KR20200049584A - 보강 요소를 가진 열 교환기 헤더 - Google Patents

보강 요소를 가진 열 교환기 헤더 Download PDF

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KR20200049584A
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Abstract

열 교환기용 헤더 탱크는 중공 내부를 갖는 케이싱과 케이싱에 결합된 헤더 조립체를 포함한다. 헤더 조립체는 이 내부에 형성된 복수의 튜브 개구를 갖는 헤더 및 헤더에 결합된 보강 요소를 포함한다. 보강 요소는 부가적인 굽힘 강성을 헤더 조립체에 제공하기 위해 헤더의 제 1 길이 방향 측면으로부터 헤더의 대향하는 제 2 길이 방향 측면으로 연장되는 보강 벽을 포함한다.

Description

보강 요소를 가진 열 교환기 헤더{HEAT EXCHANGER HEADER WITH STIFFENING ELEMENT}
본 발명은 열 교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 열 교환기의 헤더 탱크의 굽힘 강성(bending stiffness)을 증가시키기 위해 구성된 보강 요소에 관한 것이다.
열 교환기는 통상적으로 각각의 단부에서 입구 탱크 및 출구 탱크 중 하나에 연결된 복수의 중앙 집중식 열 교환기 튜브 또는 통로를 포함한다. 복수의 열 교환기 튜브는 2개의 상이한 열 교환 유체 사이에 열 에너지를 전달하기 위해 열 교환기의 열 교환기 코어를 형성한다. 입구 탱크 및 출구 탱크는 각각 통상적으로 열 교환기 튜브의 단부를 수용하기 위한 튜브 개구를 갖는 헤더로서 작용하는 표면을 포함한다. 그 후, 각각의 탱크의 헤더는 열 교환기 튜브를 통해 흐르는 유체를 분배하거나 수집하는 것을 돕는 탱크의 케이싱(casing)에 결합된다.
탱크, 헤더 및 열 교환기 튜브와 같은 열 교환기의 다양한 구성 요소의 형태 및 구성의 결과로서 약간의 온도 변화가 열 교환기 코어 내의 상이한 영역에 존재하는 것은 드문 것이 아니다. 예를 들어, 열 교환기 튜브의 제 1 세트는 일반적으로 열 교환기 튜브의 제 2 세트와 비교할 때 상승된 온도일 수 있다. 이것은 제 1 및 제 2 세트를 형성하는 열 교환기 튜브의 내부로의 유체의 불균등한 분배가 존재할 때 발생할 수 있다. 이러한 온도 변화는 열 교환기 튜브의 제 1 및 제 2 세트가 각각의 튜브의 길이 방향으로 상이한 열 팽창도를 경험하게 할 수 있다. 각각의 튜브가 이의 대향 단부에서 각각의 탱크에 결합되기 때문에, 튜브의 상이한 세트 사이의 열 팽창의 차이는 대향하는 헤더의 상이한 영역이 튜브의 길이 방향에 대해 변화하는 각도로 분리되기 때문에 대향하는 헤더 중 하나 또는 둘 다에서 굽힘 모멘트를 형성할 수 있다.
하나의 헤더 내에 굽힘 모멘트의 존재는 헤더의 굽힘 또는 플렉싱(flexing)을 초래할 수 있다. 이러한 굽힘 또는 플렉싱은 튜브 중 하나와 대응하는 헤더 중 하나의 접합부(junction)에서 응력을 증가시킬 수 있다. 증가된 응력은 잠재적으로 이러한 접합부에서 파손을 초래하여, 열 교환기 튜브로부터의 열 교환 유체 중 하나의 누설 가능성을 제시할 수 있다.
따라서, 열 교환기의 열 교환기 코어 내의 열 팽창의 변화에 반응하여 굽힘 또는 플렉싱에 저항하는 헤더 탱크를 갖는 열 교환기를 제조하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명과 호환 가능하고 조정되고, 헤더의 플렉싱 또는 굽힘을 최소화하기 위해 열 교환기의 헤더를 보강하는 열 교환기용 보강 요소가 놀랍게 발견되었다.
본 발명의 일 실시예에서, 열 교환기용 헤더 탱크는 중공 내부를 갖는 케이싱 및 케이싱에 결합된 헤더 조립체를 포함한다. 헤더 조립체는 이 내부에 형성된 복수의 튜브 개구를 갖는 헤더 및 헤더에 결합된 보강 요소를 포함한다. 보강 요소는 헤더의 제 1 길이 방향 측면으로부터 헤더의 대향하는 제 2 길이 방향 측면으로 연장되는 보강 벽을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 열 교환기는 중공 내부를 갖는 제 1 케이싱 및 제 1 케이싱에 결합되는 제 1 헤더 조립체를 포함하는 제 1 헤더 탱크를 포함한다. 제 1 헤더 조립체는 이 내부에 형성된 복수의 제 1 튜브 개구를 갖는 제 1 헤더 및 제 1 헤더에 결합된 제 1 보강 요소를 포함한다. 제 1 보강 요소는 제 1 헤더의 제 1 길이 방향 측면으로부터 제 1 헤더의 대향하는 제 2 길이 방향 측면으로 연장되는 제 1 보강 벽을 포함한다. 제 2 헤더 탱크는 제 1 헤더 탱크에 대향하여 배치된다. 복수의 열 교환기 튜브는 제 1 헤더 탱크와 제 2 헤더 탱크 사이에서 길이 방향으로 연장되고, 열 교환기 튜브 중 하나는 제 1 헤더 탱크의 제 1 헤더에 형성된 제 1 튜브 개구의 각각에 수용된다.
본 발명의 상술한 목적 및 다른 목적과 이점은 첨부 도면에 비추어 고려될 때 본 발명의 바람직한 실시예의 다음의 상세한 설명을 읽음으로써 통상의 기술자에게 쉽게 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열 교환기의 측면도이다.
도 2는 도 1의 열 교환기의 헤더 탱크를 통한 부분 확대 단면도이다.
도 3은 도 1의 열 교환기의 헤더의 정면도이다.
도 4는 헤더의 측면도이다.
도 5는 도 4의 라인 5-5를 따라 취해진 헤더의 단면도이다.
도 6은 도 1의 열 교환기의 보강 요소의 정면도이다.
도 7은 보강 요소의 측면도이다.
도 8은 도 6의 라인 8-8을 따라 취해진 보강 요소의 단면도이다.
도 9는 도 6의 라인 9-9를 따라 취해진 보강 요소의 단면도이다.
도 10은 도 1의 열 교환기의 조립 방법을 도시하는 분해된 부분 측면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따라 복수의 리브(rib)를 갖는 보강 요소의 확대된 부분 단면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따라 아치형 단면 형상을 갖는 보강 요소의 확대 부분 단면도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따라 코루게이티드(corrugated) 단면 형상을 갖는 보강 요소의 확대 부분 단면도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따라 변형된 헤더 및 보강 요소를 갖는 헤더 조립체의 확대 부분 단면도이다.
다음의 상세한 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 다양한 실시예를 설명하고 도시한다. 이러한 설명 및 도면은 통상의 기술자가 본 발명을 제조하고 사용할 수 있게 해주는 역할을 하며, 어떠한 방식으로든 본 발명의 범위를 제한하려는 것은 아니다. 개시된 방법과 관련하여, 제시된 단계는 사실상 예시적이며, 따라서, 단계의 순서는 반드시 필요하거나 중요하지는 않다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열 교환기(10)를 도시한다. 열 교환기(10)는 비제한적인 예로서 공기 조절 시스템(air conditioning system)의 증발기 또는 응축기, 냉각 시스템의 라디에이터 또는 터보 차저 시스템(turbo charger system)의 차지 에어 쿨러(charge air-cooler)를 형성하는 것과 같은 임의의 열 교환 응용에 사용될 수 있다. 열 교환기(10)는 냉매 또는 냉각제를 포함하는 임의의 타입의 유체를 비제한적인 예로서 통과시키도록 구성될 수 있다. 열 교환기(10)에 의해 통과된 유체는 열 교환기(10)에 의해 일반적으로 한정된 평면에 거의 수직으로 배치된 방향으로 열 교환기(10)를 통과하는 공기의 흐름과 열 에너지를 교환하기 위해 구성될 수 있지만, 임의의 형태의 제 2 열 교환 유체는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있다.
열 교환기(10)는 제 1 헤더 탱크(12), 대향하여 배치된 제 2 헤더 탱크(14), 및 제 1 헤더 탱크(12)와 제 2 헤더 탱크(14) 사이에 연장되는 열 교환기 코어(16)를 포함한다. 열 교환기 코어(16)는 이격되고 평행한 복수의 열 교환기 튜브(20)에 의해 형성된다. 열 교환기 튜브(20)는 비제한적인 예로서 압출 튜브 또는 접힌 평판 튜브(folded flat tube)를 포함하는 임의의 형태의 열 교환기 튜브일 수 있다. 열 교환기 코어(16)는 열 교환기(10)의 열 교환 용량을 증가시키기 위해 인접한 열 교환기 튜브(20) 사이에 배치되는 코루게이티드 핀(corrugated fin)과 같은 표면적 증가 피처(feature)(18)를 더 포함할 수 있다.
도 2에 가장 잘 도시된 바와 같이, 제 1 헤더 탱크(12)는 중공의 제 1 케이싱(30) 및 제 1 헤더 조립체(50)를 포함한다. 제 1 케이싱(30)은 열 교환기 튜브(20)의 각각을 통과하는 제 1 유체를 분배하거나 재조합하기 위한 매니폴드(manifold)를 한정한다. 제 1 케이싱(30)은 제 1 케이싱(30)의 헤더 개구(31)의 둘레 주위로 연장되는 풋(foot)(32)을 포함한다. 풋(32)은 일반적으로 제 1 케이싱(30)의 외향 플랜지 부분을 형성한다. 풋(32)이 헤더 개구(31)의 둘레 주위로 연장될 때 풋(32)은 일반적으로 실질적으로 직사각형 단면 형상을 포함할 수 있다. 풋(32)은 또한 제 1 케이싱(30)의 2개의 대향 단부의 각각에서 만나는 제 1 풋 세그먼트(33) 및 대향하여 배치된 제 2 풋 세그먼트(34)를 포함할 수 있다. 더욱이, 제 1 케이싱(30)은 제 1 벽 세그먼트(35) 및 대향하여 배치된 제 2 벽 세그먼트(36)를 포함할 수 있다. 제 1 벽 세그먼트(35)는 제 1 풋 세그먼트(33)로부터 제 1 케이싱(30)의 스파인(spine)(37)으로 연장되지만, 제 2 벽 세그먼트(36)는 제 2 풋 세그먼트(34)로부터 스파인(37)으로 연장된다. 제 1 및 제 2 벽 세그먼트(35, 36)는 각각 실질적으로 반원형 또는 반타원형 형상을 가진 제 1 케이싱(30)을 형성하기 위해 형상이 실질적으로 아치형일 수 있다.
제 1 케이싱(30)은 실질적으로 반원통형 형상을 가진 길이 방향으로 이격된 복수의 크림프 구조물(40)을 포함할 수 있다. 크림프 구조물(40)의 각각은 풋 세그먼트(33, 34) 중 하나 및 대응하는 벽 세그먼트(35, 36) 중 하나로부터 돌출하는 일체형 구조물(integrally formed structure)일 수 있다. 크림프 구조물(40)의 각각은 대응하는 구조물이 크림프 구조물(40)의 각각의 반원형 형상과 일치하도록 구부러지거나 변형되도록 허용하기 위해 실질적으로 반원형 단면 형상을 포함할 수 있다. 제 1 케이싱(30)은 제 1 풋 세그먼트(33) 상에 배치된 크림프 구조물(40) 중 하나로부터 제 2 풋 세그먼트(34) 상에 배치된 대향하는 크림프 구조물(40) 중 하나로 연장되는 리브(42)의 각각을 갖는 외부면 상에 형성되는 이격된 복수의 리브(42)를 더 포함할 수 있다. 리브(42)는 내부의 높은 압력 및 케이싱(30)에 가해지는 다른 응력으로 제 1 유체를 수용할 때 열 팽창으로 인한 변형에 대해 제 1 케이싱(30)을 보강하기 위해 제 1 케이싱(30)에 부가될 수 있다.
제 1 케이싱(30)은 제 1 케이싱(30)의 중공 내부와 이를 통해 제 1 유체를 운반하는 유체 시스템의 나머지 부분 사이에 유체 연통을 제공하는 제 1 유체 포트(44)를 포함한다. 제 1 유체 포트(44)는 열 교환기(10)를 통한 제 1 유체의 흐름 방향에 따라, 특히 열 교환기(10)가 관련된 유체 시스템의 다수의 상이한 동작 모드를 수용하기 위해 양방향으로 통행 가능하도록 구성되는 경우에 제 1 케이싱(30)의 입구 또는 출구를 형성할 수 있다. 제 1 유체 포트(44)는 제 1 케이싱(30)의 길이 방향에 대해 중심 영역에서 제 1 케이싱(30)과 교차하는 원통형의 도관으로서 도시된다. 그러나, 제 1 유체 포트(44)는 제 1 케이싱(30)에 대한 임의의 방향으로 제 1 케이싱(30) 상의 임의의 위치에 배치될 수 있고, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 제 1 케이싱(30)의 2개의 길이 방향 단부 중 어느 하나에 또는 인접하여 배치되는 것을 포함하는 임의의 형상을 가질 수 있다.
제 1 케이싱(30)은 제 1 케이싱(30)을 통과할 때 제 1 유체의 내부 압력에 견디기에 적합한 단단한 플라스틱 재료와 같은 폴리머 재료로부터 형성될 수 있다. 따라서, 제 1 케이싱(30)은 하나의 비제한적인 예로서 적절한 몰딩으로 형성될 수 있다. 그러나, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다른 재료가 원하는 대로 사용될 수 있는 것으로 이해된다.
제 1 케이싱(30)은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 본 명세서에 개시된 것과 상이한 구조물을 가질 수 있다. 더욱 구체적으로, 제 1 케이싱(30)은 제 1 케이싱(30)이 제 1 유체를 통과시키는 중공 내부를 한정하는 한 임의의 적절한 구조물을 가질 수 있으면서, 풋(32), 또는 비제한적인 예로서 직사각형, 둥근 직사각형(rounded rectangular) 또는 타원형 둘레 형상과 같은 닫힌 형상을 갖는 헤더 개구(31)의 둘레를 한정하는 다른 구조물을 포함할 수 있다.
제 1 헤더 조립체(50)는 제 1 보강 요소(70)에 단단하고 확실하게 결합된 제 1 헤더(52)에 의해 형성된다. 제 1 보강 요소(70)는 제 1 헤더(52)가 열 교환기(10)의 동작 중에 존재하는 힘 및 내부 압력을 받지 않을 때 제 1 헤더(52)에 의해 일반적으로 한정된 평면으로부터 멀어지는 제 1 헤더(52)의 부분의 굽힘에 저항하도록 구성된다. 더욱 구체적으로, 이하 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 제 1 보강 요소(70)는 열 교환기(10)의 열 교환기 코어(16)를 형성하는 열 교환기 튜브(20)의 상이한 세트 사이에서 상이한 열 팽창도가 발생할 때 존재할 수 있는 바와 같이 제 1 헤더(52)의 하나의 길이 방향 측면으로부터 대향하는 길이 방향 측면으로 배치된 축을 중심으로 제 1 헤더(52)의 굽힘에 저항한다.
제 1 헤더 조립체(50)의 제 1 헤더(52)는 도 3 내지 도 5에서 격리되어 도시된다. 제 1 헤더(52)는 열 교환기(10)가 도 1에 도시된 구성에서 완전히 조립될 때 제 2 헤더 탱크(14)를 향하도록 구성된 외부면을 갖는 제 1 헤더 벽(54)을 포함한다. 제 1 헤더 벽(54)은 제 1 헤더(52)의 길이 방향으로 서로 이격된 복수의 제 1 튜브 개구(55)를 포함한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 헤더 벽(54)의 단면 형상은 제 1 헤더 벽(54)의 중심부에 형성되고 제 1 헤더 벽(54)의 한 쌍의 둘러싸는 횡 방향 부분(surrounding lateral portion)(57)의 평면으로부터 멀리 돌출하는 돌출부(56)를 포함할 수 있다. 돌출부(56)는 돌출부(56)의 각진 부분이 제 1 튜브 개구(55)의 각각의 둘레를 부분적으로 한정하는 방식으로 제 1 튜브 개구(55)의 각각에 걸쳐 제 1 헤더(52)의 길이 방향으로 연장될 수 있다. 각각의 열 교환기 튜브(20)의 외부면과 제 1 튜브 개구(55)의 각각을 한정하는 제 1 헤더(52)의 표면 사이에 원하는 상호 작용을 형성하여 그 사이의 원하는 조인트(joint)를 보장하기 위해 돌출부(56)는 제 1 헤더 벽(54)에 포함될 수 있다. 제 1 헤더(52)는 원하는 대로 돌출부(56)가 없을 시에 대안으로 형성될 수 있다.
제 1 헤더(52)는 제 1 헤더 벽(54)을 둘러싸고 제 1 헤더(52)의 둘레를 한정하는 주변 림(peripheral rim)(58)의 형태의 커플링 구조물(coupling structure)을 더 포함한다. 주변 림(58)은 아치형 단면 형상을 가지고 제 1 헤더(52)의 둘레 주위로 연장되는 실질적으로 오목한 표면(59)을 형성하는 방식으로 제 1 헤더 벽(54)의 평면으로부터 멀리 돌출하고 반경 방향 외측으로 돌출하도록 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 주변 림(58)은 주변 림(58)이 주로 제 1 헤더 벽(54)의 평면에 수직인 방향으로 연장되게 하도록 외측 플레어형(flared) 부분이 없을 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 점선(4)은 주변 림(58)에 대한 잠재적인 종점을 나타낼 수 있고, 이에 의해 제 1 헤더(52)의 전체가 실질적으로 컵 형상이 되고 제 1 보강 요소(70)의 부분 내에 네스팅(nesting)되도록 구성되게 한다. 어느 경우에나, 주변 림(58)은 후술하는 바와 같이 제 1 보강 요소(70)의 대응하는 표면에 결합하기에 적합한 제 1 헤더(52)의 커플링 표면을 형성하도록 구성된다. 주변 림(58)은 원하는 대로 직사각형, 둥근 직사각형 또는 타원형과 같은 제 1 케이싱(30)의 풋(32)과 실질적으로 동일한 둘레 형상을 가질 수 있다.
제 1 헤더(52)의 주변 림(58)은 제 1 헤더(52)의 각각의 길이 방향 단부에 있는 한 쌍의 제 1 커플링 탭(62)을 더 포함할 수 있다. 제 1 커플링 탭(62)의 각각은 이하 더욱 상세히 설명되는 바와 같이 제 1 보강 요소(70)의 대응하는 커플링 구조물과 결합하기 위해 구성된 제 1 헤더(52)의 변형 가능한 돌출부에 의해 형성된다.
제 1 헤더(52)는 알루미늄과 같은 금속 재료로부터 형성될 수 있다. 알루미늄은 원하는 대로 제 1 헤더(52), 및 구체적으로는 제 1 헤더 벽(54)에 원하는 정도의 컴플라이언스를 제공하는 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 제 1 헤더(52)는 반드시 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 원하는 강도 및 컴플라이언스를 갖는 다른 적절한 재료로 형성될 수 있다. 제 1 헤더(52)는 원하는 대로 브레이징 동작을 개시하기 위해 적절한 브레이징 재료로 적어도 부분적으로 코팅될 수 있다.
제 1 보강 요소(70)를 격리하여 도시한 도 6 내지 도 9에 가장 잘 도시된 바와 같이, 제 1 보강 요소(70)는 프레임 구조물(72) 및 보강 벽(84)을 포함한다. 프레임 구조물(72)은 제 1 헤더(52)의 주변 림(58)에 결합하기 위해 구성된 제 1 보강 요소(70)의 커플링 구조물을 형성한다. 프레임 구조물(72)은 제 1 보강 요소(70)의 둘레 주위로 연장되고, 제 1 케이싱(30)의 풋(32)의 둘레 형상에 실질적으로 대응하는 둘레 형상을 갖는다. 따라서, 프레임 구조물(72)은 비제한적인 예로서 직사각형, 둥근 직사각형, 또는 타원형 둘레 형상을 가질 수 있다.
프레임 구조물(72)은 프레임 구조물(72)의 주변으로 연장되는 아치형 단면 형상으로 형성된 프레임 벽(74)에 의해 한정된다. 프레임 벽(74)은 예를 들어 단면이 실질적으로 U 자형일 수 있다. U 자형 단면 형상은 오목면(75) 및 대향하여 배치된 볼록면(76)을 포함하는 프레임 벽(74)을 생성한다. 프레임 벽(74)의 오목면(75)은 제 1 케이싱(30)을 제 1 헤더 조립체(50)에 결합할 때 제 1 케이싱(30)의 풋(32)을 수용하도록 구성된 트로프(trough)를 형성하지만, 볼록면(76)은 제 1 헤더(52)의 둘레 주위에서 제 1 헤더(52)의 주변 림(58)과 맞물리도록 구성된다. 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 제 1 헤더(52)의 오목면(59)은 제 1 헤더(52)가 프레임 구조물(72)에 수용되는 방식으로 프레임 구조물(72)의 볼록면(76)의 형상에 실질적으로 대응하는 형상을 가질 수 있다.
프레임 구조물(72)의 각각의 길이 방향 측면을 따라 연장되는 프레임 벽(74)의 횡 방향 외측 부분은 제 1 헤더 조립체(50)를 제 1 케이싱(30)에 크림핑(crimping)하기 위한 크림프 스트립(77)을 형성할 수 있다. 크림프 스트립(77)은 내부에 형성되는 길이 방향으로 이격된 복수의 개구(78)를 가진 외향 연장 탭을 형성할 수 있다. 개구(78)는 크림핑 프로세스 동안 크림프 스트립(77)을 풋(32)을 향해 변형시킬 때 크림프 스트립(77)을 더욱 유연하게 하기 위해 크림프 스트립(77)에 부가될 수 있다. 인접한 쌍의 개구(78) 중간에 배치된 크림프 스트립(77)의 각각의 부분은 제 1 헤더 조립체(50)를 제 1 케이싱(30)에 크림핑할 때 제 1 케이싱(30)의 크림프 구조물(40)의 각각의 반원형 형상에 실질적으로 대응하도록 변형될 수 있다. 동시에, 크림프 스트립(77)의 개구(78) 중 하나와 정렬된 크림프 스트립(77)의 각각의 부분은 제 1 케이싱(30)의 벽 세그먼트(35, 36) 중 하나와 접촉하도록 내측으로 변형될 수 있으며, 이에 의해 제 1 케이싱(30)의 풋(32)에 대한 간섭 패턴을 형성하는 크림프 스트립(77)의 코루게이티드 프로파일을 생성함으로써, 제 1 케이싱(30)으로부터 제 1 보강 요소(70)의 제거를 방지할 수 있다. 크림프 스트립(77)은 제 1 케이싱(30)의 풋(32)의 진입을 용이하게 하도록 외향 플레어형 부분(79)을 포함할 수 있다.
프레임 구조물(72)은 각각의 길이 방향 단부에 있는 한 쌍의 제 1 커플링 클립(82)을 더 포함할 수 있다. 제 1 커플링 클립(82)의 각각은 재료의 스트립의 2개의 다리 사이에 쐐기 형상(wedge shape)을 형성하도록 구부러진 변형 가능한 재료의 스트립으로서 형성될 수 있다. 제 1 커플링 클립(82)의 각각의 쐐기 형상은 제 1 헤더(52)의 제 1 커플링 탭(62)의 각각의 일부를 수용하여 제 1 헤더(52)를 프레임 구조물(72)에 추가로 결합하도록 구성될 수 있으며, 제 1 커플링 클립(82)의 각각은 이 내부에 제 1 커플링 탭(62)이 수용될 때 이의 각각의 위치를 *?*유지하도록 추가로 변형될 수 있다.
보강 벽(84)은 프레임 구조물(72)의 하나의 길이 방향 측면으로부터 프레임 구조물(72)의 대향하는 길이 방향 측면으로 연장하면서 또한 보강 벽(84)의 대향 단부가 프레임 구조물(72)의 대향하는 단부의 각각으로부터 이격되는 제 1 보강 요소(70)의 길이 방향으로 연장된다. 도 2에 가장 잘 도시된 바와 같이, 보강 벽(84)은 제 1 헤더(52)의 제 1 튜브 개구(55)를 향하는 실질적으로 오목한 내부면(85) 및 이의 중공 내부를 한정하는 제 1 케이싱(30)의 내부면을 향하는 실질적으로 볼록한 외부면(86)을 포함한다. 보강 벽(84)이 보강 벽(84)의 횡 방향에 대하여 이의 중심 부분에 접근함에 따라 내부면(85)의 오목부는 보강 벽(84)이 일반적으로 열 교환기 튜브(20)의 길이 방향에 대해 제 1 헤더 벽(54)으로부터 멀리 연장되게 한다.
더욱 구체적으로, 보강 벽(84)은 제 1 횡 방향 부분(87), 제 2 횡 방향 부분(88) 및 중심 부분(89)을 포함하는 것으로서 도 2에 도시된다. 제 1 횡 방향 부분(87)은 프레임 구조물(72)의 제 1 길이 방향 측면과 중심부(89) 사이에서 연장되고, 제 2 횡 방향 부분(88)은 프레임 구조물(72)의 제 2 길이 방향 측면과 중심부(89) 사이에서 연장되며, 중심부(89)는 제 1 횡 방향 부분(87)과 제 2 횡 방향 부분(88) 사이에서 연장된다. 제 1 횡 방향 부분(87) 및 제 2 횡 방향 부분(88)은 제 1 헤더(52)의 제 1 헤더 벽(54)에 대해 예각으로 배치된 횡 방향 부분(87, 88)의 각각과 서로에 대해 대칭으로 배치될 수 있다. 중심부(89)는 열 교환기 튜브(20)의 길이 방향에 대해 제 1 거리만큼 이격되면서 제 1 헤더 벽(54)의 평면에 실질적으로 평행하게 연장되도록 형성될 수 있다.
보강 벽(84)은 내부에 형성된 복수의 흐름 개구(92)를 더 포함한다. 흐름 개구(92)는 보강 벽(84)의 제 1 횡 방향 부분(87), 제 2 횡 방향 부분(88) 또는 중심부(89) 중 어느 하나에 형성될 수 있다. 흐름 개구(92)의 각각은 제 1 케이싱(30)과 보강 벽(84)의 볼록한 외부면(86)의 협력에 의해 형성된 제 1 챔버(101)와 보강 벽(84)과 제 1 헤더(52)의 협력에 의해 형성된 제 2 챔버 사이에 유체 연통을 제공한다. 제 1 챔버(101)는 제 1 유체 포트(44)와 직접 유체 연통하지만, 제 2 챔버(102)는 제 1 헤더 벽(54)을 통해 연장되는 열 교환기 튜브(20)의 각각과 직접 유체 연통한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 흐름 개구(92)는 보강 벽(84) 및 이에 따른 제 1 헤더(52)의 길이 방향으로 서로 이격될 수 있다. 일부 실시예에서, 제 1 및 제 2 횡 방향 부분(87, 88)에 형성된 흐름 개구(92)는 본 명세서에 도시된 바와 같이 중심부(89)에 형성된 흐름 개구(92)의 중간 위치에 개재될 수 있다. 흐름 개구(92)는 실질적으로 직사각형 또는 둥근 직사각형 형상을 갖는 것으로서 도시된다. 그러나, 흐름 개구(92)의 대안적인 형상 또는 패턴은 원하는 대로 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 보강 벽(84)에 형성될 수 있다. 상술한 바와 같이, 보강 벽(84)의 길이 방향 단부의 각각은 프레임 구조물(72)의 각각의 길이 방향 단부로부터 이격될 수 있고, 이에 의해 보강 벽(84)의 각각의 길이 방향 단부에 부가적인 흐름 개구(92) 중 하나를 효과적으로 제공한다. 보강 벽(84)에 형성된 흐름 개구(92)의 수는 제 1 케이싱(30)을 통해 원하는 흐름 구성을 용이하게 하기 위해 제 1 헤더(52)의 튜브 개구(55)의 수보다 적거나 많을 수 있다. 예를 들어, 흐름 개구(92)의 각각은 원하는 대로 복수의 튜브 개구(55)에 대응할 수 있다.
제 1 보강 요소(70)는 제 1 보강 요소(70)의 길이 방향 측면 사이에서 연장되는 보강 벽(84)의 단일 세그먼트를 포함하는 것으로서 도 6에 도시되어 있지만, 제 1 보강 요소(70)는 대신에 보강 벽(84)의 길이 방향으로 이격된 복수의 세그먼트를 포함하도록 제조되며, 인접한 세그먼트 사이의 각각의 공간은 제 1 보강 요소(70)의 부가적인 흐름 개구(92)를 형성한다. 보강 벽(84)을 복수의 세그먼트로 분할함으로써, 열 교환기(10)의 동작 중에 제 1 헤더(52)의 예상되는 굽힘 구성에 따라 제 1 헤더(52)의 특정 부분만이 제 1 보강 요소(70)에 의해 완전히 보강되도록 할 수 있다. 보강 벽(84)은 대안적으로 원하는 대로 하나의 단부에 인접하게 배치된 부분과 같이 제 1 보강 요소(70)의 길이의 작은 부분만을 따라 연장되는 단일 세그먼트로서 형성될 수 있다.
제 1 보강 요소(70)는 알루미늄과 같은 금속 재료로부터 형성될 수 있다. 제 1 헤더(52)와 동일한 재료로부터 형성되지 않을 경우, 대신에, 제 1 보강 요소(70)는 비제한적인 예로서 브레이징, 용접 또는 납땜과 같은 강력한 접합 방법 중에 제 1 헤더(52)를 형성하는 재료에 접합하기 위해 구성된 상보적인 재료로부터 형성될 수 있다. 따라서, 제 1 보강 요소(70)는 원하는 대로 브레이징 동작을 개시하기 위한 적절한 브레이징 재료로 적어도 부분적으로 코팅될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 주변 시일(seal)(99)은 제 1 헤더 조립체(50)가 제 1 케이싱(30)에 결합될 때 프레임 벽(74)과 제 1 케이싱(30)의 풋(32)의 중간 위치에 있는 프레임 벽(74)의 오목면에 의해 형성된 트로프 내에 배치될 수 있다. 주변 시일(99)은 제 1 헤더 탱크(12) 내로부터의 제 1 유체의 누출을 방지하기 위해 단단한 유체 시일이 제 1 헤더 조립체(50)와 이의 둘레 주위의 제 1 케이싱(30) 사이에 존재하도록 보장한다. 주변 시일(99)은 원하는 대로 엘라스토머(elastomeric) 재료로부터 형성될 수 있다.
제 2 헤더 탱크(14)는 제 1 헤더 탱크(12)와 실질적으로 동일한 구조물을 포함할 수 있고, 제 2 헤더(152)와 제 2 보강 요소(170)의 협력에 의해 형성된 제 2 헤더 조립체(150)와, 열 교환기(10)에 의해 통과된 제 1 유체를 분배하거나 재조합하기 위한 매니폴드를 형성하는 제 2 케이싱(130)을 포함할 수 있다. 제 2 케이싱(130)은 제 2 케이싱(130)에 입구 또는 출구를 형성하는 제 2 유체 포트(144)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 제 2 헤더 탱크(14)의 특정 구조물에 대한 논의는 본 명세서에서 생략된다. 부가적으로, 열 교환기(10)는 반드시 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 본 명세서에 개시된 구조물을 갖는 헤더 탱크(12, 14) 중 하나만으로 형성될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
분해된 형태로 제 1 헤더 탱크(12) 및 열 교환기 코어(16)의 각각의 관련 구성 요소를 도시하는 도 10을 참조하면, 열 교환기(10)를 조립하는 방법은 다음의 단계에 따라 발생할 수 있다.
먼저, 제 1 헤더(52)의 주변 림(58)의 오목면(59)을 제 1 보강 요소(70)의 프레임 벽(74)의 볼록면(86)과 접하여 배치함으로써 제 1 헤더(52)는 제 1 보강 요소(70)의 프레임 구조물(72)에 수용될 수 있다. 적절히 정렬되면, 제 1 헤더(52)의 제 1 커플링 탭(62)의 각각은 제 1 헤더(52)와 제 1 보강 요소(70) 사이에 기계적 연결부(mechanical connection)를 형성하도록 대응하는 제 1 커플링 클립(82) 중 하나로 변형될 수 있다. 제 2 헤더 탱크(14)의 제 2 헤더(152) 및 제 2 보강 요소(170)는 또한 제 1 헤더 조립체(50)에 대향하는 제 2 헤더 조립체(150)를 형성하도록 제 1 헤더 탱크(12)를 참조하여 설명된 것과 유사한 방식으로 서로 기계적으로 접합될 수 있다.
열 교환기 튜브(20)는 동시에 인접한 열 교환기 튜브(20) 사이에 표면적 증가 피쳐(18)를 수용하도록 서로 평행하게 배치되고 서로 이격되어 배치될 수 있다. 열 교환기 코어(16)의 형태로 적절히 정렬되면, 열 교환기 튜브(20)의 각각의 단부는 제 1 헤더(52) 및 제 2 헤더(152)의 각각의 대응하는 튜브 개구(55)의 각각에 수용된다.
다음으로, 조립 프로세스는 유체 기밀(fluid-tight)의 제 1 헤더 조립체(50)를 형성하도록 제 1 헤더(52)를 제 1 보강 요소(70)에 단단히 결합하는 단계, 유체 기밀의 제 2 헤더 조립체(150)를 형성하도록 제 2 헤더(152)를 제 2 보강 요소(170)에 단단히 결합하는 단계, 제 1 헤더(52)를 각각의 열 교환기 튜브(20)의 단부에 단단히 결합하는 단계, 및 제 2 헤더(152)를 각각의 열 교환 튜브(20)의 대향하는 단부에 단단히 결합하는 단계를 포함한다. 전술한 결합 단계는 동시에 또는 임의의 원하는 순서로 발생할 수 있다. 단단한 결합은 원하는 대로 납땜, 브레이징 또는 용접을 포함하는 임의의 적절한 강력한 접합 방법에 의해 형성될 수 있다. 내내 설명된 바와 같이, 특히 하나의 적합한 제조 방법은 각각의 구성 요소가 대응하는 브레이징 재료가 각각의 원하는 조인트 내로 흐를 수 있도록 적절히 배치될 때 단일 브레이징 프로세스를 사용하여 상술한 구성 요소의 각각을 동시에 접합하는 단계를 포함하며, 이에 의해 부가적인 제조 단계를 제거하여 생성된 열 교환기(10)의 구성을 단순화할 수 있다.
제 1 헤더(52)를 제 1 보강 요소(70)에 단단히 결합하는 단계는 제 1 헤더(52)가 생성된 제 1 헤더 조립체(50)로부터의 임의의 잠재적인 유체 누출을 피하기 위해 주변 림(58)의 둘레의 전체 주변에서 제 1 보강 요소(70)의 프레임 구조물(72)에 단단히 결합되는 단계를 포함한다. 유사하게, 제 2 헤더(152)는 생성된 제 2 헤더 탱크(14)로부터의 임의의 누출을 방지하기 위해 이의 둘레 주변에서 제 2 보강 요소(170)에 접합된다.
그 후, 제 1 헤더 조립체(50), 열 교환기 코어(16) 및 제 2 헤더 조립체(150)를 포함하는 생성된 조립체는 제 1 헤더 탱크(12) 및 제 2 헤더 탱크(14)의 각각에 결합될 준비가 된다. 제 1 헤더 탱크(12)를 구체적으로 참조하면, 제 1 케이싱(30)의 풋(32)은 주변 시일(99)을 사이에 두고 제 1 헤더 조립체(50)의 둘레 주변에서 프레임 벽(74)에 의해 형성된 오목면(75) 내에 수용된다. 그 후, 프레임 벽(74)으로부터 돌출된 크림프 스트립(77)은 제 1 케이싱(30)과 제 1 헤더 조립체(50) 사이에 형성된 조인트를 유체적으로 밀봉하도록 풋(32)과 프레임 벽(74) 사이에서 주변 시일(99)을 압축하면서 제 1 보강 요소(70)의 프레임 구조물(72)을 제 1 케이싱(30)에 결합하기 위해 풋(32)의 숄더(shoulder)(39) 위로 적어도 부분적으로 연장되도록 내측으로 변형된다. 제 2 헤더 탱크(14)는 제 1 헤더 탱크(12)를 참조하여 상술한 바와 동일한 프로세스를 사용하여 제 2 헤더 조립체(150)에 접합된다.
사용시, 제 1 유체는 제 1 유체 포트(44)를 통해 제 1 헤더 탱크(12)에 들어간다. 그 후, 제 1 유체는 보강 벽(84)의 볼록한 측면 상에 형성된 제 1 헤더 탱크(12)의 제 1 챔버(101)에 들어간다. 보강 벽(84) 내의 각각의 흐름 개구(92)의 크기, 형상 및 위치는 제 2 챔버(102)에 들어갈 때의 제 1 유체의 분배, 및 이에 따라 보강 벽(84)의 오목한 측면 상에 형성된 제 2 챔버(102)와 유체 연통하는 각각의 열 교환기 튜브(20)로의 제 1 유체의 분배를 결정한다. 그 후, 제 1 유체는 제 2 헤더(152)와 제 2 보강 요소(170) 사이에 배치된 제 2 헤더 탱크(14)의 대응하는 제 2 챔버(도시되지 않음)에 들어가기 전에 열 교환기 튜브(20)의 각각을 횡단할 수 있다. 그 후, 제 1 유체는 제 2 챔버로부터 제 2 보강 요소에 형성된 복수의 개구를 통해 제 2 보강 요소와 제 2 케이싱(130)의 벽 사이에 배치된 제 1 챔버(도시되지 않음) 내로 흐를 수 있다. 그 다음, 제 1 유체는 이의 제 2 유체 포트(144)를 통해 제 2 케이싱(130)을 나가기 전에 제 2 챔버 내에서 재조합된다.
개시된 열 교환기(10)는 유리하게는 제 1 유체가 횡단할 때 상이한 열 교환기 튜브(20) 사이의 동일하지 않은 열 팽창의 발생에 응답하여 제 1 헤더(52)의 변형을 방지함으로써 제 1 헤더(52)의 고장을 방지한다. 더욱 구체적으로는, 제 1 헤더 조립체(50)를 구성할 때 제 1 헤더(52)에 대한 제 1 보강 요소(70)의 부가는 제 1 보강 요소(70)가 없는 경우의 제 1 헤더(52)의 면적 관성 모멘트(area moment of inertia)보다 큰 생성된 제 1 헤더 조립체(50)의 면적 관성 모멘트를 초래한다. 주어진 단면에 대한 면적 관성 모멘트는 주어진 단면이 기준 축에 대한 굽힘에 저항하는 용량을 나타낸다. 주어진 단면에 대한 면적 관성 모멘트는 해당 단면이 차지하는 면적이 관련된 기준 축으로부터 증가된 거리에 배치될 때 증가된다. 주어진 환경에서, 기준 축은 제 1 헤더(52)의 길이 방향 및 폭 방향에 의해 일반적으로 한정된 평면 상에 배치되면서 제 1 헤더(52)의 폭 또는 횡 방향으로 연장되는 축일 수 있다. 따라서, 기준 축은 각각의 열 교환기 튜브(20)의 길이 방향 및 제 1 헤더(52)의 길이 방향의 각각에 수직으로 연장된다.
도 2는 제 1 헤더(52)의 주변 림(58)의 제 1 측면으로부터 주변 림(58)의 대향하는 제 2 측면으로 연장되는 예시적인 기준 축(A)을 도시한다. 보강 벽(84)이 튜브(20)의 길이 방향에 대해 기준 축(A)으로부터 멀리 돌출하는 방식은 제 1 헤더 조립체(50)의 단면의 상당한 부분을 관련된 기준 축(A)으로부터의 거리에 위치시킨다. 따라서, 제 1 헤더(52)의 상이한 부분이 상이한 세트의 열 교환기 튜브(20) 사이에서 동일하지 않은 열 팽창의 결과로서 각각의 열 교환기 튜브(20)의 길이 방향에 평행한 방향으로 상이한 힘을 경험할 때와 같이 제 1 보강 요소(70)는 제 1 헤더(52)의 폭 방향으로 연장되는 대응하는 기준 축을 중심으로 제 1 헤더(52)를 구부리려고 하는 힘을 받을 때 제 1 헤더(52)에 굽힘 강성을 제공한다.
보강 벽(84) 내의 흐름 개구(92)의 특정 패턴의 포함은 또한 제 1 유체를 규정된 방식으로 각각의 열 교환기 튜브(20)에 분배함으로써 열 교환기 튜브(20) 내의 동일하지 않은 열 팽창의 발생을 방지하는데 도움을 준다. 흐름 개구(92)는 제 1 유체가 각각의 헤더 탱크(12, 14)의 각각의 영역을 통한 흐름 면적을 제어함으로써 각각의 열 교환기 튜브(20)에 실질적으로 균등하게 흐르게 하도록 위치될 수 있다. 이러한 특징은 각각의 헤더 탱크(12, 14)의 특정 부분을 통해 흐를 때 제 1 유체의 동일하지 않은 유속 또는 제 1 유체의 동일하지 않은 압력 강하의 발생을 감소시키기 위해 이용될 수 있다.
제 1 보강 요소(70)를 갖는 열 교환기(10)는 제 1 헤더(52)의 제 1 헤더 벽(54)이 제 1 보강 요소(70)에 의해 제공되는 강성(stiffness)의 증가로 인해 제 1 보강 요소(70)가 없는 유사한 열 교환기의 헤더와 비교하여 감소된 두께로 형성될 수 있게 함으로써 더 개선된다. 제 1 헤더 벽(54)의 두께의 감소는 제 1 헤더 벽(54)이 국부화된 면적에 대해 더욱 순응적이고 유연하게 하며, 이는 열 교환기(10)의 동작 중에 국부화된 면적에서 제 1 헤더 벽(54) 또는 열 교환기 튜브(20) 중 하나의 변형을 수용하는 것을 도울 수 있다. 예를 들어, 인접한 열 교환기 튜브(20) 중 하나와 비교하여 상승된 열 팽창 정도를 경험하는 열 교환기 튜브(20) 중 하나는 제 1 헤더 벽(54)이 열적으로 상승된 열 교환기 튜브(20)의 변형을 수용하도록 열적으로 상승된 열 교환기 튜브(20)를 수용하는 대응하는 튜브 개구(55)에 약간 인접하여 변형되게 할 수 있다. 그러나, 제 1 보강 요소(70)에 의해 제공되는 증가된 강성은 제 1 헤더 벽(54)의 주요 부분이 제 1 헤더 벽(54)에 의해 일반적으로 한정된 평면으로부터 벗어나는 것을 방지하며, 이에 의해 감소된 두께를 갖는 제 1 헤더 벽(54)의 컴플라이언스에 의해 허용되는 약간 국부화된 변형의 정도에도 불구하고 대응하는 튜브 개구(55)에서나 그 근처에서의 고장을 방지한다.
제 1 보강 요소(70)의 보강 벽(84)은 도 2의 단면도의 관점에서 보강 벽(84)의 원하는 면적 관성 모멘트를 달성하기 위해 제 1 헤더(52)의 제 1 헤더 벽(54)의 폭 방향 및 길이 방향에 의해 일반적으로 한정되는 평면으로부터 원하는 거리를 연장하도록 배치된다. 제 1 헤더 탱크(12)가 완전히 조립될 때 보강 벽(84)의 적어도 일부분이 제 1 케이싱(30)의 풋(32)의 숄더(39)보다 열 교환기 튜브(20)의 길이 방향에 대해 제 1 헤더 벽(54)의 평면으로부터 더 멀리 떨어져 배치되는 보강 벽(84)이 형성될 수 있다. 보강 벽(84)의 적어도 하나의 부분은 풋(32)의 숄더(39) 상에 배치되고 이로부터 연장되는 크림프 구조물(40)의 각각의 숄더(47)보다 제 1 헤더 벽(54)의 평면으로부터 추가로 배치될 수 있다. 보강 벽(84)의 적어도 하나의 부분은 또한 제 1 보강 요소(70)의 횡 방향으로 배치된 크림프 스트립(77)을 포함하여 제 1 헤더 조립체(50)의 임의의 나머지 부분보다 제 1 헤더 벽(54)의 평면으로부터 추가로 배치될 수 있다. 보강 벽(84)의 적어도 일부분은 통상적으로 보강 벽(84)의 내부면(85)의 오목부로 인해 보강 벽(84)의 중심부일 수 있다. 일부 실시예에서, 보강 벽(84)의 적어도 일부분은 열 교환기 튜브(20)의 길이 방향에 대해 풋(32)의 숄더(39)보다 제 1 헤더 벽(54)의 평면으로부터 적어도 2배 멀리 떨어져 배치될 수 있다. 보강 벽(84)의 적어도 하나의 부분은 대안적으로 본 발명의 상술한 각각의 특징보다 제 1 헤더(52)와 프레임 구조물(72) 사이의 커플링 결합(coupling engagement)에 의해 형성된 평면으로부터 더 멀리 떨어져 배치되는 것으로 설명될 수 있다. 보다 구체적으로는, 커플링 결합의 평면은 제 1 보강 요소(70)의 프레임 구조물(72)에 의해 형성된 트로프의 최하부와의 결합 지점에 있는 주변 림(58)의 평면을 지칭할 수 있다.
보강 벽(84)은 도 2에 도시된 실질적으로 사다리꼴 단면 형상으로 제한되지 않는다. 보강 벽(84)이 제 1 헤더 탱크(12)의 제 2 챔버(102)를 둘러싸면서 원하는 강성을 제 1 헤더 조립체(50)에 제공하기 위해 제 1 헤더 벽(54)의 평면으로부터 돌출하기 위해 보강 벽(84)은 이의 내부면(85)이 제 1 헤더(52)에 대해 실질적으로 오목하도록 형성되는 한 임의의 단면 형상을 포함할 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 생성된 형상이 제 1 헤더(52)의 하나의 길이 방향 측면으로부터 대향하는 이의 길이 방향 측면으로 호를 그리도록 하기 위해 실질적으로 오목한 것으로 설명되는 보강 벽(84)의 내부면(85)은 내부면(85)이 보강 벽(84)의 인접한 부분 사이에서 일반적으로 180도 미만의 각도를 포함하는 방식을 의미한다는 것이 이해되어야 한다. 유사하게, 실질적으로 볼록한 것으로 설명되는 외부면(86)은 외부면(86)이 보강 벽(84)의 인접한 부분 사이에서 일반적으로 180도 이상의 각도를 포함하는 방식을 의미한다. 따라서, 보강 벽(84)은 세그먼트가 대향하는 이의 길이 방향 측면을 연결하면서 제 1 헤더(52)의 평면으로부터 멀리 돌출하도록 협력하는 한 임의의 일련의 직선 연장 또는 곡선 세그먼트로부터 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 11은 보강 벽(84)의 면적 관성 모멘트를 더 증가시킴으로써 부가적인 굽힘 강성을 제 1 헤더 조립체(50)에 제공하는 복수의 길이 방향 연장 리브(200)를 포함하는 보강 벽(84)의 대안적인 실시예를 도시한다. 도 12는 또한 도 2에 개시된 바와 같이 보강 벽(84)의 사다리꼴 형상이 열 교환기 튜브(20)의 길이 방향에 대해 제 1 헤더 벽(54)의 평면으로부터 원하는 거리로 연장하는 아치형 단면 형상으로 대체되는 보강 벽(84)의 대안적인 실시예를 도시한다. 도 13은 보강 벽(84)이 주로 제 1 헤더(52)로부터 멀리 돌출하는 방식으로 인해 보강 벽(84)이 제 1 헤더(52)에 대해 동일한 일반적인 오목부를 여전히 유지하면서 실질적으로 코루게이티드 프로파일을 포함하는 보강 벽(84)의 대안적인 실시예를 도시한다. 코루게이션(corrugation)은 소정의 기준 축에 대해 굽힘으로부터 보강 벽(84)을 강화시키는데 더 도움을 줄 수 있다. 통상의 기술자는 본 명세서에 개시된 관계를 유지하면서 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 보강 벽(84)에 대한 대안적인 형상이 사용될 수 있다는 것을 인식해야 한다.
개시된 제 1 보강 요소(70)의 이점은 또한 생성된 헤더 조립체를 제 1 케이싱(30)에 결합하는 방법에 대해 제 1 헤더(52)와 제 1 보강 요소(70)의 구성을 실질적으로 역전시키면서 이용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 도 14는 헤더 벽(303)을 둘러싸는 외향 플랜지 커플링 부분(304)를 갖는 헤더(302)를 포함하는 헤더 조립체(300)를 도시하며, 헤더 벽(303)은 내부에 형성된 복수의 튜브 개구(도시되지 않음)를 갖는다. 커플링 부분(304)은 내부에 제 1 케이싱(30)의 풋(32)을 수용하도록 구성된 트로프(306)를 포함한다. 헤더 조립체(300)의 보강 요소는 도 2에 개시된 바와 같이 보강 벽(84)의 일반적인 구성을 유지하면서 헤더 벽(303)의 하나의 길이 방향 측면으로부터 헤더(303)의 대향하는 길이 방향 측면으로 연장하는 보강 벽(310)에 의해 형성되고, 보강 벽(310)을 통해 유체를 통과시키는 적어도 하나의 개구(311)를 포함한다. 헤더(302)와 보강 벽(310)의 교차점에서 유체 기밀 시일(fluid tight seal)에 대한 필요성이 없기 때문에 둘레 전체와는 대향되듯이 제 1 케이싱(30)에 대한 헤더(302)의 커플링은 보강 벽(310)이 단지 두 개의 길이 방향 연장 세그먼트를 따라 헤더(302)에 결합되도록 할 수 있다. 그렇지 않으면, 생성된 헤더 조립체(300)는 원하는 대로 제 1 헤더 조립체(50)를 참조하여 설명된 것과 실질적으로 동일한 방식으로 동작한다.
상술한 설명으로부터, 통상의 기술자는 본 발명의 본질적인 특성을 쉽게 확인할 수 있고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고, 본 발명을 다양한 용도 및 조건에 적응시키기 위해 본 발명에 대한 다양한 변경 및 수정을 행할 수 있다.

Claims (20)

  1. 열 교환기용 헤더 탱크에 있어서,
    중공 내부를 갖는 케이싱; 및
    상기 케이싱에 결합된 헤더 조립체를 포함하며, 상기 헤더 조립체는,
    상기 헤더 조립체의 내부에 형성된 복수의 튜브 개구를 갖는 헤더; 및
    상기 헤더에 결합된 보강 요소를 포함하며, 상기 보강 요소는 상기 헤더의 제 1 길이 방향 측면으로부터 상기 헤더의 대향하는 제 2 길이 방향 측면으로 연장되는 보강 벽을 포함하는, 열 교환기용 헤더 탱크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    실질적으로 오목한 상기 보강 벽의 내부면은 상기 헤더를 향하고, 대향하여 배치되고 실질적으로 볼록한 상기 보강 벽의 외부면은 상기 중공 내부를 한정하는 상기 케이싱의 내부면을 향하는, 열 교환기용 헤더 탱크.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 보강 벽은 상기 헤더에 실질적으로 평행하게 배치된 중심부, 상기 중심부에 대해 경사진 제 1 횡 방향 부분, 및 상기 중심부에 대해 경사진 제 2 횡 방향 부분을 포함하는, 열 교환기용 헤더 탱크.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 보강 벽은 실질적으로 아치형인, 열 교환기용 헤더 탱크.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강 벽은 상기 케이싱의 중공 내부를 제 1 챔버 및 제 2 챔버로 분할하며, 상기 제 1 챔버는 상기 케이싱의 유체 포트와 직접 유체 연통하고, 상기 제 2 챔버는 상기 헤더와 직접 유체 연통하는, 열 교환기용 헤더 탱크.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 보강 벽은 상기 제 1 챔버와 상기 제 2 챔버 사이에 유체 연통을 제공하는 상기 보강 벽의 내부에 형성된 복수의 흐름 개구를 포함하는, 열 교환기용 헤더 탱크.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수의 흐름 개구의 각각은 상기 헤더의 길이 방향으로 이격되는, 열 교환기용 헤더 탱크.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강 벽은 상기 보강 요소의 프레임 구조물로부터 연장되고, 상기 프레임 구조물은 상기 케이싱 및 상기 헤더의 각각에 결합되는, 열 교환기용 헤더 탱크.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 헤더의 주변부는 상기 프레임 구조물의 주변부에 결합되는, 열 교환기용 헤더 탱크.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 헤더의 주변부는 상기 헤더의 외향 연장 림에 의해 형성되고, 상기 외향 연장 림은 상기 프레임 구조물의 주변부의 볼록면에 실질적으로 형상이 대응하는 오목면을 포함하는, 열 교환기용 헤더 탱크.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 프레임 구조물은 상기 보강 요소의 둘레 주위에 트로프를 형성하고, 상기 트로프는 상기 케이싱의 풋을 수용하도록 구성되는, 열 교환기용 헤더 탱크.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이싱은 상기 케이싱에 형성된 헤더 개구의 둘레 주위로 연장되는 외향 플랜지 풋을 포함하고, 상기 보강 요소는 상기 케이싱의 풋에 결합되는, 열 교환기용 헤더 탱크.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 보강 벽의 적어도 일부분은 상기 헤더의 평면에 수직으로 배치된 제 1 방향으로 상기 케이싱의 풋의 임의의 부분보다 상기 헤더의 평면으로부터 더 이격되는, 열 교환기용 헤더 탱크.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 보강 벽의 적어도 일부분은 상기 제 1 방향으로 상기 케이싱의 상기 풋의 임의의 부분보다 상기 헤더의 평면으로부터 2배 더 이격되는, 열 교환기용 헤더 탱크.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강 벽은 상기 헤더의 길이 방향으로 연장되는, 열 교환기용 헤더 탱크.
  16. 열 교환기에 있어서,
    중공 내부를 갖는 제 1 케이싱 및 상기 제 1 케이싱에 결합된 제 1 헤더 조립체를 포함하는 제 1 헤더 탱크로서, 상기 제 1 헤더 조립체는 상기 제 1 헤더 조립체의 내부에 형성된 복수의 제 1 튜브 개구를 갖는 제 1 헤더 및 상기 제 1 헤더에 결합된 제 1 보강 요소를 포함하며, 상기 제 1 보강 요소는 상기 제 1 헤더의 제 1 길이 방향 측면으로부터 상기 제 1 헤더의 대향하는 제 2 길이 방향 측면으로 연장되는 제 1 보강 벽을 포함하는, 상기 제 1 헤더 탱크;
    상기 제 1 헤더 탱크에 대향하여 배치되는 제 2 헤더 탱크; 및
    상기 제 1 헤더 탱크와 상기 제 2 헤더 탱크 사이에서 길이 방향으로 연장되고, 열 교환기 튜브 중 하나가 상기 제 1 헤더 탱크의 상기 제 1 헤더에 형성된 상기 제 1 튜브 개구의 각각에 수용되는 복수의 열 교환기 튜브를 포함하는, 열 교환기.
  17. 제 16 항에 있어서,
    실질적으로 오목한 상기 제 1 보강 벽의 내부면은 상기 제 1 헤더를 향하고, 대향하여 배치되고 실질적으로 볼록한 상기 제 1 보강 벽의 외부면은 상기 중공 내부를 한정하는 상기 제 1 케이싱의 내부면을 향하는, 열 교환기.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 보강 요소는 상기 제 1 보강 요소의 내부에 형성된 복수의 흐름 개구를 포함하여 상기 제 1 보강 요소의 내부면과 외부면 사이에서 유체 연통을 제공하는, 열 교환기.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 케이싱은 상기 제 1 케이싱에 형성된 헤더 개구의 둘레 주위로 연장되는 외향 플랜지 풋을 포함하고, 상기 제 1 보강 벽의 적어도 일부분은 상기 열 교환기 튜브의 각각의 길이 방향으로 상기 제 1 케이싱의 풋의 임의의 부분보다 상기 제 1 헤더의 평면으로부터 더 이격되는, 열 교환기.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 2 헤더 탱크는 중공 내부를 갖는 제 2 케이싱 및 상기 제 2 케이싱에 결합된 제 2 헤더 조립체를 포함하고, 상기 제 2 헤더 조립체는 상기 제 2 헤더 조립체의 내부에 형성된 복수의 제 2 튜브 개구를 갖는 제 2 헤더 및 상기 제 2 헤더에 결합된 제 2 보강 요소를 포함하고, 상기 제 2 보강 요소는 상기 제 2 헤더의 제 1 길이 방향 측면으로부터 상기 제 2 헤더의 대향하는 제 2 길이 방향 측면으로 연장되는 제 2 보강 벽을 포함하며, 상기 열 교환기 튜브 중 하나는 상기 제 2 헤더 탱크의 상기 제 2 헤더에 형성된 상기 제 2 튜브 개구의 각각에 수용되는, 열 교환기.
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