KR20140020702A - 열교환기 관, 열교환기 관조립체 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

열교환기 관조립체에 사용하기 위한 관은 둥근 관을 성형하고, 둥근 관의 단부의 직경을 감소시키고, 둥근 관의 다른 부분을 평탄하게 함으로써 만들어진다. 천이 영역은 그 직경을 감소시킴으로써 부분적으로 형성되며, 게다가 관을 편평하게 함으로써 형성된다.

Description

열교환기 관, 열교환기 관조립체 및 그 제조 방법{HEAT EXCHANGER TUBE, HEAT EXCHANGER TUBE ASSEMBLY, AND METHODS OF MAKING THE SAME}
본 발명은 일반적으로 관과, 열교환기용 핀 및 조립체와, 그 제조 방법에 관한 것이다.
제 1 유체를 운반하기 위한 관과 제 1 유체에 대하여 열을 주고 받는 제 2 유체에 대한 제 2 전열면을 갖는 개별적으로 교체 가능한 관조립체를 이용하는 대형 열교환기는 잘 알려져 있다. 예로서, 폐열을 엔진 냉각액으로부터 공기로 전달하기 위한 중장비 라디에이터로서 기능하는 이런 유형의 열교환기는 머레이(Murray)의 특허문헌 1 및 뉴덱(Neudeck)의 특허문헌 2에 설명되어 있다. 이들 열교환기에 사용되는 관조립체는 열교환용 중심 핀부(finned section), 및 밀봉 그로밋(grommet) 속에 삽입하기 위한 핀이 없는 원통형 단부를 갖는다.
전술한 유형의 열교환기 관조립체는 전형적으로 구리로 구성되는데, 핀 영역의 확장 공기측 표면이 관에 솔더링되어 있다. 구리는 높은 열전도성, 제조 용이성, 및 양호한 강도 및 내구성의 이점을 제공한다. 그러나 꾸준히 상승하는 구리 가격은 다른 저렴한 재료에 대한 수요가 있게 하였다.
알루미늄은 다른 열교환기(예를 들어, 자동차 및 상용 라디에이터)에서 바람직한 구성재료로서 구리를 대체하였지만, 이런 유형의 중장비 열교환기에서 성공적으로 구리를 대체하지 못하였다. 알루미늄은 구리보다 강도가 상당히 낮기 때문에 내구성이 염려되었다. 이는 개별 관조립체가 현장에서 제거되어 삽입될 필요가 있는 용도에 특히 문제가 되는데 이런 취급 중에 손상이 발생하기 쉽기 때문이다. 게다가 알루미늄 구성요소를 접합하는데는 구리의 솔더링보다 상당히 높은 온도를 필요로 하기 때문에 제조가 어렵게 된다. 따라서 여전히 개선의 여지가 있다.
미국특허 제 3,391,732호 미국특허 제 4,236,577호
본 발명에 따른 열교환기 관, 열교환기 관조립체 및 그 제조 방법은 내구성이 우수하고, 제조가 용이한 열교환기 관, 열교환기 관조립체 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 열교환기용 관조립체는 평탄부를 갖는 관을 포함하는데, 대향하는 좁은 관측면에 의해 넓은 관측면이 이격되어 결합되어 있다. 관조립체는 또한 두 개의 핀 구조물을 더 포함하는데, 각 구조물은 횡측면에 의해 서로 연결된 파형의 능선부 및 골부와, 두 개의 평면상 측면시트를 갖는다. 하나의 핀 구조물의 파형 골부는 넓은 관측면 중의 하나와 연결되고, 그 핀 구조물의 파형 능선부는 그 측면시트 중의 하나의 면과 연결된다.
일부 실시형태에 있어서, 관은 관의 길이방향 단부에서 원통부를 포함하는데, 원통부들 사이에는 평탄부가 배치되어 있다. 일부 실시형태에 있어서, 핀 구조물 및 측면시트는 브레이징 죠인트에 의해 결합되어 있으며, 일부 실시형태에서 이들은 하나 이상의 알루미늄 합금으로 형성된다. 일부 실시형태에 따르면, 넓은 관측면의 두께는 측면시트의 두께의 적어도 두 배다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 열교환기용 관조립체는 관조립체의 적어도 일부에 걸쳐 길이방향으로 연장되는 유체 유동관을 포함한다. 유체 유동관은 길이방향에 수직한 장치수 및 단치수를 갖는데, 단치수는 장치수보다 상당히 작다. 연속관벽은 유동관을 둘러싸고 있다. 두 개의 평면상 측면시트는 단치수 방향으로 연소관벽으로부터 동일한 거리로 이격되어 있으며, 얇은 웨브에 의해 관벽에 연결되어 있다.
이런 일부 실시형태에 있어서, 연속관벽은 장치수 방향으로 축선에 대하여 관벽의 중심 관성 모멘트를 규정한다. 일부 실시형태에 있어서, 그 축선에 대한 관조립체의 중심 관성 모멘트는 관벽의 중심 관성 모멘트의 적어도 5배이며, 일부 실시형태에서는 적어도 10배다.
일부 실시형태에 있어서, 제 1 원통관부는 유동관의 제 1 단부에서 연속관벽에 결합되며, 제 2 원통부는 유동관의 제 2 단부에서 연속관벽에 결합된다. 이런 일부 실시형태에 있어서, 연속관벽에 의해 정해지는 외주 길이는 원통관부 중의 적어도 하나의 외주 길이보다 크다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 열교환기 관조립체의 제조 방법은 관, 제 1 및 제 2 주름 핀 구조물, 및 제 1 및 제 2 평면상 측면시트를 제공하는 단계를 포함한다. 제 1 주름 핀 구조물은 관의 제 1 측면시트와 제 1 넓은 평탄면 사이에 배치되며, 제 2 주름 핀 구조물은 관의 제 2 측면시트와 제 2 넓은 평탄면 사이에 배치된다. 측면시트의 대향면에 압축력이 가해져서 핀 구조물의 능선부 및 골부를 측면시트 및 넓은 평탄면과 접촉시키고, 제 1 핀 구조물과 제 1 측면시트 사이, 제 1 핀 구조물과 제 1 넓은 평탄면 사이, 제 2 핀 구조물과 제 2 측면시트 사이, 그리고 제 2 핀 구조물과 제 2 넓은 평탄면 사이에 브레이징 죠인트가 형성된다.
이런 일부 실시형태에 있어서, 핀 구조물 및 측면시트는 진공 환경에서 온도가 상승되어 브레이징 죠인트를 형성한다. 다른 환경에서 이들은 제어 불활성 가스 환경에서 온도가 상승된다.
일부 실시형태에 있어서, 관, 핀 구조물 및 측면시트를 제공하는 단계는 브레이징 필러 금속으로 피복된 재료를 제공하는 것을 포함한다.
일부 실시형태에 있어서, 압축력은 제 1 측면시트에 인접한 제 1 분리 시트를 통해 그리고 제 2 측면시트에 인접한 제 2 분리 시트를 통해 전달된다. 일부 이런 실시형태에 있어서, 분리 시트는 관, 측면시트 및 핀 구조물과 일치하는 열팽창 계수를 갖는다. 일부 실시형태에 있어서, 제 1 분리 시트는 제 1 측면시트에 인접한 몇 개의 분리 시트 중의 하나이다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 열교환기 관조립체의 제조방법은 몇 개의 관, 몇 개의 주름 핀 구조물 및 몇 개의 평면상 측면시트를 제공하는 단계를 포함한다. 각 관은 다수 쌍의 주름 핀 구조물 사이에 배치되며, 각 주름 핀 구조물은 하나의 관과 하나의 측면시트 사이에 배치된다. 관, 주름 핀 구조물 및 측면시트는 적층체로 배치된다. 인접 쌍의 측면시트 사이에는 적층체의 최외측 단부에 측면시트에 인접하게 분리 시트가 배치된다. 적층체에는 압축력이 적층 방향으로 가해진다. 주름 핀 구조물과 관 사이, 그리고 주름 핀 구조물과 측면시트 사이의 접촉 지점에는 브레이징 죠인트가 형성되며, 브레이징된 관조립체는 분리 시트로부터 제거된다.
일부 이런 실시형태에 있어서, 관, 핀 구조물 및 측면시트는 진공 환경에서 온도가 상승되어 브레이징 죠인트를 형성한다. 다른 환경에서 이들은 제어된 불활성가스 환경에서 온도가 상승된다. 일부 실시형태에 있어서, 관, 핀 구조물 및 측면시트를 제공하는 단계는 브레이징 필러 금속으로 피복된 재료를 제공하는 것을 포함한다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 열교환기용 관은 관의 제 1 단부로부터 연장되는 제 1 원통부, 관의 제 2 단부로부터 연장되는 제 2 원통부, 및 상기 단부 사이에 위치하며 두 개의 비교적 짧은 측면에 의해 결합된 두 개의 평행하게 이격된 넓은 평탄면을 갖는 평탄부를 포함한다. 각 원통부와 평탄부 사이에는 천이 영역이 위치한다. 관의 넓은 평탄면의 각각과 천이 영역의 교차점은 곡선 경로를 규정한다.
일부 이런 실시형태에 있어서, 두 개의 짧은 측면은 아치형 단면형상을 갖는다. 일부 실시형태에 있어서, 곡선 경로의 각각은 관의 중심면에 위치하는 정점을 포함하며, 일부 이런 실시형태에 있어서 이 정점에는 아치형 경로 부분이 위치한다.
일부 실시형태에 있어서, 하나의 원통부에 인접한 천이 영역은 그 원통부의 직경과 적어도 동일한 길이에 걸쳐서 연장된다. 일부 실시형태에 있어서, 관의 평탄부의 외주 길이는 적어도 하나의 원통부의 외주 길이보다 크며, 일부 실시형태에서는 적어도 25% 크다.
일부 실시형태에 있어서, 평관부는 두 개의 비교적 짧은 측면의 최외측 지점 사이에 관의 장치수를 규정하며, 곡선 경로의 각각은 관의 장치수보다 길다. 일부 실시형태에 있어서, 관은 알루미늄 합금으로 만들어진다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 열교환기 관은, 둥근 관의 제 1 부분의 직경을 줄이고, 제 1 부분에 인접한 제 2 부분을 편평하게 하여 제 2 부분에 두 개의 이격된 넓은 평탄면을 규정함으로써 둥근 관으로부터 형성된다. 일부 실시형태에 있어서, 제 1 부분은 관의 단부에서 끝난다. 일부 실시형태에 있어서는 제 1 부분의 직경을 줄인 후에 제 2 부분이 편평하게 된다.
일부 실시형태에 있어서, 제 1 부분의 직경은 스웨이징 작업에 의해 감소된다. 일부 실시형태에 있어서, 제 2 부분은 스탬핑 다이 속에서 그 부분에 충격을 가함으로써 편평해진다. 일부 실시형태에 있어서, 관은 알루미늄 합금으로 제조된다.
일부 실시형태에 있어서는, 제 2 부분을 편평하게 하기 전에 관 속에 맨드릴이 삽입되고, 제 2 부분을 편평하게 한 후에 관으로부터 제거된다.
일부 실시형태에 있어서, 제 2 부분에 인접한, 둥근 관의 제 3 부분의 직경이 감소된다. 일부 이런 실시형태에 있어서, 제 3 부분은 관의 제 2 단부에서 끝난다. 일부 실시형태에 있어서, 제 2 부분은 제 3 부분의 직경을 감소시킨 후에 편평하게 된다.
본 발명에 따른 열교환기 관, 열교환기 관조립체 및 그 제조 방법은 원통형 관 사이에 평탄부를 구성하고, 평탄부와 원통형 관 사이에 천이 영역을 구성하여, 내구성이 우수하고, 제조가 용이한 열교환기 관, 열교환기 관조립체 및 그 제조 방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 열교환기 관조립체의 사시도.
도 2는 도 1의 열교환기 관조립체의 입면도.
도 3은 선 III-III으로 표시된 도 2의 부분의 상세도.
도 4는 도 1의 열교환기 관조립체의 평면도.
도 5는 도 1의 열교환기 관조립체의 분해사시도.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따라서 만들어지는 열교환기 관조립체의 적층체의 입면도.
도 7은 도 6의 적층체의 특정 구성요소의 평면도.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 열교환기 관의 사시도.
도 9은 종래기술의 열교환기 관의 부분사시도.
도 10은 도 8의 선 X-X를 따른 부분단면도.
도 11은 도 8의 선 XI-XI를 따른 단면도.
도 12는 도 8의 부분적으로 형성된 관의 부분사시도.
도 13a 및 도 13b는 도 8의 관을 제조하기 위한 성형 작업의 개략도.
본 발명의 임의의 실시형태들을 상세하게 설명하기 전에, 본 발명은 이후의 설명에 개시하고 이후의 도면에 예시한 구성요소들의 구성 및 배치의 상세내용에 그 적용이 한정되는 것이 아님을 이해하여야 한다. 본 발명은 다른 실시형태도 가능하며 다양한 방법으로 실시 또는 실행될 수 있다. 또한, 여기서 사용하는 어법 및 전문용어는 설명을 위한 것으로서 한정의 의미로 간주해서는 안 됨을 이해하여야 한다. 여기서 "포함하는(including)", "포함하는(comprising)" 또는 "갖는(having)" 및 그 변형은 그 후에 열거하는 항목들 및 그 동등물과 추가 항목들을 포함하는 것을 의미하는 것이다. 달리 지정하거나 한정하지 않는 한, "장착된", "연결된", "지지된" 및 "결합된"이라는 용어 및 그 변형들은 광범위하게 사용되는 것으로서 직접 및 간접 장착, 연결, 지지 및 결합을 모두 포함하는 것이다. 또한, "연결된" 및 "결합된"은 물리적 또는 기계적 연결 또는 결합에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 적층체 조립체(1)는 도 1 내지 도 5에 도시되어 있다. 이런 관조립체(1)는 굴착기, 광산트럭, 발전설비 등의 대형 중장비의 열교환기, 예를 들어 라디에이터의 많은 개별 관 중에 하나로서 사용될 수 있다. 그러나 이 관조립체(1)는 다양한 타입 및 사이즈의 열교환기에 사용될 수 있음을 이해하여야 한다.
관조립체(1)는 제 1 단부(7)로부터 제 2 단부(8)로 연장되는 관(2)을 포함한다. 관(2)은 유체 유동관을 규정하므로 유체(예로서, 엔진 냉각액)가 관조립체(1)를 통하여 이송될 수 있다. 일 예로서, 관조립체(1)는 엔진 냉각액 유량이 단부(7, 8) 중의 일단부로부터 타단부로 흐를 때 엔진 냉각액의 유량으로부터 폐열을 배출하기 위해 엔진 냉각액 라디에이터에 사용될 수 있다.
관(2)은 단부(7, 8) 사이에 위치하는 평탄부(3)를 포함한다. 평탄부(3)(도 11을 참조하면 가장 잘 설명됨)는 평행하고 넓은 제 1 및 제 2 평탄면(12)을 포함한다. 넓은 평탄면(12)은 서로 이격되어 있으며, 서로 이격되어 대향하는 두 개의 협관측면(15)에 의해 연결되어 있다. 협관측면(15)은 모범적인 실시형태에서 단면형상이 아치형으로 도시되어 있지만, 다른 실시형태에서 협관측면(15)은 직선형이 되거나 어떤 다른 단면형상 형상이 될 수 있다. 두 개의 넓은 평탄면(12)과 두 개의 좁은 측면(15)은 함께 유체 유동관의 연속관벽(25)을 규정하는데, 유체의 유량이 관(2)을 통과할 수 있도록 하기 위해 연속관벽(25) 내부에는 개방 공간이 형성된다. 모범 실시형태에서는 아무것도 도시되어 있지 않지만, 경우에 따라서는 관(2)을 통과하는 유체와 관벽(25) 사이의 열전달 속도를 향상시키기 위해 유동관 내에 표면강화부 또는 난류특징부를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
계속하여 도 11을 참조하면, 관(2)의 평탄부(3)는 두 개의 넓은 평탄면(12)의 외향면 사이의 거리로서 정의되는 관의 단치수(d1), 및 두 개의 협측면(15)의 최외측 지점 사이의 거리로서 정의되는 관의 장치수(d2)를 갖는다. 일부 매우 바람직한 실시형태에서는 장치수(d2)는 단치수(d1)보다 몇 배 크다. 예로서, 모범 실시형태의 장치수는 단치수보다 9배 크다.
관조립체(1)는 평탄부(3)를 따라서 배치된 두 개의 포선형(convoluted) 핀 구조물(10)을 더 포함한다. 핀 구조물(10)은 능선부(18) 및 골부(17)에 의해 교대로 연결된 다수의 횡측면(16)을 포함하므로 각 핀 구조물(10)은 대략 사인파 형상으로 되어 있다(도 3에 가장 잘 도시). 핀 구조물(10)은 도 3에 도시한 바와 같이 단순한 타입이거나, 또는 열전달, 구조 강도, 내구성 또는 이들의 조합을 향상시키기 위해 추가의 특징부를 포함할 수 있다. 예로서, 일부 실시형태에서 핀 구조물(10)은 횡측면(16)의 열전달 및/또는 구조적 강성을 향상시키는 것으로 알려진 루버(louver), 범프, 슬릿, 랜스(lance) 또는 그 외의 특징부를 포함할 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 협관측면(15)에 인접한 핀 구조물(10)의 일단부나 양단부에는 엣지경계가 마련될 수 있다. 이런 엣지경계는 돌이나 그 외의 부스러기의 충돌에 의해 야기될 수 있는 손상에 대한 저항을 제공하는데 특히 유리할 수 있다.
관조립체(1)에는 박형 측면시트(11)도 포함되어 있다. 이들 측면시트(11)는 관(2)의 대향하는 넓은 평탄면(12)에 평행하며, 핀 구조물(10)에 의해 어느 측면에서나 동일한 거리로 이격되어 있다. 따라서, 핀 구조물(11)의 횡측면(16), 능선부(18) 및 골부(17)는 다수의 박형 웨브를 제공하여 측면시트(11)를 연속 관벽(25)으로부터 이격시킨다. 측면시트(11)는 일반적으로 평면이지만, 강직성의 증대 및/또는 조립의 용이성을 위해 예를 들어 굴곡엣지 같은 특징부를 포함할 수 있다.
횡측면(16) 사이의 공간은 관(2)을 통과하는 유체와 열전달 관계에 있게 되는 유체의 유동 채널을 제공하므로, 두 유체 사이에서 열교환될 수 있다. 예로서, 관(2)을 통과하는 엔진쟈켓 냉각액을 냉각시키기 위해 주위 공기가 유동 채널을 통해 안내될 수 있다. 그러나, 관조립체(1)를 이용하는 열전달 관계에 그 외의 다양한 유체들이 주어질 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 횡측면(16) 사이의 유동 채널의 각각은 골부(17) 및 능선부(18) 중의 하나에 의해 그리고 관(2)의 평탄면(12) 및 편평한 측면시트(11) 중의 하나에 의해 더욱 규정된다. 이렇게 유동 채널의 경계를 완전히 규정함으로써, 이들 채널을 통과하는 유체가 조기에 채널에서 나가는 것이 방지되며, 따라서 열전달 능력을 향상시킨다.
관(2), 핀 구조물(10) 및 측면시트(11)는 열전달관계를 받게 될 유체 사이의 양호한 열접촉과 양호한 구조적 완전성을 제공하기 위해 바람직하게는 서로 접합되어 단일 구조를 형성하게 된다. 관조립체를 구성하는데는 다양한 재료들을 사용할 수 있지만, 매우 바람직한 실시형태에서는 관(2), 핀 구조물(10) 및 측면시트(11)가 알루미늄, 구리 등 같은 높은 열전도성을 갖는 금속으로 형성된다. 이 구성요소들은 브레이징, 솔더링, 아교접착 등을 포함한 다양한 공정으로 서로 접합되어 관조립체(1)를 형성할 수 있다.
유체 사이의 양호한 열전달을 촉진시키기 위해서는 핀 구조물(10)과 측면시트(11)가 평탄부(3)의 전체 장치수(d2)에 걸쳐서 연장되는 것이 유리할 수 있다. 경우에 따라서는 돌이나 그 외의 부스러기의 충돌에 의한 손상으로부터 유체 유동관을 보호하기 위해 핀 구조물(10) 및 측면시트(11)를 협관측면(15)의 외측엣지를 조금 넘게 연장시키는 것이 바람직할 수도 있다.
극히 얇은 측면시트(11)를 개재하면 특히 관의 장치수(d2)에서 중심축선의 주위로 휘어지는 것에 대하여 관조립체(1)를 크게 강직하게 하는 것이 발견되었다. 핀 구조물(10)은 포선형의 특성 때문에 이 방향으로 매우 작은 강직성을 제공하므로, 측면시트(11)가 없는 경우에 연속 관벽(25)은 그 중심축선을 주위로 휘어지는 것에 대한 내구성만을 제공한다. 평탄부(3)의 비교적 작은 단치수(d1) 때문에, 연속 관벽(25)만에 의한 중심축선을 중심으로 한 휨에 대한 내성은 아주 작으며, 중심축선으로부터의 측면시트(11)의 간격이 단치수(d1)보다 상당히 큰 거리만큼이면 상당히 유리하다.
관의 장치수(d2)에서 중심축선을 중심으로 한 관조립체(1)의 휨강성에 대한 측면시트(11)의 영향은 관조립체(1)의 축선을 중심으로 한 중심 관성 모멘트를 관(2)만의 관성 모멘트와 비교함으로써 정량화될 수 있다(핀 구조물(10)은 관(2)의 평탄면(12)으로부터의 측면시트(11)의 어긋남을 유지하는 것 말고는 중심 관성 모멘트에 기여를 하지 않는다고 생각할 수 있다). 관벽 두께가 0.8 mm, 측벽 두께가 0.25 mm, 핀 구조물의 높이가 6.55 mm, 단치수가 3.7 mm 그리고 장치수가 23.27 mm인 모범 실시형태의 경우에, 관조립체와 단지 관에 있어서의 관의 장치수 축선에 대한 중심 관성 모멘트는 각각 925 mm4 및 76mm4 로 계산된다. 다시 말해서, 관의 장치수 축선을 중심으로 한 관조립체의 중심 관성 모멘트는 관 자체의 관성 모멘트의 대략 12배다. 바람직한 실시형태에 있어서, 관의 장치수 축선을 중심으로 한 관조립체의 중심 관성 모멘트는 관 자체의 관성 모멘트의 적어도 5배이며, 매우 바람직한 실시형태에서는 적어도 10배다. 이는 관(2)이 비교적 낮은 탄성율을 나타내는 재료, 예를 들어 알루미늄 합금으로 구성되는 경우에 특히 바람직하다.
모범 실시형태의 관(2)은 제 1 단부(7)에 인접한 제 1 원통부(4), 및 제 2 단부(8)에 인접한 제 2 원통부(5)를 더 포함하는데, 평탄부(3)는 제 1 및 제 2 원통부 사이에 배치되어 있다. 이들 원통부(4, 5)는 관조립체(1)가 열교환기의 대향 헤더(도시하지 않음)에 배치된 수용 그로밋(grommet) 속으로 확실하고 누설 없이 삽입될 수 있게 한다. 효과적인 열전달에 이용할 수 있는 관의 양을 최대화하기 위해, 원통형 단부의 길이는 바람직하게는 최소로 유지되고, 평탄부(3)의 길이는 바람직하게는 관(2)의 전장의 90% 이상이다. 열교환기 속에 수직하게 배치되는 경우 관조립체(1)의 하향 움직임을 제한하기 위해 모범 실시형태의 원통부(5)에는 원주방향 비이드(9)가 마련된다.
첨부 도면에 도시한 실시형태는 관의 양단부에 원통형 단부를 포함하지만, 경우에 따라서 관조립체(1)는 양측 원퉁형 단부(4, 5) 중의 한쪽이나 양쪽이 없을 수 있음을 이해하여야 한다. 이런 원통형 단부가 포함되지 않을 때, 대응하는 수용 그로밋에는 평탄부(3)의 연속 관벽(25)의 단면형상과 대응하는 수용 개구가 마련될 수 있다.
본 발명의 바람직한 특정 실시형태에 있어서는, 알루미늄 관(2), 제 1 및 제 2 알루미늄 주름 핀 구조물(10), 및 제 1 및 제 2 알루미늄 측면시트(11) 사이에 브레이징 죠인트를 형성함으로써 열교환기 관조립체(1)가 만들어진다. 제 1 주름 핀 구조물(10)은 제 1 측면시트(11)와 관(2)의 넓은 제 1 평탄면(12) 사이에 배치되는 반면, 제 2 주름 핀 구조물(10)은 제 1 측면시트(11)와 관(2)의 넓은 제 2 평탄면(12) 사이에 배치된다. 핀 구조물(10)의 능선부(18) 및 골부(17)를 인접 부분과 접촉시켜서 브레이징 죠인트가 접촉지점에 형성될 수 있도록 하기 위해 조립체가 압축된다.
브레이징 죠인트를 형성하기 위해서는 관(2), 핀 구조물(10) 및 측면시트(11)의 융점보다 낮은 융점을 갖는 브레이징 필러 금속이 사용된다. 이런 필러 금속은 전형적으로는 융점을 낮추기 위해 첨가되는 소량의 기타 원소(예를 들어, 규소, 구리, 마그네슘 및 아연)를 갖는 알루미늄이다. 브레이징 필러 금속은 유리하게는 브레이징될 구성성분의 하나 이상의 성분상의 코팅으로서 제공될 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 주름 핀 구조물(10)을 형성하는데 사용된 시트재료의 양측면이 브레이징 필러 금속으로 코팅되므로, 브레이징 죠인트가 필요한 모든 접촉지점에 원하는 브레이징 필러 금속을 제공함과 함께 죠인트가 필요하지 않거나 바람직하지 않은 위치에서는 브레이징 필러 금속을 갖지 않게 한다.
브레이징 필러 금속을 용융시켜서 브레이징 죠인트를 형성하기 위해 관(2), 핀 구조물(10), 및 측면시트(11)의 온도를 높이는데는 많은 방법을 사용할 수 있지만, 특히 바람직한 두 가지 방법은 진공 브레이징과 분위기 제어 브레이징이다. 진공 브레이징에서는 조립된 부품들이 밀봉 로(sealed furnace) 속에 놓여지고, 진공 환경을 만들기 위해 실질적으로 모든 공기가 제거된다. 이 공정에서, 부품들이 가열됨에 따라서 합금 속에 존재하는 마그네슘이 방출되어 구성성분의 외면상에 존재하는 산화층을 파괴시키는 작용을 하므로, 용융된 브레이징 필러 금속이 노출 알루미늄에 접합되게 된다. 산화층은 진공 환경에서 산소가 없기 때문에 다시 형성되지 않고 금속 접합을 방해하지 않는다.
분위기 제어 브레이징에 있어서는, 가열 전에 구성요소에 플럭스가 가해진다. 플럭스가 반응하여 부품의 상대 표면상에 존재하는 산화층과 치환된 후에 산화층의 재형성을 방지하기 위해 불활성 가스 환경에서 부품의 가열이 이루어진다. 산화층이 치환되면, 브레이징 죠인트를 형성하기 위해 용융된 브레이징 필러 금속이 노출 알루미늄에 접합된다.
생산 제조 환경에서 처리능력을 높이기 위해서는 몇 개의 관조립체(1)를 한번에 하나씩 브레이징하는 것이 특히 바람직할 수 있다. 도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 방법을 도시하는데, 여기서는 4개의 관조립체(1)가 동시에 만들어진다. 이 방법은 한 번에 4개보다 많거나 적은 관조립체를 만드는데 사용될 수 있음을 이해하여야 한다.
도 6의 실시형태에 있어서는 관(2), 주름 핀 구조물(10) 및 일반적인 평면상이 측면시트(11)가 제공된다. 각 관(2)은 여러 쌍의 주름 핀 구조물(10) 사이에 배치되며, 각 주름 핀 구조물(10)은 하나의 관(2)과 하나의 평면상 측면시트(11) 사이에 배치된다. 분리 시트(19)는 인접 쌍의 평면상 측면시트(11) 사이에 배치된다. 관(2), 주름 핀 구조물(10), 및 평면상 측면시트(11)는 적층체(26) 속에 배치된다. 추가의 분리 시트(19)는 적층체(26)의 최외측 단부에서 평면상 측면시트(11)에 인접하여 배치되며, 포선형 핀 구조물의 능선부(18) 및 골부(17)를 인접한 측면시트(11)와 관(2)의 넓은 평탄면(12)과 접촉시키기 위해 적층체(26)에 압축하중이 적층 방향으로 가해진다.
적층체(26)에 균일한 압축 하중을 제공하기 위해, 적층체(26)의 최외측 단부에 높은 강성을 갖는 바(21)(예를 들어, 구조용강 채널)가 사용될 수 있다. 몇 개의 위치에서 적층체(26)를 둘러싸는 금속 밴드(22)를 사용함으로써 적층체에 압축 하중이 가해진 후에 그 압축 하중이 유지될 수 있다. 적층체가 압축된 상태에서 밴드(22)가 바(21) 위에 조여지므로, 밴드(22) 내의 장력이 압축 하중을 유지한다. 이렇게 조립된 후, 개개의 관조립체(1)를 형성하기 위해 적층체(26)가 브레이징 로 속에 넣어진다. 적층체(26)는 브레이징 필러 금속을 용융시키기에 적합한 온도까지 로내에서 가열되고, 그 후에 용융된 브레이징 필러 금속을 재응고시키기 위해 적층체(26)가 냉각되므로, 접촉 지점에 브레이징 죠인트를 형성하게 된다. 냉각 후, 개개의 단일 구조물에 브레이징된 개개의 관조립체(1)는 분리 시트(19)로부터 제거될 수 있다. 분리 시트(19)에는 분리 시트(19)와 측면시트(11) 사이의 금속접합을 완전히 방지하기 위해 코팅이 제공될 수 있는데, 그렇지 않으면 이런 바람직하지 못한 접합은 브레이징 필러 금속이 없어도 브레이징 온도에서 발생할 수 있기 때문이다.
적층체(26)는 브레이징 온도까지 가열되기 때문에, 적층체(26) 속의 금속 재료의 팽창이 발생할 것이다. 알루미늄 브레이징에 있어서는, 구성성분들이 전형적으로는 550℃ 내지 650℃의 브레이징 온도까지 가열된다. 이 온도 범위는 구리 성분을 솔더링하는데 사용된 온도보다 상당히 높으며, 따라서 이 접합 공정 중에 관조립체(1)의 구성성분들이 받는 열팽창은 그 구성성분이 구리일때보다 알루미늄인 경우에 상당히 크다.
본 발명자들은 핀 구조물(10)이 브레이징 온도까지 가열된 다음에 주위 온도까지 다시 냉각됨에 의해 변형되지 않도록 하기 위해 브레이징 과정 중에 주의를 기울여야 한다는 것을 발견하였다. 다수 열의 관 및 핀 구조물을 서로 결합하여 단일 구조로 브레이징된 코어로 만드는 것을 수반하는 전통적인 브레이징된 알루미늄 라디에이터 제조에서와는 달리, 핀 구조물(10)의 횡측면(16)들은 관조립체(1)의 구성요소와 분리 시트(19) 사이의 열팽창 차이에 의해 야기되는 전단력에 의해 변형 받기 쉽다. 본 발명의 일부 실시형태에 있어서, 이 문제점은 일반적으로 관(2), 핀 구조물(10) 및 측면시트(11)와 일치하는 분리 시트(19)의 열팽창 계수와 일치시킴으로써 개선된다. 이는 유사한 알루미늄 합금, 또는 유사한 열팽창률을 나타내는 그 외의 재료로부터 분리 시트(19)를 형성함으로써 이루어질 수 있다.
다른 방법으로서, 혹은 추가적으로, 도 7에 도시한 바와 같이 각각의 인접 관조립체(1) 사이에 다수의 개별 분리 시트(19)가 사용될 수 있다. 개별 분리 시트(19) 중의 인접 분리 시트 사이에는 갭(20)이 마련되어 있다. 분리 시트(19)가 관(2), 핀 구조물(10) 및 측면시트(11)의 구성 재료와는 상당히 다른 열팽창 계수를 갖는 재료로 구성되는 경우, 적층체(26)의 가열 및 냉각 중에 갭(20)이 증가하거나 감소할 수 있으므로, 열팽창 계수의 불일칠로 생길 수 있는 핀 구조물의 변형을 상당히 완화시킨다. 갭(20)은 열팽창으로 야기된 변형의 축적을 피하는 차단물로서 작용하므로, 이런 변형이 각각의 개별 분리 시트(19) 아래의 개별적인 접적 영역에 한정된다. 도 7에 도시한 조립 방법은 스텐레스 스틸 같은 보다 내열성이 높은 재료를 분리 시트(19)에 사용하고, 관조립체(1)의 구성요소가 알루미늄으로 만들어지는 경우에 특히 유리하다.
이제 특히 도 8 내지 도 13을 참조하여 관(2)을 상세하게 설명할 것이다. 전술한 바와 같이, 도 8에 도시한 관의 실시형태(2)는 제 1 원통관부(4)와 제 2 원통관부(5) 사이에 위치하는 평관부(3)를 포함한다. 제 1 원통관부(4)는 관(2)의 제 1 단부(7)로부터 연장되는 반면, 제 2 원통관부(5)는 관(2)의 제 2 단부(8)로부터 연장된다. 평탄부(3)와 각 원통부(4, 5) 사이에는 천이 영역(6)이 위치한다. 천이 영역(6)은 관(2)을 통과하는 유체에 대한 매끈하고 연속적인 유로를 제공하는 것 외에도 관 재료의 기계적 응력 집중 위치를 피할 수 있다.
도 10의 부분단면도에 상세하게 도시한 바와 같이, 천이영역(6)은 관(2)의 단부(7)에 근접한 위치(27)로부터 단부(7)에서 먼 위치(14)에 걸치는 길이(L)에 걸쳐 연장된다. 길이(L)는 바람직하게는 원통 단부(4)의 직경과 적어도 동일하지만, 일부 다른 실시형태에 있어서는 대응 단부의 직경보다 사이즈가 작을 수 있다. 도 8에서 알 수 있는 바와 같이, 넓은 평탄면(12)은 넓은 평탄면(12)의 일부가 천이 영역(5)의 개시부와 종료부를 규정하는 위치(27, 14) 사이의 관(2)을 따라서 위치하도록 양단부의 위치(14)를 지나서 연장된다.
바람직한 실시형태에 있어서, 천이 영역(6)과 평관 영역(3)의 넓은 평탄면(12)의 교차점은 곡선 경로(13)를 규정한다. 이들 곡선 경로(13)는 관의 장치수 축선을 중심으로 하는 휨 모멘트에 대하여 관(2)의 평탄부(3)의 유리한 강직성을 제공한다. 비교를 위하여, 종래기술의 관(102)은 도 9에 도시되는데, 이는 천이부(106)에 의해 원통부(104)에 결합된 제 1 평탄부(103)를 포함한다. 천이 영역(106)과 평탄부(103)의 교차점은 평탄부(103)의 넓은 평탄면(112)상의 직선 경로(113)를 규정한다.
직선 경로(113)는 관이 장치수에서 연장되며, 장치수 축선을 중심으로 한 휨이 매우 쉽다. 이는 설치시 같이 관(102)을 담고 있는 관조립체를 열교환기에 설치 및/또는 제거하는 동안에 특히 불리할 수 있는데, 이런 설치 및 제거는 이런 유형의 휨 모멘트를 관에 자주 가하기 때문이다. 이 문제점은 관이 애닐링된 알루미늄같은 아주 낮은 강도의 재료로 구성되는 경우에 특히 악화된다.
본 발명자들은 곡선 경로(13)가 전술한 유형의 휨 모멘트에 견딜 수 있는 상당한 강직성 효과를 제공하여 관(2)이나 관(2)을 담고 있는 관조립체(1)의 설치, 제거 및 그 외의 취급 중에 관(2)의 좌굴이나 그 외의 손상을 방지한다는 것을 발견하였다. 어떠한 비직선형 경로에서도 이점이 생길 수 있지만, 일련의 연결된 아치형 경로 절편에 의해 경로(13)가 규정되는 것이 특히 유리할 수 있다.
본 모범 실시형태에 있어서, 곡선 경로(13)는 각각 관의 대략 중심면에 위치하는 정점을 포함하므로, 이 정점은 단부(7)(천이 영역이 평탄부(3)와 제 1 원통형 단부(4) 사이에 있는 경우) 또는 단부(8)(천이 영역이 평탄부(3)와 제 2 원통형 단부(5) 사이에 있는 경우)로부터 가장 멀리 떨어진 경로(13)상의 지점(14)에 위치한다. 경로(13)는 바람직하게는 이 정점에서 응력 집중이 생기지 않도록 정점에서 아치형 경로 절편을 포함한다.
일부 바람직한 실시형태에 있어서, 두 개의 원통부(4, 5) 중의 적어도 하나의 외주(즉, 원주)는 평탄부(3)에서의 연속 관벽(25)의 외주보다 작다. 따라서 유리하게도 단부(7, 8) 중의 한쪽 또는 양쪽에서 그에 따른 큰 직경을 필요로 하지 않고도 평탄부(3)에서 비교적 큰 길이당 열전달면이 가능하다. 단부에서는 작은 직경이 바람직할 수 있는데, 이는 인접한 관조립체의 간격을 보다 근접하게 만들 수 있고 예를 들어 단부에서 보다 작은 밀봉면을 필요로 하기 때문이다. 일부 바람직한 실시형태에서, 평탄부(3)의 외주는 두 개의 원통형 단부 중의 적어도 하나의 외주를 적어도 25% 초과한다.
전장에 걸쳐서 편평한 단면형상을 갖는 유체운반관을 포함하는 열교환기는 기술적으로 잘 알려져 있으며, 라디에이터 등으로서 수 십년 동안 사용되어 왔다. 이런 유형의 평관은 통상적으로 두 가지 방법 중의 하나로 구성된다. 이들 관은 빌렛 재료로부터 편평한 형상으로 압출 및/또는 인발되어 개별 길이로 절단되거나, 또는 코일 시트의 형태를 둥근 형상으로 성형하고 시임 용접한 다음에 로울로 평관 형상으로 평탄화한 후에 개별 관 길이로 절단하는 코일형상 시트의 압연으로 관이 형성된다.
평탄부(103) 및 원통형 단부(104)를 갖는 종래기술의 관(102)(도 9)같은 관의 경우, 평관의 단부는 원통 형상으로 형성되어 원통형 단부(104) 및 천이부(106)를 형성하게 된다. 이 작업은 관이 구리 같은 높은 가단성(malleable) 재료로 구성되는 경우에는 신속하고 용이하게 실시될 수 있으며, 관(2)의 극단부를 성형하기만 하면 된다. 그러나 이 방법은 전술한 것처럼 천이부(6)를 얻을 수 없다.
천이 영역(6)은 처음에 평탄부(3)의 연속 관벽(25)의 원하는 외주 길이와 동일한 외경을 갖는 둥근 형태의 관(2)을 성형함으로써 형성될 수 있다. 그 다음에, 특히 도 12를 참조하면, 둥근 관(2)의 단부의 직경이 감소되어 원통형 단부(4, 5) 외에도, 원래의 둥근 형상을 유지하고 있는 중심부(3')와 단부(4, 5) 사이의 테이퍼형 천이 영역(6')을 형성한다. 이 직경 감소는 예를 들어 관의 단부를 스웨이징함으로써 이루어질 수 있다. 일부 바람직한 실시형태에 있어서, 평탄부(3)와 원통형 단부(4, 5) 사이의 원하는 외주길이의 비율을 얻기 위해 단부들의 직경은 적어도 20%만큼 감소된다.
도 13a 및 도 13b에 도시한 바와 같이, 관(2)의 평탄부(3)의 단면형상은 제 1 성형다이 절반부(22)와 제 2 성형다이 절반부(23) 사이에서 관(2)의 해당 부분(3')을 성형함에 의해 정해질 수 있다. 관(2)은 다이가 개방 위치에 있을 때, 즉 두 개가 다이 절반부가 도 13a에서처럼 서로 분리되어 있을 때 다이 절반부(22, 23) 사이에 삽입된다. 관(2)이 이렇게 위치되면, 다이가 도 13b의 폐쇄 위치가 되도록 닫혀지므로, 관(2)의 평탄부(3)를 단치수(d1) 및 장치수(d2)로 형성하게 된다. 선택에 따라서는 성형 작업중에 넓은 평관벽(12)의 좌굴이나 그 외의 바람직하지 못한 변형을 방지하기 위해 성형 작업전에 관(2) 속에 맨드릴(24)이 배치될 수 있다. 맨드릴(24)이 사용될 때, 맨드릴은 성형 작업이 완료된 후에 관(2)에서 제거될 수 있다. 천이 영역(6)의 형상은 다이 절반부(22, 23)의 접촉면에 상기 형상의 상호 보완적인 음각 형상을 포함시킴으로써 생성될 수 있으므로, 천이 영역(6)의 원하는 형상이 성형 작업중에 관(2)에 형성될 수 있다.
본 발명의 특정 특징부 및 요소의 다양한 대체물들은 본 발명의 특정 실시형태들을 참조하여 설명된다. 전술한 각 실시형태와 서로 배타적이거나 일관성이 없는 특징부, 요소 및 작업 방식을 제외하고는, 특정한 일 실시형태를 참조하여 설명한 대안적인 특징부, 요소 및 작업 방식은 다른 실시형태에 적용 가능하다는 것을 알아야 한다.
앞에서 설명하고 도면에 도시한 실시형태들은 예로서만 나타낸 것으로서 본 발명의 개념 및 원리를 제한하려는 것은 아니다. 이처럼 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 정신 및 범위를 이탈함 없이 상기 요소들과 그 구성 및 배치의 다양한 변화가 가능하다는 것이 인정될 것이다.
1 : 관조립체 2 : 관
3 : 평탄부 4 : 제 1원통부ㆍ제 1원통관부
5 : 제 2원통관부 6 : 천이 영역ㆍ
7 : 단부 8 : 단부
9 : 원주방향 비이드 10 : 핀 구조물
11 : 측면시트ㆍ제 1측면시트 12 : 평탄면
13 : 곡선 경로 14 : 위치ㆍ지점
15 : 협관측면 16 : 다수의 횡측면
17 : 골부 18 : 능선부
19 : 분리 시트 20 : 갭
21 : 바 22 : 금속 밴드
23 : 제 1 성형다이 절반부 23 : 제 2 성형다이 절반부
24 : 맨드릴 25 : 연속관벽
26 : 적층체 27 : 위치
102 : 관 103 : 제 1평탄부
104 : 원통형 단부 106 : 천이부
112 : 평탄면 113 : 직선 경로
3' : 중심부 6' : 테이퍼형 천이 영역
d1 : 단치수 d2 : 장치수

Claims (17)

  1. 둥근 관으로부터 열교환기 관을 제조하는 방법으로서,
    상기 둥근 관의 제 1 부분의 직경을 감소시키는 단계, 및
    상기 제 1 부분에 인접한 둥근 관의 제 2 부분을 편평하게 하여 상기 제 2 부분에 서로 이격된 두 개의 넓고 편평한 측면을 규정하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 부분은 상기 관의 제 1 단부에서 끝나는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 부분을 편평하게 하는 단계는 상기 제 1 부분의 둥근 관의 직경을 감소시킨 후에 실시하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 직경을 감소시키는 단계는 상기 둥근 관의 상기 제 1 부분에 스웨이징 작업을 수행하는 것을 포함하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 부분에서의 상기 둥근 관의 직경은 적어도 20%만큼 감소되는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 관은 알루미늄 합금을 포함하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 부분을 편평하게 하는 단계는 스탬핑 다이속에서 상기 둥근 관의 상기 제 2 부분에 충격을 가하는 것을 포함하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 부분을 편평하게 하기 전에 상기 둥근 관 속에 맨드릴을 삽입하는 단계; 및
    상기 제 2 부분을 편평하게 한 후에 상기 둥근 관으로부터 상기 맨드릴을 제거하는 단계를 더 포함하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 둥근 관의 상기 제 1 부분 속에 원주방향 비이드를 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 둥근 관의 제 3 부분의 직경을 감소시키는 단계를 더 포함하며, 상기 제 3 부분은 상기 제 2 부분에 인접한 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 둥근 관의 제 3 부분의 직경은 적어도 20%만큼 감소되는 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 3 부분은 상기 관의 제 2 단부에서 끝나는 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 둥근 관의 제 1 부분 및 제 3 부분 중의 적어도 하나 속에 원주방향 비이드를 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 부분을 편평하게 하는 단계는 상기 둥근 관의 상기 제 1 부분 및 제 3 부분의 직경을 감소시킨 후에 실시하는 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 둥근 관의 직경을 감소시키는 단계는 상기 제 1 부분과 제 2 부분 사이에 천이 영역을 적어도 부분적으로 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 2 부분을 편평하게 하는 단계는 상기 천이 영역을 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 2 부분을 편평하게 하는 단계는 상기 제 2 부분의 넓고 편평한 측면과 천이 영역 사이에 곡선 교차부분 형성하는 단계를 포함하는 방법.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3053454B1 (fr) * 2016-06-29 2018-07-06 Compagnie Generale Des Etablissements Michelin Procede de fabrication d'un tuyau de chaleur
WO2018112104A1 (en) * 2016-12-13 2018-06-21 The Texas A&M University System Sensible and latent heat exchangers with particular application to vapor-compression desalination
US10563570B2 (en) 2017-08-29 2020-02-18 Caterpillar Inc. High temperature capable joint assembly for use in air-to-air aftercoolers (ATAAC)
CN109682246B (zh) * 2019-02-16 2020-08-04 龙南县普惠精工有限公司 一种换热器及其内螺纹铜管

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11221639A (ja) * 1998-02-04 1999-08-17 Mitsubishi Alum Co Ltd 熱交換器用チューブおよびその製造方法
JP2009024967A (ja) * 2007-07-23 2009-02-05 Tabata Radiator Co Ltd 冷却装置の放熱部、および該放熱部を備える冷却装置

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1992795A (en) 1933-07-07 1935-02-26 Fred M Young Heat transfer unit
US2181927A (en) * 1936-04-03 1939-12-05 Albert J Townsend Heat exchanger and method of making same
US2262158A (en) 1937-01-05 1941-11-11 Bryant Heater Co Heat exchanger
FR1378716A (fr) 1964-01-03 1964-11-13 Von Roll Ag échangeur thermique
US3391732A (en) * 1966-07-29 1968-07-09 Mesabi Cores Inc Radiator construction
US3422518A (en) * 1967-10-20 1969-01-21 Valley Metallurg Processing Method of reforming tubular metal blanks into inner-fin tubes
GB1232414A (ko) 1968-02-02 1971-05-19
US3857151A (en) 1973-10-15 1974-12-31 Young Radiation Co Method of making a radiator core
FR2303622A1 (fr) 1975-03-10 1976-10-08 Microturbo Sa Procede de fabrication d'une unite du type echangeur de chaleur
US4159034A (en) 1977-05-12 1979-06-26 Modine Manufacturing Company Weldment heat exchanger
US4236577A (en) 1978-06-16 1980-12-02 Mcquay-Perfex, Inc. Separately removable tubes in heavy duty heat exchanger assemblies
US4216824A (en) 1979-03-16 1980-08-12 L & M Radiator, Inc. Spacer for removable heat exchanger tubes
US4589481A (en) 1982-06-29 1986-05-20 Ab Zander & Ingestrom Tube heat exchanger
JPS593275U (ja) * 1982-06-30 1984-01-10 株式会社東芝 冷却器
US4606495A (en) 1983-12-22 1986-08-19 United Technologies Corporation Uniform braze application process
US4546824A (en) 1984-03-19 1985-10-15 Mccord Heat Transfer Corporation Heat exchanger
US4580324A (en) 1984-06-22 1986-04-08 Wynn-Kiki, Inc. Method for rounding flat-oval tubing
US5099576A (en) * 1989-08-29 1992-03-31 Sanden Corporation Heat exchanger and method for manufacturing the heat exchanger
FR2690515A1 (fr) 1992-04-24 1993-10-29 Valeo Thermique Moteur Sa Echangeur de chaleur à tubes de section oblongue, en particulier pour véhicules automobiles.
FR2693546B1 (fr) 1992-07-09 1994-09-30 Valeo Thermique Moteur Sa Echangeur de chaleur à faisceau de tubes parallèles, en particulier pour véhicule automobile.
US5251693A (en) 1992-10-19 1993-10-12 Zifferer Lothar R Tube-in-shell heat exchanger with linearly corrugated tubing
US5433268A (en) 1993-12-03 1995-07-18 L & M Radiator, Inc. Radiator construction
FR2715216B1 (fr) 1994-01-20 1996-02-16 Valeo Thermique Moteur Sa Tube d'échangeur de chaleur, procédé pour sa conformation et échangeur de chaleur comprenant de tels tubes.
FR2735853B1 (fr) 1995-06-22 1997-08-01 Valeo Thermique Moteur Sa Tube plat pour echangeur de chaleur
US5881456A (en) * 1997-03-20 1999-03-16 Arup Alu-Rohr Und Profil Gmbh Header tubes for heat exchangers and the methods used for their manufacture
CA2361230C (en) 1999-01-29 2007-04-03 L & M Radiator, Inc. Support for heat exchanger tubes
US20020086179A1 (en) 2000-05-19 2002-07-04 Wittebrood Adrianus Jacobus Composite metal panel
ATE422652T1 (de) 2000-12-28 2009-02-15 Showa Denko Kk Wärmetauscher mit gestapelten platten
US7213807B2 (en) 2003-11-07 2007-05-08 Paxar Americase, Inc. Stacker and method of batch separation with sheets
JP2006132850A (ja) * 2004-11-05 2006-05-25 Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd 冷却ユニットおよびその製造方法
US20070116957A1 (en) 2005-05-11 2007-05-24 Molecular Nanosystems, Inc. Carbon nanotube thermal pads
KR100896407B1 (ko) * 2007-11-08 2009-05-08 주식회사 경동나비엔 열교환기 및 이를 구성하는 열교환배관의 제조방법
WO2009086825A2 (en) * 2008-01-04 2009-07-16 Noise Limit Aps Condenser and cooling device
KR101291378B1 (ko) * 2008-11-04 2013-07-30 다이킨 고교 가부시키가이샤 냉각 부재, 그 제조 방법, 및 제조 장치
CN201611235U (zh) 2010-03-08 2010-10-20 刘仁安 一种重型发动机冷却水箱散热管
TW201237341A (en) * 2011-03-10 2012-09-16 Cooler Master Co Ltd Flat type heat pipe with multi sections and method of manufacturing the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11221639A (ja) * 1998-02-04 1999-08-17 Mitsubishi Alum Co Ltd 熱交換器用チューブおよびその製造方法
JP2009024967A (ja) * 2007-07-23 2009-02-05 Tabata Radiator Co Ltd 冷却装置の放熱部、および該放熱部を備える冷却装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
미국특허 제 3,391,732호
미국특허 제 4,236,577호

Also Published As

Publication number Publication date
US9015923B2 (en) 2015-04-28
CN103567732B (zh) 2018-07-10
BR102012029865A2 (pt) 2015-02-10
KR101588921B1 (ko) 2016-01-26
JP2014034061A (ja) 2014-02-24
DE102012023801A1 (de) 2014-03-06
US20140041228A1 (en) 2014-02-13
CN103567732A (zh) 2014-02-12
JP6140986B2 (ja) 2017-06-07

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