WO2019231209A1 - 열 교환기 및 열 교환기 제조 방법 - Google Patents

열 교환기 및 열 교환기 제조 방법 Download PDF

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WO2019231209A1
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쇼바넥페트로
그레거스꼴라르 얀
리치카다비드
크라스테크지리
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한온시스템 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger, in particular a heat exchanger for cooling the battery and a method for producing the heat exchanger.
  • heat exchangers for cooling batteries have been manufactured from extruded heat sinks that define multiple, long cooling channels.
  • inlet heads or outlet heads are provided at the longitudinal ends of the heat sink or cooling channels, respectively, which heads are connected to the cooling line. It includes a connection for.
  • the dispenser consists of a dispenser base and a dispenser body, with a seal provided between the dispenser body and the dispenser base.
  • the dispenser body is secured to the dispenser base such that the seal is clamped between the dispenser base and the opposing surfaces of the dispenser body.
  • the distributor base is soldered to each longitudinal end of the heat sink (also referred to as "brazing"), ie connected in a material bonding manner. Since this is a heat treatment process, when the distributor base and the heat sink are connected, the heat sink and thus the long cooling channels are deformed. In particular, an expansion is thus accompanied, which is transferred through the solder joint to the distributor base.
  • expansion due to heat load is not uniform, resulting in defective heat exchangers and rejects.
  • this nonuniformity can cause different stresses due to temperature fluctuations during operation, which leads to failure of the connection.
  • the heat exchanger for cooling the battery must be electrically insulated.
  • an electrically insulating coating is provided over the entire face of the heat exchanger. Once the distributor base is soldered to the heat sink, the coating is only after soldering and is provided at least on the distributor base. This increases the manufacturing cost.
  • the basic idea of the present invention is that a material joining connection technique (eg, soldering) in which the distributor base is connected in a shape fit and / or pressure fit manner to each longitudinal end of the heat sink, thereby causing heat introduction. ) May be omitted.
  • a material joining connection technique eg, soldering
  • the distributor base is connected in a shape fit and / or pressure fit manner to each longitudinal end of the heat sink, thereby causing heat introduction.
  • a heat exchanger for cooling a battery in particular comprising an extruded heat sink with a plurality of elongated cooling channels, is proposed.
  • the heat sink may preferably be formed of aluminum or an aluminum alloy, for example, without a zinc coating.
  • the wall thickness of the cooling channel can be 0.3 mm to 0.5 mm, for example 0.4 mm.
  • the cooling channels are open at one, preferably two, of their longitudinal ends.
  • a distributor is provided at one end, preferably at two ends, which are connected to a heat sink.
  • the heat sink has a distributor base, a distributor body connected to the distributor base and having a connection for connecting a cooling line (coolant circuit or refrigerant circuit), and a through opening or through channel that is transverse to the longitudinal direction of the cooling channel. Contains the seal.
  • the through channel may extend from one side of the dispenser base to the opposite or opposite side of the dispenser base, for example, through a corresponding through opening in the dispenser base.
  • the heat sink has its end with open longitudinal ends of the cooling channel extending over a distance through the through opening of the seal. Cooling channels are expanded at said longitudinal end.
  • the cooling channel deforms at its open longitudinal end, with a cross sectional increase relative to the rest.
  • the expansion does not need to be uniform, and a larger expansion can be provided in the height direction (perpendicular to the heat-shaped arrangement of the cooling channels) than in the width direction (parallel to the heat-shaped arrangement of the cooling channels).
  • the expansion takes place in a larger portion in the height direction than in the width direction.
  • the expansion in the height direction and the width direction may be in the range of 0.05 mm to 0.4 mm, preferably in the range of 0.1 mm to 0.2 mm. Care must also be taken to avoid damaging the dividing walls that define individual cooling channels.
  • the outer circumference of the heat sink is in sealing contact with the long through opening of the seal or the inner circumference of the through channel in the region of the longitudinal ends of the cooling channels, and the distributor or distributor base is fixed to the heat sink.
  • the expansion also contributes to the structural strength of the walls defining the cooling channel, which strength is necessary to withstand the necessary sealing pressure.
  • the fixing between the distributor and the heat sink is preferably made in a pressure fit and / or in a shape fit (but not in a material joining manner, for example by soldering).
  • the pressure fit and / or the shape fit act in the longitudinal direction of the cooling channel.
  • the seal includes a collar surrounding the through opening or through channel at one end of the through opening or through channel, the collar being clamped in a sealing manner between the surface of the dispenser base and the surface of the dispenser body towards the surface of the dispenser base.
  • the through opening or other end of the through channel may be provided with an additional collar surrounding the through opening or through channel, which serves to secure the seal in the dispenser base during assembly.
  • the through channel of the seal is inserted into the dispenser base through the through opening and the additional collar is coupled behind the through opening in the dispenser base.
  • the collar or collars and seal are integrally formed.
  • the dispenser body is fixed to the dispenser base in a pressure fit and / or in a shape fit.
  • the pressure fit and / or the shape fit act in the longitudinal direction of the cooling channel.
  • the dispenser body is crimped with the dispenser base.
  • the through opening or through channel of the seal extends from one side of the dispenser base to the opposite side of the dispenser base.
  • the distributor base and / or distributor body of the distributor is made of non-electrically nonconductive or insulating material, in particular plastic.
  • non-electrically nonconductive or insulating material in particular plastic.
  • glass fiber reinforced polypropylene eg PP-GF 40 is provided.
  • the cooling channels each have a first section at its open longitudinal ends, and a first section having a first expansion, and a second expansion having a relatively larger second expansion than the first expansion. And a second section closer to the longitudinal end.
  • the deformation takes place in two stages, so that the structure of the cooling channels, in particular the walls defining the cooling channels, is not affected.
  • the deformation in the second section also serves to precisely adjust the compression (seal pressure) of the seal.
  • the heat sink is provided substantially completely electrically insulating coating. “Substantially” in this regard means that the coating is provided on at least all surfaces of the heat sink lying outside of the distributor base and / or seal.
  • the coating can be for example polyamide (eg PA 12).
  • the coating is sprayed directly onto the heat sink.
  • the coating thickness can range from 0.1 mm to 0.4 mm, such as 0.25 mm, depending on the breakdown voltage to be achieved.
  • a heat exchanger in particular a method of making a heat exchanger as described above.
  • the method comprises at least the following steps: extruding a heat sink, in particular made of aluminum or an aluminum alloy, which defines a plurality of elongated cooling channels which are open at one, preferably two, of the longitudinal ends.
  • a heat sink in particular made of aluminum or an aluminum alloy, which defines a plurality of elongated cooling channels which are open at one, preferably two, of the longitudinal ends.
  • One or two longitudinal ends may be provided with a dispenser.
  • a distributor base comprising a seal having a long through opening or a long through channel transverse to the longitudinal direction of the cooling channel is arranged on the end of the heat sink with an open longitudinal end of the cooling channel.
  • the heat sink extends through the through opening or through channel of the seal.
  • the cooling channels are then expanded or deformed at their open longitudinal ends such that the outer periphery of the heat sink is in sealing contact with the long through opening of the seal or the inner periphery of the through channel, and the distributor or distributor base is secured to the heat sink. .
  • the seal is inserted into the long through opening of the dispenser base prior to providing the dispenser base on the heat sink.
  • the seal may comprise an additional collar, which is coupled behind the through opening in the dispenser base to secure the seal in the dispenser base.
  • the other collar of the seal which surrounds the through opening, comes into contact with the surface of the dispenser base facing away from the heat sink after providing the dispenser base on the heat sink.
  • the dispenser body is then fixed, in particular crimped, to the dispenser base such that the collar of the seal is clamped in a sealing manner between the surface of the dispenser base and the opposing surface of the dispenser body.
  • Inflation can be effected by a mandrel device, which is inserted into an open longitudinal end of the cooling channel to deform the channels at the longitudinal end.
  • the expansion is preferably carried out in a number of, for example two stages. That is, the open longitudinal ends of the cooling channels each at a first section having a first expansion and at the open longitudinal end than the first section, having a second expansion that is relatively larger than the first expansion. In the second section closer.
  • 1 is a perspective view of a coated heat sink
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the seal of FIG.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view illustrating the distributor base in which the heat sink of FIG. 1 and the seal of FIG. 2 are inserted;
  • FIG. 5 is a perspective view showing a heat sink starting from FIG. 4, with a cooling channel already expanded and inserted into the through opening of the seal, FIG.
  • FIG. 6 is a perspective view showing the expansion process of the cooling channel, with the distributor base with seal not shown,
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of the heat sink and distributor body having the expanded cooling channel and distributor base of FIG. 5;
  • FIG. 9 is a perspective view of the dispenser body secured to the dispenser base by crimping, starting from FIG. 8.
  • the heat sink 10 comprises a plurality of elongated cooling channels 11 arranged parallel to each other in a row in the transverse direction with respect to the longitudinal direction.
  • the individual cooling channels are separated from each other by a separating wall or web 12.
  • the cooling channels may have a substantially rectangular cross section in the initial state (prior to expansion or deformation).
  • Each external cooling channel 11 comprises an outer wall 13 which is bent in cross section in the figure.
  • the heat sink 10 is preferably provided with an electrically insulating coating 14.
  • the coating 14 is generally provided by spraying plastic (eg, polyamide) directly into an extruded heat sink.
  • the coating 14 completely covers the heat sink 10 to each longitudinal end 15 where each of the cooling channels 11 has an opening 16.
  • the coating it is also possible for the coating to end at a distance from each longitudinal end 15. In this case the coating must extend into the dispenser base 21 (see below).
  • FIG. 2 shows an exploded perspective view of the distributor base 21 of the distributor 20 (see FIG. 9).
  • the dispenser base 21 includes a long or elliptical through opening 22.
  • the crimp web 23 is disposed around the through opening 22 and serves to fix the dispenser body 50, as described below.
  • the through opening 22 is also surrounded by a surface 25 that forms a support surface for the collar 32 of the seal 30, as described below.
  • the distributor base 21 also includes a circumferential groove 24 that can serve to secure the heat exchanger or distributor in a housing, such as a battery housing.
  • the seal 30 includes an elongate, elliptical through opening or through channel 31.
  • the through opening 31 is elongated in the transverse direction with respect to the longitudinal direction of the cooling channel 11 and also has an extension in the longitudinal direction of the channel 11.
  • the seal can be formed, for example, of EPDM (ethylene-propylene-diene rubber).
  • a collar (or flange) 32 or an additional collar (or flange) 33 At each opposite end of the through channel 31 is provided a collar (or flange) 32 or an additional collar (or flange) 33.
  • the seal 30 is inserted into the dispenser base 21 (see arrow in FIG. 2).
  • the additional flange 33 and the through channel 31 are pressed through the through opening 22 of the distributor base 21.
  • an additional collar 33 engages behind the through opening 22 and secures the seal 30 in the dispenser base 21.
  • the face of the collar 32 facing the dispenser base 21 is in contact with the surface 25 of the dispenser base 21.
  • the cooling channel 11 deforms in the region of its longitudinal end 50 and thus expands as shown in FIG. 5. .
  • the outer peripheral surface 17 of the heat sink 10 is pressed against the inner peripheral surface 34 of the through opening 31 of the seal 30.
  • the distributor base 21 is at least pressure-fitted to the heat sink 10 in the longitudinal direction of the cooling channel 11.
  • the deformation increases the structural strength of the cooling channel 11 in the region of the longitudinal end, whereby the cooling channels 11 can withstand the sealing pressure by the seal 30.
  • a mandrel device 100 (stamp) with a plurality of mandrels 101, shown in a of FIG. 6, is used for the deformation.
  • the number of mandrels 101 corresponds to the number of cooling channels 11.
  • the outer contour of the mandrels 101 is designed such that certain deformation is achieved when the mandrels 101 are pressed into the cooling channels 11. This is shown in b of FIG. 6.
  • the mandrels 101 are tapered ("peaked") towards their ends to facilitate insertion into the cooling channels 11. Further, the mandrels 101 follow from their tips (the front ends thereof), a first section having a first cross-sectional area or a first outer diameter or first dimension in the height and width directions, and a distance from the tip. And a second section that is spaced apart and has a second cross-sectional area or a second outer diameter or second dimension in the height and width directions.
  • the cooling channels 11 gradually expand or deform upon insertion of the mandrels 101 to prevent damage to the wall, in particular the web 12, which defines the cooling channel 11.
  • the cooling channels 11 comprise an expansion at their longitudinal end 50, which can be subdivided into a first section 18 and a second section 19.
  • the second section 19 is closer to the longitudinal end 50 than the first section 18.
  • the expansion in the second section 19 is greater than in the first section 18. That is, the first cross-sectional area or the first outer diameter or the first dimension in the height H and width B directions in the first section is the cross-sectional area in the height H and width B directions in the second section 19. Or smaller than the second outer diameter or the second dimension.
  • the deformation is performed further in the height H direction than in the width B direction in order not to damage the web 12.
  • a deformation of about 0.2 mm in the height direction and 0.1 mm in the width direction can be selected.
  • the distributor body 50 is disposed on the distributor base 21.
  • the dispenser body 50 includes a sealing face 51 which comes into contact with the collar 32 of the seal 30 when the dispenser body 50 is disposed on the dispenser base 21.
  • the distributor body 50 also includes a connection 52 capable of connecting the heat exchanger to a cooling line (not shown) or to a refrigerant circuit or coolant circuit.
  • the distributor 20 serves to introduce coolant flow or refrigerant flow into or out of the cooling channels 11 of the heat sink 10 at the inlet and / or outlet sides.
  • the distributor body 50 may comprise a plurality of protrusions 53, which may each be arranged at a distance from each other and have a curved surface, in particular a partially circular surface. After crimping, a corrugated shape of the crimp web 23 is given, which is joined behind the circumferential edges 54 of the distributor body 50 between the protrusions 53.
  • the sealing face 51 is pressed against the collar 32 of the seal 30 so that the seal is clamped between the surface 25 and the sealing surface 51, and the dispenser base 21 and the dispenser body The interface between the 50 is sealed.
  • the distributor base 21 and the distributor body 50 may be formed of a non-electrically conductive or insulating material, such as glass fiber reinforced polypropylene. As a result, no further coating of the dispenser 20 is required, thereby reducing manufacturing costs.
  • the fixing of the distributor 20 to the heat sink is performed via the seal 30.
  • the flexibility of the seal makes it possible to compensate for the change in length due to the heat load, and the failure at the interface between the heat sink 10 and the distributor 20 can be reliably prevented.
  • the above embodiment is only one way of implementing the basic idea of the present invention.
  • it can be designed in two-piece form to seal the interface between the distributor base 21 and the valve body 50 and on the other hand the interface between the heat sink 10 and the distributor base 21.
  • other types of connection of the valve body 50 and the distributor base 21 are possible.
  • manufacture the dispenser base 21 by two-component injection molding, that is, to manufacture the seal 30 and the dispenser base 21 in one piece.
  • the present invention provides a heat exchanger, in particular a heat exchanger and a method for producing the heat exchanger for cooling the battery.

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Abstract

본 발명은 특히 배터리를 냉각시키기 위한 열 교환기로서, 길이 방향 단부(15)에서 개방되어 있는 다수의, 긴 냉각 채널(11)을 한정하는 압출된 히트 싱크(10); 및 상기 히트 싱크(10)에 연결된 분배기(20)를 포함하고, 상기 분배기(20)는 분배기 베이스(21), 상기 분배기 베이스(21)에 연결되며 냉각 라인의 연결을 위한 연결부(52)를 갖는 분배기 본체(50), 및 상기 냉각 채널(11)의 길이 방향에 대해 횡 방향으로 긴 관통 개구(31)를 갖는 시일(30)을 포함하며, 상기 냉각 채널들(11)은 그들의 개방된 길이 방향 단부(15)에서 팽창되고, 이로써 상기 히트 싱크(10)의 외주가 상기 시일(30)의 상기 긴 관통 개구(31)의 내주(34)와 밀봉 접촉하게 되며, 상기 분배기(10)가 상기 히트 싱크(10)에 고정되는, 열 교환기에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 시일(30)을 가진 상기 분배기 베이스(21)의 제공 후에 냉각 채널들(11)이 그들의 개방된 길이 방향 단부(15)에서 팽창되는, 열 교환기의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

열 교환기 및 열 교환기 제조 방법
본 발명은 열 교환기, 특히 배터리를 냉각시키기 위한 열 교환기 및 열 교환기의 제조 방법에 관한 것이다.
지금까지, 배터리를 냉각시키기 위한 열 교환기는 다수의, 긴 냉각 채널들을 한정하는 압출된 히트 싱크로부터 제조되었다. 열 교환기를 냉매 회로 또는 냉각제 회로(냉각 라인)에 연결하기 위해, 히트 싱크 또는 냉각 채널들의 길이 방향 단부들에 각각 소위 입구 헤드 또는 출구 헤드(분배기)가 제공되고, 상기 헤드는 냉각 라인에 연결하기 위한 연결부를 포함한다.
분배기는 분배기 베이스와 분배기 본체로 이루어지며, 분배기 본체와 분배기 베이스 사이에 시일이 제공된다. 분배기 본체는, 시일이 분배기 베이스와 분배기 본체의 마주 보는 표면들 사이에 클램핑되도록, 분배기 베이스에 고정된다.
일반적으로, 분배기 베이스는 히트 싱크의 각각의 길이 방향 단부에 납땜되며("브레이징(brazing)"이라고도 함), 즉 재료 결합 방식으로 연결된다. 이것이 열처리 공정이기 때문에, 분배기 베이스와 히트 싱크의 연결 시, 히트 싱크 및 그에 따라 긴 냉각 채널들이 변형된다. 특히, 그에 따라 팽창이 동반되고, 상기 팽창은 납땜 조인트를 통해 분배기 베이스로 전달된다. 그러나 열 부하로 인한 팽창은 균일하지 않아서, 결함 있는 열 교환기 및 불량품이 발생한다. 또한, 이러한 불균일성은 작동 중에 온도 변동으로 인해 상이한 응력을 야기할 수 있으며, 이로 인해 연결에 고장이 나타난다.
또한, 배터리를 냉각시키기 위한 열 교환기는 전기 절연되어야 한다. 이를 위해, 예컨대 전기 절연 코팅이 열 교환기의 전체 면에 걸쳐 제공된다. 분배기 베이스가 히트 싱크에 납땜되면, 코팅은 납땜 후에야 이루어지며, 적어도 분배기 베이스에 제공된다. 이는 제조 비용을 증가시킨다.
상기 실시 예의 관점에서, 본 발명의 과제는 열 부하에 의한 고장의 위험이 감소하고 더 양호한 제조가 가능해지는, 열 교환기 및 열 교환기의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1 항의 특징들을 갖는 열 교환기 및 청구항 제 11 항의 특징들을 갖는 제조 방법에 의해 해결된다. 바람직한 실시 예들은 종속 청구항들, 다음 설명 및 도면에 나타난다.
본 발명의 기본 사상은 분배기 베이스가 히트 싱크의 각각의 길이 방향 단부에 형상 끼워 맞춤 방식으로 및/또는 압력 끼워 맞춤 방식으로 연결되고, 이로써 대개 열 도입을 야기하는 재료 결합 방식 연결 기술(예컨대, 납땜)이 생략될 수 있다는 것이다. 이는 특히, 분배기 베이스를 시일과 함께 냉각 채널들의 길이 방향 단부들 상에 배치한 후 히트 싱크 또는 냉각 채널들이 팽창되어, 시일의 관통 개구의 내주와 밀봉 접촉하게 되고, 그로 인해 히트 싱크에 대한 분배기의 고정이 이루어짐으로써 달성된다. 시일을 통한 고정은 열 부하로 인한 상이한 길이 변화가 밀봉성에 부정적인 영향을 미치지 않으면서 시일의 유연성에 의해 보상될 수 있다는 장점을 갖는다. 팽창은 또한, 냉각 채널의 구조적 강도 증가를 야기하고, 이로 인해 필요한 밀봉 압력에 의한 냉각 채널들의 변형이 방지될 수 있다.
본 발명의 하나의 양상에 따르면, 다수의, 긴 냉각 채널들을 갖는 압출된 히트 싱크를 포함하는, 특히 배터리를 냉각시키기 위한 열 교환기가 제안된다. 히트 싱크는 바람직하게는 아연 코팅 없이 예컨대 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성될 수 있다. 냉각 채널의 벽 두께는 0.3mm 내지 0.5mm, 예컨대 0.4mm일 수 있다.
냉각 채널들은 그들의 길이 방향 단부들 중 하나, 바람직하게는 2 개에서 개방되어 있다. 하나의 단부, 바람직하게는 2 개의 단부에 분배기가 제공되고, 상기 분배기는 히트 싱크에 연결된다.
히트 싱크는 분배기 베이스, 상기 분배기 베이스에 연결되며 냉각 라인(냉각제 회로 또는 냉매 회로)을 연결하기 위한 연결부를 갖는 분배기 본체, 및 냉각 채널의 길이 방향에 대해 횡 방향으로 긴 관통 개구 또는 관통 채널을 갖는 시일을 포함한다.
관통 채널은 예컨대, 분배기 베이스 내의 상응하는 관통 개구를 통해 분배기 베이스의 일 측면으로부터 분배기 베이스의 마주 놓인 또는 반대편 측면까지 연장될 수 있다. 시일 내에 관통 채널의 형성에 의해, 시일은 냉각 채널의 길이 방향으로 히트 싱크 위로 소정 거리만큼 연장됨으로써, 길이 방향으로 신뢰성 있는 밀봉이 달성된다.
따라서, 히트 싱크는 냉각 채널의 개방된 길이 방향 단부들을 가진 그 단부가 시일의 관통 개구를 통해 소정 거리에 걸쳐 연장된다. 냉각 채널들은 상기 길이 방향 단부에서 팽창된다. 다시 말하면, 냉각 채널은 그 개방된 길이 방향 단부에서 변형되어, 나머지 부분에 비해 단면 증가를 갖는다. 이 경우, 팽창은 균일하게 이루어질 필요가 없고, 폭 방향(냉각 채널의 열-형상 배치에 대해 평행)에서보다 높이 방향(냉각 채널의 열-형상 배치에 대해 수직)에서 더 큰 팽창이 제공될 수 있다. 일 양상에 따라, 팽창은 폭 방향에서보다 높이 방향에서 더 큰 부분에서 이루어진다. 이 경우, 높이 방향 및 폭 방향의 팽창은 0.05mm 내지 0.4mm의 범위, 바람직하게는 0.1mm 내지 0.2mm의 범위 내에 있을 수 있다. 또한 개별 냉각 채널을 한정하는 분리 벽이 손상되지 않도록 주의해야 한다.
팽창에 의해, 히트 싱크의 외주가 냉각 채널들의 길이 방향 단부들의 영역에서 시일의 긴 관통 개구 또는 관통 채널의 내주와 밀봉 접촉하게 되고, 분배기 또는 분배기 베이스가 히트 싱크에 고정된다. 또한, 상기 팽창은 냉각 채널을 한정하는 벽의 구조적 강도에 기여하며, 상기 강도는 필요한 밀봉 압력을 견디기 위해 필요하다.
따라서, 분배기와 히트 싱크 사이의 고정은 바람직하게는 압력 끼워 맞춤 방식으로 및/또는 형상 끼워 맞춤 방식으로 이루어진다(그러나 예컨대 납땜에 의한 것과 같이 재료 결합 방식으로는 이루어지지 않는다). 여기서, 압력 끼워 맞춤 및/또는 형상 끼워 맞춤은 냉각 채널의 길이 방향으로 작용한다.
시일은 관통 개구 또는 관통 채널의 일 단부에 관통 개구 또는 관통 채널을 둘러싸는 칼라를 포함하고, 상기 칼라는 분배기 베이스의 표면과 분배기 베이스의 표면을 향한 분배기 본체의 표면 사이에 밀봉 방식으로 클램핑된다.
또한, 관통 개구 또는 관통 채널의 다른 단부에는 관통 개구 또는 관통 채널을 둘러싸는 추가 칼라가 제공될 수 있으며, 이 추가 칼라는 조립 중에 분배기 베이스 내에 시일을 고정시키는 역할을 한다. 특히, 시일의 관통 채널이 관통 개구를 통해 분배기 베이스 내로 삽입되고, 추가 칼라는 분배기 베이스 내의 관통 개구 후방에 결합된다.
일 실시 예에서, 칼라 또는 칼라들과 시일은 일체로 형성된다.
일 실시 예에 따르면, 분배기 본체는 분배기 베이스에 압력 끼워 맞춤 방식으로 및/또는 형상 끼워 맞춤 방식으로 고정된다. 이 경우, 압력 끼워 맞춤 및/또는 형상 끼워 맞춤은 냉각 채널의 길이 방향으로 작용한다. 예컨대, 분배기 본체가 분배기 베이스와 크림핑된다.
일 양상에서, 시일의 관통 개구 또는 관통 채널은 분배기 베이스의 일 측면으로부터 분배기 베이스의 반대 측면으로 연장된다.
일 실시 예에 따르면, 분배기의 분배기 베이스 및/또는 분배기 본체는 비-전기 비전도성이거나 절연 재료, 특히 플라스틱으로 이루어진다. 이를 위해 예컨대 유리 섬유 강화 폴리프로필렌(예: PP-GF 40)이 제공된다.
일 실시 예에서, 냉각 채널들은 그 개방된 길이 방향 단부들에서 각각 제 1 팽창을 갖는 제 1 섹션, 및 제 1 팽창에 비해 상대적으로 더 큰 제 2 팽창을 갖는, 상기 제 1 섹션보다 상기 개방된 길이방향 단부에 더 가까운 제 2 섹션을 포함한다. 이로 인해, 변형은 2 단계로 이루어지고, 그로써 냉각 채널들, 특히 냉각 채널들을 한정하는 벽들의 구조가 영향을 받지 않게 된다. 제 2 섹션에서의 변형은 또한 시일의 압축(시일 압력)을 정확하게 조정하는 역할을 한다.
전술한 바와 같이, 일 양상에 따르면, 히트 싱크에 실질적으로 완전히 전기 절연 코팅이 제공된다. 이와 관련해서 "실질적으로"는, 분배기 베이스 및/또는 시일의 외부에 놓인 히트 싱크의 적어도 모든 표면에 코팅이 제공되는 것을 의미한다. 코팅은 예컨대 폴리아미드(예: PA 12)일 수 있다. 바람직하게는, 코팅은 히트 싱크 상에 직접 분무된다. 코팅 두께는 0.1mm 내지 0.4mm의 범위, 예컨대 0.25mm일 수 있으며, 달성할 항복 전압에 따라 달라진다.
다른 양상은 열 교환기, 특히 전술한 바와 같은 열 교환기의 제조 방법에 관한 것이다. 이 방법은 적어도 다음 단계를 포함한다: 길이 방향 단부들 중 하나, 바람직하게는 2 개에서 개방되어 있는 다수의, 긴 냉각 채널을 한정하는, 특히 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 히트 싱크를 압출하는 단계. 하나의 또는 2 개의 길이 방향 단부에는 분배기가 제공될 수 있다. 이를 위해, 냉각 채널의 길이 방향에 대해 횡 방향으로 긴 관통 개구 또는 긴 관통 채널을 가진 시일을 포함하는 분배기 베이스는, 냉각 채널의 개방된 길이 방향 단부를 가진 히트 싱크의 단부 상에 배치된다. 이 경우, 히트 싱크는 시일의 관통 개구 또는 관통 채널을 통해 연장된다. 그 후, 냉각 채널들은 그 개방된 길이 방향 단부에서 팽창되거나 변형되고, 이로써 히트 싱크의 외주가 시일의 긴 관통 개구 또는 관통 채널의 내주와 밀봉 접촉하게 되며, 분배기 또는 분배기 베이스는 히트 싱크에 고정된다.
일 실시 예에 따르면, 분배기 베이스를 히트 싱크 상에 제공하기 전에, 시일이 분배기 베이스의 긴 관통 개구 내로 삽입된다. 전술한 바와 같이, 시일은 추가 칼라를 포함할 수 있고, 상기 추가 칼라는 분배기 베이스 내에 시일을 고정시키기 위해 분배기 베이스 내의 관통 개구 후방에서 결합된다. 관통 개구를 둘러싸는, 시일의 다른 칼라는 분배기 베이스를 히트 싱크 상에 제공한 후에 히트 싱크로부터 멀리 향하는 분배기 베이스의 표면과 접촉하게 된다.
이어서, 분배기 본체는 분배기 베이스에 고정, 특히 크림핑되어, 시일의 칼라가 분배기 베이스의 표면과 분배기 본체의 마주 놓인 표면 사이에 밀봉 방식으로 클램핑된다.
팽창은 맨드릴 장치에 의해 이루어질 수 있고, 상기 맨드릴 장치는 길이 방향 단부에서 채널들을 변형시키기 위해 냉각 채널의 개방된 길이 방향 단부 내로 삽입된다.
팽창은 바람직하게는 다수의, 예컨대 2 단계로 수행된다. 즉, 냉각 채널들의 개방된 길이 방향 단부들은 각각 제 1 팽창을 갖는 제 1 섹션에서 그리고 상기 제 1 팽창에 비해 상대적으로 더 큰 제 2 팽창을 갖는, 상기 제 1 섹션보다 상기 개방된 길이 방향 단부에 더 가까운 제 2 섹션에서 변형된다.
예시적인 실시 예가 첨부한 도면을 참고로 이하에서 상세히 설명된다.
도 1은 코팅된 히트 싱크를 나타낸 사시도이고,
도 2는 분배기 베이스 및 시일을 나타낸 분해 사시도이며,
도 3은 도 2의 시일을 나타낸 단면도이고,
도 4는 도 1의 히트 싱크 및 도 2의 시일이 삽입된 분배기 베이스를 나타낸 분해 사시도이며,
도 5는 도 4로부터 시작하여, 이미 팽창된 냉각 채널을 가지며 시일의 관통 개구 내로 삽입된 히트 싱크를 나타낸 사시도이고,
도 6은 시일을 가진 분배기 베이스가 도시되지 않은 상태에서, 냉각 채널의 팽창 공정을 나타낸 사시도이며,
도 7은 시일을 가진 분배기 베이스가 도시되지 않은 상태에서, 팽창된 냉각 채널을 나타낸 평면도 및 측면도이고,
도 8은 도 5의 팽창된 냉각 채널 및 분배기 베이스를 갖는 히트 싱크 및 분배기 본체의 분해 사시도이고,
도 9는 도 8로부터 시작하여, 크림핑에 의해 분배기 베이스에 고정된 분배기 본체의 사시도이다.
도 1은 예컨대 알루미늄으로 압출된 히트 싱크(10)를 도시한다. 히트 싱크(10)는 길이 방향에 대해 횡 방향으로 일렬로 서로 평행하게 배치된 다수의, 긴 냉각 채널(11)을 포함한다. 개별 냉각 채널들은 분리 벽 또는 웨브(12)에 의해 서로 분리되어 있다. 냉각 채널들은 초기 상태(팽창 또는 변형 이전)에서 실질적으로 사각형 단면을 가질 수 있다. 각각의 외부 냉각 채널(11)은 도면에서 단면이 구부러진 외벽(13)을 포함한다.
또한, 히트 싱크(10)에는 전기 절연 코팅(14)이 제공되는 것이 바람직하다. 상기 코팅(14)은 일반적으로 플라스틱(예컨대, 폴리아미드)을 압출된 히트 싱크에 직접 분무함으로써 제공된다. 도시된 실시 예에서, 코팅(14)은 냉각 채널(11) 각각이 개구(16)를 갖는 각각의 길이 방향 단부(15)까지 히트 싱크(10)를 완전히 덮는다. 그러나, 코팅이 각각의 길이 방향 단부(15)로부터 거리를 두고서 끝나는 것도 가능하다. 이 경우에는 코팅이 분배기 베이스(21) 내로 연장되어야 한다(아래 참조).
도 2는 분배기(20)의 분배기 베이스(21)를 분해 사시도로 도시한다(도 9 참조). 분배기 베이스(21)는 긴 또는 타원형 관통 개구(22)를 포함한다. 전방 면(조립 상태에서 히트 싱크(10)로부터 먼 쪽을 향한 면)에는, 각각 크림프 웨브(23)가 제공된다. 크림프 웨브(23)는 관통 개구(22) 둘레에 배치되고, 후술하는 바와 같이, 분배기 본체(50)를 고정하는 역할을 한다.
또한, 관통 개구(22)는 후술하는 바와 같이, 시일(30)의 칼라(32)를 위한 지지 면을 형성하는 표면(25)에 의해 둘러싸여 있다.
또한, 분배기 베이스(21)는, 하우징, 예컨대 배터리 하우징 내에 열 교환기 또는 분배기를 고정하는 역할을 할 수 있는 원주방향 홈(24)을 포함한다.
또한, 도 2에는 시일(30)이 나타나며, 이 시일(30)은 도 3에 단면도로 도시되어 있다. 시일(30)은 긴, 타원형 관통 개구 또는 관통 채널(31)을 포함한다. 관통 개구(31)는 냉각 채널(11)의 길이 방향에 대해 횡 방향으로 길게 형성되고 채널(11)의 길이 방향으로도 연장을 갖는다. 시일은 예컨대 EPDM(에틸렌-프로필렌-디엔 고무)로 형성될 수 있다.
관통 채널(31)의 각각 반대편 단부에는 칼라(또는 플랜지)(32) 또는 추가의 칼라(또는 플랜지)(33)가 제공된다.
조립하는 동안, 시일(30)은 분배기 베이스(21) 내로 삽입된다(도 2의 화살표 참조). 이 경우, 추가의 플랜지(33) 및 관통 채널(31)은 분배기 베이스(21)의 관통 개구(22)를 통해 가압된다. 결과적으로, 추가의 칼라(33)는 관통 개구(22) 후방에서 결합하고, 분배기 베이스(21) 내에 시일(30)을 고정한다. 또한, 분배기 베이스(21)를 향한 칼라(32)의 면은 분배기 베이스(21)의 표면(25)과 접촉한다.
이 상태는 도 4에 도시되어 있다. 다음 제조 단계에서, 냉각 채널(11) 또는 히트 싱크(10)의 길이 방향 단부(15)는 관통 개구(31)를 통해 분배기 베이스(21) 및 시일(30) 내로 삽입된다(도 4의 화살표 참조).
히트 싱크(10)가 분배기 베이스(21) 또는 시일(30) 내로 삽입된 후에, 냉각 채널(11)은 그 길이 방향 단부(50)의 영역에서 변형되고 이에 따라 도 5에 도시된 바와 같이 팽창된다. 이로 인해, 히트 싱크(10)의 외주 면(17)이 시일(30)의 관통 개구(31)의 내주 면(34)에 대해 가압된다. 따라서, 히트 싱크(10)와 분배기 베이스(21) 사이의 계면이 밀봉되고, 분배기 베이스(21)는 냉각 채널(11)의 길이 방향으로 히트 싱크(10)에 적어도 압력 끼워 맞춤 방식으로 고정된다. 또한, 변형에 의해, 길이 방향 단부의 영역에서 냉각 채널(11)의 구조적 강도가 커지며, 이로써 냉각 채널들(11)은 시일(30)에 의한 밀봉 압력을 견딜 수 있다.
변형 공정은, 명료성을 위해 분배기 베이스(21) 및 시일(30)이 생략된 도 6 및 도 7을 참조하여 이하에서 더 상세하게 설명된다.
특히, 도 6의 a에 도시된, 다수의 맨드릴(101)을 갖는 맨드릴 장치(100)(스탬프)가 변형을 위해 사용된다. 특히, 맨드릴(101)의 수는 냉각 채널(11)의 수에 상응한다. 맨드릴들(101)의 외부 윤곽은 맨드릴들(101)을 냉각 채널들(11) 내로 압입할 때 소정 변형이 달성되도록 설계된다. 이것은 도 6의 b에 도시되어 있다.
이를 위해, 맨드릴들(101)은 냉각 채널들(11) 내로의 삽입을 용이하게 하기 위해 그들의 단부를 향하여 점점 가늘어진다("뾰족해진다"). 또한, 맨드릴들(101)은 그들의 팁(그들의 전방 단부)으로부터, 높이 및 폭 방향으로 제 1 단면적 또는 제 1 외경 또는 제 1 치수를 갖는 제 1 섹션, 및 이 제 1 섹션에 이어지며 팁으로부터 멀리 떨어져 있고 높이 및 폭 방향으로 제 2 단면적 또는 제 2 외경 또는 제 2 치수를 갖는 제 2 섹션을 포함한다.
결과적으로, 냉각 채널들(11)은 맨드릴들(101)의 삽입 시 점차 팽창되거나 또는 변형되어, 냉각 채널(11)을 한정하는 벽, 특히 웨브(12)의 손상을 방지한다.
따라서, 냉각 채널들(11)은 그들의 길이 방향 단부(50)에 팽창을 포함하며, 상기 팽창은 제 1 섹션(18)과 제 2 섹션(19)으로 세분될 수 있다. 이 경우, 제 2 섹션(19)은 제 1 섹션(18)보다 길이 방향 단부(50)에 더 가깝다. 또한, 제 2 섹션(19)에서의 팽창은 제 1 섹션(18)에서보다 더 크다. 즉, 제 1 섹션에서 높이(H) 및 폭(B) 방향으로의 제 1 단면적 또는 제 1 외경 또는 제 1 치수는 제 2 섹션(19)에서 높이(H) 및 폭(B) 방향으로의 단면적 또는 제 2 외경 또는 제 2 치수보다 더 작다.
바람직하게는, 변형은 웨브(12)를 손상시키지 않기 위해 폭(B) 방향보다 높이(H) 방향으로 더 수행된다. 예컨대, 높이 방향으로 약 0.2mm 및 폭 방향으로 0.1mm의 변형이 선택될 수 있다.
이어서, 도 8에 도시된 바와 같이(화살표 참조), 분배기 본체(50)는 분배기 베이스(21) 상에 배치된다.
분배기 본체(50)는 분배기 본체(50)가 분배기 베이스(21) 상에 배치될 때 시일(30)의 칼라(32)와 접촉하게 되는 밀봉 면(51)을 포함한다. 또한, 분배기 본체(50)는 열 교환기를 냉각 라인(도시되지 않음) 또는 냉매 회로 또는 냉각제 회로에 연결할 수 있는 연결부(52)를 포함한다. 특히, 분배기(20)는 입구 측 및/또는 출구 측에서 냉각제 흐름 또는 냉매 흐름을 히트 싱크(10)의 냉각 채널들(11) 내로 유입시키거나 또는 이들로부터 배출시키는 역할을 한다.
분배기 본체(50)를 분배기 베이스(21) 상에 배치한 후에, 크림프 웨브들(23)은 도 9에 도시된 바와 같이 크림핑된다. 이를 위해, 분배기 본체(50)는 다수의 돌출부(53)를 포함할 수 있고, 상기 돌출부들(53)은 각각 서로 거리를 두고 배치되며 곡면, 특히 부분 원형 표면을 가질 수 있다. 크림핑 후에, 돌출부들(53) 사이에서 분배기 본체(50)의 원주 방향 가장자리(54) 후방에 결합되는 크림프 웨브(23)의 파형 형상이 주어진다.
크림핑에 의해, 밀봉 면(51)이 시일(30)의 칼라(32)에 대해 가압되어, 시일이 표면(25)과 밀봉 표면(51) 사이에 클램핑되고, 분배기 베이스(21)와 분배기 본체(50) 사이의 계면이 밀봉된다.
분배기 베이스(21) 및 분배기 본체(50)는 비-전기 전도성 또는 절연 재료, 예컨대 유리 섬유 강화된 폴리프로필렌으로 형성될 수 있다. 그 결과, 분배기(20)의 추가 코팅이 불필요하게 되어, 제조 비용이 절감될 수 있다.
또한, 히트 싱크에 대한 분배기(20)의 고정은 시일(30)을 통해 수행된다. 따라서, 시일의 유연성에 의해, 열 부하로 인한 길이의 변화에 대한 보상이 가능하며, 히트 싱크(10)와 분배기(20) 사이의 계면에서의 고장이 확실하게 방지될 수 있다.
상기 실시 예는 본 발명의 기본 사상을 구현하는 하나의 방법일 뿐이다. 따라서, 한편으로는 분배기 베이스(21)와 밸브 본체(50) 사이의 계면 그리고 다른 한편으로는 히트 싱크(10)와 분배기 베이스(21) 사이의 계면을 밀봉하기 위해, 예컨대 2체형으로 설계될 수 있는 시일의 다른 설계과 마찬가지로, 밸브 본체(50)와 분배기 베이스(21)의 다른 유형의 연결도 가능하다. 또한, 분배기 베이스(21)를 2성분 사출 성형으로 제조하는 것, 즉 시일(30)과 분배기 베이스(21)를 일체형으로 제조하는 것도 가능하다.
본 발명은 열 교환기, 특히 배터리를 냉각시키기 위한 열 교환기 및 열 교환기의 제조 방법을 제공한다.

Claims (15)

  1. 열 교환기로서,
    길이 방향 단부(15)에서 개방되어 있는 다수의, 긴 냉각 채널(11)을 한정하는 압출된 히트 싱크(10); 및
    상기 히트 싱크(10)에 연결된 분배기(20)를 포함하고,
    상기 분배기(20)는
    분배기 베이스(21),
    상기 분배기 베이스(21)에 연결되며 냉각 라인의 연결을 위한 연결부(52)를 갖는 분배기 본체(50), 및
    상기 냉각 채널(11)의 길이 방향에 대해 횡 방향으로 긴 관통 개구(31)를 갖는 시일(30)을 포함하며,
    상기 냉각 채널들(11)은 그들의 개방된 길이 방향 단부(15)에서 팽창되고, 이로써 상기 히트 싱크(10)의 외주가 상기 시일(30)의 상기 긴 관통 개구(31)의 내주(34)와 밀봉 접촉하게 되며, 상기 분배기(20)가 상기 히트 싱크(10)에 고정되는, 열 교환기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 고정은 상기 분배기(20)와 상기 히트 싱크(10) 사이에서 압력 끼워 맞춤 방식으로 또는 형상 끼워 맞춤 방식으로 이루어지는, 열 교환기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 시일(30)은 상기 관통 개구(31)를 둘러싸는 칼라(32)를 포함하고, 상기 칼라(32)는 상기 분배기 베이스(21)와 상기 분배기 본체(50) 사이에 밀봉 방식으로 클램핑되는, 열 교환기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 분배기 본체(50)는 상기 분배기 베이스(21)에 압력 끼워 맞춤 방식으로 또는 형상 끼워 맞춤 방식으로 고정되는, 열 교환기.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 분배기 본체(50)는 상기 분배기 베이스(21)와 크림핑되는, 열 교환기.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 시일(30)의 상기 관통 개구(31)는 상기 분배기 베이스(21)의 일 측면으로부터 상기 분배기 베이스(21)의 반대편 측면으로 연장되는, 열 교환기.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 분배기(20)의 상기 분배기 베이스(21) 및 상기 분배기 본체(50)는 비-전기 전도성 재료로 이루어지는, 열 교환기.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 채널들(11)은 그들의 개방된 길이 방향 단부(15)에 각각 제 1 팽창을 가진 제 1 섹션(18), 및 상기 제 1 팽창에 비해 상대적으로 더 큰 제 2 팽창을 가진, 상기 제 1 섹션(18)보다 상기 개방된 길이 방향 단부(15)에 더 가까운 제 2 섹션(19)을 포함하는, 열 교환기.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 히트 싱크(10)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는, 열 교환기.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 히트 싱크(10)에 실질적으로 완전히 전기 절연 코팅(14)이 제공되는, 열 교환기.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 열 교환기의 제조 방법으로서, 상기 제조 방법은
    길이 방향 단부들(15)에서 개방되어 있는, 다수의, 긴 냉각 채널(11)을 한정하는 히트 싱크(10)의 압출 단계;
    상기 히트 싱크(10)가 시일(30)의 관통 개구(31)를 통해 연장되도록, 상기 냉각 채널들(11)의 개방된 길이 방향 단부(15)를 포함하는 상기 히트 싱크(10)의 단부 상에, 상기 냉각 채널들(11)의 길이 방향에 대해 횡 방향으로 긴 관통 개구(31)를 가진 시일(30)을 포함하는 분배기(20)의 분배기 베이스(21)를 제공하는 단계;
    상기 냉각 채널들(11)의 개방된 길이 방향 단부들(15)을 팽창시켜, 상기 히트 싱크(10)의 외주(17)를 상기 시일(30)의 상기 긴 관통 개구(31)의 내주와 밀봉 접촉시키고 상기 히트 싱크(10)에 상기 분배기(20)를 고정시키는 단계를 포함하는, 열 교환기의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 관통 개구(31)를 둘러싸는 상기 시일(30)의 칼라(32)가 상기 분배기 베이스(21)의 제공 후 상기 히트 싱크(10)로부터 먼 쪽을 향하는 상기 분배기 베이스(21)의 표면(25)과 접촉하도록, 상기 분배기 베이스(21)를 상기 히트 싱크(10) 상에 제공하기 전에, 상기 분배기 베이스(21)의 긴 개구(22) 내로 상기 시일(30)을 삽입하는 단계를 포함하는, 열 교환기의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 시일(30)의 상기 칼라(32)가 상기 분배기 베이스(21)의 표면(25)과 상기 분배기 본체(50)의 마주 놓인 표면(51) 사이에 밀봉 방식으로 클램핑되도록, 상기 냉각 채널들(11)의 팽창 후에 상기 분배기 베이스(21)에 상기 분배기 본체(50)를 고정하는 단계를 포함하는, 열 교환기의 제조 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    팽창을 위해 맨드릴 장치(100)가 상기 냉각 채널들(11)의 개방된 길이 방향 단부(15) 내로 삽입되어 상기 냉각 채널들(11)이 상기 길이 방향 단부들(15)에서 변형되는, 열 교환기의 제조 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 냉각 채널들(11)의 개방된 길이 방향 단부들(15)이 각각 제 1 팽창을 갖는 제 1 섹션(18)에서, 그리고 상기 제 1 팽창에 비해 상대적으로 더 큰 제 2 팽창을 갖는, 상기 제 1 섹션(18)보다 상기 개방된 길이 방향 단부(15)에 더 가까운 제 2 섹션(19)에서 변형되는, 열 교환기의 제조 방법.
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