KR101682789B1 - 열 교환기 - Google Patents

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Abstract

본원 발명은 열 교환기 및 열 교환기 제조 및 조립 방법에 관한 것이고, 보다 특히 모터 차량에서 이용하기 위한, 기계적으로 조립된 헤더(41)를 가지는 공기-유동 열 교환기에 관한 것이다. 열 교환기는 복수의 실질적으로 평행한 금속 튜브들(2) 및 복수의 금속 핀들(4)을 포함하는 모두-금속인 본딩된 매트릭스(10)를 포함한다. 상기 튜브들은 열 전달 부분(15)을 가지고, 상기 열 전달 부분은 세장형 횡단면 형상이고, 그리고 2개의 대향하는 긴 측부들 및 2개의 대향하는 짧은 측부들을 포함한다. 상기 핀들은 상기 인접한 튜브들의 열 전달 부분의 대향하는 긴 측부들 사이에 위치된다. 상기 열 교환기는 상기 튜브들의 대향 단부들에 위치되는 제 1 헤더(41) 및 제 2 헤더를 포함한다. 상기 매트릭스는 상기 튜브들에 의해서 상기 헤더들 사이에서 이송되는 냉각제(40)와 외부 매체 사이에서 열을 전달하도록 구성된다. 상기 튜브들 중 적어도 하나가 적어도 하나의 순응형 부재(22)에 의해서 튜브의 단부 부분에서 헤더들 중 적어도 하나에 기계적으로 접합되고, 이러한 순응형 부재는 튜브 단부 부분 주위에서 연장하여 상기 열 교환기 내에서 유지되는 냉각제를 위한 밀봉을 제공하고 그리고 상기 매트릭스의 열 팽창 및 수축으로 인한 상기 기계적으로 접합된 튜브와 상기 헤더 사이의 상대적인 이동을 허용한다.

Description

열 교환기{HEAT EXCHANGER}
본원 발명은 열 교환기 및 열 교환기 제조 및 조립 방법들에 관한 것이고, 보다 특히 모터 차량에서 이용하기 위한, 기계적으로 조립된 헤더(header)를 가지는 공기-유동 열 교환기에 관한 것이다.
전형적으로, 자동차 차량들은 일반적으로 라디에이터로 지칭되는 열 교환기를 포함하는 엔진 냉각 시스템을 구비한다. 엔진이 작동중일 때, 열이 엔진으로부터 그 엔진을 통해서 유동하는 냉각제로 전달된다. 이어서, 냉각제는 일련의 도관들을 통해서 엔진으로부터 열 교환기로 유동한다. 열 교환기에서, 열이 냉각제로부터, 열 교환기의 외측부에 걸쳐 유동하는 보다 저온의 공기로 전달된다. 이러한 프로세스 자체가 연속적인 사이클로 반복되고, 그에 의해서 엔진을 냉각한다.
열 교환기는 또한 터보차저들 및 수퍼차저들 내의 인터쿨러들(intercoolers)을 위한, 그리고 전기 차량 내의 전력 공급부들의 보조 냉각을 위한 공기 공조 시스템들에서 이용된다.
전형적인 열 교환기는, 일반적으로 매트릭스로서 지칭되는 열 교환 부분의 어느 한 단부에 배치되는, 일반적으로 헤더들로서 지칭되는 2개의 챔버들에 의해서 지지되는 일련의 튜브들을 포함한다. 매트릭스는, 입력 포트 및 배출구 포트로부터 헤더들로의 한 방향으로, 헤더들 사이에서 액체 냉각제를 이송하는 일련의 평행한 튜브들을 포함한다. 튜브들 사이의 공기 유동은 냉각 매체 내의 열의 소산(dissipate)을 돕는다. 매트릭스의 표면적을 증가시키고 열을 소산시킬 수 있는 매트릭스의 능력을 증가시키기 위해서, 상기 튜브들에는 일반적으로 일련의 핀들(fins)이 걸쳐지며(spanned), 상기 핀들은 상기 튜브들 사이에서 튜브들의 길이를 가로지르는 방향으로 평행하게 또는 지그재그 배향으로 연장한다.
비록 헤더들이 부분적으로 또는 전체적으로 폴리머 재료일 수 있지만, 열 교환기의 매트릭스가 금속으로, 예를 들어 알루미늄 합금으로 제조된다. 헤더는, 또한 일반적으로 금속으로 이루어지는, 베이스 플레이트를 구비하고, 상기 베이스 플레이트에는 상기 튜브들의 단부들이 연결된다. 헤더들의 측벽들이 금속으로 제조될 수 있으나, 이제 비용 문제로 종종 플라스틱 재료로 제조되며, 상기 측벽들은, 예를 들어, 금속 내에서의 클림프들(crimps)에 의해서 상기 금속 베이스 플레이트에 고정되며, 이때 상기 금속 베이스 플레이트와 상기 헤더 측벽들 사이의 밀봉은 상기 베이스 플레이트와 상기 측벽들 사이의 접합부의 둘레 주위로 연장하는 유연하고(compliant) 압축될 수 있는 가스켓 또는 o-링에 의해서 이루어진다.
그러한 열 교환기를 제조하기 위한 2가지 공지된 방식들이 존재한다. 그 중 하나는 매트릭스와 상기 매트릭스에 접합되는(joined) 각각의 헤더의 금속 부분을 함께 본딩하기 위해서 "제어 분위기 브레이징(controlled atmosphere brazing"(CAB)을 이용하는 것이다. 이러한 설명에서, 그러한 CAB 프로세스 또는 용접 프로세스를 "가열 및 융합 프로세스"로 지칭한다.
그러한 열 교환기들을 제조하는 다른 공지된 방식은 매트릭스와 헤더들의 "기계적인 조립"(MA)의 이용에 의해서 인접한 금속 성분들의 용접 또는 브레이징을 피하는 것이다. 이러한 설명에서, "기계적인 접합부들" 및 기계적으로 접합된"이라는 용어는, 달리 함께 본딩되지 않은 분리된 접촉(in-contact) 성분들에 의해서 인접한 성분들이 기계적으로 함께 유지되는 임의의 용접되지 않은 또는 브레이징되지 않은 접합부들을 지칭하기 위해서 이용된다.
CAB 프로세스에서, 체결된 금속 튜브들이 그 사이에 공간을 두며, 이때 튜브들 사이의 갭들에 걸쳐지는, 일반적으로 지그재그 패턴을 가지는, 금속 핀들이 상기 공간 내에 위치된다. 많은 CAB 열 교환기들에서, 튜브들 각각이 단일 폐쇄형 채널을 포함하거나, 대안적으로, 이중 폐쇄형 채널을 형성하기 위해서 길이방향으로 연장하는 구획 벽에 의해서 분리되는 나란한(side-by-side) 단일 채널들의 쌍을 포함한다. 튜브들이 일반적으로 세장형의(elongate), 실질적으로 직사각형의 횡단면 형상을 가지고, 그리고 실질적으로 편평한 2개의 대향하는 보다 긴 측부들(sides) 또는 면들, 그리고 2개의 대향하는 곡선형의 짧은 측부들 또는 단부들을 포함한다. 이어서, 핀들이 긴 측부들로 브레이징되고 그리고 짧은 측부들의 경계를 실질적으로 지나서 연장하지 않는다. 각각의 튜브의 단부들이 금속 헤더 베이스 플레이트들 내의 개구들 내부로 연장한다. 인접한 금속 성분들 사이의 갭이 약 0.15 mm 미만으로 유지되고, 그에 따라 성분들 사이에 브레이즈 접합부를 형성하기 위해서 조립체가 브레이즈 퍼니스(furnace)를 통해서 통과될 때, 땜납에 의해서 그 갭들이 걸쳐지고 밀봉된다. 높은 열 전도도를 제공하기 위해서, 금속 성분들이 바람직하게 모두 알루미늄 합금이다.
MA 프로세스에서, 핀들, 튜브들, 및 헤더들 모두가 금속 접합부들에 의해서가 아니라 마찰적 또는 기계적 커플링에 의해서 함께 유지된다. 핀들은, 튜브들과 동일한 방향으로 연장하도록 접히거나 주름잡히는(corrugated) 대신에, 튜브들에 대해서 직각으로 연속적으로 연장하고, 그에 따라 각각의 튜브가 통과하는 개구들을 가진다. 이러한 배열에서, 핀들은 평행하게 밀접하게 이격되고, 그리고 일반적으로 매트릭스의 대향하는 전방 및 후방 표면들까지 연장한다. 튜브들은 원형 횡단면을 가지고 그리고 상기 튜브들이 삽입되는 핀 개구들의 직경 보다 작은 직경을 초기에 가진다. 높은 열 전도도를 제공하기 위해서, 바람직하게 금속 성분들이 모두 알루미늄 합금이다. "불릿(bullet)"이라고 지칭되는 공구(tool)가 각각의 튜브의 내부 길이로 하향 가압된다. 불릿은 튜브들의 초기 내부 직경 보다 큰 직경을 가지고, 그에 따라 각각의 튜브가 핀들의 개구들에 대해서 가압하도록 팽창된다. 이는 기계적인 접합부로 핀들을 튜브들에 고정한다. 각각이 헤더의 베이스 플레이트가 튜브들의 단부들을 위한 개구들을 가진다. 그러한 개구들은, 튜브들의 금속과 베이스 플레이트들 사이에 개재된 플라스틱 또는 고무 밀봉 요소들을 위한 충분한 간극을 가진다. 예를 들어, 튜브 단부들을 기계적으로 팽창시키고 그에 의해서 밀봉부를 압축(compress)하기 위해서 튜브 단부들 내로 가압된 원뿔형 공구를 이용하는 것에 의해서, 밀봉 타이트(tight)를 만들기 위한 많은 수의 공지된 방식들이 알려져 있다.
각각의 프로세스는 다른 프로세스와 비교할 때 특정 장점들 및 단점들을 가진다. CAB 프로세스를 이용하여 제조된 열 교환기들은 주어진 크기의 열 교환기에서 높은 열 교환 용량을 제공하고 그리고, 일부 방식들에서, 기계적으로 보다 견고한데(robust), 이는 튜브들이 편평해지고 그리고 열 교환기의 전방 및 후방 면들까지 연장되고, 그에 의해서 핀들을 보호하기 때문이다. 현저한 단점은, 브레이징 프로세스가 비용이 많이 소요되는 브레이징 퍼니스를 통한 긴 통로를 필요로 한다는 것이다. 또한, 엔진 및 라디에이터 냉각 시스템의 동작 중에, 라디에이터 튜브들이 열적 사이클(열 교환기 성분들의 온도 상승 및 강하)에 노출되고, 그러한 열적 사이클은 이웃하는 튜브들이 상이한 정도로 팽창됨에 따라 응력들을 유도하게 되고, 그에 따라 축방향 부하들(loads)이 튜브들의 이웃들에 의해서 튜브들로 부여된다. 그에 따라, 사용 중의 열 교환기의 열 팽창은, 일반적으로, 균일하지 않고 그리고 냉각제 유동의 패턴에 따라서 열 교환기의 특정 부분들 내에서 균열이 발생될 수 있고, 그에 따라 열 교환기의 누설 및 조기의 고장을 유발할 수 있다. 특히, 열 교환기 용량을 최대화하기 위해서, 이웃하는 튜브들의 면들이 서로 대향하는 상태로 그리고 공기와 같은 냉각 매체가 통해서 유동할 수 있는 핀들을 위한 튜브들 사이의 공간 또는 통로를 형성하는 상태로, 튜브들이 나란히(side by side) 배열된다. 그에 따라, 이러한 튜브들의 기하형태는, 냉각 매체가 통과할 수 있는 비교적 큰 표면적을 생성하는 한편 열 교환기를 통한 공기 유동의 방해를 최소화한다는 점에서 바람직하다. 그러나, 이러한 타입들의 헤더/튜브 조합들은 고장 발생이 쉬운데, 이는 헤더/튜브 접합부를 따라서, 특히 튜브들의 노우즈(nose) 주위에서 그리고 튜브 벽들이 타이트하게 곡선화되는 곳에서 응력 집중이 발생되기 때문이다.
MA 프로세스는 고가의 브레이징 퍼니스를 필요로 하지 않고, 그에 따라 저렴한 열 교환기들을 생산하기 위해서 이용될 수 있다. 튜브 단부들과 헤더들 사이의 접합부들이 기계적이기 때문에, 열 교환기가 가열되거나 냉각될 때 상이한 열 팽창으로 인해서 튜브들과 헤더들 사이의 약간의 길이방향 이동을 허용하도록 압축 접합부들이 디자인될 수 있다. 그에 따라, 모든 기계적인 열 교환기가 열 교환기 성분들 사이의 열적 응력들을 감소시키거나 실질적으로 배제하며, 그에 의해서 열 교환기 신뢰도 및 수명을 연장시킨다. 그러나, 그러한 열 교환기들은 주어진 크기에서 열을 전달하는 효율이 낮고, 그에 따라 기계적으로 접합된 열 교환기들은 동일한 용량 제공을 위해서 보다 커야 한다. 그에 따라, 임의의 주어진 용도에서 보다 큰 열 교환기를 위한 보다 큰 공간이 제공되어야 한다. 원형 냉각 핀들의 전후에 대해서 연장하고 평행한 핀들은 또한, CAB 프로세스를 이용하여 형성된 열 교환기의 편평해진 튜브들 사이에 포개진(nested) 지그재그형 핀들 보다 상당히 덜 견고하다. 열 교환 용량을 최대화하기 위해서, 핀들이 약 0.1 mm 두께로 얇아야 하고, 그리고 그러한 핀들은 손가락 압력으로도 용이하게 변형된다. 임의의 그러한 손상은 열 교환기를 통한 공기와 같은 냉각 매체의 유동을 감소시킬 것이다. 모터 차량 라디에이터에서, 돌들 또는 모래알(grit)이 종종 라디에이터를 타격하여, 매트릭스의 냉각 투과도에 대한 누적적인 손상을 유발한다.
본원 발명의 목적은 이러한 문제들 중 적어도 일부를 해소하는 열 교환기 및 열 교환기의 제조 및 조립 방법들을 제공하는 것이다.
발명의 제 1 양태에 따라서, 열 교환기가 제공되고, 그러한 열 교환기는:
- 복수의 실질적으로 평행한 금속 튜브들 및 복수의 금속 핀들을 포함하는 모두-금속인 본딩된 매트릭스로서, 상기 튜브들은 열 전달 부분을 가지고, 상기 열 전달 부분은 세장형 횡단면 형상이고, 그리고 2개의 대향하는 긴 측부들 및 2개의 대향하는 짧은 측부들을 포함하고, 그리고 상기 핀들은 상기 인접한 튜브들의 열 전달 부분의 대향하는 긴 측부들 사이에 위치되는, 매트릭스; 및
- 제 1 헤더 및 제 2 헤더로서, 상기 튜브들의 각각이 상기 튜브들의 대향 단부들에서 제 1 단부 부분 및 제 2 단부 부분을 가지고, 상기 제 1 및 제 2 단부 부분들이 상기 제 1 및 제 2 헤더들에 각각 접합되고, 그에 의해서 상기 매트릭스는 외부 매체와 상기 튜브들에 의해서 상기 헤더들 사이에서 이송되는 냉각제 사이에서 열을 전달하도록 구성되는, 제 1 헤더 및 제 2 헤더; 를 포함하고,
- 상기 튜브들 중 적어도 하나가 적어도 하나의 순응형 부재에 의해서 상기 제 1 단부 부분에서 상기 제 1 헤더에 기계적으로 접합되고, 상기 순응형 부재는 상기 제 1 단부 부분 주위로 연장하여 상기 열 교환기 내에서 유지되는 냉각제를 위한 상기 제 1 단부 부분과의 밀봉부를 제공하고 그리고 상기 매트릭스의 열 팽창 및 수축으로 인한 상기 기계적으로 접합된 튜브와 제 1 헤더 사이의 상대적인 이동을 허용한다.
상기 순응형 부재가 플라스틱 또는 고무 재료일 수 있고 바람직하게 탄성적이며, 그에 따라 탄력적으로 변형가능하고 그리고 그에 따라 인가된 외부 힘에 따라서 팽창 및 수축할 수 있거나 팽창 및 수축한다.
비록 이러한 일반적인 설명이 기계적인 접합부를 가지는 것으로서 제 1 헤더 및 튜브들의 제 1 단부 부분에 대해서 특히 관련된 것이지만, 제 2 헤더 및 튜브들의 제 2 단부 부분이 제 1 헤더 및 튜브들의 제 1 단부의 동일한 특징들을 선택적으로 가질 수 있다는 것을 주목하여야 할 것이다.
대안적으로, 기계적으로 접합된 튜브의 제 1 단부 부분 및 제 1 헤더의 상대적인 운동이 상기 튜브의 제 1 단부 부분과 제 1 헤더 사이의 순응형 부재에 의해서 수용되기 때문에, 가열 및 융합 프로세스에서 제조된, 제 2 헤더와 튜브의 금속 재료들 사이의 본드에 의해서 제 2 헤더에 튜브 제 2 단부 부분의 전부가 접합될 수 있을 것이다.
일반적으로, 상기 순응형 부재가 튜브와 직접적으로 접촉되어 열 교환기 내에서 유지되는 냉각제에 대해서 튜브와 함께 밀봉을 제공하고 그리고 상기 매트릭스의 열 팽창 및 수축으로 인한 상기 제 1 헤더에 대한 상기 기계적으로 접합된 상기 튜브의 제 1 단부 부분의 튜브의 길이를 따른 상대적인 운동을 허용한다.
일반적으로, 상기 핀들은 인접한 튜브들의 대향하는 긴 측부들 사이에서 연장할 것이고, 상기 튜브들 및 핀들의 배향은 가열 및 융합 프로세스에서 고정되어(fixed) 모두-금속 본딩된 매트릭스를 형성한다. 매트릭스는 대향하는 제 1 및 제 2 면들을 가질 것이고, 상기 튜브들의 더 긴 측부들이 제 1 면과 제 2 면 사이에서 연장하고 그에 따라, 사용 중에, 공기와 같은 외부 매체가 열의 전달을 실시하기 위해서 제 1 매트릭스 면으로부터 제 2 매트릭스 면까지 매트릭스를 통해서 유동한다. 그에 따라, 열 전달 부분은 매트릭스의 대향하는 제 1 및 제 2 면 사이에서 연장하는 실질적으로 직사각형인 횡단면일 수 있을 것이다.
헤더와 튜브들 사이의 기계적인 접합부가 있는 곳에서 허용되는 상대적인 이동은, 매트릭스 및/또는 헤더들의 불균일한 열 팽창으로 인해서 응력이 축적되는 것을 방지한다. 기계적인 접합은 또한 헤더들에 대한 튜브들의 넓은 범위의 가능한 방식들의 접합을 허용하는 한편, 모두-금속 본딩된 매트릭스의 장점, 특히 콤팩트한(compact) 형태에서의 비교적 높은 열 전달 효율의 장점, 및 핀들이 인접한 세장형 튜브들 사이의 물리적 손상으로부터 부분적으로 보호되는 강건한 디자인이 가능하다는 장점을 여전히 유지한다.
예를 들어, CAB 프로세스, 납땜 프로세스, 브레이징 프로세스 또는 하소(calcination) 프로세스의 오븐 내에서의 열 인가에 의해서, 핀들이 튜브들에 대해서 금속적으로 본딩되거나 융합된다. 이하에서, 편의를 위해서, 금속-대-금속 본드가 형성되는 그러한 모든 가열 프로세스들을 "가열 및 융합 프로세스"로 지칭할 것이다.
발명의 바람직한 실시예에서, 인접 튜브들의 긴 측부들이 서로(each other)에 대해서 실질적으로 평행하게 이격되고 그리고 서로(one another)에 대해서 반대로 이격된다.
매트릭스에 가장 근접한 헤더의 부분에 대한 튜브들의 연결이 이루어질 수 있을 것이다. 헤더의 이러한 부분이, 여기에서 베이스 플레이트로서 지칭되는, 플레이트-유사 부재일 수 있을 것이다. 헤더를 완성하기 위해서, 이러한 베이스 플레이트가, 예를 들어 베이스 플레이트의 대체로 평면형인 부분으로부터 멀어지는 쪽으로 연장하는 테두리 또는 립(lip)에서, 상기 베이스 플레이트에 영구적으로 또는 제거가능하게 부착될 수 있는 커버로 커버될 수 있을 것이다. 발명의 바람직한 실시예에서, 제 1 헤더가 제 1 베이스 플레이트를 가지고 그리고 제 2 헤더가 바람직하게 제 2 베이스 플레이트를 가진다. 이어서, 상기 베이스 플레이트 또는 각각의 베이스 플레이트가 복수의 개구들을 가질 수 있을 것이고, 각각의 개구는, 제 1 및 제 2 단부 부분들 모두에서 적어도 하나의 개구부를 가지게 될, 상응하는 튜브와 유동 연결을 만들기 위한 것이다.
단부 부분들이 각각의 개구들 내에 수용될 때, 상기 제 1 단부 부분과 상기 제 1 헤더를 함께 기계적으로 접합하기 위해서 상기 개구 주위의 기계적으로 접합된 제 1 단부 부분과 제 1 베이스 플레이트 사이에, 상기 순응형 부재의 밀봉 부분이 개재된다.
이어서, 순응형 부재가 개구 주위로 연장하여 열 교환기 내에서 유지되는 냉각제를 위한 제 1 베이스 플레이트와의 밀봉을 제공한다. 일반적으로, 순응형 부재가 개구 주위에서 제 1 베이스 플레이트와 직접적으로 접촉하여, 제 1 헤더에 의해서 유지되는 냉각제를 위한 개구 주위의 밀봉을 제공할 것이다.
제 1 단부 부분들의 각각이 제 1 베이스 플레이트의 개구들 중 상응하는 하나의 개구 내에 수용될 수 있을 것이다. 튜브 및 순응형 부재의 밀봉 부분을 수용하기 위한 간극(clearance)을 두고, 개구들 각각이 튜브의 세장형(elongate) 횡단면과 일치하는 세장형 형상을 가질 수 있을 것이다.
발명의 바람직한 실시예에서, 제 2 튜브 단부 부분들의 각각이 또한 상응하는 개구에서 제 2 베이스 플레이트에 의해서 제 2 헤더에 기계적으로 접합될 수 있을 것이다. 그 대신에, 임의 수의 제 2 튜브 단부 부분들이 금속-대-금속 본드로 제 2 헤더에 접합될 수 있을 것이고, 이러한 경우에, 그러한 본드는 매트릭스의 성분들을 함께 융합하기 위해서 이용되는 동일한 가열 및 융합 프로세스에서 바람직하게 형성된다. 양 단부 부분들에서 모두-금속인 본드들을 가지는 복수의 그러한 튜브들이 존재할 때, 모두-금속 본딩된 튜브들 사이에 기계적으로 접합된 튜브들 중 적어도 하나가 존재할 수 있을 것이다.
일단 접합되면, 튜브들은, 사용 중에, 하나의 헤더로부터 다른 헤더로 튜브 단부 개구부들을 통해서, 예를 들어 에틸렌 글리콜과 물의 혼합물일 수 있는 냉각제를 이송할 수 있을 것이며, 각각의 튜브는 튜브 단부 부분들 사이에서 열 전달 부분을 가진다.
바람직하게, 핀들이 튜브들의 인접한 쌍들의 대향된 긴 측부들(sides) 사이에서 연장하고, 상기 튜브들 및 핀들이 함께 모두-금속 본딩된 매트릭스를 형성한다. 매트릭스는, 일반적으로, 제 1 면 및 제 2 면을 가질 것이다. 각각의 튜브의 긴 측부들이 매트릭스의 제 1 및 제 2 면들 사이에서 연장한다면, 이는 발명의 특별한 장점이 된다. 이는 매트릭스의 이러한 대향 측부들에 대한 기계적인 강성(rigidity)을 제공하는데 도움이 된다. 그에 따라, 각 튜브의 긴 측부들은 바람직하게 매트릭스의 대향 면들에서 노출된 핀들의 부분들과 실질적으로 같은 높이이다(flush). 그에 따라, 면들 중 하나와의 임의의 접촉이 각각의 튜브의 짧은 측부들에 의해서 실질적으로 편향되거나 차폐될 수 있고, 이는, 일반적으로, 비교할 때 전형적으로 비교적 얇은 핀들 보다 상당히 더 견고할 것이다.
사용 중에, 외부 매체, 예를 들어 공기가 제 1 면으로부터 제 2 면으로 매트릭스를 통해서 유동하여 열 전달을 실시하도록, 매트릭스 성분들이 배열된다.
발명의 바람직한 실시예들에서, 기계적으로 접합된 튜브의 제 1 단부 부분이 팽창된 부분을 가지고, 상기 순응형 부재의 밀봉 부분은 상기 튜브의 팽창된 부분에 의해서 개구 주위로 압축된다.
그에 따라, 상기 순응형 부재는 각각의 팽창된 제 1 단부 부분과 제 1 베이스 플레이트 내의 상응하는 개구의 대향 표면들 사이에서 압축된다. 그에 따라, 압축된 순응형 부재는, 기계적으로 접합된 제 1 단부 부분과 제 1 단부 부분들이 수용되는 제 1 베이스 플레이트 내의 상응하는 개구 사이의 또는 그 각각의 밀봉을 제공한다.
그에 따라, 제 1 단부 부분의 개구부는, 개구부의 둘레 주위에서 외측으로 팽창된 내부 치수들을 가진다.
팽창된 단부 부분이 세장형의 횡단면 형상을 가질 수 있을 것이고, 그에 따라 2개의 대향하는, 긴 측부들, 및 2개의 대향하는 짧은 측부들을 포함한다.
제 1 튜브 단부 부분들의 각각이, 열 전달 부분의 횡단면 형상에 대한 팽창된 횡단면 형상을 가질 수 있을 것이다. 이러한 팽창은 각각의 튜브에 대한 개구부에서의 냉각제 유동 저항을 감소시키는 한편, 동시에, 상기 제 1 단부 부분과 상기 베이스 플레이트 개구 사이에서 상기 순응형 부재의 밀봉 부분을 압축하는 작용을 한다. 이는 특히 순응형 부재와 튜브 단부 부분의 짧은 엣지들 또는 모서리들 주위에서, 양호한 밀봉부의 형성을 돕는다.
외측으로 테이퍼링된 형상을 가지는, 열 전달 부분으로부터 팽창된 단부 부분을 향해서 연장하는 튜브의 테이퍼링 섹션이 존재할 수 있을 것이고, 2개의 대향하는 튜브의 긴 측부들 사이의 거리가 증가되고 2개의 대향하는 짧은 측부들 사이의 거리가 또한 증가된다. 그에 의해서, 순응형 부재가 튜브의 팽창된 부분에 의해서 개구의 전체 범위 주위에서 압축된다.
기계적으로 접합된 제 1 단부 부분은, 일반적으로, 냉각제를 이송하기 위한 개구부를 가질 것이다. 팽창된 단부 부분의 2개의 대향하는 긴 측부가 개구부에 근접하여 외측으로 벌어질 수 있을 것이고, 팽창된 단부 부분의 2개의 대향하는 짧은 측부들이 개구부에 근접하여 외측으로 벌어질 수 있을 것이다. 이러한 방식에서, 제 1 단부 부분이 팽창된 단부 부분을 구비한다.
팽창된 단부 부분은 순응형 부재의 밀봉 부분과 접촉하는 실질적으로 일정한 횡단면 형상을 가지는 섹션을 가질 수 있을 것이다. 튜브의 길이방향 운동의 예상된 범위에 걸쳐 이러한 일정한 형상을 가지는 것의 장점은, 매트릭스의 열 팽창 및 수축으로 인해서 기계적으로 접합된 제 1 단부 부분과 제 1 헤더의 상대적인 운동으로 인해서 밀봉 부분이 압축되거나 팽창되지 않는다는 것이다. 이는, 튜브가 열 팽창 또는 수축으로 인해서 길이방향으로 이동하는 경우에도, 신뢰가능한 접촉을 보장하는데 도움이 된다.
바람직하게, 자동차 분위기에서 사용될 때, 열 교환기의 디자인에서 수용된 기계적 접합부 내의 또는 기계적 접합부 각각의 팽창 및 수축의 정도가 -40 ℃ 내지 120 ℃의 온도 범위에서 균등화된다(equate).
순응형 부재는 베이스 부분 및 적어도 하나의 돌출 부분을 가질 수 있을 것이다. 발명의 바람직한 실시예에서, 베이스은 제 1 베이스 플레이트의 표면 상에 안착되고, 돌출 부분 또는 각각의 돌출 부분이 제 1 베이스 플레이트 내의 개구들 중 상응하는 하나의 개구를 통해서 연장한다. 이러한 방식에서, 순응형 부재의 밀봉 부분은 제 1 베이스 플레이트 및 기계적으로 접합된 제 1 단부 부분 사이에 개재된다.
상기 팽창된 튜브 단부 부분들의 각각을 위한 분리된 하나의 순응형 부재가 존재할 수 있을 것이다. 이러한 경우에, 순응형 부재들의 각각이 헤더 또는 베이스 플레이트 내의 상응하는 개구를 통해서 연장할 수 있을 것이고, 그에 의해서 순응형 부재들의 각각이 상응하는 팽창된 튜브 단부 부분과 개구 사이에 개재된다.
그 대신에, 순응형 부재의 베이스 부분이 일체형 성분, 예를 들어, 복수의 개구들을 내부에 가지는 시트일 수 있고, 상기 시트 내의 개구들의 각각은 돌출 부분을 제공하는 상승된 테두리를 가지며, 이러한 테두리들의 각각이 제 1 베이스 플레이트 내의 상응하는 개구를 통해서 연장된다. 이러한 방식에서, 테두리들의 각각이 제 1 베이스 플레이트 및 기계적으로 접합된 제 1 단부 부분 사이에 개재되어 밀봉 부분을 제공한다.
순응형 부재의 베이스 부분이 실질적으로 매트릭스를 향해서 대면하는 제 1 베이스 플레이트의 외측 표면 상에 안착된다. 대안적으로, 순응형 부재의 베이스 부분이 매트릭스로부터 실질적으로 멀리 대면하는 제 1 베이스 플레이트의 내부 표면 상에 안착될 수 있을 것이다.
헤더들 중 하나 또는 양자 모두가 베이스 플레이트를 가질 때, 그러한 베이스 플레이트가 둘레 및 상기 둘레에 접합되는 커버를 가질 수 있을 것이다. 이어서, 제 1 헤더 커버 및 시트가 상기 둘레로 연장되어, 상기 베이스 플레이트와 상기 커버 사이의 둘레 주위의 밀봉부를 제공할 수 있을 것이다.
헤더 및/또는 베이스 플레이트는 금속으로 제조될 필요가 없다. 헤더(및/또는 베이스 플레이트)가 폴리머 재료로 이루어질 수 있을 것이다. 폴리머 재료 헤더 커버가, 본딩된 이음매(seam)에 의해서, 예를 들어, 아교 접착 또는 진동-용접되어, 상응하는 폴리머 재료 베이스 플레이트에 밀봉되어 폴리머 본드를 형성할 수 있을 것이다.
그 대신에, 헤더의 폴리머 커버 및 제 1 베이스 플레이트의 폴리머 재료가, 이러한 성분들 사이에서, 적어도 하나의 클립 보유(rataining) 특징부를 가질 수 있을 것이고, 그에 의해서 제 1 헤더의 커버가 제 1 베이스 플레이트에 고정된다.
열 전달 부분이, 튜브들의 길이를 가로질러 연장하는 평면 내에서, 실질적으로 직사각형인 횡단면을 가질 수 있을 것이다.
인접한 제 1 단부 부분들이 분리된 순응형 부재들을 가질 수 있을 것이나, 바람직한 실시예들에서, 인접한 튜브 단부들이 일체형 성분에 의해서 제공되는 순응형 부재들을 가진다.
상대적인 이동이 순응형 부재에 의해서 수용되는 2가지 방식들이 존재한다. 상기 순응형 부재가, 상기 튜브 단부 부분의 상대적인 이동을 허용하기 위해서, 휘어질 수 있을 것이다. 대안적으로 또는 부가적으로, 상기 순응형 부재가, 상기 튜브 단부 부분의 상대적인 이동을 허용하기 위해서, 상기 팽창된 튜브 단부 부분과 접촉된 상태로 슬라이딩될 수 있을 것이다.
일 측부에서 매트릭스가 상기 상응하는 헤더에 대해서 기계적으로 접합되는 한, 상기 튜브들의 다른 측부가 금속 헤더에 대해서 여전히 융합될 수 있을 것인데, 이는 순응형 부재의 상대적인 이동이 융합된 측부에서 응력이 축적되는 것을 방지할 것이기 때문이다. 그에 따라, 튜브들 중 적어도 하나가, 상응하는 금속 헤더 또는 금속 베이스 플레이트에 대한 모두-금속인 본드에 의해서 접합되는 하나의 단부 부분을 가질 수 있을 것이다.
발명의 제 2 양태에 따라서, 매트릭스, 제 1 헤더 및 제 2 헤더로부터 열 교환기를 조립하는 방법이 제공되고, 상기 매트릭스는 복수의 세장형의 그리고 실질적으로 평행한 금속 튜브들 및 복수의 금속 핀들을 포함하고, 상기 튜브들은 열 전달 부분을 가지고, 상기 열 전달 부분은 횡단면 형상이 세장형이고, 2개의 대향하는 긴 측부들 및 2개의 대향하는 짧은 측부들을 포함하며, 상기 핀들은 상기 인접한 튜브들의 열 전달 부분의 상기 대향하는 긴 측부들 사이에 위치되고 그리고 상기 인접한 튜브들에 대해서 모두-금속인 본드들에 의해서 접합되고, 상기 튜브들의 각각은, 상기 튜브들의 대향하는 단부들에서, 제 1 단부 부분 및 제 2 단부 부분을 가지고, 상기 방법은:
- 상기 매트릭스가 외부 매체와 상기 튜브들에 의해서 상기 헤더들 사이에서 이송되는 냉각제 사이에서 열을 전달하게 구성되도록, 상기 제 1 및 제 2 단부 부분들을 상기 제 1 및 제 2 헤더들에 대해서 각각 접합하는 단계를 포함하고, 상기 튜브들의 적어도 하나가, 적어도 하나의 순응형 부재에 의해서, 상기 제 1 단부 부분에서 상기 제 1 헤더에 기계적으로 접합되고, 상기 순응형 부재는 상기 제 1 단부 부분 주위로 연장하여 상기 열 교환기 내에서 유지되는 냉각제를 위한 상기 제 1 단부 부분과의 밀봉을 제공하고 상기 매트릭스의 열 팽창 및 수축으로 인해서 상기 접합된 제 1 단부 부분과 상기 제 1 헤더 사이의 기계적으로 접합된 튜브의 길이를 따른 상대적인 이동을 허용한다.
또한, 발명의 제 3 양태에 따라서, 열 교환기 제조 방법이 제공되고, 상기 열 교환기는 모두-금속 본딩된 매트릭스를 포함하고, 그러한 방법은:
- 제 1 헤더를 형성하는 단계로서, 상기 제 1 헤더가 제 1 세트의 개구들을 가지는, 제 1 헤더를 형성하는 단계;
- 제 2 헤더를 형성하는 단계로서, 상기 제 헤더가 제 2 세트의 개구들을 가지는, 제 2 헤더를 형성하는 단계;
- 복수의 세장형 금속 튜브들을 형성하는 단계로서, 상기 튜브들의 각각이 제 1 단부 부분 및 제 2 단부 부분 그리고 하나의 헤더로부터 다른 헤더로 상기 튜브들을 통해서 냉각제를 이송하기 위해서 상기 양 단부 부분들에 위치된 개구부를 가지고, 그리고 상기 각각의 튜브가, 상기 단부 부분들 사이에서, 외부 매체와의 열 전달을 위한 열 전달 부분을 구비하고, 상기 열 전달 부분이 세장형의 횡단면 형상을 가지고, 그리고 2개의 대향하는 긴 측부들 및 2개의 대향하는 짧은 측부들을 포함하는, 복수의 금속 튜브들을 형성하는 단계;
- 복수의 금속 핀들을 형성하는 단계;
- 상기 튜브들이 서로에 대해서 실질적으로 평행하도록 그리고 상기 핀들이 상기 튜브들의 인접한 쌍들의 대향하는 긴 측부들 사이에서 연장하도록 상기 튜브들 및 핀들을 배향하는 단계;
- 상기 배향된 튜브들 및 핀들을 함께 접합하여 모두-금속 본딩된 매트릭스를 형성하기 위해서 가열 및 융합 프로세스를 이용하는 단계로서, 상기 매트릭스가 제 1 면 및 제 2 면을 가지며 그에 따라, 사용 중에, 외부 매체가 상기 제 1 면으로부터 상기 제 2 면으로 상기 매트릭스를 통해서 유동하여 상기 튜브들에 의해서 이송되는 냉각제와 상기 외부 매체 사이의 열 전달을 실시하는, 가열 및 융합 프로세스를 이용하는 단계;
- 상기 제 1 튜브 단부 부분들을 상기 제 1 세트의 개구들과 정렬시키고 상기 제 2 단부 부분들을 상기 제 2 세트의 개구들과 정렬시키고 상기 단부 부분들의 각각을 상응하는 정렬된 개구들의 세트에 대해서 접합하는 단계; 및
- 상기 튜브들 중 적어도 하나로, 상기 제 1 세트의 개구들 중의 상응하는 개구 내에 상기 제 1 단부 부분을 수용하고 그리고 상기 제 1 단부 부분이 수용되는 상응하는 개구와 상기 제 1 헤더의 제 1 단부 부분 사이의 기계적 접합부 내에서 상기 헤더에 대해서 상기 튜브를 접합시키기 위해서 순응형 부재를 이용하는 단계로서, 상기 순응형 부재는 상기 냉각제를 위한 상기 제 1 단부 부분 주위의 밀봉을 제공하고 그리고 상기 매트릭스의 열 팽창 및 수축으로 인해서 상기 접합된 제 1 단부 부분과 상기 제 1 헤더 사이의 기계적으로 접합된 튜브의 길이를 따른 상대적인 이동을 허용하는, 순응형 부재를 이용하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 튜브들의 긴 측부들이 상기 매트릭스의 상기 제 1 면과 상기 제 2 면 사이에서 연장한다.
선택적으로, 가열 및 융합 프로세스에서 단부 부분들과 헤더들 사이의 모두-금속인 본드에 의해서, 튜브들 중 적어도 하나가 양 단부 부분들에서 상응하는 헤더들에 접합될 수 있을 것이다. 가열 및 융합 프로세스에서 모두-금속인 본드에 의해서, 양 단부 부분들에서, 상응하는 헤더들에 대해서 접합된 복수의 그러한 튜브들이 존재할 수 있을 것이고, 이러한 경우에, 모두-금속 본딩된 튜브들 사이에 기계적으로 접합된 튜브들 중 적어도 하나가 존재하는 것이 바람직하다.
대안적으로 또는 부가적으로, 매트릭스가 상기 튜브들과 실질적으로 평행한 적어도 하나의 스트립을 포함할 수 있을 것이고, 상기 스트립은 스트립과 헤더들 사이의 모두-금속인 본드에 의해서 양 헤더들에 대해서 접합된다. 발명의 바람직한 실시예들에서, 스트립은, 튜브들이 사이에 샌드위치되는 보호 스트립이다.
방법은: 제 1 베이스 플레이트를 형성하는 단계로서, 상기 제 1 세트의 개구들이 상기 제 1 베이스 플레이트 내에 제공되는, 제 1 베이스 플레이트 형성 단계; 제 2 베이스 플레이트를 형성하는 단계로서, 상기 제 2 세트의 개구들이 상기 제 2 베이스 플레이트 내에 제공되는, 제 2 베이스 플레이트 형성 단계; 제 1 헤더 커버를 형성하고 제 1 헤더 커버를 제 1 베이스 플레이트에 조립하여 제 1 헤더를 형성하는, 제 1 헤더 형성 단계; 및 제 2 헤더 커버를 형성하고 제 2 헤더 커버를 제 2 베이스 플레이트에 조립하여 제 2 헤더를 형성하는, 제 2 헤더 형성 단계를 포함할 수 있을 것이다.
제 2 베이스 플레이트가 금속일 때, 상기 방법은 상기 제 2 단부 부분들과 상기 제 2 헤더 사이의 가열 및 융합 프로세스에서 모두-금속인 본드에 의해서 제 2 단부 부분들에서 상기 튜브들의 각각을 제 2 헤더에 접합하는 단계를 포함할 수 있을 것이다.
기계적으로 접합된 튜브는, 일반적으로, 외측 벽을 가진다. 상기 방법은, 그에 따라, 상기 열 전달 부분 내의 벽에 대해서 상기 제 1 단부 부분 내의 벽을 외측으로 연장시키는 단계를 포함할 수 있을 것이다. 이러한 방식에서, 상기 순응형 부재의 밀봉 부분이 상기 단부 부분 내의 팽창된 벽과 접촉하여 압축되고 그에 따라 밀봉부를 제공하며 그리고 상기 매트릭스의 열 팽창 및 수축으로 인한 상기 접합된 베이스 플레이트에 대한 상기 튜브 단부 부분의 상대적인 이동을 허용한다.
상기 단부 부분의 벽의 팽창에 앞서서, 상기 방법이, 제 1 단부 부분이 정렬되는 상기 개구들 중 상응하는 하나의 개구 내로 제 1 단부 부분을 삽입하는 단계, 및 상기 삽입된 단부 부분과 제 1 헤더 사이에 순응형 부재를 개재시키는 단계, 그리고 이어서 상기 팽창된 제 1 단부 부분 주위에 밀봉을 형성하기 위해서 상기 제 1 단부 부분이 상기 순응형 부재를 압축하도록 상기 상응하는 단부 부분을 팽창시키는 단계를 포함할 수 있을 것이다.
발명의 바람직한 실시예에서, 제 1 헤더는, 제 1 단부 부분이 내부에 수용되는 개구들의 각각의 주위로 연장하는 벽을 가지고, 상기 방법은 수용된 제 1 단부 부분을 향해서 내측으로 헤더의 이러한 벽을 팽창시키는 단계를 포함하고, 그에 의해서 상기 순응형 부재의 밀봉 부분이 상기 개구 주위의 제 1 헤더의 이러한 팽창된 벽과 접촉되어 압축된다.
이제, 첨부 도면들을 참조하여, 단지 예로서, 발명을 추가적으로 설명할 것이다.
도 1은, 성분들의 브레이징에 앞서서, 발명의 바람직한 실시예에 따른 열 교환기 내에서 이용하기 위한 매트릭스를 위한 조립된 어레이의 금속 튜브들 및 금속 핀들의 개략적인 평면도이다.
도 2는 일시적인 프레임에 의해서 함께 홀딩되었을 때의, 도 1의 성분들을 도시한 개략도이다.
도 3은 도 1의 매트릭스의 성분들을 함께 브레이징하기 위해서 이용된 제어 분위기 브레이징(CAB) 프로세스의 개략적인 사시도이다.
도 4는, 발명의 제 1의 바람직한 실시예에서, 의도적으로 피팅된 순응형 부재를 가지는 금속 헤더 베이스 플레이트가 매트릭스 튜브들의 단부 부분들에 어떻게 기계적으로 연결되는지를 보여주는 확대된 부분도와 함께 브레이징된 매트릭스의 횡단면을 도시한다.
도 5는, 순응형 부재가 헤더 베이스 플레이트와 튜브들의 단부 부분들 사이에 개재되도록 튜브 단부 부분들을 수용하는 개구들을 순응형 부재가 어떻게 구비하는지를 보여주는, 매트릭스 튜브들의 단부들에 대한 연결 후의 매트릭스의 일부 및 헤더 베이스 플레이트의 횡단면도이다.
도 6은 도 5의 VI-VI 방향을 따른 평면도로서, 헤더 베이스 플레이트의 내부, 순응형 부재 및 튜브 단부들을 도시한 평면도이다.
도 7은 도 5의 연결된 헤더 베이스 플레이트 및 매트릭스를 도시하고, 그리고 어떻게 팽창 공구가 튜브 단부들을 향해서 길이방향으로 이동하는지를 도시한 도면이다.
도 8은, 각각의 개구부의 전체 둘레 주위에서 외측으로 튜브 벽들의 각각을 변형시키기 위해서 튜브 단부 부분들의 각각의 개구부 내로 프레싱되는 많은 수의 불릿 노오즈형(bullet nosed) 돌출부들을 팽창 툴이 어떻게 구비하는지를 도시한, 그리고 그에 의해서 순응형 부재들이 튜브 단부 부분들과 밀봉부를 만들기 위해서 프로세스에서 어떻게 압축되는지를 도시한 도면이다.
도 9 및 10은 발명의 제 1의 바람직한 실시예에서 열 교환기의 조립을 완료하기 위해서, 팽창 공구의 제거 후에, 헤더 커버가 헤더 베이스 플레이트에 어떻게 연결되는지를 도시하고, 그리고 그 후에 냉각제가 열 교환기를 통해서 유동될 수 있는 것을 도시한 도면이다.
도 11은, 발명의 제 2의 바람직한 실시예에 따른, 열 교환기에서 이용하기 위한, 헤더 플레이트의 외부 표면에 대해서 피팅되는 순응형 부재 및 금속 헤더 베이스 플레이트의 일부의 횡단면도를 도시한다.
도 12는, 도 11의 순응형 부재와 헤더 베이스 플레이트를, 함께 피팅되었을 때 도시한 도면이다.
도 13은 도 12의 선 XIII-XIII을 따라서 취한, 헤더 베이스 플레이트의 외부 표면의 평면도이다.
도 14는, 브레이징된 매트릭스의 튜브 단부 부분들이 순응형 부재 내의 개구들을 통해서 삽입된 후에, 수많은 불릿 노오즈형 돌출부들을 가지는 팽창 공구가 튜브 단부 부분들의 각각의 개구부들 내로, 그리고 또한 각각의 튜브 단부의 어느 한 측부의 금속 헤더 베이스 플레이트의 컵-형상의 부분들 내로 어떻게 프레싱되는지를 보여주는 도면이다.
도 15는 도 14의 선 XV-XV을 따라서 취한, 헤더 베이스 플레이트로 피팅된 순응형 부재의 내부 부분들을 보여주는, 헤더 베이스 플레이트의 내측부의 평면도이다.
도 16 및 17은 도 14를 따른 것으로서, 튜브 단부 부분들의 각각의 개구부들 외측으로 변형시키는 한편, 동시에, 각각의 튜브 단부 부분의 어느 한 측부 상에서 금속 헤더 베이스 플레이트의 컵-형상의 부분들을 외측으로 변형시키기 위해서 툴을 어떻게 이용하는지를 보여주는 횡단면도를 도시한다.
도 18은, 발명의 제 3의 바람직한 실시예에 따른 열 교환기에서 이용하기 위한, 헤더 베이스 플레이트의 내측 표면에 피팅되는 순응형 부재 및 플라스틱 재료 헤더 베이스 플레이트의 일부를 도시한 횡단면도이다.
도 19는, 도 12의 순응형 부재 및 헤더 베이스 플레이트를, 함께 피팅한 상태로 도시한 도면이다.
도 20은 도 19의 순응형 부재 및 플라스틱 재료 헤더 베이스 플레이트의 일부의 횡단면도로서, 브레이징된 매트릭스의 튜브 단부 부분들이 순응형 부재 내의 개구들을 통해서 삽입된 후에, 튜브 단부 부분들을 팽창시키고 순응형 부재를 압축하여 튜브 단부 부분들과 밀봉을 만들기 위해서 이용되는 팽창 툴과 함께 도시한, 횡단면도이다.
도 21은 팽창 툴의 회수 후에 도 20의 선 XXI-XXI를 따라서 취한, 헤더 베이스 플레이트에 피팅된 순응형 부재의 내부 부분들을 보여주는, 플라스틱 재료 헤더 베이스 플레이트의 내부의 평면도이다.
도 22는 도 20의 순응형 부재 및 접합된 매트릭스, 플라스틱 재료 헤더 베이스 플레이트의 일부의 횡단면도로서, 발명의 제 3의 바람직한 실시예에서 열 교환기의 조립을 완료하기 위해서 플라스틱 재료 헤더 커버를 헤더 베이스 플레이트에 대해서 어떻게 본딩하는지를 보여주는 횡단면도이다.
도 23은 도 22의 헤더의 변형을 구비하는 열 교환기의 일부의 횡단면도로서, 플라스틱 재료 헤더 커버가 헤더 베이스 플레이트에 클리핑되어 열 교환기의 조립을 완료하는 것을 보여주는 횡단면도이다.
도 1 내지 3은, 이하에서 보다 구체적으로 설명되는, 도 10에 도시된 그리고 발명의 추가적인 실시예들에서와 같은 열 교환기(100)를 위한 매트릭스(10)를 포함하는 융합된 조립체(7')의 제조 중의 초기 스테이지들을 도시한다. 실시예들은 모두 모터 차량 열 교환기에 관련되나, 발명의 원리들은, 냉각 및 가열 목적들 모두를 위한, 다른 타입의 열 교환기에도 적용될 수 있다.
이러한 예에서 알루미늄으로 형성되는, 복수의 세장형의 길이방향으로 연장하는 금속 튜브들(2)이 튜브들의 인접한 쌍들 사이의 공간들(6) 내의, 또한 알루미늄으로 이루어진, 금속 핀들(4)을 가지고 평행한 배향으로 이격되어 먼저 조립된다. 그에 따라, 선택적으로, 최-단부의 상단부 및 하단부 핀들을 제외하고, 튜브들(2)이 각각의 핀(4)의 대향하는 상단부 및 하단부 측부들로 브래킷되고(bracket), 상기 최-단부의 상단부 및 하단부 핀들은, 이러한 위치들에서 보다 큰 기계적인 보호를 제공하기를 희망하는 경우에, 이러한 예에서 중실형(solid) 금속 스트립(8)인, 보호용의 세장형, 길이방향 연장 성분에 의해서 일 측부 상에서 본딩될 수 있을 것이다. 비록 도면들이 중실형 금속 바아들 형태의 단부 스트립들(8)을 도시하고 있지만, 대안은, 이러한 바아들 및 인접한 핀들을 생략하는 것이고, 이러한 경우에 튜브들(2)은 상단부 및 하단부 위치들에서 임의의 다른 성분에 의해서 브래킷되지 않는다.
도 1은 성분들의 브레이징 이전의 튜브들(2), 핀들(4), 및 보호용 단부 스트립들(8)을 도시한다. 그에 따라, 이러한 성분들은 초기에 느슨하고 그리고 연결되어 있지 않다. 후속 프로세싱 중에 성분들을 함께 유지하기 위해서, 프레임 또는 하나 이상의 스트랩들이 성분들 주위로 일시적으로 배치되어 유지 조립체(7)를 형성한다. 이러한 것이, 단지 개략적인 형태로, 도 2의 브래킷-형상의 라인들(12)로 도시되어 있다.
그렇게 성분들(2, 4, 8)이 함께 유지된 상태에서, 그 성분들은 가열 및 융합 프로세스를 거치고, 이러한 예에서, 그러한 프로세스는 도 3에 도시된 바와 같이, 제어 대기 브레이징(CAB) 프로세스(11)이다. 이러한 프로세스는, 예를 들어 튜브들의 단부들에 연결된 헤더들 또는 헤더 베이스 플레이트들을 포함하는 모두-금속인 열 교환기들을 제조하기 위해서 이용되는, 당업자에게 공지된, 통상적인 프로세스이고, 그에 따라 구체적으로 설명하지 않을 것이다.
선택적으로, 발명의 일부 실시예들에서, 튜브들(2) 중 하나의 단부가 가열 및 융합 프로세스에서 금속 헤더에 부착될 수 있을 것이고, 또는 튜브들의 하나의 또는 양 단부들이 가열 및 융합 프로세스에서 상응하는 금속 헤더 베이스 플레이트에 부착될 수 있다. 이러한 단부 성분들은, 가열 및 융합 프로세스에 앞서서, 조립체(7)의 하나의 측부나 양 측부들에 부착될 수 있을 것이고, 이어서 동일한 프로세스에서 매트릭스와 함께 융합될 수 있고, 또는 이러한 성분들이 분리된, 추후의 프로세스에서 헤더 또는 헤더 베이스 플레이트에 융합될 수 있다. 그러나, 각각의 경우에, 적어도 하나의 측부 상의 적어도 하나의 튜브 단부가 그렇게 접합되지 않을 것이고 분리되어 유지될 것이며, 이하에서 더 구체적으로 설명하는 바와 같이, 순응형 기계적 접합부와 접합될 것이다.
그에 따라, 도 3은 이동하는 컨베이어 벨트 상의 제 위치에서 그러한 양 헤더들 또는 헤더 베이스 플레이트들을 윤곽선으로 도시하나, 상기 도 3은 단지 개략적인 것이고 그리고 가열 및 융합 프로세스는 단지 하나의 헤더 또는 헤더 베이스 플레이트가 존재하거나 존재하지 않은 경우와 동일할 것임을 이해할 수 있을 것이다.
적어도 하나의 헤더 또는 헤더 베이스 플레이트가 가열 및 융합 프로세스에 포함되는 경우에, 세장형의 길이방향으로 연장하는 성분들, 보호용 스트립들(8) 또는 상기 튜브 단부(13, 13') 또는 각각의 튜브 단부에서의 튜브 단부 부분들(14, 14') 중 하나 이상이 헤더에 융합되어 금속-대-금속 접합부를 만들 것이다. 그러나, 적어도 하나 또는 양 헤더들에서의 나머지 튜브 단부들 중 적어도 하나가 가열 및 융합 프로세스 중에 그렇게 접합되지 않고 그리고 이어서 이러한 자유 튜브 단부들이 프로세싱의 후속 스테이지에서 이하에서 보다 구체적으로 설명하는 방식들 중 하나의 방식으로 상응하는 헤더에 기계적으로 연결될 수 있을 것이다.
CAB 프로세스(11)의 종료시에, 튜브들(2) 및 핀들(4) 그리고 선택적으로 보호용 금속 스트립들(8)이 인접하고 접촉하는 성분들의 금속 내로 이음매 없이(seamlessly) 연장하는 각각의 성분의 금속과 함께 융합된다. 유사하게, 만약 헤더들 중 하나 또는 양자 모두가 포함된다면, 튜브 단부들 중 적어도 일부가 각각의 헤더 또는 헤더 베이스 플레이트 내의 상응하는 개구들에 대해서 융합될 것이나, 튜브 단부들 중 적어도 하나는 상응하는 개구로부터 여전히 자유롭게 유지될 것이다. 가열 및 융합 프로세스에서, 헤더의 임의의 인접한 표면들과 충분히 넓은 갭, 예를 들어 적어도 1 mm 의 갭을 제공함으로써, 튜브 단부에서의 금속-대-금속 접합부의 형성이 방지될 수 있다.
도 4 내지 22는, 튜브들에 대한 모든 연결들이 기계적으로 이루어지도록, 함께 매트릭스(10)로 융합시키기 위해서 이용되는 동일한 프로세스에서 헤더 또는 베이스 플레이트가 임의 튜브 단부들에서 융합되는 경우와 특히 관련된다. 그러나, 금속 스트립들(8)은 추후의 가열 및 융합 프로세스에서 헤더 베이스 플레이트(20)의 외측 표면에 접합되어 열 교환기(100)의 대향하는 상단부 및 하단부 단부들(17, 17')에서 기계적 강성을 제공한다.
그에 따라, 만약 이러한 예에서 각각이 튜브(2)가 자유롭게 연장하는 대향 길이방향 단부들(13, 13')을 초기에 가진다면, 도 4는 단지 매트릭스를 포함하는 것으로 도 3의 융합된 조립체(7')를 도시한다. 튜브 단부 부분들(14, 14')의 각각이 매트릭스(10)의 대향하는 좌측 및 우측 측부들(16, 16')의 각각 상의 다른 튜브 단부 부분들 모두와 평행으로 정렬된다. 핀들(4)은, 튜브 단부 부분들(14, 14')에 못 미쳐서 중단되는 튜브들의 중앙 열 전달 부분(15)을 가로질러 연장하고 그에 따라 튜브 단부 부분들이 핀들 및 열 전달 부분의 측부들에 대해서 자유롭게 연장한다.
이어서, 헤더 또는 헤더 베이스 플레이트가 매트릭스(10)의 양 측부들(16, 16') 상의 튜브 단부 부분들(14, 14')에 기계적으로 커플링된다. 만약 단지 하나의 헤더 또는 헤더 베이스 플레이트가 CAB 프로세스에서 매트릭스와 완전히 융합된다면, 그러한 프로세스는 튜브들 중 하나 이상을 매트릭스의 다른 측부 상의 다른 헤더 또는 헤더 베이스 플레이트에 기계적으로 접합하는 것을 포함할 것이다.
이러한 예에서, 2개의 헤더 베이스 플레이트들(이들 중 하나의 베이스 플레이트(20)가 도시됨)이 시트-유사 순응형 부재(22)와 함께 조립되고 그리고 상응하는 튜브 단부 부분(14)을 향해서 길이방향(24)으로 이동된다. 순응형 부재는 편평한 베이스 부분(21) 및 복수의 돌출 부분들(36)을 가지고, 각각의 돌출 부분은 베이스 부분으로부터 멀리 연장한다. 순응형 부재(22)는 탄성적이고 그에 따라 탄력적으로 압축가능하고, 예를 들어 합성 고무 재료로 제조된다. 도 5는 조립되었을 때의 배열을 도시하고 그리고 도 6은 헤더 플레이트(20), 순응형 부재(22) 및 튜브 단부(13)의 튜브 단부 표면(26)의 내부 단부도를 도시한다.
이러한 예에서, 튜브들(2)이 알루미늄으로 형성되고 그리고 하나의 길이방향 연장 채널(28)을 가진다. 그러나, 비록 도시하지는 않았지만, 당업자는 그러한 튜브들이 접혀질 수 있고 그리고 하나 이상의 부가적인 채널들을 가질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 2개의 나란한 채널들을 가지는 접혀진 튜브가 종종 'B-튜브'로 지칭되는데, 이는 튜브(10)의 길이방향 축(29)에 수직인 횡단면적 형상 때문이다. 접혀진 튜브들은 단일 채널을 가지는 튜브들에 대비하여 증가된 강도를 제공하는 한편, 그들의 구성에서 보다 얇고 가벼운 재료들을 이용할 수 있게 한다. 그러나, 이하에서 보다 구체적으로 설명하는 바와 같이, 단일 채널 튜브들은 그들의 단부들을 팽창시키는데 보다 적합하고 그리고 순응형 부재로 밀봉하기에 보다 적합하다.
튜브들(2) 및 단부 스트립들(8)은 전형적으로 시트 금속으로, 예를 들어 알루미늄으로 형성된다. 튜브들의 경우에, 시트 금속의 2개의 대향 엣지들이 함께 조합되어 튜브(2)의 길이를 따라서 이음매를 형성하고, 이러한 이음매를 브레이징하여 튜브(2)를 밀봉한다. 핀들(4)은 또한 전형적으로 시트 금속으로, 예를 들어 알루미늄으로 형성되고, 그리고 이러한 예에서 각각의 핀이 지그재그 패턴 또는 삼각형 패턴으로 접혀진다.
도 4 및 6의 비교로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 각각의 튜브(2)의 열 전달 부분(15)이 제 1의 넓은 또는 광범위한 치수(31) 및 제 2의 얇거나 좁은 치수(32)를 가지도록 튜브가 일반적으로 편평화된다. 특히, 튜브의 열 전달 부분(15)의 외부 벽(33)이 대향하는, 일반적으로 평면형인, 넓은 부분들 또는 측부들(34) 및 상기 넓은 측부들 사이에서 연장하는 대향하는, 일반적으로 곡선형인, 좁은 부분들 또는 측부들(35)을 포함한다. 이음매(미도시)가 튜브(2)의 보다 좁은 치수(32)를 가로질러 연장하도록, 튜브(2)가 편평화된다. 그에 따라, 열 전달 부분(15)은, 각각의 튜브의 길이를 가로질러 연장하는 수평 평면 내의 횡단면 형상에서 세장형이 된다.
본원 발명의 문맥에서, "편평한" 또는 "편평화된(flattened)"이라는 용어는 넓고 얇은 형상을 가지는 물체(object) 즉, 두께 대 깊이와 관련하여 비교적 넓은 표면을 가지는 물체와 관련하여 사용된다.
도 9 및 10에 도시된 바와 같이, 열 교환 유체 또는 냉각제(40)를 헤더들 사이에서 이송하기 위해서 복수의 튜브들(2)이 제 1 헤더(41)와 제 2 헤더(42) 사이에서 연장한다. 튜브들(2)은 열 교환기(100)의 높이를 따라서 측방향으로 이격되고, 그리고 핀들이 내부에서 본딩되는 갭들(6)이 튜브들(2)의 인접한 쌍들의 외부 벽들(33)의 대향하는 넓은 부분들(34) 사이에 형성된다.
전형적으로, 사용시에, 가열된 냉각제(40)가 튜브들(2)을 통해서 유동하고 그리고 저온의 유체, 예를 들어 공기가 매트릭스(10) 내의 갭들 또는 홀들을 통해서 유동한다. 냉각제로부터의 열 에너지가 튜브들(2)의 벽들(33)로 이어서 핀들(4) 내로 전달되고 그리고 이러한 열 에너지가 이어서 튜브들 및 핀들의 외부 표면들로부터 복사되고, 저온 유체 또는 공기의 유동에 의해서 보조된다. 튜브들의 편평화된 형상은 그들의 표면 대 부피 비율을 최대화하고, 그에 따라 열 교환기(100)의 효율을 증가시키는 한편, 동시에 핀들에 대한 강도 및 물리적 보호를 제공하며, 상기 핀들은 상기 매트릭스(10)의 대향하는 전방 및 후방 면들 상의 튜브의 열 전달 부분(15)의 2개의 대향하는 짧은 측부들(35)과 실질적으로 동일한 높이이다.
열 교환기(100)의 동작 중에, 매트릭스(10)는, 전형적으로 불균일하고 그에 따라 열 팽창으로 인해서 불균일한 응력들을 유도하는 열적 사이클링(열 교환기 성분들의 온도의 상승 및 강하)에 노출된다. 이웃하는 튜브들이 상이한 정도로 팽창될 수 있고, 그에 따라 축방향 부하들이 튜브들의 이웃들에 의해서 튜브들(2) 상으로 부여될 수 있다. 이는 기계적으로 견고한 매트릭스 내에서는 문제가 되지 않으나, 양 헤더들이 금속 헤더 또는 헤더 플레이트에 브레이징될 때 고장을 초래할 수 있다. 그에 따라, 헤더/튜브 접합부를 따라 발생하는 응력 집중들로 인해서 그러한 헤더/튜브 접합부가 고장을 일으키기 쉽고, 이때 고장은 튜브 및 헤더 베이스 플레이트의 곡선형의 좁은 부분들(35)의 삽입부에서 가장 빈번하게 발생된다.
본원 발명은, 헤더들 중 적어도 하나를 따라서, 그리고 가장 바람직하게 양 헤더들을 따라서, 튜브들과 헤더들 사이에 하나 이상의 기계적 접합부들을 제공함으로써 이러한 문제를 처리하고, 상기 기계적인 접합부들은 냉각제의 진출에 대해서 양호한 밀봉을 유지하면서도 기계적으로 접합된 튜브들의 약간 정도의 길이방향 이동을 허용한다.
도 4 내지 10의 제 1 실시예에서, 순응형 부재(22)가 하나 이상의 테두리들 또는 립들(lips)(36)을 가지고, 그러한 테두리들 또는 립들의 각각이 베이스 플레이트 내의 복수의 개구들(38) 중 하나의 엣지(37)와 접촉하여 베이스 플레이트(20)를 통해서 연장한다. 그에 따라, 상기 림들 또는 립들(36)의 각각이 각각의 튜브 단부 부분과 베이스 플레이트 사이의 순응형 부재의 밀봉 부분을 제공한다.
비록 도면들은, 튜브 단부 부분들(14, 14')이 각각의 베이스 플레이트 개구들(38) 내로 삽입되기 이전에, 그리고 상단부 및 하단부 단부 스트립들(8)이 이음매(23)에서 베이스 플레이트의 외측 표면에 용접되기에 앞서서, 베이스 플레이트(20)와 조립된 것으로서 순응형 부재(22)를 도시하고 있지만, 순응형 부재의 탄성은, 매트릭스(10)의 헤더 베이스 플레이트(20)에 대한 조립 이후에 그리고 단부 스트립들의 베이스 플레이트에 대한 융합 이후에 튜브 단부 부분들과 베이스 플레이트 개구 사이로 순응형 부재의 돌출 테두리들(36)이 삽입될 수 있게 허용한다는 것을 주목하여야 할 것이다.
이어서, 순응형 부재(22)가 각각의 튜브 단부 부분(24, 24')과 베이스 플레이트 내의 상응하는 개구(38)의 대향하는 표면들 사이에서 유지된다. 순응형 부재의 각각의 테두리(36) 내부에는 튜브 단부 부분(14)의 프로파일과 합치(match)되는 개구(39)가 위치되며, 그에 따라, 도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 튜브 단부 부분(14)이 순응형 부재(22) 내의 개구들(39) 중의 상응하는 하나의 개구 내부로 슬립될 수 있다.
도 7 및 8에 도시된 바와 같이, 복수의 테이퍼형 노오즈들(52)을 가지는 팽창 공구들(50)이 상응하는 튜브 단부 부분들(14)을 향해서 길이방향(54)을 따라 이동되고 이어서 각각의 단부 튜브 단부(13)에서 개구부들(55) 내로 가압된다. 이는, 튜브 외부 벽(33)을 팽창시켜 공구 노우즈(52)의 형상에 합치되게 한다. 튜브 벽의 넓은 부분들(34)이 외측으로 팽창된다. 이러한 예에서, 넓은 부분들이 멀리 이동됨에 따라, 대향하는 좁은 부분들(35)이 또한 외측으로 팽창된다. 이는, 횡단면이 점진적으로 팽창된 테이퍼형 섹션(56)을 가지는 팽창된 튜브 단부 부분(44) 및 횡단면이 일정한 가장 단부의(end-most) 직선형인 섹션(57)을 생성한다. 이러한 방식에서, 순응형 부재(22)의 밀봉 부분(36)는 팽창된 튜브 단부 부분(44)과 베이스 플레이트 개구 엣지(370 사이에서 압축되거나 끼워된다(pinched).
일정한 횡단면이 순응형 부재(22)와 접촉하고, 이러한 프로세스에서 상기 순응형 부재(22)가 압축되어 팽창된 튜브 단부 부분(44)과 타이트하게 접촉한다. 조립된 열 교환기(100)의 열적 사이클링으로 인한 팽창된 튜브 단부 부분(44) 및 헤더 또는 헤더 베이스 플레이트(20)의 상대적인 길이방향 이동 중에 이러한 직선형 섹션이 순응형 부재 테두리(36)의 개구(39)와 접촉 유지되도록, 가장 단부의 직선형 부분(57)의 길이가 충분하다.
튜브들(2)이 길이방향으로 팽창되거나 수축될 때, 순응형 부재(22)는, 바람직하게 휘어짐만으로, 약간의 이동을 허용하나, 일부 다른 실시예들에서는, 순응형 부재의 형상에 의해서 미끄러짐(slippage)이 사용 시간(time work)에 걸쳐 자유롭게 발생되지 않는 한도 내에서, 어느 정도의 미끄러짐이 가능할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 비록 도시되지는 않았지만, 각각의 개구 엣지(37)가 순응형 부재(22)의 립 또는 테두리의 외부 표면 내의 홈 내에 안착될 수 있고, 이는 개구 엣지(37) 주위의 베이스 플레이트의 외부 및 내부 측부들 모두와 접촉하는 홈 벽들을 가질 것이다.
각각의 헤더(41, 42)의 조립은 헤더 커버(58)를 헤더 베이스 플레이트(20)에 피팅(fitting)함으로써 완료된다. 헤더 커버가 금속 또는 폴리머일 수 있고, 그리고 통상적인 수단에 의해서, 예를 들어 아교접착(gluing) 또는 클림핑 또는 브레이징에 의해서, 이음매(59)를 따라서 베이스 플레이트(20)에 접합될 수 있을 것이다. 이러한 예에서, 순응형 부재(22)는 헤더 플레이트의 길이방향으로 돌출하는 테두리(62)의 내부 주위로 연장하는 둘레 엣지(61)를 가진다. 순응형 부재 엣지(61)는 밀봉부를 만들기 위해서 커버의 둘레 립(63)에 의해서 커버(58)의 이러한 접합 중에 압축된다. 이는 또한, 순응형 부재를 제 위치에서 고정하여 그러한 순응형 부재가 측방향으로 미끄러지지 않도록 고정하는 장점을 제공한다.
튜브 단부들(13)의, 전부가 아닌, 일부가 가열 및 융합 프로세스(11)에서 또는 그 후에 헤더 또는 헤더 베이스 플레이트(20)에 융합되는 경우에, 융합하고자 하는 튜브 단부들이 개구의 엣지들과 실질적으로 접촉하여(즉, 접촉하여 또는 바람직하게 약 0.1 mm 이하만큼 이격되어) 배치된다. 이어서, 개구 엣지가 더 작은 치수를 가지고, 그에 따라 튜브 단부 표면(26)에서 튜브 벽(33)이 개구 엣지와 중첩한다. 그에 따라, 개구들의 각각의 크기가 도시된 것으로부터 튜브 단부에서의 개구부(55)의 치수들에 합치되도록 상응하여 감소된다. 그러한 금속의 융합이 이루어지지 않는 개구의 경우에, 이러한 개구들에서의 튜브 단부들(13)이 자유롭게 유지되도록 베이스 플레이트 개구들(37)이 도면들에 도시된 바와 같은 크기를 가진다. 그러한 튜브 단부들은, 선택적으로, 융합하고자 하는 튜브 단부들 보다 더 길 수 있고, 그에 따라 자유 튜브 단부들(13)이 도 7에 도시된 양 만큼 각각의 베이스 플레이트 개구를 통해서 돌출하는 한편, 융합된 튜브 단부들은, 상기 튜브 단부들이 헤더 베이스 플레이트의 금속에 대해서 접합되는 곳에서, 보호용 스트립(8)의 경우와 유사하게, 보다 짧은 길이에서 종료될 수 있다. 이어서, 각각의 자유 튜브 단부가, 튜브 단부와 상응하는 개구 사이에 빈(clear) 갭을 두고, 배치된다. 이어서, 순응형 부재(22)가 튜브 단부들(13) 위로 그리고 이러한 갭 내로 삽입되고, 그 후에 튜브 단부들이 전술한 바와 같이 공구에 의해서 팽창되어 순응형 부재를 클림핑한다.
비록 전술한 설명이 각각의 튜브 단부를 밀봉하기 위한 순응형 부재를 제공하는 단일 성분을 가지는 조립체에 관한 것이지만, 각각의 베이스 플레이트 개구의 둘레 주위에서 각각 연장하는 복수의 물리적으로 분리된 순응형 부재들이 존재할 수 있을 것이다. 튜브 단부들(13)의 전부가 아닌, 일부가 헤더 또는 헤더 베이스 플레이트에 융합되는 이러한 실시예는, 밀봉하고자 하는 각각의 팽창된 튜브 단부부분(44)에 대해서 하나씩, 순응형 부재들을 분리하기에 적합하다.
그에 따라, 발명은 헤더들 중 하나 또는 양자 모두를 따른 금속 융합된 접합부들 및 기계적인 접합부들의 조합이 존재하는 경우로 확장된다. 그러한 배열은 바람직할 수 있는데, 이는 금속-대-금속 융합 접합부가, 일반적으로, 제조 프로세스에서 기계적인 접합부들 보다 적은 비용으로 달성될 수 있기 때문이다. 실질적으로, 개별적인 헤더들 또는 헤더 베이스 플레이트들 및 튜브 단부들 사이의 모든 금속-대-금속 접합부들이 열적 응력들로 인해서 균등하게 고장나지 않을 수 있다는 발견하였다.
이러한 것의 예로서, 도 10에서, 헤더들(41) 중 하나가 내부 분할 벽(65)을 가지며, 그러한 내부 분할 벽은 헤더를 유입구 측부와 배출구 측부로 분리한다. 그에 따라, 비교적 고온의 냉각제(40)가 유입구 포트(43)의 외부로, 헤더의 유입구 측부로, 그리고 튜브들의 제 1 세트 내로 유동할 것이고 그리고 비교적 저온의 냉각제가 직접적으로 인접한 튜브들의 제 2 세트 내에서 헤더의 배출구 측부 및 배출구 포트(45)를 향해서 유동할 것이다. 이러한 배열에서, 가장 고장 나기 쉬운 2개의 접합부들은, 내부 분할 벽(65)의 어느 한 측부 상에서 가장 근접한 제 1 헤더(41)에 연결된 접합부가 될 것인데, 이는 그러한 곳에서 인접 튜브들 사이의 온도 차가 가장 크기 때문이다. 그에 따라, 이러한 예의 경우에, 가장 큰 응력에 노출될 수 있는 분할 벽(65)의 어느 한 측부 상에 연결된 그러한 2개의 튜브들에 대해서만 기계적인 접합부들을 제공하고, 다른 튜브들은 금속-대-금속 융합 접합부를 제공하는, 최소 제조 비용을 위한, 발명으로부터의 최대의 이점이 얻어질 것이다.
그에 따라, 어떠한 튜브들이 기계적인 접합부들 가질 것인지에 대한 특별한 튜브들의 선택은, 열 교환기(100)의 특별한 디자인 및 용도에 의존할 것이다.
헤더들 또는 베이스 플레이트들에 접합된 단부들 스트립들(8)이 존재하지 않을 때, 튜브들의 어레이의 대향하는 상단부 및 하단부 단부들에서 적어도 2개의 최외측 튜브들에 대해서 헤더들 또는 베이스 플레이트들에 대한 금속-대-금속 융합 접합부를 제공하는 것이 특히 유리한데, 이는 그러한 것이 고체(solid) 연결을 제공하고 그에 따라 임의의 개재된 기계적 접합부들이 따로 작용(working apart)하는 것을 방지할 것이기 때문이다.
도 10 내지 17은 발명의 제 2 실시예를 도시하고, 여기에서 전술한 제 1 실시예의 특징부들과 동일한 또는 유사한 특징부들에 대해서는 100만큼 증가된 참조 번호를 이용하여 표시하였다.
제 2 실시예는 2가지 주요 측면들에서 제 1 실시예와 상이하다. 첫 번째로, 순응형 부재(122)가 대향 측부로부터, 즉 매트릭스(110)와 대면하는 베이스 플레이트의 외측으로부터 베이스 플레이트(120)로 조립된다. 제 1 실시예에서와 같이, 순응형 부재는, 튜브 단부 부분(114)의 프로파일과 합치되는 개구들(139)을 제공하고, 그에 따라 각각의 튜브 단부 부분(114)이 순응형 부재(122) 내의 개구들(139) 중의 상응하는 하나의 개구 내로 슬립할 수 있다. 그에 따라, 튜브 단부 부분들(114)이 베이스 플레이트 내의 상응하는 개구들(139) 내로 삽입되기에 앞서서, 그리고 보호용 스트립(108)이 헤더 베이스 플레이트(120)의 외부에 융합되기에 앞서서, 순응형 부재를 베이스 플레이트에 대해서 조립할 필요가 있다.
제 2의 주요 차이점은, 각각의 개구(138)에서, 각각의 개구에 대해서 엣지(137)를 제공하는 그리고 튜브 축(129)과 평행하게 연장하여 각각의 개구(138) 사이에서 U-형상의 부분들을 형성하는 벽(70)에 의해서 베이스 플레이트(120)가 경계지어진다는 것이다. 순응형 부재는, 제 1 실시예의 길이(36) 보다 더 긴 길이로 튜브 축과 평행하게 베이스 부분으로부터 멀리 연장하는 복수의 돌출 부분들(136) 및 헤더 플레이트의 외측 표면과 접촉하는 베이스 부분(121)을 가진다. 돌출 부분들(136)은 순응형 부재의 밀봉 부분들을 제공한다.
이러한 변화들의 효과는, 개구 엣지(137) 및 각각의 튜브 단부 부분(114)에 대한 순응형 부재 밀봉 부분(136)의 표면 접촉 면적의 증가이다. 이러한 것은 유용한데, 이는, 이러한 구성에서, 순응형 부재의 안착이, 일반적으로 가압된 순환 루프 내에서 순환하게 될 냉각제로부터의 외측 방향 힘들에 저항할 필요가 있기 때문이다.
이러한 실시예에서, 베이스 플레이트(120)가 금속으로 이루어지고, 그에 따라 개구 엣지들(137)이 공구(150)에 의해서 변형될 수 있다. 도 14, 16 및 18에 도시된 바와 같이, 발명은, 대향 측부들로부터 순응형 부재의 밀봉 부분들을 압축하기 위해서, 튜브 단부 부분들(114) 및 벽들(70) 모두를 클림핑하는 것에 의해서 순응형 부재(122)의 밀봉을 추가적으로 개선한다.
이어서, 2개의 상이한 타입들의 테이퍼형 노오즈들 즉, 튜브 단부 개구부(155)를 위한 하나의 타입(152) 및 베이스 플레이트 개구 벽들(70)을 위한 다른 타입(152')을 가지는 팽창 공구(150)가 상응하는 튜브 단부 부분들(114)을 향해서 길이방향(154)으로 이동되고 이어서 각각의 단부 튜브 단부(113)에서 개구부들(155) 내로 프레스된다. 이는, 튜브 외측 벽(133)이 팽창되어 상응하는 공구 노오즈 타입(152)과 합치되게 한다. 동시에, 다른 공구 노오즈 타입(152')은 개구 벽들(70)이 인접한 튜브 단부 부분들(114)을 향해서 편향되게 한다. 비록 도면에는 도시하지 않았지만, 이는 각각의 베이스 플레이트 개구(138)의 전체 둘레 주위에서 일어난다. 이러한 방식에서, 순응형 부재(122)의 합성 고무 밀봉 부분(136)이 팽창된 튜브 단부 부분(114)과 베이스 플레이트 개구 엣지(137) 사이에서 압축되거나 끼워진다.
튜브 벽의 넓은 부분들(134)이 외측으로 팽창된다. 이러한 예에서, 넓은 부분들이 멀리 이동됨에 따라, 대향하는 좁은 부분들(135)이 또한 외측으로 팽창된다. 이는, 횡단면이 팽창되는 튜브 단부(113)에 대해서 모든 방향으로 연장하는 테이퍼형 섹션(156)을 가지는 팽창된 튜브 단부 부분(114)을 생성한다. 튜브들(102)이 길이방향으로 팽창 또는 수축할 때, 순응형 부재(122)는 휘어짐 만으로 약간의 이동을 허용한다.
비록 도시하지는 않았지만, 제 1 실시예에서와 같은 방식으로 헤더 커버를 헤더 베이스 플레이트에 피팅하는 것에 의해서, 각각의 헤더의 조립이 완성된다.
발명은 또한 폴리머 재료로 제조된 헤더들 및 헤더 베이스 플레이트들에 대해서도 적용될 수 있을 것이나, 이러한 경우에, 물론, 금속-대-금속 융합 접합부들이 존재하지 않을 것이다. 폴리머 헤더와의 기계적 접합은 전술한 바와 같은 방식으로 이루어질 수 있을 것이나, 폴리머 재료들은 튜브 단부 부분을 순응형 엣지 밀봉부 내에 압축적으로 안착시키기 위한 다른 방식들을 제공한다.
도 18 내지 22는 발명의 제 3 실시예를 도시하고, 도 23은 이러한 실시예의 변형예를 도시하며, 여기에서, 전술한 제 1 실시예의 것들과 유사한 또는 동일한 특징부들이 200만큼 증가된 참조 번호들을 이용하여 표시되어 있다.
주요하게, 헤더가 폴리머 재료 베이스 플레이트(220) 및 폴리머 재료 커버(258)를 가진다는 점에서, 제 3 실시예가 제 1 실시예와 상이하다. 제 1 실시예에서와 같이, 합성 고무 순응형 부재(222)가 헤더 플레이트의 내부에 안착되고, 헤더 플레이트의 내측 표면과 접촉하는 베이스 부분(221) 및 튜브 축(229)과 평행하게 베이스 부분으로부터 멀리 연장하는 복수의 돌출 부분들(236)을 가진다.
베이스 플레이트가 공지된 사출 몰딩 프로세스에서 형성되기 때문에, 베이스 플레이트는 변화되는 벽 두께들을 용이하게 가질 수 있고, 그에 따라 베이스 플레이트가 각각의 베이스 플레이트 개구(238) 사이에서 사다리꼴 횡단면 또는 화살표 헤드 횡단면을 가지고 2개의 각도형 벽 표면들로서 각각의 개구의 단부들 주위로 그리고 2개의 최외측 개구들 주위로 연장하는 부분(72)을 가지며, 상기 2개의 각도형 벽 표면들 중 하나(73)는 튜브 축(229)에 평행하고 다른 하나(74)는 개구 및 튜브 축으로부터 멀리 각을 이룬다. 순응형 부재는 반전 형상을 가지고, 그에 따라 2개의 각도형 벽 표면들(73, 74)과 완전히 접촉한다. 그에 따라, 순응형 부재의 돌출 부분들(236)이, 2개의 각도형 벽 표면들(73, 74)과 완전히 결합하기 위해서, 제 1 실시예의 길이(36) 보다 큰 길이를 가진다.
제 1 실시예에서와 같이, 순응형 부재는, 튜브 단부 부분(214)의 프로파일과 합치되는 개구들(239)을 제공하고, 그에 따라 각각의 튜브 단부 부분(214)이 순응형 부재(222) 내의 개구들(239) 중의 상응하는 하나의 개구 내로 슬립할 수 있다. 튜브 단부 부분들(214)을 개구들(239) 내로 삽입한 후에, 복수의 테이퍼형 노오즈들(252)을 가지는 팽창 공구가 튜브 개구부들(255) 내로 삽입되어 튜브 단부 부분들을 팽창시킨다. 이는, 튜브 외측 벽(233)이 팽창되어, 각각의 베이스 플레이트 개구(238)의 전체 둘레 주위에서 툴 노오즈들(252)의 형상에 합치되게 한다. 이러한 방식에서, 순응형 부재(222)의 밀봉 부분(236)이 팽창된 튜브 단부 부분(244)과 베이스 플레이트 개구 엣지(237)를 형성하는 2개의 각도형 벽 표면들(73, 74) 사이에서 압축되거나 끼워진다.
튜브 벽의 넓은 부분들(234)이 외측으로 팽창된다. 이러한 예에서, 넓은 부분들이 멀리 이동됨에 따라, 대향하는 좁은 부분들(235)이 또한 외측으로 팽창된다. 이는, 횡단면이 팽창되는 튜브 단부(213)에 대해서 모든 방향으로 연장하는 테이퍼형 섹션(256)을 가지는 팽창된 튜브 단부 부분(214)을 생성한다. 튜브들(202)이 길이방향으로 팽창 또는 수축할 때, 순응형 부재(222)는 휘어짐 만으로 약간의 이동을 허용한다.
헤더 커버(258)를 헤더 베이스 플레이트(220)에 피팅하는 것에 의해서, 각각의 헤더(241)의 조립이 완성된다. 도 22 및 23은 이러한 것이 이루어질 수 있는 2가지 방식들을 도시한다.
도 22에서, 커버(258)가 홈(76)을 가지는 둘레 립(236)을 가지고, 상기 홈 내로 베이스 플레이트의 길이방향으로 돌출하는 테두리(262)가 피팅된다. 이어서, 폴리머 재료 커버가 진동 용접에 의해서 또는 아교 접착에 의해서 폴리머 재료 베이스 플레이트로 접합될 수 있을 것이다.
도 23에서, 순응형 부재(222')가 도 22의 순응형 부재와 동일한 형태를 가지나, 베이스 플레이트 테두리(262')까지 측방향으로 연장된다. 베이스 플레이트 테두리는, 각각의 테두리의 상단부에서, 그 외측 둘레 주위에, 일련의 측방향으로 외측으로 돌출하는 멈춤쇠들(detents)을 구비하고, 그러한 멈춤쇠들(77) 중 하나가 횡단면으로 도시되어 있다. 각각의 멈춤쇠(77)는 커버(258') 내의 개방 슬롯(79)의 단부에서 렛지(78)와 스냅 결합된다. 이러한 프로세스에서, 커버의 둘레 립(263')이 베이스 플레이트 테두리(262') 내부로 삽입된다. 순응형 부재(222')는, 헤더 베이스 플레이트의 길이방향 돌출 테두리(262')의 내부 주위로 연장하는 둘레 엣지(261)를 가진다. 순응형 부재 엣지(261)는 이러한 커버(258')의 접합 붕에 커버의 둘레 립(263')에 의해서 압축되어 밀봉을 형성한다. 이는 또한 순응형 부재를 제 위치에서 고정하는 장점을 제공하고, 그에 따라 이는 측방향으로 슬립되지 않는다.
헤더가 폴리머 헤더일 때, 도 22 및 23에와 같이, 모두-금속인 매트릭스 및 가열 및 융합 프로세스를 이용하여 형성된 폴리머 헤드 사이에 접합부가 존재하지 않을 것이다. 그에 따라, 도 22 및 23에 도시된 바와 같이, 헤드들 사이에서 매트릭스에 걸쳐서 연장하는 스트립(208)이 존재할 때, 이는 헤더들로 접합되지 않을 것이다.
전술한 여러 실시예들에서의 순응형 부재들이 가장 바람직하게 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM)으로 제조된다. 그 대신에, 실리콘 고무 재료가 이용될 수 있을 것이다.
당업자는, 열 교환기들이, 일반적으로, 임의의 배향에서 동작될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 그에 따라, 이러한 명세서에서 상단부 및 하단부, 좌측 및 우측, 위쪽 및 아래쪽, 수평 및 수직에 대한 언급들은 그에 따라 이해되어야 할 것이나, 정확한 배향으로 간주되지 않아야 할 것이며, 그에 의해서 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 할 것이다.
그에 따라, 본원 발명은, 양호한 열 전달 효율을 유지하면서, 열적 사이클링에 대한 개선된 내구성을 가지는 열 교환기를 제공한다.

Claims (37)

  1. 열 교환기로서:
    - 복수의 실질적으로 평행한 금속 튜브들 및 복수의 금속 핀들을 포함하는 매트릭스로서, 상기 튜브들은 열 전달 부분을 가지고, 상기 열 전달 부분은 세장형 횡단면 형상이고, 그리고 2개의 대향하는 긴 측부들 및 2개의 대향하는 짧은 측부들을 포함하고, 그리고 상기 핀들은 상기 인접한 튜브들의 열 전달 부분의 대향하는 긴 측부들 사이에 위치되는, 매트릭스; 및
    - 제 1 헤더 및 제 2 헤더로서, 상기 튜브들의 각각이 상기 튜브들의 대향 단부들에서 제 1 단부 부분 및 제 2 단부 부분을 가지고, 상기 제 1 및 제 2 단부 부분들이 상기 제 1 및 제 2 헤더들에 각각 접합되고, 그에 의해서 상기 매트릭스는 외부 매체와 상기 튜브들에 의해서 상기 헤더들 사이에서 이송되는 냉각제 사이에서 열을 전달하도록 구성되는, 제 1 헤더 및 제 2 헤더; 를 포함하고,
    - 상기 튜브들 중 적어도 하나가 상기 제1 단부 부분과 상기 제1 헤더 사이에 개재되는 적어도 하나의 순응형 부재에 의해서 상기 제 1 단부 부분에서 상기 제 1 헤더에 기계적으로 접합되고, 상기 순응형 부재는 상기 제 1 단부 부분 주위로 연장하여 상기 열 교환기 내에서 유지되는 냉각제를 위한 상기 제 1 단부 부분과의 밀봉부를 제공하고 그리고 상기 매트릭스의 열 팽창 및 수축으로 인한 상기 기계적으로 접합된 튜브와 제 1 헤더 사이의 상대적인 이동을 허용하고,
    상기 상대적인 이동을 허용하기 위해서, 상기 순응형 부재가, 사용 중에, 휘어지거나 상기 제1 단부 부분과 접촉하면서 슬라이딩되는 것을 특징으로 하는, 열 교환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단부 부분들과 상기 헤더들 사이의 용접에 의해서, 상기 튜브들 중 적어도 하나가 양 단부 부분들에서 상응하는 헤더들에 접합되는, 열 교환기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 매트릭스가 상기 튜브들과 실질적으로 평행한 적어도 하나의 스트립을 포함하고, 상기 스트립은 상기 스트립과 상기 헤더들 사이의 용접에 의해서 양 헤더들에 대해서 접합되는, 열 교환기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    복수의 용접된 튜브들, 및 상기 용접된 튜브들 사이에 상기 기계적으로 접합된 튜브들 중 적어도 하나가 존재하는, 열 교환기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    - 상기 제 1 헤더가 복수의 개구들을 가지는 제 1 베이스 플레이트를 가지고;
    - 상기 제 1 단부 부분들의 각각이 상기 제 1 베이스 플레이트의 상기 개구들 중 상응하는 하나의 개구 내에 수용되고; 그리고
    - 상기 순응형 부재의 밀봉 부분이 상기 제 1 베이스 플레이트와 상기 개구 주위의 상기 기계적으로 접합된 제 1 단부 부분 사이에 개재되고, 그에 의해서 상기 제 1 단부 부분이 상기 제 1 헤더에 기계적으로 접합되는, 열 교환기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 기계적으로 접합된 튜브의 제 1 단부 부분이 팽창된 부분을 가지고, 상기 순응형 부재의 밀봉 부분이 상기 튜브의 팽창된 부분에 의해서 상기 개구부 주위로 압축되는, 열 교환기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 팽창된 단부 부분이 상기 열 전달 부분에 대한 확대된 횡단면 형상을 가지고, 상기 확대된 횡단면 형상은 상기 순응형 부재의 상기 밀봉 부분을 상기 제 1 단부 부분과 상기 개구 사이에서 압축하는 작용을 하는, 열 교환기.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 팽창된 단부 부분의 횡단면 형상이 세장형이고, 2개의 대향하는 긴 측부들 및 2개의 대향하는 짧은 측부들을 포함하는, 열 교환기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 열 전달 부분으로부터 상기 팽창된 단부 부분을 향해서 연장하는 상기 튜브의 외측으로 테이퍼링된 섹션이 존재하고, 상기 2개의 대향하는 긴 측부들 사이의 거리가 증가되고 상기 2개의 대향하는 짧은 측부들 사이의 거리가 증가되는, 열 교환기.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 기계적으로 접합된 제 1 단부 부분이 상기 냉각제의 이송을 위한 개구부를 가지고, 상기 팽창된 단부 부분의 2개의 대향하는 긴 측부들이 상기 개구부에 근접하여 외측으로 벌어지고, 상기 팽창된 단부 부분의 2개의 대향하는 짧은 측부들이 상기 개구부에 근접하여 외측으로 벌어지며, 그에 의해서 상기 제 1 단부 부분이 상기 팽창된 단부 부분을 가지는, 열 교환기.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 팽창된 단부 부분이 상기 순응형 부재의 밀봉 부분과 접촉하는 실질적으로 일정한 횡단면 형상을 가지는 섹션을 가지며, 그에 의해서 상기 밀봉 부분은, 상기 매트릭스의 열 팽창 및 수축으로 인한 상기 기계적으로 접합된 제 1 단부 부분과 상기 제 1 헤더의 상대적인 이동으로 인해서 압축되거나 팽창되지 않는, 열 교환기.
  12. 제 5 항에 있어서,
    상기 순응형 부재는 베이스 부분 및 적어도 하나의 돌출 부분을 가지고, 상기 베이스 부분은 상기 제 1 베이스 플레이트의 표면 및 상기 제 1 베이스 플레이트 내의 상기 개구들 중 상응하는 하나를 통해서 연장하는 돌출 부분 또는 각각의 돌출 부분 상에 안착되고, 그에 의해서 상기 순응형 부재의 밀봉 부분이 상기 제 1 베이스 플레이트와 상기 기계적으로 접합된 제 1 단부 부분 사이에 개재되는, 열 교환기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 순응형 부재의 베이스 부분이 복수의 개구들을 내부에 가지는 시트이고, 상기 시트 내의 개구들의 각각은 상기 돌출 부분을 제공하는 상승된 테두리를 가지고, 그리고 상기 상승된 테두리들의 각각이 상기 제 1 베이스 플레이트 내의 상응하는 개구를 통해서 연장하고, 그에 의해서 상기 테두리들의 상기 제 1 베이스 플레이트와 상기 기계적으로 접합된 제 1 단부 부분 사이에 개재되어 상기 밀봉 부분을 제공하는, 열 교환기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 순응형 부재의 베이스 부분이 상기 매트릭스를 향해서 실질적으로 대면하는 제 1 베이스 플레이트의 외부 표면 상에 안착되는, 열 교환기.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 순응형 부재의 베이스 부분이 상기 매트릭스로부터 멀리 실질적으로 대면하는 제 1 베이스 플레이트의 내부 표면 상에 안착되는, 열 교환기.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 베이스 플레이트가 둘레를 가지고 그리고 상기 제 1 헤더가 상응하는 베이스 플레이트의 상기 둘레에 접합되는 헤더 커버를 가지며, 상기 제 1 헤더 커버 및 상기 시트가 상기 제 1 베이스 플레이트의 상기 둘레로 연장되고 그리고 상기 제 1 베이스 플레이트와 상기 제 1 헤더 커버 사이의 상기 제 1 베이스 플레이트의 둘레 주위의 밀봉을 제공하는, 열 교환기.
  17. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 베이스 플레이트가 금속인, 열 교환기.
  18. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 베이스 플레이트가 폴리머 재료로 이루어지는, 열 교환기.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 헤더가 폴리머 재료로 이루어진 커버를 가지고, 상기 제 1 베이스 플레이트의 폴리머 재료가 폴리머 본드에 의해서 상기 제 1 헤더의 폴리머 재료에 접합되는, 열 교환기.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 헤더가 폴리머 재료로 이루어진 커버를 가지고, 상기 헤더의 폴리머 커버 및 상기 제 1 베이스 플레이트의 폴리머 재료가 적어도 하나의 클립 보유 결합부를 그 사이에 구비하고, 그에 의해서 상기 제 1 헤더의 커버가 상기 제 1 베이스 플레이트에 고정되는, 열 교환기.
  21. 제 1 항에 있어서,
    인접한 제 1 단부 부분들이 분리된 순응형 부재들을 가지는, 열 교환기.
  22. 제 1 항에 있어서,
    인접한 튜브 단부들이, 일체형 성분에 의해서 제공되는 순응형 부재들을 가지는, 열 교환기.
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 매트릭스, 제 1 헤더 및 제 2 헤더로부터 열 교환기를 조립하는 방법으로서:
    상기 매트릭스는 복수의 세장형의 그리고 실질적으로 평행한 금속 튜브들 및 복수의 금속 핀들을 포함하고, 상기 튜브들은 열 전달 부분을 가지고, 상기 열 전달 부분은 횡단면 형상이 세장형이고, 2개의 대향하는 긴 측부들 및 2개의 대향하는 짧은 측부들을 포함하며, 상기 핀들은 상기 인접한 튜브들의 열 전달 부분의 상기 대향하는 긴 측부들 사이에 위치되고 그리고 용접에 의해서 상기 인접한 튜브들에 대해서 접합되고, 상기 튜브들의 각각은, 상기 튜브들의 대향하는 단부들에서, 제 1 단부 부분 및 제 2 단부 부분을 가지고, 상기 방법은:
    - 상기 매트릭스가 외부 매체와 상기 튜브들에 의해서 상기 헤더들 사이에서 이송되는 냉각제 사이에서 열을 전달하게 구성되도록, 상기 제 1 및 제 2 단부 부분들을 상기 제 1 및 제 2 헤더들에 대해서 각각 접합하는 단계를 포함하고,
    상기 튜브들의 적어도 하나가, 상기 제1 단부 부분과 상기 제1 헤더 사이에 개재되는 적어도 하나의 순응형 부재에 의해서, 상기 제 1 단부 부분에서 상기 제 1 헤더에 기계적으로 접합되고, 상기 순응형 부재는 상기 제 1 단부 부분 주위로 연장하여 상기 열 교환기 내에서 유지되는 냉각제를 위한 상기 제 1 단부 부분과의 밀봉을 제공하고 상기 매트릭스의 열 팽창 및 수축으로 인한 상기 접합된 제 1 단부 부분과 상기 제 1 헤더 사이의 기계적으로 접합된 튜브의 길이를 따른 상대적인 이동을 허용하는, 방법.
  26. 열 교환기가 매트릭스를 포함하는, 열 교환기 제조 방법으로서:
    - 제 1 헤더를 형성하는 단계로서, 상기 제 1 헤더가 제 1 세트의 개구들을 가지는, 제 1 헤더를 형성하는 단계;
    - 제 2 헤더를 형성하는 단계로서, 상기 제 헤더가 제 2 세트의 개구들을 가지는, 제 2 헤더를 형성하는 단계;
    - 복수의 세장형 금속 튜브들을 형성하는 단계로서, 상기 튜브들의 각각이 제 1 단부 부분 및 제 2 단부 부분 그리고 하나의 헤더로부터 다른 헤더로 상기 튜브들을 통해서 냉각제를 이송하기 위해서 상기 양 단부 부분들에 위치된 개구부를 가지고, 그리고 상기 각각의 튜브가, 상기 단부 부분들 사이에서, 외부 매체와의 열 전달을 위한 열 전달 부분을 구비하고, 상기 열 전달 부분이 세장형의 횡단면 형상을 가지고, 그리고 2개의 대향하는 긴 측부들 및 2개의 대향하는 짧은 측부들을 포함하는, 복수의 금속 튜브들을 형성하는 단계;
    - 복수의 금속 핀들을 형성하는 단계;
    - 상기 튜브들이 서로에 대해서 실질적으로 평행하도록 그리고 상기 핀들이 상기 튜브들의 인접한 쌍들의 대향하는 긴 측부들 사이에서 연장하도록 상기 튜브들 및 핀들을 배향하는 단계;
    - 상기 배향된 튜브들 및 핀들을 함께 접합하여 매트릭스를 형성하기 위해서 가열 및 융합 프로세스를 이용하는 단계로서, 상기 매트릭스가 제 1 면 및 제 2 면을 가지며 그에 따라, 사용 중에, 외부 매체가 상기 제 1 면으로부터 상기 제 2 면으로 상기 매트릭스를 통해서 유동하여 상기 튜브들에 의해서 이송되는 냉각제와 상기 외부 매체 사이의 열 전달을 실시하는, 가열 및 융합 프로세스를 이용하는 단계;
    - 상기 제 1 튜브 단부 부분들을 상기 제 1 세트의 개구들과 정렬시키고 상기 제 2 단부 부분들을 상기 제 2 세트의 개구들과 정렬시키고 상기 단부 부분들의 각각을 상응하는 정렬된 개구들의 세트에 대해서 접합하는 단계; 및
    - 상기 튜브들 중 적어도 하나로, 상기 제 1 세트의 개구들 중의 상응하는 개구 내에 상기 제 1 단부 부분을 수용하고 그리고 상기 제 1 단부 부분이 수용되는 상응하는 개구와 상기 제 1 헤더의 제 1 단부 부분 사이의 기계적 접합부 내에서 상기 헤더에 대해서 상기 튜브를 접합시키기 위해서 상기 제1 단부 부분과 상기 제1 헤더 사이에 개재되는 순응형 부재를 이용하는 단계로서, 상기 순응형 부재는 상기 냉각제를 위한 상기 제 1 단부 부분 주위의 밀봉을 제공하고 그리고 상기 매트릭스의 열 팽창 및 수축으로 인해서 상기 접합된 제 1 단부 부분과 상기 제 1 헤더 사이의 기계적으로 접합된 튜브의 길이를 따른 상대적인 이동을 허용하는, 순응형 부재를 이용하는 단계를 포함하는, 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 단부 부분들과 상기 헤더들 사이의 가열 및 융합 프로세스에서 용접에 의해서, 양 단부 부분들에서, 상기 튜브들 중 적어도 하나를 상응하는 헤더들에 접합하는 단계를 포함하는, 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 단부 부분들과 상기 헤더들 사이의 가열 및 융합 프로세스에서 용접에 의해서, 양 단부 부분들에서, 상응하는 헤더들 접합된 복수의 튜브들 및, 상기 모두-금속으로 본딩된 튜브들 사이에 상기 기계적으로 접합된 튜브들 중 적어도 하나가 존재하는, 방법.
  29. 제 26 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 제 1 베이스 플레이트를 형성하는 단계로서, 상기 제 1 세트의 개구들이 상기 제 1 베이스 플레이트 내에 제공되는, 제 1 베이스 플레이트를 형성하는 단계;
    - 제 2 베이스 플레이트를 형성하는 단계로서, 상기 제 2 세트의 개구들이 상기 제 2 베이스 플레이트 내에 제공되는, 제 1 베이스 플레이트를 형성하는 단계;
    - 제 1 헤더 커버를 형성하고 상기 제 1 헤더 커버를 상기 제 1 베이스 플레이트에 대해서 조립하여 제 1 헤더를 형성하는 단계; 및
    - 제 2 헤더 커버를 형성하고 상기 제 2 헤더 커버를 상기 제 2 베이스 플레이트에 대해서 조립하여 제 2 헤더를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 제 1 베이스 플레이트가 둘레를 가지고, 상기 순응형 부재가 상기 제 1 헤더 내부에서 상기 둘레까지 연장하고, 상기 방법은, 순응형 부재를 이용하여, 상기 둘레에서 상기 제 1 헤더 커버를 상기 제 1 베이스 플레이트에 접합시켜 상기 둘레에서 상기 제 1 헤더 커버와 상기 제 1 베이스 플레이트 사이의 밀봉을 제공하는 단계를 제공하는, 방법.
  31. 제 29 항에 있어서,
    상기 제 2 베이스 플레이트가 금속이고, 상기 방법은, 상기 제 2 단부 부분들과 상기 제 2 헤더 사이의 가열 및 융합 프로세스에서 모두-금속인 본드에 의해서, 상기 제 2 단부 부분에서, 상기 튜브들의 각각을 상기 제 2 헤더에 접합하는 단계를 포함하는, 방법.
  32. 제 26 항에 있어서,
    상기 기계적으로 접합된 튜브가 외측 벽을 가지고, 상기 방법은 상기 열 전달 부분 내의 상기 벽에 대해서 상기 제 1 단부 부분 내의 벽을 외측으로 연장시키는 단계를 포함하고, 그에 의해서 상기 순응형 부재의 밀봉 부분이 상기 제 1 단부 부분 내의 상기 팽창된 벽과 접촉 압축되어 밀봉을 제공하고 상기 상대적인 이동을 허용하는, 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 벽의 팽창에 앞서서, 상기 방법이 상기 제 1 단부 부분을 상기 개구들 중 상응하는 하나의 개구를 통해서 삽입하여, 상기 제 1 단부 부분을 정렬시키는, 삽입 단계, 및 상기 삽입된 단부 부분과 상기 제 1 헤더 사이에 순응형 부재를 개재시키는 단계, 그리고 이어서 상기 팽창된 제 1 단부 부분 주위에 밀봉을 형성하기 위해서 상기 제 1 단부 부분이 상기 순응형 부재를 압축하도록 상기 상응하는 단부 부분을 팽창시키는 단계를 포함하는, 방법.
  34. 제 32 항에 있어서,
    상기 제 1 헤더는 상기 제 1 단부 부분이 수용되는 상기 개구들의 각각 주위로 연장하는 벽을 가지고, 상기 방법은 상기 수용된 제 1 단부 부분을 향해서 내측으로 상기 헤더의 벽을 팽창시키는 단계를 포함하고, 그에 의해서 상기 순응형 부재의 밀봉 부분이 상기 개구 주위의 제 1 헤더의 팽창된 벽과 접촉하여 압축되는, 방법.
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