KR20130133196A

KR20130133196A - 열교환기, 열 교환기 조립체 및 그 정비 방법

Info

Publication number: KR20130133196A
Application number: KR1020137013524A
Authority: KR
Inventors: 존 키스; 알리손 키르크린; 매튜 헐니글
Original assignee: 모다인 매뉴팩츄어링 컴파니
Priority date: 2010-11-19
Filing date: 2011-11-16
Publication date: 2013-12-06
Also published as: CN103221773A; BR112013012454A2; DE112011103814T5; CN103221773B; US20130264039A1; WO2012068200A1

Abstract

열 교환기 조립체 및 정비 방법이 설명 및 도시되며, 몇몇 실시예에 있어서, 엔드-투-엔드 배열로 된 한 쌍의 코어 유닛, 및 상기 코어 유닛 사이에 배열되는 유체 탱크를 포함한다. 각각의 코어 유닛은 서로 평행하게 배열되며 코어 적층 방향으로 서로 이격되는 에어 핀, 및 인접 에어 핀 사이에 위치되며 그와 결합되는 평행 배열 유체 이송 튜브를 포함한다. 유체 탱크는 하나의 코어 유닛의 헤더 판에 밀봉 부착되는 제 1 단부 및 다른 코어 유닛의 헤더 판에 밀봉 부착되는 제 2 단부를 포함한다. 유체 탱크는 인접하는 코어 유닛들에 주름 결합(crimp)될 수 있으며, 적어도 하나의 코어 유닛의 어 적층 방향 최외각 경계 내에 전체적으로 위치될 수 있다.

Description

열교환기, 열 교환기 조립체 및 그 정비 방법{HEAT EXCHANGE ASSEMBLY AND METHOD}

본 발명은 열교환기, 열 교환기 조립체 및 그 정비 방법에 관한 것이다.

다양한 종류의 열 교환기는 통상적으로 열에너지를 제 1의, 더 뜨거운 유체로부터, 제 2의, 더 차가운 유체까지 전달하도록 사용된다. 본 기술 분야에 공지된 하나의 예로서, 자동차 또는 트럭 내의 내연기관은 엔진으로부터 폐열을 제거하고 이를 열 교환기(즉, 라디에이터) 내의 더 낮은 온도의 기류까지 전달하는 액체 냉매 루프의 사용과 함께 원하는 온도에서 작동된다. 이러한 라디에이터는 통상적으로 상기 튜브의 외면 위를 향하는 주변 공기로 상기 라디에이터를 통해 상기 냉매를 이송하여 유체 도관의 외면으로부터 멀리 열을 대류 전달하는 복수의 유체 도관을 포함한다.

이러한 원하는 엔진 온도(때때로 열 부하라고 칭해짐)를 유지하기 위한 상기 라디에이터 내의 원하는 열 전달률은 엔진의 출력에 비례적으로 증가한다는 것을 알 수 있을 것이다. 결과적으로, 대형 동력-집중 기계(예를 들면, 농업, 건설 및 광업 장비)는 이들 열 부하에 대한 적절한 열 방출 표면적을 제공하기 위한 대형 라디에이터를 필요로 한다. 이러한 대형 라디에이터의 제조는 문제가 많다.

자동차 및 트럭용 소형 및 고효율 라디에이터는 보통 노(furnace) 납땜 작업에서 상기 라디에이터의 적어도 특정 부분의 야금 결합에 의해 비용-효과적인 방식으로 생산된다. 그러나, 상기 라디에이터의 크기가 증가함에 따라, 상기 노의 물리적 한계에 도달되며, 덜 비용 효과적 및/또는 덜 소형이 되는 선택적 구축 방법 및 덜 효율적인 열 교환기에 필요에 따라 채용될 수 있다. 예를 들면, 몇몇 대형 장비에 있어서, 상기 라디에이터는 그로밋 밀봉부를 통해 삽입되는 많은 수의 개별 핀-부착 열 교환 튜브를 사용하여 구축된다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따라, 열 교환기 조립체는 엔드-투-엔드 배열의 한 쌍의 코어 유닛 및 상기 코어 유닛 사이에 배열되는 유체 탱크를 포함한다. 각각의 코어 유닛은 서로에 대해 평행하게 배열되고 코어 적층 방향으로 서로 이격되는 복수의 에어 핀을 포함한다. 각각의 코어 유닛은 상기 복수의 에어 핀 사이에 위치되며 인접 에어 핀에 결합되는 복수의 평행 배열 유체 이송 튜브를 더 포함한다. 제 1 및 제 2 이격 헤더 판은 상기 튜브의 제 1 및 제 2 단부를 각각 밀봉 수용한다. 제 1 및 제 2 측판은 인접 최외각 에어 핀에 위치되어 상기 코어 유닛의 최외각 경계를 상기 코어 적층 방향으로 규정한다. 상기 유체 탱크는 제 1 단부 및 상기 제 1 단부의 반대쪽에 위치하는 제 2 단부를 포함하며, 상기 제 1 단부는 상기 한 쌍의 코어 유닛 중 하나의 상기 제 1 및 제 2 헤더 판 중 하나에 밀봉 부착되며, 상기 제 2 단부는 상기 한 쌍의 코어 유닛 중 나머지의 상기 제 1 및 제 2 헤더 판 중 하나에 밀봉 부착된다. 상기 유체 탱크는 상기 코어 적층 방향으로 상기 한 쌍의 코어 유닛 중 적어도 하나의 상기 최외각 경계 내에 전체적으로 위치된다.

몇몇 실시예에 있어서, 상기 유체 탱크는 크림프 조인트에 의해 상기 한 쌍의 코어 유닛 중 적어도 하나에 밀봉 부착된다. 몇몇 실시예에 있어서, 개스킷은 상기 코어 유닛 중 적어도 하나의 상기 유체 탱크 및 헤더 판 사이에 포함된다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따른 열 교환기 조립체는 상기 한 쌍의 코어 유닛 중 하나의 상기 제 1 및 제 2 헤더 판 중 나머지에 밀봉 부착되는 입구 탱크 및 출구 탱크 중 적어도 하나를 더 포함한다.

몇몇 실시예에 있어서, 상기 열 교환기 조립체는 적어도 하나의 코어 유닛의 상기 코어 적층 방향의 상기 제 1 쌍에 인접하는 제 2 한 쌍의 코어 유닛을 포함한다. 이러한 몇몇 실시예는 상기 제 1 및 제 2 한 쌍의 코어 유닛을 지지하는 구조적 프레임을 포함한다. 몇몇 실시예에 있어서, 상기 제 1 한 쌍의 코어 유닛의 상기 중앙 탱크 및 상기 유체 이송 튜브는 제 1 유체 유로 및 상기 중앙 탱크를 함께 규정하고, 상기 제 2 한 쌍의 코어 유닛의 상기 유체 이송 튜브들은 제 2 유체 유로를 함께 규정한다. 상기 제 1 및 제 2 유체 유로는 그들을 통과하는 유체에 대해 서로 평행하게 배열된다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따라, 열 교환기는 제 1 및 제 2 코어 유닛을 포함한다. 각각의 코어 유닛은 상기 코어 유닛을 통과하는 방향으로 연장하는 거의 평행한 튜브의 조합을 갖는다. 각각의 튜브는 서로 반대쪽에 있는 제 1 및 제 2 단부를 갖는다. 헤더는 거의 평행한 튜브의 상기 조합의 상기 제 1 단부에 결합되어 유밀 밀봉부를 형성한다. 탱크는 상기 제 1 및 제 2 코어 유닛에 위치되며 대향 단부를 갖는다. 상기 제 1 및 제 2 코어 유닛 각각의 헤더는 상기 대향 단부의 각각의 하나와 유밀(fluid-tight) 방식으로 크림프 결합된다. 상기 탱크는 상기 제 1 및 제 2 코어 유닛의 상기 거의 평행한 튜브의 내부 공간과 유체 연통하는 적어도 하나의 내부 공간을 갖는다.

본 발명의 다른 실시예에 따라, 열 교환기를 정비하는 방법은 제 1 한 쌍의 코어 유닛을 제 2 한 쌍의 코어 유닛으로부터 분리하는 단계를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 쌍의 코어 유닛은 공통 프레임에 의해 지지된다. 상기 방법은 상기 제 1 한 쌍의 코어 유닛을 상기 제 2 한 쌍의 코어 유닛으로부터 분리함으로써 상기 제 1 한 쌍의 코어 유닛의 튜브 및 상기 제 2 한 쌍의 코어 유닛의 튜브 사이의 유체 연통을 종료시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 제 2 한 쌍의 코어 유닛을 상기 프레임 내의 제자리에 유지시키는 동안 상기 제 1 한 쌍의 코어 유닛을 상기 프레임으로부터 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따라, 상기 전체 열 교환기 조립체의 교체 필요 없이 손상되는 경우 교체될 수 있어서, 수리 및 교체 비용을 감소시킨다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열 교환기 조립체의 사시도이다.
도 2는 도 1의 상기 열 교환기 조립체의 선택된 부분의 부분 사시도이다.
도 3은 도 1의 III-III 부분의 부분 사시 상세도이다.
도 4는 도 3의 IV-IV 선을 따른 부분 단면도이다.
도 5는 도 1의 상기 열 교환기 조립체에서 사용되는 탱크의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열 교환기 조립체의 사시도이다.

본 발명의 모든 실시예가 상세히 설명되기 전에, 본 발명은 그 적용에 있어서 이하의 상세한 설명에 기재된 또는 이하의 도면에 도시된 구성요소의 상세한 구성 및 구성요소의 배열에 제한되지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예일 수 있으며 다양한 방식으로 실시되거나 수행되는 것일 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용되는 어법 및 전문용어는 설명의 목적으로 사용되며 제한하도록 고려되지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 본 명세서에서 사용되는 “구비하는”, “포함하는”, 또는 “갖는” 및 그의 변형의 사용은 그 뒤에 언급되는 항목 및 추가 항목뿐만 아니라 그의 등가물까지 포괄하는 것을 의미한다. 별도로 특정되거나 제한되지 않는 한, “장착되는”, “연결되는”, “지지되는” 및 “결합되는” 및 그의 변형은 직접 및 간접 장착, 연결, 지지 및 결합을 넓게 포괄하여 사용된다. 또한, “연결되는” 및 “결합되는”은 물리적 또는 기계적 연결 및 결합에 제한되지 않는다.

본 발명의 실시예에 따른 열 교환기 조립체(1)는 도 1에 도시되어 있으며 엔드-투-엔드 배열의 제 1 및 제 2 코어 유닛(2)을 포함한다. 도 1의 바람직한 실시예가 이러한 두 개의 코어 유닛을 도시하더라도, 열 교환기 조립체(1)는 추가의 이러한 코어 유닛을 포함할 수 있다. 추가의 코어 유닛(2)은 마찬가지로 서로 엔드-투-엔드 방식으로 배열되거나, 도 1에 도시된 상기 제 1 및 제 2 열 교환 코어 유닛(2) 중 하나 또는 둘 다와 엔드-투-엔드 방식으로 배열될 수 있다.

각각의 코어 유닛(2)은 튜브 및 핀 매트릭스(3) (도 2에 더 자세하게 도시됨), 제 1 및 제 2 헤더 판(5), 및 제 1 및 제 2 측판(6)을 포함한다. 상기 튜브 및 핀 매트릭스(3)는 복수의 에어 핀(10) 및 복수의 유체 이송 튜브(11)를 포함한다. 상기 에어 핀(10)은 서로 평행하게 배열되며, 코어 적층 방향으로 서로 이격되어(쌍촉 화살(A)에 의해 도시됨) 상기 튜브(11)가 인접한 상기 에어 핀(10) 사이에 위치되어 튜브 및 에어 핀의 인터리브 매트릭스를 창출하도록 한다. 상기 에어 핀(10) 및 튜브(11)는 그들의 접촉 위치에서 서로 접착되어 상기 열 교환기 조립체(1)의 동작 중에 상기 튜브(11)를 통과하는 유체 및 상기 에어 핀(10)의 표면 위를 지나가는 공기 흐름 사이의 열 전달에 저 저항을 초래할 수 있다. 이러한 접착은 열 교환기 분야에 공지된 경납땜(brazing), 용접, 납땜(soldering), 글루잉(gluing) 또는 기타 방법에 의해 달성될 수 있다.

상기 에어 핀(10) 또는 튜브(11) 또는 둘 다는 알루미늄, 구리, 스틸, 및 기타를 포함하지만 그에 제한되지 않는 금속 재료로 구성될 수 있다. 선택적으로, 상기 에어 핀(10) 또는 튜브(11) 또는 둘 다는 예를 들면 플라스틱과 같은 비금속 재료로 구성될 수 있다. 바람직한 실시예에는 도시되지 않았지만, 몇몇 실시예에 있어서, 상기 유체 이송 튜브(11)는 난류를 증가시키고 그에 따라 열 전달을 증대시켜 상기 열 교환기 조립체(1)가 의도되는 적용예의 특정 요구사항을 만족하기 위한 웨빙(webbing), 인서트(insert) 또는 기타 특징부를 포함할 수 있다.

도 2에 도시되는 상기 에어 핀(10)은 사형(serpentine type)이지만, 본 기술 분야에 공지된 선택적 에어 핀 타입이 마찬가지로 채용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 몇몇 실시예에 있어서, 상기 에어 핀(10)은 방형파(square-wave) 형상을 가질 수 있다. 또 다른 실시예에 있어서, 상기 에어 핀(10)은 플레이트 핀일 수 있다. 상기 에어 핀은 미늘창(louvers), 범프, 슬릿, 랜스(lances), 오프셋 및 그의 조합을 포함하지만 그에 제한되지는 않는 터뷸레이팅 특징부(turbulating features)를 포함할 수 있다.

각각의 열 교환 코어 유닛(2)의 상기 제 1 및 제 2 헤더 판(5)은 상기 코어 유닛(2)의 상기 튜브(11)의 튜브-축 방향으로 서로 이격되어 있다. 각각의 상기 헤더 판(5)은 상기 복수의 튜브(11)와 일대일 대응으로 상기 적층 방향(A)을 따라 배열되는 복수의 튜브 슬롯(12) (도 4)을 포함한다. 각각의 상기 튜브(11)의 제 1 단부는 제 1 헤더 판(5) 내의 상기 튜브 슬롯(12) 중 하나 내로 연장하여 그에 의해 밀봉 수용되며, 각각의 상기 튜브(11)의 제 2 단부는 제 2 헤더 판(5) 내의 상기 튜브 슬롯(12) 증 하나 내로 연장하여 그에 의해 밀봉 수용된다. 상기 헤더 판(5) 및 상기 튜브(11)의 단부 사이의 밀봉은 열 교환기 기술 분야에 공지된 경납땜, 용접, 글루잉 또는 기타 결합 및 밀봉 방법에 의해 달성될 수 있다. 상기 헤더 판(5)은 몇몇 실시예에 있어서 압인된 금속 부품일 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 헤더 판(5)은 사출 성형 플라스틱 부품일 수 있다. 또 다른 실시예에 있어서, 상기 헤더 판(5)은 다른 물질로 구성될 수 있거나, 다른 방법으로 제조될 수 있거나, 둘 다로 제조될 수 있다.

각각의 코어 유닛(2)의 상기 제 1 및 제 2 측면 피스(6)는 상기 코어 적층 방향(A)으로 상기 튜브 및 핀 매트릭스(3)의 경계를 이루도록 상기 코어 유닛(2)의 상기 에어 핀(10) 중 최외각에 인접하게 배열된다. 다시 말하면, 코어 유닛(2)의 상기 제 1 및 제 2 측면 피스(6)는 상기 코어 적층 방향(A)으로 상기 코어 유닛(2)의 최외각 경계를 규정한다. 상기 측면 피스(6)는 인접하는 상기 에어 핀(10) 및 튜브(11)의 접촉이 유지되는 것을 보장하기 위해 상기 코어 적층 방향(A)으로 압축 부하를 가하도록 상기 튜브 및 핀 매트릭스(3)의 결합 중에 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 상기 측판(6)이 최외각 에어 핀(10)에 결합되는 것이 유리하게 될 수 있다. 단지 예로서, 몇몇 실시예에 있어서, 상기 에어 핀(10), 유체 이송 튜브(11), 헤더 판(5) 및 측면 피스(6)는 모두 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성될 수 있고, 하나 또는 그 이상의 경납땜 작업으로 서로 결합되어 코어 유닛(2)을 형성할 수 있다.

도 1의 실시예는 상기 열 교환기 조립체(1)의 대향 단부에서 헤더 판(5)에 연결되는 제 1 및 제 2 유체 탱크(7)를 더 포함한다. 이들 탱크(7)는 상기 열 교환기 조립체(1)의 상기 유체 이송 튜브(11)를 통과하는 유체를 위한 입구 및 출구 탱크로서의 기능을 수행한다. 상기 열 교환기 조립체(1)의 동작 중에, 유체는 탱크(7) 위에 위치되는 포트(8)를 통해 상기 탱크(7) 중 하나에 의해 수용될 수 있으며, 탱크(7)가 연결되는 상기 헤더 판(5)을 포함하는 상기 코어 유닛(2)의 상기 유체 이송 튜브(11)로 분배될 수 있다. 상기 코어 유닛(2) 중 적어도 두 개의 상기 튜브(11)를 통과한 후, 상기 유체는 상기 탱크(7) 중 다른 하나 내로 수용될 수 있으며, 다른 탱크(7) 위에 위치되는 포트(8)를 통해 상기 열 교환기 조립체(1)로부터 제거될 수 있다.

동작 중에 상기 열 교환기 조립체로부터의 유체의 원하지 않는 누출을 방지하기 위해, 유밀(fluid-tight) 밀봉부가 상기 탱크(7) 및 상기 대응하는 헤더 판(5) 사이에 제공될 수 있다. 도 3 및 도 4의 바람직한 실시예에 있어서, 이러한 밀봉부는 대응하는 헤더 판(5)의 전체 외주를 따라 연장하며 헤더 판(5) 및 상기 대응하는 탱크(7) 사이에서 압축되는 개스킷(13)의 사용에 의해 제공된다. 압축 부하는 상기 헤더 판(5)의 외주를 따라 배열되며 상기 탱크(7)의 외주를 따라 플랜지(16)에 대해 결합하도록 변형되는 탭(14)에 의해 유지된다. 상기 탱크(7)를 상기 헤더 판(5)에 조립하는 중에, 부하가 상기 탱크 및 헤더 판에 가해져서 상기 개스킷(13)을 압축할 수 있으며, 상기 탭(14)은 압축 부하를 유지하도록 변형될 수 있다. 도 3은 복수의 이러한 탭(14)이 헤더 판(5)의 외주를 따라 배열되는 변형 전의 상태를 도시하며, 도 4는 상기 탭(14) 중 하나가 차후에 변형된 상태를 도시한다. 이러한 특성의 결합은 본 기술 분야에서 통상적으로 크림프 조인트라고 불린다. 이러한 조인트는 상기 탱크(7)가 용접, 납땜 또는 경납땜과 같은 통상의 야금 결합에 도움을 주지 않는 물질로 구성되는 경우(예를 들면, 상기 탱크(7)가 플라스틱으로 구성되는 경우) 특별히 바람직할 수 있다. 또한, 다른 결합 방법은 많은 적용예에 있어 적합하지 않을 수도 있다. 단지 예로서, 많은 경우에, 볼트, 스크루, 또는 기타 나사 체결구의 사용은 비현실적일 수 있는바, 체결구에의 접근이 불가능한 경우, 국부적인 체결 지점이 부품 사이의 충분한 또는 신뢰성 있는 압축 연결에 적합하지 않은 경우, 공간 및 패키지 제약이 체결구 및 체결구 구멍의 사용 가능성을 배제시키는 경우, 및/쪼는 압축 및 크림프 조인트의 사용이 낮은 열 교환기 생산 및 조립 비용을 가능하게 하는 경우를 포함하지만 그에 제한되지는 않는다.

열 교환기 조립체(1)는 상기 제 1 및 제 2 코어 유닛(2) 사이에 위치되는 중간 유체 탱크(4)를 더 포함한다. 중간 탱크(4)의 하나의 실시예는 도 5에 더 상세하게 도시된다. 상기 중간 탱크(4)는 상기 탱크(4)의 제 1 단부에 위치되는 제 1 개방 표면(15) 및 상기 제 1 단부의 반대쪽에 있는 상기 탱크(4)의 제 2 단부에 위치되는 제 2 개방 표면(15)을 갖는다. 동작 중에, 유체는 상기 중간 탱크(4)의 상류(상기 유체 흐름에 대해)에 위치되는 코어 유닛(2)으로부터 상기 제 1 개방 표면(15)을 통해 상기 중간 탱크(4) 내로 흘러들어가게 되며, 상기 유체가 상기 중간 탱크(4)의 하류(상기 유체 흐름에 대해에 위치되는 코어 유닛(2) 내로 상기 제 2 개방 표면(15)을 통해 상기 중간 탱크(4)로부터 흘러나오도록 한다.

리브(17)는 상기 중간 탱크(4) 내에 포함될 수 있다. 이들 리브(17)는 상기 탱크 벽에 작용하는 유체 압력에 의해 가해지는 부하에 대해 상기 중간 탱크(4)를 강화하도록 사용될 수 있으며, 또한 서로에 대해 상기 열 교환기 조립체(1)를 위한 구조적 지지(예를 들면, 하나의 코어 유닛(2)을 다른 것에 대해 회전 또는 경사지게 하는 힘에 대해)를 제공할 수 있다. 추가적으로 또는 선택적으로, 상기 리브(17)는 상기 중간 탱크(4) 내에서 상기 유체의 적어도 일부의 재-혼합을 방지하도록 사용될 수 있다. 도 5에 도시된 상기 리브(17)는 하나의 리브(17)가 각각 한 쌍의 인접 튜브(11) 사이에 위치되도록 배열된다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 더 적은 수의 리브(17)가 사용되며, 몇몇 실시예에 있어서, 상기 리브(17)는 완전히 배제된다.

도시된 실시예의 바람직한 중간 탱크(4)는 도 4의 상기 탱크(7)의 상기 플랜지(16)와 마찬가지로, 두 개의 개방 표면(15) 각각의 둘레에 연장하는 제 1 및 제 2 플랜지(16)를 포함한다. 상기 중간 탱크(4)의 플랜지(16) 중 적어도 하나는 개스킷(13)과 연계되어 사용되어 도 4를 참조하여 설명된 바와 같이 크림프 조인트를 생성함으로써 인접 개방 표면(15)을 따라 나란히 배열되는 상기 중간 탱크(4) 및 상기 헤더 판(5) 사이에 유밀 밀봉부를 생성할 수 있다. 다시 말하면, 이러한 조인트는 상기 중간 탱크(4)가 플라스틱으로 구성되는 경우 특히 바람직하며, 또한 기타 결합 방법이 가능하지 않거나 적절하지 않은 다양한 적용예에서 특별한 용도를 발견한다.

이와 같이 상기 중간 탱크(4)를 코어 유닛(2)에 결합시키는데 있어서, 상기 중간 탱크(4)는 상기 코어 유닛(2)의 전술된 코어 적층 방향 최외각 경계 내에 바람직하게 위치될 수 있다. 상기 중간 탱크(4)가 이와 같이 위치됨에 따라, 다중 열 교환기 조립체(2)가 상기 코어 적층 방향(A)으로 인접하게 위치될 수 있다. 또한, 상기 중간 탱크(4) 및 상기 인접 코어 유닛(2)(전술한 바와 같이) 사이의 크림프 조인트의 사용은 하나의 실시예에 있어서 스크루, 볼트 또는 기타 별개의 체결구를 필요로 하지 않는 유지관리가 자유로운 압축 조인트를 가능하게 하며, 상기 코어 유닛(2) 사이의 강하고 안정적인 연결을 여전히 제공한다.

본 발명에 따른 열 열 교환기 조립체(도 6에 도시됨)의 선택적 실시예(101)에 있어서, 복수의 쌍의 코어 유닛(2)은 상기 코어 적층 방향(A)으로 서로 인접하여 배열된다. 상기 쌍의 코어 유닛(2) 각각은, (도 1의 실시예에 도시되는 탱크(7)와 같은) 상기 쌍의 대향 단부에 결합되는 입구 탱크 및 출구 탱크뿐만 아니라, 전술한 바와 같이 상기 코어 유닛(2)에 결합되는 (도 5의 상기 중간 탱크(4)와 같은) 중간 탱크를 포함한다. 제 1 및 제 2 단부 채널(102) 및 제 1 및 제 2 측면 채널(103)을 포함하는 구조적 프레임(107)은 상기 열 교환기 조립체(102) 내에서 상기 쌍의 코어 유닛(2)을 고정하도록 사용된다.

상기 도시된 구조적 프레임(107)은 상기 열 교환기 조립체(101)를 강화하도록 상기 측면 채널(103) 사이를 가로지르는 중앙 레일(104)을 포함한다. 또한, 도시된 실시예를 예시적으로 참조하면, 체결구(106)는 상기 중간 탱크를 상기 중앙 레일(104)에 고정하고 상기 입구 탱크 및 상기 출구 탱크를 단부 채널(102)에 고정할 뿐만 아니라, 상기 중앙 레일(104)을 상기 측면 레일(103)에 고정하도록 사용된다. 도 6의 바람직한 실시예에 사용되는 체결구(106)는 나사 볼트이지만, 예를 들면, 스크루, 리벳 및 기타와 같은 다양한 체결구가 동등하게 적절히 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 상기 중간 탱크(4) 및 상기 입구 및 출구 탱크 내의 장착 구멍(9)(도 1 및 도 5에 상세히 도시됨)은 상기 체결구(106)를 수용하도록 사용된다. 몇몇 실시예에 있어서, 상기 체결구(106)는 상기 장착 구멍(9)을 통해 전체적으로 연장하며 상기 열 교환기 조립체(1)의 대향 표면에 고정되는 반면, 다른 실시예에 있어서, 상기 체결구(106)는 상기 장착 구멍(9)에 직접 고정된다. 상기 구조적 프레임(107)은 상기 열 교환기 조립체(101)를 더 강화시키는 크로스 바(105)를 선택적으로 포함할 수 있다.

전술한 바와 같은 열 교환기 조립체(1, 101)(전술한 바와 같이 하나 또는 그 이상의 중간 탱크(4)를 통해 엔드-투-엔드 방식으로 결합되는 적어도 두 개의 코어 유닛(2)을 갖는)를 사용함으로써, 전체 열 교환기 조립체(1, 101)는 사실상 모듈형이 될 수 있다. 특히, 몇몇 실시예에 있어서의 사용자는 원하는 대로 하나 또는 그 이상의 쌍의 코어 유닛(2) 및 중간 탱크(4)를 제거, 정비, 수리 및/또는 교체하도록 상기 시스템을 부분적으로 분해할 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 이러한 작용은 상기 시스템 내의 다른 코어 유닛(2)의 분해 또는 제거 없이 수행될 수 있다.

도 6의 상기 열 교환기 조립체(101)를 계속해서 참조하면, 제 1 한 쌍의 코어 유닛(2)의 상기 유체 또는 중앙 탱크 및 상기 유체 이송 튜브는 함께 적어도 부분적으로 제 1 유체 유로를 규정하며, 제 2 한 쌍의 코어 유닛(2)의 상기 중앙 탱크 및 유체 이송 튜브는 함께 적어도 부분적으로 제 2 유체 유로를 규정한다. 마찬가지로, 제 3 한 쌍의 코어 유닛(2)의 상기 중앙 탱크 및 유체 이송 튜브는 함께 적어도 부분적으로 제 3 유체 유로를 규정한다. 상기 쌍의 코어 유닛(2)의 적어도 두 개의 상기 입구 탱크는 그들의 각각의 유체 유로가 서로 평행하도록 서로 연결될 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 상기 유체 유로 중 적어도 하나는 상기 유체 유로 중 적어도 다른 것과 연속된다.

전술된 바와 같은 열 교환기 조립체는 건설, 농업 및 광업 장비와 같은 대형 기계에 사용되는 엔진 냉매 라디에이터로서의 용도를 발견할 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 이러한 라디에이터는 상기 코어 유닛의 튜브를 통과하는 냉매의 흐름으로부터 상기 에어 핀 및 상기 튜브의 외면 위를 향하는 공기 흐름까지 열을 거부하도록 사용된다. 그러나, 본 발명에 따른 열 교환기 조립체가 다른 적용예에서의 용도를 발견할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

몇몇 장점이 전술한 바와 같은 열 교환기 조립체의 사용을 통해 실현될 수 있다. 예를 들면, 고효율 경납땜 튜브 및 핀 코어 구조는 가용 경납땜 로 내에 수용될 수 있는 것보다 큰 표면적을 갖는 열 교환기 조립체를 창출하도록 사용될 수 있다. 상기 열 교환기 조립체는 최소 공기 차단 또는 우회와 함께 소형으로 패키지되는 소형 코어 유닛으로 구성될 수 있다. 다른 예를 들면, 상기 열 교환기 조립체의 개별 코어 섹션은 상기 전체 열 교환기 조립체의 교체 필요 없이 손상되는 경우 교체될 수 있어서, 수리 및 교체 비용을 감소시킨다.

본 발명의 특정 특징부 및 구성요소에 대한 다양한 대안이 본 발명의 특정 실시예를 참조로 본 명세서에 설명된다. 전술된 각각의 실시예를 상호 배제하는 또는 서로 일치하지 않는 특징부, 구성요소 및 작동 방식을 제외하면, 하나의 특정 실시예를 참조하여 설명되는 대안적 특징부, 구성요소 및 작동 방식은 다른 실시예에도 적용 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다.

전술한 및 도면에서 설명되는 실시예들은 본 발명의 개념 및 원리의 예로서 제시되는 것일 뿐 이를 제한하고자 하는 것은 아니다. 이와 같이, 본 발명의 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상 및 범주를 이탈하지 않고도 구성요소 및 그들의 구성 및 배열이 변화할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

본 발명의 다양한 특징부 및 장점은 이하의 청구범위로부터 나타나게 된다.

1: 열 교환기 조립체 2: 코어 유닛
3: 핀 매트릭스 5: 헤더 판
6: 측판 10: 에어 핀
11: 튜브 12: 튜브 슬롯

Claims

유체 탱크; 및
엔드-투-엔드 배열되는 한 쌍의 코어 유닛을 포함하되, 상기 유체 탱크는 상기 한 쌍의 코어 유닛 사이에 위치되며 그와 유체 연통하는 내부를 가지며, 상기 코어 유닛 각각은:
코어 적층 방향으로 서로 평행하며 서로 이격되는 복수의 에어 핀,
인접하는 상기 복수의 에어 핀 사이에 위치되며 그에 연결되는 복수의 평행 유체 이송 튜브,
상기 복수의 평행 유체 이송 튜브의 제 1 및 제 2 단부를 각각 밀봉 수용하는 제 1 및 제 2 이격 헤더 판, 및
상기 코어 적층 방향으로 각각의 코어 유닛의 최외각 경계를 규정하도록 상기 복수의 에어 핀의 최외각에 인접 위치하는 제 1 및 제 2 측판을 포함하며,
상기 유체 탱크는 제 1 단부 및 상기 제 1 단부의 반대쪽에 있는 제 2 단부를 포함하며, 상기 제 1 단부는 상기 한 쌍의 코어 유닛 중 하나의 상기 제 1 및 제 2 헤더 판 중 하나에 밀봉 부착되며, 상기 제 2 단부는 상기 한 쌍의 코어 유닛 중 나머지의 상기 제 1 및 제 2 헤더 판 중 하나에 밀봉 부착되며, 상기 유체 탱크는 상기 코어 적층 방향으로 상기 한 쌍의 코어 유닛 중 적어도 하나의 상기 최외각 경계 내에 전체적으로 위치되는 것을 특징으로 하는 열 교환기 조립체.
제 1 항에 있어서, 상기 유체 탱크는 상기 한 쌍의 코어 유닛 중 적어도 하나에 크림프 조인트에 의해 밀봉 부착되는 것을 특징으로 하는 열 교환기 조립체.
제 1 항에 있어서, 상기 한 쌍의 코어 유닛 중 하나의 상기 제 1 및 제 2 헤더 판 중 나머지에 밀봉 부착되는 입구 탱크 및 출구 탱크 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열 교환기 조립체.
제 3 항에 있어서, 상기 한 쌍의 코어 유닛 중 나머지의 상기 제 1 및 제 2 헤더 판 중 나머지에 밀봉 부착되는 입구 탱크 및 출구 탱크 중 나머지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열 교환기 조립체.
제 1 항에 있어서, 상기 유체 탱크 및 상기 한 쌍의 코어 유닛 중 하나의 상기 제 1 및 제 2 헤더 판 중 하나 사이에 위치되는 개스킷을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열 교환기 조립체.
제 1 항에 있어서, 각각의 코어 유닛은 경납땜 알루미늄 코어 유닛인 것을 특징으로 하는 열 교환기 조립체.
제 1 항에 있어서, 상기 유체 탱크는 플라스틱으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열 교환기 조립체.
제 1 항에 있어서, 상기 한 쌍의 코어 유닛은 제 1 한 쌍의 코어 유닛이며, 상기 코어 적층 방향으로 상기 제 1 한 쌍의 코어 유닛에 인접하는 제 2 한 쌍의 코어 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열 교환기 조립체.
제 8 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 한 쌍의 코어 유닛을 지지하는 구조적 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열 교환기 조립체.
제 8 항에 있어서, 상기 유체 탱크는 제 1 유체 탱크이며, 상기 열 교환기 조립체는 제 2 유체 탱크를 더 포함하며, 상기 제 1 유체 탱크 및 상기 제 1 한 쌍의 코어 유닛의 상기 복수의 평행 유체 이송 튜브는 함께 적어도 부분적으로 제 1 유체 유로를 규정하며, 상기 제 2 유체 탱크 및 상기 제 2 한 쌍의 코어 유닛의 상기 복수의 평행 유체 이송 튜브는 함께 적어도 부분적으로 제 2 유체 유로를 규정하는 것을 특징으로 하는 열 교환기 조립체.
제 10 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 유체 유로는 그를 통과하는 유체에 대해 서로 평행하게 배열되는 것을 특징으로 하는 상기 열 교환기 조립체.
제 10 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 유체 유로는 그를 통과하는 유체에 대해 서로 연속 배열되는 것을 특징으로 하는 열 교환기 조립체.
제 1 및 제 2 코어 유닛으로서, 각각의 코어 유닛은 상기 코어 유닛을 통과하는 방향으로 연장하는 거의 평행한 튜브의 조합을 가지며, 각각의 튜브는 서로 반대쪽에 위치되는 제 1 및 제 2 단부, 및 상기 거의 평행한 튜브 조합의 상기 제 1 단부와 결합되어 그와의 유밀 밀봉부를 형성하는 헤더를 갖는, 상기 제 1 및 제 2 코어 유닛; 및
상기 제 1 및 제 2 코어 유닛 사이에 위치되며 대향 단부를 갖는 탱크로서, 상기 제 1 및 제 2 코어 유닛 각각의 상기 헤더는 상기 대향 단부의 각각에 유밀 결합으로 주름 결합(crimp)되며, 상기 제 1 및 제 2 코어 유닛의 상기 복수의 거의 평행한 튜브의 내부 공간과 유체 연통하는 적어도 하나의 내부 공간을 갖는 상기 탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
제 13 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 코어 유닛의 상기 헤더는 변형되어 상기 탱크의 상기 대향 단부와의 크림프 조인트를 규정하는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
제 13 항에 있어서, 상기 탱크의 각각의 대향 단부 및 상기 제 1 및 제 2 코어 유닛의 상기 대응하는 헤더 사이에 압축되는 개스킷을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
제 13 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 코어 유닛은 제 1 한 쌍의 코어 유닛이며, 상기 제 1 한 쌍의 코어 유닛에 인접하는 제 2 한 쌍의 코어 유닛을 더 포함하며, 상기 제 1 한 쌍의 코어 유닛의 상기 거의 평행한 튜브 조합은 상기 제 2 한 쌍의 코어 유닛의 상기 거의 평행한 튜브 조합과 거의 동일한 방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
제 16 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 쌍의 코어 유닛 내의 상기 제 1 코어 유닛을 가로질러 연장되며 그의 인접 단부를 결합시키는 제 2 탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
제 17 항에 있어서, 상기 제 2 탱크는 상기 제 1 및 제 2 쌍의 코어 유닛의 상기 제 1 코어 유닛의 상기 거의 평행한 튜브 조합 사이에 유체 연통을 구성하는 내부를 갖는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
제 13 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 코어 유닛 각각의 상기 거의 평행한 튜브 조합의 최외각에 인접 위치되는 제 1 및 제 2 측판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
제 19 항에 있어서, 상기 탱크 및 상기 제 1 및 제 2 코어 유닛은 상기 제 1 및 제 2 코어 유닛의 상기 거의 평행한 튜브 조합을 횡단 연장하는 각각의 폭을 가지며, 상기 탱크의 폭은 상기 제 1 및 제 2 코어 유닛의 상기 폭보다 크지 않은 것을 특징으로 하는 열 교환기.
열 교환기를 정비하는 방법에 있어서,
제 1 한 쌍의 코어 유닛을 제 2 한 쌍의 코어 유닛으로부터 분리하는 단계로서, 상기 제 1 및 제 2 쌍의 코어 유닛은 공통 프레임에 의해 지지되며, 상기 제 1 및 제 2 한 쌍의 코어 유닛 각각은:
제 1 코어 유닛 및 제 2 코어 유닛;
상기 제 1 및 제 2 코어 유닛 중 하나를 통과하는 방향으로 연장하는 거의 평행한 튜브 조합으로서, 각각의 튜브는 서로 반대쪽에 위치되는 제 1 단부 및 a 제 2 단부를 갖는 상기 조합;
상기 거의 평행한 튜브 조합의 상기 제 1 단부와 결합되어 그와의 유밀 밀봉부를 형성하는 헤더; 및
상기 제 1 코어 유닛 및 상기 제 2 코어 유닛 사이에 위치되는 탱크로서, 상기 탱크는 상기 제 1 및 제 2 코어 유닛의 대응하는 헤더와 유밀 결합하여 고정되는 각각의 대향 단부를 가지며, 상기 복수의 거의 평행한 튜브의 내부 공간과 유체 연통하는 적어도 하나의 내부 공간을 갖는 상기 탱크;를 포함하는, 단계;
상기 제 1 한 쌍의 코어 유닛을 상기 제 2 한 쌍의 코어 유닛으로부터 분리함으로써 상기 제 1 한 쌍의 코어 유닛의 상기 거의 평행한 튜브 조합과 상기 제 2 한 쌍의 코어 유닛의 상기 거의 평행한 튜브 조합 사이의 유체 연통을 종료하는 단계; 및
상기 제 2 한 쌍의 코어 유닛이 상기 프레임 내에서 제자리에 유지되는 동안 상기 제 1 한 쌍의 코어 유닛을 상기 프레임으로부터 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기 정비 방법.