KR920009827B1 - 타원형 금속 튜브를 방열 금속핀(fin)에 부착하는 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

타원형 금속 튜브를 방열 금속핀(fin)에 부착하는 방법

제1도는 본 발명의 방법에 따라 방열 핀들에 부착된 튜브들을 가지고 기계적으로 조립된 타원형 튜브 알루미늄 방열기의 부분 정면도.

제2도는 제1도의 선 II-II를 따라 취한 단면도.

제3도는 본 발명의 방법에 따라 타원형 튜브를 핀에 밀착시키도록 그 튜브를 팽창시키기는데 사용되는 “뷰렛”(bullet)의 정면도.

제4도는 제3도의 뷰렛의 평면도.

제5도는 제3도의 선 V-V를 따라 취한 단면도.

제6도는 제3도의 뷰렛의 측면도.

제7,8 및 9도는 금속 핀과 밀착하도록 금속 튜브를 팽창시키는 본 발명의 방법의 여러가지 단계를 보여주는 개략도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 방열기 12 : 타원형 금속 튜브

14 : 방열 금속 핀 18 : 탭

20 : 칼라 22-22 : 제1곡면

24-24 : 제2곡면 26 : 틈새

30 : 뷰렛 32 : 제1결합면

34 : 간격 36 : 제2결합면

본 발명은 튜브를 핀(fin)에 부착시키는 방법에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 유체이송 금속튜브를 방열 금속핀에 부착시키는 방법에 관한 것이다. 독특한 방열기 구조를 갖기 위해 단일 방열기 구조물에 많은 유사한 접속이 행해진다.

현재 알려진 방열기 제조 방식은 기계적으로 조립하는 것이다. 이런 기계적 조립 방열기에서는, 둥근 단면을 가진 튜브가 그의 원주에서 균일하게 팽창되어, 그것을 둘러싼 방열 금속 핀의 표면과 접촉하게 된다. 이런 형의 구조는 당분야의 기술에 있어서 잘 알려진 것이다.

다른 방열기 구조는 방열 금속핀에 납땜된 장원형 또는 타원형 단면의 튜브들을 포함한다. 이러한 튜브 방열기 구조는 전체 방열기의 체적 변위를 최소화 하면서 가격 및 중량의 점에서 최적인 간결한 열교환기를 형성한다.

본 발명자들이 알기로는, 아직까지, 기계적으로 조립된 타원형 튜브 방열기가 제안된 적이 없었다. 타원형 튜브를 방열 금속 핀내로 균일하게 팽창시키는 것이 실시되지 않았다. 그 이유는 단순한 팽창으로는 타원형 튜브와 그 둘레의 칼라(collar)들이 양호하게 접촉하지 못하고 튜브와 칼라사이에 분열이 일어나기 때문이다.

본 발명자들은 방열 금속 핀과 타원형 튜브사이의 양호한 기계적 접촉과 훌륭한 열전도 접촉을 달성하기위해 그 금속 핀에 접촉하도록 타원형 튜브를 팽창시키는 새로운 방법을 발명했다.

미국특허청 또는 다른 어떤 조사기관에서도 본 명세서의 주제에 관해서 아무런 조사도 실시되지 않았다. 본 발명자들은, 앞에서 언급된 바와같이 기계적으로 조립된 방열기를 형성하기우해 원형 단면 튜브를 팽창시키는 기술외에는 본 명세서의 주제와 관련된 어떤 종래기술도 알지 못한다.

본 발명은 튜브를 핀에 부착시키는 방법, 더 구체적으로는, 유체이송 금속튜브를 방열 금속핀에 부착시키는 방법에 관한 것이다. 특히, 이 방법은 유체 이송 타원형 튜브를 방열 금속핀에 부착시키는 것에 관한 것이다. 이 방법은 방열기를 제조하기 위해 다수의 그러한 부착부를 형성하기 위하여 반복적으로 사용된다.

본 발명에 따르면, 유체이송금속 튜브를 방열 금속핀에 부착시키는 방법은 다음의 단계들로 구성된다.

먼저, 대체로 타원형 단면을 가지는 금속 튜브가 만들어진다. 타원형 단면의 튜브란 그의 장축의 양끝에 서로 유사한 제1곡면들이 있고 단축의 양끝에 서로 유사한 제2곡면들이 있는 튜브이다.

다음, 방열 금속 핀(fin)이 만들어지고, 그 핀에 타원형 칼라(collar)가 형성된다. 이 칼라는 핀을 관통하는 구멍을 제공하며, 핀을 형성하는 금속의 두께의 적어도 1.5배의 높이를 가진다. 이 칼라에 의해 제공되는 구멍은 튜브의 타원형 단면보다 약간 더 큰 크기를 가진다.

다음, 상기 튜브가 칼라의 구멍내에 끼워 넣어진다. 그리하여, 튜브와 칼라가 나란히 놓여진다.

튜브의 장축의 양끝에 있는 제1곡면들이 그와 나란한 칼라 부분들과 접촉하게 되도록 튜브가 그의 장축을 따라 팽창된다.

장축에 따른 팽창이 계속됨에 따라, 장축의 양끝으로 부터 단축의 양끝에 있는 제2곡면들을 향해 튜브의 팽창이 개시된다. 그리하여, 튜브가 그 주위의 칼라에 접근하는 팽창 작용이 수행되어, 결국 두 요소들이 서로 접촉하게 된 다음에 서로 함께 팽창된다.

튜브와 칼라의 팽창과정은 튜브의 장축으로 부터 단축을 향해 점진적으로 종결된다. 튜브와 칼라의 서로 나란한 부위들이 튜브는 소성적으로 변형되나 칼라는 탄성적으로 변형되는 조건에 도달한때 팽창은 종결된다. 그리하여, 튜브가 그의 변형된 상태를 유지한채 칼라가 그의 원위치로 탄성적으로 복귀하여 튜브를 붙잡고 그 튜브에 압력을 가함으로써 두 요소들 사이에는 훌륭한 열적 및 기계적 접촉이 이루어진다.

이런 과정을 여러번 되풀이 함으로써 다수의 튜브들을 다수의 방열 금속핀에 부착할 수 있다. 이런 방식으로, 방열기 구조물이 만들어진다. 이런 공정은 어떤 타원형 단면 튜브를 금속 핀과 접속시켜 어떤 유형의 방열 장치도 제조하는데 쓰이는 훌륭한 방법이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 장축의 길이와 단축의 길이의 비율은 적어도 3:1이고, 가장 바람직하게는 3.7:1이다.

아래의 설명은, 유체이송 금속 튜브를 방열 금속 핀에 부착시키는 본 발명의 방법의 바람직한 실시예에 대한 것이다. 아래 설명은 또한, 이 방법을 수행하는 가장 훌륭한 방식이라고 생각되는 것을 보여주고 있다. 그러나, 이 설명이 본 발명의 광범위한 원리들을 제한하려고 의도하는 것은 아니며, 또한 이 방법을 예시하기 위해 바람직한 재질이 사용되었지만, 그렇다고해서 다른 재질을 본 발명에서 사용될 수 없다는 것을 의미하는 것은 아니다.

제1도는 기계적으로 조립된 타원형 튜브 알루미늄 방열기(10)의 일부분을 나타내는 정면도이다. 이 방열기(10)는 본 발명의 방법에 따라 여러개의 방열 금속핀(fin)(14-14)에 기계적으로 조립된 여러개의 타원형 금속 튜브(12-12)를 가진다. 그 타원형 튜브들(12)의 양끝은 헤더(header)들(16)(제1 및 2도에 그 헤더들이 하나만 도시됨)에 연결되고, 이 헤더(16)는 유체 이송 튜브들을 통해 흐를 유체를 위한 용기를 형성하도록 플라스틱 하우징에 연결될 수 있다. 튜브들(12)이 핀들(14)에 부착되는 방식과 동일한 방식으로 튜브들(12)이 헤더(16)에 접속될 수 있다.

제1 및 2도에 도시된 바와같이, 각 핀(14)에는 여러개의 탭(tab)(18-18)이 형성되어있다. 이 탭은 핀피치(fin pitch), 즉, 핀 밀도를 규정하는 스페이서(spacer)로 작용하고, 또한 공기가 방열기(10)의 중요한 열전달지역으로 더 잘 흐를 수 있게 하는 공기 베인(air vane)으로도 작용한다. 또한, 탭은, 방열기(10)의 구조가 핀의 두께 및 폭과 관련하여 최적화되게하여 공기의 혼합 가능성을 제공할 수 있게 한다.

핀에는 또한 여러개의 타원형 칼라(collar)들(20-20)이 형성된다. 칼라 및 탭은 스트립(strip)형상의 핀(14)이 제조될 때 이들 요소들을 그 스트립에 펀칭함으로써 만들어질 수 있다. 핀은 AA-3003-H19 물질과 같은 경화된 알루미늄 물질로 만들어질 수 있다.

본 발명의 방법에 따라서, 유체이송금속 튜브(12)는 다음과 같은 방식으로 방열 금속 핀(14)에 부착된다. 이 부착에 의해 두 요소들, 즉, 튜브와 핀사이에 훌륭한 기계적 지지가 제공되고, 또한 두 요소들 사이에 열전달을 위한 훌륭한 물리적 접촉이 제공된다.

금속 튜브(12)는 대략 타원형의 단면을 갖도록 AA-3003-0 알루미늄으로 만들어진다. 이 튜브를 만들기 위한 가장 쉬운 방법은 튜브를 이음새 없이 압출 성형하는 것이다. 튜브의 단면 형상은 사실상 타원형이다. 제7도에 도시된 바와같이, 금속 튜브는 그의 장축의 양끝에 서로 유사한 제1곡면들(22-22)을 가지며 단축의 양끝에는 서로 유사한 제2곡면들(24-24)을 가지고 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 가장 좋은 결과를 얻기 위해서 장축의 길이 대 단축의 길이비는 3.7:1이다. 그러나, 이 공정에서 이 비율을 약 3:1 혹은 그 이상으로 할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 방열 금속 핀(14)은 여러개의 탭(18-18)과 칼라들(20-20)을 가지도록 형성된다. 이들 요소는 적당한 다이, 바람직하게는, 스탭핑 다이들을 사용하여 핀 표면으로 부터 변형 가동될 수 있다. 처음에 형성된 칼라들(20-20) 각각은 핀(14)을 관통하는 구멍을 제공한다. 비교적 얇은 핀 재질에 있어서, 이들 칼라의 높이는 핀을 형성하는 금속의 두께의 적어도 약 1.5배이다. 그러나, 보다 두꺼운 금속으로 형성된 헤더(16)의 경우에는, 본 발명의 방법을 수행하는데 있어 칼라가 제공될 필요가 없다.

처음 성형되었을때, 핀(14)의 칼라(20)에 의해 제공되는 각 구멍은 상응하는 튜브(12)의 타원형 단면 보다 약간 더 큰 크기를 가진다. 그러므로, 제7도에 도시된 대로, 처음에 배치된때, 칼라의 내측에 놓인 튜브와 그 칼라사이에 약간의 틈새(26)가 생기게 되고, 튜브와 칼라가 나란히 배치된다.

본 발명의 방법은 제3-6도에서 번호(30)으로 표시된 “뷰렛”(bullet)을 이용하여 수행된다. 제1결합면(32)과 제2결합면(36)을 가진 뷰렛(30)이 뷰트(12)를 통해 강제로 밀어 넣어져 튜브가 하나 혹은 그 이상의 핀들(14-14)에 밀착하도록 그 튜브를 팽창시킨다. 본 발명의 방법에 있어서, 뷰렛은 어느 방향으로든 튜브를 통해 밀어 넣어지거나 당겨질 수 있다. 그러나, 핀(14-14)으로부터 칼라들(20-20)이 연장하는 방향과 반대의 방향으로 뷰렛이 튜브를 지나가게 하는 것이 바람직하다. 제1도에 도시된 방열기(10)에 있어서, 뷰렛의 바람직한 이동방향은 아래쪽으로의 방향이다. 이런 이동 방향을 취하는 이유는, 칼라의 굽혀진 가장자리에 반대되는 방향으로 뷰렛이 향하게 함으로써 가장 강한 응력이 직각으로 튜브와 칼라의 결합면들에 전달되어 견고한 접촉 접속이 달성되기 때문이다.

본 발명의 방법에 있어서, 먼저, 튜브(12)는 그의 장축을 따라 팽창되어 장축의 양끝에 있는 제1곡면들(22-22)이 그와 나란한 칼라(20)의 부분들과 접촉하게 한다. 이러한 첫번째 팽창은 팽창될 튜브 표면에의 뷰렛(30)의 제1결합면(32-32)의 결합에 의해 일어난다.

제8도에 잘 나타나는 바와같이, 튜브의 장축을 따라 상기한 첫번째 팽창이 일어나면 제1곡면들(22-22)이 그와 나란한 칼라(20)의 부분들과 접촉하도록 이동된다. 또한, 이런 작용에 의해, 대체로 타원형의 튜브가 제8도에 나타나는 바와같은 장원형으로 변형되고, 이때, 단축의 양끝에 먼저 있던 튜브 지역들, 즉, 제2곡면들과 그에 나란한 칼라 부분들사이에는 간격들(34-34)이 남게된다.

그 다음에, 뷰렛(30)의 제2결합면(36-36)이 뷰렛의 제1결합면(32-32)에 결합되었던 튜브(12)의 지역과 결합된다. 제2결합면(36-36)과의 이러한 결합에 의해 타원 단면의 튜브가 장축을 따라 계속 팽창함에 따라, 장축의 양끝으로 부터 단축의 양끝에 있던 제2곡면들(24-24)쪽으로의 팽창이 시작된다. 그리하여, 튜브와 칼라의 서로 나란한 부위들이, 처음에 튜브가 칼라를 향하여 이동된 다음에 두 요소가 서로 접촉하고, 그 다음 두 요소가 함께 팽창되는 팽창작용을 받게 된다.

본 발명의 방법에 있어서, 튜브와 칼라의 팽창공정은 이 공정이 튜브의 장축으로 부터 개시되어 단축을 향하여 이동하면서 점진적으로 종결된다. 이 팽창공정은, 일 위치에서 튜브의 전체 외주에 걸쳐 동시에 수행되는 것이 아니고 어떤 주어진 단면에 있어서 타원형 튜브의 장축의 양끝으로 부터 단축의 양끝쪽으로 점진적으로 일어나는 것이다. 이 팽창공정의 튜브는 소성적으로 변형되나 칼라는 탄성적으로 변형되는 그러한 상태에 튜브와 칼라의 서로 나란한 부위들이 도달했을 때 비로소 종결된다. 이런 방식으로, 튜브는 소성 변형상태에 있기 때문에 소성 변형된 위치를 그대로 유지한다. 하지만, 칼라의 변형은 탄성적인 것이기 때문에 칼라는 그의 본래의 위치로 되돌아가려고 하고 따라서 튜브의 외측부를 붙잡고 그 부위에 힘을 가한다. 그리하여, 변형된 튜브와 칼라 사이에는 훌륭한 기계적 접촉이 이루어지고, 이 기계적 접촉은 또한 훌륭한 열전도성을 가지는 접촉부를 제공한다. 이렇게 하여, 핀과 튜브사이의 최적의 열전달 접촉면이 형성된다. 튜브와 칼라 사이의 접촉면에서의 끼워맞춤 공차는 약 0.002-0.004인치(0.0508-0.1016mm)가 바람직하다. 하지만, 그 접촉면 외에서는 그러한 공차가 0.012인치(0.3048mm) 혹은 그 이상일 수 있다.

상기한 설명은 단일 핀 스트립의 단일 칼라에 단일 튜브를 부착시키는 방식에 대한 것이지만, 개개의 튜브를 통하여 이동되는 뷰렛(30)이 튜브의 길이를 따라 동일한 과정을 반복적으로 실행하여 개개의 튜브를 그 둘레의 칼라들에 접촉 결합시킬 수 있음은 물론이다. 이러한 방식으로 기계적으로 조립된 타원형 튜브 방열기 구조가 형성될 수 있다.

Claims (4)

1. 장축의 양끝에 서로 유사한 제1곡면들이 있고 단축의 양끝에 서로 유사한 제2곡면들이 있는 타원형 단면을 가진 유체 이송 금속 튜브를 형성하는 단계; 방열 금속 핀(fin)을 형성하는 단계; 상기 튜브의 타원 단면적보다 약간 더 큰 크기를 가지고 상기 핀을 관통하는 타원형 구멍을 제공하고 상기 핀을 형성하는 금속의 두께의 적어도 1.5배의 높이를 가지는 타원형 칼라를 상기 핀에 형성하는 단계; 튜브와 칼라가 서로 나란히 배치되도록 상기 칼라의 상기 구멍 내측에 튜브를 끼워넣는 단계; 제1 및 제2결합면들을 가지는 뷰렛을 상기 튜브에 강제로 통과시킴으로써, 상기 장축의 양끝에 있는 상기 제1곡면들이 그 곡면들과 나란한 상기 칼라의 부분들에 접촉하도록 먼저 상기 장축을 따라 상기 튜브를 팽창시키는 단계; 상기 장축을 따라 팽창을 계속함에 따라, 상기 단축의 양끝에 있던 상기 제2곡면들을 향하여 상기 장축의 양끝으로부터 상기 튜브의 팽창을 개시함으로써 상기 튜브가 상기 칼라쪽으로 이동하는 팽창작용에 의해 상기 튜브와 칼라의 서로 나란한 부위들이 서로 접촉한 다음에 함께 팽창되게 하는 단계; 상기 튜브는 소성적으로 변형되나 상기 칼라는 탄성적으로 변형되는 상태에 상기 튜브와 칼라의 상기 나란한 부위들이 도달한때 튜브의 장축으로 부터 단축을 향한 상기 튜브 및 칼라의 팽창공정을 점진적으로 종결시키는 단계를 포함하는, 타원형 금속 튜브를 방열금속핀에 부착하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 칼라가 핀의 한 표면 위에서 연장하여 있는 방열핀에 상기 타원형 금속 튜브가 부착되고, 튜브내 상기 뷰렛의 통과가 직립한 칼라의 끝으로 부터 핀쪽으로 향한 방향으로 일어나는 방법.
3. 제1항 혹은 제2항에 있어서, 상기 타원의 장축의 길이와 단축의 길이의 비율이 적어도 3:1인 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 장축대 단축의 길이 비가 3.7:1인 방법.

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