KR20160128993A - 열 교환기 튜브 조립체 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

열 교환기에서 사용하기 위한 튜브 조립체는, 대향하는 넓고 평평한 튜브 측면들을 갖는 평평한 섹션을 포함한다. 핀 구조들은 평평한 섹션에서 넓고 평평한 튜브 측면들에 결합되고, 측면 시트들은 핀 구조들의 대향 단부들에 결합된다. 튜브의 평평한 섹션은 그로밋 내에 삽입되도록 구성된 원통형 단부 섹션들 사이에 위치한다. 튜브 조립체의 구성은, 열 교환기, 예를 들어, 중장비용 라디에이터에 대한 튜브 조립체들의 삽입과 제거에 견디도록 단단한 구조를 제공한다.

Description

열 교환기 튜브 조립체 및 그 제조 방법{HEAT EXCHANGER TUBE ASSEMBLY AND METHOD OF MAKING THE SAME}

관련된 출원을 참조하면, 본 특허출원은 2014년 2월 7일자로 출원된 미국 특허출원 제14/175,004호인 우선권을 주장하며, 그 전문은 본원에 참고로 원용된다.

본 발명은, 일반적으로, 튜브, 열 교환기를 위한 핀 및 튜브 조립체, 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

제1 유체를 전달하기 위한 튜브 및 열을 제1 유체에 전달하거나 제1 유체로부터 전달하는 제2 유체를 위한 이차 열 전달 표면적을 갖는 이산적이며 개별적으로 교체가능한 튜브 조립체들을 포함하는 많은 열 교환기들이 공지되어 있다. 일례로, 엔진 냉각수로부터의 열을 대기로 전달하는 중장비 라디에이터로서 기능하는 이러한 유형의 열 교환기는 Murray의 미국 특허 제3,391,732호 및 Neudeck의 미국 특허 제4,236,577호에 개시되어 있다. 이러한 열 교환기에서 사용되는 튜브 조립체들은 열 교환을 위한 중심 핀 섹션(finned section) 및 밀봉 그로밋 내로의 삽입을 위한 언핀(un-finned) 원통형 단부 섹션을 갖는다.

전술한 종류의 열 교환기 튜브 조립체들은 통상적으로 구리로 구성되며, 핀 영역에서의 연장된 대기측 표면은 튜브에 솔더링된다. 구리는 높은 열 전도성, 용이한 제조성, 양호한 강도와 내구성이라는 장점들을 제공한다. 그러나, 구리 가격이 계속 증가함에 따라, 대체용 저가 물질이 필요하게 되었다.

알루미늄은, 다른 열 교환기들(예를 들어, 자동차 및 상업용 라디에이터)에 있어서 구리를 대체하는 바람직한 구성 물질이었지만, 이러한 종류의 중장비 열 교환기에서는 구리를 성공적으로 대체하지 못했다. 알루미늄은 구리보다 상당히 낮은 강도를 갖고, 이에 따라 내구성이 문제된다. 이는, 현장에서 개별적인 튜브 조립체들을 제거 및 삽입해야 하는 응용분야에서 이러한 취급 동안 손상이 발생할 수 있으므로 특히 문제된다. 게다가, 알루미늄 성분을 결합하려면 구리의 솔더링보다 상당히 높은 온도를 필요로 하므로, 제조가 어려워진다. 따라서, 개선해야 할 여지가 여전히 존재한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 열 교환기를 위한 튜브 조립체는, 대향하는 좁은 튜브 측면들에 의해 연결된 이격되고 넓은 튜브 측면들을 갖는 평평한 섹션을 구비하는 튜브를 포함한다. 튜브 조립체는 두 개의 핀 구조를 더 포함하고, 각 핀 구조는, 플랭크(flank)에 의해 연결된 파형 마루와 골, 두 개의 대략 평면형 측면 시트를 갖는다. 하나의 핀 구조의 파형 골들은 넓은 튜브 측면들 중 하나에 연결되고, 그 하나의 핀 구조의 파형 마루들은 측면 시트들 중 하나의 면에 연결된다. 나머지 핀 구조의 파형 골들은 나머지 넓은 튜브 측면에 연결되고, 그 나머지 핀 구조의 파형 마루들은 그 나머지 넓은 튜브 측면의 면에 연결된다.

일부 실시예들에서, 튜브는, 튜브의 길이방향 단부들에서 원통형 섹션들을 포함하고, 평평한 섹션이 원통형 섹션들 사이에 배치된다. 일부 실시예들에서, 튜브, 핀 구조, 및 측면 시트는, 브레이즈(braze) 연결부에 의해 연결되고, 일부 실시예들에서는, 하나 이상의 알루미늄 합금으로 형성된다. 일부 실시예들에 따르면, 넓은 튜브 측면들의 두께는 측면 시트들의 두께의 적어도 두 배이다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 열 교환기를 위한 튜브 조립체는 튜브 조립체의 적어도 일부에 걸쳐 길이방향으로 연장되는 유체 흐름관을 포함한다. 유체 흐름관은 큰 치수와 작은 치수를 갖는데, 이러한 치수 모두는 길이방향에 수직이며, 작은 치수는 큰 치수보다 상당히 작다. 연속 튜브 벽은 흐름관을 둘러싼다. 두 개의 대략 평면형 측면 시트는, 작은 치수 방향에 있어서 연속 튜브 벽으로부터 같은 거리만큼 이격되고, 얇은 웹들에 의해 튜브 벽에 연결된다.

이러한 일부 실시예들에서, 연속 튜브 벽은, 큰 치수 방향으로 축에 대한 튜브 벽 무게중심 관성 모멘트를 정의한다. 일부 실시예들에서, 그 축에 대한 튜브 조립체의 무게중심 관성 모멘트는, 튜브 벽 무게중심 관성 모멘트의 적어도 5배이며, 일부 실시예들에서는 적어도 10배이다.

일부 실시예들에서, 제1 원통형 튜브 섹션은 흐름관의 제1 단부에서 연속 튜브 벽에 연결되고, 제2 원통형 튜브 섹션은 흐름관의 제2 단부에서 연속 튜브 벽에 연결된다. 이러한 일부 실시예들에서, 연속 튜브 벽에 의해 정의되는 외주는 원통형 튜브 섹션들 중 적어도 하나의 외주보다 크다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 열 교환기를 위한 튜브 조립체를 제조하는 방법은, 튜브, 제1 및 제2 주름형 핀 구조, 및 제1 및 제2 대략 평면형의 측면 시트를 제공하는 단계를 포함한다. 제1 주름형 핀 구조는 튜브의 제1 측면 시트와 넓고 평평한 제1 측면 사이에 배치되고, 제2 주름형 핀 구조는 튜브의 제2 측면 시트와 넓고 평평한 제2 측면 사이에 배치된다. 측면 시트들의 대향하는 측면들에 압축력을 인가하여 핀 구조들의 마루 및 골을 측면 시트 및 넓고 평평한 측면과 접촉시키고, 제1 핀 구조와 제1 측면 시트 사이, 제1 핀 구조와 넓고 평평한 제1 측면 사이, 제2 핀 구조와 제2 측면 시트 사이, 및 제2 핀 구조와 넓고 평평한 제2 측면 사이에 브레이즈 연결부들이 생성된다.

이러한 일부 실시예들에서, 튜브, 핀 구조, 및 측면 시트는 브레이즈 연결부를 생성하도록 진공 환경에서 승온된다. 이들은, 다른 환경에서, 피제어 불활성 가스 환경의 온도로 승온된다. 일부 실시예들에서, 튜브, 핀 구조, 및 측면 시트를 제공하는 단계는 브레이즈 필러 금속으로 코팅된 물질을 제공하는 단계를 포함한다.

일부 실시예들에서, 압축력은, 제1 측면 시트에 인접하는 제1 분리 시트를 통해 및 제2 측면 시트에 인접하는 제2 분리 시트를 통해 전달된다. 이러한 일부 실시예들에서 분리 시트들은 튜브, 측면 시트, 및 핀 구조의 열 팽창 계수와 대략 일치하는 열 팽창 계수를 갖는다. 일부 실시예들에서, 제1 분리 시트는 제1 측면 시트에 인접하는 여러 개의 분리 시트 중 하나이다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 열 교환기를 위한 튜브 조립체를 제조하는 방법은, 여러 개의 튜브, 여러 개의 주름형 핀 구조, 및 여러 개의 대략 평면형의 측면 시트를 제공하는 단계를 포함한다. 튜브들의 각각은 주름형 핀 구조들의 쌍들 사이에 배치되고, 주름형 핀 구조들의 각각은 튜브들 중 하나와 측면 시트들 중 하나 사이에 배치된다. 튜브, 주름형 핀 구조, 및 측면 시트는 적층부로 배열된다. 분리 시트들은, 적층부의 최외단에서 측면 시트들의 인접하는 쌍들 사이에 배치되고, 측면 시트들에 인접한다. 압축 부하가 적층부에 적층 방향으로 인가된다. 브레이즈 연결부들은, 주름형 핀 구조들과 튜브들 사이의 접촉 지점들에서 생성되며, 주름형 핀 구조들과 측면 시트들 사이에서 생성되며, 브레이즈형 튜브 조립체들은 분리 시트들로부터 제거된다.

이러한 일부 실시예들에서, 튜브, 핀 구조, 및 측면 시트는 브레이즈 연결부를 생성하도록 진공 환경에서 승온된다. 이들은, 다른 환경에서는, 피제어 불활성 가스 환경의 온도로 승온된다. 일부 실시예들에서, 튜브, 핀 구조, 및 측면 시트를 제공하는 단계는 브레이즈 필러 금속으로 코팅된 물질을 제공하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 열 교환기를 위한 튜브는, 튜브의 제1 단부로부터 연장되는 제1 원통형 섹션, 튜브의 제2 단부로부터 연장되는 제2 원통형 섹션, 및 단부들 사이에 위치하며 두 개의 비교적 짧은 측면에 의해 연결된 두 개의 넓고 평평하며 이격된 평행 측면을 갖는 평평한 섹션을 포함한다. 천이 영역들은 원통형 섹션들의 각각과 평평한 섹션 사이에 위치한다. 튜브의 천이 영역들과 넓고 평평한 측면들의 각각의 교차점들은 곡선형 경로들을 정의한다.

이러한 일부 실시예들에서, 두 개의 비교적 짧은 측면은 아치형 프로파일을 갖는다. 일부 실시예들에서, 곡선형 경로들의 각각은 튜브의 중심면에 위치하는 정점을 포함하고, 이러한 일부 실시예들에서, 아치형 경로 세그먼트는 정점에 위치한다.

일부 실시예들에서 원통형 섹션들 중 하나의 원통형 섹션에 인접하는 천이 영역은 그 섹션의 직경과 적어도 같은 길이에 걸쳐 연장된다. 일부 실시예들에서, 튜브의 평평한 섹션의 외주는, 원통형 섹션들 중 적어도 하나의 외주보다 크고, 일 부 실시예들에서는, 적어도 25퍼센트 크다.

일부 실시예들에서, 평평한 튜브 섹션은 두 개의 비교적 짧은 측면의 최외측 지점들 사이의 튜브의 큰 치수를 정의하고, 곡선형 경로들 각각은 튜브의 큰 치수보다 길다. 일부 실시예들에서, 튜브는 알루미늄 합금으로 제조된다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 열 교환기 튜브는, 둥근 튜브의 제1 섹션에서 둥근 튜브의 직경을 감소시키고 제1 섹션에 인접하는 제2 섹션을 평평하게 하여 제2 섹션에서 두 개의 이격되고 넓고 평평한 측면을 정의함으로써, 둥근 튜브로부터 형성된다. 일부 실시예들에서, 제1 섹션들은 튜브의 단부에서 종단된다. 일부 실시예들에서. 제2 섹션은 제1 섹션의 직경을 감소시킨 후에 평평하게 된다.

일부 실시예들에서, 제1 섹션의 직경은 스웨이징 동작에 의해 감소된다. 일부 실시예들에서, 제2 섹션은, 스탬핑 다이에서 그 섹션에 충격을 가함으로써 평평해진다. 일부 실시예들에서, 튜브는 알루미늄 합금으로 제조된다.

일부 실시예들에서, 맨드릴은, 제2 섹션을 평평하게 하기 전에 튜브에 삽입되고, 제2 섹션을 평평하게 한 후에 튜브로부터 제거된다.

일부 실시예들에서, 둥근 튜브의 제3 섹션의 직경은 감소되고, 제3 섹션은 제2 섹션에 인접한다. 이러한 일부 실시예들에서, 제3 섹션은 튜브의 제2 단부에서 종단된다. 일부 실시예들에서, 제2 섹션은 제3 섹션의 직경을 감소시킨 후에 평평하게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열 교환기 튜브 조립체의 사시도.
도 2는 도 1의 열 교환기 튜브 조립체의 상승도.
도 3은 III-III 선에 의해 경계 한정된 도 2의 부분의 상세도.
도 4는 도 1의 열 교환기 튜브 조립체의 평면도.
도 5는 도 1의 열 교환기 튜브 조립체의 분해 사시도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조되는 열 교환기 튜브 조립체들의 적층부의 상승도.
도 7은 도 6의 적층부의 일부 구성요소들의 평면도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 열 교환기 튜브의 사시도.
도 9는 종래 기술의 열 교환기 튜브의 부분 사시도.
도 10은 도 8의 X-X 선을 따른 부분 단면도.
도 11은 도 8의 XI-XI 선을 따른 단면도.
도 12는 도 8의 부분적으로 형성된 튜브의 부분 사시도.
도 13a와 도 13b는 도 8의 튜브를 제조하기 위한 형성 동작의 개략도.
도 14는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 열 교환기 튜브 조립체의 사시도.
도 15는 도 14의 열 교환기 튜브 조립체의 분해 사시도.
도 16은 도 14의 XVI-XVI 선을 따라 절취한 부분 단면도.

본 발명의 임의의 실시예를 상세히 설명하기 전에, 본 발명은 본 발명의 적용을 다음에 따르는 설명에서 개시되거나 첨부 도면에서 도시되는 구성의 상세와 구성요소들의 배열로 한정하지 않는다는 점을 이해하도록 한다. 본 발명은, 다른 실시예들이 가능하며, 다양한 방식으로 실시되거나 실행될 수 있다. 또한, 본원에서 사용되는 어법과 용어는 설명을 위한 것이며 한정적으로 것으로서 간주해서는 안 된다는 점을 이해하도록 한다. 본원에서 "구비하는", "포함하는, 또는 "갖는" 및 그 변형 용어들을 사용하는 것은, 이전에 열거되는 항목들 및 그 균등 사항들 및 추가 항목들을 포함하려는 것이다. 달리 특정하거나 한정하지 않는 한, ＂장착되는", "연결되는", "지지되는", "결합되는"이라는 용어들 및 그 변형 용어들은, 대략적으로 사용되며, 직접적 및 간접적 장착, 연결, 지지, 결합 모두를 포함하는 것이다. 또한, ＂연결되는"과 "결합되는"은 물리적 또는 기계적 연결 또는 결합으로 제한되지 않는다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열 교환기 튜브 조립체(1)는 도 1 내지 도 5에 도시되어 있다. 이러한 튜브 조립체(1)는, 열 교환기, 예를 들어, 굴착기, 광산 트럭, 발전기를 구비하는 내연 엔진(gen-set) 등의 중장비의 라디에이터의 많은 개별적인 튜브들 중 하나로서 사용될 수 있다. 그러나, 튜브 조립체(1)는 다양한 유형과 크기의 열 교환기들에서 사용될 수 있다는 점을 이해하도록 한다.

튜브 조립체(1)는, 제1 단부(7)로부터 제2 단부(8)로 연장되는 튜브(2)를 포함한다. 튜브(2)는, 유체(예를 들어, 엔진 냉각수)가 튜브 조립체(1)를 통해 이송될 수 있게 하는 유체 흐름관을 정의한다. 일례로, 튜브 조립체(1)는, 엔진 냉각수가 단부들(7, 8) 중 하나로부터 단부들(7, 8) 중 나머지 하나로 튜브(2)를 통해 흐를 때 그 엔진 냉각수의 흐름으로부터 폐열을 거부하도록 엔진 냉각수 라디에이터에서 사용될 수 있다.

튜브(2)는 단부들(7, 8) 사이에 위치하는 평평한 섹션들(3)을 포함한다. (도 11을 참조하여 가장 잘 설명되는) 평평한 부분(3)은 평행하고 넓고 평평한 제1 및 제2 측면들(12)을 포함한다. 넓고 평평한 측면들(12)은, 서로 이격되며, 두 개의 대향하며 이격되고 좁은 튜브 측면들(15)에 의해 연결된다. 좁은 튜브 측면들(15)은 예시적인 실시예에서 아치형 프로파일로 도시되어 있지만, 다른 실시예들에서, 좁은 튜브 측면들(15)은 직선형일 수 있고, 또는 다른 소정의 프로파일 형상일 수 있다. 두 개의 넓고 평평한 측면들(12)과 두 개의 좁은 측면들(15)은 유체 흐름관의 연속 튜브 벽(25)을 함께 정의하며, 유체가 튜브(2)를 통해 흐를 수 있도록 연속 튜브 벽(25)의 내측에 개방 공간들이 정의된다. 예시적인 실시예에서는 도시되지 않았지만, 일부 경우에는, 튜브(2)를 통과하는 유체와 튜브 벽(25) 간의 열 전달을 향상시키도록 흐름관 내에 표면 향상 또는 흐름 관형 특징부를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.

도 11을 계속 참조해 보면, 튜브(2)의 평평한 섹션(3)은, 두 개의 넓고 평평한 측면들(12)의 외측을 향하는 면들 사이의 거리로서 정의된 작은 튜브 치수 d1, 및 두 개의 좁은 측면들(15)의 최외측 지점들 사이의 거리로서 정의된 큰 튜브 치수 d2를 포함한다. 특히 바람직한 일부 실시예들에서, 큰 치수 d2는 작은 치수 d1보다 수 배 더 크다. 일례로, 예시적인 실시예의 큰 치수는 작은 치수보다 9배 더 크다.

튜브 조립체(1)는 평평한 섹션(3)을 따라 배열된 두 개의 나선형(convoluted) 핀 구조(10)를 더 포함한다. 핀 구조들(10)은, 핀 구조들(10)의 각각이 대략 정현파 형상(도 3에서 가장 잘 도시됨)으로 되도록 마루들(18)과 골들(17)에 의해 교대로 연결된 다수의 플랭크들(16)을 포함한다. 핀 구조들(10)은, 도 3에 도시한 바와 같이, 평면형일 수 있고, 또는, 열 전달, 구조적 강도, 내구성, 또는 이들의 조합을 증가시키도록 추가 특징부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 핀 구조들(10)은, 플랭크(16)의 열 전달 및/또는 구조적 강성도를 개선하도록 알려져 있는 루버, 범프, 슬릿, 랜스, 또는 기타 특징부를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서는, 좁은 튜브 측면들(15)에 인접하는 핀 구조(10)의 단부들 중 하나 또는 모두에 에지 헴(edge hem)을 제공할 수 있다. 이러한 에지 헴은, 암석 또는 기타 잔해의 충돌에 의해 야기될 수 있는 손상에 대한 저항을 제공하는 데 있어서 특히 유리할 수 있다.

얇은 측면 시트들(11)도 튜브 조립체(1)에 포함된다. 얇은 측면 시트들(11)은, 튜브(2)의 대향하는 넓고 평평한 측면들(12)에 평행하며, 핀 구조들(10)에 의해 양 측면에서 그 넓고 평평한 측면들로부터 같은 거리만큼 이격된다. 이에 따라, 핀 구조들(11)의 플랭크(16), 마루(18), 및 골(17)은 측면 시트들(11)을 연속 튜브 벽(25)으로부터 이격하도록 복수의 얇은 웹을 제공한다. 측면 시트들(11)은, 대략 평면형이지만, 예를 들어, 강성도를 증가시키고 및/또는 조립에 일조하도록 휘어진 에지 등의 특징부를 포함할 수 있다.

플랭크들(16) 사이의 공간은, 튜브(2)를 통과하는 유체와 열 전달 관계를 갖도록 배치되는 유체를 위한 흐름 채널을 제공하고, 이에 따라 두 개의 유체 간에 열이 교환될 수 있다. 일례로, 주변 공기는, 튜브(2)를 통과하는 엔진 재킷 냉각수를 냉각하도록 흐름 채널을 통해 흐를 수 있다. 그러나, 튜브 조립체(1)를 사용하여 열 전달 관계를 갖도록 다른 다양한 유체들을 배치할 수 있음을 이해하기 바란다. 플랭크들(16) 사이의 흐름 채널들의 각각은, 골(17)과 마루(18) 중 하나, 튜브(2)의 평평한 측면들(12) 중 하나, 및 대략 평면형의 측면 시트(11)에 의해 추가로 정의된다. 흐름 채널들을 이러한 식으로 완전히 경계 한정함으로써, 그러한 채널들을 통과하는 유체가 채널들로부터 조급하게 누출되는 것을 방지하며, 이에 따라 열 전달 능력을 개선한다.

튜브(2), 핀 구조들(10), 및 측면 시트들(11)은, 바람직하게 열 전달 관계를 갖도록 배치될 유체들 간의 양호한 열적 접촉 및 양호한 구조적 무결성 모두를 제공하기 위해 모놀리식 구조를 형성하도록 함께 결합된다. 다양한 물질들을 사용하여 튜브 조립체(1)를 구성할 수 있지만, 특히 바람직한 실시예들에서, 튜브(2), 핀 구조들(10), 및 측면 시트들(11)은, 알루미늄, 구리 등의 열 전도성이 높은 금속으로 제조된다. 구성요소들은 브레이징, 솔더링, 글루잉(gluing) 등을 포함하는 다양한 공정들에 의해 튜브 조립체(1)를 형성하도록 함께 결합된다.

유체들 간의 양호한 열 전달을 촉진하도록, 핀 구조들(10)과 측면 시트들(11)이 평평한 섹션(3)의 큰 치수 d2 전체에 걸쳐 연장되는 것이 유리할 수 있다. 일부 경우에는, 유체 흐름관을 암석 또는 기타 잔해의 충돌로 인한 손상으로부터 보호하도록 핀 구조들(10)과 측면 시트들(11)을 좁은 튜브 측면들(15)의 외측 에지를 약간 벗어나 연장하는 것이 바람직할 수 있다.

심지어 매우 얇은 측면 시트들(11)을 포함하는 것이 튜브 조립체(1)를 크게 강화하는 것으로 밝혀졌으며, 튜브의 큰 치수 d2에 있어서 무게중심 축을 중심으로 한 휘어짐에 대하여 특히 그러하다. 핀 구조들(10)은, 이들의 나선형 성질로 인해 이 방향으로 매우 약한 강성도를 제공하며, 따라서, 측면 시트들(11)이 없는 경우, 연속 튜브 벽(25)은 무게중심 축을 중심으로 한 휘어짐에만 저항한다. 평평한 튜브 섹션(3)의 비교적 작은 치수 d1로 인해, 연속 튜브 벽(25)에만 의한, 그 무게중심 축을 중심으로 하는 휘어짐에 대한 저항이 상당히 작고, 작은 치수 d1보다 상당히 큰 거리만큼 그 무게중심 축으로부터 떨어지는 측면 시트들(11)의 간격은 상당한 이점을 제공한다.

튜브의 큰 치수 d2에 있어서 무게중심 축을 중심으로 하는 튜브 조립체(1)의 휨 강성도에 대한 측면 시트들(11)의 영향은, 튜브 조립체(1)의 그 축을 중심으로 하는 무게중심 관성 모멘트를 튜브(2)만의 무게중심 관성 모멘트와 비교함으로써 정량화될 수 있다(핀 구조들(10)은 튜브(2)의 평평한 측면들(12)로부터의 측면 시트들(11)의 오프셋을 유지하는 것 외에는 무게중심 관성 모멘트에 기여하지 않는다고 추정할 수 있다). 튜브 벽 두께가 0.8mm, 측면 시트 두께가 0.25mm, 핀 구조 높이가 6.55mm, 작은 치수가 3.7mm, 큰 치수가 23.27mm인 예시적인 실시예에서, 튜브 조립체 및 튜브만에 대한 튜브의 큰 치수 축을 중심으로 하는 무게중심 관성 모멘트는, 각각 925mm⁴ 및 76mm⁴이다. 다시 말하면, 튜브의 큰 치수 축을 중심으로 하는 튜브 조립체의 무게중심 관성 모멘트는 튜브 자체의 무게중심 관성 모멘트의 대략 12배이다. 바람직한 실시예들에서, 튜브의 큰 치수 축을 중심으로 하는 튜브 조립체의 무게중심 관성 모멘트는, 튜브 자체의 무게중심 관성 모멘트의 적어도 5배이며, 특히 바람직한 실시예들에서는, 적어도 10배이다. 이는, 튜브(2)가 비교적 낮은 탄성 계수를 나타내는 물질로, 예를 들어, 알루미늄 합금으로 구성되는 경우 특히 바람직하다.

예시적인 실시예의 튜브(2)는, 제1 단부(7)에 인접하는 제1 원통형 섹션(4) 및 제2 단부(8)에 인접하는 제2 원통형 섹션(5)을 더 포함하고, 평평한 섹션(3)이 제1 및 제2 원통형 섹션들 사이에 배치된다. 이러한 원통형 섹션들(4, 5)은, 튜브 조립체(1)를 열 교환기(도시하지 않음)의 대향하는 헤더들에 배치된 수용 그로밋 내에 신뢰성 있고 누출 없이 삽입할 수 있게 한다. 효과적인 열 전달을 위해 이용가능한 튜브의 양을 최대화하도록, 원통형 단부 섹션들의 길이는 바람직하게 최소로 유지되며, 평평한 섹션(3)의 길이는 바람직하게 튜브(2)의 전체 길이의 90% 이상이다. 원주 비드(9)는, 튜브 조립체가 열 교환기에 수직으로 배치되는 경우 튜브 조립체(1)의 하향 이동을 제한하도록 예시적인 실시예의 원통형 섹션(5)에 제공된다.

첨부 도면에 도시한 실시예들은 튜브의 양측 단부에서 원통형 단부 섹션들을 포함하지만, 일부 경우에는, 튜브 조립체(1)에 원통형 단부 섹션들(4, 5) 중 하나 또는 모두가 없을 수 있다는 점을 이해하도록 한다. 이러한 원통형 단부 섹션들이 포함되지 않는 경우, 대응하는 수용 그로밋은, 평평한 섹션(3)에서 연속 튜브 벽(25)의 프로파일에 대응하는 수용 개구를 구비할 수 있다.

본 발명의 일부 바람직한 실시예들에서, 열 교환기 튜브 조립체(1)는, 알루미늄 튜브(2), 제1 및 제2 알루미늄 주름형 핀 구조들(10), 및 제1 및 제2 알루미늄 측면 시트들(11) 사이에 브레이즈 연결부들을 생성함으로써 제조된다. 제1 알루미늄 주름형 핀 구조(10)는 튜브(2)의 제1 측면 시트(11)와 넓고 평평한 제1 측면(12) 사이에 배치되는 한편, 제2 알루미늄 주름형 핀 구조(10)는 튜브(2)의 제2 측면 시트(11)와 넓고 평평한 제2 측면(12) 사이에 배치된다. 조립체는, 핀 구조들(10)의 마루들(18)과 골들(17)이 인접하는 부분들과 접촉하여 브레이즈 연결부들이 접촉 지점들에서 형성되도록 압축된다.

튜브(2), 핀 구조들(10), 및 측면 시트들(11)의 용융 온도보다 낮은 용융 온도를 갖는 브레이징 필러 금속을 사용하여 브레이즈 연결부들을 생성한다. 이러한 필러 금속은, 통상적으로, 용융 온도를 감소시키도록 소량의 다른 원소들(예를 들어, 실리콘, 구리, 마그네슘, 아연)이 첨가된 알루미늄이다. 브레이즈 필러 금속은, 브레이징될 성분들 중 하나 이상 상의 코팅으로서 유리하게 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 주름형 핀 구조들(10)을 형성하는 데 사용되는 시트 물질의 양 측면은 브레이즈 필러 금속으로 코팅되고, 이에 따라 연결부들이 필요하지 않거나 바람직하지 않은 위치에서는 브레이즈 필러 금속을 피하면서 브레이즈 연결부들이 필요한 접촉 지점들의 전부에 브레이즈 필러 금속을 제공한다.

브레이즈 필러 금속을 용융시키고 브레이즈 연결부들을 형성하도록 많은 방법들을 사용하여 튜브(2), 핀 구조들(10), 및 측면 시트들(11)의 온도를 증가시킬 수 있지만, 특히 바람직한 두 개의 방법은 진공 브레이징과 피제어 분위기 브레이징이다. 진공 브레이징에서는, 조립된 부분들을 밀봉된 로(furnace) 내에 두고, 진공 환경을 생성하도록 실질적으로 공기 전부를 제거한다. 이 공정에서, 그 조립된 부분들이 가열되어 구성요소들의 외면 상에 존재하는 산화층을 붕괴시키도록 기능할 때 합금에 존재하는 마그네슘이 방출되어, 용융된 브레이즈 필러 금속이 노출된 알루미늄에 결합될 수 있다. 산화층은, 진공 환경에서 산소가 없으므로 재형성이 방지되며 야금 결합과의 간섭이 방지된다.

피제어 분위기 브레이징에서는, 가열 전에 플럭스를 구성요소들에 인가한다. 조립된 부분들은, 플럭스가 반응하여 그 조립된 부분들의 결합면들 상에 존재하는 산화층을 변위시킨 후 산화층의 재형성을 방지하도록 불활성 가스 환경에서 가열된다. 산화층이 변위되면, 브레이즈 연결부들을 생성하도록, 용융된 브레이즈 필러 금속이 노출된 알루미늄에 결합된다.

생산 제조 환경에서 처리량을 증가시키도록 한 번에 튜브 조립체들(1) 중 여러 개를 브레이징하는 것이 특히 바람직할 수 있다. 도 6은 4개의 튜브 조립체(1)가 동시에 제조되는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 도시한다. 동일한 방법을 사용하여 한 번에 4개보다 많거나 4개보다 적은 튜브 조립체를 제조할 수 있다는 점을 이해하도록 한다.

도 6의 실시예에서는, 튜브들(2), 주름형 핀 구조들(10), 및 대략 평면형의 측면 시트들(11)이 제공된다. 튜브들(2)의 각각은 주름형 핀 구조들(10)의 쌍들 사이에 배치되고, 주름형 핀 구조들(10)의 각각은 튜브들(2) 중 하나와 대략 평면형의 측면 시트들(11) 중 하나 사이에 배치된다. 분리 시트들(19)은 대략 평면형의 측면 시트들(11)의 인접하는 쌍들 사이에 배치된다. 튜브들(2), 주름형 핀 구조들(10), 및 대략 평면형의 측면 시트들(11)은 적층부(26)로 배치된다. 추가 분리 시트들(19)은 적층부(26)의 최외측 단부들에서 대략 평면형의 측면 시트들(11)에 인접하여 배치되고, 나선형 핀 구조들의 마루들(18)과 골들(17)을 튜브들(2)의 인접하는 측면 시트들(11) 및 넓고 평평한 측면들(12)과 접촉하게끔 배치하도록 압축 부하가 적층부(26)에 적층 방향으로 인가된다.

적층부(26)에 균일한 압축 부하를 제공하도록, 적층부(26)의 최외측 단부들 상에 고 강성도를 갖는 막대들(21)(예를 들어, 구조적 스틸 채널)을 사용할 수 있다. 압축 부하는, 적층부(26)를 여러 위치에서 둘러싸는 금속 밴드들(22)을 사용함으로써 적층부에 인가된 후에 유지될 수 있다. 밴드들(22)은, 적층부(26)가 압축되는 동안 막대들(21)에 대하여 조여지고, 이에 따라 밴드들(22)의 장력이 압축 부하를 유지한다. 이렇게 조립된 후, 개별적인 튜브 조립체들(1)을 생성하도록 적층부(26)를 브레이징 로 내에 배치한다. 적층부(26)는 로 내에서 브레이즈 필러 금속을 용융시키는 데 적절한 온도까지 가열되고, 그 후 용융된 브레이즈 필러 금속을 재고체화하도록 적층부(26)가 냉각되고, 이에 따라 접촉 지점들에서 브레이즈 연결부들이 생성된다. 냉각 후, 개별적인 모놀리식 구조로 브레이징된 개별적인 튜브 조립체들(1)을 분리 시트들(19)로부터 제거할 수 있다. 분리 시트들(19)은, 분리 시트들(19)과 측면 시트들(11) 간의 임의의 야금 결합을 방지하도록 코팅을 구비할 수 있고, 그렇지 않은 경우에는, 브레이즈 필러 금속이 없더라도 이러한 바람직하지 못한 결합이 브레이징 온도에서 발생할 수 있다.

적층부(26)가 브레이징 온도로 가열됨에 따라, 적층부(26)의 금속 물질들이 열 팽창된다. 알루미늄 브레이징에 있어서, 그 구성요소들은, 통상적으로 550℃ 내지 650℃인 브레이징 온도로 가열된다. 이 온도 범위는, 구리 성분을 솔더링하는 데 사용되는 온도 범위보다 상당히 높으며, 결국, 결합 공정 동안 튜브 조립체들(1)의 구성요소들이 겪는 열 팽창은, 그 구성요소들이 구리인 경우보다 알루미늄인 경우 상당히 크다.

본 발명자들은, 브레이징 온도로의 가열 및 다시 주변 온도로의 냉각에 의해 핀 구조들(10)이 왜곡되지 않음을 확실히 하도록 브레이징 공정 동안 주의해야 한다는 것을 알게 되었다. 모놀리식 브레이징 코어로 되도록 튜브들과 핀 구조들의 다수의 행을 함께 연결하는 통상적인 브레이징된 알루미늄 라디에이터 제조와는 달리, 핀 구조들(10)의 플랭크들(16)은, 분리 시트들(19)과 튜브 조립체들(1)의 구성요소들 간의 열 팽창 차이를 통해 도입되는 전단력에 의해 왜곡되기 쉽다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 이 문제는, 분리 시트들(19)의 열 팽창 계수를 튜브들(2), 핀 구조들(10), 및 측면 시트들(11)의 열 팽창 계수에 대략 일치시킴으로써 해결된다. 이는, 유사한 알루미늄 합금으로부터 또는 유사한 열 팽창률을 나타내는 다른 물질로부터 분리 시트들(19)을 형성함으로써 달성될 수 있다.

대안으로, 또는 또한, 도 7에 도시한 바와 같이, 다수의 개별적인 분리 시트들(19)이 인접하는 각 튜브 조립체(1) 사이에 사용될 수 있다. 개별적인 분리 시트들(19)의 인접하는 분리 시트들 사이에 갭(20)이 제공된다. 분리 시트들(19)이 튜브(2), 핀 구조(10), 및 측면 시트(11)가 제조되는 물질과는 상당히 다른 열 팽창 계수를 갖는 물질로 제조되는 경우, 갭(20)은 적층부(26)의 가열과 냉각 동안 증가 또는 감소될 수 있어서, 그렇지 않은 경우에 열 팽창 계수의 불일치로 인해 발생할 수 있는 핀 구조(10)의 왜곡을 상당히 완화할 수 있다. 갭(20)은, 열 팽창 유도 왜곡의 누적을 피하기 위한 구멍으로서 기능하며, 이에 따라 임의의 이러한 왜곡이 개별적인 분리 시트들(19)의 각각의 아래의 이산적인 접촉 영역들로 한정된다. 도 7에 도시한 조립 방법은, 스테인리스 스틸 등의 온도에 더욱 저항하는 물질이 분리 시트(19)에 사용되고 튜브 조립체(1)의 더욱 많은 구성요소들이 알루미늄으로 제조될 때 특히 유리할 수 있다.

이제, 도 8 내지 도 13을 참조하여 튜브(2)를 더욱 상세히 설명한다. 전술한 바와 같이, 도 8에 도시한 튜브(2)의 실시예는, 제1 원통형 튜브 섹션(4)과 제2 원통형 튜브 섹션(5) 사이에 위치하는 평평한 튜브 섹션(3)을 포함한다. 제1 원통형 튜브 섹션(4)은 튜브(2)의 제1 단부(7)로부터 연장되는 한편, 제2 원통형 튜브 섹션(5)은 튜브(2)의 제2 단부(8)로부터 연장된다. 천이 영역들(6)은 평평한 섹션(3)과 원통형 섹션들(4, 5)의 각각 사이에 위치한다. 천이 영역들(6)은 튜브(2)를 통과하며 튜브 물질의 기계적 응력 집중 위치를 피하는 유체를 위한 매끄러운 연속 흐름 경로를 제공한다.

도 10의 부분 단면도에 상세히 도시한 바와 같이, 천이 영역(6)은, 튜브(2)의 단부(7)에 근접한 위치(27)로부터 단부(7)에 대하여 원위에 있는 위치(14)까지 이어지는 길이 L에 걸쳐 연장된다. 길이 L은, 바람직하게, 원통형 단부 섹션(4) 직경과 적어도 같지만, 일부 대체 실시예들에서는, 대응하는 단부 섹션의 직경보다 그 크기가 작을 수 있다. 도 8에 도시한 바와 같이, 넓고 평평한 측면(12)은, 넓고 평평한 측면(12)의 적어도 일부가 천이 영역(6)의 시작과 끝을 정의하는 위치들(27, 14) 사이에서 튜브(2)를 따라 위치하도록 양측 단부에서 위치(14)를 지나 연장된다.

바람직한 실시예들에서, 천이 영역들(6)과 평평한 튜브 영역(3)의 넓고 평평한 측면들(12)의 교차부는 곡선형 경로들(13)을 정의한다. 이러한 곡선형 경로들(13)은, 튜브의 큰 치수 축을 중심으로 한 휨 모멘트에 대한 튜브(2)의 평평한 섹션(3)의 유리한 강성화를 제공한다. 비교를 위해, 종래 기술의 튜브(102)는, 도 9에 도시되어 있으며, 천이 섹션(106)을 통해 원통형 섹션(104)에 연결된 평평한 섹션(103)을 포함한다. 천이 영역(106)과 평평한 섹션(103)의 교차부는 평평한 섹션(103)의 넓고 평평한 측면(112) 상의 직선형 경로(113)를 정의한다. 직선형 경로(113)는 튜브의 큰 치수로 연장되고, 큰 치수 축을 중심으로 한 휨이 상당히 용이하다. 이는 튜브(102)를 포함하는 튜브 조립체의 설치 및/또는 열 교환기로부터의 제거 동안 특히 단점일 수 있는데, 이러한 설치 및 이러한 제거가 이러한 유형의 휨 모멘트를 튜브에 빈번하게 가하기 때문이다. 이러한 문제점은, 튜브가 어닐링된 알루미늄 등의 상당히 낮은 강도의 물질로 제조되는 경우 특히 악화된다.

본 발명자들은, 곡선형 경로(13)가 전술한 유형의 휨 모멘트에 저항하는 상당한 강성화 효과를 제공하며, 튜브(2) 또는 튜브(2)를 포함하는 튜브 조립체(1)의 설치, 제거, 또는 기타 취급 동안 튜브(2)에 대한 좌굴(buckling) 또는 기타 손상을 방지한다는 점을 발견하였다. 임의의 비선형 경로로부터 이점을 유도할 수 있지만, 경로(13)가 일련의 연결된 아치형 경로 세그먼트들에 의해 정의되는 것이 특히 유리할 수 있다.

예시적인 실시예에서, 곡선형 경로들(13) 각각은, 정점이 (평평한 섹션(3)과 제1 원통형 단부(4) 간의 천이 영역의 경우에) 단부(7)로부터 또는 (평평한 섹션(3)과 제2 원통형 단부(5) 간의 천이 영역의 경우에) 단부(8)로부터 가장 멀리 있는 경로(13)를 따라 지점(14)에 위치하도록 튜브의 대략 중심 면에 위치하는 정점을 포함한다. 경로(13)는, 바람직하게, 정점에서의 응력 집중을 피하도록 정점에서 아치형 경로 세그먼트를 포함한다.

일부 바람직한 실시예들에서, 두 개의 원통형 섹션(4, 5) 중 적어도 하나의 외주(즉, 원주)는 평평한 섹션(3)의 연속 튜브 벽(25)의 외주보다 작다. 이는, 유리하게, 평평한 섹션(3)에서의 단위 길이당 비교적 넓은 열 전달 표면적을, 단부들(7, 8) 중 하나 또는 모두에서의 대응하는 큰 직경을 필요로 하지 않고서, 가능하게 할 수 있다. 단부들에서의 작은 직경은, 인접하는 튜브 조립체들의 더욱 가까운 이격을 가능하게 하고 예를 들어 단부들에서의 밀봉 면을 덜 필요로 하므로, 바람직할 수 있다. 바람직한 일부 실시예들에서, 평평한 섹션(3)의 외주는 두 개의 원통형 단부 섹션들 중 적어도 하나의 외주를 적어도 25%만큼 초과한다.

전체 길이에 걸쳐 평평해진 프로파일을 갖는 유체 전달 튜브를 포함하는 열 교환기는, 당업계에 공지되어 있으며, 라디에이터 등으로서 수십 년 동안 사용되어 왔다. 이러한 유형의 평평한 튜브는 일반적으로 두 가지 방식 중 하나로 구성된다. 이러한 튜브들은, 물질의 빌렛으로부터 평평한 형상으로 압출 및/또는 인출되고 이산적인 길이들로 절단되며, 또는 시트 폼의 둥근 형상으로의 형성, 심(seam) 용접, 평평한 튜브 형상으로의 롤 평평화, 및 이산적인 튜브 길이들로의 전달을 행함으로써, 코일형 시트로부터 튜브 밀에서 생성된다.

평평해진 섹션(103)과 원통형 단부 섹션(104)을 갖는 종래 기술의 튜브(102)(도 9) 등의 튜브들의 경우에, 평평한 튜브의 단부들은 원통형 단부 섹션(104)과 천이 섹션(106)을 형성하도록 원통 형상으로 형성된다. 이러한 동작은, 튜브가 구리 등의 고 가단성 물질로 구성되는 경우 빠르고 용이하게 수행될 수 있으며, 튜브(2)의 극단부들만 형성하면 된다. 그러나, 이 방법에서는 전술한 바와 같이 천이 섹션(6)을 달성할 수 없다.

천이 영역들(6)은, 튜브(2)를 평평한 섹션(3)에서 연속 튜브 벽(25)의 원하는 외주와 같은 외경을 갖는 둥근 형태로 초기에 형성함으로써 형성될 수 있다. 다음으로, 도 12를 구체적으로 참조해 보면, 둥근 튜브(2)의 단부들의 직경은, 원통형 단부들(4, 5), 및 원래의 둥근 형상을 보유 지지하는, 원통형 단부들(4, 5)과 중심 섹션(3') 사이의 테이퍼링된 천이 영역(6')을 형성하도록 감소된다. 이러한 직경 감소는, 예를 들어, 튜브 단부들의 스웨이징에 의해 달성될 수 있다. 일부 바람직한 실시예들에서, 단부들의 직경은, 평평한 섹션(3)과 원통형 단부 섹션들(4, 5) 간의 외주의 원하는 비를 달성하도록 적어도 20%만큼 감소된다.

도 13a와 도 13b에 도시한 바와 같이, 튜브(2)의 평평한 섹션(3)의 프로파일은, 제1 형성 다이 절반부(22)와 제2 형성 다이 절반부(23) 사이에 튜브(2)의 그 부분(3')을 형성함으로써 정의될 수 있다. 튜브(2)는, 다이가 개방 위치에 있는 경우, 즉, 도 13a에 도시한 바와 같이 두 개의 다이 절반부가 서로 분리된 경우 다이 절반부들(22, 23) 사이에 삽입된다. 튜브(2)가 이렇게 위치하게 되면, 다이는 도 13b의 폐쇄 위치에 있도록 폐쇄되고, 이에 따라 튜브(2)의 평평한 섹션(3)을 작은 치수 d1과 큰 치수 d2로 형성한다. 선택적으로, 맨드릴(24)은, 형성 동작 동안 넓고 평평한 튜브 벽들(12)의 좌굴 또는 기타 바람직하지 못한 변형을 방지하도록 형성 동작 전에 튜브(2) 내에 위치할 수 있다. 맨드릴(24)은, 사용시, 형성 동작이 완료된 후 튜브(2)로부터 제거될 수 있다. 천이 영역들(6)의 형상은, 다이 절단부들(22, 23)의 접촉 면들에 상보적으로 표현된 반대 형상을 포함함으로써 제조될 수 있고, 이에 따라 형성 동작 동안 천이 영역들(6)의 원하는 형상이 튜브(2)로 형성된다.

본 발명에 따른 튜브 조립체(201)의 대체 실시예는 도 14 내지 도 16에 도시되어 있다. 튜브 조립체(201)는 전술한 튜브 조립체(1)와 공통되는 다수의 특징부들을 갖고, 이러한 두 개의 튜브 조립체의 유사한 특징부들은 유사한 참조 번호를 갖는다. 튜브 조립체(201)는, 다편 튜브 조립체(202)의 평평한 섹션(203)을 따라 배치된 두 개의 나선형 핀 구조(10)를 포함한다. 측면 시트들(11)은 평평한 섹션(203)의 대향하는 넓고 평평한 측면들(212)로부터 같은 거리로 이격되고, 나선형 핀 섹션들(10)의 마루와 골은, 튜브 조립체(1)에 대하여 전술한 방식과 유사한 방식으로 측면 시트들(11)과 넓고 평평한 측면들(212)에 연결된다.

다편 튜브 조립체(202)는, (평평한 섹션(203)을 정의하는) 튜브 조립체 중심 부분(232), 중심 부분(232)의 일 단부에 배치된 튜브 조립체 단부분(230), 및 중심 부분(232)의 대향하는 단부에 배치된 튜브 조립체 단부분(231)을 포함한다. 튜브 조립체 단부분들(230, 231)의 각각은, 천이 섹션(206)을 통해 평평한 튜브 섹션(233)에 연결된 원통형 섹션(각각 204, 205)을 갖는다. 평평한 튜브 섹션(233)의 크기와 형상은 평평한 튜브 섹션(203)의 단면에 대하여 대략 상보적이다. 개구(234)는, 각 평평한 튜브 섹션(233)의 단부에 제공되고, 중심 부분(232)의 대응하는 단부를 수용하기 위한 크기를 갖는다. 연결된 튜브 조립체(202)는, 제1 단부(207)와 제2 단부(208) 간에 유체를 위한 누출 없는 흐름 경로를 제공한다.

도 16에 가장 잘 도시한 바와 같이, 단부(230)의 개구(234) 내로 수용되는 중심 부분(232)의 단부는 그 단부분 내로 연장될 수 있고, 이에 따라 중심 부분(232)의 벽들과 단부분(230)의 평평한 튜브 섹션(233)이 중첩된다. 여기서 그리고 도 16에서 단부분(230)을 구체적으로 참조하고 있지만, 이는 대향하는 단부분(231)에도 적용된다는 점을 이해하도록 한다. 이러한 중첩의 한 가지 유리한 양태로서, 형성되는 그 중첩 영역에서의 총 벽 두께의 국부적 증가에 의해, 튜브의 큰 치수 축을 중심으로 한 휨 모멘트에 저항하는 튜브 조립체(202)의 강성도를 증가시킬 수 있다. 이러한 효과를 최대화하도록, 일부 실시예에서, 튜브 조립체의 중심 부분(232)이 천이 섹션(206)으로 연장하고 이에 따라 중첩 벽들이 평평한 튜브 섹션(233)의 실질적으로 전부에 걸쳐 제공되는 것이 바람직할 수 있다.

평평한 튜브 섹션(233)에서 튜브 조립체(202)에 대한 구조적 지지를 추가로 제공하도록, 평평한 튜브 섹션(233)의 단부분(230, 231)의 벽 두께가 중심 부분(232)의 벽 두께보다 큰 것이 바람직할 수 있다. 이는, 전술한 바와 같이 튜브 조립체의 설치 및/또는 제거 동안 큰 응력을 받을 수 있는 그러한 영역들에서의 적절한 구조적 지지를 여전히 유지하면서 유체들 간의 열 전달에 대한 저항을 최소화하도록 중심 부분(232)의 넓고 평평한 측면들(212)을 비교적 얇게 할 수 있다. 그 결과, 강성도는, 적어도 일부 실시예들에서, 튜브 조립체의 의도한 용도를 위해 충분할 수 있다. 다른 일부 실시예들에서는, 튜브(2)에 대하여 전술한 바와 유사한 방식으로 전이 영역들(206)과 평평한 튜브 섹션들(233)의 교차부를 곡선형 경로로서 정의함으로써, 강성도의 추가 증가를 제공할 수 있다.

중심 부분(232)은, 적어도 일부 실시예들에서, 평평한 섹션(203)을 직접 생성하도록 다이를 통해 알루미늄 합금을 압출함으로써 형성될 수 있다. 이러한 압출 공정은, 튜브 조립체(202)의 구조적 강화를 추가로 제공하도록 넓고 평평한 측면들(212)을 연결하는 좁은 측면들이 넓고 평평한 측면들(212)보다 큰 두께로 될 수 있게 한다. 또한, 넓고 평평한 측면들(212) 사이에서 연장되는 내부 웹들(235)은, 구조적 지지 및/또는 열 전달 향상을 제공하도록 선택 사항으로 제공될 수 있다. 이러한 세 개의 웹(235)이 도 15에 도시되어 있지만, 응용분야에 따라 더 많거나 적은 웹이 바람직할 수 있음을 이해하도록 한다. 웹들(235)은 아치형과 경사짐을 포함한 형상과 배향에 있어서 가변적일 수 있지만, 이러한 예로 한정되지 않는다. 어느 경우든, 웹들(235)은, 존재하는 경우, 튜브 중심 부분(232)의 좁은 측면들 사이에 배치되며, 튜브 중심 부분(232)을 통해 연장되는 흐름관을 다수의 평행 분기부들로 나눈다.

일반적으로, 단부분들(203, 231)은 튜브(2)에 대하여 전술한 바와 유사한 방식으로 형성될 수 있다. 중심 부분(231)을 단부분들(230, 231)에 연결하는 것을 용이하게 하도록, 일측에 브레이즈 합금 클래딩을 갖는 물질을 사용하여 단부분들(230, 231)을 형성할 수 있고, 이때, 단부분들은, 클래드 측이 단부분의 내부에 있으며 중첩 영역에서 중심 부분(232)의 단부에 대하여 배치되도록, 형성된다. 대안으로, 브레이즈 합금은 연결 위치에서 페이스트 또는 브레이즈 합금의 링의 형태로 제공될 수 있다. 어느 경우든, 튜브 조립체(202)의 부분들(230, 231, 232)은 완전한 튜브 조립체(201)의 연결과의 공통 브레이징 동작으로 연결될 수 있다. 따라서, 이러한 튜브 조립체(201)의 연결은 튜브 조립체(1)에 대하여 전술한 바와 유사한 방식으로 달성될 수 있다.

본 발명의 일부 특징부들과 요소들에 대한 다양한 대체를 본 발명의 특정 실시예들을 참조하여 전술하였다. 상호 배타적이거나 전술한 각 실시예와 일치하지 않는 특징부, 요소, 및 동작 방식을 제외하고, 구체적인 일 실시예에 관하여 설명한 대체 특징부, 요소, 및 동작 방식을 나머지 실시예들에 적용할 수 있다는 점에 주목하기 바란다.

전술하고 도면에 도시한 실시예들은, 예로서 제시된 것일 뿐, 본 발명의 사상과 원리를 한정하려는 것이 아니다. 이처럼, 통상의 기술자라면, 본 발명의 사상과 범위로부터 벗어나지 않고 구성요소들 및 이들의 구성과 배치에 대하여 다양한 변경이 가능하다는 점을 이해할 것이다.

Claims (20)

1. 열 교환기를 위한 튜브 조립체로서,
   튜브로서, 대향하며 이격된 좁은 튜브 측면들에 의해 연결된 이격된 제1 넓은 튜브 측면과 제2 넓은 튜브 측면을 포함하는 평평한 섹션, 상기 튜브의 길이방향 제1 단부에 있는 제1 원통형 섹션, 및 상기 튜브의 길이방향 제2 단부에 있는 제2 원통형 섹션을 구비하고, 상기 평평한 섹션이 상기 제1 및 제2 원통형 섹션 사이에 배치된, 상기 튜브,
   플랭크들(flanks)에 의해 연결된 제1 복수의 파형 마루와 파형 골을 포함하는 제1 핀 구조,
   플랭크들에 의해 연결된 제2 복수의 파형 마루와 파형 골을 포함하는 제2 핀 구조, 및
   대략 평면형의 제1 측면 시트와 대략 평면형의 제2 측면 시트를 포함하고,
   상기 제1 핀 구조의 파형 골들은 상기 제1 넓은 튜브 측면에 연결되고, 상기 제1 핀 구조의 파형 마루들은 상기 대략 평면형의 제1 측면 시트의 면에 연결되고, 상기 제2 핀 구조의 파형 골들은 상기 제2 넓은 튜브 측면에 연결되고, 상기 제2 핀 구조의 파형 마루들은 상기 대략 평면형의 제2 측면 시트의 면에 연결된, 튜브 조립체.
2. 제1항에 있어서, 상기 평평한 섹션은 상기 넓은 튜브 측면들을 연결하도록 상기 좁은 튜브 측면들 사이에 배열된 하나 이상의 이격된 웹을 더 포함하는, 튜브 조립체.
3. 제1항에 있어서, 상기 튜브는,
   상기 평평한 섹션을 포함하는 제1 튜브부,
   상기 제1 원통형 섹션을 포함하고, 상기 제1 튜브부의 제1 단부에 연결된 제2 튜브부, 및
   상기 제2 원통형 섹션을 포함하고, 상기 제1 튜브부의 제2 단부에 연결된 제3 튜브부를 포함하는, 튜브 조립체.
4. 제3항에 있어서, 상기 제1 튜브부는 알루미늄 합금을 압출함으로써 형성된, 튜브 조립체.
5. 제1항에 있어서, 상기 이격된 제1 및 제2 넓은 튜브 측면은 제1 물질 두께를 갖고, 상기 대략 평면형의 제1 및 제2 측면 시트는 제2 물질 두께를 갖고, 상기 제1 물질 두께가 상기 제2 물질 두께의 적어도 두 배인, 튜브 조립체.
6. 열 교환기를 위한 튜브 조립체로서,
   원통형 섹션, 평평한 튜브 섹션, 및 상기 원통형 섹션과 상기 평평한 튜브 섹션 사이의 천이 섹션을 포함하는 제1 튜브 조립체 단부,
   원통형 섹션, 평평한 튜브 섹션, 및 상기 원통형 섹션과 상기 평평한 튜브 섹션 사이의 천이 섹션을 포함하는 제2 튜브 조립체 단부, 및
   상기 제1 튜브 조립체 단부와 상기 제2 튜브 조립체 단부 사이에 배치되고, 두 개의 이격된 좁은 측면에 의해 연결된 두 개의 이격된 넓고 평평한 평행 측면을 포함하는 튜브 조립체 중심부를 포함하고,
   상기 튜브 조립체 중심부의 제1 단부는 상기 제1 튜브 조립체 단부의 평평한 튜브 섹션에 연결되고, 상기 튜브 조립체 중심부의 제2 단부는 상기 제2 튜브 조립체 단부의 평평한 튜브 섹션에 연결된, 튜브 조립체.
7. 제6항에 있어서, 상기 제1 튜브 조립체 단부, 상기 제2 튜브 조립체 단부, 및 상기 튜브 조립체 중심부는 브레이징(brazing)에 의해 연결된, 튜브 조립체.
8. 제6항에 있어서, 상기 튜브 조립체 중심부는, 상기 넓고 평평한 튜브 측면들을 연결하도록 상기 이격된 좁은 측면들 사이에 배열된 하나 이상의 이격된 웹을 더 포함하는, 튜브 조립체.
9. 제6항에 있어서, 상기 제1 및 제2 튜브 조립체 단부의 평평한 튜브 섹션들 각각은 두 개의 이격된 넓고 평평한 측면을 포함하고, 상기 천이 섹션들의 각각과 상기 넓고 평평한 측면들의 교차점이 곡선형 경로를 정의하는, 튜브 조립체.
10. 제6항에 있어서, 상기 튜브 조립체 중심부의 이격된 넓고 평평한 평행 측면들은 제1 벽 두께를 갖고, 상기 제1 및 제2 튜브 조립체 단부 중 적어도 하나의 평평한 튜브 섹션은 상기 제1 벽 두께보다 큰 제2 벽 두께를 갖는, 튜브 조립체.
11. 제6항에 있어서, 상기 튜브 조립체 중심부는 상기 제1 및 제2 튜브 조립체 단부 내에 부분적으로 수용되는, 튜브 조립체.
12. 제11항에 있어서, 상기 튜브 조립체 중심부의 제1 단부는 상기 제1 튜브 조립체 단부의 천이 섹션으로 연장되는, 튜브 조립체.
13. 제12항에 있어서, 상기 튜브 조립체 중심부의 제2 단부는 상기 제2 튜브 조립체 단부의 천이 섹션으로 적어도 부분적으로 연장되는, 튜브 조립체.
14. 열 교환기의 튜브 조립체를 제조하는 방법으로서,
    둥근 튜브의 제1 섹션에서 상기 둥근 튜브의 직경을 감소시키는 단계,
    상기 둥근 튜브의 상기 제1 섹션에 인접하는 제2 섹션을 평평하게 하여 상기 제2 섹션에 두 개의 이격된 넓고 평평한 측면을 정의하는 단계, 및
    상기 제2 섹션을 평평한 튜브의 단부에 연결하는 단계를 포함하는, 열 교환기의 튜브 조립체 제조 방법.
15. 제14항에 있어서, 알루미늄 합금을 형성 다이를 통해 압출함으로써 상기 평평한 튜브를 형성하는 단계를 더 포함하는, 열 교환기의 튜브 조립체 제조 방법.
16. 제14항에 있어서, 상기 제2 섹션을 평평한 튜브의 단부에 연결하는 단계는,
    상기 평평한 튜브의 단부를 상기 둥근 튜브의 제2 섹션 내에 삽입하는 단계,
    상기 평평한 튜브와 상기 둥근 튜브를 브레이징 온도로 가열하여 상기 삽입의 지점에서 제공되는 브레이즈 합금을 용융시키는 단계, 및
    상기 평평한 튜브와 상기 둥근 튜브를 냉각하여 상기 평평한 튜브와 상기 제2 섹션 사이에 고체화된 브레이즈 연결부를 형성하는 단계를 포함하는, 열 교환기의 튜브 조립체 제조 방법.
17. 제16항에 있어서, 제1 및 제2 주름형 핀 구조를 상기 평평한 튜브의 대향하는 넓고 평평한 측면들에 연결하는 단계를 더 포함하는, 열 교환기의 튜브 조립체 제조 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 제2 섹션을 평평한 튜브에 연결하는 단계와 상기 주름형 핀들을 상기 평평한 튜브에 연결하는 단계는, 단일 브레이징 동작을 이용하여 수행되는, 열 교환기의 튜브 조립체 제조 방법.
19. 제14항에 있어서, 상기 둥근 튜브의 직경을 감소시키는 단계는 상기 제1 섹션과 상기 제2 섹션 사이에 천이 영역을 적어도 부분적으로 형성하는 단계를 포함하는, 열 교환기의 튜브 조립체 제조 방법.
20. 제19항에 있어서, 상기 제2 섹션을 평평하게 하는 단계는, 상기 제2 영역에서 상기 천이 영역과 상기 넓고 평평한 측면들 간의 곡선형 교차부를 정의하는 단계를 포함하는, 열 교환기의 튜브 조립체 제조 방법.
    

Images