KR102124473B1 - 탱크 내 변속기 오일 냉각기용 금속 시일 피팅 - Google Patents

탱크 내 변속기 오일 냉각기용 금속 시일 피팅 Download PDF

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Abstract

시일 피팅 조립체는 제 1 구멍, 제 2 구멍, 및 제 1 구멍을 둘러싸는 제 1 환형 실링면을 갖는 제 1 블록을 포함한다. 제 2 블록은 제 3 구멍 및 제 4 구멍을 갖는다. 인서트는 제 5 구멍, 제 2 환형 실링면 및 제 2 나사산 부분을 갖는다. 제 1 시일 구조체는 제 1 환형 실링면과 제 2 환형 실링면 사이에 배치된다. 어댑터는 제 6 구멍을 갖고, 제 6 구멍을 한정하는 어댑터의 표면은 인서트의 제 2 나사산 부분과 맞물리도록 구성된 제 3 나사산 부분을 포함한다. 제 2 시일 구조체는 인서트와 어댑터 사이에 배치된다. 패스너가 제 1 블록의 제 2 구멍과 제 2 블록의 제 4 구멍에 수용된다.

Description

탱크 내 변속기 오일 냉각기용 금속 시일 피팅{METAL SEAL FITTING FOR IN-TANK TRANSMISSION OIL COOLER}
본 발명은 일반적으로 유체 라인들을 연결하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히 자동차의 냉각 시스템에서 고압 유체 라인들을 연결하기 위한 장치에 관한 것이다.
자동차의 라디에이터는 일반적으로 그 사이에서 연장하는 복수의 열 교환기 튜브들과 유체 연통하는 한 쌍의 매니폴드 탱크들을 포함한다. 냉각제가 매니폴드 탱크들 및 열 교환기 튜브들을 통해 흐르게 되어 공기 흐름과 같은 제 2 유체와 열 에너지를 교환한다. 일부 상황들에서, 냉각제와 제 3 유체 사이에서 열 에너지를 교환하기 위해 매니폴드 탱크들 중 하나 내에 추가적인 열 교환 디바이스가 배치될 수 있다. 추가적인 열 교환 디바이스는 예를 들어, 매니폴드 탱크들 내에 흐르는 냉각제와 자동차의 변속기 오일 사이에서 열 에너지를 교환하도록 구성된 변속기 오일 냉각기(TOC: transmission oil cooler)일 수 있다.
도 1은 자동차의 라디에이터에 사용하기 위한 종래 기술에 따른 시일 피팅 조립체(seal fitting assembly)(1)의 실시예를 예시한다. 시일 피팅 조립체(1)는 라디에이터의 매니폴드 탱크의 외부 하우징 벽(3) 내에 배치된 TOC로서 작용하는 내부 열 교환기 하우징(2)을 포함한다. 매니폴드 탱크 내에 배치된 어댑터(4)는 내부 열 교환기 하우징(2)에 단단히 결합된 제 1 단부 및 외부 하우징 벽(3)에 형성된 개구를 통해 연장하는 제 2 단부를 포함한다. 인서트(insert)(6)는 어댑터(4)의 나사산 부분과 협력하도록 구성된 나사산 부분을 포함한다. 인서트(6)가 어댑터(4)에 나사 결합될 때, O-링(7)은 어댑터(4)와 인서트(6) 사이에서 압축되는 한편, 개스킷(8)은 어댑터(4)와 외부 하우징 벽(3) 사이에서 압축되고, 여기서 O-링(7) 및 개스킷(8) 각각은 엘라스토머 재료로 형성된다. 시일 피팅 조립체(1)는 외부 하우징 벽(3) 외부에 배치된 인서트(6) 부분, 유체 결합(11) 그리고 인서트(6)와 유체 결합(11) 내에 수용된 연결 튜브(13) 사이에 존재하는 추가 O-링(9)을 포함할 수 있다. 유체 결합(11) 및 연결 튜브(13)는 내부 열 교환기 하우징(2)을 통해 순환하도록 구성된 유체의 소스에 인서트(6)를 유체 결합하도록 구성될 수 있다.
종래 기술에 따른 시일 피팅 조립체(1)의 어댑터(4), 인서트(6) 및 O-링(7)은 조립 후 그리고 그것의 연장된 사용 중에 서로에 대해서뿐만 아니라 외부 하우징 벽(3)에 대해서도 불리하게 회전할 수 있다. 이러한 회전은 O-링(9)이 인서트(6), 유체 결합(11) 또는 연결 튜브(13) 중 하나와 마찰 접촉하게 함으로써, O-링(9)에 의해 형성된 시일의 유효성을 손상시킬 수 있는 잠재적 마모를 O-링(9)에 일으킬 수 있다. 추가로, 어댑터(4)에 대한 인서트(6)의 회전은 인서트(6)가 어댑터(4)로부터 부분적으로 분리되게 함으로써, 어댑터(4), 인서트(6), O-링(7), O-링(9), 유체 결합(11) 및 연결 튜브(13)의 협력에 의해 형성된 시일을 잠재적으로 더 약화시킬 수 있다. 어댑터(4)로부터의 인서트(6)의 분리는 추가로, O-링(7)을 어댑터(4) 또는 인서트(6) 중 하나와 마찰 접촉하게 함으로써, O-링(7)에 의해 형성된 시일의 유효성을 손상시킬 수 있는, O-링(7)이 겪게 되는 잠재적 마모의 원인을 제시할 수 있다.
종래 기술의 시일 피팅 조립체(1)에 의해 제시된 한 가지 추가 문제점은 어댑터(4)와 인서트(6) 사이뿐만 아니라 인서트(6), 유체 결합(11) 그리고 연결 튜브(13) 사이에 배치된 O-링들(7, 9)과 같은 엘라스토머 시일들의 사용에 관한 것이다. 이러한 엘라스토머 시일들은 일반적으로 오염뿐만 아니라 제조 또는 조립 어려움들에 취약하다. 엘라스토머 시일들은 예를 들어, 끼이거나, 찢어지거나, 또는 불균일하게 압출됨으로써, 유체가 엘라스토머 시일들에 의해 통과하는 유동 경로들로 이어질 수 있는 요철(irregularity)들의 형성을 촉진시킬 수 있다.
따라서 시일 피팅 조립체를 형성하는 컴포넌트들의 바람직하지 않은 회전을 더 방지하는 개선된 실링(sealing) 성능들을 갖는 시일 피팅 조립체를 형성하는 것이 바람직하다.
일본 공표특허공보 특표평07-500652호(19950119)
본 발명과 호환 가능하고 이에 적응되게, 개선된 실링 및 회전 저항을 갖는 개선된 시일 피팅 조립체가 놀랍게도 발견되었다.
본 발명의 일 실시예에서, 내부에 개구가 형성된 하우징 벽에 사용하기 위한 시일 피팅 조립체는 제 1 구멍(aperture), 제 2 구멍, 및 제 1 구멍을 둘러싸는 제 1 환형 실링면(sealing surface)을 갖는 제 1 블록을 포함한다. 제 2 블록은 제 3 구멍 및 제 4 구멍을 가지며, 제 4 구멍을 한정하는 제 2 블록의 표면은 제 1 나사산 부분을 포함한다. 인서트는 제 5 구멍, 제 2 환형 실링면 및 제 2 나사산 부분을 갖는다. 제 1 시일 구조체는 제 1 환형 실링면과 제 2 환형 실링면 사이에 배치되고 그 사이에서 압축되도록 구성된다. 어댑터는 제 6 구멍을 갖고, 제 6 구멍을 한정하는 어댑터의 표면은 인서트의 제 2 나사산 부분과 맞물리도록 구성된 제 3 나사산 부분을 포함한다. 제 2 시일 구조체가 인서트와 어댑터 사이에 배치되고, 그 사이에서 압축되도록 구성된다. 패스너(fastener)가 제 1 블록의 제 2 구멍과 제 2 블록의 제 4 구멍에 수용되며, 패스너는 제 2 블록의 제 1 나사산 부분과 맞물리도록 구성된 제 4 나사산 부분을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 열 교환기 조립체는 제 1 유체를 수용하도록 구성되며, 그 내부에 개구가 형성된 외부 하우징 벽 및 그로부터 돌출하는 로케이팅 피처를 포함하는 열 교환기 탱크, 열 교환기 탱크 내에 배치되며 제 1 유체로부터 유체 격리된 제 2 유체를 수용하도록 구성된 내부 열 교환기 하우징, 및 시일 피팅 조립체를 포함한다. 시일 피팅 조립체는 제 1 구멍, 제 2 구멍, 및 제 1 구멍을 둘러싸는 제 1 환형 실링면을 갖는 제 1 블록을 포함한다. 제 2 블록은 제 3 구멍 및 제 4 구멍을 가지며, 제 4 구멍을 한정하는 제 2 블록의 표면은 제 1 나사산 부분을 포함한다. 인서트는 제 5 구멍, 제 2 환형 실링면 및 제 2 나사산 부분을 갖는다. 제 1 시일 구조체는 제 1 환형 실링면과 제 2 환형 실링면 사이에 배치되고 그 사이에서 압축되도록 구성된다. 어댑터는 제 6 구멍을 갖고, 제 6 구멍을 한정하는 어댑터의 표면은 인서트의 제 2 나사산 부분과 맞물리도록 구성된 제 3 나사산 부분을 포함한다. 제 2 시일 구조체가 인서트와 어댑터 사이에 배치되고, 그 사이에서 압축되도록 구성된다. 패스너가 제 1 블록의 제 2 구멍과 제 2 블록의 제 4 구멍에 수용되며, 패스너는 제 2 블록의 제 1 나사산 부분과 맞물리도록 구성된 제 4 나사산 부분을 포함한다.
첨부 도면들을 참고로 고려될 때 본 발명의 선호되는 실시예의 아래의 상세한 설명의 일독으로부터 상기는 물론, 본 발명의 다른 과제들 및 이점들도 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 쉽게 명백해질 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 시일 피팅 조립체의 단편적인 단면의 입면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시일 피팅 조립체의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 시일 피팅 조립체의 단편적인 단면의 입면도이다.
도 4는 도 2의 시일 피팅 조립체의 인서트의 상부 평면도이다.
도 5 - 도 10은 도 2 - 도 4의 시일 피팅 조립체의 실링 비드(sealing bead)의 다양한 단면 구성들을 예시한다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 시일 피팅 조립체의 단편적인 단면의 입면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시일 피팅 조립체의 단편적인 단면의 입면도이다.
도 13은 제 1 구성에 있을 때 도 12의 시일 피팅 조립체의 확대된 단편적인 단면도이다.
도 14는 제 2 구성에 있을 때 도 12의 시일 피팅 조립체의 확대된 단편적인 단면도이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시일 피팅 조립체의 단편적인 단면의 입면도이다.
도 16은 제 1 구성에 있을 때 도 15의 시일 피팅 조립체의 확대된 단편적인 단면도이다.
도 17은 제 2 구성에 있을 때 도 15의 시일 피팅 조립체의 확대된 단편적인 단면도이다.
아래 상세한 설명 및 첨부 도면들은 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하고 예시한다. 설명과 도면들은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 제작 및 사용할 수 있게 하는 역할을 하며, 어떤 식으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 의도되는 것은 아니다. 개시되는 방법들에 관해, 제시되는 단계들은 사실상 예시이며, 따라서 단계들의 순서는 필수적이거나 중대한 것은 아니다.
도 2 - 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시일 피팅 조립체(5)를 예시한다. 시일 피팅 조립체(5)는 시일 구조체(10), 제 1 블록(20), 제 2 블록(40), 인서트(60) 및 어댑터(80)를 포함한다. 시일 피팅 조립체(5)는 하우징 벽(90)의 대향 면들에 형성된 연관된 컴포넌트들 사이에 유체 기밀 시일을 형성하도록 구성된다. 하우징 벽(90)은 예를 들어, 자동차용 열 교환기의 매니폴드 탱크의 최외측 표면을 형성할 수 있다. 열 교환기는 제 1 열 교환 유체를 수용하도록 구성된 매니폴드 탱크를 갖는 라디에이터일 수 있다. 제 1 유체는 자동차의 엔진과 열 에너지를 전달하는 것과 연관된 냉각제일 수 있다.
제 2 열 교환기 하우징(99)은 매니폴드 탱크 내에 배치되고 어댑터(80)에 단단히 결합된다. 제 2 열 교환기 하우징(99)은 제 2 유체를 수용하도록 구성된 유동 경로를 형성한다. 제 2 유체는 매니폴드 탱크를 통해 흐르는 제 1 유체와 열 에너지를 교환하면서 제 2 유체로부터 유체 격리된 상태로 유지되도록 구성된다. 하나의 비제한적인 예로서, 제 2 열 교환기 하우징(99)은 예를 들어, 라디에이터의 매니폴드 탱크 내에 배치된 변속기 오일 냉각기를 나타낼 수 있고, 제 2 유체는 자동차의 변속 시스템으로부터 발생하는 변속기 오일일 수 있다. 제 2 열 교환기 하우징(99)의 구조체는 시일 피팅 조립체(5)의 작동 방식에 영향을 주지 않기 때문에, 제 2 열 교환기 하우징(99)의 입구 또는 출구 부분만이 도시된다. 제 2 열 교환기 하우징(99)은 단일 탱크에 대해 형성될 수도 있고 또는 필요에 따라 복수의 플레이트형 구조체들의 협력에 의해 형성될 수도 있다. 그러나 어댑터(80)는 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 하우징 벽(90)의 내부에 배치된 임의의 형태의 유체 전달 컴포넌트 또는 구조체와 유체 연통할 수 있다고 이해되어야 한다.
시일 구조체(10)는 제 1 시일부(12) 및 제 2 시일부(14)를 포함한다. 제 1 시일부(12)는 실질적으로 편평한 환형 링이다. 제 1 시일부(12)의 외주 가장자리는 그 위에 형성된 챔퍼(chamfer)를 포함한다. 챔퍼는 제 1 시일부(12)와 제 2 시일부(14) 사이의 본딩을 위한 추가 표면 영역을 제공하고, 또한 압축을 위해 제 2 시일부(14)를 형성하는 재료의 바람직하지 않은 양을 변위시키지 않고 제 1 시일부(12)가 제 2 시일부(14)의 내부에 추가 배치되는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 삼각형, 타원형 및 다른 방사형 곡선들과 같은 다른 단면 형상들이 원하는 대로 사용될 수 있지만, 제 1 시일부(12)의 단면 형상은 실질적으로 직사각형이다.
도시된 실시예에서, 제 1 시일부(12)는 취화(embrittlement)를 피하기 위해 주석으로 도금하기 전에 비수소 함유 불활성 가스에서 어닐링된 주석 코팅된 구리로 제조된다. 그러나 예를 들면, 적층된 테트라플루오로에틸렌, 고무 코팅된 알루미늄, PEEK, Vespel® 고성능 폴리이미드 중합체, 땜납(pewter), 배빗(babbit), 청동, 니켈, 폴리아미드, 알루미늄 및 다른 금속 코팅된 또는 고무 코팅된 금속들과 같은 다른 종래의 재료들이 원하는 대로 사용될 수 있다고 이해된다. 특정 실시예에서, 제 1 시일부(12)는 약 40HR 15T 미만의 경도를 갖는 연성 변형 가능 재료로 형성되며, 여기서 "H"는 경도를 의미하고, "R"은 ASTM E 18에 명시된 금속 재료들에 대한 로크웰 경도(Rockwell Hardness) 및 로크웰 표면 경도 시험 방법을 의미한다. 경도 지정 코드 "15T"는 시험 샘플의 압입부(indentation)를 위해 15kg 하중 및 1/16" 직경의 경화된 강철 볼을 사용하는 표면 경도 스케일이다. 경화된 강철 및 경화된 알루미늄과 같은 일반적인 와셔(washer) 재료들은 40 HR15T보다 큰 경도 값들을 갖고, 따라서 해당 기술분야에서는 "연질" 재료로 간주되지 않는다. 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 40 HR15T보다 큰 경도를 갖는 재료들이 본 발명의 시일 구조체(10)에 사용하기에 적합하지 않으며, 이는 대신에 시일 구조체(10)와 밀봉하여 맞물리도록 가해지는 실링 비드 둘레의, 예를 들어 약 500lbf/인치 내지 약 1000lbf/인치의 힘에 따라 시일 구조체(10)의 설치시에 소성 변형되도록 구성된다고 이해해야 한다.
제 2 시일부(14)는 제 1 시일부(12)의 외주 가장자리로부터 반경 방향 외측으로 연장한다. 제 2 시일부(14)의 반경 방향 내측 부분에 환형 채널이 형성되어 제 1 시일부(12)의 챔퍼를 수용한다. 제 2 시일부(14)는 예를 들어, 가황, 열 용착, 압입, 접착제 또는 기계적 부착 수단과 같은 임의의 종래의 고정 수단에 의해 제 1 시일부(12)에 고정된다. 도시된 실시예에서, 제 2 시일부(14)는 엘라스토머로 제조된다. 제 2 시일부(14)는 예를 들어, 에틸렌프로틴계 이종화합 단량체(EPDM: ethylene propylene diene monomer), 플루오르화 탄소 고무(FKM: fluorocarbon rubber), 클로로프렌 고무(CR: chloroprene rubber), 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(NBR: acrylonitrile butadiene rubber) 및 수소화 아크릴로 니트릴 부타디엔 고무(HNBR: hydrogenated acrylonitrile butadiene rubber)와 같은 임의의 종래 재료로 제조될 수 있다고 이해된다.
제 1 블록(20)은 제 2 유체의 흐름을 수용하도록 구성된 일반적으로 원형인 단면을 갖는 제 1 구멍(24) 및 패스너(18)를 수용하도록 구성된 일반적으로 원형인 단면을 갖는 제 2 구멍(28)을 포함한다. 제 1 구멍(24)은 제 2 유체를 운반하는 (도시되지 않은) 도관과 유체 연통할 수 있다. 도관은 제 1 구멍(24)의 적어도 일부에 수용될 수 있고 납땜과 같은 임의의 공지된 방법에 의해 제 1 블록(20)에 단단히 결합될 수 있다. 대안으로, 제 1 블록(20)은 제 2 유체를 운반하는 컴포넌트의 일체로 형성된 연장부를 형성할 수 있다. 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제 1 블록(20)이 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 원하는 대로 제 2 유체의 소스에 제 1 개구(24)를 유체 결합하기 위한 임의의 적당한 구조체를 가질 수 있다고 인식해야 한다.
환형 보스(boss)(30)가 제 1 블록(20)의 면으로부터 외측으로 연장하고 그 말단부로부터 돌출하는 축 방향 연장 립(lip)(31)을 포함한다. 립(31)은 시일 구조체(10)와 맞물리도록 구성된 실링면으로서 작용하는 제 1 환형 실링면(33)을 둘러싼다. 환형 채널(32)은 제 1 환형 실링면(33)에 형성된다. 도시된 실시예에서, 채널(32)은 단면이 실질적으로 V자형 또는 사다리꼴 형상이다. 그러나 다른 형상들을 갖는 채널들(32)이 원하는 대로 사용될 수 있다고 이해된다.
제 1 실링 비드(38)가 채널(32)의 반경 방향 내측 위치에서 제 1 블록(20)의 제 1 환형 실링면(33) 상에 형성된다. 도시된 제 1 실링 비드(38)는 V자형 단면을 갖지만, 다른 형상들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 5 - 도 10은 서로 다른 단면 형상들을 갖는 제 1 실링 비드(38)의 다양한 구성들을 예시한다. 도 5는 제 1 실링 비드(38)의 말단부에 분배된 국소적 응력을 최소화하도록 실질적으로 사다리꼴 단면 형상을 갖는 제 1 실링 비드(38)를 예시한다. 도 6은 상대적으로 작은 곡률 반경을 갖는 곡선형 말단부를 갖는 제 1 실링 비드(38)를 예시하는 한편, 도 7은 상대적으로 큰 곡률 반경을 갖는 곡선형 말단부를 갖는 제 1 실링 비드(38)를 도시한다. 도 8 및 도 9는 내향 테이퍼링 표면들 중 하나가 내향 테이퍼링 표면들 중 다른 하나와 비교하여 다른 각도로 기울어진 경사 단면 형상들을 갖는 제 1 실링 비드(38)를 예시한다. 제 1 실링 비드(38)는 도 8 및 도 9에 반경 모양으로 된 말단부들을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 원하는 대로 도 2 - 도 4에 개시된 것과 유사한 더 날카로운 또는 뾰족한 형태의 가장자리들이 사용될 수도 있다고 추가로 이해되어야 한다. 도 10은 제 1 실링 비드(38)가 톱니 구성으로 서로 바로 인접하게 형성된 복수의 테이퍼링된 돌출부들을 포함하는 구성을 예시한다. 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 실링 비드(38)의 다른 구성들이 사용될 수 있다고 인식해야 한다.
특히 예시적인 실시예들에서, 제 1 실링 비드(38)는 예각을 갖는 실질적으로 V자형인 팁을 포함한다. 제 1 실링 비드(38)는 시일 구조체(10)의 제 1 시일부(12)에 바람직하지 않게 존재할 수 있는 오일, 오물, 모발, 페인트 박편들 및 다른 부스러기와 같은 오염물을 절단하기에 충분히 날카롭게 형성될 수 있다. 비제한적인 예로서, 오염물을 절단하고 제 1 시일부(12)에 충돌하기에 충분한 제 1 실링 비드(38)의 팁의 최대 반경은 최대 약 0.1mm일 수 있다. 오염물을 절단하고 제 1 시일부(12)에 충돌하기에 충분한 제 1 실링 비드(38)의 팁에 대한 다른 반경들이 또한 이용될 수 있다. 단 하나의 제 1 실링 비드(38)만이 도시되어 있지만, 원한다면 복수의 제 1 실링 비드들(38)이 사용되어, 동심원 링들을 형성할 수 있다.
제 1 블록(20)은 보스(30)에 대향하는 제 2 구멍(28)의 한쪽에 형성된 레버리지 피처(29)를 더 포함한다. 레버리지 피처(29)는 제 1 블록(20)의 실질적으로 평평한 면으로부터 제 2 블록(40)과 대면하는 관계로 연장한다. 레버리지 피처(29)는 원하는 대로 제 1 블록(20)의 면으로부터 멀어지게 연장하므로, 레버리지 피처(29)는 실질적으로 힐형(heel-like) 구조체 또는 외관을 가질 수 있다.
제 2 블록(40)은 인서트(60)를 수용하도록 구성된 일반적으로 원형인 단면을 갖는 제 3 구멍(50) 및 패스너(18)를 수용하도록 구성된 일반적으로 원형인 단면을 갖는 제 4 구멍(54)을 포함한다. 제 3 구멍(50)은 제 2 블록 (40)에 대한 인서트(60)의 축 방향 위치를 설정하기 위한 내부의 환형 숄더(51)를 포함한다. 제 2 블록(40)의 제 4 구멍(54)은 패스너(18)의 나사산 부분과의 협력을 위해 나사 결합될 수 있다. 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 다른 적당한 타입들의 패스너들이 또한 본 개시의 범위 내에서 사용될 수 있다고 이해해야 한다. 추가로, 패스너(18)는 대안으로 원하는 대로, 제 2 블록(40)을 향한 방향으로 제 1 블록(20)을 가압하기 위한 클램핑력을 제공하기에 적합한 임의의 형태의 메커니즘으로 대체될 수 있다.
레버리지 피처(29)는 제 1 블록(20) 상에 형성되는 것으로 도시되고 설명되었지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 레버리지 피처가 원하는 대로 시일 피팅 조립체(5)의 작동 방식에 영향을 주지 않으면서 대안으로 제 2 블록(40)으로부터 제 1 블록(20)을 향하는 방향으로 돌출할 수 있음을 인식해야 한다.
제 1 블록(20) 및 제 2 블록(40)은 냉각제 시스템 작동 조건들 하에서 충분한 내식성을 제공하는 임의의 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 블록들(20, 40)은 알루미늄 또는 강철과 같은 금속 또는 알루미늄 합금과 같은 금속 합금을 압출 또는 다이 캐스팅함으로써 형성될 수 있다. 특정 예에서, 블록들(20, 40)은 다이 캐스팅에 적합한 알루미늄 합금으로 다이 캐스트된다. 다이 캐스팅을 위한 예시적인 알루미늄 합금은 원하는 내식성을 제공하기 위해 약 0.6%까지 구리를 함유한다. 추가 예에서, 블록들(20, 40)은 그 작동 중에 부식을 최소화하도록 애노드화된다. 내식성을 향상시키기 위한 다른 적절한 재료들 및 처리들이 원하는 대로 이용될 수 있다.
인서트(60)는 그 제 1 단부(61)로부터 제 2 단부(62)까지 축 방향으로 연장하는데, 일반적으로 원형 단면을 갖는 제 5 구멍(63)이 이를 관통하여 연장한다. 개구(63)는 인서트(60)의 제 1 단부(61)와 제 2 단부(62) 중간에 직경이 증가하는 원추형 부분을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 개구(63)는 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 임의의 단면 형상 및 구성을 가질 수 있다고 이해된다. 인서트(60)의 제 1 단부(61)는 제 5 구멍(63)을 둘러싸며 시일 구조체(10)와 맞물리기 위한 실링면으로서 작용하는 제 2환형 실링면(65)을 포함한다. 환형 압입부(68)는 제 2환형 실링면(65)을 둘러싸며, 제 1 블록(20)의 립(31)을 수용하기 위한 보이드를 제공한다. 제 2환형 실링면(65)은 실질적으로 V자형 또는 사다리꼴 형상의 단면을 갖는, 내부에 형성된 환형 채널(66)을 포함한다. 도시하고 설명한 것 이외의 단면 형상들을 갖는 채널들(66)이 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 사용될 수 있다고 이해된다.
제 2환형 실링면(65)은 채널(66)의 방사상 내측에 배치되고 제 1 블록(20)의 제 1 실링 비드(38)에 대향하는 제 2 실링 비드(78)를 더 포함한다. 대향하는 실링 비드들(38, 78)은 시일 구조체(10)의 제 1 시일부(12)에서의 통상적인 오염의 존재에 관계없이 주요 시일의 형성을 가능하게 한다고 인식되어야 한다. 제 1 블록(20)의 제 1 실링 비드(38)와 같이, 인서트(60)의 제 2 실링 비드(78)는 예각을 갖는 실질적으로 V자형인 또는 작은 곡률 반경으로 라운딩된 팁을 가질 수 있다. 제 2 실링 비드(78)는 예를 들어, 제 1 블록(20)의 대향하는 제 1 실링 비드(38)를 참조로 도 5 - 도 10에 개시된 형상들 중 임의의 형상을 가질 수 있다. 제 2 실링 비드(78)는 시일 구조체(10)의 제 1 시일부(12)에 바람직하지 않게 존재할 수 있는 오일, 오물, 모발 및 다른 부스러기와 같은 오염물을 절단하기 위해 충분히 날카롭거나 뾰족하게 형성될 수 있다. 원하는 대로, 복수의 실링 비드들(78)이 또한 사용될 수 있으며, 여기서 실링 비드들(78) 각각은 실링 비드들(38) 중 대응하는 실링 비드와 정렬하여 형성된다.
인서트(60)는 인서트(60)의 제 1 단부(61)에 인접한 더 큰 직경 부분(76) 및 인서트(60)의 제 2 단부(62)에 인접한 더 작은 직경 부분(77)을 포함한다. 더 큰 직경 부분(76)의 외부 표면은 환형 숄더(73)를 포함한다. 환형 숄더(73)는 제 2 블록(40)에 대한 인서트(60)의 축 방향 포지셔닝을 설정하기 위해 제 2 블록(40)의 환형 숄더(51)에 접하도록 구성된다. 더 작은 직경 부분(77)의 외부 표면은 더 큰 직경 부분(76)으로부터 이격된 나사산 부분(74)을 포함한다.
내부 코너(69)는 인서트(60)의 더 큰 직경 부분(76)과 더 작은 직경 부분(77)의 교차부에 형성된다. 내부 코너(69)는 나사산 부분(74)로부터 이격되며 O-링(79)을 그 안에 수용하도록 구성되고, O-링(79)은 제 2 시일 구조체로서 작용한다. O-링(79)은 실질적으로 타원형 또는 원형 단면 형상을 가질 수 있다. 도시된 실시예에서, O-링(79)은 엘라스토머로 제조된다. O-링(79)은 예를 들어, 에틸렌프로틴계 이종화합 단량체(EPDM), 플루오르화 탄소 고무(FKM), 클로로프렌 고무(CR), 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(NBR) 및 수소화 아크릴로 니트릴 부타디엔 고무(HNBR)와 같은 임의의 종래 재료로 제조될 수 있다고 이해된다.
도 4에 가장 잘 도시된 바와 같이, 인서트(60)는 제 5 구멍(63)을 한정하는 인서트(60)의 표면과 제 2환형 실링면(65)의 교차부에서 인서트(60)의 제 1 단부(61)로부터 축 방향으로 연장하는 4개의 슬롯들(67)을 더 포함한다. 슬롯들(67)은 제 2 실링 비드(78)의 팁으로부터 반경 방향 내측으로 형성되고 인서트(60)의 축 방향으로 임의의 적당한 거리를 연장한다. 슬롯들(67)은 슬롯들(67)의 형상에 대응하는 돌출부들을 갖는 (도시되지 않은) 대응하는 툴을 수용하여 이 툴이 슬롯들(67)과 맞물려 인서트(60)의 회전을 가능하게 하도록 구성된다. 툴은 예를 들어, 4개의 돌출하는 가장자리들을 갖는 필립(Phillip)의 헤드형 스크루 드라이버와 유사할 수 있다. 인서트(60)는 임의의 수의 슬롯들(67)을 포함할 수 있고, 슬롯들(67)은 인서트(60)를 회전시키는 데 사용되는 대응하는 툴과 맞물리기 위한 임의의 적합한 단면 형상을 가질 수 있다고 인식되어야 한다.
인서트(60)는 블록들(20, 40)을 형성하기에 적합한 것으로 설명된 임의의 재료로 형성될 수 있다. 인서트(60)는 예를 들어, 원하는 대로 알루미늄, 강철 또는 알루미늄 합금과 같은 금속 합금으로 형성될 수 있다.
어댑터(80)는 그 제 1 단부(81)로부터 제 2 단부(82)까지 축 방향으로 연장한다. 일반적으로 원형 단면을 갖는 제 6 구멍(83)은 어댑터(80)를 통해 축 방향으로 연장한다. 제 6 구멍(83)을 한정하는 어댑터(80)의 내부 표면은 인서트(60)의 나사산 부분(74)와 협력하도록 구성된 나사산 부분(84)를 포함한다. 어댑터(80)의 제 1 단부(81)는 어댑터(80)의 축 방향에 대한 각도로 형성된 원추형 표면(86)을 갖는 환형 칼라(85)를 포함한다. 환형 칼라(85)는 내부에 칼라(85)를 수용하도록 구성된 하우징 벽(90)에 형성된 개구(92)의 내경보다 작은 외경을 포함한다. 어댑터(80)의 플랜지 부분(87)은 칼라(85)를 지나 반경 방향 외측으로 연장하고 어댑터(80)의 칼라(85) 위에 수용된 개스킷(95)과 맞물리기 위한 표면을 설정한다. 개스킷(95)은 실질적으로 변형 가능한 엘라스토머로 형성된 시일 구조체로서 작용한다. 개스킷(95)은 예를 들어, 에틸렌프로틴계 이종화합 단량체(EPDM), 플루오르화 탄소 고무(FKM), 클로로프렌 고무(CR), 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(NBR) 및 수소화 아크릴로 니트릴 부타디엔 고무(HNBR)와 같은 임의의 종래 재료로 제조될 수 있다고 이해된다. 개스킷(95)은 실질적으로 직사각형 단면 형상을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 단면 형상들이 사용될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 시일 피팅 조립체(5)를 조립하는 방법이 개시된다. 먼저, 어댑터(80)가 하우징 벽(90)의 내부 안에 포지셔닝되며, 여기서 어댑터의 제 2 단부(82)는 하우징 벽(90) 내에 배치된 제 2 열 교환기 하우징(99)에 기계 및 유체 결합된다. 어댑터(80)의 제 2 단부(82)는 예를 들어, 열 교환기 하우징(99)의 입구 또는 출구 매니폴드에 결합될 수 있다. 다음에 어댑터(80)의 제 1 단부(81)가 하우징 벽(90)에 형성된 개구(92)에 인접하게 된다.
다음으로, 제 2 블록(40)이 하우징 벽(90)의 외부 표면 상에 배치된 로케이팅 피처(96)를 통해 하우징 벽(90)의 개구(92)에 대해 포지셔닝된다. 로케이팅 피처(96)는 실질적으로 제 2 블록(40)의 제 4 구멍(54)의 형상에 실질적으로 대응하는 둘레 형상을 갖는 돌출부일 수 있다. 제 4 구멍(54)에 로케이팅 피처(96)를 수용하는 것은 하우징 벽(90)에 대한 제 2 블록(20)의 회전을 방지한다.
하우징 벽(90)에 대한 제 2 블록(40)의 로케이팅 이후에, 제 2 블록(40)의 제 3 구멍(50)이 하우징 벽(90)에 형성된 개구(92) 및 어댑터(80)에 형성된 제 6 구멍(83) 각각과 실질적으로 정렬된다. 다음에, 인서트(60)의 더 작은 직경 부분(77)의 나사산 부분(74)이 어댑터(80)의 제 6 구멍(83)의 나사산 부분(84)와 맞물릴 때까지 인서트(60)가 제 2 블록(40)의 제 3 구멍(50)에 수용된다. 다음에, (도시되지 않은) 연관된 툴이 인서트(60)의 슬롯들(67)과 맞물려 어댑터(80)에 대한 인서트(60)의 회전을 유발함으로써, 인서트(60)가 어댑터(80)를 향해 그 축 방향으로 계속 이동하게 한다. 인서트(60)는 인서트(60)의 숄더(73)가 제 2 블록(40)의 제 3 구멍(50) 내에 형성된 숄더(51)에 접할 때까지 어댑터(80)의 나사산 부분(84)을 계속해서 가로지른다. 이 지점에서, 인서트(60)의 계속된 회전은 어댑터(80)를 제 2 블록(40)을 향해 축 방향으로 끌어당겨, 적절한 그리고 실질적으로 유체 기밀 시일이 이들 사이에 달성될 때까지 하우징 벽(90)과 어댑터(80)의 플랜지부(87) 사이에서 개스킷(95)을 압축하는 경향이 있을 것이다.
어댑터(80)에 대한 인서트(60)의 회전 동안, 인서트(60) 주위에 배치된 O-링(79)은 인서트(60)의 더 큰 직경 부분(76)과 칼라(85)의 원추면(86) 사이에서 압축된다. 원추형 표면(86)이 축 방향 및 반경 방향 각각에 대해 각을 이루는 방식은 인서트(60)가 어댑터(80)에 더 가까이 당겨질 때 O-링(79)이 축 방향 및 반경 방향 모두로 압축되게 함으로써, 어댑터(80)와 인서트(60) 사이의 실질적으로 유체 기밀 시일을 촉진시킨다.
인서트(60)와 제 2 블록(40)이 상호 작용하여, 제 1 블록(20)의 형태로 수형(male) 컴포넌트를 수용하도록 구성된 암형(female) 컴포넌트를 형성한다. 보스(30)가 제 2 블록(40)의 제 3 구멍(50) 내에 수용될 때 인서트(60)의 제 2환형 실링면(65)과 제 1 블록(20)의 제 1 환형 실링면(33) 중간에 시일 구조체(10)가 포지셔닝된다. 실링 비드들(38, 78)이 시일 구조체(10)의 제 1 시일부(12)에 접할 때 보스(30)의 립(31)이 인서트(60)의 제 2환형 실링면(65)을 둘러싸는 압입부(68)로 연장한다. 패스너(18)가 블록들(20, 40)의 제 2 구멍들(28, 54)을 통해 삽입되어, 제 1 블록(20)이 제 2 블록(40)을 향해 이동되게 하도록 회전된다.
도 3은 실링 비드들(38, 78)이 시일 구조체(10)의 대향하는 면들과 접촉하는 위치로 패스너(18)가 회전될 때 그리고 레버리지 피처(29)와 제 2 블록(40)의 맞물림 이전의 시일 피팅 조립체(5)를 예시한다. 패스너(18)의 계속되는 회전은 실링 비드들(38, 78)이 압축한 다음, 시일 구조체(10)의 제 1 시일부(12)에 충돌하여 주요 시일을 형성하게 한다. 시일 구조체(10)의 제 2 시일부(14)는 환형 표면들(33, 65)을 갖는 보조 시일을 생성한다. 구멍들(24, 63)을 통해 흐르는 유체의 양이 제 1 시일부(12)와 실링 비드들(38, 78)에 의해 형성된 주요 시일을 지나 누설한다면, 제 2 시일부(14)는 시일 피팅 조립체(5)로부터 대기로의 유체의 누출을 완화시킨다. 제 2 시일부(14)는 또한 유해한 오염물들을 제 1 시일부(12)로부터 멀리 유지하는 환경적 시일로서의 기능을 한다.
제 1 블록(20)에 형성된 레버리지 피처(29)는 제 2 블록(40)과 맞물리며, 패스너(18)를 통해 제 1 블록(20)과 제 2 블록(40) 사이에 형성된 클램핑력을 제 1 블록(20) 및 인서트(60)의 환형 표면들(33, 65) 각각에 분배하기 위한 펄크럼(fulcrum)으로서 작용한다. 추가로, 레버리지 피처(29)의 포함은 개구(28)에 인접한 제 1 블록(20)의 일부가 패스너(18)와 제 2 블록(40) 사이의 제 1 블록(10)의 압축에 응답하여 제 2 블록(40)을 향해 구부러질 수 있을 때까지 패스너(18)가 회전될 수 있게 한다. 패스너(18)의 과도한 조임은, 패스너(18)의 풀림에도 불구하고 레버리지 피처(29)가 계속해서 펄크럼으로서 작용하는 것으로 인해 패스너(18)가 과도하게 조여진 위치로부터 멀어지게 바람직하지 않게 회전되는 경우에 제 1 블록(20)과 인서트(60) 사이에서 시일 구조체(10)의 계속된 압축을 촉진시킨다. 금속 시일 구조체를 압축하기 위한 수형 컴포넌트와 암형 컴포넌트 사이의 상호 작용에 대한 보다 완전한 설명은 Kesler 등에 대한 미국 특허 제9,261,194호에서 제공되며, 이 출원은 이로써 그 전체가 인용에 의해 본 명세서에 포함된다.
시일 피팅 조립체(5)는 종래 기술의 시일 피팅 조립체들에 비해 많은 이점들을 제공한다. 첫째, 제 1 시일부(12) 및 제 2 시일부(14) 각각을 갖는 시일 구조체(10)의 사용은 O-링과 같은 반경 방향 또는 축 방향으로 압축된 엘라스토머 시일 구조체의 사용과 비교하여 개선된 시일을 제공한다. 개선된 시일은 시일 구조체(10)로의 실링 비드들(38, 78)의 충돌, 시일 구조체(10)를 형성하는 재료들의 유동성 및 레버리지 피처(29)의 포함에 의해 형성된 개선된 압축에 의해 야기된다. 둘째, 시일 피팅 조립체(5)의 조립 방식은 연장된 사용 동안 하우징 벽(90)에 대한 시일 피팅 조립체(5)의 회전을 방지한다. 제 1 블록(20)과 인서트(60) 사이의 시일 구조체(10)의 압축 및 충돌은 어댑터(80)에 대한 인서트(60)의 회전 위치를 고정시키는 한편, 제 2 블록(40)의 구멍(54)으로의 로케이팅 피처(96)의 수용은 제 1 블록(20) 및 제 2 블록(40)의 회전 위치를 고정시킨다. 그 결과, 인서트(60)는 그 사이에 배치된 어댑터(80) 또는 O-링(79)에 대해 회전할 수 없으며, 이로써 그렇지 않으면 서로에 대한 또는 하우징 벽(90)에 대한 시일 피팅 조립체(5)의 컴포넌트들의 자유로운 회전에 의해 야기될 수 있는 O-링(79)의 손상 또는 마모를 방지할 수 있다.
이제 도 11을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 시일 피팅 조립체(105)가 개시된다. 시일 피팅 조립체(105)는 도 2 - 도 4에 개시된 시일 피팅 조립체(5)의 제 2 블록(40) 및 인서트(60)와 비교하여 변형된 인서트(160) 및 제 2 블록(140)을 포함하지만, 패스너(18), 제 1 블록(20), 어댑터(80) 및 하우징 벽(90)을 포함하는 시일 피팅 조립체(105)의 나머지는 변하지 않고 그대로이며 위에서 개시한 것과 동일한 방식으로 작동한다. 인서트(160)는 제 1 단부(161)의 둘레로부터 축 방향으로 연장하는 환형 칼라(163)의 추가를 제외하면 인서트(60)와 실질적으로 유사하다. 칼라(163)는 제 1 블록(20)이 제 2 블록(140) 쪽으로 당겨질 때 제 1 블록(20)의 보스(30)를 그 안에 수용하도록 치수가 정해진다. 인서트(160)는 시일 구조체(10)에 접하도록 구성된 인서트(160)의 환형 표면(165)과 환형 칼라(163) 사이에 형성된 환형 홈(164)을 포함한다. 칼라(163)의 추가는 인서트(60)의 숄더(73)가 인서트(60)의 중심 축에 대해 반경 방향 외측으로 연장하는 것보다 더 큰 거리로 숄더(167)를 포함하는 인서트(160)가 인서트(160)의 중심 축에 대해 반경 방향 외측으로 연장하는 결과를 야기할 수 있다.
제 2 블록(140)은 변형된 인서트(160)의 수용을 감안하도록 제 2 블록(40)의 구성으로부터 변형된다. 제 2 블록(140)은 원통형 구멍(146)을 둘러싸는 안착면(144)을 포함하는 플랜지 부분(142)을 포함한다. 안착면(144)은 인서트(160)의 숄더(167)에 접하도록 구성되며, 구멍(146)은 숄더(167)를 넘어 축 방향으로 연장하는 인서트(160)의 나머지를 수용하도록 구성된다.
인서트(160) 상에 칼라(163)를 포함하는 것은 칼라(163)의 말단부로부터 시일 구조체(10)와 맞물리도록 구성된 환형 표면(165)에 유리하게 간격을 둔다. 환형 표면(165)의 간격은 인서트(160)의 취급 또는 조작 도중 발생할 수 있는 잠재적 손상 또는 오염으로부터 환형 표면(165)을 보호하며, 여기서 이러한 손상 또는 오염은 시일 구조체(10)를 넘어 연장하는 유동 채널의 형성을 촉진시킬 수 있다. 시일 피팅 조립체(105)는 그렇지 않으면 시일 피팅 조립체(5)와 동일한 방식으로 작동한다.
이제 도 12 - 도 14를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 시일 피팅 조립체(205)가 개시된다. 시일 피팅 조립체(205)는 도 2 - 도 4에 개시된 시일 피팅 조립체(5)의 인서트(60) 및 어댑터(80)와 비교하여 변형된 어댑터(280) 및 인서트(260)를 포함하지만, 패스너(18), 제 1 블록(20), 제 2 블록(40) 및 하우징 벽(90)을 포함하는 시일 피팅 조립체(105)의 나머지는 변하지 않고 그대로이며 위에서 개시한 것과 동일한 방식으로 작동한다.
인서트(260)는 인서트(60)와 실질적으로 동일하며 더 큰 직경 부분(262) 및 더 작은 직경 부분(263)을 포함한다. 더 작은 직경 부분(263)은 축 방향 연장면(264)을 포함하고 더 큰 직경 부분(262)은 반경 방향 연장면(265)을 포함한다. 더 작은 직경 부분(263)의 축 방향 연장면(264)은 더 큰 직경 부분(262)의 반경 방향 연장면(265)으로부터 이격된 나사산 부분(267)을 포함한다. 인서트(260)는 축 방향 연장부(264)에 반경 방향 연장면(265)을 연결하는 인서트(260)의 반경 방향 및 축 방향 각각에 대해 횡방향으로 배열된 원추형 표면(268)의 포함으로 인해 인서트(60)와 상이하다.
어댑터(280)는 인서트(260)와 대면하는 관계로 어댑터(280)의 제 1 단부(281)의 변형을 제외하고는 어댑터(80)와 실질적으로 동일하다. 구멍(283)은 어댑터(280)를 통해 축 방향으로 연장하고, 구멍(283)을 한정하는 어댑터(280)의 내부 표면은 인서트(260)의 나사산 부분(267)와 협력하도록 구성된 나사산 부분(284)를 포함한다. 어댑터(280)의 제 1 단부(281)는 구멍(283)의 단부로부터 연장하는 반경 방향 연장면(286) 및 반경 방향 연장면(286)의 둘레로부터 축 방향으로 돌출하는 환형 칼라(288)를 포함한다. 환형 칼라(288)는 실질적으로 직사각형 단면 형상을 가질 수 있고 축 방향 연장면(291) 및 반경 방향 연장면(292)을 포함할 수 있다. 반경 방향 연장면(292)은 인서트(260)가 어댑터(280)에 대해 완전히 삽입될 때 인서트(260)의 더 큰 직경 부분(262)에 접하도록 구성된다.
시일 피팅 조립체(205)는 시일 피팅 조립체(5)의 O-링(79) 대신에 인서트(260)와 어댑터(280) 사이에 위치된 시일 구조체(230)를 더 포함한다. 시일 구조체(230)는 환형이고, 실질적으로 직사각형 단면 형상을 포함한다. 시일 구조체(230)의 제 1 면(232)은 인서트(260)의 반경 방향 연장면(265)에 접하도록 구성되는 한편, 대향하게 배열된 제 2 면(234)은 어댑터(280)의 반경 방향 연장면(286)에 접하도록 구성된다. 시일 구조체(230)는 인서트(260) 및 어댑터(280) 각각의 축 방향으로 연장하는 두께를 가질 수 있는데, 이는 어댑터(280)의 칼라(288)가 인서트(260)의 반경 방향 연장면(265)과 접할 때 인서트(260)의 반경 방향 연장면(265)과 어댑터(280)의 반경 방향 연장면(286) 사이에 형성된 거리보다 더 크거나 같다. 시일 구조체(230)의 초기 두께는 도 13에 가장 잘 도시되어 있는데, 이는 어댑터(280)로의 인서트(260)의 나사 결합 동안 인서트(260)의 반경 방향 연장면(265)이 어댑터(280)의 칼라(288)에 접하기 전의 인서트(260), 시일 구조체(230) 및 어댑터(280)의 확대도를 예시한다.
도시된 실시예에서, 시일 구조체(230)는 취화를 피하기 위해 주석으로 도금하기 전에 비수소 함유 불활성 가스에서 어닐링된 주석 코팅된 구리로 제조된다. 그러나 예를 들면, 적층된 테트라플루오로에틸렌, 고무 코팅된 알루미늄, PEEK, Vespel￠
Figure 112018083976815-pat00001
고성능 폴리이미드 중합체, 땜납, 배빗, 청동, 니켈, 폴리아미드, 알루미늄 및 다른 금속 코팅된 또는 고무 코팅된 금속들과 같은 다른 종래의 재료들이 원하는 대로 사용될 수 있다고 이해된다. 특정 실시예에서, 시일 구조체(230)는 약 40HR 15T 미만의 경도를 갖는 연성 변형 가능 재료로 형성되며, 여기서 "H"는 경도를 의미하고, "R"은 ASTM E 18에 명시된 금속 재료들에 대한 로크웰 경도 및 로크웰 표면 경도 시험 방법을 의미한다. 경도 지정 코드 "15T"는 시험 샘플의 압입부를 위해 15kg 하중 및 1/16" 직경의 경화된 강철 볼을 사용하는 표면 경도 스케일이다. 경화된 강철 및 경화된 알루미늄과 같은 일반적인 와셔 재료들은 40 HR15T보다 큰 경도 값들을 갖고, 따라서 해당 기술분야에서는 "연질" 재료로 간주되지 않는다. 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 40 HR15T보다 큰 경도를 갖는 재료들이 본 발명의 시일 구조체(230)에 사용하기에 적합하지 않으며, 이는 대신에 시일 구조체(230)와 밀봉하여 맞물리도록 적용되는 실링 비드 둘레의, 예를 들어 약 500lbf/인치 내지 약 1000lbf/인치의 힘에 따라 시일 구조체(230)의 설치시에 소성 변형되도록 구성된다고 이해해야 한다.
이제 도 14를 참조하면, 인서트(260)는 어댑터(280)에 완전히 나사 결합되어 있으며, 여기서 인서트(260)의 반경 방향 연장 표면(265)이 어댑터(280)의 칼라(288)에 접한다. 이 위치에 있을 때, 시일 구조체(230)가 인서트(260)와 어댑터(280) 사이에서 압축되고, 인서트(260)의 원추형 표면(268)은 반경 방향 및 축 방향 각각으로 시일 구조체(230)에 힘을 가한다. 시일 구조체(230)의 상대적인 연성 및 변형 가능성은 시일 구조체(230)가 인서트(260)와 어댑터(280)의 협력에 의해 형성된 시일 글랜드(gland)(250)를 실질적으로 채울 때까지 시일 구조체(230)가 변형되게 한다. 보다 구체적으로, 시일 글랜드(250)는 어댑터(280)의 축 방향 연장면(291) 및 반경 방향 연장면(286)과 함께 인서트(260)의 반경 방향 연장면(265), 원추면(268) 및 축 방향 연장면(264)의 협력에 의해 한정된다. 인서트(260)가 어댑터(280)에 완전히 삽입된 이후 시일 글랜드(250)의 단면적은 시일 구조체(230)의 변형 이전의 단면적과 실질적으로 동일할 수 있다. 이에 따라, 시일 구조체(230)의 실질적으로 직사각형 단면 형상은 불규칙적인 형상의 시일 글랜드(250) 전체를 실질적으로 채워 시일 구조체(230)를 시일 글랜드(250) 내에 유체 정역학적으로 고정시키도록 변형된다. 시일 글랜드(250)는 인서트(260) 및 어댑터(280)의 축 방향 및 반경 방향 모두에서 시일 구조체(230)를 실질적으로 둘러싸고 그 움직임을 제한함으로써 어댑터(280)에 인서트(260)를 완전히 삽입한 이후 시일 구조체(230)의 추가 움직임을 더 방지한다.
밀봉 글랜드(250) 내에서 시일 구조체(230)의 정역학적 고정은 시일 구조체(230)가 그렇지 않으면 연장된 사용 기간에 따라 시일 피팅 조립체(205)의 효율성을 악화시킬 수 있는 크리프(creep)의 형태로 계속되는 변형을 바람직하지 않게 겪는 것을 방지한다. 또한, 시일 구조체(230)에 작용하는 압축력은 시일 구조체(230)를 형성하는 재료가 인서트(260) 또는 어댑터(280)에 존재하는 임의의 요철들 또는 표면 결함들로 흐르는 것을 더욱 촉진시켜, 인서트(260)와 어댑터(280) 중 어느 하나와 시일 구조체(230) 사이에 형성된 시일을 손상시킬 수 있는 이들 사이의 임의의 유동 채널의 형성을 막는다. 마지막으로, 시일 구조체(230)에 가해지는 압축력들은 어댑터(280)에 대한 인서트(260)의 회전을 추가로 방지함으로써, 하우징 벽(90)에 대한 시일 피팅 조립체(205)의 바람직하지 않은 회전을 방지한다.
이제 도 15 - 도 17을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 실링 조립체(305)가 개시된다. 시일 피팅 조립체(305)는 실질적으로 시일 피팅 조립체(5)와 유사하며 앞서 설명한 바와 같이 패스너(18), 제 1 블록(20), 제 2 블록(40) 및 하우징 벽(90)을 포함한다. 시일 피팅 조립체(305)는 변형된 인서트(360) 및 어댑터(380)를 포함하는데, 이들은 그 사이에서 시일 구조체(330)를 압축하는데 사용된다.
인서트(360)는 인서트(60)와 실질적으로 유사하며 더 큰 직경 부분(362) 및 더 작은 직경 부분(363)을 포함한다. 더 작은 직경 부분(363)은 축 방향 연장면(364)을 포함하고 더 큰 직경 부분(362)은 반경 방향 연장면(365)을 포함한다. 더 작은 직경 부분(363)의 축 방향 연장면(364)은 더 큰 직경 부분(362)의 반경 방향 연장면(365)으로부터 이격된 나사산 부분(367)을 포함한다. 인서트(360)는 반경 방향 연장면(365)으로부터 축 방향으로 돌출하는 한 쌍의 환형 실링 비드들(372)을 더 포함한다.
어댑터(380)는 어댑터(280)와 실질적으로 유사하며, 인서트(360)의 나사산 부분(367)와 협력하도록 구성된 나사산 부분(384)을 통해 축 방향으로 연장하는 구멍(383)을 포함한다. 어댑터(380)의 제 1 단부(381)는 구멍(383)의 단부로부터 연장하는 반경 방향 연장면(386) 및 반경 방향 연장면(386)의 둘레로부터 축 방향으로 돌출하는 환형 칼라(388)를 포함한다. 환형 칼라(388)는 실질적으로 직사각형 단면 형상을 가질 수 있고 축 방향 연장면(391) 및 반경 방향 연장면(392)을 포함할 수 있다. 반경 방향 연장면(392)은 인서트(360)가 어댑터(380)에 대해 완전히 삽입될 때 인서트(360)의 더 큰 직경 부분(362)에 접하도록 구성된다. 어댑터(380)는 반경 방향 연장면(386)으로부터 축 방향으로 돌출하며 어댑터(360)의 한 쌍의 실링 비드들(372)와 정렬되는 한 쌍의 환형 실링 비드들(392)을 더 포함한다.
인서트(360) 또는 어댑터(380) 중 어느 하나의 실링 비드들(372, 392) 각각은 실링 비드들(38, 78)을 참조로 도 5 - 도 10에 도시된 단면 형상들 중 하나를 가질 수 있다. 특히 예시적인 실시예들에서, 실링 비드들(372, 392)은 각각 예각을 갖는 실질적으로 V자형인 팁을 포함한다. 실링 비드들(372, 392)은 시일 구조체(330)의 표면 상에 바람직하지 않게 존재할 수 있는 오일, 오물, 모발 및 다른 부스러기와 같은 오염물을 절단하기 위해 충분히 날카롭게 형성될 수 있다.
시일 구조체(330)는 실링 조립체(205)를 참조하여 앞서 개시한 시일 구조체(230)와 동일하며, 반경 방향 연장면(386)에 대한 환형 칼라(388)의 높이보다 더 큰 초기 두께를 포함할 수 있다. 시일 구조체(330)의 초기 두께는 도 16에 가장 잘 도시되어 있는데, 이는 어댑터(380)로의 인서트(360)의 나사 결합 동안 인서트(360)의 반경 방향 연장면(365)이 어댑터(380)의 칼라(388)에 접하기 전의 인서트(360), 시일 구조체(330) 및 어댑터(380)의 확대도를 예시한다.
이제 도 17을 참조하면, 인서트(360)는 어댑터(380)에 완전히 나사 결합되어 있으며, 여기서 인서트(360)의 반경 방향 연장 표면(365)이 어댑터(380)의 칼라(388)에 접한다. 이 위치에 있을 때, 시일 구조체(330)는 인서트(360)와 어댑터(380) 사이에서 압축된다. 시일 구조체(330)의 상대적인 연성 및 변형 가능성은 시일 구조체(330)가 어댑터(380)의 축 방향 연장면(391) 및 반경 방향 연장면(386)과 함께 인서트의 반경 방향 연장면(365)과 축 방향 연장면(364)의 협력에 의해 한정된 시일 글랜드(350)를 실질적으로 채울 때까지 시일 구조체(330)가 변형되게 한다. 인서트(360)가 어댑터(380)에 완전히 삽입된 이후 시일 글랜드(350)의 단면적은 시일 구조체(330)의 변형 이전의 단면적과 실질적으로 동일할 수 있다. 이에 따라, 시일 구조체(330)의 실질적으로 직사각형 단면 형상은 시일 글랜드(350) 전체를 실질적으로 채워 시일 구조체(330)를 시일 글랜드(350) 내에 유체 정역학적으로 고정시키도록 변형된다. 시일 글랜드(350)는 인서트(360) 및 어댑터(380)의 축 방향 및 반경 방향 모두에서 시일 구조체(330)를 실질적으로 둘러싸고 그 움직임을 제한함으로써 어댑터(380)에 인서트(360)를 완전히 삽입한 이후 시일 구조체(330)의 추가 움직임을 더 방지한다.
밀봉 글랜드(350) 내에서 시일 구조체(330)의 정역학적 고정은 시일 구조체(330)가 그렇지 않으면 연장된 사용 기간에 따라 시일 피팅 조립체(305)의 효율성을 악화시킬 수 있는 크리프의 형태로 계속되는 변형을 바람직하지 않게 겪는 것을 방지한다. 또한, 시일 구조체(330)에 작용하는 압축력은 시일 구조체(330)를 형성하는 재료가 인서트(360) 또는 어댑터(380)에 존재하는 임의의 요철들 또는 표면 결함들로 흐르는 것을 더욱 촉진시켜, 인서트(360)와 어댑터(380) 중 어느 하나와 시일 구조체(330) 사이에 형성된 시일을 손상시킬 수 있는 이들 사이의 임의의 유동 채널의 형성을 막는다. 마지막으로, 시일 구조체(330)에 가해지는 압축력 및 그 안에서 실링 비드들(372, 392)의 충돌은 어댑터(380)에 대한 인서트(360)의 회전을 추가로 방지함으로써, 하우징 벽(90)에 대한 시일 피팅 조립체(305)의 바람직하지 않은 회전을 방지한다.
시일 구조체들(230, 330)은 실질적으로 직사각형 단면 형상을 갖는 것으로 설명되었지만, 결과적인 시일 구조체가 인서트와 어댑터의 협력에 의해 형성된 결과적인 시일 글랜드를 실질적으로 채널 수 있는 한 대안적인 형상들이 사용될 수 있다고 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해되어야 한다.
해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 본 명세서에서 도시되고 설명된 시일 피팅 조립체들(5, 105, 205, 305) 각각이 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서, 시일 피팅 조립체들(5, 105, 205, 305) 중 다른 것들의 피처들을 포함하도록 변형될 수 있다고 추가로 인식해야 한다. 예를 들어, 인서트(160)의 축 방향 연장 칼라(163)는 원하는 대로 인서트들(260, 360) 중 어느 하나에 사용되도록 적응될 수 있다.
상기 설명으로부터, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 이 발명의 본질적인 특징들을 쉽게 확인할 수 있으며, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 다양한 용도들 및 조건들에 적응시키도록 본 발명에 대해 다양한 변경들 및 수정들을 실시할 수 있다.

Claims (20)

  1. 내부에 개구가 형성된 하우징 벽용 시일 피팅 조립체(seal fitting assembly)로서,
    제 1 구멍(aperture), 제 2 구멍, 및 상기 제 1 구멍을 둘러싸는 제 1 환형 실링면(sealing surface)을 갖는 제 1 블록;
    제 3 구멍 및 제 4 구멍을 갖는 제 2 블록으로서, 상기 제 4 구멍을 한정하는 상기 제 2 블록의 표면은 제 1 나사산 부분을 포함하는 제 2 블록,;
    제 5 구멍, 제 2 환형 실링면 및 제 2 나사산 부분을 갖는 인서트(insert);
    상기 제 1 블록에 형성되는 상기 제 1 환형 실링면과 상기 인서트에 형성되는 상기 제 2 환형 실링면 사이에 배치되어 그 사이에서 압축되도록 구성된 제 1 시일 구조체;
    제 6 구멍을 갖는 어댑터로서, 상기 제 6 구멍을 한정하는 상기 어댑터의 표면은 상기 인서트의 제 2 나사산 부분과 맞물리도록 구성된 제 3 나사산 부분을 포함하는 어댑터;
    상기 인서트와 상기 어댑터 사이에 배치되어 그 사이에서 압축되도록 구성된 제 2 시일 구조체; 및
    상기 제 1 블록의 제 2 구멍과 상기 제 2 블록의 제 4 구멍에 수용되며, 상기 제 2 블록의 제 1 나사산 부분과 맞물리도록 구성된 제 4 나사산 부분을 포함하는 패스너를 포함하는,
    시일 피팅 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 환형 실링면은 제 1 실링 비드를 포함하고, 상기 제 2 환형 실링면은 제 2 실링 비드를 포함하며,
    상기 제 1 실링 비드 및 상기 제 2 실링 비드는 상기 제 1 시일 구조체에 충돌하도록 구성되는,
    시일 피팅 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 인서트는 상기 제 2 환형 실링면으로부터 연장하는 적어도 하나의 축 방향으로 연장하는 슬롯을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 축방향 연장 슬롯은 상기 어댑터에 대해 상기 인서트를 회전시키기 위한 툴과 맞물리도록 구성되는,
    시일 피팅 조립체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 인서트는 상기 제 2 나사산 부분으로부터 상기 제 2 환형 실링면을 향해 연장하는 상기 인서트의 축 방향으로 상기 제 2 환형 실링면을 넘어 연장하는 환형 칼라를 포함하며,
    상기 환형 칼라는 그 내부에 상기 제 1 블록의 제 1 환형 실링면을 수용하도록 구성되는,
    시일 피팅 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 블록 또는 상기 제 2 블록 중 하나는 그로부터 상기 제 1 블록 또는 상기 제 2 블록 중 다른 하나를 향하는 방향으로 돌출하는 레버리지 피처를 포함하는,
    시일 피팅 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 시일 구조체는 소성 변형 가능한 금속으로 형성된 제 1 시일부와 엘라스토머 재료로 형성된 제 2 시일부를 포함하는,
    시일 피팅 조립체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 블록의 제 4 구멍은 상기 하우징 벽에 대해 상기 제 2 블록의 회전 위치를 고정하기 위해 상기 하우징 벽 상에 형성된 로케이팅 피처를 수용하도록 구성되는,
    시일 피팅 조립체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 어댑터는 상기 제 1 블록 및 상기 제 2 블록에 대향하는 상기 하우징 벽의 한 면에 배치된 내부 열 교환기 하우징에 기계적으로 결합되고,
    상기 내부 열 교환기 하우징은 상기 제 1 블록의 제 1 구멍 및 상기 인서트의 제 5 구멍과 유체 연통하는,
    시일 피팅 조립체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 블록은 수형(male) 컴포넌트를 형성하고 상기 제 2 블록과 상기 인서트는 상기 수형 컴포넌트를 수용하도록 구성된 암형(female) 컴포넌트를 형성하도록 협력하는,
    시일 피팅 조립체.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 시일 구조체는 소성 변형 가능한 금속으로 형성되는,
    시일 피팅 조립체.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 어댑터의 반경 방향 연장면이 상기 어댑터의 단부에 접할 때, 상기 인서트와 상기 어댑터가 협력하여 시일 글랜드(gland)를 한정하고,
    상기 시일 글랜드의 단면적은 상기 인서트와 상기 어댑터 사이의 압축 전의 상기 제 2 시일 구조체의 단면적과 동일한,
    시일 피팅 조립체.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 시일 구조체는 상기 인서트와 상기 어댑터 사이의 상기 제 2 시일 구조체의 압축 도중 상기 시일 글랜드를 채우도록 소성 변형되는,
    시일 피팅 조립체.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 시일 글랜드는 상기 시일 피팅 조립체의 사용 중에 상기 제 2 시일 구조체의 추가 변형을 최소화하도록 상기 인서트의 축 방향 및 반경 방향 각각에서 상기 제 2 시일 구조체의 움직임을 제한하는,
    시일 피팅 조립체.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 시일 글랜드의 제 1 부분을 한정하는 상기 인서트의 표면 및 상기 시일 글랜드의 제 2 부분을 한정하는 상기 어댑터의 표면 각각은 상기 인서트와 상기 어댑터 사이의 압축 동안 상기 제 2 시일 구조체를 충돌시키도록 구성된 실링 비드를 포함하는,
    시일 피팅 조립체.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 소성 변형 가능한 금속은 40 HR 15T 미만의 경도를 갖는,
    시일 피팅 조립체.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 인서트는 상기 제 2 환형 실링면을 포함하는 더 큰 직경 부분 및 상기 제 2 나사산 부분을 포함하는 더 작은 직경 부분을 포함하는,
    시일 피팅 조립체.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 인서트의 더 큰 직경 부분은 상기 제 4 구멍을 한정하는 상기 제 2 블록의 표면 상에 형성된 제 2 숄더와 맞물리도록 구성된 제 1 숄더를 포함하는,
    시일 피팅 조립체.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 인서트의 더 큰 직경 부분은 제 1 실링 비드를 갖는 제 1 반경 방향 연장면을 포함하고,
    상기 어댑터는 상기 제 1 실링 비드와 대면하는 관계로 제 2 실링 비드를 갖는 제 2 반경 방향 연장면을 포함하는,
    시일 피팅 조립체.
  19. 열 교환기 조립체로서,
    제 1 유체를 수용하도록 구성되며, 그 내부에 개구가 형성된 외부 하우징 벽 및 그로부터 돌출하는 로케이팅 피처를 포함하는 열 교환기 탱크;
    상기 열 교환기 탱크 내에 배치되며 상기 제 1 유체로부터 유체 격리된 제 2 유체를 수용하도록 구성된 내부 열 교환기 하우징; 및
    시일 피팅 조립체를 포함하며,
    상기 시일 피팅 조립체는,
    제 1 구멍(aperture), 제 2 구멍, 및 상기 제 1 구멍을 둘러싸는 제 1 환형 실링면(sealing surface)을 갖는 제 1 블록;
    제 3 구멍 및 제 4 구멍을 갖는 제 2 블록으로서, 상기 제 4 구멍을 한정하는 상기 제 2 블록의 표면은 제 1 나사산 부분을 포함하는 제 2 블록,;
    제 5 구멍, 제 2 환형 실링면 및 제 2 나사산 부분을 갖는 인서트(insert);
    상기 제 1 블록에 형성되는 상기 제 1 환형 실링면과 상기 인서트에 형성되는 상기 제 2 환형 실링면 사이에 배치되어 그 사이에서 압축되도록 구성된 제 1 시일 구조체;
    제 6 구멍을 갖는 어댑터로서, 상기 제 6 구멍을 한정하는 상기 어댑터의 표면은 상기 인서트의 제 2 나사산 부분과 맞물리도록 구성된 제 3 나사산 부분을 포함하는 어댑터;
    상기 인서트와 상기 어댑터 사이에 배치되어 그 사이에서 압축되도록 구성된 제 2 시일 구조체; 및
    상기 제 1 블록의 제 2 구멍과 상기 제 2 블록의 제 4 구멍에 수용되며, 상기 제 2 블록의 제 1 나사산 부분과 맞물리도록 구성된 제 4 나사산 부분을 포함하는 패스너를 포함하는,
    열 교환기 조립체.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 시일 구조체 및 상기 제 2 시일 구조체는 소성 변형 가능한 금속으로 형성되는,
    열 교환기 조립체.
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