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KR102151142B1 - 중공사를 이용한 열교환기 및 이의 제조방법 - Google Patents

중공사를 이용한 열교환기 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR102151142B1
KR102151142B1 KR1020150123972A KR20150123972A KR102151142B1 KR 102151142 B1 KR102151142 B1 KR 102151142B1 KR 1020150123972 A KR1020150123972 A KR 1020150123972A KR 20150123972 A KR20150123972 A KR 20150123972A KR 102151142 B1 KR102151142 B1 KR 102151142B1
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KR
South Korea
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heat exchanger
hollow fiber
curing agent
manufacturing
injection mold
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신현근
전영하
오광헌
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한온시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 중공사를 이용한 열교환기 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 미세한 홀을 갖는 중공사를 이용하여 기존 열교환기의 튜브를 구성하되, 양단에 경화제 주입몰드 이용하여 간단한 구조로 형성된 탱크부를 포함하여 형성되도록 함으로써, 제조가 용이하며, 일정 수준 이상의 방열 성능을 유지하는 동시에 경량화가 가능한 열교환기 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

중공사를 이용한 열교환기 및 이의 제조방법{Heat exchanger using hollow fiber and method for manufacturing the same}
본 발명은 중공사를 이용한 열교환기 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 미세한 홀을 갖는 중공사를 이용하여 기존 열교환기의 튜브를 구성하되, 양단에 경화제 주입몰드 이용하여 간단한 구조로 형성된 탱크부를 포함하여 형성되도록 함으로써, 제조가 용이하며, 일정 수준 이상의 방열 성능을 유지하는 동시에 경량화가 가능한 열교환기 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량에는 실내를 난방하기 위한 난방시스템이 설치되어 있다. 차량 실내의 난방을 목적으로 하는 상기 난방시스템은 엔진의 주위를 따라 흐르면서 가열된 냉각수가 히터코어를 거쳐 다시금 엔진으로 복귀되는 과정에서 블로어 유닛의 송풍팬에 의해 송풍되는 공기와 히터코어를 거치는 냉각수를 열교환시켜, 송풍공기를 온기상태로 하여 차량 실내로 토출시킴으로써 차량 실내를 난방한다.
도 1은 종래의 히터코어를 나타낸 것이고, 도 2는 일반적인 차량의 냉각수 유통을 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이 상기 히터코어는 제 1헤더탱크(110) 및 제 2헤더탱크(120)와, 상기 제 1헤더탱크(110) 및 제 2헤더탱크(120) 사이에 끼워져 고정되며 냉각수 유로를 형성하는 다수개의 튜브(131)와 상기 튜브(132) 사이에 구비되는 방열핀(140)으로 구성된 코어부(130)와, 상기 제 1헤더탱크(110) 또는 제 2헤더탱크(120)에 형성되고 냉각수가 유입되는 입구 파이프(160)와 상기 냉각수가 배출되는 출구 파이프(170)로 구성되어 있다.
상기와 같은 구조의 히터코어(100)는, 제1헤더탱크(110)의 일측에 형성된 입구 파이프(160)를 통해 엔진(105)으로부터 가열된 고온의 냉각수가 유입되고 이렇게 유입된 고온의 냉각수는 상기 튜브(131)를 통해 이동하며, 상기 방열핀(132)과 블로워 유닛(106)을 통해 공급되는 외부공기와 열교환을 거친 후 상기 출구 파이프(170)를 통해 다시금 엔진(105)으로 배출되는 구조로 되어 있다.
관련 기술로는 국내등록특허 제100683215호(명칭 : 차량용 히터코어유닛, 등록일 : 2007.02.08)가 있다.
한편, 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, 도 1 및 도 2와 같은 구조의 히터코어는 핀-튜브 타입의 열교환기로, 대부분 알루미늄으로 제조되는데, 알루미늄의 높은 열전도율로 인해 열교환 성능은 높지만 알루미늄의 비중으로 인해 열교환기 자체의 중량 또한 높아 연비 악화의 요인이 되기도 한다.
따라서 알루미늄 소재를 이용한 핀-튜브 타입의 열교환기를 대체할 수 있는 새로운 타입의 열교환기 개발이 필요한 실정이다.
국내등록특허 제100683215호(명칭 : 차량용 히터코어유닛, 등록일 : 2007.02.08)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 미세한 홀을 갖는 중공사를 이용하여 기존 열교환기의 튜브를 구성하되, 양단에 경화제 주입몰드 이용하여 간단한 구조로 형성된 탱크부를 포함하여 형성되도록 함으로써, 제조가 용이하며, 일정 수준 이상의 방열 성능을 유지하는 동시에 경량화가 가능한 열교환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 중공사를 이용한 열교환기 제조방법은 둘레면 일정 영역이 개방된 중공사삽입부가 길이방향으로 연장 형성되는 튜브 형태의 경화제 주입몰드와 중공사를 준비하는 준비 단계; 상기 경화제 주입몰드의 중공사삽입부에 다단으로 중공사를 삽입하는 중공사 삽입 단계; 상기 경화제 주입몰드에 경화제를 주입하여 경화시키는 경화제 주입 단계; 상기 경화제 주입몰드를 분리시키는 몰드 분리 단계; 및 상기 경화제 주입몰드 내에서 경화된 기둥 형태의 탱크 형성부를 드릴링 하여 길이방향으로 양단이 관통된 탱크부를 형성하는 탱크부 형성 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이를 통해, 본 발명의 열교환기 제조방법은 별도의 헤더 및 탱크를 제조하는 공정 없이 중공사의 실링을 위한 경화제 주입 공정을 활용하여 탱크부를 형성할 수 있어 제조공정이 간소화될 수 있다는 장점이 있다.
이때, 상기 준비 단계에서는 길이방향으로 양측 단부가 개방된 원통형 또는 사각기둥 형태의 상기 경화제 주입몰드가 준비될 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 열교환기 제조방법을 통해 제조되는 열교환기의 탱크부 형태는 원통형 외에도 직사각형, 오각형 등 다각형의 형태로 다양하게 변경실시가 가능하다는 장점이 있다.
또한, 상기 경화제 주입 단계에서는 상기 경화제 주입몰드의 길이방향으로 일측에서 경화제가 주입되기 때문에, 상기 경화제 주입몰드를 수직방향으로 세워 경화제를 주입할 경우, 주입구에서부터 경화제가 중력방향으로 이동하면서 순차적으로 채워짐에 따라 경화제 주입방향으로 변경하지 않고도 경화제 주입몰드 내에 경화제를 충분히 채울 수 있다.
아울러, 상기 중공사 삽입 단계에서는 중공사의 길이방향으로 양단이 각각 경화제 주입몰드에 삽입되도록 하여, 열교환매체가 유입되는 입구파이프가 연결되는 탱크부와, 배출되는 출구파이프가 연결되는 탱크부가 각각 형성되도록 할 수 있다.
또, 상기 탱크부 형성 단계에서는 상기 중공사삽입부에 삽입되어 경화제와 함께 경화된 중공사의 단부가 탱크 형성부를 드릴링 하는 과정에서 제거되어, 상기 경화제 주입 단계에서 경화제에 의해 막혔던 상기 중공사의 양단이 개방된다. 이를 통해, 중공사의 양단에 고정된 탱크부 내 유동되는 열교환매체는 상기 중공사를 따라 자유롭게 유동될 수 있다.
상술한 바와 같은 열교환기 제조방법을 이용하여 제조된 열교환기는 일정거리 이격되어 나란하게 형성되며, 열교환매체가 유입 또는 배출되는 한 쌍의 탱크부; 및 상기 탱크부에 양단이 고정되어 내부에 열교환매체가 유동되며, 다단의 중공사로 이루어진 코어부; 를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 탱크부는 상기 경화제 주입몰드의 형태에 따라 내부가 중공되며, 양단이 개방된 원통형 또는 사각기둥 형태로 형성될 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 열교환기는 기존 알루미늄으로 제조된 열교환기와 마찬가지로 열교환매체가 유입 및 배출되는 한 쌍의 헤더탱크와, 상기 헤더탱크에 양단이 고정된 튜브에 대응되는 구성을 가질 수 있어, 동등 수준의 방열성능은 유지한 채, 튜브를 중공사로 대체함에 따라 감소하는 중량으로 인해 경량화를 도모할 수 있다. 또, 본 발명의 열교환기는 상기 코어부가 중공사로 이루어지기 때문에 중공사의 자유로운 길이 조절이 가능하며, 경화제 주입몰드 제작 공정이 간편하기 때문에 기존 알루미늄 열교환기의 금형 제작 공정을 삭제할 수 있어 제품의 원가절감에 기여할 수 있다는 장점이 있다.
아울러, 상기 코어부는 서로 이웃한 중공사 간에 간극이 형성되는 것이 바람직한데, 이를 통해 중공사 사이로 외부 공기가 유동됨으로써, 중공사 내부에 유동되는 열교환매체와 열교환이 활발하게 이루어져 방열성능을 향상시킬 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 중공사를 이용한 열교환기 및 이의 제조방법은 미세한 홀을 갖는 중공사를 이용하여 기존 열교환기의 튜브를 구성하되, 양단에 경화제 주입몰드 이용하여 간단한 구조로 형성된 탱크부를 포함하여 형성되도록 함으로써, 제조가 용이하며, 일정 수준 이상의 방열 성능을 유지하는 동시에 경량화가 가능하다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 차량용 히터코어를 나타낸 사시도.
도 2는 일반적인 차량의 냉각수 유통을 나타낸 예시도.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 중공사를 이용한 열교환기를 개략적으로 나타낸 정면도 및 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 열교환기 제조방법을 단계별로 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 열교환기 제조방법에서 사용되는 또 다른 경화제 주입몰드를 나타낸 사시도.
도 7은 도 6의 경화제 주입몰드를 사용했을 때 제조되는 열교환기의 일실시예를 나타낸 사시도.
도 8은 본 발명에 따른 열교환기 제조방법을 나타낸 순서도.
이하, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 중공사를 이용한 열교환기 및 이의 제조방법을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
본 발명은 중공사를 이용한 열교환기(10) 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 알루미늄으로 헤더탱크 및 튜브가 제조되었던 열교환기(10)보다 제조가 간편하며, 중량이 감소된 것을 가장 큰 특징으로 한다.
먼저, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 열교환기 제조방법은 준비 단계(S100), 중공사 삽입 단계(S200), 경화제 주입 단계(S300), 몰드 분리 단계(S400), 및 탱크부 형성 단계(S500)를 포함한다.
이에 앞서, 설명의 편의를 위해 본 발명의 열교환기 제조방법을 통해 제조하고자 하는 열교환기(10)의 구성에 대해 살펴보면, 본 발명의 열교환기(10)는 크게, 탱크부(11) 및 코어부(12)를 포함하여 형성된다.
상기 탱크부(11)는 기존 열교환기(10)에서 헤더탱크에 대응되는 것으로, 한 쌍의 탱크부(11)가 일정거리 이격되어 나란하게 형성되며, 열교환매체가 유입되는 입구측 탱크부(11)와, 열교환매체가 배출되는 출구측 탱크부(11)로 이루어질 수 있다.
상기 탱크부(11)는 경화제로 이루어지는 것으로, 후술되는 경화제 주입몰드(20)의 형태에 따라, 내부가 중공되며, 양단이 개방된 원통형, 사각기둥 또는 다각기둥 형태로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 경화제는 실리콘, 폴리머 또는 엔지니어링 플라스틱 중 어느 하나일 수 있으며, 이외에도 얼마든지 다른 재료로 변경실시가 가능하다.
상기 탱크부(11)의 양단은 엔드캡에 의해 밀폐될 수도 있으며, 조립 후 경화제에 의해 밀폐될 수도 있고, 이외에도 밀폐방법 및 수단은 다양하게 변경실시가 가능하다.
상기 코어부(12)는 상기 탱크부(11)에 양단이 고정되어 내부에 열교환매체가 유동되며, 다단의 중공사(13)로 이루어진다. 즉, 상기 코어부(12)는 핀-튜브 타입의 열교환기(10)에서 핀 및 튜브에 대응되는 것으로, 내부에 유동되는 열교환매체와 외부 공기가 열교환 되는 영역을 의미한다.
특히, 본 발명의 열교환기(10)는 상기 코어부(12)가 중공사(13)로 이루어지는 것을 특징으로 하는데, 상기 중공사(13)는 수~수백㎛ 정도의 미세 홀(14)이 내부에 길이방향으로 적어도 하나 이상 길게 형성되는 되는 것으로, 기존에는 각종 필터 또는 인공신장에서 흔히 사용되었으며, 폴리머 또는 폴리프로필렌 등으로 제조된 화학 섬유를 의미한다. 이에 따라, 본 발명의 열교환기(10)는 기존의 알루미늄으로 이루어진 열교환기(10)에 비해 무게를 약 30%정도 감소시킬 수 있다.
이때, 상기 코어부(12)는 열교환기(10)의 길이방향으로는 물론, 너비방향으로도 다단으로 적층된 중공사(13)에 의해 형성될 수 있는데, 다단으로 적층된 중공사(13)들이 일정 간격으로 이격되어 형성될 수 있다.
즉, 상기 코어부(12)는 서로 이웃한 중공사(13) 간에 간극이 형성되는 것이 바람직한데, 이를 통해 중공사(13) 사이로 외부 공기가 유동됨으로써, 중공사(13) 내부에 유동되는 열교환매체와 열교환이 활발하게 이루어져 방열성능을 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같은 구조를 갖는 열교환기(10)를 제조하기 위한 열교환기 제조방법에서 상기 준비 단계(S100)는, 둘레면 일정 영역이 개방된 중공사삽입부(21)가 길이방향으로 연장 형성되는 튜브 형태의 경화제 주입몰드(20)와 중공사(13)를 준비하는 단계이다.
상기 경화제 주입몰드(20)는 길이방향으로 양측 단부가 개방된 원통형 또는 다각기둥 형태로 형성되는데, 이 형태에 따라 열교환기(10)의 탱크부(11) 형태가 달라지므로 다양하게 변경실시가 가능하다.
이를 통해, 본 발명의 열교환기 제조방법을 통해 제조되는 열교환기(10)의 탱크부(11) 형태는 원통형 외에도 직사각형, 오각형 등 다각형의 형태로 다양하게 변경실시가 가능하다는 장점이 있다.
상기 경화제 주입몰드(20)의 중공사삽입부(21)는 상기 중공사(13)가 삽입되는 곳으로, 삽입하고자 하는 중공사(13) 두께 및 개수를 고려하여 이에 대응되도록 형성된다.
상기 경화제 주입몰드(20)는 도 5(a) 및 도 6(a)과 같이 상기 중공사삽입부(21)가 길이방향으로 연장 형성 될 수도 있으며, 도 6(b)과 같이 상기 중공사삽입부(21)가 길이방향으로 일정간격 이격되어 다수개 형성될 수도 있다.
도 6(b)과 같은 중공사삽입부(21)를 갖는 경화제 주입몰드(20)를 이용하여 제조되는 열교환기(10)는 코어부(12)를 이루는 중공사(13)들이 너비방향으로 다단으로 형성되되, 길이방향으로 일정간격 이격되도록 형성되어 외부 공기와의 열교환이 보다 활발하게 이루어지도록 할 수 있다는 장점이 있다.
상기 중공사 삽입 단계(S200)에서는 상기 경화제 주입몰드(20)의 중공사삽입부(21)에 다단으로 중공사(13)가 삽입되며, 상기 경화제 주입 단계(S300)에서는 상기 경화제 주입몰드(20)에 경화제를 주입되도록 한 다음, 이를 경화시킨다.
이때, 상기 경화제 주입 단계(S300)에서는 상기 경화제 주입몰드(20)의 길이방향으로 일측에서 경화제가 주입되기 때문에, 상기 경화제 주입몰드(20)를 수직방향으로 세워 경화제를 주입할 경우, 주입구에서부터 경화제가 중력방향으로 이동하면서 순차적으로 채워짐에 따라 경화제 주입방향을 변경하지 않고도 경화제 주입몰드(20) 내에 경화제를 충분히 채울 수 있다.
다음으로, 상기 몰드 분리 단계(S400)에서는 경화된 경화제와 상기 경화제 주입몰드를 분리시킨다.
또, 상기 탱크부 형성 단계(S500)에서는 상기 중공사삽입부(21)에 삽입되어 경화제와 함께 경화된 중공사(13)의 단부가 탱크 형성부를 드릴링 하는 과정에서 제거되어, 상기 경화제 주입 단계(S300)에서 경화제에 의해 막혔던 상기 중공사(13)의 양단이 개방된다.
즉, 상기 경화제 주입 단계(S300)에서 상기 경화제 주입몰드(20) 내로 주입된 경화제는 탱크부(11)를 형성하는 동시에, 상기 중공사(13)가 상기 탱크부(11) 양단에 고정되도록 하는 역할을 한다.
이때, 상기 중공사(13)에 형성된 미세 홀의 양단에는 약간의 경화제가 주입되어 이를 막게 되는데, 상기 탱크부 형성 단계(S500)에서 탱크 형성부를 드릴링 하는 과정에서, 막혀있던 미세 홀 양단이 제거됨에 따라, 자동적으로 상기 중공사(13) 양단이 개방된다.
따라서 상기 탱크부(11)와 상기 중공사(13)가 이루는 코어부(12)는 서로 연통되어 열교환매체 유로가 형성될 수 있으며, 열교환기(10)의 형태를 이루게 된다. 이를 통해, 중공사(13)의 양단에 고정된 탱크부(11) 내 유동되는 열교환매체는 상기 중공사(13)를 따라 자유롭게 유동될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 열교환기 제조방법은 별도의 헤더 및 탱크를 제조하는 공정 없이 중공사(13)의 실링을 위한 경화제 주입 공정을 활용하여 탱크부(11)를 형성할 수 있어 제조공정이 간소화될 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 열교환기(10)는 기존 알루미늄으로 제조된 열교환기(10)와 마찬가지로 열교환매체가 유입 및 배출되는 한 쌍의 헤더탱크와, 상기 헤더탱크에 양단이 고정된 튜브에 대응되는 구성을 가질 수 있어, 동등 수준의 방열성능은 유지한 채, 튜브를 중공사(13)로 대체함에 따라 감소하는 중량으로 인해 경량화를 도모할 수 있다.
또, 본 발명의 열교환기(10)는 상기 코어부(12)가 중공사(13)로 이루어지기 때문에 중공사(13)의 자유로운 길이 조절이 가능하며, 경화제 주입몰드(20) 제작 공정이 간편하기 때문에 기존 알루미늄 열교환기(10)의 금형 제작 공정을 삭제할 수 있어 제품의 원가절감에 기여할 수 있다는 장점이 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.
10 : 열교환기
11 : 탱크부 12 : 코어부
13 : 중공사 14 : 미세 홀
20 : 경화제 주입몰드
21 : 중공사삽입부
S100~S500 : 열교환기 제조방법의 각 단계.

Claims (8)

  1. 중공사를 이용한 열교환기의 제조방법에 있어서,
    둘레면 일정 영역이 개방된 중공사삽입부(21)가 길이방향으로 연장 형성되는 튜브 형태의 경화제 주입몰드(20)와 중공사(13)를 준비하는 준비 단계(S100);
    상기 경화제 주입몰드(20)의 중공사삽입부(21)에 다단으로 중공사(13)를 삽입하는 중공사 삽입 단계(S200);
    상기 경화제 주입몰드(20)에 경화제를 주입하여 경화시키는 경화제 주입 단계(S300);
    상기 경화제 주입몰드(20)를 분리시키는 몰드 분리 단계(S400); 및
    상기 경화제 주입몰드(20) 내에서 경화된 기둥 형태의 탱크 형성부를 드릴링 하여 길이방향으로 양단이 관통된 탱크부(11)를 형성하는 탱크부 형성 단계(S500); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 준비 단계(S100)에서는
    길이방향으로 양측 단부가 개방된 원통형 또는 다각기둥 형태의 상기 경화제 주입몰드(20)가 준비되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 경화제 주입 단계(S300)에서는
    상기 경화제 주입몰드(20)의 길이방향으로 일측에서 경화제가 주입되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 열교환기의 제조방법은
    상기 중공사 삽입 단계(S200)에서 중공사(13)의 길이방향으로 양단이 각각 경화제 주입몰드(20)에 삽입되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 탱크부 형성 단계(S500)에서는
    상기 중공사삽입부(21)에 삽입되어 경화제와 함께 경화된 중공사(13)의 단부가 탱크 형성부를 드릴링 하는 과정에서 제거되어,
    상기 경화제 주입 단계(S300)에서 경화제에 의해 막혔던 상기 중공사(13)의 양단이 개방되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 제조방법.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 의한 열교환기의 제조방법을 이용하여 제조된 열교환기(10)에 있어서,
    일정거리 이격되어 나란하게 형성되며, 열교환매체가 유입 또는 배출되는 한 쌍의 탱크부(11); 및
    상기 탱크부(11)에 양단이 고정되어 내부에 열교환매체가 유동되며, 다단의 중공사(13)로 이루어진 코어부(12); 를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 탱크부(11)는
    상기 경화제 주입몰드(20)의 형태에 따라 내부가 중공되며, 양단이 개방된 원통형 또는 다각기둥 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 코어부(12)는
    서로 이웃한 중공사(13) 간에 간극이 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
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