KR102080800B1 - 열전달 장치 및 상기 장치의 제조 방법 - Google Patents

열전달 장치 및 상기 장치의 제조 방법 Download PDF

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조셉 랩시크
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Abstract

본 발명은 제1 유체와 제2 유체 사이 열전달을 위한 장치(1)에 관한 것이다. 상기 장치(1)는 상기 제1 유체를 통과시키기 위한 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)들, 관통 개구(6, 6a, 6b)들을 갖는 하나 이상의 관 바닥부(5, 5a, 5b) 그리고 관통 개구(8, 8a, 8b)들을 갖는 하나 이상의 밀봉 부재(7, 7a, 7b)로 이루어진 어셈블리(2)를 포함하며, 이때 상기 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)들은 각각 제1의, 변형되지 않은 영역(15a, 15b, 15c, 15d)과 상기 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)의 일 단부에 배치된 하나 이상의 제2의, 변형된 영역(16a, 16b, 16c, 16d)을 구비하여 형성되어 있다. 상기 밀봉 부재(7, 7a, 7b)는 각각 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)의 상기 제2 영역(16a, 16b, 16c, 16d)의 외부 표면과 상기 관 바닥부(5, 5a, 5b)의 관통 개구(6, 6a, 6b)의 가장자리의 에지 사이에 배치되어 있다. 상기 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)들은 각각 평판관으로서 상기 제1 유체를 통과시키기 위한 유동 채널들을 구비하여 형성되어 있다. 이 경우 상기 유동 채널들은 하나 이상의 내부 구조물 부재에 의해 서로 분리되어 있다. 상기 평판관들은 금속으로 형성되어 있다. 상기 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)들의 단면은 상기 제2 영역(16a, 16b, 16c, 16d)에서, 길이 방향(x)에 수직으로 정렬된 평면 내에 확장되어 있다.
본 발명은 상기 장치(2)를 제조하기 위한 시스템 및 방법과도 관련이 있다.

Description

열전달 장치 및 상기 장치의 제조 방법{HEAT TRANSFER DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE DEVICE}
본 발명은, 특히 자동차에 사용하기 위한 열전달 장치에 관한 것이다. 이러한 경우에 열은 바람직하게는 제1 유체로서 냉각제, 예를 들어 물 또는 물-글리콜 혼합물과 제2 유체로서 공기 사이에서 전달된다. 상기 장치는 상기 제1 유체를 통과시키기 위한 관 부재들과 상기 관 부재들을 관통하기 위한 관통 개구를 갖는 하나 이상의 관 바닥부로 이루어진 어셈블리를 포함한다.
본 발명은 또한, 상기 열전달 장치를 제조하기 위한 시스템 및 방법과도 관련이 있다.
냉각제 회로의 냉각제로부터 주변으로 열을 전달하기 위한 종래 기술로부터 공지된 냉각제-공기 열교환기들은 내연 기관으로부터 열을 배출하기 위한 소위 고온 냉각제 회로에 사용된다. 알루미늄으로 형성된 냉각제-공기 열교환기들은 관 바닥부에서 유지되는 다수의 관, 라멜라들과 측면 부재들 그리고 크림프 연결부들 위에 배치된 냉각제 컬렉터들과 함께 열교환기에 결합되는 상이한 부재들을 포함한다. 서로 평행하게 정렬되고 매트릭스로서 배치된 관들은 컬렉터들 사이에서 액체 냉각제를 안내하는 역할을 한다. 관들의 양측 단부에 배치된 냉각제 컬렉터들은, 간단히는 EPDM 시일(EPDM seal)로 언급되는 에틸렌-프로필렌- 디엔-고무 밀봉 부재에 의해 통상적으로 관 또는 관 바닥부에 대해 밀봉된다. 관, 관 바닥부, 라멜라 및 측면 부재는 플러그-인 공정에서, 소위 플러그-인 냉각기로서 또는 소위 납땜 냉각기로서 완전히 납땜되어 완성된다.
간단히 CAB(Controlled Atmospheric Brazing)"로도 지칭되는 언급된, 제어식 분위기에서 납땜 공정을 사용하는 경우, 관들과 라멜라들로 이루어진 매트릭스는 적층식으로 그리고 경우에 따라서는 컬렉터의 각 하나의 금속 요소로서 관 바닥부들에 연결된다. 플러그-인 공정은 간단히 MA(Mechanical Assembly)로 지칭되는 매트릭스와 컬렉터의 기계적 조립을 사용하여 인접한 금속 부품의 용접 또는 납땜을 피할 수 있다.
냉각제로부터 열을 흡수하는 공기는 관들의 외측면에서 그리고 이와 더불어 상기 관들 사이를 따라 흐른다. 외측면 상에서 관들 사이에 지지되는 라멜라들 또는 리브들은 공기 측 열전달 영역을 증가시켜서 열교환기 성능을 증가시키는 데 사용된다.
공지된 냉각제-공기 열교환기는 냉각제의 급격한 온도 변화에 대해 불충분한 내구성을 갖는다. 따라서 극한 적용예들에서 냉각제-공기 열교환기는 -20℃ 내지 -10℃ 온도 범위로 냉각될 수 있고, 냉각제 회로 내에서는 밸브가 빠르게 개방됨으로 인해 약 120℃의 온도를 갖는 냉각제에 의해 작동될 수 있다. 이 경우 냉각제-공기 열교환기는 매우 강한 온도 변화와 함께 열 충격을 겪는다. 개별 관들의 시간 지연 열팽창에 의해서는 매우 큰 재료 응력이 발생한다.
플러그-인 냉각기들은 컬렉터의 요소로서 관 바닥부들과 관들 사이 슬라이드 베어링 연결로 인해 냉각제의 온도 변화에 대한 높은 저항성을 갖지만, 관들과 리멜라들 사이 마찰 결합 방식의 연결로 인해 납땜 냉각기보다 낮은 냉각 성능을 갖는다. 또한, 납땜 냉각기는 관들과 관 바닥부들 사이 강성 납땜 연결로 인해 온도 변화 및 이와 결부된 개별 관들의 열팽창에 대한 내구성이 제한된다.
DE 10 2015 113 905 A1호에는 열교환기 및 열교환기의 제조 및 장착 방법, 특히 자동차에 사용하기 위해 기계적으로 장착된 컬렉터를 갖는 공기 유동 열교환기의 제조 및 장착 방법이 개시된다. 상기 열교환기는 평행하게 배치된 다수의 금속관 및 다수의 금속 리브로 이후어진 완전 금속 결합 매트릭스를 포함한다. 상기 관들은 각각 2개의 대향하는 긴 측면과 짧은 측면을 구비한 긴 단면 형상을 갖는 열전달 섹션을 갖는다. 하나 이상의 관이 제1 단부 섹션에서 하나 이상의 유연한 부재에 의해 제1 컬렉터와 연결되어 있으며, 상기 유연한 부재는 관의 제1 섹션만큼 연장되며, 이렇게 함으로써 밀봉이 제공되고, 상기 매트릭스의 열적 팽창과 수축으로 인한 기계적 연결 관과 제1 컬렉터 간의 상대적인 이동이 방지될 수 있다.
이 경우 관들과 라멜라들이 관 바닥부 없이 납땜되고, 이어서 상기 관 바닥부들이 밀봉부들 내에서 밀봉되는 방식으로 압입을 통해 관들 상에 설치되는 방법에서는 플러그-인 냉각기와 납땜 냉각기의 제조 공정의 시너지 효과가 기술된다. 납땜노(soldering furnace)에서 납땜 동안 600℃ 이상의 온도를 적용함으로써 감소되는 재료 특성으로 인해, 관들은 특히 단부들 영역에서 관의 전체 주위에 걸쳐 밀봉 접촉을 보장하기 위한 요구 사항과 함께 압입에 의해 밀봉부를 통해 제공된 반작용력(counteracting force)을 지속적으로 견디지 못한다.
종래 기술로부터 공지된 열교환기 및 그 제조 방법은 밀봉 압력에 견딜 수 있도록 약 10mm 내지 11mm의 관 깊이를 갖는 관, 특히 용접된 관의 사용으로 제한된다. 따라서 열교환기 또는 매트릭스는 다수의 관 층 또는 관 평면의 깊이가 더 깊어진다.
자동차에 사용되는 열교환기의 통상적인 알루미늄 관들은 용접되거나 절곡되거나 경질 납땜된다. 그러나 용접된 관들은, 깊이가 더 큰 관들의 경우 특히 고압 맥동 하중에서 베일링(baling)되어 파괴되는 경향 때문에 14mm에서 20mm까지의 최대 깊이까지만 형성될 수 있다.
이와 관련한 요구 조건 및 개선예의 동향은 이제, 예를 들면 용융제 잔류물에 의해 영향을 받을 수 있는, 관들 내에 형성된 유동 채널들의 사이클 안정성과 청결에 대한 더 높은 요구 조건과 증가하는 열전달 요구 조건을 충족하기 위해, 더 큰 깊이, 예를 들면 40mm의 깊이를 갖는 관을 형성하도록 한다. 충분한 내구성을 보장하기 위해 평평한 알루미늄 평판관들은 중앙 내부 구조물 부재를 사용하여 최대 4bar의 내부 압력으로 사용할 수 있도록 설계되어야 한다.
관 평면이 하나만 있는 열교환기의 경우, 압출형, 플랜지형 또는 용접된 B-관이 고려되다. 관과 냉각제 컬렉터 사이에 압입과 함께 B 형태의 유동 단면으로 인한 B-관로서 언급되는 열교환기용 관들의 적용은 통상적으로 밀봉부와 관들 사이 B-관의 시임에서 발생하는 누출로 인해 실패한다.
DE 10 2015 113 905 A1호
본 발명의 목적은 2개의 유체 사이, 특히 냉각제로서 액체 유체와 공기 사이의 효율적인 열전달을 위한 장치 및 상기 장치의 제조 및 장착 방법을 제공하는 것이다. 상기 열교환기는 큰 온도 변화가 있더라도 최대 밀봉성, 즉, 높은 열 충격 저항을 가져야 한다. 이러한 열교환기의 사용 시에는 최소한의 크기 또는 최소 공간 요구 사항으로 최대 열 출력을 전달할 수 있어야 한다. 또한, 열교환기의 무게가 최소이어야 하고 제조 비용과 재료 비용이 최소화되어야 한다.
상기 과제는 독립항들의 특징들을 갖는 대상들에 의해서 해결된다. 개선예들은 종속항들에 제시되어 있다.
상기 과제는 제1 유체와 제2 유체 사이의 열전달을 위한 본 발명에 따른 장치에 의해 해결된다. 상기 장치는 상기 제1 유체를 통과시키기 위한 관 부재들, 관통 개구들을 갖는 하나 이상의 관 바닥부 그리고 관통 개구들을 갖는 하나 이상의 밀봉 부재로 이루어진 어셈블리를 포함한다. 상기 관 부재들은 각각 제1의, 변형되지 않은 영역과 상기 관 부재의 일 단부에 배치된 하나 이상의 제2의, 변형된 영역을 구비하여 형성되어 있다.
본 발명의 구상에 따르면, 상기 관 부재들은 각각 상기 관통 개구들을 통과하도록 배치되어 있다. 이 경우 상기 밀봉 부재는 각각 관 부재의 상기 제2 영역의 외부 표면과 상기 관 바닥부의 관통 개구의 가장자리의 에지 사이에 배치되어 있다. 중간에 지지된 밀봉 부재에 의해서는 관통 개구들을 갖는 하나 이상의 관 바닥부가 관 부재들과 유동 밀봉 방식으로 연결된다. 관 바닥부와 밀봉 부재의 관통 개구들은 각각 형태가 적층식으로 그리고 관 부재들의 외부 형태에 대응한다. 이 경우 바람직하게는 각각 하나의 관 부재가 하나의 관통 개구를 관통함으로써 관 부재의 각각의 단부에 정확히 하나의 관통 개구가 할당된다.
상기 관 부재들은 각각 평판관으로서 금속으로 상기 제1 유체, 특히 냉각제를 통과시키기 위한 유동 채널들을 구비하여 형성되어 있다. 이 경우 상기 유동 채널들은 하나 이상의 내부 구조물 부재에 의해 서로 분리되어 있다. 상기 관 부재들의 단면이 상기 제2 영역에서, 길이 방향에 수직으로 정렬된 평면 내에 확장되어 있다.
따라서 관 부재들은 각각 제1의, 변형되지 않은 영역에서는 열전달 영역을 갖고, 그리고 제2의, 변형된 영역에서는 바람직하게 관 바닥부와의 연결 영역을 가지며, 이 경우 상기 열전달 영역에서 관 부재는 제2 유체, 특히 공기가 순환한다.
본 발명의 대안적인 제1 실시예에 따르면, 상기 관 부재가 B-형 단면을 가지며, 상기 내부 구조물 부재는 중앙 구조물 부재로서 연결 영역을 갖는, 웨브(web)로 형성된 2개의 레그부로 형성되어 있다.
상기 연결 영역은 갭(gap)을 가지며, 이 갭은 상기 길이 방향을 따라서 상기 관 부재의 상부면에서 제1 단부로부터 제2 단부까지 연장되고, 용접 시임에 의해 적어도 부분적으로 폐쇄되어 있다. 상기 용접 시임은 상기 관 부재의 제1 단부로부터 제2 단부까지 연속적으로 연장되거나 상기 관 부재의 하나 이상의 제2 영역에서만 형성될 수 있다. 상기 관 부재의 하부면은 바람직하게 그의 전체 표면에 걸쳐 평평하게 형성되어 있다.
본 발명의 대안적인 제2 실시예에 따르면, 상기 관 부재가 다채널 평판관으로서 다수의 내부 구조물 부재를 구비하여 형성되어 있고, 이들 내부 구조물 부재는 각각 상기 제1 유체를 통과시키기 위한 2개의 인접 배치된 유동 채널을 각각 웨브로서 형성되도록 서로 분리한다. 상기 관 부재들의 단면은 바람직하게 상기 유동 채널들의 영역들에서만 확장되는 방식으로 형성되어 있다.
본 발명의 개선예에 따르면, 상기 관 부재가 최대 확장 영역에서 3.0mm 내지 5.6mm 범위의 높이를 갖고, 상기 연결 영역에서 1.5mm 내지 2.1mm 범위의 높이를 갖는다. 상기 관 부재가 20mm 내지 55mm 범위, 특히 20mm 내지 26mm의 범위의 전체 폭을 갖는다.
본 발명의 대안적인 제3 실시예에 따르면, 상기 관 부재는 상기 길이 방향으로 연장되고, 상부면과 하부면에 배치된 하나 이상의 홈 또는 상기 관 부재가 상기 길이 방향으로 상부면과 하부면에 배치된, 각각 연결 영역을 갖는 하나 이상의 노치 지점을 구비한다. 이 경우 상기 내부 구조물 부재는 상기 연결 영역에서 하나 이상의 용접 연결부에 의해 형성되어 있다. 상기 관 부재의 용접 연결부는 바람직하게 연속적으로 연장되도록 형성되거나 홈이 있는 스팟 용접 패턴으로 형성되어 있다.
상기 연결 영역은 바람직하게 상기 관 부재의 하나 이상의 단부에 대해 소정의 거리를 두고 형성되어, 상기 제2 영역이 평평한 상부면과 평평한 하부면을 구비한다.
본 발명의 바람직한 추가 실시예에서는, 상기 관 바닥부가 상기 장치의 컬렉터의 측벽 부재로서 형성되어 있다.
상기 열전달 장치는 바람직하게는 관통 개구들을 갖는 2개의 관 바닥부와 관통 개구들을 갖는 2개의 밀봉 부재가 형성되어 있고, 상기 2개의 관 바닥부는 각각 상기 관 부재들과 유체 밀봉 방식으로 연결되어 있으며, 그리고 상기 관통 개구들은 형상이 각각 상기 관 부재들의 외부 형상에 일치하고, 그리고 각각의 관 부재는 각각 제1 단부가 제1 관 바닥부 내에 형성된 관통 개구들을 관통하고, 제2 단부가 제2 관 바닥부 내에 형성된 관통 개구들을 관통하도록 배치되어 있다.
상기 관 부재들은 바람직하게는 직선으로 그리고 특히 알루미늄 합금으로 형성되어 있다.
본 발명의 개선예에 따르면, 상기 관 부재들은 어셈블리 내부에서 단일 열 또는 다중 열로 형성되어 있다.
하나의 열의 관 부재들은 나란히 그리고 서로 평행하게 그리고 폭이 넓은 측면들이 상호 정렬되어, 직접 인접 배치된 관 부재들 사이에 각각 제2 유체, 특히 공기를 위한 유동 경로가 형성되어 있다.
상기 유동 경로들에 인접 배치된 관 부재들 내에는 바람직하게 유동 단면을 변화시키기 위한 그리고/또는 열전달 영역을 증가시키기 위한 라멜라들 또는 리브들이 배치되어 있다. 상기 라멜라들 또는 리브들은 바람직하게 알루미늄 합금으로 형성되어 있다.
본 발명의 바람직한 실시예는 자동차의 냉각제 회로, 특히 엔진 냉각제 회로 내에 있는 냉각제-공기 열교환기로서 사용하기 위한 본 발명에 따른 열전달 장치의 용도를 구현한다.
본 발명의 과제는 제1 유체와 제2 유체 사이 열전달을 위한 장치를 제조하기 위한 앞서 설명한 특징들을 갖는 본 발명에 따른 시스템으로서, 상기 시스템은 사이에 지지되는 라멜라들을 갖는 관 부재들의 어셈블리를 결합하기 위한 납땜 공구 그리고 상기 관 부재들과 관 바닥부를 연결하기 위해 상기 관 부재들의 단부들을 확장하기 위한 수단들을 구비한다. 상기 납땜 공구는 상기 관 부재들을 고정하기 위한 하나 이상의 관 고정 부재를 갖는 홀딩 프레임을 구비하여 단부면 상에 그리고 상기 관 고정 부재 상에 배치된 형성되어 있고, 이 경우 상기 관 부재들은 단부면의 개방 단부들이 삽입 부재 상으로 설치될 수 있다. 상기 관 부재들의 단부들을 확장하기 위한 수단들은 가이드 부재들과 확장 부재들을 갖는 스탬핑 부재로부터 그리고 상기 제1 단부를 상기 관 부재들의 단부면들의 개방 단면들로 삽입하기 위한 핀 부재들을 구비하여 형성되어 있다.
이 경우 상기 확장 부재들과 함께 상기 가이드 부재들 또는 상기 관 부재들의 어셈블리에 대응하는 상기 핀 부재들이 서로 이격되어 정렬되어 있다. 상기 핀 부재들이 베이스 부재에 의해 고정되며, 상기 제1 단부들의 말단에 형성된 제2 단부들이 연결 부재를 통해서 서로 결합되어 있다. 상기 가이드 부재들은 확장 부재들과 연결되고, 상기 확장 부재들은 스탬핑 부재와 연결되어 있다.
본 발명에 따른 개선예에 따르면, 상기 관 고정 부재들이 상기 관 부재들의 길이 방향으로 상기 홀딩 프레임 상에서 이동 가능하게 배치되어 있다. 상기 관 고정 부재들이 바람직하게 각각 슬롯으로 형성된 볼트 연결부들을 통해서 상기 홀딩 프레임 상에 고정식으로 배치되어 있고, 이때 상기 볼트 연결부들은 특히 리벳 또는 볼트 또는 나사로 형성되어 있다.
본 발명의 바람직한 추가 실시예에 따르면, 상기 핀 부재들이 리벳 또는 볼트 또는 나사와 같은 상기 고정 부재들을 통해서 상기 연결 부재와 연결되어 있다.
또한, 본 발명의 과제는 제1 유체와 제2 유체 사이 열전달을 위한 장치를 제조하기 위한 앞서 설명한 특징들을 갖는 본 발명에 따른 방법에 의해서 해결된다. 상기 방법은 하기의 단계들을 포함한다:
- 상부면에서 각각 B-형 단면과 갭이 있는 연결 영역을 갖는 관 부재들을 상기 갭을 압연, 절곡 및 폐쇄하여 그리고 상기 상부면의 표면을 용접, 특히 레이저 용접으로 평활화하여 형성하거나 홈들을 갖는 관 부재를 형성하여 상기 홈 내부에 용접하는 단계,
- 다수의 관 부재를 납땜으로 어셈블리로 연결하는 단계,
- 상기 관 부재들, 밀봉 부재 및 관 바닥부의 어셈블리를 상기 관 부재들의 단부면들을 확장하기 위한 수단들을 기준으로 정렬하는 단계, 이 경우
- 상기 밀봉 부재가 상기 관 바닥부에 접하고, 상기 밀봉 부재와 관 바닥부의 관통 개구들이 서로 대응하며,
- 제2의 변형 가능한 영역들과 함께 상기 관 부재들이 상기 관통 개구들을 통과하여 돌출하고, 그리고
- 스탬핑 부재의 가이드 부재들 또는 핀 부재들은 제1 단부들이 상기 관 부재들의 상기 제2의 변형 가능한 영역들의 개방 단부면들 방향으로 배치되어 있고, 각각 한 방향으로 정렬된 가이드 부재들 및 확장 부재들 또는 핀 부재들이 상기 관 부재들의 길이 방향으로 정렬되어 각각의 유동 채널에 확장 부재를 갖는 가이드 부재 또는 핀 부재가 할당되어 있으며,
- 상기 스탬핑 부재 또는 핀 부재들이 이동 방향으로 이동하는 단계, 이 경우 각 유동 채널 내에 가이드 부재 또는 핀 부재가 삽입되며, 상기 스탬핑 부재 또는 핀 부재가 각각 상기 유동 채널 내부에서 센터링되고, 그리고 확장 부재들 또는 핀 부재들이 상기 관 부재의 유동 채널들의 단면을 가지며, 상가 관 부재의 벽이 각각 상가 관 바닥부의 관통 개구의 가장자리에 가압되고, 상기 밀봉 부재가 상기 관 부재의 벽과 상기 관 바닥부의 관통 개구들의 가장자리 사이에 배치되어 있으며, 그리고
- 상기 관 부재들로부터 상기 스탬핑 부재 또는 상기 핀 부재들을 제거하는 단계.
요약하면, 본 발명에 따른 열전달 장치 및 그 제조는 다음과 같은 다양한 장점을 갖는다:
- 11mm보다 큰 깊이를 갖는 관 부재들을 사용함으로써 기존 관 프로파일의 범위 내에서 CAB/MA 제조 원칙의 이점 확대,
- 최소 크기 또는 최소한의 공간 요구에서 최대 열 출력 전송, 즉 용적 변환에 대한 전달 가능한 열 출력이 최적 비율로 구현, 특히 관 부재들은 관의 단일 열을 형성함으로써 열 출력을 증가시킬 수 있고, 대등한 장치가 2개의 열의 튜브로 형성됨,
- 재료의 복잡성과 비용을 감소로 인한 제조 비용 감소,
- 최소한의 무게,
- 심한 온도 변화에도 최대의 견고성, 높은 열 충격 저항성
- 고압 맥동 부하에서도 사용 가능.
본 발명의 실시예들의 추가적인 세부 사항들, 특징들 및 장점들은 관련된 도면들을 참조하여 이루어지는 실시예들의 하기의 설명으로부터 드러난다. 도면부에서:
도 1a는 사이에 지지되는 라멜라들을 갖는 관 부재들, 관 바닥부 및 밀봉 부재를 구비한 어셈블리 및 단일 컴포넌트로서 컬렉터를 포함하는 열전달 장치를 분해도로 상세하게 도시하고,
도 1b는 관 바닥부들과 밀봉 부재들을 갖는 관 부재들의 어셈블리를 조립된 상태에서 그리고 개별 컴포넌트로서 도시하며,
도 2a는 연결 영역을 갖고, 웨브로서 형성된 2개의 레그부를 구비한 B-형 단면을 갖는 평판관로서 설계된 관 부재를 사시도로 도시하고,
도 2b 및 도 2c는 용접 시임을 갖는 도 2a의 관 부재의 연결 영역을 도시하며,
도 3a 및 도 3b는 관 단부에서 부분적으로 확장된 도 2a의 관 부재를 사시도 및 평면도로 도시하고,
도 4a 내지 도 4d는 관 단부에서 최종 확장된 도 2a의 관 부재를 사시도 및 평면도로 도시하며,
도 5a는 웨브를 갖고 다채널 평판관으로서 설계된 관 부재를 사시도로 도시하고,
도 5b 내지 도 5d는 확장 공정 중을 도시한 도면으로서 관 단부를 확장하기 위한 스탬핑 부재와 함께 도 5a의 관 부재를 사시도 및 단면도로 그리고 관 부재의 확장된 최종 상태를 도시하며,
도 5e는 관 단부가 최종 확장된 도 5a의 관 부재를 사시도로 도시하고,
도 6a 내지도 6d는 각각 평판관으로서 길이 방향으로 연장되고, 연결 영역을 갖는 홈이 양측에 배치된 관 부재를 사시도 및 단면도로 도시하며,
도 7a 및 도 7b는 도 2a 내지 도 4d에 따른 관 부재, 관 바닥부 및 밀봉 부재를 구비한 어셈블리를 포함하는 열전달 장치를 조립된 상태에서 개별 컴포넌트로서 상세도로 도시하고,
도 8a 내지도 8c는 도 5a 내지도 5e에 따른 관 부재, 관 바닥부 및 밀봉 부재를 구비한 어셈블리를 포함하는 열전달 장치를 조립된 상태에서 개별 컴포넌트로서 상세도로 도시하고,
도 9a 내지도 9d는 삽입 부재가 형성되어 있는 관 고정 부재의 상세도와 함께 관 부재의 어셈블리와 사이에 지지되는 라멜라들을 결합하기 위한 납땜 공구로서 홀딩 프레임을 각각 사시도로 도시하며,
도 10a 내지 도 10e는 관 부재, 관 바닥부 및 밀봉 부재의 어셈블리를 구비한 열전달 장치 및 관 바닥부를 상기 관 부재의 어셈블리에 장착하기 위해 관 단부를 확장하기 위한 수단을 상세도로 조립된 상태에서 그리고 개별 컴포넌트로 도시하고, 그리고
도 11a 내지 도 11f는 도 10b 내지 도 10e에 따른 수단을 이용해 관 단부를 확장하고 관 바닥부를 관 부재의 어셈블리에 장착하는 공정을 도시한다.
도 1a 및 도 1b에는 열전달을 위한 장치(1)의 관 바닥부(5)들 및 밀봉 부재(7)들을 갖는 관 부재(3)들, 특히 평판관들의 어셈블리(2)가 각각 나타난다. 도 1a에는, 개별 컴포넌트로서 사이에 지지되는 라멜라(4)들을 갖는 관 부재(3)들의 어셈블리(2), 관 바닥부(5) 그리고 밀봉 부재(7) 및 컬렉터(9)를 포함하는 열전달을 위한 장치(1)의 상세도가 도시되어 있다. 상기 컬렉터(9)는 냉각제를 유체로서 사용하는 경우 냉각제 컬렉터로도 지칭된다. 도 1b에는 조립된 상태 및 개별 컴포넌트로서 관 바닥부(5)들과 밀봉 부재(7)들을 갖는 관 부재(3)의 어셈블리(2)가 도시되어 있다.
평판관(3)들로 형성된 어셈블리(2)는 전력 요건에 따라 단일 열 또는 다중 열로 구성되고, 크기, 즉, 특히 길이 또는 폭이 확장 가능하다. 도 1a에 도시된 관 부재(3)들은 2열로 배열되어 있는 반면에, 도 1b는 관 부재(3)들의 단일 열 어셈블리(2)를 도시한다.
서로 나란히 그리고 평행하게 정렬된 관 부재(3)들은 열 내에서 넓은 측면들이 상호 배치되어, 직접 인접한 관 부재(3)들 사이에 각각 유체, 특히 공기를 위한 유동 경로가 형성된다. 이 경우의 상기 유동 경로는 각각 관 부재(3)들 사이에서 뻗어 있다. 하나의 열에서 관 부재(3)들은 서로 일직선으로 배치되어 각각 2개의 컬렉터(9) 사이로 연장된다. 관 부재(3)들의 내부 용적은 컬렉터(9)의 내부 용적에 연결되어 있다.
인접하여 배치된 관 부재(3)들의 유동 경로들 내에 그리고 이와 더불어 간극들 내에는 유동 단면을 변화시키기 위한 그리고/또는 열전달 영역을 증가시키기 위한 부재들이 배치되어 있다. 유동 단면을 변화시키기 위한 그리고/또는 열전달 영역을 증가시키기 위한 부재로는 라멜라(4)들이 형성되어 있다. 대안적으로는 리브들도 사용될 수 있다. 라멜라(4)들은 관 부재(3)와 마찬가지로 바람직하게는 알루미늄 합금과 같은 열 전도성이 우수한 재료로 형성되어 있다.
조립된 상태에서, 어셈블리(2)의 단부면들 또는 좁은 측면들에는 관 바닥부(5)들이 제공되어 있고, 이들 관 바닥부는 각각 컬렉터(9)의 측벽 부재로서 사용될 수 있다. 이 경우 단부면은 관 부재(3)들의 단부가 정렬되는 측면을 지칭한다. 관 바닥부(5)들은 각각 실제로 직사각형인 금속 시트, 특히 알루미늄 합금 시트 형태로, 딥 드로잉 부품, 스탬핑 부품 또는 하이드로포밍 부품으로 형성되어 있다. 이 경우 시트는 금속으로 제조된 편평한 압연 완제품을 의미한다. 고압 성형품으로도 지칭되는 하이드로포밍은 압력을 이용해서 밀폐된 몰딩 공구 내에서 시트를 성형하는 것으로 간주되며, 이때 상기 압력은 예를 들면, 공구 내에서 물-오일 에멀젼에 의해 발생된다.
모서리의 영역들에서 라운드 처리된 관 바닥부(5)들뿐만 아니라 밀봉 부재(7)들 또한 관 부재(3)들을 수용하기 위한 관통 개구(6, 8)들을 갖는다. 관 바닥부(5)들의 관통 개구(6)들과 밀봉 부재(7)들의 관통 개구(8)들은 서로 대응하고, 그리고 관 부재(3)들의 외형 치수들과도 대응하며, 이렇게 함으로써 개별 관 부재(3)들과 관 바닥부(5)들의 유체 기밀 연결을 생성된다.
컬렉터(9)들의 서로 마주보는 면에 배치된 관 바닥부(5)들은 관 부재(3)들과 고정 연결되어 있다. 이러한 고정 연결은 밀봉 부재(7)로 인해 각각의 경우에 기술적으로 밀봉 방식으로, 누출이 없는 연결로 간주되어야 한다. 관 바닥부(5)들은 어셈블리(2) 상에서 관 부재(3)들에 수직으로 정렬되는 방식으로 상기 관 부재(3)들의 좁은 측면 상에 배치되어 있다.
도 2a 내지 도 2c는 각각 연결 영역(14a)을 갖고 웹으로 형성된 2개의 레그부(12, 13)와 함께, B-형 단면을 갖는 평판관으로서 형성된 관 부재(3a)를 각각 사시도로 도시한다. 레그부(12, 13)들의 결합부의 일부로서의 상기 연결 영역(14a)은 관 부재(3a)의 상부면(10a)에서 길이 방향(x)을 따라 제1 단부에서 제2 단부까지 연장된다. 관 부재(3a)의 하부면(11a)은 전체면에 걸쳐 평평하게 형성되어 있다.
관 부재(3a)의 유동 단면은 깊이 방향(y)과 높이 방향(z)으로부터 펼쳐 형성된 평면 내에 정렬되어 있다. 도 2a에 따른 관 부재(3a)는 예를 들면, 벽 두께가 0.22mm일 때 깊이가 25.2mm이고, 높이가 약 1.5mm이다. 이 경우 관 부재(3a)는 최대 40mm의 깊이로 형성될 수 있다.
B-형 단면으로 형성된 관 부재(3a)의 상부면(10a)에서의 제1 레그부(12)와 제2 레그부(13)의 연결 영역은 직경이 약 0.18mm인 실제로는 원형인 작은 갭을 갖는다. 연장하는 관 부재(3a)의 전체 길이에 걸쳐서 연장되는 갭은 압축된 밀봉 부재(7)에 의해서만 관 바닥부(5)에 대해 매우 어렵게 밀봉될 수 있다. 상기 갭의 영역에서는 밀봉 부재(7)의 충분한 압축이 보장될 수 없기 때문에, 높은 누출 확률이 존재한다.
관 바닥부(5)에 대해 관 부재(3a)를 밀봉하기 위해, 관 부재(3a)의 상부면(10a)은 적어도 관 바닥부(5)와의 연결 영역에서 평평해야 한다. 관 제조기에 의한 폴딩 및 압연 방법으로 관 부재(3a)를 형성한 후에, 연결 영역(14a)은 용접, 특히 레이저 용접에 의해 가공된다. 이때 갭이 폐쇄된다. 연결 영역(14a)을 따라서 용접된 표면상에서는 CAB 공정에서의 어셈블리(2)의 후속 납땜을 위해, 코팅 층 또는 재킷 층의 재료와 베이스 재료 또는 코어 재료가 서로 혼합된다. 용접 시임의 표면은 CAB 공정에 내성이 있으며 CAB 공정 중에 용해되지 않는다.
이 경우 레이저 용접은 오로지 관 부재(3a)들의 단부들 영역 및 이와 더불어 관 바닥부(5)의 인접 영역들에서만 수행되거나 전체 관 길이를 따라 연속으로 수행될 수 있으며, 이때 상기 관 바닥부의 인접 영역들에서는 관 부재(3a)가 밀봉 부재(7)에 의해 상기 관 바닥부(5)에 대해 밀봉되거나 상기 관 바닥부(5)와 납땜된다.
이러한 방식으로 용접된 관 부재(3a)는 특히 용접 시임 영역에서 매끄러운 전환 반경을 갖는 표면을 구비하며 가능한 한 평평하게 형성되어 있다. 도 2b 및 도 2c에는 각각 도 2a의 관 부재(3a)의 연결 영역(14a)이 용접 시임과 함께 나타난다. 도 2b에 따른 연결 영역(14a)의 형성 시 용접 시임의 시임 라인은 예를 들어, 최대 0.075mm 정도 관 표면을 초과하는 반면, 도 2c에 따른 연결 영역(14a)의 형성 시 용접 시임의 시임 라인은 예를 들어, 최대 -0.075mm 정도 관 표면에 미달한다. 용접 시임의 도움으로 매끄러운 관 표면은 밀봉 부재(7)의 충분한 압축을 허용하여 관 바닥부(5)에 대한 관 부재(3a)의 밀봉을 가능하게 한다.
관 부재(3a)들의 B-형 단면의 중심(13)에 있는 레그부(12, 13)들은 각각 관 바닥부(5)에 대한 밀봉을 위해 제공될 밀봉 압력을 지지하는 웨브 또는 리브로서 사용된다. B-시임 리브 지지부는 20mm 내지 25mm의 범위의 최대 전체 폭 그리고 이와 더불어 종래 기술에서 공지된 평판관보다 큰 폭을 갖는 관 부재들의 사용을 가능하게 한다.
도 3a 및 도 3b는 관 단부에서 적어도 부분적으로 확장된, 도 2a의 관 부재(3a)를 사시도 및 평면도로 도시한다. B-형 단면을 갖는 평판관으로서 형성된 관 부재(3a)의 연결 영역(14a)의 용접 후, 상기 관 부재(3a)는 각각 상기 관 단부의 영역에서 변형되는 방식으로 확장되며, 그 결과 레그부(12, 13)들과 관 부재(3a)의 벽에 의해 제한된 유동 채널들이 실제로 직사각형인 단면 형상에서 타원형 단면 형상으로 변형된다. 단면은 연결 영역(14a)에서만 거의 변하지 않는다. 레그부(12, 13)들의 양측에서 유동 채널들의 타원형 단면 형상은 외부 압력, 특히 압축된 밀봉 부재(7)에 의해 가해지는 압력에 매우 안정적이다.
적어도 부분적으로 확장된 관 부재(3a)는 예를 들어, 최대 확장 영역에서 약 24.3mm의 전체 폭을 갖고 대략 3.7mm의 높이를 갖는다.
도 4a 내지 도 4d에는 관 단부 상에서 최종 확장된 도 2a의 관 부재가 사시도 및 평면도로 나타난다. 도 3a 및 도 3b의 관 부재(3a)의 적어도 부분적인 확장 후, 관 부재(3a)는 각각 이미 변형된 관 단부 영역들에서 최종 확장된다. 이 경우 특히, 높이 방향(z)으로 상부면(10a) 및 하부면(11a)의 가장자리들이 단면을 확장하는 방식으로 변형된다. 이 경우 관 부재(3a)는, 유체가 상기 관 부재(3a) 주위로 흐르게 되는 열전달 영역으로서 변형되지 않은 제1 영역(15a) 그리고 관 바닥부와의 연결 및 변형 영역인 제2 변형 영역(16a)을 갖는다.
관 단부들에서 관 부재(3a)의 변형된 벽은 균열 없이 연속적으로 형성되어 있다. 이 경우 이러한 변형부의 형상은 한편으로는 구조적 벽 두께를 증가하고, 다른 한편으로는 관 바닥부(5)들의 관통 부재(6)들 내에서의 고정 및 밀봉에 사용된다.
최종 확장된 관 부재(3a)는 예를 들어, 최대 확장의 영역에서 약 24.4mm의 전체 폭과 약 5.6mm의 높이를 갖는다. 거의 변화가 없는 연결 영역(14a)의 높이는 약 1.5mm이다.
도 5a에는, 웨브(17)들을 갖는 다채널 평판관으로서 형성된 관 부재(3b)가 사시도로 도시되어 있다. 압출관으로서 형성된 관 부재(3b)는 B형-단면을 갖는 평판관으로서 형성된 도 2a 내지 4d에 따른 관 부재(3a) 외에 평평한 상부면(10b)과 평평한 하부면(11b)을 갖는 열전달 장치(1)의 단일 열 어셈블리(2)에 대한 대안적인 실시 형태를 나타낸다. 높이 방향(z)으로 정렬된 그리고 외부 압력에 대해 관 벽을 지지하는 압출된 관 부재(17)의 내부 웨브(17)는 리브로서 특히, 관 바닥부(5)에 대한 밀봉을 위해 제공되는 밀봉 압력을 지원하기 위해 사용된다. 압축 밀봉 부재(7)의 반작용력을 흡수하는 웨브(17)들은 관 부재(3b)의 유동 단면을 챔버들로 세분한다. 도 5a에 다른 관 부재(3b)는 예를 들어, 0.22mm의벽 두께에서 25.9mm의 깊이와 약 2.1mm의 높이를 갖는다.
관 단부들 상에서, 특히 높이 방향(z)으로 관 벽 또는 유동 채널들의 유동 단면 또는 챔버들의 확대는 웨브(17)들 사이 영역에서만 가능하다.
도 5b 내지 5d에는 관 단부들을 확장하기 위한 스탬핑 부재(18b)와 함께 도 5a의 관 부재(3b)가 확장 공정 동안을 도시하는 사시도로 그리고 단면도로, 즉, 관 부재(3b)의 확대된 최종 상태로 나타난다.
상기 가이드 부재(20b)들과 확장 부재(21b)들을 구비하여 형성된 스탬핑 부재(18b)는 관 벽 또는 유동 채널들의 유동 단면의 확장 공정 중에, 관 부재(3b)의 단부면들에 배치됨으로써, 각각 공통 방향으로 정렬된 상기 가이드 부재(20b)들과 확장 부재(21b)들이 상기 관 부재(3b)의 길이 방향(x)으로 정렬된다. 이 경우, 각 유동 경로에 확대 부재(21b)를 갖는 가이드 부재(20b)가 할당된다.
스탬핑 부재(18b)가 도 5b에 따라 길이 방향(x)으로 진행하는 이동 방향(19)으로 움직일 때, 가이드 부재(20b)가 각 유동 채널 내로 도입되어 상기 스탬핑 부재(18b)가 관 부재(3b) 내에서, 특히 유동 채널 내에서 센터링된다.
이동 방향(19)으로의 연속적인 동작에서, 확장 부재(21b)들은 단부면 상에 있는 관 부재(3b)의 벽에 도달한다. 스탬핑 부재(18b)는 확장 부재(21b)들의 영역에서, 각각 유동 채널들의 단면보다 특히 높이 방향(z)으로 큰 치수를 갖기 때문에, 상기 유동 채널들의 단면은 상기 확장 부재(21b)들이 유동 채널들 내로 삽입될 때 확대된다. 관 부재(3b)의 벽은 유동 채널들의 영역에서, 높이 방향(z)으로 상기 유동 채널들을 확대하는 방식으로 그리고 상기 유동 채널들을 확장하는 방식으로 변형된다. 확장 공정을 종료하기 위해 스탬핑 부재(18b)는 도 5c에 따른 이동 방향(19)으로 관 부재(3b)로부터 분리된다.
관 부재(3B)는 열전달 영역으로서 제1의 변형되지 않은 영역(15b)과 변형 영역으로서 제2의 변형 영역(16b) 그리고 관 바닥부(5)와의 연결부를 구비하여 형성되어 있으며, 이때 상기 열전달 영역에서는 유체가 관 부재(3b) 주위로 흐른다.
최종 확장된 관 부재(3b)는 최대 확장 영역에서 예를 들어, 약 3.0mm의 높이를 갖는다. 거의 변하지 않은 연결 영역의 높이는 약 2.1mm이다.
관 부재(3a, 3b)들은 특히, 내부 리브 구조로 인해, 깊이가 깊은 열전달 코어를 갖는 장치(1)의 단일 열 어셈블리(2)를 가능하게 하며, 이와 관련하여 상기 어셈블리는 종래에는 다중 열로 형성된 열전달 코어에 의해서만 달성될 수 있었다. 이 경우 관 부재(3a, 3b)들의 단일 열 어셈블리(2)를 갖는 장치(1)는 11mm보다 큰 깊이를 가질 수 있다.
관 부재(3a, 3b)들을 구비하여 형성된 장치(1)는 강성이 아닌 연성의 관 부재-밀봉 부재-관 바닥부 연결로 인해, 또한 매우 높은 열 충격 저항성을 가지며, 이때 상기 장치는 어셈블리(2)의 하나 이상의 측면에 형성되어 있다.
도 6a 내지 도 6d에는 각각 연결 영역(14c, 14d)과 함께, 평판관으로서, 길이 방향(x)으로 진행되고, 양측에, 즉, 상부면(10c, 10d)과 하부면(11c, 11d)에 배치된 홈들을 구비하여 형성된 관 부재(3c, 3d)가 사시도 및 단면도로 도시되어 있다.
높은 내부 압력 펄스 요건을 충족시키기 위해 필요한 내부 구조는 각각 관 부재(3c, 3d)들 내에서 연결 영역(14c, 14d)들에 형성된 용접 연결에 의해 가능해진다. 특히, 내부 압력하에 있는 관 부재(3c, 3d)의 높이 방향(z)에서 수직 강성을 위한 중앙 구조물 부재는 관 부재(3c, 3d)들의 표면상에서 용접 연결부를 갖는 홈 또는 노치 지점으로 각각 표현된다. 이 경우 제1 영역(15c, 15d) 내의 홈은 도 6a 및 도 6b에 따른 열전달 영역으로서 연속적으로 형성될 수 있고, 또는 도 6c 및 6d에 따라 중단된, 특히, 홈이 있는 스팟 용접 패턴으로서 형성될 수 있다.
변형부의 영역으로서 관 단부들의 제2 영역(16c, 16d)에서, 각각 관 바닥부(5)들과 이러한 관 바닥부(5)들 내에 형성된 관통 개구(6)들을 관통하는 관 부재(3c, 3d)들을 연결하기 위한 평탄한 상부(10c, 10d)과 평탄한 하부면(11c, 11d)을 제공하기 위해 홈들은 관 단부들에 대해 사전 설정된 거리에서 종료된다. 관 부재(3c, 3d)의 내부 용접 연결부는, 관 바닥부(5) 상에 관 부재(3c, 3d)를 기계적으로 조립할 수 있도록 관 단부들의 영역들 사이에서 연장된다.
또한, 관 부재들은 다수의 홈, 즉, 1보다 큰 수의 홈 및/또는 홈이 있는 스팟 용접 패턴을 구비하여 형성될 수 있다.
용접된 평판관로서 형성된 관 부재(3c, 3d)들은 열전달에 대한 높은 요구 조건을 충족시키기 위해 종래의 관 부재보다 깊이 방향(z)으로 더 큰 치수로 설계될 수 있다. 또한, 용접 공정에서 용융제가 요구되지 않기 때문에 내부 순도는 즉, 접혀 납땜된 관 부재들에 대해, B-형 단면을 가진 평판관보다 더 크다.
종래 기술로부터 공지된, 깊이 방향(z)으로 적어도 20mm의 연장부를 갖는 자동차 열교환기들에서는 대부분 평평한, 경질 납땜된 알루미늄 관들이 사용된다. 그러나 접힌 관 부재들의 내부 납땜에는 내부 흐름이 필요하다. 용융제의 잔류물이 다시 냉각제 회로의 오염의 주요 원인이 된다. 예를 들어, 연료 전지 시스템들에 사용될 경우, 특수한 세정 공정을 거친 용접된 관 부재만이 사용된다.
도 7a 및 도 7b 그리고 도 8a 내지 도 8c에는 각각 도 2a 내지 도 4d에 따른 관 관 부재(3a)들, 관 바닥부(5a) 및 밀봉 부재(7a) 또는 5a 내지 도 5e에 따른 관 부재(3d)들, 관 바닥부(5b) 및 밀봉 부재(7b)를 갖는 어셈블리(2)를 포함하는 열전달 장치(1)의 상세도가 조립된 상태에서 그리고 개별 컴포넌트로서 도시되어 있다.
도 7a는 특히, B-형 단면을 갖는 관 부재(3a)들을 구비하는 용접되고 그리고 변형 방식으로 확장된 평판관들로 이루어진 어셈블리(2)를 도시하며, 이때 상기 관 부재들은 관 바닥부(5a)와 밀봉 부재(7a)를 관통하는 방식으로 배치되어 있다. 관 부재(3a)들의 확장 결과, 이들 관 부재(3a)들은 관 부재(3a)들과 관 부재(5a)들의 관통 개구(6a)들의 가장자리들 사이에 배치된 밀봉 부재(7a)들과는 고정으로 연결되어 있고, 관 바닥부(5a)와는 유체 밀봉 방식으로 연결되어 있다.
도 8a에는 특히, 변형되는 방식으로 확장되고 다수의 채널 평판관으로서 형성된 관 부재(3b)들의 어셈블리(2)가 개시되며, 이때 상기 관 부재들은 관 바닥부(5b)와 밀봉 부재(7b) 내에 삽입된 관통 개구(6b, 8b)들을 관통하는 방식으로 배치되어 있다. 관 부재(3b)들의 확장으로 인해, 이들 관 부재(3b)들은 관 부재(3b)들과 관 부재(5b)들의 관통 개구(6b)들의 가장자리들 사이에 배치된 밀봉 부재(7a)들과는 고정으로 연결되어 있고, 관 바닥부(5b)와는 유체 밀봉 방식으로 연결되어 있다.
상기 장치(2)들은 또한, 관 부재(3a, 3b)들 사이에 형성된 라멜라(4)들을 갖는다.
도 9a 내지 도 9d에는 사이에 지지되는 라멜라(4)들과 관 부재(3)들의 어셈블리의 결합을 위한 납땜 공구로서 홀딩 프레임(22)이 관 고정 부재에 형성된 삽입 부재(24)의 상세도와 함께 각각 사시도로 도시된다.
관 부재(3)들은 각각 홀더 프레임(22) 내부에서 그 사이에 지지되는 라멜라들과 함께, 전체적으로, 예를 들면 납땜노에서 납땜되고 개별 컴포넌트들이 상호 연결되도록 고정되어 배치되어 있다. 각각 동일한 길이를 갖는 관 부재(3)들은 단일 열로서, 단부면들에서 서로 일직선으로 배치되어 있다.
관 부재(3)들은 단부면들에서 각각 관 고정 부재(23)에 의해 지지된다. 이 경우 특히, 길이 방향에 대해 횡 방향으로 관 부재(3)들의 이동을 방지하기 위해, 개방 단면들을 갖는 관 부재(3)들은, 관 고정 부재(23)에 형성된 삽입 부재(24)들 상에 설치되어 있다. 열팽창으로 인한 길이의 변화를 보상하기 위해, 관 고정 부재(23)들은 홀더 프레임(22)에서 길이 방향으로 이동 가능하게 배치되어 있다. 이 경우 관 고정 부재(23)들은 예를 들어, 각각 홀딩 프레임(22) 상에 있는 장공과의 볼트 연결을 통해 고정되어 있다.
납땜 공정 후, 관 부재(3)들과 라멜라(4)들의 어셈블리는 관 바닥부들 또는 컬렉터들 없이 열전달 장치의 납땜 코어로서 홀딩 프레임(22)으로부터 분리될 수 있다.
도 10a 내지 도 10e에는 바닥부(5)를 갖는 관 부재(3)들 그리고 밀봉 부재(7)를 구비한 어셈블리(2)의 열전달 장치의 상세도 외에, 상기 관 부재(3)들의 어셈블리에 관 바닥부(5)들을 장착하기 위한 관 부재(3)들의 단부들을 확장하기 위한 수단들이 조립된 상태에서 그리고 개별 컴포넌트들로서 도시되어 있다.
도 10b에는 관 바닥부(5)와 밀봉 부재(7)에 대해 관 부재(3)들의 단부들을 확장하기 위한 수단의 어셈블리가 나타난다. 이 경우 각각 제1 단부를 관 부재(3)들의 단부면 내로 삽입하기 위한 핀 부재(25)들의 형성이 명확해지며, 이때 상기 관 부재들은 관 바닥부(5)와 밀봉 부재(7)의 관통 개구(6, 8)들을 통과하여 돌출하는 방식으로 배치될 수 있다. 핀 부재(25)들은 서로 이격되고, 관통 개구(6, 8)들과 상응하는 방식으로 정렬되며, 베이스 부재(26)에 의해 고정되어 있으며, 이는 마찬가지로 도 10c에 도시되어 있다. 상기 베이스 부재(26)에 의해 유지되는 핀 부재(25)들은 (도 10d에 따르면) 제1 단부들의 말단에 형성된 제2 단부들에서 연결 부재(27) 통해 서로 연결된다.
특히, 도 10e에 따른 분해도에는, 리벳, 볼트 또는 나사로서 형성될 수 있는 고정 부재(28)들을 통해서 핀 부재(25)들과 연결 부재(27)이 연결되어 있음을 보여준다.
도 11a 내지 도 11f에는 도 10b 내지 10e 따른 수단들을 이용하여 관 부재(3)들의 단부들을 확장하기 위한 그리고 라멜라(4)들을 갖는 관 부재(3)들의 어셈블리에서 관 바닥부(5)들을 장착하기 위한 공정의 보기가 도시되어 있다.
B-형 단면을 갖는 평판관으로서 형성된 관 부재(3a)들 또는 홈이 형성된 관 부재(3c, 3d)들의 용접 후 또는 관 부재(3)들의 납땜 후에는 연결된 유닛으로서 라멜라들을 갖는 관 부재(3)들로 이루어진 어셈블리들이 존재하며, 이때 상기 관 부재들은 이 위치에서 관 부재(3a, 3b, 3c)들 그리고 압출된 다채널 평판관으로서 형성된 관 부재(3b)들에 대해 통합되는 방식으로 형성되어 있다. 열전달 코어는 납땜에 의해 장착된다. 관 부재(3)들은 특히 단부에서 변형되지 않는다.
관 부재(3)들의 단부들을 확장하는 공정 시작 시, 도 10b에 따른 밀봉 부재(7) 및 관 바닥부(5)는 확장 수단들 상에 배치되어 있다. 이 경우 핀 부재(25)들은 밀봉 부재(7)와 관 바닥부(5)의 관통 개구(6, 8)들을 관통하여 돌출한다.
이어서 제1 자유 단부들을 갖는 도 11a에 따른 핀 부재(25)들이 즉 관 부재(3)들의 단부면들 상에, 즉 관 부재(3)들의 확장 단부들 상에 배치된다. 그러나 도 11a에는 핀 부재(25)들이 이동 방향(19)에 반대로 관 부재(3)들로부터 이미 다시 제거된 상태가 도시되어 있다. 각각의 핀 부재(25)는 납땜된 열전달 코어가 접근할 때 관 부재(3)를 파지하기 위해 형성된 선단 에지를 갖는다. 다채널 평판관으로서 형성된 관 부재(3b)들에 대한 유사한 보기는 도 5b에 도시되어 있으며, 이 경우 각각의 확장 부재(21)는 자유 단부에 가이드 부재(20b)를 갖는다.
각각의 핀 부재(25)는, 확장 부재(21)를 제한하고 관 부재(3) 내로의 운동 방향(19)으로의 핀 부재(25)들의 삽입 단부를 표시하는 스토퍼(29)를 구비하여 형성되어 있다. 이 경우 단계로서 형성된 스토퍼(29)는 확장되어 변형된 관 부재(3)의 단부면에 충돌하며, 이는 특히, 도 11b에 나타난다.
도 11c는 관 부재(3)들의 단부면들과 관련하여 관 바닥부(5)와 밀봉 부재(7)의 관통 개구(6, 8)들을 관통하는 핀 부재(25)들의 어셈블리를 도시한다. 더 나은 도시를 위해 관 바닥부(5)와 밀봉 부재(7)는 최종 위치로부터 확장된 관 부재(3) 만큼 이동된다. 이와 달리, 도 11d에는 관 부재(3)의 단부들을 확장하기 위한 수단들의 최종 위치가 도시되어 있다. 밀봉 부재(7)는 확장되고 변형된 관 부재(3)들의 영역에서 상기 관 부재(3)들을 완전히 둘러싸는 방식으로 상기 관 부재(3)들과 관 바닥부(5) 사이에 배치되어 있다.
상기 관 부재(3)들의 단부들을 확장하기 위한 그리고 상기 관 부재(3)들과 관 바닥부(5)를 유연하게 유체 밀봉 방식으로 연결하기 위한 공정은 도 11e에 따르면 관 부재(3)들로부터 핀 부재(25)들을 제거함으로써 그리고 도 11f에 따라 베이스 부재(26)를 제거함으로써 완료된다.
관 부재(3)들을 관 바닥부(5)와 연결하는 공정은, 관 부재(3)들이 관통 개구(6, 8)의 정확한 위치에 배치되도록 보장하고, 따라서 확실한 유체 기밀 연결이 발생된다. 밀봉 부재(7)의 충분하고 확실한 압축을 보장하기 위해, 관 부재(3)들의 단부 연장부로서 목표한 확장의 크기가 미리 주어진다. 이 경우 밀봉 부재(7)의 압축은 10% 내지 50% 압축의 범위이며, 이 경우 관 부재(3)들에 밀봉 부재(7)를 갖는 관 바닥부(5)의 조립 직후 압축의 대부분이 달성된다. 관 부재(3)들은 예를 들어, 높이 방향(x)에서 최대 +0.2mm까지 그리고 깊이 방향(z)으로 그리고 이에 따라 폭이 최대 +0.1mm까지 확장된다.
관 부재(3)들의 단부들을 확장함으로써, 관 벽의 추가의 구조적 보강이 제공된다. 이때 관 벽은 균열 없이 연속적으로 변형된다.
1: 장치 2: 어셈블리
3: 관 부재, 평판관 3a: 관 부재, B-관
3b: 관 부재, 압출관 3c, 3d: 관 부재
4: 라멜라 5, 5a, 5b: 관 바닥부
6, 6a, 6b: 관 바닥부의 관통 개구 7, 7a, 7b: 밀봉 부재
8, 8a, 8b: 밀봉 부재의 관통 개구 9: 컬렉터
10a, 10b, 10c, 10d: 상부면 11a, 11b, 11c, 11d: 하부면
12: 제1 레그부 13: 제2 레그부
14a, 14c, 14d: 연결 영역 15a, 15b, 15c, 15d: 제1 영역
16a, 16b, 16c, 16d : 제2 영역 17: 웨브
18b: 스탬핑 부재 19: 스탬핑 부재의 이동 방향
20b: 가이드 부재 21, 21b: 확장 부재
22: 홀딩 프레임 23: 관 체결 부재
24: 삽입 부재 25: 핀 부재
26: 베이스 부재 27: 연결 부재
28: 고정 부재 29: 스토퍼
x: 방향, 길이 방향 y: 방향, 깊이 방향
z: 방향, 높이 방향

Claims (27)

  1. 제1 유체와 제2 유체 사이 열전달을 위한 장치(1)로서, 상기 장치는 상기 제1 유체를 통과시키기 위한 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)들, 관통 개구(6, 6a, 6b)들을 갖는 하나 이상의 관 바닥부(5, 5a, 5b) 그리고 관통 개구(8, 8a, 8b)들을 갖는 하나 이상의 밀봉 부재(7, 7a, 7b)로 이루어진 어셈블리(2)를 포함하며,
    - 상기 관 부재들은 각각 제1의, 변형되지 않은 영역(15a, 15b, 15c, 15d)과 상기 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)의 일 단부에 배치된 하나 이상의 제2의, 변형된 영역(16a, 16b, 16c, 16d)을 구비하여 형성되어 있고,
    - 상기 밀봉 부재(7, 7a, 7b)는 각각 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)의 상기 제2 영역(16a, 16b, 16c, 16d)의 외부 표면과 상기 관 바닥부(5, 5a, 5b)의 관통 개구(6, 6a, 6b)의 가장자리의 에지 사이에 배치되어 있으며,
    상기 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)들은 각각 평판관으로서 상기 제1 유체를 통과시키기 위한 유동 채널들을 구비하여 형성되어 있고, 금속으로 형성되어 있으며,
    - 상기 유동 채널들은 하나 이상의 내부 구조물 부재에 의해 서로 분리되어 있고, 그리고
    - 상기 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)들의 단면이 상기 제2 영역(6a, 16b, 16c, 16d)에서, 길이 방향(x)에 수직으로 정렬된 평면 내에 확장되어 있고,
    상기 관 부재(3c)가 상기 길이 방향(x)으로 연장되고, 상부면(10c)과 하부면(11c)에 배치된 하나 이상의 홈 또는 상기 관 부재(3d)가 상기 길이 방향(x)으로 상부면(10d)과 하부면(11d)에 배치된, 각각 연결 영역(14c, 14d)을 갖는 하나 이상의 노치 지점을 구비하고, 그리고 상기 내부 구조물 부재가 상기 연결 영역(14c, 14d)에서 하나 이상의 용접 연결부에 의해 형성되어 있고,
    상기 연결 영역(14c, 14d)이 상기 관 부재(3c, 3d)의 하나 이상의 단부에 대해 소정의 거리를 두고 형성되는 것을 특징으로 하는 장치(1).
  2. 제1항에 있어서, 상기 관 부재(3a)가 B-형 단면을 가지며, 상기 내부 구조물 부재는 중앙 구조물 부재로서 연결 영역(14a)을 갖는, 웨브(web)로 형성된 2개의 레그부(12, 13)로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
  3. 제2항에 있어서, 상기 연결 영역(14a)이 갭(gap)을 가지며, 이 갭은 상기 길이 방향(x)을 따라서 상기 관 부재(3a)의 상부면(10a)에서 제1 단부로부터 제2 단부까지 연장되고, 용접 시임에 의해 적어도 부분적으로 폐쇄되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
  4. 제3항에 있어서, 상기 용접 시임이 상기 관 부재(3a)의 제1 단부로부터 제2 단부까지 연속적으로 연장되거나 상기 관 부재(3a)의 하나 이상의 제2 영역에서만 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
  5. 제2항에 있어서, 상기 관 부재(3a)의 하부면(11a)이 그의 전체 표면에 걸쳐 평평하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
  6. 제1항에 있어서, 상기 관 부재(3b)가 다채널 평판관로서 다수의 내부 구조물 부재를 구비하여 형성되어 있고, 이들 내부 구조물 부재는 각각 상기 제1 유체를 통과시키기 위한 2개의 인접 배치된 유동 채널을 각각 웨브(17)로서 형성되도록 서로 분리하는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
  7. 제2항에 있어서, 상기 관 부재(3a, 3b)들의 단면이 상기 유동 채널들의 영역들에서만 확장되는 방식으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
  8. 제2항에 있어서, 상기 관 부재(3a, 3b)가 최대 확장 영역에서 3.0mm 내지 5.6mm 범위의 높이를 갖고, 상기 연결 영역(14a)에서 1.5mm 내지 2.1mm 범위의 높이를 갖는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
  9. 제2항에 있어서, 상기 관 부재(3a, 3b)가 20mm 내지 55mm 범위의 전체 폭을 갖는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서, 상기 관 부재(3c)의 용접 연결부가 연속적으로 연장되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
  12. 제1항에 있어서, 상기 관 부재(3d)의 용접 연결부들이 홈이 있는 스팟 용접 패턴으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제2 영역(16c, 16d)이 평평한 상부면(10c, 10d)과 평평한 하부면(11c, 11d)을 구비하는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
  14. 제1항에 있어서, 상기 관 바닥부(5, 5a, 5b)가 상기 장치(1)의 컬렉터(9)의 측벽 부재로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
  15. 제14항에 있어서, 관통 개구(6, 6a, 6b)들을 갖는 2개의 관 바닥부(5, 5a, 5b)와 관통 개구(8, 8a, 8b)들을 갖는 2개의 밀봉 부재(7, 7a, 7b)가 형성되어 있고, 상기 2개의 관 바닥부(5, 5a, 5b)는 각각 상기 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)들과 유체 밀봉 방식으로 연결되어 있으며, 그리고 상기 관통 개구(6, 6a, 6b, 8, 8a, 8b)들은 형상이 각각 상기 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)들의 외부 형상에 일치하고, 그리고 각각의 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)는 각각 제1 단부가 제1 관 바닥부(5, 5a, 5b) 내에 형성된 관통 개구(6, 6a, 6b)들을 관통하고, 제2 단부가 제2 관 바닥부(5, 5a, 5b) 내에 형성된 관통 개구(6, 6a, 6b)들을 관통하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
  16. 제1항에 있어서, 상기 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)로부터 형성된 어셈블리(2)가 단일 열 또는 다중 열로 형성되는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
  17. 제1항에 있어서, 상기 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)들이 알루미늄 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
  18. 제16항에 있어서, 하나의 열의 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)들은 나란히 그리고 서로 평행하게 그리고 폭이 넓은 측면들이 상호 정렬되어, 직접 인접 배치된 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)들 사이에 각각 제2 유체를 위한 유동 경로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
  19. 제18항에 있어서, 상기 유동 경로들에 인접 배치된 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)들 내에 유동 단면을 변화시키기 위한 그리고/또는 열전달 영역을 증가시키기 위한 라멜라(4)들 또는 리브들이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
  20. 제19항에 있어서, 상기 라멜라(4)들 또는 리브들이 알루미늄 합금으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
  21. 자동차의 냉각제 회로 내에 있는 냉각제-공기 열교환기로서 사용하기 위한 제1항 내지 제9항, 제11항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 열전달 장치(1).
  22. 제1항 내지 제9항, 제11항 내지 제20항 중 어느 한 따른 열전달 장치(1)를 제조하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은 사이에 지지되는 라멜라(4)들을 갖는 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)들의 어셈블리를 결합하기 위한 납땜 공구 그리고 상기 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)들과 관 바닥부(5, 5a, 5b)를 연결하기 위해 상기 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)들의 단부들을 확장하기 위한 수단들을 구비하며,
    - 상기 납땜 공구는 상기 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)들을 고정하기 위한 하나 이상의 관 고정 부재(23)를 갖는 홀딩 프레임(22)을 구비하여 단부면 상에 그리고 상기 관 고정 부재(23) 상에 배치된 형성되어 있고, 이 경우 상기 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)들은 단부면의 개방 단부들이 삽입 부재(24) 상으로 설치될 수 있으며,
    - 상기 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)들의 단부들을 확장하기 위한 수단들은 가이드 부재(20b)들과 확장 부재(21b)들을 갖는 스탬핑 부재(18b)로부터 그리고 제1 단부를 상기 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)들의 단부면들의 개방 단면들로 삽입하기 위한 핀 부재(25)들을 구비하여 형성되어 있으며,
    상기 확장 부재(21b)들과 함께 상기 가이드 부재(20b)들 또는 상기 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)들의 어셈블리에 대응하는 상기 핀 부재(25)들이 서로 이격되어 정렬되어 있고, 그리고 상기 핀 부재(25)들이 베이스 부재(26)에 의해 고정되며, 상기 제1 단부들의 말단에 형성된 제2 단부들이 연결 부재(27)를 통해서 서로 결합되어 있는, 시스템.
  23. 제22항에 있어서, 상기 관 고정 부재(23)들이 상기 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)들의 길이 방향(x)으로 상기 홀딩 프레임(22) 상에서 이동 가능하게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 시스템.
  24. 제23항에 있어서, 상기 관 고정 부재(23)들이 각각 슬롯으로 형성된 볼트 연결부들을 통해서 상기 홀딩 프레임(22) 상에 고정식으로 배치되는 것을 특징으로 하는, 시스템.
  25. 제22항에 있어서, 상기 핀 부재(25)들이 고정 부재(28)들을 통해서 상기 연결 부재(27)와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 시스템.
  26. 제25항에 있어서, 상기 고정 부재(28)들이 리벳 또는 볼트 또는 나사로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 시스템.
  27. 제1항 내지 제9항, 제11항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 열전달 장치(1)를 제조하기 위한 방법으로서, 상기 방법은
    - 상부면(10a)에서 각각 B-형 단면과 갭이 있는 연결 영역(14a)을 갖는 관 부재(3a)들을 상기 갭을 압연, 절곡 및 폐쇄하여 그리고 상기 상부면(10a)의 표면을 용접으로 평활화하여 형성하거나 홈들을 갖는 관 부재(3c, 3d)를 형성하여 상기 홈 내부에 용접하는 단계,
    - 다수의 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)를 납땜으로 어셈블리로 연결하는 단계,
    - 상기 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)들, 밀봉 부재(7, 7a, 7b) 및 관 바닥부(5, 5a, 5b)의 어셈블리를 상기 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)들의 단부면들을 확장하기 위한 수단들을 기준으로 정렬하는 단계, 이 경우
    - 상기 밀봉 부재(7, 7a,7b)가 상기 관 바닥부(5, 5a, 5b)에 접하고, 상기 밀봉 부재와 관 바닥부(5, 5a, 5b)의 관통 개구(6, 6a, 6b, 8, 8a, 8b)들이 서로 대응하며,
    - 제2의 변형 가능한 영역(16a, 16b, 16c, 16d)들과 함께 상기 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)들이 상기 관통 개구(6, 6a, 6b, 8, 8a, 8b)들을 통과하여 돌출하고, 그리고
    - 스탬핑 부재(18b)의 가이드 부재(20b)들 또는 핀 부재(25)들은 제1 단부들이 상기 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)들의 상기 제2의 변형 가능한 영역(16a, 16b, 16c, 16d)들의 개방 단부면들 방향으로 배치되어 있고, 각각 한 방향으로 정렬된 가이드 부재(20b)들 및 확장 부재(21b)들 또는 핀 부재들이 상기 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)들의 길이 방향(x)으로 정렬되어 각각의 유동 채널에 확장 부재(21b)를 갖는 가이드 부재(20b) 또는 핀 부재(25)가 할당되어 있으며,
    - 상기 스탬핑 부재(18b) 또는 핀 부재(25)들이 이동 방향(19)으로 이동하는 단계, 이 경우 각 유동 채널 내에 가이드 부재(20b) 또는 핀 부재(25)가 삽입되며, 상기 스탬핑 부재(18b) 또는 핀 부재(25)가 각각 상기 유동 채널 내부에서 센터링되고, 그리고 확장 부재(21b)들 또는 핀 부재(25)들이 상기 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)의 유동 채널들의 단면을 가지며, 상가 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)의 벽이 각각 상가 관 바닥부(5, 5a, 5b)의 관통 개구(6, 6a, 6b)의 가장자리에 가압되고, 상기 밀봉 부재가 상기 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)의 벽과 상기 관 바닥부(5, 5a, 5b)의 관통 개구(6, 6a, 6b)들의 가장자리 사이에 배치되어 있으며, 그리고
    - 상기 관 부재(3, 3a, 3b, 3c, 3d)들로부터 상기 스탬핑 부재(18b) 또는 상기 핀 부재(25)들을 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
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