KR20200098409A

KR20200098409A - 열 순환을 위한 반전 헤더 설계

Info

Publication number: KR20200098409A
Application number: KR1020200013965A
Authority: KR
Inventors: 리차드 암스덴; 톰 켈햄
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2019-02-11
Filing date: 2020-02-05
Publication date: 2020-08-20
Also published as: KR102336638B1; US20200256627A1; DE112020000756T5; US11029101B2; WO2020166885A1

Abstract

열 교환기의 헤더 탱크용 헤더는 상기 헤더의 세로 방향으로 이격되어 있고 관통하여 형성되는 복수의 관 구멍을 갖는 관 수용부를 규정하는 헤더 벽을 포함한다. 상기 관 수용부는 편평한 부분 및 인접한 오프셋 부분을 구비한다. 상기 편평한 부분은 제1 평면 상에 배치되고, 상기 오프셋 부분은 상기 오프셋 부분이 상기 헤더의 세로 방향에 대해 상기 편평한 부분으로부터 멀리 연장함에 따라 상기 제1 평면으로부터 가변 거리를 갖는다.

Description

열 순환을 위한 반전 헤더 설계{REVERSE HEADER DESIGN FOR THERMAL CYCLE}

본 발명은 열 교환기에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 열 교환기의 탱크의 헤더에 관한 것이며, 여기에서 헤더는 열 교환기의 열 순환을 최적화하기 위한 반전 구조를 갖는 적어도 하나의 부분을 포함한다.

열 교환기는 전형적으로는, 제1 헤더 탱크 및 제2 헤더 탱크 중 하나에 열 교환기 관 또는 통로의 각각의 단부에서 연결되는 중앙에 집중된 복수의 열 교환기 관들 또는 통로들을 포함한다. 복수의 열 교환기 관들은 2개의 상이한 열 교환하는 유체 간에 열 에너지를 전달하기 위해 열 교환기의 열 교환기 코어를 형성한다. 헤더 탱크들은 각각 전형적으로는, 열 교환기 관들의 단부 부분을 안에 수용하기 위한 관 구멍을 갖는 헤더로서의 역할을 하는 표면을 포함한다. 헤더 탱크들의 각각의 헤더는 그 후 열 교환기 관들을 통해 흐르는 유체를 분산하거나 수집하는 데 도움을 주는 유체 저장소로서의 역할을 하는 대응하는 케이싱(casing)에 결합된다.

열 교환기들은 열 교환기의 원하는 동작에 따라서 상이한 부품의 온도가 상승하거나 하강하므로 열 교환기의 여러 개의 상이한 부품이 서로에 대해 열 팽창할 때, 열 순환으로 인한 손상에 영향을 받기 쉬울 수도 있다. 예를 들면, 열 교환기들은 열 교환기 관들의 각각과 헤더들의 각각의 사이에 형성된 접합부에서의 고장에 특히 영향을 받기 쉬울 수도 있다. 일반적으로, 각각의 관의 단부 부분은 관의 외부 표면과 칼라(collar)의 내부 표면 사이에 접합부를 형성하기 위해 헤더들 중 하나의 관 구멍들 중 하나를 규정하는 칼라를 통해 수용된다. 단단하고 유체 기밀 연결이 하나의 비제한적인 예로서 경납땜에 의해 이 접합부에 형성될 수도 있다. 그러나, 이러한 단단한 연결은 접합부가 헤더와 관 사이에 발생하는 상대적인 열 팽창을 수용하도록 시도할 때 헤더의 칼라와 관의 접합부에서의 증가된 응력을 유발한다. 이들 열 응력의 반복적인 순환은 따라서, 관 및 헤더 접합부들 중 하나에서 고장을 유발할 수도 있으며, 그에 따라 대응하는 헤더 탱크로부터 열 교환 중인 유체의 누설을 초래할 수도 있다.

또한, 헤더의 특정 부분들이 지금까지 논의된 고장의 유형에 특히 영향을 받기 쉬운 경우일 수도 있다. 헤더 탱크들, 헤더들 및 열 교환기 관들과 같은 열 교환기의 여러 가지 구성요소들의 형태 및 구성의 결과 열 교환기 내의 상이한 영역들에서 약간의 온도 변화가 존재하는 것은 흔한 일이다. 이것은 차례로, 관 및 헤더 접합부들 중 일부가 열 교환기의 사용 중에 실질적으로 상이한 최대 및 최소 온도에 노출되는 것을 유발한다.

예를 들어, 하나의 유형의 열 교환기 구성에서, 열 교환 중인 유체는 제1 헤더 탱크의 챔버(chamber)들 중 하나, 열 교환기 관들의 제1 세트, 대향하는 제2 헤더 탱크, 열 교환기 관들의 제2 세트, 및 제1 헤더 탱크의 챔버들 중 제2의 챔버를 순서대로 통과하므로, 2개의 헤더 탱크들 중 하나는 열 교환 중인 유체가 실질적으로 U 형상의 경로를 따르게 하도록 헤더 탱크를 2개의 독립된 챔버로 분할하는 칸막이를 포함한다. 그러한 열 교환기 구성들은 분할하는 칸막이의 양쪽에 형성된 관들을 통과할 때 열 교환 중인 유체의 온도의 차이로 인해 분할하는 칸막이의 한쪽 또는 양쪽에 형성된 관 및 헤더 접합부들의 고장에 특히 쉽게 영향을 받을 수도 있다는 것이 발견되었다.

이와 달리, 일부 다른 구성들에서는, 열 교환 중인 유체가 관련된 유체 포트를 통해 헤더 탱크들 중 하나에 들어가서, 열 교환기 관들을 통과한 후, 관련된 유체 포트를 통해 헤더 탱크들 중 대향하는 제2의 탱크를 빠져나간다. 그러한 열 교환기 구성들은 특히 대응하는 헤더 탱크의 유체 포트가 헤더들 중 하나의 단부 부분들 중 인접하는 하나에 형성될 때 헤더들의 각각의 단부 부분들에 인접하는 관 및 헤더 접합부들에서 고장에 특히 쉽게 영향을 받을 수도 있다는 것이 발견되었다.

따라서, 열 순환의 영향으로 인해 관 및 헤더 접합부들에 형성되는 응력들을 더 잘 분산하는 헤더를 갖는 열 교환기를 생성하는 것이 바람직하다.

본 발명은 열 순환에 의해 야기되는 응력을 분산시키기 위한 개선된 헤더를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

본 발명의 일 실시예에서는, 열 교환기의 헤더 탱크용 헤더는 상기 헤더의 세로 방향으로 이격되어 있고 관통하여 형성되는 복수의 관 구멍을 갖는 관 수용부를 규정하는 헤더 벽을 포함한다. 상기 관 수용부는 편평한 부분 및 인접한 오프셋 부분을 구비한다. 상기 편평한 부분은 제1 평면 상에 배치되고, 상기 오프셋 부분은 상기 오프셋 부분이 상기 헤더의 세로 방향에 대해 상기 편평한 부분으로부터 멀리 연장함에 따라 상기 제1 평면으로부터 가변 거리를 갖는다.

본 발명의 다른 실시예에서는, 열 교환기용 헤더 탱크는 속이 빈 내부를 갖는 케이싱 및 상기 케이싱에 결합되는 헤더를 포함한다. 상기 헤더는 상기 헤더의 세로 방향으로 이격되어 있고 관통하여 형성되는 복수의 관 구멍을 갖는 관 수용부를 규정하는 헤더 벽을 포함한다. 상기 관 수용부는 편평한 부분 및 인접한 오프셋 부분을 구비한다. 상기 편평한 부분은 제1 평면 상에 배치되고, 상기 오프셋 부분은 상기 오프셋 부분이 상기 헤더의 세로 방향에 대해 상기 편평한 부분으로부터 멀리 연장함에 따라 상기 제1 평면으로부터 가변 거리를 갖는다.

본 발명의 또 다른 실시예에서는, 열 교환기는 속이 빈 제1 케이싱 및 제1 헤더를 구비하는 제1 헤더 탱크를 포함한다. 상기 제1 헤더는 상기 제1 헤더의 세로 방향으로 이격되어 있고 관통하여 형성되는 복수의 관 구멍을 갖는 관 수용부를 규정하는 헤더 벽을 포함한다. 상기 관 수용부는 편평한 부분 및 인접한 오프셋 부분을 구비한다. 상기 편평한 부분은 제1 평면 상에 배치되고, 상기 오프셋 부분은 상기 오프셋 부분이 상기 제1 헤더의 세로 방향에 대해 상기 편평한 부분으로부터 멀리 연장함에 따라 상기 제1 평면으로부터 가변 거리를 갖는다. 제2 헤더 탱크는 속이 빈 제2 케이싱 및 제2 헤더를 구비한다. 복수의 교환기 관이 상기 제1 헤더 탱크와 상기 제2 헤더 탱크 사이에서 연장한다.

본 발명의 상기 목적 및 이점뿐만 아니라 나머지가 첨부하는 도면을 고려하여 생각해볼 때 본 발명의 일 실시예의 이하의 상세한 설명을 읽어 보는 것으로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 쉽게 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따르는 열 교환기의 횡단면 입면도이다.
도 2는 도 1의 열 교환기의 헤더의 횡단면 입면도이다.
도 3은 도 2의 헤더의 정면 입면도이다.
도 4는 도 3의 라인 4-4를 따라 절단된 것으로서 헤더의 횡단면도이다.
도 5는 도 3의 라인 5-5를 따라 절단된 것으로서 헤더의 횡단면도이다.
도 6은 도 3의 라인 6-6을 따라 절단된 것으로서 헤더의 횡단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따르는 헤더를 갖는 헤더 탱크의 횡단면 입면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는 헤더를 갖는 헤더 탱크의 부분적인 횡단면도이다.

이하의 상세한 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 여러 가지 실시예를 설명 및 예시한다. 설명 및 도면은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하 당업자라고 한다)가 발명을 만들고 사용할 수 있게 하는 역할을 할 뿐, 어떠한 방식으로 발명의 범위를 제한하고자 의도된 것은 아니다. 개시된 방법에 관해서는, 제시된 단계들이 자연스럽게 예시되고 그에 따라 단계들의 순서는 다른 언급이 없는 한 불필요하거나 중요하지 않다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 열 교환기(10)를 예시한다. 열 교환기(10)는 비제한적인 예로서, 공기 조화 시스템의 기화기 또는 콘덴서, 냉각 시스템의 라디에이터, 또는 터보차저(turbocharger) 시스템의 차지 공기 냉각기(charge air cooler)를 형성하는 것과 같은 임의의 열 교환 어플리케이션용으로 사용될 수도 있다. 열 교환기(10)는 비제한적인 예로서, 냉매 또는 냉각수를 포함하는 임의의 유형의 유체를 통과시키도록 구성될 수도 있다. 열 교환기(10)에 의해 전달되는 유체는 열 교환기(10)에 의해 전체적으로 규정되는 평면에 실질적으로 수직으로 배열된 방향으로 열 교환기(10)를 통과하는 공기의 흐름에 의해 열 에너지를 교환하도록 구성될 수도 있지만, 임의의 형태의 2차 열 교환하는 유체가 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이 사용될 수도 있다.

열 교환기(10)는 제1 헤더 탱크(12), 대향하여 배치되는 제2 헤더 탱크(14) 및 제1 헤더 탱크(12)와 제2 헤더 탱크(14) 사이에서 연장하는 열 교환기 코어(16)를 포함한다. 열 교환기 코어(16)는 복수의 이격되어 있고 평행한 열 교환기 관들(20)에 의해 형성된다. 열 교환기 관들(20)은 비제한적인 예로서, 돌출된 관들 또는 접혀진 평판관들(folded flat tubes)을 포함하는 임의의 형태의 열 교환기 관들일 수도 있다. 열 교환기 코어(16)는 열 교환기(10)의 열 교환 능력을 증가시키기 위해 열 교환기 관들(20) 중 인접한 관들 사이에 배치되는 코루게이티드 핀(corrugated fin)과 같은 표면 영역 증가 피처(feature)들(18)을 더 포함할 수도 있다.

제1 헤더 탱크(12)는 속이 빈 제1 케이싱(30) 및 제1 헤더(50)를 구비한다. 제1 케이싱(30)은 열 교환기 관들(20)의 각각을 통과하는 제1 유체를 분산하거나 재결합시키기 위한 매니폴드(manifold)를 규정한다. 제1 케이싱(30)은 제1 케이싱(30)의 헤더 구멍(31)의 경계 둘레로 연장하는 풋(foot)(32)을 구비한다. 풋(32)은 통상적으로 제1 케이싱(30)의 바깥쪽으로 플랜지된 부분을 형성한다. 풋(32)은 풋(32)이 헤더 구멍(31)의 경계 둘레로 연장하기 때문에 실질적으로 직사각형 단면 형상을 구비할 수도 있다. 풋(32)은 제1 케이싱(30)의 2개의 대향하는 단부의 각각에서 조우하는 제1 풋 세그먼트(segment) 및 대향하여 배치되는 제2 풋 세그먼트로 분리될 수도 있다. 더욱이, 제1 케이싱(30)은 제1 벽 세그먼트 및 대향하여 배치되는 제2 벽 세그먼트를 구비할 수도 있고, 제1 벽 세그먼트는 제1 풋 세그먼트로부터 제1 케이싱(30)의 스파인(spine)까지 연장하는 한편 제2 벽 세그먼트는 제2 풋 세그먼트로부터 스파인까지 연장한다. 제1 및 제2 벽 세그먼트는 각각, 실질적으로 반원 또는 반타원 단면 형상을 갖는 제1 케이싱(30)을 형성하도록 실질적으로 활 모양 형상일 수도 있다.

제1 케이싱(30)은 실질적으로 반원통 형상을 갖는 복수의 세로 방향으로 이격된 크림프(crimp) 구조들(도시 생략)을 구비할 수도 있다. 크림프 구조들의 각각은 풋 세그먼트들 중 하나 및 벽 세그먼트들 중 대응하는 하나로부터 돌출하는 일체로 형성된 구조일 수도 있다. 크림프 구조들의 각각은 대응하는 구조가 구부러지게 또는 크림프 구조들의 각각의 반원 형상에 맞도록 변형되게 하기 위한 실질적으로 반원 단면 형상을 구비할 수도 있다. 제1 케이싱(30)은, 리브들(ribs)의 각각이 제1 풋 세그먼트 상에 배치되는 크림프 구조들 중 하나로부터 제2 풋 세그먼트 상에 배치되는 크림프 구조들 중 대응하는 하나까지 연장하는 상태로 외부 표면 상에 형성되는 복수의 이격된 리브들(도시 생략)을 더 구비할 수도 있다. 리브들은 상승된 압력에서 제1 유체를 수용할 때의 열 팽창 및 케이싱(30)에 인가되는 다른 응력으로 인한 변형에 대해 제1 케이싱(30)을 보강하기 위해 제1 케이싱(30)에 부가될 수도 있다.

도 1에 도시되어 있는 실시예에서는, 제1 케이싱(30)은 제1 케이싱(30)의 내부를 제1 챔버(35) 및 제2 챔버(36)로 분리하는 칸막이(33)를 구비한다. 칸막이(33)는 제1 케이싱(30)의 세로축에 실질적으로 수직인 평면 상에 배치되는 제1 케이싱(30)에 수용되는 인서트(insert)일 수도 있다. 칸막이(33)는 제1 케이싱(30) 내에서 순환되는 열 교환 중인 유체에 대해 제1 챔버(35)와 제2 챔버(36) 간의 직접적인 유체 연통을 방지하기 위해 제1 케이싱(30)을 가로질러 연장한다.

제1 케이싱(30)은 제1 케이싱(30)의 제1 챔버(35)와 제1 유체를 통과시켜 운반하는 유체 시스템의 나머지 사이에 유체 연통을 제공하는 제1 유체 포트(44)를 구비한다. 특히, 열 교환기(10)가 관련된 유체 시스템의 다수의 상이한 동작 모드들에 부응하기 위해 양방향으로 통과 가능하게 되도록 구성되는 경우에, 제1 유체 포트(44)는 열 교환기(10)를 통해 제1 유체의 흐름의 방향에 따라서 제1 케이싱(30)의 입구 또는 출구를 형성할 수도 있다.

제1 케이싱(30)은 제1 케이싱(30)의 제2 챔버(36)와 제1 유체를 통과시켜 운반하는 유체 시스템의 나머지 사이에 유체 연통을 제공하는 제2 유체 포트(45)를 구비한다. 제2 유체 포트(45)는 유사하게, 열 교환기(10)를 통해 제1 유체의 흐름의 방향에 따라서 제1 케이싱(30)의 입구 또는 출구를 형성할 수도 있다.

제1 유체 포트(44) 및 제2 유체 포트(45)는 제1 케이싱(30)에 교차하는 원통형 도관으로서 각각 도시되어 있고 열 교환기 관들(20)의 연장 방향에 실질적으로 평행하게 배치되지만, 제1 유체 포트(44) 및 제2 유체 포트(45)는 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이 제1 케이싱(30)에 대해 임의의 단면 형상 및 임의의 방향을 가질 수도 있음을 이해해야 한다. 유체 포트들(44, 45)은 또한 중간 영역에서 제1 케이싱(30)의 각각의 챔버(35, 36)에 각각 교차하는 것으로 도시되어 있지만, 유체 포트들(44, 45)은 이와 달리 본 발명의 범위를 벗어남 없이 도 1의 흐름 구성을 야기하기 위한 임의의 적절한 위치에서 제1 케이싱(30)에 교차할 수도 있다.

제1 케이싱(30)은 제1 케이싱(30)을 통과할 때 제1 유체의 내부 압력을 견디는 데 적합한 강성의 플라스틱 재료와 같은 중합체 재료로 형성될 수도 있다. 따라서, 제1 케이싱(30)은 비제한적인 예로서 적절한 성형 작업으로 형성될 수도 있다. 그러나, 본 발명의 범위를 벗어남 없이 원하는 경우 다른 재료가 사용될 수 있음을 이해할 것이다.

제2 헤더 탱크(14)는 속이 빈 제2 케이싱(130) 및 제2 헤더(150)를 구비한다. 제2 케이싱(130)은 본 실시예의 제2 케이싱(130)이 제1 유체를 관련된 유체 시스템의 나머지에 연통시키기 위한 임의의 유체 포트가 전혀 없는 것을 제외하고 제1 케이싱(30)과 실질적으로 유사한 구조를 구비한다. 그 대신에, 제2 케이싱(130)은 열 교환기(10)를 통해 흐를 때 실질적으로 U 형상의 흐름 경로로 제1 유체를 따르게 하도록 제1 유체에 대한 방향 전환(turn-around)으로서 사용된다.

제1 헤더(50)가 피처들을 더욱 잘 예시하기 위해 도 2∼도 6에 별개로 도시되어 있다. 제1 헤더(50)는 전체적으로 관 수용부(54), 결합부(56) 및 제1 헤더(50)의 연결부(58)의 각각을 규정하기 위해 윤곽을 만든 헤더 벽(52)을 구비한다. 헤더 벽(52)은 제1 헤더 탱크(12)의 제1 챔버(35) 및 제2 챔버(36)의 각각의 일부를 또한 규정하면서, 제2 헤더 탱크(14)를 향해 면하는 외부면(55) 및 제1 케이싱(30)을 향해 면하는 내부면(57)을 구비한다. 제1 헤더(50)는 제1 단부(61)로부터 제2 단부(62)로 세로 방향으로 연장한다. 제1 헤더(50)는 제1 헤더(50)의 폭 방향만큼 서로로부터 이격되어 있는 제1 길이측(63) 및 대향하는 제2 길이측(64)을 더 구비한다. 헤더 벽(52)의 윤곽을 만든 부분이 제1 헤더(50)의 높이 또는 깊이 방향으로 서로로부터 이격되어 있는 제1 헤더(50)의 상이한 평면 상에 더 배치되며, 여기에서 높이 또는 깊이 방향은 각각 세로 방향 및 폭 방향의 각각에 수직으로 배치된다.

제1 헤더(50)의 결합부(56)는 트로프(trough)(70) 및 제1 헤더(50)의 높이 방향으로 트로프(70)의 외부로부터 연장하는 복수의 크림핑 벽(80)을 구비한다. 트로프(70)는 헤더 벽(52)의 관 수용부(54)의 경계 둘레로 원주 방향으로 연장하고 제1 케이싱(30)의 풋(32)을 수용하도록 구성된다. 관 수용부(54)는 원하는 경우 실질적으로 모서리가 둥근 직사각형 또는 직사각형 경계 둘레 형상을 구비할 수도 있으므로, 트로프(70)가 관 수용부(54)에 외접하면서 실질적으로 모서리가 둥근 직사각형 또는 직사각형 경계 둘레 형상으로 원주 방향으로 유사하게 연장할 수도 있다. 그러나, 관 수용부(54) 및 둘러싸는 트로프(70)는 본 발명의 범위 내에 남아 있으면서 비제한적인 예로서 긴 타원형과 같은 임의의 적절한 세로 방향으로 연장하는 경계 둘레 형상을 구비할 수도 있다.

예시되어 있는 실시예에서는, 트로프(70)는 연장하는 4개의 크림핑 벽들(80)을 구비하며, 크림핑 벽들(80) 중 하나는 제1 헤더(50)의 제1 단부(61), 제2 단부(62), 제1 세로 방향측(63) 및 제2 세로 방향측(64)의 각각에 대응하고 있다. 크림핑 벽들(80)은 풋(32)이 트로프(70)를 내에 수용될 때 제1 케이싱(30)의 풋(32)에 대해 안쪽으로 변형되도록 구성됨으로써, 제1 헤더(50)를 제1 케이싱(30)에 결합시킨다. 크림핑 벽들(80)의 각각의 먼쪽 단부가 제1 헤더(50)의 트로프(70) 내에 수용될 때 제1 케이싱(30)의 풋(32)을 위치시키는 데 도움을 주도록 구성된 바깥쪽으로 플레어된(flared) 부분(81)을 구비할 수도 있다. 크림핑 벽들(80)은 트로프(70)의 원주 방향에 대해 서로로부터 이격되어 내부에 형성된 하나 이상의 구멍들(82)을 더 구비할 수도 있다. 구멍들(82)은 원하는 경우 죔쇠 끼워맞춤을 사이에 제공하기 위해 트로프(70)의 경계 둘레에 대해 이격된 간격으로 풋(32)을 향해 크림핑 벽들(80)을 안쪽으로 변형시키는 데 도움을 주도록 제공될 수도 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 제1 케이싱(30)의 풋(32)은 표면을 형성하는 복수의 반원 크림프 구조들을 구비할 수도 있으며, 그들에 대해 크림핑 벽들(80)이 죔쇠 끼워맞춤을 형성하기 위해 변형된다.

트로프(70)는 실질적으로 아치형의 단면 형상을 구비하는 것으로서 도 4에 도시되어 있지만, 임의의 실질적으로 오목한 표면 또는 구조가 필연적으로 본 발명의 범위에서 벗어남 없이 트로프(70)를 형성할 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 트로프(70)는 하나의 비제한적인 예로서 편평한 표면의 양측면에 위쪽으로 아치를 이루는 실질적으로 편평한 표면에 의해 형성될 수도 있다. 트로프(70)의 형상에 무관하게, 트로프(70)는 제1 헤더(50)의 경계 둘레에 대해 원주 방향으로 연장하는 밀봉 맞물림 표면(72)을 규정한다. 제공된 예에서는, 밀봉 맞물림 표면(72)이 도 4의 시각으로부터 도시되어 있는 바와 같이 트로프(70)의 반원형 단면 형상의 최하 부분에 의해 형성된다.

밀봉 맞물림 표면(72)은 밀봉 요소(5)를 맞물리게 하도록 구성되며, 여기에서 밀봉 요소(5)는 제1 헤더(50) 및 제1 케이싱(30)이 지금까지 설명한 크림핑과 같은 방법을 통해 서로에 결합될 때, 제1 헤더(50)의 트로프(70)와 제1 케이싱(30)의 풋(32) 사이에 압착되도록 구성된다. 밀봉 요소(5)는 밀봉 요소(5)의 대향하는 측면 표면들 사이에서 연장하는 스트립(strip)(6)을 더 구비하면서 트로프(70)와 실질적으로 동일한 경계 둘레 형상을 구비할 수도 있으며, 여기에서 스트립(6)은 제1 헤더(50), 제1 케이싱(30) 및 칸막이(33)가 제1 챔버(35)와 제2 챔버(36) 사이의 유체 연통을 방지하기 위해 조립된 구성이 될 때, 제1 헤더(50)를 향해 면하는 칸막이(33)의 표면을 맞물리게 하도록 구성된다.

헤더 벽(52)의 관 수용부(54)는 제1 헤더(50)의 제1 평면(P₁) 상에 배치되는 실질적으로 편평한 부분(66) 및 제1 헤더(50)의 제1 평면(P₁)에서 벗어나는 오프셋 부분(68)을 구비한다. 제1 평면(P₁)은 제1 평면(P₁)을 열 교환기 관들(20)의 연장 방향에 수직으로 배치되게 하도록 제1 헤더(50)의 세로 및 폭 방향으로 규정된다. 제1 평면(P₁)은 트로프(70)의 원주 방향으로 연장하는 밀봉 맞물림 표면(72)에 의해 규정되는 제1 헤더(50)의 제2 평면(P₂)로부터 제1 헤더(50)의 높이 방향으로 이격되어 있다.

제1 헤더(50)의 연결부(58)는 제1 헤더(50)의 경계 둘레에 대해 트로프(70)와 관 수용부(54) 사이에서 연장하는 벽을 형성한다. 도 2 및 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 관 수용부(54)의 오프셋 부분(68)은 결과적으로 트로프(70)의 밀봉 맞물림 표면(72)에 의해 규정된 제2 평면(P₂) 상에 및 제2 평면(P₂)에 평행하게 배치되기 전에, 편평한 부분들(66a, 66b)에 의해 규정된 제1 평면(P₁)에서 멀리 곡선을 이룬다. 도 6에 가장 잘 도시되어 있는 바와 같이, 제1 평면(P₁)에서 제2 평면(P₂)으로의 전이로 인해, 연결부(58)가 동일 평면 상에 있는 밀봉 맞물림 표면(72) 및 관 수용부(54)로 리셋 부분(68)의 중간 영역을 따라서 병합될 때, 연결부(58)가 제2 평면(P₂)에 대해 경사도가 감소한다.

제공된 실시예에서는, 관 수용부(54)의 편평부(66)가 제1 편평부(66a) 및 제2 편평부(66b)로 분리되고, 여기에서 오프셋 부분(68)은 제1 및 제2 편평부들(66a, 66b)의 중간에 배치된다. 제1 편평부(66a)는 오프셋 부분(68)을 구비하는 제1 헤더(50)의 중간 부분을 향해 제1 헤더(50)의 제1 단부(61)에 인접한 위치로부터 연장하는 한편, 제2 편평부(66b)는 오프셋 부분(68)을 구비하는 제1 헤더(50)의 중간 부분을 향해 제1 헤더(50)의 제2 단부(62)에 인접한 위치로부터 연장한다. 제1 편평부(66a), 오프셋 부분(68) 및 제2 편평부(66b)의 길이는 유체 포트들(44, 45) 또는 칸막이(33) 중 어느 하나의 위치 결정을 포함하는 제1 헤더 탱크(12)의 구성에 따를 수도 있다.

도 2∼도 6에 가잘 잘 도시되어 있는 바와 같이, 관 수용부(54)는 내부에 형성되어 외부면(55)으로부터 내부면(57)까지 헤더 벽(52)을 통해 연장하는 복수의 관 구멍들(85)을 더 구비한다. 관 구멍들(85)은 제1 헤더(50)의 폭 방향으로 연장하는 세로 치수를 갖는 실질적으로 직사각형 또는 모서리가 둥근 직사각형 형상일 수도 있다. 관 구멍(85)들은 제1 헤더(50)의 세로 방향에 대해 서로로부터 실질적으로 결과적으로 이격되어 있을 수도 있지만, 어떠한 간격이 본 발명의 범위로부터 필연적으로 벗어남 없이 사용될 수도 있다.

관 구멍들(85)은 관 수용부(54)의 대응하는 관 돌출부(86)의 먼쪽 단부(97)를 통과하여 형성된다. 관 돌출부(86)의 각각은 제1 및 제2 편평부들(66a, 66b)에 의해 규정된 제1 평면(P₁) 중 하나로부터 멀어지게 곡선을 이루거나 구부러진 헤더 벽(52)의 일부분에 의해 형성되거나 곡선으로 이루어진 형상은 제1 평면(P₁)으로부터 멀어지게 곡선을 이루기 때문에 오프셋 부분(68)에 의해 형성된다. 관 돌출부(86)의 각각은 베이스(96)를 구비하며, 여기에서 헤더 벽(52)이 먼저 관 수용부(54)의 둘러싸는 편평한 또는 곡선으로 이루어진 표면으로부터 멀어지게 곡선을 이룬다. 관 돌출부(86)의 각각의 높이는 따라서 제1 헤더(50)의 높이 방향에 대해 베이스(96)와 먼쪽 단부(97) 사이에서 측정된다.

관 돌출부(86)는 관 수용부(54)의 편평한 부분들(66a, 66b)로부터 돌출하는 복수의 제1 돌출부(86a) 및 관 수용부(54)의 오프셋 부분(68)으로부터 돌출하는 복수의 제2 돌출부(86b)로 분리될 수도 있다. 관 구멍들(85)은 유사하게, 편평한 부분들(66a, 66b)의 제1 관 돌출부(86a)를 통과하여 형성되는 복수의 제1 관 구멍들(85a) 및 오프셋 부분(68)의 제2 관 돌출부(86b)를 통과하여 형성되는 복수의 제2 관 구멍들(85b)로 분리될 수도 있다.

예시된 실시예에서는, 편평한 부분들(66a, 66b)을 규정하는 편평한 표면이 제1 관 돌출부(86a) 중 인접한 돌출부 사이에 제공되어 있을 뿐만 아니라(도 4) 제1 관 돌출부(86a)의 각각과 측면 방향으로 배치되는 연결부(58) 사이에 제공되어 있는(도 5) 경계 둘레의 전체에 대해 제1 관 돌출부(86a)의 각각을 실질적으로 둘러싸고 있는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 일부 실시예에서는, 제1 관 돌출부(86a)는 제1 관 구멍들(85a)의 각각의 측면 방향측으로의 제1 헤더(50)의 연결부(58)와 적어도 부분적으로 병합하도록 측면 방향으로 연장할 수도 있음으로써, 편평한 부분들(66a, 66b)이 제1 관 돌출부(86a) 중 인접하는 돌출부 사이에만 제공되어 있게 된다.

전술한 바와 같이, 관 수용부(54)의 오프셋 부분(68)은 오프셋 부분(68)이 트로프(70)의 밀봉 맞물림 표면(72)에 의해 규정된 제2 평면(P₂) 상에 및 제2 평면(P₂)에 평행하게 배치될 때까지 편평한 부분들(66a, 66b)에 의해 규정된 제1 평면(P₁)으로부터 멀어지게 곡선을 이룬다. 특히, 헤더 벽(52)의 내부면(57)을 참조하여, 오프셋 부분(68)은 한 쌍의 실질적으로 볼록한 표면들(74)을 구비하며, 여기에서 오프셋 부분(68)은 초기에 편평한 부분들(66a, 66b)의 각각으로부터 멀어지게 곡선을 이루고 중앙에 위치하는 오목한 표면(75)이 볼록한 표면들(74) 사이에 형성된다. 내부면(75)의 볼록한 표면들(74)의 각각은 외부면(55)의 오목한 표면(76)에 대응하는 한편, 내부면(57)의 오목한 표면(75)는 외부면(55)의 볼록한 표면(77)에 대응한다. 명확하게 하기 위해, 이하에는 관 수용부(54)의 오프셋 부분(68)의 윤곽이 외부면(55)의 오목한 표면(76) 및 볼록한 표면(77)을 참조하는 것에 반대되는 것으로서 내부면(57)의 볼록한 표면(74) 및 오목한 표면(75)만을 참조하여 주로 설명된다. 편평한 부분들(66a, 66b)로부터 볼록한 표면(74)으로의 및 그 후 오목한 표면(75)으로의 전이로 인해, 오프셋 부분(68)이 제1 헤더(50)가 세로 방향으로 연장함에 따라서 급격한 변화가 없는 도 2의 시각으로부터 곡선으로 이루어진 및 실질적으로 아치형의 프로파일을 포함하게 된다.

도 2에 가장 잘 도시되어 있는 바와 같이, 제1 관 돌출부(86a)의 각각은 열 교환기 관들(20)의 연장 방향에 평행한 제1 방향으로 및 이로 인해 제1 헤더(50)의 높이 방향으로 헤더 벽(52)의 내부면(57)으로부터 멀리 돌출한다. 제1 관 돌출부(86a)의 각각은 편평한 부분들(66a, 66b)에 대해 동일한 높이를 구비하고, 여기에서 제1 관 돌출부(86a)의 각각의 먼쪽 단부(97)는 높이 방향으로 제1 헤더(50)의 제1 평면(P₁)으로부터 이격된 제1 헤더(50)의 제3 평면(P₃) 상에 배치되며, 여기에서 제3 평면(P₃)은 제1 평면(P₁)으로부터 제2 평면(P₂)의 간격에 대향하는 방향으로 제1 평면(P₁)으로부터 이격된다. 제1 방향으로 돌출하는 제1 관 돌출부(86a)는 제1 헤더(50)가 제1 케이싱(30)에 결합될 때 제1 케이싱(30)의 내부면을 향해 안쪽으로 돌출하는 제1 관 돌출부(86a)에 대응한다.

제1 관 돌출부(86a)와 반대로, 제2 관 돌출부(86b)는 오프셋 부분(68)이 둘러싸는 편평한 부분들(66a, 66b)의 각각으로부터 중간 영역을 향해 안쪽으로 진행함에 따라 가변 높이 및 가변 연장 방향을 구비한다. 더욱 구체적으로는, 제2 관 돌출부(86b)는 제1 관 돌출부(86a)에 유사한 방식으로 제1 방향으로 안쪽으로 돌출하면서 편평한 부분들(66a, 66b)의 각각에 인접한 최대 높이를 구비한다. 오프셋 부분(68)이 중간 영역을 향해 안쪽으로 진행하기 때문에, 제2 관 돌출부(86b)의 각각의 높이는 제1 방향으로 여전히 돌출하면서 내부면(57)에 대해 연속적으로 감소한다. 제2 관 돌출부(86b)는 제2 헤더 탱크(14)를 향해 외부면(55)으로부터 바깥쪽 방향으로 돌출하도록 제1 헤더(50)의 높이 방향에 상대적인 방향으로 결국 반전하는 한편, 제2 관 돌출부(86b)의 각각의 높이는 오프셋 부분(68)이 중간 영역을 향해 안쪽으로 진행함에 따라서 연속적으로 증가한다. 따라서, 관 수용부(54)의 오프셋 부분(68)은 편평한 부분들(66a, 66b)에 인접한 제1 케이싱(30)을 향해 제1 방향으로 돌출의 최대 연장 및 제3 평면(P₃) 상에 배치되는 오프셋 부분(68)의 중간 영역에 제2 헤더 탱크(14)를 향한 제2 방향으로돌출의 최대 연장을 구비한다.

제2 관 돌출부(86b)의 돌출 방향의 변화는 중앙에 위치한 볼록한 표면(75)과 내부면(57)의 바깥쪽으로 위치한 오목한 표면(74)의 각각의 사이의 각각의 전이에서 발생할 수도 있다. 예를 들면, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 제2 관 돌출부(86b)의 각각의 높이는 제2 관 돌출부(86b)가 제1 케이싱(30)을 향해 제1 방향으로 돌출하는 상태로 볼록한 표면(75)를 향해 안쪽으로 진행할 때, 오목한 표면(74)의 각각을 따라서 연속적으로 감소한다. 반대로, 제2 관 돌출부(86b)의 각각의 높이는 제2 관 돌출부(86)가 제2 헤더 탱크(14)를 향해 제2 방향으로 돌출하는 동안 제3 평면(P₃) 상에 배치되는 볼록한 표면(75)의 중간을 향해 안쪽으로 진행할 때, 볼록한 표면(75)을 따라서 연속적으로 증가한다. 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 내부면(57)의 오목한 표면(75)의 중간의 양측에 즉시 형성되는 제2 관 돌출부(86b)의 각각의 먼쪽 단부(97)는 제2 평면(P₂)으로부터 이격되고 제2 평면(P₂)에 평행하게 배치되는 제4 평면(P₄) 상에 배치되며, 여기에서 제4 평면(P₄)은 제2 평면(P₂)으로부터 제1 평면(P₁)의 간격에 대향하는 방향으로 제2 평면(P₂)으로부터 이격되어 있다.

예시된 실시예에서는, 제2 헤더(150)은 제1 헤더(50)에 대칭으로 배치되면서 제1 헤더(50)와 동일한 구조를 구비하며, 이에 따라 제1 헤더(50)를 참조하여 설명된 피처들의 각각은 세로 방향에 대해 제2 헤더(150)의 대응하는 피처와 정렬될 수도 있다. 예를 들어, 제2 헤더(150)는 제1 편평한 부분(166a), 제2 편평한 부분(166b), 및 중간에 위치하는 오프셋 부분(168)을 구비하는 관 수용부(154)를 구비하며, 여기에서 각각의 피처들은 제1 헤더(50)의 대응 피처와 정렬된다.

도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 제1 헤더(50)를 초과하여 연장하는 열 교환기 관들(20)의 각각의 제1 단부 부분(21)은 제1 헤더 탱크(12) 내에 배치되는 한편, 제2 헤더(150)를 초과하여 연장하는 열 교환기 관들(20)의 각각의 제2 단부 부분(22)은 제2 헤더 탱크(14) 내에 배치된다. 제공된 실시예에서는, 열 교환기 관들(20)의 각각은 각각의 헤더들(50, 150)의 각각의 오프셋 부분들(68, 168)을 통과하는 제1 및 제2 단부 부분들(21, 22)이 대응하는 오프셋 부분(168)의 중간을 향해 진행할 때 증가하는 길이를 갖도록 하기 위해 동일한 길이를 구비한다. 제1 및 제2 헤더들(50, 150) 사이에 배치되는 열 교환기 관들(20)의 각각의 일부의 길이는 따라서 대응하는 오프셋 부분(68, 168)의 중간을 향해 진행할 때 감소한다. 그러나, 다른 실시예들에서는, 열 교환기 관들(20)은 각각의 단부 부분들(21, 22)이 원하는 경우 각각의 헤더 탱크(12, 14)의 각각 내에 배치되는 동일한 길이를 갖도록 하기 위해 제1 및 제2 헤더(50, 150)의 형상에 대응하는 가변 길이를 갖도록 선택될 수도 있다.

열 교환기(10)의 조립은 지금까지 설명한 방식으로 제1 및 제2 헤더(50, 150)를 제1 및 제2 케이싱(30, 130)에 결합하는 것, 열 교환기 코어(16)를 도 1의 구성으로 조립하는 것, 열 교환기 관들(20)의 각각의 대향하는 제1 및 제2 단부 부분(21, 22)을 대향하는 제1 및 제2 헤더 탱크(12, 14)의 각각으로 삽입하는 것, 및 그 후 열 교환기 코어(16)를 대향하는 제1 및 제2 헤더(50, 150)의 각각에 또한 결합하면서 열 교환기 코어(16)를 함께 결합시키는 것을 구비한다. 열 교환기 코어(16)와 제1 및 제2 헤더(50, 150)의 결합은 경납땜 프로세스에 의해 달성될 수도 있으므로, 제1 및 제2 헤더(50, 150)와 각각의 열 교환기 관들(20)의 각각의 교차점에서 금속 접착 접합을 형성할 수도 있다. 그러나, 열 교환기 관들(20)과 제1 및 제2 헤더(50, 150) 사이의 각각의 접합부에 유체 기밀 밀봉이 형성되는 한, 용접과 같은 다른 형태의 금속 접착이 필연적으로 본 발명의 범위를 벗어남 없이 사용될 수도 있다. 열 교환기 코어(16)와 제1 및 제2 헤더(50, 150)의 각각은 따라서 동일한 금속 재료로부터 또는 경납땜과 같은 금속 접착 프로세스를 거치게 하는 데 적합한 2개의 상보적인 금속 재료로부터 형성될 수도 있다. 열 교환기 코어(16)와 제1 및 제2 헤더(50, 150)는 하나의 비제한적인 예로서 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로부터 형성될 수도 있다. 당업자는 이하에 설명하는 바와 같은 본 발명의 이익을 역시 인정하면서, 제1 및 제2 헤더(50, 150)가 본 명세서에 설명된 것에 대한 대체 수단을 통해 제1 및 제2 케이싱(30, 130)에 결합될 수도 있다는 것을 인정해야 한다.

사용 시에, 제1 유체는 제1 유체 포트(44)를 통해 제1 헤더 탱크(12)에 들어가고, 여기에서 제1 유체가 제1 챔버(35) 내로 연장하는 제1 세트의 열 교환기 관들(20)에 분산된다. 제1 유체는 그 후 열 교환기 관들(20) 사이를 통과하는 제2 유체와 열 에너지를 교환하면서 제1 세트의 열 교환기 관들(20)을 통과한다. 제1 유체는 그 후 제2 유체와 열 에너지를 다시 교환하면서 제2 세트의 열 교환기 관들(20)을 통과하기 전에 제2 헤더 탱크(14) 내에서 재결합된다. 제1 유체는 제2 유체 포트(45)를 통해 열 교환기(10)를 빠져나가기 전에 제1 헤더 탱크(12)의 제2 챔버(36) 내에서 다시 재결합된다. 열 교환기(10)는 따라서 열 교환기 관들(20)을 통해 제1 유체의 대향하는 흐름들 사이에 경계를 형성하는 칸막이(33)를 갖는 실질적으로 U형상의 흐름 구성을 구비한다.

열 교환기 관들(20)을 통한 제1 유체의 통과 동안, 열 교환기 관들(20)은 일정한 시간의 기간에 걸쳐 냉각되거나 가열될 수도 있으므로 열 교환기 관들(20)이 동일한 시간의 기간에 걸쳐 열 팽창 및 수축의 영향으로 인해 길이가 증가하거나 감소하게 할 수도 있다. 열 교환기(10)의 동작이나 특정 구성에 관한 조건을 변화시키면 열 교환기 관들(20)의 다른 관들이 가변 온도에서 제1 유체를 겪게 하거나 각각의 열 교환기 관들(20)을 가로질러 열 전달의 정도를 가변으로 할 수도 있다. 더욱이, 관련 유체 시스템의 동작 모드의 변화는 제1 유체가 흐름의 방향에 따라서 가변 특성을 갖도록 하기 위해 열 교환기(10)가 양방향으로 통과 가능할 때와 같은 동작 모드의 반전 등의 경우에 열 교환기 관들(20) 내의 조건이 급격하게 변하게 할 수도 있다.

일부 환경에서는, 제1 유체는 열 교환기 관들(20)에 및 열 교환기 관들(20)의 각각의 단부 부분들(21, 22)에 제1 유체를 분산하는 것과 관련된 대응하는 유체 포트(44, 45) 사이의 가변 거리로 인해 열 교환기 관들(20)의 일부에 도달할 때 다른 것과 상이한 온도를 갖는다. 다른 환경에서는, 제1 유체는 다른 열 교환기 관들(20)에 비해 상이한 압력, 유속, 난류도(degree of turbulence) 등을 가지면서 열 교환기 관들(20)의 일부를 통해 흐를 수도 있다. 또 다른 환경에서는, 열 교환기 관들(20)을 통한 제1 유체의 2 이상의 통과를 구비하는 열 교환기 관들(20)을 통한 제1 유체의 흐름이, 도 1에 도시되어 있는 U 형상의 흐름 구성에서의 칸막이(33)의 양쪽으로 흐를 때와 같이 하류측에 배치된 열 교환기 관들(20)을 조우할 때 제1 유체가 상이한 온도를 갖게 한다. 당업자는 본 명세서에 설명한 것에 덧붙여서 상이한 열 교환기 관들(20)의 가변 온도를 초래하는 다양한 다른 조건이나 흐름 구성을 인정한다.

열 교환기 관들(20)의 팽창 또는 수축은 따라서 각각의 열 교환기 관들(20)과 각각의 제1 및 제2 헤더(50, 150) 사이에 형성된 각각의 금속 접착 접합부에 응력을 인가하여 대향하는 제1 및 제2 헤더(50, 150)를 분리하거나 함께 제공하기 쉽다. 제1 및 제2 헤더(50, 150)는 추가의 응력을 제1 및 제2 헤더(50, 150)에 도입하는 제1 및 제2 헤더(50, 150)의 각각에 대한 열 교환기 관들(20)의 팽창 또는 수축의 결과 구부림 모멘트를 더 겪을 수도 있다. 각각의 열 교환기 관들(20)의 온도의 반복적인 변화는 또한 응력이 순환되게 할 수도 있고, 각각의 열 교환기 관들(20)의 온도의 가변성에 따라서 응력이 반대 방향으로 순환되게도 할 수도 있다. 그들 열 교환기 관들(20)은 열 교환기(10)의 사용 동안 가장 큰 온도차를 겪거나 나머지 열 교환기 관들(20)로부터 가장 큰 온도차를 갖는 그들 열 교환기 관들(20)은 따라서 이들 위치에 가장 큰 응력이 제공되기 쉬우므로 열 순환의 결과로 가장 고장나기 쉬운 열 교환기 관들(20)일 수도 있다.

본 발명은 열 교환기 관들(20), 제1 및 제2 헤더(50, 150)와 관들과 헤더들 사이에 형성된 금속 접착 접합부들의 각각에 의해 겪게 되는 응력을 더 잘 분산함으로써 열 순환으로부터 전술한 고장을 방지한다. 특히, 오프셋 부분(68)의 곡선을 이루는 형상이 단일 평면 상에 형성된 헤더 접합부에 모든 관을 갖는 헤더에 비해 제1 및 제2 헤더(50, 150)에 의해 겪게 되는 응력을 더 잘 분산한다. 오프셋 부분(68)의 점진적으로 곡선을 이루는 형상은 응력이 각각의 헤더(50, 150)에 작용하는 평면을 또한 변화시키면서 각각의 헤더(50, 150) 내에서 겪게 되는 응력이 각각의 헤더(50, 150)의 더 큰 길이를 가로질러 분산될 수 있게 한다. 각각의 오프셋 부분(68, 168)의 곡률은 또한 각각의 헤더(50, 150)가 열 순환을 겪게 될 때 원하는 방식으로 구부러지게 할 수 있으므로, 감소된 응력이 금속 접착된 접합부의 각각을통해 전달되게 하여 각각의 열 교환기 관들(20)에 의해 겪게 되는 응력을 차례로 감소시킨다. 안쪽으로 진행할 때 제2 관 돌출부(86b)의 돌출 방향의 반전은 또한 각각의 헤더(50, 150) 내에 불필요한 응력 발생자 (stress risers)를 도입할 수 있는 급격한 방향 변화를 도입함 없이 오프셋 부분(68) 내에 응력의 분산를 촉진한다. 서로를 향해 연장하는 각각의 오프셋 부분(68, 168)의 결과로 대향하는 헤더들(50, 150) 사이의 거리의 변화가 실제로 각각의 오프셋 부분(68, 168)과 맞물리는 그들 열 교환기 관들(20)이 대향하는 금속 접착된 접합부들 사이에 감소된 거리를 갖게 하며, 실제로 열 교환기 관들(20)의 각각이 대향하는 금속 접착된 접합부 사이에 존재하는 감소된 치수로 인해 열 팽창 또는 수축을 덜 겪게 한다. 이와 같이, 열 팽창 또는 수축으로 인해 대향하는 금속 접착된 접합부들 사이의 길이의 변화가 각각의 금속 접착된 접합부에 의해 전달되는 응력을 감소시키는 방식으로 감소된다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따르는 헤더(250)를 갖는 헤더 탱크(212)를 예시한다. 헤더 탱크(212)는 케이싱(230)의 제1 단부(231)에 인접하게 배치되는 유체 포트(244)를 갖는 케이싱(230)을 구비한다. 헤더(250)는 편평한 부분(266) 및 오프셋 부분(268)을 갖는 관 수용부(254)를 구비한다. 도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 오프셋 부분(268)이 평면에 되돌아가기 전에 평면으로부터 감소된 거리를 갖는 대칭적으로 배치된 부분 없이 평면으로부터 멀리 진행할 때 편평한 부분(266)에 의해 규정된 평면으로부터 거리만을 증가시키는 것을 제외하고는, 편평한 부분(266) 및 오프셋 부분(268)은 도 2에 예시된 제1 헤더(50)의 편평한 부분(66) 및 오프셋 부분(68)과 실질적으로 동일한 구조를 구비한다. 오프셋 부분(268)은 따라서 오프셋 부분(268)의 단부가 헤더(250)의 트로프(270)의 평면으로 병합하는 상태로 헤더(250)의 단부에 형성된다.

헤더(250)는 따라서 헤더(250)의 중간에 위치하는 영역으로부터 헤더(250)의 단부 영역까지 향상된 응력 분포를 간단히 이동시키면서 제1 및 제2 헤더(50, 150)와 동일한 이익을 인정한다. 전술한 바와 같이, 가변 온도 분포를 초래하는 열 교환기의 하나의 가능한 구성은 유체 연통 시에 관련 유체 포트와 각각의 열 교환기 관들 사이에 가변 거리를 포함할 수도 있다. 헤더 탱크(212)는 따라서 하나의 가능한 구성을 예시하며, 여기에서 오프셋 부분(268)은 유체 포트(244)에 들어갈 때 헤더(250)가 유체 포트(244)에 인접한 열 순환에 가장 민감하게 되도록 잠재적으로 최대화 또는 최소화되는 헤더 탱크(212)를 통과하는 제1 유체의 온도로 인해 대응하는 유체 포트(244)에 인접하게 또는 유체 포트(244)와 정렬하여 배치되도록 선택된다.

헤더 탱크(212)는 제1 유체가 열 교환기의 대향하는 코너에 인접한 열 교환기를 빠져나가기 전에 열 교환기의 코너에 인접한 열 교환기에 들어가는 흐름 구성을 갖는 열 교환기를 형성하도록 도 7의 시각으로부터 수직과 수평의 양방향으로 헤더 탱크(212)에 대해 실질적으로 대칭으로 배치되는 2차 헤더 탱크(도시 생략됨)와 함께 사용될 수도 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따르는 오프셋 부분(368)을 갖는 헤더(350)를 예시한다. 헤더(350)의 오프셋 부분(368)은, 오프셋 부분(368)이 오프셋 부분(368)의 중간에 양다리를 걸치는 한 쌍의 관 구멍과는 대조적으로 중간에 위치하는 관 돌출부(386) 및 관 구멍(385)을 구비하는 것을 제외하고 제1 헤더(50)의 이전에 개시되어 있는 오프셋 부분(68)과 실질적으로 동일하다. 관련된 칸막이(333)는 따라서 관련된 밀봉 요소(305)를 중간에 위치하는 관 돌출부(386)의 양측에 맞물리도록 하게 될 수도 있다. 헤더(350)는 그 외에는 제1 헤더(50)를 참조하여 본 명세서에 설명한 바와 동일한 이익을 구비한다.

본 명세서에 개시되어 있는 여러 가지 상이한 구성은 원하는 경우 임의의 종류의 흐름 구성을 갖는 임의의 종류의 열 교환기에 적응될 수도 있다. 일부 실시예에서는, 단일 헤더가 헤더의 세로 방향으로 서로로부터 이격되는 복수의 오프셋 부분을 구비할 수도 있다. 예를 들어, 헤더의 단부는 도 7에 개시되어 있는 것과 유사한 오프셋 부분을 구비할 수도 있는 한편 내부에 위치하는 오프셋 부분은 도 2에 개시되어 있는 것과 유사할 수도 있다. 헤더는 제1 유체의 흐름의 방향을 변경하는 각각의 칸막이 또는 헤더와 관련된 각각의 유체 포트와 같은 열 팽창의 변화를 초래하기 쉬운 열 교환기의 각 피처에 대응하는 오프셋 부분들 중 하나를 구비할 수도 있다. 개시되어 있는 헤더 구성은 또한, 원하는 경우 관 구멍의 편평한 어레이를 구비하는 이전의 헤더 구성과 함께 사용될 수도 있다.

전술한 설명으로부터, 당업자는 본 발명의 본질적인 특성을 쉽게 확인할 수 있고, 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고, 본 발명을 다양한 용도 및 조건에 적응시키기 위해 본 발명을 다양하게 변경 및 변형시킬 수 있다.

Claims

열 교환기의 헤더 탱크용 헤더로서:
상기 헤더의 세로 방향으로 이격되어 있고 관통하여 형성되는 복수의 관 구멍을 갖는 관 수용부를 규정하는 헤더 벽을 포함하고, 상기 관 수용부는 편평한 부분 및 오프셋 부분을 구비하며, 상기 편평한 부분은 제1 평면 상에 배치되고, 상기 오프셋 부분은 상기 오프셋 부분이 상기 헤더의 세로 방향에 대해 상기 편평한 부분으로부터 멀리 연장함에 따라 상기 제1 평면으로부터 가변 거리를 갖는, 헤더.
제1항에 있어서, 상기 복수의 관 구멍은 복수의 제1 관 구멍 및 복수의 제2 관 구멍을 구비하고, 상기 복수의 제1 관 구멍의 각각은 상기 편평한 부분으로부터 돌출하는 복수의 제1 관 돌출부 중 하나를 관통하여 형성되며, 상기 복수의 제2 관 구멍의 각각은 상기 오프셋 부분으로부터 돌출하는 복수의 제2 관 돌출부 중 하나를 관통하여 형성되는, 헤더.
제2항에 있어서, 상기 복수의 제1 관 돌출부의 각각은 제1 방향으로 돌출하고, 상기 복수의 제2 관 돌출부 중 적어도 하나는 상기 제1 방향으로 돌출하며, 상기 복수의 제2 관 돌출부 중 적어도 하나는 상기 제1 방향에 대향하는 제2 방향으로 돌출하는, 헤더.
제2항에 있어서, 상기 복수의 제2 관 돌출부의 돌출 방향은 상기 오프셋 부분이 상기 헤더의 세로 방향에 대해 상기 편평한 부분으로부터 멀리 연장함에 따라 반전되는, 헤더.
제4항에 있어서, 상기 복수의 제2 관 돌출부의 돌출 방향은 반전되며, 상기 오프셋 부분의 표면은 상기 오프셋 부분이 상기 헤더의 세로 방향에 대해 상기 편평한 부분으로부터 멀리 연장함에 따라 볼록 형상을 갖는 것으로부터 오목 형상을 갖는 것으로 변화하는, 헤더.
제1항에 있어서, 상기 제1 평면으로부터 상기 오프셋 부분의 거리는, 상기 오프셋 부분이 상기 제1 평면으로부터 이격되고 상기 제1 평면에 평행한 제2 평면 상에 배치될 때까지 상기 헤더의 세로 방향에 대해 상기 편평한 부분으로부터 멀리 연장함에 따라서 증가하는, 헤더.
제6항에 있어서, 상기 헤더 벽은 상기 관 수용부에 외접하는 결합부를 규정하고, 상기 결합부는 상기 제2 평면 상에 배치되는 밀봉 맞물림 표면을 구비하는, 헤더.
제1항에 있어서, 상기 오프셋 부분은 상기 관 수용부의 단부에 형성되는, 헤더.
제1항에 있어서, 상기 편평한 부분은 제1 편평한 부분 및 제2 편평한 부분을 구비하고, 상기 오프셋 부분은 상기 제1 편평한 부분과 상기 제2 편평한 부분 사이에 배치되는, 헤더.
제9항에 있어서, 상기 오프셋 부분은 상기 헤더의 세로축에 수직으로 배치되는 평면에 대해 대칭인, 헤더.
제10항에 있어서, 상기 오프셋 부분은 상기 제1 편평한 부분 및 상기 제2 편평한 부분의 각각에 인접한 볼록한 표면 및 중간에 위치하는 오목한 표면을 구비하는, 헤더.
열 교환기용 헤더 탱크로서:
속이 빈 내부를 갖는 케이싱(casing); 및
상기 케이싱에 결합되는 헤더를 포함하며, 상기 헤더는 상기 헤더의 세로 방향으로 이격되어 있고 관통하여 형성되는 복수의 관 구멍을 갖는 관 수용부를 규정하는 헤더 벽을 포함하고, 상기 관 수용부는 편평한 부분 및 인접한 오프셋 부분을 구비하며, 상기 편평한 부분은 제1 평면 상에 배치되고, 상기 오프셋 부분은 상기 오프셋 부분이 상기 헤더의 세로 방향에 대해 상기 편평한 부분으로부터 멀리 연장함에 따라 상기 제1 평면으로부터 가변 거리를 갖는, 헤더 탱크.
제12항에 있어서, 상기 복수의 관 구멍은 복수의 제1 관 구멍 및 복수의 제2 관 구멍을 구비하고, 상기 복수의 제1 관 구멍의 각각은 상기 편평한 부분으로부터 돌출하는 복수의 제1 관 돌출부 중 하나를 관통하여 형성되며, 상기 복수의 제2 관 구멍의 각각은 상기 오프셋 부분으로부터 돌출하는 복수의 제2 관 돌출부 중 하나를 관통하여 형성되는, 헤더 탱크.
제12항에 있어서, 상기 관 수용부의 상기 오프셋 부분은 제1 케이싱의 유체 포트 또는 상기 헤더 탱크를 제1 챔버(chamber) 및 제2 챔버로 분리하는 칸막이 중 하나와 정렬되는, 헤더 탱크.
열 교환기로서,
속이 빈 제1 케이싱 및 제1 헤더를 구비하는 제1 헤더 탱크로서, 상기 제1 헤더는 상기 제1 헤더의 세로 방향으로 이격되어 있고 관통하여 형성되는 복수의 관 구멍을 갖는 관 수용부를 규정하는 헤더 벽을 포함하고, 상기 관 수용부는 편평한 부분 및 인접한 오프셋 부분을 구비하며, 상기 편평한 부분은 제1 평면 상에 배치되고, 상기 오프셋 부분은 상기 오프셋 부분이 상기 제1 헤더의 세로 방향에 대해 상기 편평한 부분으로부터 멀리 연장함에 따라 상기 제1 평면으로부터 가변 거리를 갖는, 제1 헤더 탱크;
속이 빈 제2 케이싱 및 제2 헤더를 구비하는 제2 헤더 탱크; 및
상기 제1 헤더 탱크와 상기 제2 헤더 탱크 사이에서 연장하는 복수의 열 교환기 관을 포함하는, 열 교환기.
제15항에 있어서, 상기 제1 헤더 탱크는 상기 제1 헤더 탱크를 제1 챔버 및 제2 챔버로 분리하는 칸막이를 구비하고, 상기 칸막이는 상기 제1 헤더의 세로 방향에 대해 상기 관 수용부의 상기 오프셋 부분과 정렬되는, 열 교환기.
제16항에 있어서, 실질적으로 U 형상의 흐름 구성을 형성하도록 상기 제1 챔버, 상기 칸막이의 제1 측에 형성되는 제1 세트의 복수의 열 교환기 관, 상기 제2 헤더 탱크, 상기 칸막이의 제2 측에 형성되는 제2 세트의 복수의 열 교환기 관, 및 상기 제2 챔버를 통과시킴으로써 상기 열 교환기를 통해 제1 유체가 흐르는, 열 교환기.
제15항에 있어서, 상기 제1 케이싱은 유체 포트를 구비하고, 상기 유체 포트는 상기 제1 헤더의 세로 방향에 대해 상기 관 수용부의 상기 오프셋 부분과 정렬되는, 열 교환기.
제18항에 있어서, 상기 유체 포트는 상기 제1 헤더의 단부에 인접하게 배치되는, 열 교환기.
제18항에 있어서, 상기 유체 포트, 상기 제1 헤더 탱크, 상기 복수의 열 교환기 관의 각각, 및 상기 제2 헤더 탱크를 순서대로 통과시킴으로써 상기 열 교환기를 통해 제1 유체가 흐르는, 열 교환기.