KR102817990B1

KR102817990B1 - 열교환기

Info

Publication number: KR102817990B1
Application number: KR1020200037308A
Authority: KR
Inventors: 오광헌; 유석종; 이상준; 채현근
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2025-06-09
Anticipated expiration: 2040-03-27
Also published as: KR20210120513A

Abstract

본 발명은 일 방향을 따라 서로 이격 배치되는 복수의 튜브를 포함하는 코어; 상기 튜브의 길이 방향 양단이 각각 삽입되되, 헤더 및 사이드플레이트를 포함하는 한 쌍의 헤더탱크; 및 유체가 유동되는 파이프를 고정하되, 상기 코어 및 헤더탱크 일 방향 일측에 배치되는 메인플레이트;를 포함하며, 복수의 상기 튜브의 양단은 한 쌍의 상기 헤더탱크 각각의 헤더에 고정되고, 상기 헤더와 결합되는 상기 사이드플레이트가 일 방향을 따라 연장되어, 상기 헤더탱크 내 유체가 일 방향을 따라 유동됨에 따라 유체의 누출을 방지하면서 조립강도가 높아지는 열교환기에 관한 것이다.

Description

열교환기{HEAT EXCHANGER}

본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 튜브, 헤더 및 플레이트 간의 결합구조를 포함하는 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기는, 내부를 순환하는 열교환매체가 외부로부터 흡열하거나 외부로 방열하는 방식으로 열교환을 수행하도록, 특정 유로 상에 설치되는 장치이다. 이러한 열교환기는 냉매를 열교환매체로 사용하는 응축기와 증발기, 그리고 냉각수를 열교환매체로 사용하는 라디에이터와 히터코어, 또한 엔진 및 변속기 등에서 사용된 오일을 열교환매체로 사용하는 오일쿨러 등 사용목적과 용도에 따라 다양하게 제작되고 있다.

이때 열교환기는 일반적으로, 내부 유체와 외부 유체 사이의 전열(傳熱)이 이루어지는 복수의 튜브의 양단에 헤더탱크가 결합되는 형태로 이루어진다. 그리고 상기 열교환기는 열교환매체가 유동되는 유입구 및 배출구를 고정하는 플레이트가 결합되고, 상기 유입구 및 배출구가 상기 헤더탱크와 연결되어 매니폴드 라인을 구축할 수 있다. 현재 이와 같은 열교환기에 대해서 다음과 같은 기술들이 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 특표2013-514313호("熱交換器", 이하 '선행문헌 1'이라 함.)에서는 도 1에서 도시된 바와 같이, 파이프가 고정된 하우징(10) 내에 튜브(11)가 배치되고, 상기 하우징(10)의 일면에 콜렉터(12) 및 플랜지(13)가 결합된다. 선행문헌 1에서는 튜브 타입의 열교환기를 개시하고 있으며, 이와 같은 튜브 타입 열교환기는 튜브 사이의 간격이 좁은 것이 보다 효율적으로 열교환할 수 있다. 하지만, 선행문헌 1의 구조는 튜브 사이의 간격이 좁아질수록 상기 콜렉터(12)의 튜브 삽입홀 사이의 격벽 또한 얇아지는 결과로 이어짐에 따라, 결합 시에 파손 가능성이 높아지는 문제점이 있다.

프랑스 공개특허공보 제3028931호("HEAT EXCHANGER WITH INCREASED SEALING", 이하 '선행문헌 2'라 함.)에서는 도 2에서 도시된 바와 같이, 튜브(20)의 측면에 결합되는 4개의 하우징 벽(21,22,23,24)를 포함하고, 이 중 22개의 하우징 벽(22,23) 상에는 튜브고정수단(25)을 포함하되, 상기 튜브(20)가 노출된 측으로 콜렉터(26)가 결합되는 기술이 개시되어 있다. 하지만, 선행문헌 2의 구조는 다수의 부품들이 열교환기의 밀봉 외피를 형성함에 따라, 부품 간의 연결 부위에서 유체가 누출되는 위험성이 높아지는 문제점이 있다.

프랑스 공개특허공보 제2855604호("EXCHANGER OF HEAT HAS PLATES COMPRISING an ELEMENT Of OBTURATION OF the ESCAPES OF GAS has FEFROIDIR", 이하 '선행문헌 3'이라 함.)에서는 도 3에서 도시된 바와 같이, 상부케이스(31) 및 하부케이스(32)를 포함하는 케이스 내에 튜브(33)와 핀(34)으로 이루어진 코어가 배치되고, 상기 상부케이스(31)의 홀과 상기 튜브(33)의 홀이 연통되되, 상기 튜브(33)가 실링부재(를 통해 홀 부분이 밀폐되어 유체가 유동되는 기술이 개시되어 있다. 하지만, 선행문헌 3은 케이스와 핀 사이에 냉각유체의 누수방지구조를 채택함에 따라, 냉각유체의 압력 강하량이 증가되는 문제점이 있다.

미국 등록특허공보 제8016025호("Heat exchanger and method of mounting", 이하 '선행문헌 4'라 함.)에서는 도 4에서 도시된 바와 같이, 튜브(41)와 핀(42)으로 구성된 열교환기에서 상부플레이트(43) 상에 한 쌍의 파이프(44)가 결합되고, 상기 튜브(41)의 일면 측을 감싸는 실링부재(45)를 통해 상기 파이프(44)와 튜브 내부(41)가 연결되되 외부와는 차단되는 기술이 개시되어 있다. 하지만, 선행문헌 4 또한 냉각유체의 누수방지구조로 인하여, 냉각유체의 압력 강하량이 증가되는 문제점이 발생되었다.

이처럼, 현재 개시된 다수의 문헌에서는 다양한 방식의 실링구조가 개시되어 있다. 하지만, 현재 개시된 문헌들에서는 헤더의 파손과, 다수의 부품 결합으로 인한 유체 누출 지점의 증가 및, 냉각유체의 압력 강하 등의 문제점을 모두 개선하기가 어려운 단점이 있다.

JP 2013-514513 A ("熱交換器", 2013.04.25.) FR 3028931 A1 ("HEAT EXCHANGER WITH INCREASED SEALING" 2016.05.27.) FR 2855604 A1 ("EXCHANGER OF HEAT HAS PLATES COMPRISING an ELEMENT Of OBTURATION OF the ESCAPES OF GAS has FEFROIDIR" 2004.12.03.) US 8016025 B2 ("Heat exchanger and method of mounting" 2011.09.13.)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 헤더로 튜브를 지지하되, 상기 헤더에 사이드플레이트가 결합되어 헤드탱크를 구성하고, 상기 헤드탱크가 파이프가 고정된 메인플레이트와 결합됨에 따라 유체의 누출을 방지하면서 조립강도가 높아지는 열교환기를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열교환기는, 일 방향을 따라 서로 이격 배치되는 복수의 튜브를 포함하는 코어; 상기 튜브의 길이 방향 양단이 각각 삽입되되, 헤더 및 사이드플레이트를 포함하는 한 쌍의 헤더탱크; 및 유체가 유동되는 파이프를 고정하되, 상기 코어 및 헤더탱크 일 방향 일측에 배치되는 메인플레이트;를 포함하며, 복수의 상기 튜브의 양단은 한 쌍의 상기 헤더탱크 각각의 헤더에 고정되고, 상기 헤더와 결합되는 상기 사이드플레이트가 일 방향을 따라 연장되어, 상기 헤더탱크 내 유체가 일 방향을 따라 유동되며, 상기 헤더탱크는 상기 메인플레이트를 관통하여 고정 결합되고, 상기 사이드 플레이트는 상기 헤더탱크와 같은 방향으로 상기 메인 플레이트를 관통하여 고정 결합되며, 상기 메인플레이트는, 상기 헤더의 단부가 삽입되는 제1관통홀 및, 상기 사이드플레이트의 단부가 삽입되는 제2관통홀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 사이드플레이트의 단면이 "ㄷ"자 형상으로 이루어져 일 방향으로 연장될 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 헤더탱크와, 상기 메인플레이트 사이에 배치되는 관통캡;을 더 포함하고, 상기 파이프의 단부가 상기 메인플레이트 및 관통캡을 관통하여 상기 헤더탱크의 내부에 인입될 수 있다.

또한, 상기 파이프는 외측으로 돌출된 돌출부를 포함하되, 상기 돌출부가 상기 메인플레이트의 일면에 배치되고, 상기 파이프의 돌출부에서 단부까지의 일 방향 높이가 상기 메인플레이트 및 관통캡의 일 방향 높이 합보다 크게 형성되어, 상기 파이프의 단부가 상기 헤더탱크의 내부에 인입될 수 있다.

또한, 상기 관통캡은 상기 헤더탱크와 메인플레이트 사이에 배치되는 제1몸체 및, 상기 제1몸체에서 일 방향 타측으로 절곡되어 상기 헤더탱크를 감싸는 제2몸체를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 헤더탱크의 일 방향 타측에 결합되어, 상기 헤더탱크의 내부를 밀폐하는 밀폐캡;을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 헤더탱크는 상기 메인플레이트를 관통하여 고정 결합될 수 있다.

또한, 상기 메인플레이트는 상기 헤더의 단부가 삽입되는 제1관통홀 및, 상기 사이드플레이트의 단부가 삽입되는 제2관통홀을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1관통홀 또는 제2관통홀이 복수로 형성되어, 상기 파이프의 원주 방향을 따라 이격 배치될 수 있다.

또한, 상기 파이프는 외측으로 돌출된 돌출부를 포함하되, 상기 돌출부가 상기 메인플레이트의 일면에 배치되고, 상기 파이프의 돌출부에서 단부까지의 일 방향 높이가 상기 메인플레이트의 높이보다 크게 형성되어, 상기 파이프의 단부가 상기 헤더탱크의 내부에 인입될 수 있다.

또한, 상기 메인플레이트는 상기 파이프가 삽입되는 홀 상에 일 방향으로 휘어진 절곡부가 형성되어 상기 절곡부가 상기 파이프의 일부와 접할 수 있다.

또한, 상기 코어는 복수의 상기 튜브 사이에 개재되는 핀을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 코어와 상기 메인플레이트 사이에 배치되는 서브플레이트;를 더 포함하며, 상기 코어의 일 방향 최외각에 배치된 튜브와 상기 서브플레이트 사이에 핀이 개재될 수 있다.

또한, 상기 서브플레이트의 길이는 상기 튜브의 길이보다 작게 형성되되, 상기 핀이 배열된 길이와 대응하거나 크게 형성될 수 있다.

또한, 상기 서브플레이트가 상기 메인플레이트와 면접할 수 있다.

또한, 상기 코어의 일 방향 최외각에 배치된 튜브가 상기 메인플레이트와 면접할 수 있다.

또한, 상기 코어의 일 방향 최외각에 배치된 튜브가 상기 메인플레이트와 이격 배치되고, 상기 튜브와 상기 메인플레이트 사이에 핀이 개재될 수 있다.

또한, 상기 코어는 폭 방향을 따라 복수의 튜브열이 형성될 수 있다.

또한, 상기 튜브는 내부에 딤플, 이너핀, 접힘부 및 격벽 중 적어도 하나 이상의 유동제어수단이 포함될 수 있다.

상술한 구성에 의한 본 발명에 따른 열교환기는, 코어, 헤드탱크, 관통캡 및 메인플레이트로 구성되는 결합구조를 통해 각 결합부위간 브레이징 등의 수단을 통해 보다 견고히 결합되면서 누출되는 지점을 최소화할 수 있어, 보다 높은 신뢰성을 가진 제품을 제공할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 열교환기는, 절곡부 및 돌출부를 통해 메인플레이트와 파이프 간의 접합면적을 늘리고, 파이프가 메인플레이트 및 관통캡 상에 결합되어 결합강도가 보다 강화되도록 제공될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 열교환기는, 헤드탱크가 메인플레이트를 관통하여 고정 결합됨에 따라 결합이 보다 용이해짐과 더불어, 유체 유동을 방해하지 않도록 구조가 형성되어 압력 강하량이 저하되는 문제점을 비연에 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 열교환기는 사이드플레이트를 통해 코어의 튜브 및 핀을 보호할 수 있는 장점이 있다.

도 1 내지 도 4는 종래기술에 따른 열교환기를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환기의 사시도.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환기의 분해사시도.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환기의 단면도.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 열교환기의 분해사시도.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 열교환기의 단면도.
도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 메인플레이트의 사시도.
도 12은 본 발명의 제3실시예에 따른 열교환기의 단면도.
도 13은 본 발명의 제4실시예에 따른 열교환기의 단면도.
도 14는 본 발명에 따른 튜브의 다양한 변형예를 도시한 도면.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열교환기를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

<제1실시예>

도 5 내지 도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환기에 관한 것으로, 도 5는 열교환기의 사시도를, 도 6은 열교환기의 분해사시도를, 도 7 및 도 8은 도 5의 A-A`선에 따른 열교환기의 단면도를 각각 나타낸다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 열교환기(100)는, 코어(110), 제1헤더탱크(120), 제2헤더탱크(130) 및 메인플레이트(140)를 포함할 수 있다. 이때 상기 코어(110)는 내부에 제1유체가 유동되고 외부에 제2유체가 유동되어 서로 열교환이 이루어지도록 열 전도성 재질로 구성될 수 있다. 그리고 상기 제1헤더탱크(120) 및 제2헤더탱크(130)는 상기 코어(110)의 양측 방향 단부에 각각 결합될 수 있다. 아울러 상기 메인플레이트(140)는 제1유체가 유입되는 제1파이프(141) 및 제1유체가 배출되는 제2파이프(142)를 포함할 수 있다. 여기서 상기 제1파이프(141) 및 제2파이프(142)는 하나의 메인플레이트(140) 상에 고정되거나, 상기 메인플레이트(140)가 한 쌍으로 이루어져 상기 제1파이프(141) 및 제2파이프(142)가 한 쌍의 상기 메인플레이트(140)에 각각 결합되거나, 상기 제1파이프(141)가 제2파이프(142)가 복수로 이루어져 상기 메인플레이트(140)에 결합될 수도 있다. 이하 후술되는 내용에서는, 본 발명의 구성을 명확하게 설명하도록 x축 방향은 폭 방향으로, y축 방향은 길이 방향으로, z축 방향은 높이 방향으로 정의하며, 해당 방향들은 보다 명확한 설명을 위한 예시일 뿐 이에 한정하지는 아니한다.

도 6을 참조하면, 상기 코어(110)는 높이 방향을 따라 서로 이격배치되는 복수의 튜브(111)와, 복수의 상기 튜브(111) 사이사이에 개재되는 복수의 핀(112)을 포함할 수 있다. 여기서 상기 튜브(111)는 길이 방향을 따라 연장되어 제1유체가 내부에서 유동되고 폭 방향으로 제2유체가 상기 핀(112)이 형성하는 공간으로 통과되도록 형성될 수도 있다.

상기 제1헤더탱크(120)는 제1헤더(121) 및 제1사이드플레이트(122)를 포함하고, 상기 제2헤더탱크(130)는 제2헤더(131) 및 제2사이드플레이트(132)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 제1헤더(121) 및 제2헤더(131)는 복수의 상기 튜브(111) 길이방향 양단에 각각 결합될 수 있다. 이때 상기 제1헤더(121)는 일면에 상기 튜브(111)의 일단이 삽입되고, 타면에 상기 제1사이드플레이트(122)가 결합될 수 있다. 아울러 상기 제2헤더(131) 또한 일면에 상기 튜브(111)의 타단이 삽입되고, 타면에 상기 제2사이드플레이트(132)가 결합될 수 있다. 여기서 상기 제1헤더(121) 및 제2헤더(131)는 높이 방향으로 길이가 형성되되 높이 방향을 따라 튜브삽입홀이 형성될 수 있으며, 상기 제1사이드플레이트(131) 및 제2사이드플레이트(132)는 높이 방향으로 본 평면도 기준으로 "ㄷ"자 형태로 이루어져 상기 제1헤더(121) 및 제2헤더(122)와 각각 결합되면 상하가 개방된 "ㅁ"자 형태로 이루어질 수도 있다. 이때 상기 제1헤더탱크(120) 및 제2헤더탱크(130)는 상기 메인플레이트(140)와 접하는 높이방향 일측으로는 개방되고 타측으로는 밀폐되거나, 양측 모두 개방될 수도 있다.

본 발명은 상기 제1헤더탱크(120) 및 상기 제2헤더탱크(130)의 개방부와 결합되는 캡(150)을 더 포함할 수 있다. 이때 상기 메인플레이트(140) 상에 제1유체가 유입되는 제1파이프(141) 및 제1유체가 배출되는 제2파이프(142)가 고정되고, 상기 제1파이프(141) 및 제2파이프(142)가 상기 제1헤더탱크(120) 및 제2헤더탱크(130)와 각각 결합되는 경우, 상기 캡(150)은 상기 제1헤더탱크(120) 및 제2헤더탱크(130)의 높이방향 일측에 각각 결합되는 제1관통캡(151) 및 제2관통캡(152)을 포함할 수 있다. 그리고 상기 제1헤더탱크(120) 및 제2헤더탱크(130)의 높이방향 타측이 개방되고, 별도의 파이프가 연결되어 있지 않은 경우에는, 상기 캡(150)은 상기 제1헤더탱크(120) 및 제2헤더탱크(130)의 높이방향 타측에 각각 결합되는 제1밀폐캡(153) 및 제2밀폐캡(154)을 포함할 수 있다. 이때 관통캡(151,152)은 높이방향으로 연통되어, 파이프(141,142)의 중공과 헤더탱크(120,130)의 중공을 서로 연결할 수 있다.

상기 메인플레이트(140)는 유입구(H1) 및 배출구(H2)를 포함할 수 있으며, 상기 유입구(H1) 상에 제1파이프(141)가 삽입 고정되고, 상기 배출구(H2) 상에 상기 제2파이프(142)가 삽입 고정될 수 있다. 그리고 본 발명의 열교환기(100)는, 상기 메인플레이트(140)와 코어(110) 사이에 배치되는 제1서브플레이트(160)를 더 포함할 수 있다. 이때 상기 제1서브플레이트(160)는 상기 코어(110)의 튜브(111) 및 핀(112)의 위치를 고정할 수 있음과 더불어, 상기 튜브(111)를 보호하도록 마련될 수도 있다. 여기서 본 발명의 열교환기(100)는 상기 코어(110)의 높이방향 타측에 결합되는 제2서브플레이트(170)를 더 포함할 수도 있다.

도 7을 참조하면, 상기 제1파이프(141)는 상기 메인플레이트(140)의 유입구(H1)를 관통하여 상기 제1헤더탱크(120)의 제1헤더(121) 및 제1사이드플레이트(122)가 형성하는 중공 상에 단부가 배치될 수도 있다. 이때 상기 제1파이프(141)는 상기 메인플레이트(140)와 제1헤더탱크(120) 사이에 배치된 제1관통캡(151)도 함께 관통할 수 있다.

상기 제1파이프(141)는 파이프몸체(141a) 및 돌출부(141b)를 포함할 수 있으며, 돌출부(141b)는 상기 파이프몸체(141a) 보다 직경이 넓게 형성될 수 있다. 그리고 상기 돌출부(141b)와 하측으로부터 상기 제1파이프(141) 최단부까지 배치된 파이프몸체(141a)가 상기 메인플레이트(140), 제1관통캡(151)을 순차적으로 관통할 수 있다. 이때 상기 돌출부(141b)와 하측으로부터 상기 제1파이프(141) 최단부까지 배치된 파이프몸체(141a)의 높이는 상기 메인플레이트(140) 및 제1관통캡(151)의 높이보다 크게 형성되어, 끝 단부가 상기 제1헤더탱크(120) 사이에 배치될 수 있다.

상기 제1관통캡(151)은 제1몸체(151a) 및 제2몸체(151b)를 포함할 수 있다. 상기 제1몸체(151a)는 상기 메인플레이트(140)와 면접하도록 상기 메인플레이트(140)와 상기 제1헤더탱크(120) 사이에 배치될 수 있으며, 상기 제2몸체(151b)는 상기 제1헤더탱크(120)를 감싸도록 직경이 상기 제1헤더탱크(120) 보다 크게 형성되되 상기 제1몸체(151a)에서 높이방향 타측으로 절곡된 형태로 구성될 수 있다. 이에 따라 상기 제1관통캡(151)은 하측으로 개방된 "ㄷ"자 형상으로 구성될 수도 있다. 여기서 상기 제1파이프(141)는 상기 메인플레이트(140) 및 제1몸체(151a)를 순차적으로 관통할 수 있다.

상기 제1서브플레이트(160)는 상기 메인플레이트(140)와 면접하도록 배치될 수 있다. 그리고 상기 제1서브플레이트(160)의 길이방향 단부는 상기 제1관통캡(151)의 외측면과 인접할 수 있으며, 상기 제1서브플레이트(160)의 길이가 상기 튜브(111)의 길이 보다 작게 형성될 수도 있다. 이때 복수의 상기 튜브(111) 중 높이방향 일측으로 최외각에 배치된 튜브(111)와, 상기 제1서브플레이트(160) 사이에는 핀(112)이 형성될 수도 있다.

도 8을 참조하면, 상기 메인플레이트(140)는 상기 유입구(H1) 상에 형성된 절곡부(140a)를 더 포함할 수 있다. 이때 상기 절곡부(140a)는 높이방향의 일측 또는 타측 방향으로 절곡될 수 있으며, 상기 메인플레이트(140)의 절곡부(140a)가 높이방향의 일측으로 절곡되는 경우에는, 상기 제1파이프(141)의 돌출부(141b)서로 접하여 브레이징 결합 면적이 증대가 되는 장점이 있다. 여기서 상기 제1관통캡(151)의 제1몸체(151a)가 상기 메인플레이트(140)의 유입구(H1) 보다 큰 홀을 포함하되, 상기 절곡부(140a)가 높이방향 하측으로 절곡되어 상기 제1몸체(151a)와 접할 수도 있다.

<제2실시예>

도 9 및 도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 열교환기에 관한 것으로, 도 9는 열교환기의 분배사시도를, 도 10은 열교환기의 단면도를 각각 나타낸다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 열교환기(200)는, 튜브(211)와 핀(212)으로 구성된 코어(210), 상기 코어(210)의 길이방향 양단에 결합되되 헤더(221,231) 및 사이드플레이트(222,232)를 각각 포함하는 한 쌍의 헤더탱크(220,230), 상기 코어(210) 및 한 쌍의 헤더탱크(220,230)의 높이방향 일측에 배치되는 메인플레이트(240)를 포함할 수 있다. 이때 상기 메인플레이트(240)에는 제1유체가 유입 및 배출되는 라인인 제1파이프(241) 및 제2파이프(242)가 결합되는 유입구(H1) 및 배출구(H2)가 형성될 수 있다. 그리고 본 발명은 상기 메인플레이트(240)와 한 쌍의 헤더탱크(220,230) 사이에 배치되는 제1관통캡(251) 및 제2관통캡(252)을 포함하는 캡(250)을 포함할 수 있으며, 한 쌍의 상기 헤더탱크(220,230)의 높이방향 타측이 개방된 경우, 상기 캡(250)은 제1밀폐캡(153) 및 제2밀폐캡(154)을 더 포함할 수 있다.

본 발명은 상기 코어부(210)의 높이방향 일측 상에 핀(212)이 배치되고, 상기 핀(212)이 메인플레이트(240) 및 높이방향 일측 최외각에 배치된 튜브(211) 사이에 개재될 수 있다. 그리고 본 발명은 상기 코어부(210)의 높이방향 타측 상에 결합되는 서브플레이트(270)를 더 포함할 수 있으며, 상기 서브플레이트(270)는 상기 코어부(210)의 높이방향 타측 최외각에 배치된 튜브(211)와 면접하거나, 상기 튜브(211)와 상기 서브플레이트(270) 사이에 핀이 개재되는 등 다양한 형태로 변형될 수 있다.

도 10을 참조하면, 상기 제1파이프(241)는 상기 메인플레이트(240) 및 상기 제1관통캡(251)을 관통하여, 단부가 제1헤더(221) 및 제1사이드플레이트(222)로 구성된 제1헤더탱크의 중공 상에 배치될 수 있다. 그리고 상술한 바와 같이 상기 메인플레이트(240) 및 높이방향 일측의 최외각에 배치된 상기 튜브(211) 사이에는 핀(212)이 개재될 수 있다.

여기서 도 10-(a)에서 도시된 바와 같이 상기 제1파이프(241)는 파이프몸체(241a) 및 돌출부(241b)를 포함할 수 있다. 상기 돌출부(241b)는 상기 파이프몸체(241a) 보다 상대적으로 직경이 크게 형성될 수 있으며, 상기 돌출부(241b)의 하측으로 직경이 협소한 상기 파이프몸체(241a)가 연장될 수 있다. 여기서 상기 돌출부(241b)의 직경은 상기 메인플레이트(240)의 유입구(H1)의 직경 보다 크게 형성되고, 상기 돌출부(241b)의 하측으로 연장된 파이프몸체(241a)의 직경은 상기 메인플레이트(240)의 유입구(H1)의 직경 보다 작거나 대응되도록 형성될 수 있다. 그리고 상기 돌출부(241b)의 하측으로 연장된 파이프몸체(241a)의 높이는 상기 메인플레이트(240) 및 제1관통캡(241)의 높이 합보다 크게 형성되어 단부가 타측으로 돌출되도록 형성될 수도 있다.

그리고 도 10-(b)에서 도시된 바와 같이, 상기 메인플레이트(240)는 절곡부(240a)를 더 포함할 수도 있다. 이때 상기 절곡부(240a)는 상기 유입구(H1) 상에 형성되어 높이방향의 일측 또는 타측으로 절곡될 수 있으며, 상기 절곡부(240a)가 높이방향의 일측으로 휘어지는 경우에는 상기 돌출부(241b)와 접하여 브레이징 결합 면적이 늘도록 제공될 수 있다.

상기 제1관통캡(251)은 제1몸체(251a) 및 제2몸체(251b)를 포함할 수 있다. 상기 제1몸체(251a)는 상기 메인플레이트(240)와 면접하도록 상기 메인플레이트(240)와, 상기 제1헤더탱크 사이에 배치될 수 있으며, 상기 제2몸체(251b)는 상기 제1헤더탱크를 감싸도록 직경이 상기 헤더탱크의 외경 보다 크게 형성되되 상기 제1몸체(251a)에서 높이방향 타측으로 절곡된 형태로 구성될 수 있다. 이에 따라 상기 제1관통캡(251)은 하측으로 개방된 "ㄷ"자 형상으로 구성될 수도 있다. 여기서 상기 제1파이프(241)는 상기 메인플레이트(240) 및 제1몸체(251a)를 순차적으로 관통할 수 있다.

<제3실시예>

도 11 및 도 12는 본 발명의 제3실시예에 따른 열교환기에 관한 것으로, 도 11은 메인플레이트의 사시도 및 부분확대도를, 도 12는 열교환기의 단면도를 나타낸다. 이때 제3실시예 이하 후술되는 내용에서는, 제1실시예에서 예거한 구조를 참조하여 보다 명료하게 설명한다.

도 11을 참조하면 제3실시예에 따른 본 발명의 메인플레이트(340)는, 제1관통홀(h1) 및 제2관통홀(h2)을 포함할 수 있다. 이때 상기 제1관통홀(h1) 및 제2관통홀(h2)은, 유체가 유출입되는 한 쌍의 파이프(341,342)가 삽입되는 유입구(H1) 및 배출구(H2) 주변 상에 배치될 수 있다. 이때 상기 제1관통홀(h1) 및 제2관통홀(h2)은 상기 유입구(H1) 또는 배출구(H2) 중 어느 하나에만 배치될 수 있으며, 상기 제1관통홀(h1) 및 제2관통홀(h2)은 상기 유입구(H1) 및 배출구(H2)에 모두 배치될 수도 있다. 아울러 상기 유입구(H1) 및 배출구(H2)에는 상기 제1관통홀(h1) 및 제2관통홀(h2) 중 어느 하나의 것만 배치될 수도 있다. 그리고 상기 제1관통홀(h1) 및 제2관통홀(h2)은 복수로 형성되어, 상기 유입구(H1)의 둘레방향을 따라 서로 이격 배치될 수 있으며, 상기 배출구(H2)에도 상기 제1관통홀(h1) 및 제2관통홀(h2)이 복수로 형성되어 둘레방향을 따라 서로 이격 배치될 수 있다.

도 12를 참조하면, 헤더(321) 및 사이드플레이트(322)로 구성된 헤더탱크가 메인플레이트(340)를 관통하여 높이방향의 일측으로 돌출되도록 구성될 수도 있다. 이 때 사이드 플레이트(322)는 헤더(321)와 동일한 방향으로 메인 플레이트(340)를 관통하여 메인 플레이트(340)에 결합될 수 있다. 이중 도시된 바와 같이 상기 헤더(321) 및 사이드플레이트(322)가 모두 상기 메인플레이트(340)를 관통하도록 구성되거나, 헤더(321) 또는 사이드 플레이트(322) 중 어느 하나가 상기 메인플레이트(340)를 관통할 수도 있다.

이때 상기 메인플레이트(340)에 형성된 제1관통홀(h1)에는 상기 헤더(321)가 삽입될 수 있으며, 상기 메인플레이트(340)에 형성된 제2관통홀(h2)에는 상기 사이드플레이트(322)가 삽입될 수 있으며, 이때 상기 제1관통홀(h1) 및 제2관통홀(h2)은 서로 별개로 구분되거나, 서로 연결되어 일체의 홀을 형성할 수도 있다.

도 12-(a)에서 도시된 바와 같이, 상기 메인플레이트(340)에는 파이프(341)가 삽입되는 유입구(H1)가 형성되고 상기 제1관통홀(h1) 및 제2관통홀(h2)이 상기 유입구(H1)의 외측에 이격되어 배치될 수 있다. 그리고 상기 메인플레이트(340)와 높이방향 일측 최외각의 배치된 튜브(311) 사이에는 핀(312)이 배치될 수 있다. 그리고 상기 파이프(341)는 파이프몸체(341a) 및 돌출부(341b)를 포함할 수 있다. 이때 상기 돌출부(341b)의 외경은 상기 파이프몸체(341a)의 외경 및 상기 유입구(H1)의 직경 보다 크게 형성될 수 있다. 그리고 상기 돌출부(341b)의 하측으로 연장되는 파이프몸체(341a)의 외경은 상기 유입구(H1)의 직경과 대응하거나 작게 형성되어 삽입될 수 있다.

도 12-(b)에서 도시된 바와 같이, 상기 메인플레이트(340)는 절곡부(340a)를 더 포함할 수 있다. 이때 상기 절곡부(340a)는 상기 유입구(H1) 상에 형성될 수 있으며, 높이방향의 일측이나 타측으로 휘어진 형상으로 구성될 수 있다. 이때 상기 절곡부(340a)가 형성하는 홀은 상기 파이프몸체(341a)의 외경과 대응하거나 크게 형성될 수 있으며, 상기 절곡부(340a)가 높이방향의 일측으로 휘어지는 경우 상기 돌출부(341b)와 접하여 브레이징 면적이 늘어날 수 있다.

<제4실시예>

도 13은 본 발명의 제4실시예에 따른 열교환기에 관한 것으로, 도 13은 열교환기의 단면도를 나타낸다.

도 13-(a)를 참조하면, 메인플레이트(440)는 높이방향 일측의 최외각에 배치된 튜브(411)와 서로 면접하도록 배치될 수 있다. 그리고 헤더(421)는 상기 튜브(411)가 삽입되는 홀로부터 높이방향 일측으로 연장된 높이가, 상기 메인플레이트(440) 상에 형성된 제1관통홀(h1)의 높이와 대응하거나 크게 형성될 수 있다. 여기서 상기 메인플레이트(440)의 유입구(H1) 상에 고정되는 파이프(441)는 파이프몸체(441a) 및 돌출부(441b)를 포함할 수 있다. 이때 상기 돌출부(441b)는 상기 파이프몸체(441)의 외경보다 큰 외경을 가질 수 있으며, 상기 메인플레이트(440)의 일면에 안착되도록 구성될 수 있다. 여기서 상기 돌출부(441b)에서 높이방향 타측으로 연장된 파이프몸체(441)의 높이는 상기 메인플레이트(440)의 높이와 대응할 수 있다.

도 13-(b)에서 도시된 바와 같이, 상기 메인플레이트(440)는 절곡부(440a)를 더 포함할 수 있다. 이때 절곡부(440a)는 높이방향의 일측으로 휘어진 형상으로 이루어질 수 있으며, 휘어진 상기 절곡부(440a)가 상기 파이프(441)의 외면과 접할 수 있다. 그리고 상기 절곡부(440a)의 단부는 상기 돌출부(441b)와 접할 수 있다. 이때 상기 돌출부(441)의 하측으로 연장된 파이프몸체(441a)는 상기 절곡부(440a)의 높이와 대응할 수 있다.

<변형예>

도 14은 튜브의 다양한 변형예에 따른 열교환기에 관한 것으로, 도 14-(a) 내지 14-(d)는 튜브의 단면도를 나타낸다.

도 14-(a)를 참조하면, 제1변형예에 따른 본 발명의 튜브(510)는, 내부에 중공이 형성된 튜브몸체(511) 및 상기 튜브몸체(511)의 내면 상에 형성되어 내측으로 돌출된 딤플(512)을 포함할 수 있다. 이때 상기 딤플(512)은 복수로 형성되어 상기 튜브몸체(511)의 내면의 둘레를 따라 서로 이격 배치될 수 있으며, 상기 딤플(512)의 돌출 폭은 상기 튜브몸체(511)의 단축의 내경과 대응하거나 작게 형성될 수 있다. 이에 따라 상기 튜브몸체(511) 내부에 유동되는 제1유체가 상기 딤플(512)에 의해 제어될 수 있다.

도 14-(b)를 참조하면, 제2변형예에 따른 본 발명의 튜브(520)는, 접철식으로 구성되어 접힘부(522)가 중공 상에 형성된 튜브몸체(521)를 포함할 수 있다. 이때 상기 튜브몸체(521)는 하나의 판재가 접혀 "B"자 형상으로 구성될 수 있다. 그리고 상기 튜브(520)는 내면의 둘레 방향을 따라 서로 이격 배치되는 딤플(523)을 더 포함할 수도 있다. 이에 따라 상기 튜브몸체(521) 내부에 유동되는 제1유체가 상기 접힘부(522) 및 딤플(523)을 통해 제어될 수도 있다.

도 14-(c)를 참조하면, 제3변형예에 따른 본 발명의 튜브(530)는, 내부에 중공이 형성된 튜브몸체(531)와, 상기 튜브몸체(531)의 중공 상에 배치되는 이너핀(532)을 포함할 수 있다. 이에 따라 상기 튜브몸체(531) 내부에 유동되는 제1유체가 이너핀(532)을 통해 제어될 수 있다. 여기서 상기 튜브몸체(531)는 "B"타입으로 구성되어 접힘부를 기준으로 양측에 한 쌍의 이너핀이 삽입될 수도 있다.

도 14-(d)를 참조하면, 제4변형예에 따른 본 발명의 튜브(540)는, 내부에 중공이 형성된 튜브몸체(541) 및 상기 튜브몸체(541)의 내부 상에 배치되어 복수의 유로(L)로 구획하는 격벽(542)을 포함할 수 있다. 이때 상기 격벽(542)은 상기 튜브몸체(541)와 일체로 구성되거나, 상술한 이너핀과 같이 별개로 장착될 수도 있다.

또한, 본 발명의 열교환기는 상술한 튜브가 폭 방향을 따라 복수 개가 배치되는, 복수의 튜브열로 구성될 수 있다. 이때 상기 튜브는 서로 대응되는 방식의 유동제어수단이 포함되거나, 서로 다른 유동제어수단을 포함하도록 구성될 수 있다. 그리고 파이프가 형성된 상기 메인플레이트에는 러너(Runner) 등이 구비되어 하나의 파이프에서 유입되는 유체가 복수의 튜브열로 분배되도록 하거나, 복수의 튜브열에서 배출되는 유체가 하나의 파이프로 취합되도록 제공될 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.

H1 : 유입구 H2 : 배출구
h1 : 제1관통홀 h2 : 제2관통홀
L : 유로
100 : 열교환기
110 : 코어
111 : 튜브 112 : 핀
120 : 제1헤더탱크
121 : 제1헤더 122 : 제1사이드플레이트
130 : 제2헤더탱크
131 : 제2헤더 132 : 제2사이드플레이트
140 : 메인플레이트 140a : 절곡부
141 : 제1파이프
141a : 파이프몸체 141b : 돌출부
142 : 제2파이프
150 : 캡 151 : 제1관통캡
151a : 제1몸체 151b : 제2몸체
152 : 제2관통캡
153 : 제1밀폐캡 154 : 제2밀폐캡
160 : 제1서브플레이트
170 : 제2서브플레이트
200 : 열교환기
210 : 코어
211 : 튜브 212 : 핀
220 : 제1헤더탱크
221 : 제1헤더 222 : 제1사이드플레이트
230 : 제2헤더탱크
231 : 제2헤더 232 : 제2사이드플레이트
240 : 메인플레이트 240a : 절곡부
241 : 제1파이프
241a : 파이프몸체 241b : 돌출부
242 : 제2파이프
250 : 캡 251 : 제1관통캡
251a : 제1몸체 251b : 제2몸체
252 : 제2관통캡
253 : 제1밀폐캡 254 : 제2밀폐캡
270 : 서브플레이트
311 : 튜브 312 : 핀
321 : 헤더 322 : 사이드플레이트
340 : 메인플레이트 340a : 절곡부
341 : 파이프
341a : 파이프몸체 341b : 돌출부
411 : 튜브 412 : 핀
421 : 헤더 422 : 사이드플레이트
440 : 메인플레이트 440a : 절곡부
441 : 파이프
441a : 파이프몸체 441b : 돌출부
510 : 튜브
511 : 튜브몸체 512 : 딤플
520 : 튜브
521 : 튜브몸체 522 : 접힘부
523 : 딤플
530 : 튜브
531 : 튜브몸체 532 : 이너핀
540 : 튜브
541 : 튜브몸체 542 : 격벽

Claims

일 방향을 따라 서로 이격 배치되는 복수의 튜브를 포함하는 코어;
상기 튜브의 길이 방향 양단이 각각 삽입되되, 헤더 및 사이드플레이트를 포함하는 한 쌍의 헤더탱크; 및
유체가 유동되는 파이프를 고정하되, 상기 코어 및 헤더탱크 일 방향 일측에 배치되는 메인플레이트;
를 포함하며,
복수의 상기 튜브의 양단은 한 쌍의 상기 헤더탱크 각각의 헤더에 고정되고,
상기 헤더와 결합되는 상기 사이드플레이트가 일 방향을 따라 연장되어, 상기 헤더탱크 내 유체가 일 방향을 따라 유동되며,
상기 헤더탱크는 상기 메인플레이트를 관통하여 고정 결합되고,
상기 사이드 플레이트는 상기 헤더탱크와 같은 방향으로 상기 메인 플레이트를 관통하여 고정 결합되며,
상기 메인플레이트는,
상기 헤더의 단부가 삽입되는 제1관통홀 및, 상기 사이드플레이트의 단부가 삽입되는 제2관통홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 사이드플레이트의 단면이 "ㄷ"자 형상으로 이루어져 일 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 헤더탱크와, 상기 메인플레이트 사이에 배치되는 관통캡;
을 더 포함하고,
상기 파이프의 단부가 상기 메인플레이트 및 관통캡을 관통하여 상기 헤더탱크의 내부에 인입된 것을 특징으로 하는 열교환기.
제3항에 있어서,
상기 파이프는 외측으로 돌출된 돌출부를 포함하되,
상기 돌출부가 상기 메인플레이트의 일면에 배치되고,
상기 파이프의 돌출부에서 단부까지의 일 방향 높이가 상기 메인플레이트 및 관통캡의 일 방향 높이 합보다 크게 형성되어,
상기 파이프의 단부가 상기 헤더탱크의 내부에 인입된 것을 특징으로 하는 열교환기.
제4항에 있어서,
상기 관통캡은,
상기 헤더탱크와 메인플레이트 사이에 배치되는 제1몸체 및, 상기 제1몸체에서 일 방향 타측으로 절곡되어 상기 헤더탱크를 감싸는 제2몸체를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제3항에 있어서,
상기 헤더탱크의 일 방향 타측에 결합되어, 상기 헤더탱크의 내부를 밀폐하는 밀폐캡;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
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제1항에 있어서,
상기 제1관통홀 또는 제2관통홀이 복수로 형성되어,
상기 파이프의 원주 방향을 따라 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 파이프는 외측으로 돌출된 돌출부를 포함하되,
상기 돌출부가 상기 메인플레이트의 일면에 배치되고,
상기 파이프의 돌출부에서 단부까지의 일 방향 높이가 상기 메인플레이트의 높이보다 크게 형성되어,
상기 파이프의 단부가 상기 헤더탱크의 내부에 인입된 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 메인플레이트는,
상기 파이프가 삽입되는 홀 상에 일 방향으로 휘어진 절곡부가 형성되어,
상기 절곡부가 상기 파이프의 일부와 접하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 코어는,
복수의 상기 튜브 사이에 개재되는 핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제12항에 있어서,
상기 코어와 상기 메인플레이트 사이에 배치되는 서브플레이트;
를 더 포함하며,
상기 코어의 일 방향 최외각에 배치된 튜브와 상기 서브플레이트 사이에 핀이 개재된 것을 특징으로 하는 열교환기.
제13항에 있어서,
상기 서브플레이트의 길이는,
상기 튜브의 길이보다 작게 형성되되,
상기 핀이 배열된 길이와 대응하거나 크게 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
제13항에 있어서,
상기 서브플레이트가 상기 메인플레이트와 면접하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 코어의 일 방향 최외각에 배치된 튜브가 상기 메인플레이트와 면접하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 코어의 일 방향 최외각에 배치된 튜브가 상기 메인플레이트와 이격 배치되고, 상기 튜브와 상기 메인플레이트 사이에 핀이 개재된 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 코어는 폭 방향을 따라 복수의 튜브열이 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 튜브는 내부에 딤플, 이너핀, 접힘부 및 격벽 중 적어도 하나 이상의 유동제어수단이 포함된 것을 특징으로 하는 열교환기.