KR102080801B1 - 열 전달 장치 - Google Patents

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KR102080801B1
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그레구스 젠 꼴라르
조셉 랩시크
요르크 마티니
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한온시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은, 제1 유체와 제2 유체 사이에서 열을 전달하기 위한 열 전달 장치(1)에 관한 것이다. 이 장치(1)는, 제1 유체를 통과시키기 위한 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c) 및 관통 개구(6)를 갖는 하나 이상의 파이프 바닥(5) 그리고 관통 개구(8)를 갖는 하나 이상의 밀봉 요소(7)로 이루어진 배열체(2)를 구비한다. 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)는, 제1 높이(X) 및 폭(W)을 갖는 제1 영역(10) 그리고 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)의 일 단부에 배열되고 제2 높이(Y)를 갖는 지지면(13)을 갖는 하나 이상의 제2 영역(11)을 각각 갖는 플랫 파이프로 이루어진다. 밀봉 요소(7)는 각각 파이프 바닥(5)의 관통 개구(6)의 가장자리의 에지와 지지면(13) 사이에 배열되고, 특정의 벽 두께(G)를 갖는다. 넓은 측을 갖는 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)는 서로에 대해 평행하게 그리고 제1 영역(10)에서는 각각 서로에 대해 간격(F)을 두고 정렬된 상태로 배열된다. 파이프 바닥(5)의 이웃하여 배열된 관통 개구(6) 사이에는 각각 높이(H)를 갖는 웹(5-1)이 구비된다. 최대값(CMmax)으로부터 최소값(CMmin)까지의 범위 안에 놓여 있는, 높이 방향(c)에서 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)의 단부의 변형 정도는 치수 관계를 참조하여 사전에 설정되어 있다.

Description

열 전달 장치{DEVICE FOR HEAT TRANSFER}
본 발명은, 특히 자동차에 사용하기 위한 열 전달 장치에 관한 것이다. 이 장치에서, 열은 바람직하게 제1 유체로서의 냉각재, 예를 들어 물 또는 물-글리콜-혼합물과 제2 유체로서의 공기 사이에서 전달된다. 이 장치는 제1 유체를 통과시키기 위한 파이프 요소, 그리고 각각 파이프 요소를 통과시키기 위한 관통 개구를 갖는 하나 이상의 파이프 바닥 및 하나 이상의 밀봉 요소로 이루어진 어셈블리를 구비한다.
냉각재 순환계로부터 주변 공기로 열을 전달하기 위한, 종래 기술에 공지된 냉각재-공기-열 교환기는 연소 기관의 열을 방출하기 위한 소위 고온 냉각재 순환계에서 사용된다. 알루미늄으로부터 형성된 냉각재-공기-열 교환기는 파이프 바닥 내에 고정된 소수의 파이프, 멀티 디스크 및 측면 요소를 구비하고, 크림프 연결부 위에 배열된 냉각재 수집기는 열 교환을 위해 조립될 다양한 요소들을 구비한다. 서로에 대해 평행하게 정렬된 그리고 매트릭스로서 배열된 파이프들은 수집기들 사이에서 액체 냉각재를 안내하기 위해 이용된다. 파이프 단부에서 양측에 배열된 냉각제 수집기는 종래 방식에 따라, 간략히 EPDM-밀봉부로서 지칭되는 에틸렌-프로필렌-디엔-고무-밀봉 요소에 의해서 파이프 및 파이프 바닥에 대해서 밀봉되어 있다. 파이프, 파이프 바닥, 멀티 디스크 및 측면 요소는 플러깅 방법에서 소위 슬롯 냉각기(slot cooler)로서 완전히 납땜된 상태로 완성되거나 소위 납땜 냉각기로서 완전히 납땜된 상태로 완성된다.
간략히 CAB("Controlled Atmospheric Brazing")로서 지칭되는 통제된 분위기에서 납땜 방법을 사용하는 경우에는, 파이프 및 멀티 디스크로 이루어진 매트릭스가 서로 간에 그리고 경우에 따라서는 각각 수집기의 금속 요소로서의 파이프 바닥과 연결된다. 플러깅 방법에서는, 간략히 MA(Mechanical Assembly)로서 지칭되는 매트릭스와 수집기의 기계적인 조립을 사용해서, 이웃하는 금속 부품들의 용접 또는 납땜이 피해진다.
냉각재로부터 열을 흡수하는 공기는 파이프의 외부 면에서 흐르고, 이로써 파이프들 사이를 따라서 흐르게 된다. 외부 면에서 파이프들 사이에 배열된 멀티 디스크 또는 리브(rib)는 공기 측 열 전달 면의 확대를 위해서 이용되고, 이로써 열 교환기 출력을 증가시키기 위해서 이용된다.
공지된 냉각재-공기-열 교환기는, 냉각재의 신속하게 바뀌는 온도에 대항해서 불만족스러운 내구성을 갖는다. 따라서, 냉각재-공기-열 교환기는 극단적인 적용예들에서는 -20℃ 내지 -10℃의 범위 안에 있는 온도까지 냉각될 수 있고, 냉각재 순환계 내에 있는 신속하게 개방되는 밸브로 인해 약 120℃의 온도를 갖는 냉각재에 의해서 작동될 수 있다. 이때, 냉각재-공기-열 교환기는 매우 강한 온도 교체를 겪고, 열 충격(thermal shock)을 경험한다. 개별 파이프의 시간 변위된 열적인 팽창에 의해서 매우 큰 재료 응력이 나타난다.
슬롯 냉각기는, 수집기의 요소로서의 파이프와 파이프 바닥 간의 슬라이딩 베어링-연결로 인해 냉각재의 온도 변경에 대하여 매우 높은 저항 능력을 갖지만, 파이프와 멀티 디스크 간의 강제 결합 방식의 연결 때문에 납땜 냉각기보다 적은 냉각 성능을 갖는다. 납땜 냉각기는 재차 파이프와 파이프 바닥 간의 강성의 납땜 연결로 인해 온도 교체에 대하여 그리고 이로 인해 야기되는 개별 파이프의 열적인 팽창에 대하여 제한된 내구성을 갖는다.
DE 10 2015 113 905 A1호로부터는, 자동차에서 사용하기 위해 기계식으로 장착된 수집기를 갖는 열 교환기, 특히 공기 흐름-열 교환기를 제조 및 장착하기 위한 방법 및 이와 같은 열 교환기가 드러난다. 이 열 교환기는, 병렬로 배열된 복수의 금속 파이프 및 복수의 금속 리브로부터 완전 기계식으로 본딩된 매트릭스를 포함한다. 파이프는, 각각 서로 마주 놓여 있는 2개의 더 긴 측면 및 더 짧은 측면을 갖는 직관형의 횡단면 형상을 갖는 열 전달 섹션을 구비한다. 밀봉을 제공하기 위하여 그리고 매트릭스의 열적인 팽창 및 수축으로 인해 기계식으로 연결된 파이프와 제1 수집기 간에 상대적인 운동을 가능하게 하기 위하여, 하나 이상의 파이프는 제1 단부 섹션에서, 파이프의 제1 단부 섹션만큼 연장되는 하나 이상의 가요성 요소에 의해 제1 수집기와 연결되어 있다.
이 경우, 파이프와 멀티 디스크가 파이프 바닥 없이 납땜 된 다음에 파이프 바닥이 프레스 피트(press fit)를 통해 밀봉부 내에서 밀봉된 상태로 파이프 상에 삽입되는 방법에 의해서는, 슬롯 냉각기 및 납땜 냉각기의 제조 방법들의 시너지가 기술된다. 납땜 오븐 내에서의 납땜 동안 600℃를 초과하는 온도가 제공됨으로써 감소된 재료 특성으로 인해, 파이프는 특히 단부 영역에서, 전체 파이프 둘레에 걸쳐 밀봉 장치를 보증하려는 요구에 따라, 프레스 피트에 의한 밀봉에 의해서 제공되는 저항력을 영구적으로 견딜 수 없게 된다.
자동차에서 사용되는 열 교환기의 종래의 파이프, 특히 알루미늄 합금으로 이루어진 파이프는 자주, 파이프와 파이프 바닥 사이에 있는 밀봉부의 압축 후에 파이프의 벽에 작용하는 밀봉 압력을 견딜 수 없다. 이 경우, 종래 기술에 공지된 열 교환기 및 이와 같은 열 교환기를 제조하기 위한 방법은, 밀봉 압력에 저항하기 위하여, 대략 11 ㎜까지의 폭 또는 파이프 깊이를 갖는 파이프, 특히 용접된 파이프의 사용에 한정되어 있다. 밀봉부는, 한 편으로는 파이프의 전체 둘레에 걸쳐 10% 내지 50%의 범위 안에서 압축되어야만 하는데, 이 경우 압축된 밀봉부는 파이프의 벽에 가해지는 상기와 같은 힘으로 인해 특히 지지되지 않은 폭 넓은 파이프 벽이 붕괴될 수 있는 상황을 야기한다. 다른 한 편으로는, 밀봉부의 압축이 파이프 벽의 중심 영역에 놓여 있는데, 다시 말하자면 파이프 크라운의 영역 내에서 종종 전술된 목표 값 아래에 놓여 있다.
본 발명의 과제는, 두 가지 유체 사이에서, 특히 냉각재로서의 액상 유체와 공기 사이에서 열을 효율적으로 전달하기 위한 장치를 제공하려는 데 있으며, 또한 이와 같은 장치를 의도한 바대로 구성하려는 데 있다. 이때, 열 교환기는, 온도 교체가 큰 경우에도 각각 파이프의 전체 둘레에 걸쳐 밀봉부의 충분하고도 균일한 압축 상태 및 최대의 밀봉 상태, 다시 말해 높은 열 충격 내구성을 가져야만 한다. 열 교환기에 의해서는, 최소의 구조 크기에서 또는 최소의 설치 공간 수요에서 최대의 열 출력이 전달되어야만 한다. 열 교환기는 또한 최소의 중량을 가져야만 하고, 최소의 제조 비용 및 재료 비용을 야기해야만 한다.
상기 과제는, 독립 특허 청구항들의 특징들을 갖는 대상들에 의해서 해결된다. 개선예들은 종속 특허 청구항들에 명시되어 있다.
상기 과제는, 제1 유체와 제2 유체 사이에서 열을 전달하기 위한 본 발명에 따른 장치에 의해서 해결된다. 이 장치는, 관통 개구를 갖는 하나 이상의 파이프 바닥 및 관통 개구를 갖는 하나 이상의 밀봉 요소를 갖춘, 제1 유체를 통과시키기 위한 파이프 요소들로 이루어진 어셈블리를 구비한다.
각각 관통 개구를 통과한 상태로 배열된 파이프 요소들은, 각각 제1 높이(X) 및 폭(W)을 갖는 제1 영역, 그리고 제2 높이(Y)를 갖는 파이프 바닥에서 밀봉 및 고정시키기 위한 지지면을 갖고 파이프 요소의 일 단부에 배열된 하나 이상의 제2 영역을 갖춘 플랫 파이프로 이루어질 수 있다.
따라서, 파이프 요소들은 각각, 제1 영역에 의해서는 파이프 요소가 제2 유체, 특히 공기에 의해서 순환되는 열 전달 영역을 갖게 되고, 제2 영역에 의해서는 바람직하게 파이프 바닥과 연결된 영역을 갖게 된다.
밀봉 요소는 각각 파이프 요소의 지지면과 파이프 바닥의 관통 개구의 가장자리의 에지 사이에 배열되고, 특정의 벽 두께(G)를 갖는다. 중간 지지된 밀봉 요소에 의해서는, 관통 개구를 갖는 하나 이상의 파이프 바닥이 파이프 요소들과 유체 밀봉 방식으로 연결되어 있다. 파이프 바닥 및 밀봉 요소의 관통 개구들은 각각 형상에 있어서 서로 부합하고, 파이프 요소의 외부 형상과도 부합한다. 이 경우에는 바람직하게 각각 하나의 파이프 요소가 관통 개구를 통과한 상태로 존재함으로써, 결과적으로 일 파이프 요소의 각각의 단부에는 정확하게 하나의 관통 개구가 할당되어 있다.
파이프 요소들은 넓은 측을 구비하여, 서로에 대해 평행하게 그리고 제1 영역에서 각각 서로에 대해 간격(F)을 두고 정렬되어 있다. 파이프 바닥의 이웃하여 배열된 관통 개구들 사이에는 또한 사전에 결정된 높이(H)를 갖는 웹이 각각 하나씩 구비될 수 있다.
본 발명의 컨셉에 따르면, 높이 방향으로 볼 때, 일 파이프 요소의 제1 높이(X) 및 이웃하는 파이프 요소들의 간격(F)으로 구성된 파이프 요소의 제1 영역 내부에서의 팽창은, 일 파이프 요소의 제2 높이(Y), 파이프 바닥의 일 웹의 높이(H) 및 밀봉 요소의 2배의 벽 두께(G)로 구성된 파이프 요소의 제2 영역 내부에서의 팽창에 상응하며, 이 경우에는 하기의 식이 적용된다:
Figure 112018053705193-pat00001
상기 식에서, CM은 높이 방향에서 파이프 요소의 단부의 변형 정도를 나타내고, 최대값(CMmax)과 최소값(CMmin) 사이의 영역에 놓여 있다. 파이프 요소의 제1 높이(X)의 값과 제2 높이(Y)의 값이 동일한 경우에, CMmin은 밀봉 요소의 2배의 벽 두께(G)에 상응하는데, 다시 말하자면
Figure 112018053705193-pat00002
이다. 최소값(
Figure 112018053705193-pat00003
)에서는, 파이프 요소의 파이프 단부들이 적어도 높이 방향으로 형상 파괴되지 않았거나 변형되지 않았다.
특히 변형 한계 CMmax를 최대값으로서 규정하고, 변형 한계 CMmin을 최소값으로서 규정함으로써, 파라미터로서의 CM은, 프레스 피트 내에서 주변을 둘러싸는 밀봉 요소에 대한 둘레에 있는 파이프 요소의 견고하고도 확실한 밀봉을 보장하려는 목적으로 이루어지는 파이프 요소의 단부의 적합한 변형을 기술한다.
파이프 요소는 바람직하게 금속으로 형성될 수 있다. 파이프 요소의 횡단면은 세로 방향에 대해 수직으로 정렬된 평면에서 제2 영역 내에서 바람직하게 확장되어 있다.
본 발명의 일 개선예에 따르면, 파이프 요소의 유동 횡단면은 각각 서로 마주 놓여 있는 2개의 측면에 의해서 제한되며, 이들 측면은 쌍으로 유동 횡단면의 좁은 측 또는 세로 측을 각각 형성한다.
본 발명의 대안적인 제1 실시예에 따라, 서로 이웃하여 배열된 파이프 요소의 측면들은 세로 방향으로 진행하는 접촉 에지들에서 서로에 대해 직각으로 정렬되어 있다. 이 경우, 접촉 에지들은 각각 모서리 반경(R)을 갖는 라운딩 처리된 천이부를 구비한다.
파이프 요소의 제1 영역의 제1 높이(X)는 바람직하게 파이프 요소의 2배 모서리 반경(R)의 값보다 크다. 이 경우, 최대값(CMmax)은 하기의 식
Figure 112018053705193-pat00004
으로부터 나타나며, 상기 식에서 A는 변형 이전에 파이프 단부에서의 파이프 요소의 둘레 대 변형 이후에 파이프 단부에서의 파이프 요소의 둘레의 비율을 기술한다. 기하학적 구조 및 재료 특성은, 파이프 요소의 재료의 인장 한계에 따른 변형이 재료 균열을 야기할 때까지의 파이프 단부의 최대 변형, 특히 확장을 가능하게 한다.
본 발명의 대안적인 제2 실시예에 따라, 파이프 요소의 유동 횡단면의 세로 측에 각각 배열된 측면들은, 반원 중공 실린더 형상으로 외부로 휘어져 있고 외부 반경(R)을 갖는 좁은 측의 측면을 통해 서로 연결되어 있다.
파이프 요소의 제1 영역의 제1 높이(X)는 바람직하게 반원 중공 실린더 형상으로 외부로 휘어진 파이프 요소의 좁은 측의 측면의 2배 반경(R)에 상응한다. 이 경우에는 하기의 식
Figure 112018053705193-pat00005
으로부터 최대값(CMmax)이 나타나며, 상기 식에서 A는 파이프 팽창 용량에 상응한다.
본 발명의 한 가지 장점은, 세로 방향에 대해 수직으로 정렬된 평면에서 파이프 요소의 제2 영역의 횡단면이 확장될 때에는, 각각 파이프 요소의 벽에 의해 제한된 유동 채널이 실질적으로 직사각형의 횡단면 형상으로부터 타원형의 횡단면 형상으로 변형된다는 데 있다.
본 발명의 일 개선예에 따라, 파이프 요소는 제1 영역에서는 0.22 ㎜의 벽 두께, 대략 2.5 ㎜의 제1 높이(X) 및 대략 10.8 ㎜의 폭(W)을 갖고, 제2 영역(11)에서는 대략 4.69 ㎜의 제2 높이(Y) 및 대략 10.95 ㎜의 폭을 갖는다.
본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예에 따라, 파이프 단부에 있는 파이프 요소가 각각 세로 측의 정점의 영역에서 정면으로부터 출발하여 확장된 상태로 형성됨으로써, 결과적으로 파이프 요소의 벽은 높이 방향에서 각각 외부로 성형부를 갖도록 변형되어 있다. 따라서, 파이프 요소는 각각 상부 면 및 하부 면의 정점의 영역에서 형상을 구비하여 형성되어 있다. 이때, 파이프 요소는 높이 방향으로 성형부의 최대 확장 영역에서는 바람직하게 대략 7.6 ㎜의 연장부를 갖는다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 파이프 바닥은 웹의 영역에서 각각, 밀봉 요소를 수용하기 위한 관통 개구의 개방된 횡단면을 적어도 국부적으로 줄이기 위한 링 요소를 구비할 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예는, 파이프 바닥이 열 전달 장치의 수집기의 측벽 요소로서 형성될 수 있다.
열 전달 장치는 바람직하게 관통 개구를 갖는 2개의 파이프 바닥 그리고 관통 개구를 갖는 2개의 밀봉 요소를 구비하여 형성될 수 있다. 파이프 바닥들은 각각 파이프 요소들과 유체 밀봉 방식으로 연결되며, 이 경우 관통 개구들은 각각 형상에 있어서 파이프 요소의 외부 형상과 일치하고, 각각의 파이프 요소는 각각 제1 파이프 바닥에 형성된 관통 개구를 통과하는 제1 단부 및 제2 파이프 바닥에 형성된 관통 개구를 통과하는 제2 단부를 구비하여 배열되어 있다.
파이프 요소들은 바람직하게 직선으로 그리고 바람직하게는 알루미늄 합금으로 형성된다.
본 발명의 일 개선예에 따라, 파이프 요소들은 배열체 내부에서 1열로 또는 다수의 열로 정렬되어 있다.
서로 나란히 그리고 평행하게, 그리고 서로에 대해 넓은 측을 구비하여 정렬된 본 발명에 따른 장치의 1열의 파이프 요소들은 바람직하게, 직접 이웃하여 배열된 파이프 요소들 사이에 제2 유체, 특히 공기를 위한 유동 경로가 각각 하나씩 형성되도록 배열되어 있다.
서로 이웃하여 배열된 파이프 요소들에 의해서 제1 영역 내부에 형성된 유동 경로 내에는 바람직하게, 유동 횡단면을 변경하기 위한 그리고/또는 열 전달 면적을 확대시키기 위한 멀티 디스크 또는 리브가 배열되어 있다. 이 경우, 멀티 디스크는 높이 방향으로 연장부를 가지며, 이 연장부는 이웃하여 배열된 파이프 요소들의 간격(F)에 상응한다. 멀티 디스크 또는 리브는 바람직하게 알루미늄 합금으로 형성된다.
본 발명의 바람직한 실시예는, 본 발명에 따른 열 전달 장치가 자동차의 냉각재 순환계 내에서, 특히 엔진 냉각재 순환계 내에서 냉각재-공기-열 교환기로서 사용되는 것을 가능하게 한다.
요약해서 말하자면, 본 발명에 따른 열 전달 장치는 다음과 같은 다양한 장점들을 갖는다:
- 기존의 파이프 포트폴리오의 틀 안에서 CAB/MA-제조 원리의 활용이 확대되고,
- 구조 크기가 최소이거나 설치 공간 수요가 최소인 경우, 다시 말해 전달 가능한 열 출력 대 개장된 용적의 비율이 최적인 경우에는, 최적의 기하학적 구조 비율에 의해서도 최대의 열 출력이 전달되며,
- 복잡성 및 재료 경비가 줄어들고, 이로써 제조 비용이 줄어들며,
- 최소의 중량을 갖고,
- 온도 교체가 큰 경우에도 최대의 밀봉도, 다시 말해 온도 교체에 대한 높은 열 충격 내구성 및 높은 저항 능력을 가짐으로써, 결과적으로 파이프 요소, 밀봉 요소와 파이프 바닥 간의 연결이 유연한 경우에는 유체 순환계 내에 있는, 특히 냉각재 순환계 내에 있는 밸브들의 큰 개방 속도 및 폐쇄 속도가 가능해지고,
- 압력 맥동 부하가 높은 경우에도 사용이 보장되며,
- 규정된 수준에서 균일한 밀봉 압축을 실행하는 프레스 피트에 의해, 파이프 바닥과 밀봉 요소 내부에 있는 파이프 단부의 연결이 영구적으로 보장됨으로써, 최대의 수명이 보증된다.
본 발명의 실시예들의 추가의 세부 사항, 특징들 및 장점들은, 관련 도면들을 참조해서 이루어지는 본 발명의 실시예들에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 드러난다. 여기서:
도 1은 개별 구성 요소로서 중간 지지된 멀티 디스크, 파이프 바닥 그리고 밀봉 요소 및 수집기를 갖는 파이프 요소 배열체를 갖춘 열 전달 장치를 분해 상세도로 도시하며,
도 2a는 제1 영역 및 제2 영역을 구비하여 플랫 파이프로서 형성된 파이프 요소를 측면도로 도시하고,
도 2b 및 도 2d는 각각 상이한 유동 횡단면을 갖고 플랫 파이프로서 형성된 파이프 요소를 사시도로 도시하며,
도 2c는 도 2b에 도시된 파이프 요소의 상세도를 도시하고,
도 3a는 도 1에 도시된 열 전달 장치의 중간 지지된 멀티 디스크를 갖는 파이프 요소의 배열체를 측면 상세도로 도시하며,
도 3b는 중간 지지된 멀티 디스크, 파이프 바닥 및 도 1에 도시된 열 전달 장치의 밀봉 요소를 갖는 파이프 요소의 배열체를 측면 단면 상세도로 도시하고,
도 3c는 도 3b에 도시된 밀봉 요소를 갖는 파이프 바닥의 상세도를 도시하며,
도 4a 및 도 4b는 파이프 단부에서 부분적으로 확대되었고, 도 2a에 도시된 파이프 요소와 유사하게 타원형의 횡단면을 갖는 파이프 요소를 사시도 및 평면도로 도시하고,
도 4c 내지 도 4f는 도 4a 및 도 4b에 도시된, 파이프 단부에서 최종적으로 확대된 파이프 요소를 사시도 및 평면도로 도시하며,
도 5a 및 도 5b는 파이프 단부에서 부분적으로 확대되었고, 도 4a에 도시된 파이프 요소와 유사하게 타원형의 횡단면을 갖는 파이프 요소를 사시도 및 평면도로 도시하고,
도 6a는 밀봉 요소를 갖는 파이프 바닥의 관통 개구 내에서 도 5a에 도시된 파이프 요소의 배열체를 측면 단면 상세도로 도시하며, 그리고
도 6b는 도 6a에 도시된 밀봉 요소 및 파이프 요소를 갖는 파이프 바닥의 상세도를 도시한다.
도 1에서는, 열 전달 장치(1)의 파이프 바닥(5) 및 밀봉 요소(7)를 갖는 파이프 요소(3), 특히 플랫 파이프의 배열체(2)가 드러난다. 본 도면에는, 개별 구성 요소로서 중간 지지된 멀티 디스크(4), 파이프 바닥(5) 그리고 밀봉 요소(7) 및 수집기(9)를 갖는 파이프 요소(3) 배열체(2)를 갖춘 열 전달 장치(1)의 상세도가 도시되어 있다. 수집기(9)는, 냉각재를 유체로서 사용하는 경우에 냉각제 수집기로서도 지칭된다.
플랫 파이프(3)로 이루어지는 배열체(2)는 출력 요구 조건에 따라 1열로 또는 다수의 열로 형성되어 있고, 크기 측면에서, 다시 말해 특히 길이 또는 폭 측면에서 조정 가능하다. 파이프 요소(3)는 2열로 배열되어 있다.
서로 나란히 그리고 평행하게 정렬된 파이프 요소(3)가 넓은 측을 갖는 1열 내부에서 서로에 대해 정렬됨으로써, 결과적으로 직접 이웃하는 파이프 요소(3) 사이에서는 유체를 위한, 특히 공기를 위한 유동 경로가 각각 생성된다. 이때, 유동 경로는 각각 파이프 요소(3) 사이에서 진행한다. 1열의 파이프 요소(3)는 서로에 대해 일직선상에 배열되고, 각각 2개의 수집기(9) 사이에서 연장된다. 파이프 요소(3)의 내부 용적은 수집기(9)의 내부 용적과 연결되어 있다.
유동 경로 내에 그리고 이로써 이웃하여 배열된 파이프 요소(3)의 중간 공간 내에는, 유동 횡단면을 변경하기 위한 그리고/또는 열 전달 면적을 확대시키기 위한 요소가 형성되어 있다. 유동 횡단면을 변경하기 위한 그리고/또는 열 전달 면적을 확대시키기 위한 요소로서 멀티 디스크(4)가 제공되어 있다. 대안적으로는, 리브도 사용될 수 있다. 멀티 디스크(4)는, 파이프 요소(3)와 마찬가지로, 바람직하게 알루미늄 합금과 같은 열 전도성이 매우 우수한 재료로 형성된다.
장치(1)가 조립된 상태에서, 배열체(2)의 정면에 또는 좁은 측에는, 각각 수집기(9)의 측벽 요소로서도 이용될 수 있는 파이프 바닥(5)이 제공되어 있다. 이 경우에는, 파이프 요소(3)의 단부가 정렬되어 있는 측면이 정면으로서 지칭된다. 파이프 바닥(5)은 각각 금속, 특히 알루미늄 합금으로 실질적으로 직사각형 시트의 형태인 디프 드로잉 가공부, 천공부 또는 하이드로포밍부로서 형성되어 있다. 이 경우, 시트는 금속으로 이루어진 평탄한 압연기 최종 제품으로 이해된다. 고압 변형으로서도 지칭되는 하이드로포밍은, 물-오일-에멀션에 의해 공구 내에서 발생하는 압력을 이용하여, 폐쇄된 몰드 공구 내에서 시트를 변형하는 것으로 간주된다.
모서리 영역이 라운딩 처리된 파이프 바닥(5) 뿐만 아니라 밀봉 요소(7)도 파이프 요소(3)를 수용하기 위한 관통 개구(6, 8)를 구비한다. 개별 파이프 요소(3)와 파이프 바닥(5) 사이에 유체 밀봉 연결을 만들기 위하여, 파이프 바닥(5)의 관통 개구(6) 및 밀봉 요소(7)의 관통 개구(8)가 서로 부합하고, 파이프 요소(3)의 외부 치수와도 부합한다. 파이프 바닥(5)의 관통 개구(6) 사이에는 각각 웹(5-1)이 형성되어 있다.
수집기(9)의 서로를 향하는 측에 배열된 파이프 바닥(5)은 파이프 요소(3)와 고정 연결되어 있다. 고정 연결은 각각 밀봉 요소(7)로 인해 기술적으로 밀봉된 제로-누설로서 간주될 수 있다. 파이프 바닥(5)은 파이프 요소(3)의 좁은 측에서 파이프 요소(3)에 대해 수직으로 정렬되어 배열체(2) 상에 배열되어 있다.
도 2a는, 열 전달 영역으로서의 변형되지 않은 제1 영역(10) 및 변형 영역으로서의 변형되지 않은 제2 영역(11), 그리고 파이프 바닥(5)과의 연결부를 갖는, 플랫 파이프로서 형성된 파이프 요소(3)를 측면도로 보여준다. 파이프 요소의 영역(10, 11)은 세로 방향(a)으로 볼 때 서로 연결된 상태로 형성되어 있다.
파이프 요소(3)는 파이프 단부에서 적어도 부분적으로 확장 및 변형되어 있다. 파이프 요소(3)의 벽에 의해 둘러싸인 유동 채널의 횡단면은, 파이프 요소(3)가 유체에 의해 순환되는 제1 영역(10)과 파이프 단부 쪽을 향하는 제2 영역(11) 사이에서 일정하게 그리고 균일하게 확대된다. 영역(10, 11) 내부에서는 유동 채널의 횡단면적이 각각 일정하다. 파이프 요소(3)의 제2 영역(11)은 각각, 바람직하게 평평하게, 다시 말해 노치(notch) 또는 그루브와 같은 구조물 없이 형성되는 밀봉 요소(7)에 대한 지지면으로서 이용된다.
변형되지 않은 제1 영역(10) 내에서, 파이프 요소(3)는 높이 방향(c)으로 볼 때, 제1 영역(10)의 높이(X)로서도 또한 지칭되는 외부 연장부(X)를 구비한다. 적어도 부분적으로 확장된 파이프 요소(3)의 제2 영역(11)은 높이 방향(c)으로 볼 때, 제2 영역(11)의 높이(Y)로서도 또한 지칭되는 외부 연장부(Y)에 의해서 형성되어 있다. 파이프 요소(3)의 폭은 각각 깊이 방향(b)으로 연장된다.
도 2b 및 도 2d에는, 각각 상이한 유동 횡단면을 갖고 플랫 파이프로서 형성된 파이프 요소(3a, 3b)가 사시도로 도시되어 있다. 이들 도면에는, 파이프 요소(3a, 3b)의 변형되지 않은 제1 영역(10)의 일 단면이 각각 도시되어 있다. 유동 횡단면은 깊이 방향(b) 및 높이 방향(c)에 의해 설정된 평면 내에서 연장된다.
유동 횡단면들은 각각 서로 마주 놓여 있는 2개의 측면에 의해서 제한되며, 이들 측면은 각각 유동 횡단면의 좁은 측 또는 세로 측을 형성한다. 쌍으로 서로 마주 놓이도록 형성된 측면들은 각각 동일한 치수를 갖는다. 이 경우, 높이 방향(c)에서 제1 쌍으로서의 좁은 측의 측면들은 동일한 높이(X)를 갖는 한편, 서로에 대해 평행하게 정렬된, 깊이 방향(b)에서 제2 쌍으로서의 세로 측의 측면들은 동일한 폭(W)을 갖는다.
도 3a, 도 3b의 실질적인 차이점은, 높이(X)의 치수에 있고, 서로 인접하는 측면들 사이에 있는 천이부의 형상 또는 좁은 측의 측면의 형상에 있다.
도 2b의 파이프 요소(3a)는 서로에 대해 직각으로 정렬된 측면에서 라운딩 처리된 천이부를 구비하여 형성되어 있다. 천이부는 모서리 반경(R)을 가지며, 이와 같은 상황은 특히 도 2c의 파이프 요소(3a)의 상세도에 도시되어 있다.
도 2d에 도시된 파이프 요소(3b)의 유동 횡단면의 세로 측에 각각 배열된 측면들은 각각 좁은 측의 반원 중공 실린더 형상의 측면을 통해 서로 연결되어 있다. 이 경우, 측면의 외부 반경(R)은 높이(X)의 절반에 상응한다.
도 3a 및 도 3b에서는, 도 1에 도시된 열 전달 장치(1)의 중간 지지된 멀티 디스크(4)를 갖는 파이프 요소(3)의 배열체(2)의 상세도가 드러난다. 이 경우, 도 3a에는 측면도가 도시되어 있는 한편, 도 3b에는 도 3a에 도시된 배열체(2)의 상세도가 파이프 바닥(5) 및 밀봉 요소(7)만큼 확장된 상태에서 측면 단면도로 개시되어 있다.
파이프 요소(3)는, 제1 영역(10)에서는 각각 높이(X)에 의해서 그리고 제2 영역(11)에서는 각각 높이(Y)에 의해서 형성되어 있으며, 이 경우 파이프 요소(3)의 연장부는 높이 방향(c)에서 볼 때 제2 영역(11) 내에서보다 제1 영역(10) 내에서 더 작다. 파이프 요소(3)는 제2 영역(11) 내에서 세로 방향(a)으로 정렬된 중심 축 둘레로 균일하게 확장되어 있다.
넓은 측을 구비하여 서로 나란히 그리고 평행하게 정렬된 파이프 요소(3) 내에 형성된, 제1 영역(10) 내부의 중간 공간 내에는, 유동 횡단면을 변경하기 위한 그리고/또는 열 전달 면적을 확대시키기 위한 요소로서 멀티 디스크(4)가 제공되어 있다. 이웃하여 배열된 파이프 요소(3)의 넓은 측에서 각각 파이프 요소(3)와 연결된 멀티 디스크(4)가 파이프 요소(3) 사이의 중간 공간을 완전히 채움으로써, 결과적으로 이웃하여 배열된 파이프 요소(3)의 간격(F)은 높이 방향(c)에서 볼 때 또한 멀티 디스크(4)의 높이(F)에도 상응한다. 이 경우, 멀티 디스크(4)는 오로지 파이프 요소(3)의 제1 영역(10) 내에만 형성되어 있다.
파이프 요소(3)는 각각 제2 영역(11)을 구비하여, 밀봉 요소(7) 및 파이프 바닥(5)의 관통 개구(6, 8) 내에 배열되어 있다. 높이 방향(c)으로 이웃하여 배열된 파이프 바닥(5)의 관통 개구(6) 사이에는 웹(5-1)이 형성되어 있으며, 이 웹은 관통 개구(6)를 각각 깊이 방향(b)으로 제한하고, 밀봉 요소(7)와 연결된 상태에서 실질적으로 파이프 요소(3)의 넓은 측에 접한다. 도 3c에는, 도 3b에 도시된 밀봉 요소(7)를 갖는 파이프 바닥(5)의 웹(5-1)의 상세도가 도시되어 있다.
넓은 측을 구비하여 서로 나란히 그리고 평행하게 정렬된 파이프 요소(3) 내에 형성된, 제2 영역(11) 내부의 중간 공간 내에는, 파이프 바닥(5)의 웹(5-1) 및 밀봉 요소(7)가 배열되어 있다. 따라서, 높이 방향(c)에서 볼 때 이웃하여 배열된 파이프 요소(3) 사이의 중간 공간은 파이프 바닥(5)의 하나의 웹(5-1) 및 밀봉 요소(7)의 2개의 섹션에 의해서 완전히 채워져 있다. 높이 방향(c)에서 볼 때, 웹(5-1)은 높이(H)로 형성되어 있는 한편, 밀봉 요소(7)의 2개의 섹션은 각각 벽 두께(G)를 갖는다.
파이프 요소(3)의 제1 영역(10)에서는, 높이 방향(c)에서 멀티 디스크(4)의 높이(F)에 파이프 요소(3)의 높이(X)를 더한 값으로부터, 파이프 요소(3) 및 멀티 디스크(4)로 이루어진 유닛의 연장부가 나타난다. 또한, 파이프 요소(3)의 제2 영역(11)에서는, 높이 방향(c)에서 파이프 바닥의 웹(5-1)의 높이(H) 및 밀봉 요소(7)의 2배 벽 두께(G)에 파이프 요소(3)의 높이(Y)를 더한 값으로부터, 파이프 요소(3), 밀봉 요소(7) 및 파이프 바닥(5)의 웹(5-1)으로 이루어진 유닛의 연장부가 나타나며, 이와 같은 상황은 다음과 같은 방정식을 유도한다:
Figure 112018053705193-pat00006
방정식 (1)의 변환 후에는, 하기의 방정식
Figure 112018053705193-pat00007
이 나타나며, 상기 식에서 CM은, 파이프 바닥(5)의 이웃하는 관통 개구(6) 사이에 형성된 높이 방향(c)으로의 연장부로서의 파이프 바닥(5)의 웹(5-1)의 높이(H)와 멀티 디스크(4)의 높이(F) 간에 나타나는 차이의 최적의 범위, 및 높이 방향(c)으로 파이프 요소(3)의 단부의 변형 정도를 기술한다.
Figure 112018053705193-pat00008
상기 방정식들은, 반경(R), 폭(W) 및 제1 영역(10)의 높이(X)를 참조하는 파이프 요소(3)의 구조와 제2 영역(11)의 높이(Y), 그리고 멀티 디스크(4)의 높이(F), 파이프 바닥(5)의 관통 개구(6) 사이에 있는 웹(5-1)의 높이(H) 및 밀봉 요소(7)의 벽 두께(G)를 참조하는 단부에서의 파이프 요소(3)의 변형 간의 최적의 관계를 기술한다. 이 경우에는, 특히 하기의 방정식 (4) 내지 (6)을 참조하여, 파이프 요소(3)의 파이프 단부의 변형이 원형의 유동 횡단면을 유도하는 최대값(CMmax)과 파이프 요소(3)의 파이프 단부가 변형되지 않는 최소값(CMmin) 간의 범위가 지시된다.
측면이 서로에 대해 직각으로 정렬되어 있고, 서로 인접하는 측면 사이의 천이부가 라운딩 처리된 도 2b 및 도 2c에 따라, 제1 영역(10)의 높이(X)가 파이프 요소(3a)의 2배 모서리 반경(R)의 값보다 크면(
Figure 112018053705193-pat00009
), 최대값(CMmax)은 다음과 같이 나타난다:
Figure 112018053705193-pat00010
각각 좁은 측의 반원 실린더 형상의 측면을 통해 서로 연결된 세로 측의 측면을 갖는 도 2d에 따라, 제1 영역(10)의 높이(X)가 파이프 요소(3b)의 2배 반경(R)과 일치하면(
Figure 112018053705193-pat00011
), 최대값(CMmax)은 다음과 같이 나타난다:
Figure 112018053705193-pat00012
파이프 요소(3)가 파이프 단부에서 확장되지 않거나 형태 변경되지 않거나 변형되지 않음으로, 결과적으로 제2 영역(11)의 높이(Y)가 파이프 요소(3, 3a, 3b)의 제1 영역(10)의 높이(X)와 일치함으로써(
Figure 112018053705193-pat00013
), 최소 한계(CMmin)가 확정된다. 이로써, 최소값(CMmin)은 항상 다음과 같이 밀봉 요소(7)의 벽 두께(G)의 2배로부터 나타난다:
Figure 112018053705193-pat00014
파라미터 A는, 파이프 팽창 용량을 변형 이전에 파이프 단부에서의 파이프 요소의 둘레 대 변형 이후에 파이프 단부에서의 파이프 요소의 둘레의 비율로서 기술한다.
도 4a 및 도 4b는 각각, 도 2a 또는 도 2b 및 도 2c에 도시된 파이프 요소(3a)와 유사하게 파이프 단부에서 적어도 부분적으로 확대된 파이프 요소(3)를 사시도 및 평면도로 보여준다. 파이프 요소(3)가 파이프 단부의 영역에서 변형 및 확대됨으로써, 결과적으로 파이프 요소(3)의 벽에 의해 제한된 유동 채널은 실질적으로 직사각형의 횡단면 형상으로부터 타원형의 횡단면 형상으로 변형되었다. 유동 채널의 타원형의 횡단면 형상은 외부 압력에 대하여 매우 안정적인데, 특히 압축된 밀봉 요소(7)에 의해 제공되는 압력에 대하여 매우 안정적이다.
이 경우, 변형되지 않은 파이프 요소(3)는 0.22 ㎜의 벽 두께 및 대략 10.8 ㎜의 폭(W) 및 2.5 ㎜의 높이(X)로 형성되었다. 적어도 부분적으로 확대된 파이프 요소(3)는 제2 영역(11)에서, 예를 들어 최대 연장부(Y)의 영역에서 폭이 대략 10.95 ㎜인 경우에는, 대략 4.69 ㎜의 높이를 갖는다. 제2 영역(11)은 지시된 치수를 갖는 지지면(13)으로서 형성되어 있으며, 상기 지지면에는 파이프 바닥(5)에 있거나 파이프 요소(3)와 파이프 바닥(5) 사이에서 압축된 밀봉 요소(7)에 있는 파이프 요소(3)의 벽이 접한다.
압축된 밀봉 요소(7)의 저항력을 견디기 위하여, 파이프 요소(3)는 정점(12)의 영역에서 최종적으로 확대된다. 이 경우에는, 밀봉 요소(7)에 대한 지지면(13)의 강성을 더욱 높이기 위하여, 파이프 요소(3)의 벽이 세로 측에서 외부로 변형된다. 최종적으로 변형된 상태에서는, 특히 세로 측에서 파이프 요소(3)의 벽의 구조가 보강된다.
도 4c 내지 도 4f에서는, 파이프 단부에서 최종적으로 확대된 파이프 요소(3)가 사시도로 그리고 평면도로 드러난다. 도 4a 및 도 4b에 따라 파이프 요소(3)가 적어도 부분적으로 확대된 후에는, 파이프 요소(3)가 각각 파이프 단부의 이미 변형된 영역에서 정면으로부터 출발하여 최종적으로 확대된다. 이 경우에는, 특히 상부 면 및 하부 면의 에지들이 높이 방향(c)으로 각각 외부로 변형된다. 천공 블레이드를 사용함으로써, 제2 영역(11)에서 파이프 요소(3)의 정점(12)이 밀봉 요소(7)에 대하여 확대되고, 밀봉 요소(7)의 압축이 증가된다. 블레이드를 제거한 후에는, 탄력적인 파이프 재료가 출발 위치의 방향으로 최소로 형태 복원되며, 이 경우 밀봉 재료(7)의 압축은 예정된 범위 안에서 그대로 유지된다. 마지막으로, 파이프 요소(3)는 각각 상부 면 및 하부 면의 정점(12)의 영역에 성형부(14)를 구비한다.
성형부(14)에 의해 파이프 단부에서 변형된 파이프 요소(3)의 벽은 연속적으로 그리고 균열 없이 형성되어 있다. 성형부(14)의 형상은, 한 편으로는 파이프 요소(3)의 벽의 구조적인 강성을 높이기 위해 이용되고, 다른 한 편으로는 파이프 바닥(5) 내 관통 개구(6) 내부에서 고정 및 밀봉을 위해 이용된다. 이 경우에는, 또한 파이프 바닥(5)에 대한 파이프 요소(3)의 상대적인 위치 변경 및 이와 더불어 파이프 바닥(5) 내부에서의 파이프 요소(3)의 이동을 회피하는 고정력도 증가된다.
최종적으로 확대된 파이프 요소(3)는 예를 들어 성형부(14)의 최대 확대 영역에 이제 대략 7.6 ㎜의 연장부(Z)를 구비한다.
파이프 요소(3)를 구비하여 형성된 장치(1)는, 배열체(2)의 하나 이상의 측면에 형성된, 유연하고 강성이 아닌 파이프 요소-밀봉 요소-파이프 바닥-연결로 인해, 또한 매우 높은 열 충격-내구성을 갖는다.
도 5a 및 도 5b에는, 각각 파이프 단부에서 부분적으로 확대되었고, 도 4a에 도시된 파이프 요소와 유사하게 타원형의 횡단면을 갖는 파이프 요소(3)가 사시도로 그리고 외부로부터 제공되는 압력의 작용 방향(15)으로 평면도로 도시되어 있다. 압력은 도면에 도시되지 않은, 전체 범위에 걸쳐서 접하는 밀봉 요소에 의해서 발생된다.
이 경우, 횡단면 상으로 볼 때, 파이프 요소(3)의 변형된 단부의 좁은 측의 아크 형상의 면은 도 4a에 도시된 파이프 요소(3)의 단부보다 작은 직경을 갖는다. 파이프 요소(3c)의 벽은, 외부로부터 제공되는 압력을 더 우수하게 견디는, 타원형으로 형성된 더 두꺼운 횡단면을 구비하여 형성되었다.
파이프 요소(3)는 또한 도 5a에 따른 파이프 단부에서의 횡단면의 타원형 형상 및 도 4c 내지 도 4f에 따른 상부 면 및 하부 면의 정점(12)의 영역에 성형부(14)를 갖는 파이프 단부의 변형과 같은 구조적인 특징들의 조합에 의해서도 형성될 수 있다.
도 6a에는, 밀봉 요소(7)를 갖는 파이프 바닥(5)의 관통 개구(6) 내에서 파이프 요소(3)의 배열체의 상세도가 측면 단면도로 도시되어 있다. 도 6b에서는, 도 6a에 도시된 밀봉 요소(7) 및 파이프 요소(3)를 갖는 파이프 바닥(5)의 상세도가 드러난다.
도 6a는, 특히 파이프 바닥(5) 및 밀봉 요소(7) 내에 형성된 관통 개구를 통과해서 배열된 바람직하게 타원형의 횡단면을 갖는 변형 확대된 파이프 요소(3)의 배열체를 보여준다. 파이프 요소(3)의 확대로 인해, 파이프 요소(3)는 파이프 요소(3)와 이 파이프 요소(3)의 관통 개구의 에지 사이에 배열된 밀봉 요소(7)와는 단단히 연결되어 있고, 파이프 바닥(5)과는 유체 밀봉 방식으로 연결되어 있다.
파이프 바닥(5)은, 웹(5-1)의 영역(16)에서 각각 링 요소(17)를 구비하여 형성되어 있으며, 이 링 요소는, 영역(16)에서 밀봉 요소(7)의 압축을 국부적으로 증가시키기 위하여, 밀봉 요소(7) 및 파이프 요소(3)를 수용하기 위한 관통 개구(6)의 개방된 횡단면을 적어도 국부적으로 축소시킨다. 링 요소(17)는, 밀봉 요소(7)가 예정된 섹션 또는 예정된 면에서 추가로 압축됨으로써, 결과적으로 그렇지 않은 경우에 특히 파이프 요소(3)의 정점의 영역에서 더 적게 이루어지는 밀봉 요소(7)의 압축이 의도한 바대로 증가하도록 형성되어 있다. 밀봉 요소(7)가 다만 작은 영역에서만 더 강하게 압축되기 때문에, 파이프 벽에 작용하는 결과적인 힘은 더 적어지고, 파이프 벽은 붕괴되지 않는다.
장치(1)는 재차, 특히 정점(12)의 영역(16)에서 전체 파이프 둘레에 걸쳐 밀봉 요소(7)의 효율적인 압축에 도달하기 위하여, 도 5a에 따른 파이프 단부에서의 횡단면의 타원형 형상 및 도 4c 내지 도 4f에 따른 상부 면 및 하부 면의 정점(12)의 영역에 성형부(14)를 갖는 파이프 단부의 변형과 같은 파이프 요소(3)의 구조적인 특징들의 임의의 조합에 의해서, 그리고 파이프 바닥(5)의 웹(5-1)의 영역에 링 요소(17)를 구비하여 형성될 수 있다.
파이프 바닥(5)과 파이프 요소(3)의 연결은, 파이프 요소(3)가 관통 개구(6, 8)의 정확한 위치에 배열되도록 그리고 이로써 확실한 유체 밀봉 방식의 연결부가 생성되도록 보장해준다. 밀봉 요소(7)의 충분하고도 확실한 압축을 보장하기 위하여, 의도된 확대 크기가 파이프 요소(3)의 최종 연장부로서 사전에 결정된다. 이때, 밀봉 요소(7)의 압축은 10% 내지 50%의 범위 안에 놓여 있으며, 이 경우 압축의 대부분은 파이프 요소(3)에 밀봉 요소(7)와 파이프 바닥(5)을 장착한 직후에 성취된다.
1: 장치
2: 배열체
3, 3a, 3b, 3c: 파이프 요소, 플랫 파이프
4: 멀티 디스크
5: 파이프 바닥
5-1: 파이프 바닥(5)의 웹
6: 파이프 바닥(5)의 관통 개구
7: 밀봉 요소
8: 밀봉 요소(7)의 관통 개구
9: 수집기
10: 제1 영역
11: 제2 영역
12: 파이프 요소(3)의 정점
13: 파이프 바닥(5)의 파이프 요소(3)의 지지면
14: 성형부
15: 압력의 작용 방향
16: 밀봉 요소(7)의 국부적으로 증가된 압축 영역
17: 링 요소
a: 방향, 세로 방향
b: 방향, 깊이 방향
c: 방향, 높이 방향
A: 파이프 팽창 용량
F: 파이프 요소(3)의 간격, 멀티 디스크(4)의 높이
G: 밀봉 요소(7)의 벽 두께
H: 파이프 바닥(5)의 관통 개구(6) 사이에 있는 웹(5-1)의 높이
R: 모서리 반경, 파이프 요소(3)의 반경
CM: 멀티 디스크(4)의 높이(F)와 웹(5-1)의 높이(H) 간의 차
W: 파이프 요소(3)의 폭
X: 연장부, 제1 영역(10)의 높이
Y: 연장부, 제2 영역(11)의 높이
Z: 성형부(14)의 연장부

Claims (19)

  1. 제1 유체를 통과시키기 위한 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c) 및 관통 개구(6)를 갖는 하나 이상의 파이프 바닥(5) 그리고 관통 개구(8)를 갖는 하나 이상의 밀봉 요소(7)로 이루어진 배열체(2)를 구비하는, 제1 유체와 제2 유체 사이에서 열을 전달하기 위한 장치(1)로서,
    - 상기 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)는, 제1 높이(X) 및 폭(W)을 갖는 제1 영역(10) 그리고 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)의 일 단부에 배열되고 제2 높이(Y)를 갖는 지지면(13)을 갖는 하나 이상의 제2 영역(11)을 각각 갖는 플랫 파이프로 이루어지며,
    - 상기 밀봉 요소(7)는 각각 파이프 바닥(5)의 관통 개구(6)의 가장자리의 에지와 지지면(13) 사이에 배열되고, 벽 두께(G)를 가지며,
    - 넓은 측을 갖는 상기 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)는 서로에 대해 평행하게 그리고 제1 영역(10)에서는 각각 서로에 대해 간격(F)을 두고 정렬된 상태로 배열되며,
    - 파이프 바닥(5)의 이웃하여 배열된 관통 개구(6) 사이에 각각 높이(H)를 갖는 웹(5-1)이 구비되며,
    높이 방향(c)에서 볼 때, 간격(F)에 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)의 제1 높이(X)를 더한 값으로부터 나타나는 상기 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)의 제1 영역(10) 내부에서의 연장부는 파이프 바닥(5)의 웹(5-1)의 높이(H) 및 밀봉 요소(7)의 2배 벽 두께(G)에 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)의 제2 높이(Y)를 더한 값으로부터 나타나는 상기 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)의 제2 영역(11) 내부에서의 연장부에 상응하며,
    Figure 112019091796927-pat00015

    상기 식에서 CM은 높이 방향(c)에서 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)의 단부의 변형 정도를 기술하고, 최대값(CMmax)과 최소값(CMmin) 사이의 범위 안에 놓여 있으며, 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)의 높이(X, Y)가 동일한 경우에는 CMmin이
    Figure 112019091796927-pat00016
    로 나타나고,
    파이프 단부에 있는 상기 파이프 요소(3, 3a, 3b)가 각각 세로 측의 정점(12)의 영역에서 정면으로부터 출발하여 확장된 상태로 형성되며, 상기 파이프 요소(3, 3a, 3b)의 벽은 높이 방향(c)에서 각각 외부로 성형부(14)를 갖도록 변형되는 것을 특징으로 하는, 열 전달 장치(1).
  2. 제1항에 있어서, 상기 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)가 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 열 전달 장치(1).
  3. 제1항에 있어서, 상기 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)의 횡단면은 상기 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)의 세로 방향(a)에 대해 수직으로 정렬된 평면에서 제2 영역(11) 내에서 확장되는 것을 특징으로 하는, 열 전달 장치(1).
  4. 제1항에 있어서, 상기 파이프 요소(3, 3a, 3b)의 유동 횡단면은 각각 서로 마주 놓여 있는 2개의 측면에 의해서 제한되며, 상기 측면은 쌍으로 유동 횡단면의 좁은 측 또는 세로 측을 각각 형성하는 것을 특징으로 하는, 열 전달 장치(1).
  5. 제4항에 있어서, 서로 이웃하여 배열된 상기 파이프 요소(3, 3a)의 측면들이 세로 방향(a)으로 진행하는 접촉 에지들에서 서로에 대해 직각으로 정렬되며, 상기 접촉 에지들은 각각 모서리 반경(R)을 갖는 라운딩 처리된 천이부를 구비하는 것을 특징으로 하는, 열 전달 장치(1).
  6. 제1 유체를 통과시키기 위한 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c) 및 관통 개구(6)를 갖는 하나 이상의 파이프 바닥(5) 그리고 관통 개구(8)를 갖는 하나 이상의 밀봉 요소(7)로 이루어진 배열체(2)를 구비하는, 제1 유체와 제2 유체 사이에서 열을 전달하기 위한 장치(1)로서,
    - 상기 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)는, 제1 높이(X) 및 폭(W)을 갖는 제1 영역(10) 그리고 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)의 일 단부에 배열되고 제2 높이(Y)를 갖는 지지면(13)을 갖는 하나 이상의 제2 영역(11)을 각각 갖는 플랫 파이프로 이루어지며,
    - 상기 밀봉 요소(7)는 각각 파이프 바닥(5)의 관통 개구(6)의 가장자리의 에지와 지지면(13) 사이에 배열되고, 벽 두께(G)를 가지며,
    - 넓은 측을 갖는 상기 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)는 서로에 대해 평행하게 그리고 제1 영역(10)에서는 각각 서로에 대해 간격(F)을 두고 정렬된 상태로 배열되며,
    - 파이프 바닥(5)의 이웃하여 배열된 관통 개구(6) 사이에 각각 높이(H)를 갖는 웹(5-1)이 구비되며,
    높이 방향(c)에서 볼 때, 간격(F)에 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)의 제1 높이(X)를 더한 값으로부터 나타나는 상기 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)의 제1 영역(10) 내부에서의 연장부는 파이프 바닥(5)의 웹(5-1)의 높이(H) 및 밀봉 요소(7)의 2배 벽 두께(G)에 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)의 제2 높이(Y)를 더한 값으로부터 나타나는 상기 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)의 제2 영역(11) 내부에서의 연장부에 상응하며,
    Figure 112019091796927-pat00037

    상기 식에서 CM은 높이 방향(c)에서 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)의 단부의 변형 정도를 기술하고, 최대값(CMmax)과 최소값(CMmin) 사이의 범위 안에 놓여 있으며, 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)의 높이(X, Y)가 동일한 경우에는 CMmin이
    Figure 112019091796927-pat00038
    로 나타나고,
    상기 파이프 요소(3, 3a, 3b)의 유동 횡단면은 각각 서로 마주 놓여 있는 2개의 측면에 의해서 제한되며, 상기 측면은 쌍으로 유동 횡단면의 좁은 측 또는 세로 측을 각각 형성하고,
    서로 이웃하여 배열된 상기 파이프 요소(3, 3a)의 측면들이 세로 방향(a)으로 진행하는 접촉 에지들에서 서로에 대해 직각으로 정렬되며, 상기 접촉 에지들은 각각 모서리 반경(R)을 갖는 라운딩 처리된 천이부를 구비하고,
    상기 파이프 요소(3, 3a)의 제1 영역(10)의 제1 높이(X)가 상기 파이프 요소(3, 3a)의 2배 모서리 반경(R)의 값보다 크며, 최대값(CMmax)은 하기의 식
    Figure 112019091796927-pat00017

    으로부터 나타나며, 상기 식에서 A는 파이프 팽창 용량을 변형 이전에 파이프 단부에서의 파이프 요소의 둘레 대 변형 이후에 파이프 단부에서의 파이프 요소의 둘레의 비율인 것을 특징으로 하는, 열 전달 장치(1).
  7. 제4항에 있어서, 상기 파이프 요소(3, 3b)의 유동 횡단면의 세로 측에 각각 배열된 측면들은, 반원 중공 실린더 형상으로 외부로 휘어져 있고 외부 반경(R)을 갖는 좁은 측의 측면을 통해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는, 열 전달 장치(1).
  8. 제1 유체를 통과시키기 위한 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c) 및 관통 개구(6)를 갖는 하나 이상의 파이프 바닥(5) 그리고 관통 개구(8)를 갖는 하나 이상의 밀봉 요소(7)로 이루어진 배열체(2)를 구비하는, 제1 유체와 제2 유체 사이에서 열을 전달하기 위한 장치(1)로서,
    - 상기 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)는, 제1 높이(X) 및 폭(W)을 갖는 제1 영역(10) 그리고 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)의 일 단부에 배열되고 제2 높이(Y)를 갖는 지지면(13)을 갖는 하나 이상의 제2 영역(11)을 각각 갖는 플랫 파이프로 이루어지며,
    - 상기 밀봉 요소(7)는 각각 파이프 바닥(5)의 관통 개구(6)의 가장자리의 에지와 지지면(13) 사이에 배열되고, 벽 두께(G)를 가지며,
    - 넓은 측을 갖는 상기 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)는 서로에 대해 평행하게 그리고 제1 영역(10)에서는 각각 서로에 대해 간격(F)을 두고 정렬된 상태로 배열되며,
    - 파이프 바닥(5)의 이웃하여 배열된 관통 개구(6) 사이에 각각 높이(H)를 갖는 웹(5-1)이 구비되며,
    높이 방향(c)에서 볼 때, 간격(F)에 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)의 제1 높이(X)를 더한 값으로부터 나타나는 상기 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)의 제1 영역(10) 내부에서의 연장부는 파이프 바닥(5)의 웹(5-1)의 높이(H) 및 밀봉 요소(7)의 2배 벽 두께(G)에 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)의 제2 높이(Y)를 더한 값으로부터 나타나는 상기 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)의 제2 영역(11) 내부에서의 연장부에 상응하며,
    Figure 112019091796927-pat00039

    상기 식에서 CM은 높이 방향(c)에서 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)의 단부의 변형 정도를 기술하고, 최대값(CMmax)과 최소값(CMmin) 사이의 범위 안에 놓여 있으며, 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)의 높이(X, Y)가 동일한 경우에는 CMmin이
    Figure 112019091796927-pat00040
    로 나타나고,
    상기 파이프 요소(3, 3a, 3b)의 유동 횡단면은 각각 서로 마주 놓여 있는 2개의 측면에 의해서 제한되며, 상기 측면은 쌍으로 유동 횡단면의 좁은 측 또는 세로 측을 각각 형성하고,
    상기 파이프 요소(3, 3b)의 유동 횡단면의 세로 측에 각각 배열된 측면들은, 반원 중공 실린더 형상으로 외부로 휘어져 있고 외부 반경(R)을 갖는 좁은 측의 측면을 통해 서로 연결되고,
    상기 파이프 요소(3, 3a)의 제1 영역(10)의 제1 높이(X)가 반원 중공 실린더 형상으로 외부로 휘어진 파이프 요소(3, 3b)의 좁은 측의 측면의 2배 반경(R)에 상응하며, 최대값(CMmax)은 하기의 식
    Figure 112019091796927-pat00018

    으로부터 나타나며, 상기 식에서 A는 파이프 팽창 용량을 변형 이전에 파이프 단부에서의 파이프 요소의 둘레 대 변형 이후에 파이프 단부에서의 파이프 요소의 둘레의 비율인 것을 특징으로 하는, 열 전달 장치(1).
  9. 제2항에 있어서, 상기 파이프 요소(3, 3a, 3b)가 제1 영역(10)에서는 0.22 ㎜의 벽 두께, 2.5 ㎜의 제1 높이(X) 및 10.8 ㎜의 폭(W)을 갖고, 제2 영역(11)에서는 4.69 ㎜의 제2 높이(Y) 및 10.95 ㎜의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는, 열 전달 장치(1).
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서, 상기 파이프 요소(3, 3a, 3b)가 높이 방향(c)으로 성형부(14)의 최대 확장 영역에서는 7.6 ㎜의 연장부(Z)를 갖는 것을 특징으로 하는, 열 전달 장치(1).
  12. 제1 유체를 통과시키기 위한 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c) 및 관통 개구(6)를 갖는 하나 이상의 파이프 바닥(5) 그리고 관통 개구(8)를 갖는 하나 이상의 밀봉 요소(7)로 이루어진 배열체(2)를 구비하는, 제1 유체와 제2 유체 사이에서 열을 전달하기 위한 장치(1)로서,
    - 상기 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)는, 제1 높이(X) 및 폭(W)을 갖는 제1 영역(10) 그리고 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)의 일 단부에 배열되고 제2 높이(Y)를 갖는 지지면(13)을 갖는 하나 이상의 제2 영역(11)을 각각 갖는 플랫 파이프로 이루어지며,
    - 상기 밀봉 요소(7)는 각각 파이프 바닥(5)의 관통 개구(6)의 가장자리의 에지와 지지면(13) 사이에 배열되고, 벽 두께(G)를 가지며,
    - 넓은 측을 갖는 상기 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)는 서로에 대해 평행하게 그리고 제1 영역(10)에서는 각각 서로에 대해 간격(F)을 두고 정렬된 상태로 배열되며,
    - 파이프 바닥(5)의 이웃하여 배열된 관통 개구(6) 사이에 각각 높이(H)를 갖는 웹(5-1)이 구비되며,
    높이 방향(c)에서 볼 때, 간격(F)에 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)의 제1 높이(X)를 더한 값으로부터 나타나는 상기 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)의 제1 영역(10) 내부에서의 연장부는 파이프 바닥(5)의 웹(5-1)의 높이(H) 및 밀봉 요소(7)의 2배 벽 두께(G)에 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)의 제2 높이(Y)를 더한 값으로부터 나타나는 상기 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)의 제2 영역(11) 내부에서의 연장부에 상응하며,
    Figure 112019091796927-pat00041

    상기 식에서 CM은 높이 방향(c)에서 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)의 단부의 변형 정도를 기술하고, 최대값(CMmax)과 최소값(CMmin) 사이의 범위 안에 놓여 있으며, 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)의 높이(X, Y)가 동일한 경우에는 CMmin이
    Figure 112019091796927-pat00042
    로 나타나고,
    상기 파이프 바닥(5)은 웹(5-1)의 영역(16)에서 각각, 밀봉 요소(7) 및 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)를 수용하기 위한 관통 개구(6)의 개방된 횡단면을 적어도 국부적으로 줄이기 위한 링 요소(17)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 열 전달 장치(1).
  13. 제1항에 있어서, 상기 파이프 바닥(5)이 장치(1)의 수집기(9)의 측벽 요소로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 열 전달 장치(1).
  14. 제13항에 있어서, 관통 개구(6)를 갖는 2개의 파이프 바닥(5) 및 관통 개구(8)를 갖는 2개의 밀봉 요소(7)가 형성되며, 상기 파이프 바닥(5)은 각각 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)와 유체 밀봉 방식으로 연결되며, 상기 관통 개구(6, 8)는 각각 형상에 있어서 상기 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)의 외부 형상과 일치하고, 각각의 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)는 각각 제1 파이프 바닥(5)에 형성된 관통 개구(6)를 통과하는 제1 단부 및 제2 파이프 바닥(5)에 형성된 관통 개구(6)를 통과하는 제2 단부를 구비하여 배열되는 것을 특징으로 하는, 열 전달 장치(1).
  15. 제2항에 있어서, 상기 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)가 알루미늄 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 열 전달 장치(1).
  16. 제1항에 있어서, 서로 나란히 그리고 평행하게, 그리고 서로에 대해 넓은 측을 구비하여 정렬된, 장치(1)의 1열의 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)는, 직접 이웃하여 배열된 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c) 사이에 제2 유체를 위한 유동 경로가 각각 하나씩 형성되도록 배열되는 것을 특징으로 하는, 열 전달 장치(1).
  17. 제16항에 있어서, 서로 이웃하여 배열된 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)에 의해서 제1 영역(10) 내부에 형성된 유동 경로 내에, 유동 횡단면을 변경하기 위한 그리고 열 전달 면적을 확대시키기 위한 멀티 디스크(4) 또는 리브가 배열되며, 상기 멀티 디스크(4)가 높이 방향(c)으로 연장부를 가지며, 상기 연장부는 이웃하여 배열된 파이프 요소(3, 3a, 3b, 3c)의 간격(F)에 상응하는 것을 특징으로 하는, 열 전달 장치(1).
  18. 제17항에 있어서, 상기 멀티 디스크(4) 또는 리브가 알루미늄 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 열 전달 장치(1).
  19. 제1항 내지 제9항, 제11항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 열 전달 장치(1)가 자동차의 냉각재 순환계 내에서 냉각재-공기-열 교환기로서 사용되는 것을 특징으로 하는, 열 전달 장치(1).
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