to the concave portion 113-1. Accordingly, since the tube contact portion 113 is disposed at a location spaced apart from the edge of the header 110 where heat or vibration impact is large, stress can be reduced.
  • the base portion 110 has no grooves or concave portions on the outside of the tube contact portions 113 located at both ends in the longitudinal direction of the header 110. -1) may exist. Therefore, when inserting a gasket into the gasket seating groove 111 of the header 110 and combining the tank 130, it is possible to prevent the gasket from being chewed due to the gasket coming off.
  • the header 110 for a heat exchanger of the present invention may further include a dummy tube contact portion 117, and a dummy tube insertion hole 116 is formed in the dummy tube contact portion 117, and the dummy tube has a dummy tube insertion hole.
  • the dummy tube contact portion 117 may be formed to protrude upward around the dummy tube insertion hole 116.
  • a plurality of dummy tube contact portions 117 may be formed so that the dummy tube contact portions 117 may be arranged to be spaced apart in the longitudinal direction.
  • tube contact portions 113 may be disposed on both sides of the header 110 in the longitudinal direction, and a dummy tube contact portion 117 may be disposed between them.
  • the space between the dummy tube contact portion 117 and the dummy tube contact portions 117 on both sides in the longitudinal direction adjacent to the dummy tube contact portion 117 may be formed to slope downward from the central portion in the width direction toward both ends in the width direction.
  • both ends in the width direction on both longitudinal sides adjacent to the dummy tube contact portion 117 may be obliquely connected to the bottom surface of the gasket seating groove 111.
  • the thermal stress acting on the joint between the header 110 and the tubes can be reduced by the complex structure of the area where the tube contact parts 113 are formed and the area where the dummy tube contact parts 117 are formed.
  • Figures 14 and 15 are an exploded perspective view and an assembled perspective view showing a heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
  • the header tank 100 constituting the heat exchanger of the present invention may include a tank 130 provided with the header 110, gasket 120, and baffle 140.
  • the gasket 120 may include a peripheral portion 121 and a pair of bridges 122.
  • the overall shape of the peripheral portion 121 may be formed to correspond to the gasket seating groove 111 of the header 110, and the cross-section of the peripheral portion 121 may be formed as a circle.
  • a pair of bridges 122 connect the peripheral portion 121 in the width direction, and the pair of bridges 122 can be formed in a form that can be arranged on both sides with the dummy tube contact portion 117 in between. there is. Additionally, the pair of bridges 122 may be formed in the shape of a flat strip.
  • the tank 130 is a part that is combined with the header 110 to form a space in which the heat exchange medium is stored and flowed.
  • the tank 130 is formed in the form of turning the container upside down and has a foot portion 131 at the bottom edge. may be formed to protrude.
  • the foot portion 131 is inserted into the gasket seating groove 111 of the header 110, and the header is attached with the peripheral portion 121 of the gasket 120 interposed between the foot portion 131 and the gasket seating groove 111.
  • the tank 130 can be coupled and fixed to the header 110 by pressing and bending the tank coupling portion 111-1 of 110 toward the foot portion 131.
  • a pair of baffles 140 may be integrally formed in the tank 130, and the baffles 140 may be formed at a position corresponding to the bridge 122. Additionally, when the tank 130 is assembled after assembling the gasket 120 to the header 110, the bridge 122 may be pressed between the baffle 140 and the header 110 to come into close contact.
  • heat exchange media flowing on both sides in the longitudinal direction based on the pair of baffles 140 can flow without mixing with each other.
  • no heat exchange medium exists in the space between the pair of baffles 140 it can serve to block heat from both sides.
  • the heat exchanger 1000 of the present invention may largely include a pair of header tanks 100, a plurality of heat exchange medium tubes 200, a dummy tube 300, and a plurality of heat dissipation fins 400.
  • the header tank 100 forms a flow path through which the heat exchange medium flows, and can be arranged side by side and spaced a certain distance apart. Additionally, an inlet pipe through which the heat exchange medium is introduced and an outlet pipe through which the heat exchange medium is discharged may be formed in the tank of the header tank 100.
  • the heat exchange medium tube 200 is inserted into the tube insertion hole 112 formed in the header 110 of the header tank 100 and then fixed at both ends by brazing, etc. to form a heat exchange medium flow path, and the heat exchange medium passes through to perform heat exchange. This is the part that causes it.
  • the dummy tube 300 may be inserted into the dummy tube insertion hole 116 formed in the header 110 of the header tank 100 and then fixed at both ends by brazing or the like. Additionally, the dummy tube 300 may be closed at both ends, and the heat exchange medium may not flow inside the dummy tube 300.
  • the heat dissipation fin 400 may be interposed between the heat exchange medium tubes 200 and joined by brazing or the like.
  • the heat dissipation fin 400 may serve to increase heat exchange efficiency by increasing the heat dissipation area. Additionally, the heat dissipation fin 400 may be interposed between the dummy tubes 300, and the heat dissipation fin 400 may be interposed between the dummy tube 300 and the heat exchange medium tube 200.
  • the first heat exchange part 1000-1 may be formed on one side in the longitudinal direction based on the baffle 140 and the dummy tube 300, and the second heat exchange part 1000-2 may be formed on the other side.
  • an inlet pipe and an outlet pipe are formed in the first heat exchange unit (1000-1) and the second heat exchange unit (1000-2), respectively, so that the inside of the first heat exchange unit (1000-1) and the second heat exchange unit (1000-2) 2) Different heat exchange media may flow inside, or heat exchange media with different temperatures may flow.
  • 1000 heat exchanger
  • 1000-1 first heat exchange unit
  • 1000-2 second heat exchange unit
  • 111 gasket seating groove
  • 111-1 tank coupling part
  • 112 tube insertion hole
  • 113 tube contact part
  • 113-1 concave part
  • 113-2 straight part
  • 200 heat exchange medium tube
  • 300 dummy tube
  • 400 heat dissipation fin

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Abstract

본 발명은 튜브가 삽입되는 튜브 삽입홀이 형성된 튜브 접합부를 포함한 헤더에서, 튜브 접합부의 형상을 요철 형태로 형성하여 열교환매체 튜브와 튜브 접합부의 접촉 면적(접합 면적)을 증대시킴으로써, 튜브 및 튜브 접합부에 작용하는 열응력을 저감시킬 수 있는 열교환기에 관한 것이다.

Description

열교환기
본 발명은 복수의 열교환부가 일체로 형성되는 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로 열교환기는 특정 유로상에 설치되어 그 내부를 순환하는 열교환매체가 외기열을 흡열하도록 하거나 또는 자신의 열을 외부로 방열하는 방식으로 열교환을 수행하도록 하는 장치이다.
이러한 열교환기는 냉매를 열교환매체로 사용하는 응축기와 증발기, 그리고 냉각수를 열교환매체로 사용하는 라디에이터와 히터코어, 또한 엔진 및 변속기 등의 내부를 유동하는 오일을 냉각하기 위해 오일을 열교환매체로 사용하는 오일쿨러 등 사용목적과 용도에 따라 다양하게 제작되고 있다.
그리고 근래 자동차 산업에 있어서 세계적으로 환경과 에너지에 대한 관심이 높아짐에 따라 연비 개선을 위한 연구가 이루어지고 있으며, 다양한 소비자의 욕구를 만족시키기 위해 경량화ㆍ소형화 및 고기능화를 위한 연구개발이 꾸준히 이루어지고 있다.
그런데 자동차에 사용되는 열교환기에 있어서 복수의 열교환기를 별개로 제작하여 설치하는 경우 제작공수가 많아져 생산성이 낮을 뿐만 아니라, 재료의 낭비가 심해 원가 상승과 더불어 각각의 열교환기들을 장착하기 위한 공간을 확보하는 데에도 어려움이 있었다. 그리하여 이러한 문제를 해결하기 위해 복수의 열교환기를 일체화하여 형성하는 다양한 기술이 개발되어 사용되고 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 일체형 열교환기용 헤더탱크 및 헤더를 나타낸 사시도이다.
도시된 바와 같이 종래의 일체형 열교환기의 헤더탱크는 크게 탱크(10), 헤더(20) 및 가스켓(30)을 포함하여 이루어지고, 헤더(20)와 탱크(10) 사이에 가스켓(30)이 개재된 상태에서 헤더(20)와 탱크(10)가 밀착되어 결합될 수 있다. 그리고 탱크(10)에는 배플(11)이 일체로 형성되어 있고, 가스켓(30)에는 둘레부(31)의 중앙부에 브리지(32)가 연결되어 있으며, 헤더(20)에는 가스켓(30)이 안착되는 안착부(21)가 형성되고 중앙부에는 열차단을 위한 더미튜브가 삽입되는 더미튜브 삽입홀(22)이 형성되며 중앙부의 양측으로 열교환매체 튜브가 삽입되는 튜브 삽입홀(23)들이 형성되어 있다.
그런데 종래의 일체형 열교환기용 헤더탱크에서는 헤더와 탱크가 결합되는 결합부로부터 열교환매체 튜브의 끝단의 거리가 상대적으로 가까워서, 열교환매체 튜브와 헤더가 접합된 부분에서 응력이 크게 발생한다. 이로 인해 열교환매체 튜브와 헤더의 접합부에 크랙이 발생하여 냉각수의 누수가 발생할 수 있으며, 이는 곧 열교환기의 기대 수명을 낮추는 요인이 된다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
KR 10-2019-0033710 A (2019.04.01.)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 복수의 열교환부가 일체로 형성되는 열교환기에서 튜브에 작용하는 열응력 저감시킬 수 있는 열교환기를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열교환기는, 베이스부, 상기 베이스부를 관통하는 튜브 삽입홀이 형성되고 상기 튜브 삽입홀의 둘레에서 탱크를 향하여 돌출 형성되며 길이방향으로 이격되어 배열된 복수의 튜브 접촉부, 및 상기 복수의 튜브 접촉부 중 적어도 일부에는 폭방향 양단 사이에 상기 튜브 접촉부가 돌출된 반대방향으로 오목하게 형성된 오목부를 포함하는 헤더; 상기 헤더와 결합되어 내부에 열교환매체가 저장 및 유동되는 공간을 형성하는 탱크; 및 상기 헤더의 튜브 삽입홀에 삽입되어 튜브 접촉부와 결합된 복수의 열교환매체 튜브; 를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 서로 인접한 튜브 접촉부들 사이에는 그루브가 형성되고, 상기 그르부 중 적어도 일부는 상기 오목부와 같은 방향으로 오목한 함몰부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 함몰부는 함몰부가 아닌 그루브의 나머지 부분보다 탱크의 반대쪽으로 더 돌출될 수 있다.
또한, 상기 함몰부와 오목부의 폭은 서로 동등한 수준으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 함몰부와 오목부의 요입된 깊이는 서로 동등한 수준으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 함몰부와 오목부는 동시에 형성될 수 있다.
또한, 상기 튜브 접촉부의 폭방향 양단에는 상면이 평평한 직선부가 형성되고, 상기 양단의 직선부 사이에 오목부가 배치될 수 있다.
또한, 상기 직선부의 돌출된 높이는 상기 오목부의 돌출된 높이보다 더 높게 형성될 수 있다.
또한, 상기 튜브 접촉부의 폭방향 양단의 직선부와 오목부는 경사지게 연결될 수 있다.
또한, 상기 튜브 접촉부의 폭방향 양단에는 상면이 평평한 직선부가 없으며, 상기 튜브 접촉부의 폭방향 양단은 오목부와 경사지게 연결될 수 있다.
또한, 길이방향으로 양단에 위치한 튜브 접촉부의 바깥쪽에는 그루브 및 오목부가 없이 베이스부가 존재할 수 있다.
또한, 상기 헤더는, 상기 베이스부를 관통하는 더미튜브 삽입홀이 형성되고 상기 더미튜브 삽입홀의 둘레에서 탱크를 향하여 돌출 형성된 더미튜브 접촉부를 더 포함하고, 상기 더미튜브 접촉부 및 더미튜브 접촉부에 인접한 길이방향 양측은 폭방향 중앙부에서 양단으로 가면서 하측으로 경사지게 형성될 수 있다.
또한, 상기 더미튜브 접촉부의 폭방향 양단은 중앙부보다 돌출된 높이가 낮게 형성될 수 있다.
또한, 상기 베이스부의 길이방향 양측에 복수의 튜브 접촉부가 배치되고 길이방향 양측 사이에 더미튜브 접촉부가 배치될 수 있다.
또한, 상기 헤더는 베이스부의 둘레를 따라 하측으로 오목하게 가스켓 안착홈이 형성되고, 상기 가스켓 안착홈의 바깥쪽 테두리를 따라 탱크 결합부가 형성되며, 상기 헤더의 가스켓 안착홈에 둘레부가 삽입되고 상기 둘레부를 폭방향으로 연결하며 상기 헤더의 더미튜브 접촉부에 인접하여 배치된 한 쌍의 브리지를 포함하는 가스켓; 을 더 포함하고, 상기 탱크는 헤더의 가스켓 안착홈에 하단이 삽입되어 헤더의 탱크 결합부에 결합되며, 상기 탱크는 내측에 한 쌍의 배플이 일체로 형성되어 상기 배플이 브리지에 밀착되어 결합될 수 있다.
또한, 상기 헤더의 더미튜브 삽입홀에 삽입되어 더미튜브 접촉부와 결합된 더미튜브; 및 상기 복수의 열교환매체 튜브의 사이에 개재된 방열핀; 을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 열교환기는 헤더와 튜브의 접합 면적이 증대되어, 열 및 충격 등에 의해 튜브에 작용하는 응력을 저감시킬 수 있는 장점이 있다.
이에 따라 헤더와 튜브의 접합부에서 크랙에 의한 누수발생 가능성을 줄일 수 있으며, 열교환기의 수명을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 일체형 열교환기용 헤더탱크 및 헤더를 나타낸 사시도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환기의 헤더를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환기의 헤더를 나타낸 상측 평면도이다.
도 6 내지 도 9는 도 5의 AA', BB', CC' 단면을 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 열교환기의 헤더를 나타낸 사시도이다.
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 열교환기의 헤더를 나타낸 상측 평면도이다.
도 12 및 도 13은 도 11의 DD', EE' 단면을 나타낸 단면도이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기를 나타낸 분해사시도 및 조립사시도이다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 열교환기를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환기의 헤더를 나타낸 사시도 및 상측 평면도이며, 도 6 내지 도 9는 도 5의 AA', BB', CC' 단면을 나타낸 단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 헤더(110)는 크게 베이스부(110-1), 튜브 삽입홀(112)이 형성된 튜브 접촉부(113) 및 오목부(113-1)를 포함할 수 있으며, 가스켓 안착홈(111) 및 탱크 결합부(111-1)를 더 포함할 수 있다.
우선, 헤더(110)는 프레스를 이용해 한 장의 금속 판재를 소성 변형시키는 가공을 하여 일체로 형성될 수 있다. 그리고 헤더(110)는 대략적인 형상이 폭에 비해 상대적으로 길이가 긴 장방형으로 형성될 수 있다.
베이스부(110-1)는 기준이 되는 부분이며, 베이스부(110-1)를 기준으로 튜브 접촉부(113)가 상측인 탱크쪽을 향해 돌출 형성되고 그루브(115)가 하측인 튜브 접촉부(113)가 돌출된 반대방향으로 오목하게 형성될 수 있다. 즉, 베이스부(110-1)는 튜브 접촉부(113)와 그루브(115)가 만나는 부분이 될 수 있다. 그리고 도시된 바와 같이 베이스부(110-1)는 매우 미소한 부분으로 형성될 수 있으며, 헤더(110)의 크기나 튜브 접촉부(113)들 사이의 간격 등에 따라 베이스부(110-1)가 거의 없거나 상대적으로 넓은 면적을 갖게 형성될 수도 있다.
가스켓 안착홈(111)은 이후에 설명할 가스켓이 삽입되어 안착되는 부분이며, 가스켓 안착홈(111)은 베이스부(110-1)의 둘레 전체를 따라 하측으로 오목하게 형성될 수 있다. 그리고 가스켓 안착홈(111)은 그루브(115)보다 더 하측으로 오목하게 형성될 수 있다.
탱크 결합부(111-1)는 헤더(110)에 탱크(130)를 결합하여 고정시킬 수 있는 부분이며, 탱크 결합부(111-1)는 가스켓 안착홈(111)의 바깥쪽 테두리를 따라 형성될 수 있다. 일례로 탱크 결합부(111-1)는 가스켓 안착홈(111)의 바깥쪽 테두리 상단에서 상측으로 돌출 형성되며, 복수의 탱크 결합부(111-1)가 가스켓 안착홈(111)의 바깥쪽 테두리를 전체를 따라가면서 서로 이격되어 배열될 수 있다.
튜브 접촉부(113)는 내부를 따라 열교환매체가 유동되는 열교환매체 튜브가 삽입되어 브레이징에 의해 접합됨으로써 헤더(110)와 열교환매체 튜브를 연결시켜주는 부분이다. 튜브 접촉부(113)에는 튜브 삽입홀(112)이 형성되어 있고, 열교환매체 튜브는 튜브 삽입홀(112)에 삽입될 수 있다. 그리고 튜브 접촉부(113)는 튜브 삽입홀(112)의 둘레에서 상측으로 돌출된 형태로 형성될 수 있다. 또한, 튜브 접촉부(113)는 복수로 형성되어 복수의 튜브 접촉부(113)가 길이방향으로 이격되어 배열될 수 있다.
오목부(113-1)는 튜브 접촉부(113)의 폭방향 양단 사이에 형성되며, 오목부(113-1)는 튜브 접촉부(113)의 상단에서 하측으로 오목하게 형성될 수 있다.
그리하여 헤더의 튜브 접촉부와 열교환매체 튜브의 접촉 면적(접합 면적)이 증대되어 열 및 충격 등에 의해 튜브에 작용하는 응력을 저감시킬 수 있다. 이에 따라 헤더와 튜브의 접합부에서 크랙에 의한 누수발생 가능성을 줄일 수 있으며, 열교환기의 수명을 증가시킬 수 있다.
또한, 서로 이웃하여 인접한 튜브 접촉부(113)들의 사이에는 베이스부(110-1)를 기준으로 하측으로 오목하게 그루브(115)가 형성되며, 그루브(115)에는 튜브 접촉부(113)에 형성된 오목부(113-1)에 대응되게 하측으로 오목한 함몰부(115-1)가 형성될 수 있다. 그리하여 오목부(113-1)의 깊이를 상대적으로 깊게 형성할 수 있어, 튜브 접촉부(113)와 열교환매체 튜브와의 접촉 면적을 더욱 증대시킬 수 있다. 그리고 급격한 곡면 발생을 줄여서 프레스 성형 시 형상에 따른 소재의 두께를 균일하게 관리하는데 유리할 수 있다. 또한, 그루브(115)의 폭방향 양단은 바닥면이 폭방향과 수평인 수평부(115-2)가 형성되고, 수평부(115-2)들의 사이에 함몰부(115-1)가 형성될 수 있다.
또한, 튜브 접촉부(113)의 폭방향 양단에는 상면이 평평한 직선부(113-2)가 형성되고, 직선부(113-2)의 사이에 오목부(113-1)가 형성될 수 있다. 그리고 직선부(113-2)와 오목부(113-1)는 경사지게 연결될 수 있다. 즉, 폭방향 양측의 직선부(113-2)에서 가운데의 오목부(113-1) 쪽으로 가면서 하측으로 경사진 형태로 연결될 수 있다. 그리하여 튜브 접촉부(113)와 열교환매체 튜브와의 접촉 면적을 더욱 증대시킬 수 있다.
또한, 튜브 접촉부(113)의 폭방향 양단의 직선부(113-2)는 가스켓 안착홈(111)에 인접하게 배치될 수 있다. 그리하여 열 또는 진동에 대한 충격이 큰 헤더(110)의 가장자리쪽에 상대적으로 열교환매체 튜브와의 접합 면적이 넓은 직선부(113-2)가 위치하므로 응력을 줄일 수 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 열교환기의 헤더를 나타낸 사시도 및 상측 평면도이고, 도 12 및 도 13은 도 11의 DD', EE' 단면을 나타낸 단면도이다.
도시된 바와 같이 튜브 접촉부(113)의 폭방향 양단은 가스켓 안착홈(111)에서 폭방향 내측으로 이격되게 형성될 수 있다. 즉, 튜브 접촉부(113)의 폭방향 양단에는 상면이 평평한 직선부가 없으며, 튜브 접촉부(113)의 폭방향 양단은 오목부(113-1)와 곧바로 경사지게 연결될 수 있다. 그리하여 열 또는 진동에 대한 충격이 큰 헤더(110)의 가장자리 쪽으로부터 이격된 위치에 튜브 접촉부(113)가 배치되므로 응력을 줄일 수 있다.
또한, 도 9를 참조하면 본 발명의 제1실시예 및 제2실시예 모두에서 헤더(110)의 길이방향으로 양단에 위치한 튜브 접촉부(113)의 바깥쪽에는 그루브 및 오목부가 없이 베이스부(110-1)가 존재할 수 있다. 그리하여 헤더(110)의 가스켓 안착홈(111)에 가스켓을 삽입하고 탱크(130)를 결합할 때, 가스켓의 이탈에 의한 가스켓 씹힘을 방지할 수 있다.
그리고 본 발명의 열교환기용 헤더(110)는 더미튜브 접촉부(117)를 더 포함할 수 있으며, 더미튜브 접촉부(117)에는 더미튜브 삽입홀(116)이 형성되어 있고, 더미튜브는 더미튜브 삽입홀에 삽입될 수 있다. 그리고 더미튜브 접촉부(117)는 더미튜브 삽입홀(116)의 둘레에서 상측으로 돌출된 형태로 형성될 수 있다. 또한, 더미튜브 접촉부(117)는 복수로 형성되어 더미튜브 접촉부(117)가 길이방향으로 이격되어 배열될 수 있다. 또한, 튜브 접촉부(113)들이 헤더(110)의 길이방향 양측에 배치되고 그 사이에 더미튜브 접촉부(117)가 배치될 수 있다. 또한, 더미튜브 접촉부(117) 및 더미튜브 접촉부(117)에 인접한 길이방향 양측인 더미튜브 접촉부(117)들의 사이는 폭방향 중앙부에서 폭방향 양단쪽으로 가면서 하측으로 경사지게 형성될 수 있다. 그리고 더미튜브 접촉부(117)에 인접한 길이방향 양측의 폭방향 양단은 가스켓 안착홈(111)의 바닥면에 경사지게 연결될 수 있다.
그리하여 튜브 접촉부(113)들이 형성된 영역과 더미튜브 접촉부(117)들이 형성된 영역의 복합적인 구조에 의해 헤더(110)와 튜브들의 접합부에 작용하는 열응력을 저감시킬 수 있다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기를 나타낸 분해사시도 및 조립사시도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 열교환기를 구성하는 헤더탱크(100)는, 상기 헤더(110), 가스켓(120) 및 배플(140)이 구비된 탱크(130)를 포함하여 이루어질 수 있다.
가스켓(120)은 둘레부(121) 및 한 쌍의 브리지(122)를 포함할 수 있다. 둘레부(121)의 전체적인 형상은 헤더(110)의 가스켓 안착홈(111)에 대응되는 형태로 형성될 수 있으며, 둘레부(121)의 단면은 원형으로 형성될 수 있다. 그리고 한 쌍의 브리지(122)는 둘레부(121)를 폭방향으로 연결하며, 한 쌍의 브리지(122)는 더미튜브 접촉부(117)를 사이에 두고 양쪽으로 배치될 수 있는 형태로 형성될 수 있다. 또한, 한 쌍의 브리지(122)는 납작한 띠 형태로 형성될 수 있다.
탱크(130)는 헤더(110)와 결합되어 내부에 열교환매체가 저장 및 유동되는 공간을 형성하는 부분이며, 탱크(130)는 용기를 엎어놓는 형태로 형성되어 하단인 테두리부분에 풋부(131)가 돌출 형성될 수 있다. 풋부(131)는 헤더(110)의 가스켓 안착홈(111)에 삽입되며, 풋부(131)와 가스켓 안착홈(111)의 사이에 가스켓(120)의 둘레부(121)가 개재된 상태에서 헤더(110)의 탱크 결합부(111-1)를 풋부(131)쪽으로 눌러 절곡해서 헤더(110)에 탱크(130)가 결합 및 고정될 수 있다. 그리고 탱크(130)에는 한 쌍의 배플(140)이 일체로 형성될 수 있으며, 배플(140)은 브리지(122)에 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 또한, 헤더(110)에 가스켓(120)을 조립한 후 탱크(130)를 결합할 때, 배플(140)과 헤더(110) 사이에 브리지(122)가 눌려서 밀착될 수 있다.
그리하여 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 헤더탱크(100)는 한 쌍의 배플(140)을 기준으로 길이방향 양측에 유동되는 열교환매체가 서로 섞이지 않고 유동될 수 있다. 그리고 한 쌍의 배플(140) 사이의 공간은 열교환매체가 존재하지 않아 양쪽의 열을 차단하는 역할을 할 수 있다.
또한, 본 발명의 열교환기(1000)는 크게 한 쌍의 헤더탱크(100), 복수의 열교환매체 튜브(200), 더미튜브(300) 및 복수의 방열핀(400)을 포함하여 이루어질 수 있다.
헤더탱크(100)는 열교환매체가 유동되는 유로를 형성하며, 일정거리 이격되어 나란하게 배치될 수 있다. 그리고 헤더탱크(100)의 탱크에는 열교환매체가 유입되는 입구 파이프 및 배출되는 출구 파이프가 형성될 수 있다.
열교환매체 튜브(200)는 헤더탱크(100)의 헤더(110)에 형성된 튜브 삽입홀(112)에 삽입된 후 브레이징 등에 의해 양단이 고정되어 열교환매체 유로를 형성하며, 열교환매체가 통과하며 열교환을 일으키는 부분이다.
더미튜브(300)는 헤더탱크(100)의 헤더(110)에 형성된 더미튜브 삽입홀(116)에 삽입된 후 브레이징 등에 의해 양단이 고정될 수 있다. 그리고 더미튜브(300)는 양단이 막혀있는 형태일 수 있으며, 더미튜브(300)의 내부에는 열교환매체가 유동되지 않을 수 있다.
방열핀(400)은 열교환매체 튜브(200)들의 사이에 개재되어 브레이징 등으로 결합될 수 있으며, 방열핀(400)은 방열 면적을 넓게 하여 열교환 효율을 높이는 역할을 할 수 있다. 그리고 방열핀(400)은 더미튜브(300)들의 사이에 개재될 수도 있으며, 방열핀(400)은 더미튜브(300)와 열교환매체 튜브(200)의 사이에 개재될 수도 있다.
그리하여 본 발명의 열교환기는 배플(140) 및 더미튜브(300)를 기준으로 길이방향 일측에 제1열교환부(1000-1)가 형성되고 타측에 제2열교환부(1000-2)가 형성될 수 있다. 그리고 제1열교환부(1000-1)와 제2열교환부(1000-2)에는 각각 입구 파이프와 출구 파이프가 형성되어, 제1열교환부(1000-1)의 내부와 제2열교환부(1000-2)의 내부에 서로 다른 열교환매체가 유동되거나 서로 온도가 다른 열교환매체가 유동될 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]
1000 : 열교환기, 1000-1 : 제1열교환부, 1000-2 : 제2열교환부,
100 : 헤더탱크, 110 : 헤더, 110-1 : 베이스부,
111 : 가스켓 안착홈, 111-1 : 탱크 결합부, 112 : 튜브 삽입홀,
113 : 튜브 접촉부, 113-1 : 오목부, 113-2 : 직선부,
115 : 그루브, 115-1 : 함몰부, 115-2 : 수평부,
116 : 더미튜브 삽입홀, 117 : 더미튜브 접촉부,
120 : 가스켓, 121 : 둘레부, 122 : 브리지,
130 : 탱크, 131 : 풋부, 140 : 배플,
200 : 열교환매체 튜브, 300 : 더미튜브, 400 : 방열핀

Claims (16)

  1. 베이스부, 상기 베이스부를 관통하는 튜브 삽입홀이 형성되고 상기 튜브 삽입홀의 둘레에서 탱크를 향하여 돌출 형성되며 길이방향으로 이격되어 배열된 복수의 튜브 접촉부, 및 상기 복수의 튜브 접촉부 중 적어도 일부에는 폭방향 양단 사이에 상기 튜브 접촉부가 돌출된 반대방향으로 오목하게 형성된 오목부를 포함하는 헤더;
    상기 헤더와 결합되어 내부에 열교환매체가 저장 및 유동되는 공간을 형성하는 탱크; 및
    상기 헤더의 튜브 삽입홀에 삽입되어 튜브 접촉부와 결합된 복수의 열교환매체 튜브;
    를 포함하여 이루어지는 열교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    서로 인접한 튜브 접촉부들 사이에는 그루브가 형성되고, 상기 그르부 중 적어도 일부는 상기 오목부와 같은 방향으로 오목한 함몰부가 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 함몰부는 함몰부가 아닌 그루브의 나머지 부분보다 탱크의 반대쪽으로 더 돌출된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 함몰부와 오목부의 폭은 서로 동등한 수준으로 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 함몰부와 오목부의 요입된 깊이는 서로 동등한 수준으로 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 함몰부와 오목부는 동시에 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 튜브 접촉부의 폭방향 양단에는 상면이 평평한 직선부가 형성되고, 상기 양단의 직선부 사이에 오목부가 배치된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 직선부의 돌출된 높이는 상기 오목부의 돌출된 높이보다 더 높은 것을 특징으로 하는 열교환기.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 튜브 접촉부의 폭방향 양단의 직선부와 오목부는 경사지게 연결된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 튜브 접촉부의 폭방향 양단에는 상면이 평평한 직선부가 없으며, 상기 튜브 접촉부의 폭방향 양단은 오목부와 경사지게 연결된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  11. 제1항에 있어서,
    길이방향으로 양단에 위치한 튜브 접촉부의 바깥쪽에는 그루브 및 오목부가 없이 베이스부가 존재하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 헤더는, 상기 베이스부를 관통하는 더미튜브 삽입홀이 형성되고 상기 더미튜브 삽입홀의 둘레에서 탱크를 향하여 돌출 형성된 더미튜브 접촉부를 더 포함하고,
    상기 더미튜브 접촉부 및 더미튜브 접촉부에 인접한 길이방향 양측은, 폭방향 중앙부에서 양단으로 가면서 하측으로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 더미튜브 접촉부의 폭방향 양단은 중앙부보다 돌출된 높이가 낮은 것을 특징으로 하는 열교환기.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 베이스부의 길이방향 양측에 복수의 튜브 접촉부가 배치되고 길이방향 양측 사이에 더미튜브 접촉부가 배치된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 헤더는 베이스부의 둘레를 따라 하측으로 오목하게 가스켓 안착홈이 형성되고, 상기 가스켓 안착홈의 바깥쪽 테두리를 따라 탱크 결합부가 형성되며,
    상기 헤더의 가스켓 안착홈에 둘레부가 삽입되고 상기 둘레부를 폭방향으로 연결하며 상기 헤더의 더미튜브 접촉부에 인접하여 배치된 한 쌍의 브리지를 포함하는 가스켓; 을 더 포함하고,
    상기 탱크는 헤더의 가스켓 안착홈에 하단이 삽입되어 헤더의 탱크 결합부에 결합되며, 상기 탱크는 내측에 한 쌍의 배플이 일체로 형성되어 상기 배플이 브리지에 밀착되어 결합된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 헤더의 더미튜브 삽입홀에 삽입되어 더미튜브 접촉부와 결합된 더미튜브; 및
    상기 복수의 열교환매체 튜브의 사이에 개재된 방열핀;
    을 더 포함하여 이루어지는 열교환기.
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