KR102182776B1 - 차량용 열교환기 - Google Patents

Abstract

열교환기는 서로 마주하는 한 쌍의 헤더 탱크, 상기 한 쌍의 헤더 탱크를 연결하는 복수의 튜브와 상기 튜브에 인접하게 배치되는 냉각 핀을 포함하는 코어, 그리고 상기 코어의 외측에 배치되는 보강 플레이트를 포함한다. 상기 보강 플레이트는 나머지 부분보다 증가된 길이방향 변형률을 가지도록 형성되는 길이방향 변형률 증가부를 구비한다. 길이방향 변형률 증가부가 구비됨으로써, 튜브의 열변형 시에 튜브에 고정된 보강 플레이트의 길이방향 변형이 보다 쉽게 이루어질 수 있게 되며 그에 의해 튜브와 보강 플레이트의 변형이 비슷한 정도로 이루어질 수 있어 냉각 핀과 보강 플레이트 사이의 브레이징 결합이 끊어지는 것을 방지할 수 있다.

Description

차량용 열교환기{Heat exchanger for vehicle}

본 발명은 차량용 열 교환기에 관한 것이다.

차량의 열교환기는 서로 마주하는 한 쌍의 헤더 탱크(header tank), 한 쌍의 헤더 탱크를 연결하는 복수의 튜브, 그리고 튜브 사이에 배치되는 냉각 핀을 포함한다. 이러한 열교환기에서 튜브와 냉각 핀이 상하로 적층되게 배열되어 코어를 형성하며, 이때 가장 위에 놓이는 냉각 핀의 상부 및 가장 아래에 놓이는 냉각 핀의 하부에 강성 확보를 위한 보강 플레이트(reinforcement plate)가 각각 배치된다. 보강 플레이트는 내압성 및 제작성 향상, 그리고 관련 부품의 지지 기능을 가진다.

일반적으로 튜브는 헤더 탱크에 구비되는 매니폴드에 삽입되고 삽입된 부분이 헤더 탱크의 접촉 부분과 용접에 의해 고정된다. 일반적으로 보강 플레이트는 브레이징 공정에 의해 헤더 탱크와 냉각 핀에 고정된다. 열교환기는 작용 특성 상 온도 상승과 저감을 지속적으로 겪게 되기 때문에 열에 의한 팽창과 수축을 반복하며 그에 의해 열응력을 지속적으로 받는다. 통상적으로 보강 플레이트는 알루미늄 재질로 형성되는 냉각 핀과 튜브에 비해 열팽창률이 작은 재질로 형성되기 때문에, 튜브의 열팽창에 의한 길이변화에 의한 열응력이 헤더 탱크와 결합된 튜브의 삽입된 부분에 집중되어 리크(leak)가 발생할 수 있는 문제를 가졌다.

이러한 문제를 해결하기 위해 기존에는 보강 플레이트의 횡방향으로의 자유 변형이 가능하도록 컷(cut)을 형성하는 방법이 사용되었다. 그러나 이러한 기존의 방법은 별도의 절단 공정이 추가되어야 해서 제조 비용의 상승을 야기할 뿐만 아니라 제조 공정 중 절단 부분이 튜브에 손상을 가할 수 있는 잠재적 품질 문제를 가졌다.

공개번호 특1998-082847호 (공개일: 1998년12월05일)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 보강 플레이트를 절단하지 않고 열응력의 집중을 완화할 수 있는 열교환기를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 열교환기는 서로 마주하는 한 쌍의 헤더 탱크, 상기 한 쌍의 헤더 탱크를 연결하는 복수의 튜브와 상기 튜브에 인접하게 배치되는 냉각 핀을 포함하는 코어, 그리고 상기 코어의 외측에 배치되는 보강 플레이트를 포함한다. 상기 보강 플레이트는 바닥, 상기 바닥의 양측 단에서 각각 절곡되어 연장되는 한 쌍의 측벽, 그리고 나머지 부분보다 증가된 길이방향 변형률을 가지도록 형성되는 길이방향 변형률 증가부를 구비한다. 상기 길이방향 변형률 증가부는 상기 바닥의 폭방향 양측 단을 연결하도록 형성되는 X자 형상의 슬롯, 상기 슬롯의 양측 단에 각각 연결되는 상태로 상기 한 쌍의 측벽에 각각 형성되는 복수의 관통홀, 그리고 상기 측벽의 일부로서 상기 각각의 관통홀의 상측 부분을 둘러싸며 상기 보강 플레이트의 폭방향으로 휘어져 상기 보강 플레이트의 길이방향으로 변형 가능하도록 형성되는 복수의 변형 벽을 포함한다.

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상기 변형 벽은 상기 보강 플레이트의 폭방향 내측으로 볼록하게 형성될 수 있다.

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본 발명에 의하면, 길이방향 변형률 증가부가 구비됨으로써, 튜브의 열변형 시에 튜브에 고정된 보강 플레이트의 길이방향 변형이 보다 쉽게 이루어질 수 있게 되며 그에 의해 튜브와 보강 플레이트의 변형이 비슷한 정도로 이루어질 수 있어 냉각 핀과 보강 플레이트 사이의 브레이징 결합이 끊어지는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열교환기를 개략적으로 보여주는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열교환기의 보강 플레이트의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열교환기의 보강 플레이트의 일부 평면도이다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 열교환기는 차량의 공조 장치에 사용될 수 있는 열교환기이며, 열교환 매체의 흐름을 가능하게 하고 열교환 매체와 외부 공기와의 열교환이 일어날 수 있도록 구성된다.

도 1을 참조하면, 열교환기는 서로 마주하는 한 쌍의 헤더 탱크(header tank)(10, 20)를 포함한다. 각 헤더 탱크(10, 20)는 수직방향으로 연장되어 형성될 수 있으며 내부에서 열교환 매체를 수용할 수 있는 공간을 형성한다. 예를 들어, 헤더 탱크(10)는 열교환 매체가 유입되는 유입 탱크로 작용할 수 있고 다른 헤더 탱크(20)는 열교환 매체가 배출되는 배출 탱크로 작용할 수 있다. 이를 위해 유입 탱크인 헤더 탱크(10)는 열교환 매체가 유입될 수 있는 유입구(11)를 구비할 수 있고, 배출 탱크인 헤더 탱크(20)는 열교환 매체가 배출될 수 있는 배출구를 구비할 수 있다.

열교환을 수행하는 코어(30)가 헤더 탱크(10, 20) 사이에 배치된다. 코어(30)는 한 쌍의 헤더 탱크(10, 20)를 연결하는 복수의 튜브(31), 그리고 튜브(31)에 인접하게 배치되는 냉각 핀(32)을 포함할 수 있다. 도 1에는 튜브(31)와 냉각 핀(32)이 부분적으로 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 튜브(31)는 헤더 탱크(10, 20)를 연결하도록 횡방향으로 연장되며, 튜브(31)는 헤더 탱크(10, 20)에 형성되는 슬롯(23)에 삽입될 수 있다. 열교환 매체는 튜브(31)를 통해 유입 탱크인 헤더 탱크(10)에서 배출 탱크인 헤더 탱크(20)로 이동될 수 있다. 도 1에는 도시의 편의상 하나의 튜브(31)가 도시되어 있으나 복수의 튜브(31)가 구비될 수 있으며, 복수의 튜브(31)는 헤더 탱크(10, 20)에 구비되는 매니폴드 구조를 통해 수직방향으로 인접하게 배열되는 상태로 설치될 수 있다. 냉각 핀(32)은 튜브(31)의 양측에 밀착되도록 배치될 수 있으며, 튜브(31)의 길이방향을 따라 배열될 수 있다. 예를 들어, 냉각 핀(32)은 산(peak)과 골(valley)이 교대로 배열되는 형태를 가질 수 있으며 브레이징에 의해 튜브(31)와 결합될 수 있다. 그리고 최외곽 튜브(31)의 외측에는 최외곽 냉각 핀(32)이 배치되는데, 최외곽 냉각 핀(32)의 외측은 보강 플레이트(50)에 의해 지지된다.

보강 플레이트(50)는 코어(30)의 외측, 즉 상측 및 하측에 배치될 수 있다. 보강 플레이트(50)는 최외곽 냉각 핀(32)의 상측 및 하측을 각각 지지하도록 설치되어 전체적인 강성을 증가시킨다. 보강 플레이트(50)는 브레이징 공정에 의해 냉각 핀(32) 및 헤더 탱크(10, 20)에 결합될 수 있다.

보강 플레이트(50)는 나머지 부분보다 증가된 길이방향 변형률을 가지도록 형성되는 길이방향 변형률 증가부(150)를 구비한다. 즉 보강 플레이트(50)가 동일한 변형률을 가지는 것이 아니라 특정 구간이 나머지 구간보다 더 큰 길이방향 변형률을 갖도록 형성되는 것이다. 길이방향 변형률 증가부(150)가 구비됨으로써 보강 플레이트(50)에 고정된 튜브(31)의 열변형이 일어나는 경우 길이방향 변형률 증가부(150)의 변형이 발생하면서 보강 플레이트(50)와 튜브(31)가 함께 변형되면서 결합 상태를 유지할 수 있다. 이때, 길이방향 변형률 증가부(150)는 길이방향으로 완전히 절단되지 않도록 형성될 수 있다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 보강 플레이트(50)는 바닥(51), 그리고 바닥(51)의 폭방향 양측 단에서 각각 절곡되어 연장되는 한 쌍의 측벽(52)을 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 바닥(51)은 대략 일정한 폭을 가지며 두 개의 헤더 탱크(10, 20)를 연결하는 방향, 길이방향으로 연장되는 평평한 판 형상을 가질 수 있으며, 측벽(52)의 바닥(51)의 양측 단에서 대략 수직방향으로 연장될 수 있다. 바닥(51)의 하면은 브레이징에 의해 최외곽 냉각 핀(32)의 외측면에 고정될 수 있다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 길이방향 변형률 증가부(150)는 바닥(51)의 양측 단을 연결하도록 형성되는 슬롯(151), 그리고 슬롯(151)의 양측 단에 각각 연결되는 상태로 한 쌍의 측벽(52)에 각각 형성되는 한 쌍의 관통홀(153)을 포함할 수 있다.

이때, 슬롯(151)은 대략 X자 형상을 가질 수 있으며, 관통홀(153)은 X자를 구성하는 사선의 양측 단에 각각 구비될 수 있다. 즉 4개의 관통홀(153)이 구비될 수 있으며, 한 쪽 측벽(52)에 형성되는 2개의 관통홀(153)은 반대 쪽 측벽(52)에 형성되는 2개의 관통홀(153)과 길이방향으로 같은 위치에 각각 형성될 수 있다.

길이방향 변형률 증가부(150)는 측벽(52)의 일부로서 관통홀(153)의 상측 부분을 둘러싸는 변형벽(155)을 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 변형벽(155)은 보강 플레이트(50)의 폭방향으로 휘어져 형성된다. 변형벽(155)은 보강 플레이트(50)의 폭방향 내측으로 볼록하게 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 길이방향 변형률 증가부(150)가 구비됨으로써, 튜브(31)의 열변형 시에 튜브(31)에 고정된 보강 플레이트(50)의 길이방향 변형이 보다 쉽게 이루어질 수 있게 되며 그에 의해 튜브(31)와 보강 플레이트(50)의 변형이 비슷한 정도로 이루어질 수 있어 냉각 핀(31)과 보강 플레이트(50) 사이의 브레이징 결합이 끊어지는 것을 방지할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.

10, 20: 헤더 탱크
11: 유입구
21: 배출구
30: 코어
31: 튜브
32: 냉각 핀
50: 보강 플레이트
150: 길이방향 변형률 증가부
151: 슬롯
153: 관통홀
155: 변형벽

Claims (5)

1. 서로 마주하는 한 쌍의 헤더 탱크,
   상기 한 쌍의 헤더 탱크를 연결하는 복수의 튜브와 상기 튜브에 인접하게 배치되는 냉각 핀을 포함하는 코어, 그리고
   상기 코어의 외측에 배치되는 보강 플레이트를 포함하고,
   상기 보강 플레이트는 바닥, 상기 바닥의 양측 단에서 각각 절곡되어 연장되는 한 쌍의 측벽, 그리고 나머지 부분보다 증가된 길이방향 변형률을 가지도록 형성되는 길이방향 변형률 증가부를 구비하며,
   상기 길이방향 변형률 증가부는
   상기 바닥의 폭방향 양측 단을 연결하도록 형성되는 X자 형상의 슬롯,
   상기 슬롯의 양측 단에 각각 연결되는 상태로 상기 한 쌍의 측벽에 각각 형성되는 복수의 관통홀, 그리고
   상기 측벽의 일부로서 상기 각각의 관통홀의 상측 부분을 둘러싸며 상기 보강 플레이트의 폭방향으로 휘어져 상기 보강 플레이트의 길이방향으로 변형 가능하도록 형성되는 복수의 변형 벽
   을 포함하는
   열교환기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에서,
   상기 변형 벽은 상기 보강 플레이트의 폭방향 내측으로 볼록하게 형성되는 열교환기.
5. 삭제

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