KR102164292B1

KR102164292B1 - 인쇄기판형 열교환기 및 이를 포함하는 열교환 장치

Info

Publication number: KR102164292B1
Application number: KR1020190043702A
Authority: KR
Inventors: 양기훈; 노상은; 김정길; 박정신
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2019-04-15
Filing date: 2019-04-15
Publication date: 2020-10-12

Abstract

본 발명은 인쇄기판형 열교환기로서, 제1 접합플레이트 및 제2 접합플레이트를 포함한다. 제1 접합플레이트는 접합되는 두 플레이트 사이에 지그재그 형상의 복수의 유로가 서로 이웃하여 형성되되, 각각의 유로가 이웃하는 유로와 일부 구간에서 중첩되도록 형성될 수 있다. 제2 접합플레이트는 접합되는 두 플레이트 사이에 지그재그 형상의 복수의 유로가 서로 이웃하여 형성되되, 각각의 유로가 이웃하는 유로와 일부 구간에서 중첩되도록 형성될 수 있다. 복수의 제1 접합플레이트와 복수의 제2 접합플레이트를 교번으로 적층하여 형성될 수 있다.
본 발명은 입체적인 마름모 또는 벌집 구조의 유로를 통해 유로의 일부분이 막히더라도 다른 분기를 통해 유체가 이동함으로써 유로의 성능이 저하되지 않으며, 접합면이 마름모 또는 육각형이 되어 최대의 접합면을 형성함에 따라 열교환기의 구조 안정성을 향상시킬 수 있다.

Description

인쇄기판형 열교환기 및 이를 포함하는 열교환 장치 {Printed circuit heat exchanger and heat exchanging device comprising it}

본 발명은 열교환기 및 이를 포함하는 열교환 장치에 관한 것이다.

열교환기란 두 유체 간에 열을 주고받도록 하게 하는 장치를 말한다. 일반적으로 열교환기는 고온 및 저온의 유체가 튜브 또는 플레이트를 각각 통과하면서 열을 교환하며, 열은 고온 유체로부터 저온의 유체로 이동한다.

인쇄기판형 열교환기(Printed circuit heat exchanger, PCHE)는 미세 유로를 갖는 열교환기이다. 인쇄기판형 열교환기는 복수의 금속판을 적층하여 진공의 고온 고압분위기에서 확산접합하여 제조된다. 금속판 상에는 화학적 에칭법에 의해 미세 유로가 형성된다. 인쇄기판형 열교환기는 미세 유로가 형성된 복수의 금속판을 적층함으로써, 전열면적을 증가시킬 수 있다는 장점이 있다. 이에 따라 열교환기의 전체적인 소형화 및 경량화가 가능하다.

하지만, 기존의 인쇄기판형 열교환기는 직선 형상 또는 지그재그 형상의 유로 패턴을 가지기 때문에, 열전달 길이를 늘리고자 할 때 복수개의 열교환기를 직렬 형태로 연결해야 하는 단점이 있다. 또한, 어느 한 유로의 중간이 먼지, 부산물 등으로 막히게 되면 그 유로 전체를 사용할 수 없다는 단점이 있다.

따라서 복수 개의 열교환기를 직렬 연결하지 않고도 긴 열전달 길이를 확보할 수 있고, 어느 한 유로가 막히더라도 전체 성능에 영향을 미치지 않는 유로의 설계가 필요하다.

등록특허 제10-0938802호 (명칭: 마이크로채널 열교환기)

본 발명은 유로의 어느 한 지점이 먼지 또는 이물질에 의해 막히더라도 전체 성능에 영향을 주지 않는 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 열전달 경로를 길게 하여 열전달 효율이 좋은 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기는, 제1 접합플레이트 및 제2 접합플레이트를 포함한다. 제1 접합플레이트는 접합되는 두 플레이트 사이에 지그재그 형상의 복수의 유로가 서로 이웃하여 형성되되, 각각의 유로가 이웃하는 유로와 일부 구간에서 중첩되도록 형성될 수 있다. 제2 접합플레이트는 접합되는 두 플레이트 사이에 지그재그 형상의 복수의 유로가 서로 이웃하여 형성되되, 각각의 유로가 이웃하는 유로와 일부 구간에서 중첩되도록 형성될 수 있다. 복수의 제1 접합플레이트와 복수의 제2 접합플레이트를 교번으로 적층하여 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서, 상기 제1 접합플레이트는, 하면에 길이 방향에 대해 일측으로 경사지게 복수의 직선형 유로가 형성된 상부 플레이트와, 상면에 길이 방향에 대해 타측으로 경사지게 복수의 직선형 유로가 형성된 하부 플레이트를, 상기 각 유로가 마주보도록 접합하여 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서, 상기 제2 접합플레이트는, 하면에 길이 방향에 대해 일측으로 경사지게 복수의 직선형 유로가 형성된 상부 플레이트와, 상면에 길이 방향에 대해 타측으로 경사지게 복수의 직선형 유로가 형성된 하부 플레이트를, 상기 각 유로가 마주보도록 접합하여 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서, 상기 상부 플레이트의 일측으로 경사진 복수의 직선형 유로와 상기 하부 플레이트의 타측으로 경사진 복수의 직선형 유로는 그 교차 지점에서 중첩될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서, 상기 제1 접합플레이트 및 상기 제2 접합플레이트는 직사각형 모양으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서, 상기 제1 접합플레이트의 단부 영역에 형성된 유로는 장변에 평행한 직선 형태를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서, 상기 제2 접합플레이트의 단부 영역에 형성된 유로는 단변에 평행한 직선 형태를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서, 상기 상부 플레이트의 유로와 상기 하부 플레이트의 유로는 그 중첩 지점이 장변에 평행한 소정 길이의 직선 형태로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서, 상기 유로는 에칭에 의해 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열교환 장치는, 인쇄기판형 열교환기, 상부 커버 및 하부 커버, 한 쌍의 제1 헤더 및 한 쌍의 제2 헤더를 포함한다. 인쇄기판형 열교환기는 복수의 제1 접합플레이트 및 복수의 제2 접합플레이트를 포함한다. 제1 접합플레이트는 접합되는 두 플레이트 사이에 지그재그 형상의 복수의 유로가 서로 이웃하여 형성되되, 각각의 유로가 이웃하는 유로와 일부 구간에서 중첩되도록 형성될 수 있다. 제2 접합플레이트는 접합되는 두 플레이트 사이에 지그재그 형상의 복수의 유로가 서로 이웃하여 형성되되, 각각의 유로가 이웃하는 유로와 일부 구간에서 중첩되도록 형성될 수 있다. 상부 커버는 열교환기의 상부에 장착되고, 하부 커버는 열교환기의 하부에 장착될 수 있다. 한 쌍의 제1 헤더는 열교환기의 양측면에 대칭적으로 설치되며, 복수의 제1 접합플레이트에 유체를 순환시킬 수 있다. 한 쌍의 제2 헤더는 열교환기의 다른 양측면에 설치되며, 복수의 제2 접합플레이트에 유체를 순환시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열교환 장치에서, 상기 제1 접합플레이트는, 하면에 길이 방향에 대해 일측으로 경사지게 복수의 직선형 유로가 형성된 상부 플레이트와, 상면에 길이 방향에 대해 타측으로 경사지게 복수의 직선형 유로가 형성된 하부 플레이트를, 상기 각 유로가 마주보도록 접합하여 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열교환 장치에서, 상기 제2 접합플레이트는, 하면에 길이 방향에 대해 일측으로 경사지게 복수의 직선형 유로가 형성된 상부 플레이트와, 상면에 길이 방향에 대해 타측으로 경사지게 복수의 직선형 유로가 형성된 하부 플레이트를, 상기 각 유로가 마주보도록 접합하여 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열교환 장치에서, 상기 제1 및 제2 접합플레이트의 단부 영역에 형성된 유로는 일변에 평행한 직선 형태를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열교환 장치에서, 상기 상부 플레이트의 일측으로 경사진 복수의 직선형 유로와 상기 하부 플레이트의 타측으로 경사진 복수의 직선형 유로는 그 교차 지점에서 중첩될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열교환 장치에서, 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트는 접합되어 벌집 형상의 유로를 형성할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 인쇄기판형 열교환기의 일부 유로가 먼지 또는 이물질에 의해 막히더라도 인접 유로로 유체가 유동하여 해당 유로로 유체의 이동이 제한되는 것을 막을 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 인쇄기판형 열교환기의 열전달 경로를 길게 하여 열전달 효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서 제1 접합플레이트를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서 제1 접합플레이트를 구성하는 상부 플레이트(a)와 하부 플레이트(b)를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서 제2 접합플레이트를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서 제1 접합플레이트를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서 제1 접합플레이트를 구성하는 상부 플레이트(a)와 하부 플레이트(b)를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 열전달 성능을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 열전달 성능을 비교 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 압력 강하 성능을 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 압력 강하 성능을 비교 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환 장치를 나타내는 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서 제1 접합플레이트를 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서 제1 접합플레이트를 구성하는 상부 플레이트(a)와 하부 플레이트(b)를 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서 제2 접합플레이트를 나타내는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 인쇄기판형 열교환기(1000)는 제1 접합플레이트(1100) 및 제2 접합플레이트(1200)를 포함한다.

제1 접합플레이트(1100) 및 제2 접합플레이트(1200)는 교번으로 적층될 수 있다. 본 실시예에서는 제1 접합플레이트(1100) 및 제2 접합플레이트(1200)가 교번으로 적층되나, 필요에 따라 제1 접합플레이트(1100) 및 제2 접합플레이트(1200)가 1:2 또는 2:1로 적층될 수도 있다.

제1 접합플레이트(1100) 및 제2 접합플레이트(1200)에 형성된 유로(1110, 1210)에는 각각 다른 종류의 유체가 유동한다. 제1 접합플레이트(1100) 상에는 고온의 유체가, 제2 접합플레이트(1200) 상에는 저온의 유체가 유동할 수 있다. 예를 들어, 제1 접합플레이트(1100)를 유동하는 유체는 에틸렌글리콜(EG; Ethylene glycol) 또는 물일 수 있으며, 제2 접합플레이트(1200)를 유동하는 유체는 액화천연가스(LNG; Liquefied natural gas)와 같은 극저온의 유체일 수 있다.

제1 및 제2 접합플레이트(1100, 1200)는 스테인리스 스틸, Ni기 합금 등의 내열 소재로 제작된다. 제1 및 제2 접합플레이트(1100, 1200) 내부에는 유로가 형성되어 있다. 스테인레스 스틸 등의 소재로 된 플레이트를 에칭하여 플레이트 상에 미세 유로를 형성하고, 유로가 형성된 두 플레이트를 서로 마주보도록 접합하여 접합플레이트를 형성할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제1 접합플레이트(1100) 내부에는 유로(1110)가 형성된다. 제1 접합플레이트(1100)는 마주보는 면에 각각 유로가 형성된 두 플레이트가 서로 접합되어 형성된다. 즉, 제1 접합플레이트(1100)는 상부 플레이트(1120)와 하부 플레이트(1130) 사이에 지그재그 형상의 복수의 유로(1110)가 서로 이웃하여 배치되며, 일부 구간에서 중첩된다. 지그재그 형상의 복수의 유로(1110)는 그 교차지점 내지 꼭지점에서 이웃하는 유로와 중첩되어 평면도 상에서 마름모 형태의 유로를 형성할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상부 플레이트(1120)의 하면에는 길이 방향에 대해 일측으로 경사지게 복수의 직선형 유로(1121)가 형성되어 있다. 상부 플레이트(1120)의 길이 방향 단부 영역에는 복수의 직선형 유로(1121)와 연결된 유입부(1122)와 유출부(1124)가 형성되어 있다. 상부 플레이트(1120)의 폭 방향 단부 영역에는 복수의 유로(1121)가 단부 내측으로 소정 거리에서 끊어지도록 형성되어 있다.

또한, 하부 플레이트(1130)의 상면에는 길이 방향에 대해 일측으로 경사지게 복수의 직선형 유로(1131)가 형성되어 있다. 하부 플레이트(1130)의 길이 방향 단부 영역에는 복수의 직선형 유로(1131)와 연결된 유입부(1132)와 유출부(1134)가 형성되어 있다. 하부 플레이트(1130)의 폭 방향 단부 영역에는 복수의 유로(1131)가 단부 내측으로 소정 거리에서 끊어지도록 형성되어 있다.

제1 접합플레이트(1100)는 상부 플레이트(1120)의 하면과 하부 플레이트(1130)의 상면을 각 유로(1121, 1131)가 서로 마주보도록 접합하여 형성된다. 상부 플레이트(1120)와 하부 플레이트(1130)는 각 유로(1121, 1131)를 제외한 면적에서 플레이트 상하층이 고압 하에서 접합될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 각 유로(1121, 1131)는 적어도 하나의 지점에서 서로 교차하여 유로(1110)의 중첩구간(1115)을 형성한다. 각 유로(1121, 1131)는 에칭에 의해 형성되는바, 그 단면이 반원 또는 반타원 형태로 이루어질 수 있다. 유로(1110)는 평면도 상에서 복수의 마름모 형태로 이루어질 수 있다. 유로(1110)는 유입부(1112)와 유출부(1114) 및 중첩구간(1115)에서 원형 또는 타원형 단면 형태로 이루어질 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 제2 접합플레이트(1200)는, 하면에 길이 방향에 대해 일측으로 경사지게 복수의 직선형 유로가 형성된 상부 플레이트와, 상면에 길이 방향에 대해 타측으로 경사지게 복수의 직선형 유로가 형성된 하부 플레이트를, 상기 각 유로가 마주보도록 접합하여 형성될 수 있다.

각각 복수의 경사 유로가 형성된 두 플레이트가 접합되어 형성되는 제2 접합플레이트(1200)에도 지그재그 형상의 유로(1210)들이 각 꼭지점에서 중첩되어 복수의 마름모 형상으로 형성되어 있다. 제1 접합플레이트(1100)와 다른 점은 제2 접합플레이트(1200)의 폭 방향 양측부에 유입부(1212)와 유출부(1214)가 형성된다는 점이다.

유입부(1212)는 유로(1210)의 일측 단부에 있는 꼭지점으로부터 측방으로 복수개가 형성될 수 있다. 유출부(1214)는 유로(1210)의 타측 단부에 있는 꼭지점으로부터 측방으로 복수개가 형성될 수 있다. 유입부(1212)와 유출부(1214)는 유로(1210)의 양 측단부 전체에 형성될 수도 있고, 양 측단부 일부분에만 복수개가 형성될 수도 있다. 도 4에는 유입부(1212)와 유출부(1214)가 각각 3개씩 형성된 것이 도시되어 있다.

제1 접합플레이트(1100)와 제2 접합플레이트(1200)는 직사각형 모양으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 제1 접합플레이트(1100)의 단부 영역에 형성된 유로인 유입부(1112)와 유출부(1114)는 장변에 평행한 직선 형태를 가질 수 있다. 또한, 제2 접합플레이트(1200)의 단부 영역에 형성된 유로인 유입부(1212)와 유출부(1214)는 단변에 평행한 직선 형태를 가질 수 있다.

유로(1210)는 유입부(1112)와 유출부(1114) 및 중첩구간(1115)에서 원형 또는 타원형 단면 형태로 이루어지고, 나머지 부위에서는 반원형 또는 반타원형 단면 형태로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 인쇄기판형 열교환기(1000)에서 각각의 접합플레이트(1100, 1200)에 형성된 유로(1110, 1210)는 이웃하는 유로와 중첩되는 지점에서 분기점을 갖게 되어 유입되는 유체가 양 방향으로 나뉘어 유동하게 된다. 이에 따라 유로가 복수의 직선 또는 복수의 지그재그 형상의 선인 것과 비교하여, 유로의 일부가 막히더라도 유로 전체의 유동 성능에 영향을 끼치는 것을 방지할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 인쇄기판형 열교환기(1000)에 형성된 유로는 일부 지점이 막히더라도 다른 분기점으로 연결된 유로로 유체가 이동하기 때문에, 직선 또는 지그재그 형상의 유로처럼 해당 유로 전체가 막히지 않게 된다.

제1 접합플레이트(1100) 및 제2 접합플레이트(1200)는 복수 개가 적층되어 확산 접합된다. 열교환기의 내구성을 확보하기 위하여 유로(1110, 1210)는 각각 제1 접합플레이트(1100) 및 제2 접합플레이트(1200)의 외측 단부로부터 소정 간격 이격된 위치에 배치된다. 제1 접합플레이트(1100) 및 제2 접합플레이트(1200)의 폭 방향 단부 영역에는 유로(1110, 1210)로 유체를 유입하거나 유로로부터 유체가 유출되는 유로의 유입부(1112, 1212) 및 유출부(1114. 1214)가 형성된다. 유입부(1112, 1212) 및 유출부(1114. 1214)는 헤더에 연결되어, 유체를 유로(1110, 1210)에 공급하거나, 유로(1110, 1210)로부터 유체를 회수한다. 제1 접합플레이트(1100) 및 제2 접합플레이트(1200)는 각각 복수개가 교번으로 적층되고 유로(1110, 1210)를 제외한 면적에서 복수의 접합플레이트(1100, 1200)가 한꺼번에 고압 하에서 접합될 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서 제1 접합플레이트를 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서 제1 접합플레이트를 구성하는 상부 플레이트(a)와 하부 플레이트(b)를 나타내는 도면이다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 접합플레이트(1100)의 상부 플레이트(1120)의 유로(1121)와 하부 플레이트(1130)의 유로(1131)는 그 중첩 지점이 장변에 평행한 소정 길이의 직선 형태로 이루어질 수 있다. 즉, 두 플레이트(1120, 1130)의 유로(1121, 1131)는 서로 겹쳐지는 중첩구간(1125, 1135)이 플레이트의 길이 방향으로 길게 형성된다. 두 플레이트(1120, 1130)의 유로(1121, 1131)는 합쳐져서 복수의 육각형 또는 벌집 모양의 유로(1110)를 형성한다.

제1 접합플레이트(1100)는 직사각형의 양 단변에 장변에 평행한 방향으로 복수의 유입부(1112)와 유출부(1114)가 형성되어 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상부 플레이트(1120)의 하면에는 복수의 유로(1121)가 형성되어 있다. 유로(1121)는 길이 방향의 유입부(1122)로부터 경사진 유로(1121) 구간과 길이 방향의 중첩구간(1125)이 1회 내지 수회 반복되고 마지막에는 유출부(1124)가 연결된다.

하부 플레이트(1130)의 상면에는 복수의 유로(1131)가 형성되어 있다. 유로(1131)는 길이 방향의 유입부(1132)로부터 경사진 유로(1131) 구간과 길이 방향의 중첩구간(1135)이 1회 내지 수회 반복되고 마지막에는 유출부(1134)가 연결된다.

상부 플레이트(1120) 및 하부 플레이트(1130)의 각 유로(1121, 1131)에서 유입부(1122, 1132), 중첩구간(1125, 1135) 및 유출부(1124, 1134)는 서로 중첩되어 원형 또는 타원형 단면을 형성하고, 플레이트의 장변에 평행한 길이 방향에 평행하게 형성된다.

이와 같이, 벌집 모양의 유로가 형성된 열교환기의 경우, 중첩구간에서 길이 방향의 직선 구간이 증가하기 때문에, 압력 강하가 낮아진다. 압력 강하가 커지는 경우 열교환 성능이 낮아져 열교환기의 목적 성능을 유지하기가 어려워지는바, 열교환기의 요구되는 성능에 따라 압력 강하가 낮아지도록 설계할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 열전달 성능을 설명하는 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 열전달 성능을 비교 설명하는 도면이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 압력 강하 성능을 설명하는 도면이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 압력 강하 성능을 비교 설명하는 도면이다. 도 8과 도 10은 직선 형상의 유로에 대한 상대적인 값을 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 열교환기(1000)는 플레이트에 마름모 형태의 입체적 유로를 형성함으로써 상대적으로 넓은 확산 접합면을 가지기 때문에 구조 안정성이 높다. 또한, 유로를 유동하는 유체는 중첩구간에서 혼합되었다가 충돌 후 상하로 분리됨으로써 높은 열전달 성능을 갖는다.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 직선 형상의 유로(Straght Channel), 지그재그(Zig-zag) 형상의 유로, 본 발명의 마름모 형태의 입체적 유로의 열전달 성능을 비교해 봤을 때, 본 발명의 유로의 열전달 성능이 가장 뛰어난 것을 확인할 수 있다.

세부적으로, 지그재그 형상의 유로의 경우에도 폭 방향에 대해 60도의 각도로 형성된 유로보다 45도의 각도로 형성된 유로의 열전달 성능이 더 좋은 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명의 유로 패턴의 경우 폭 방향에 대해 30도의 각도로 형성된 것이 감소된 피치를 가진 유로, 즉 폭 방향에 대해 각도가 커진 마름모 형태의 유로에 비해 열전달 성능이 더 좋은 것을 알 수 있다.

그리고, 도 9 및 10에 도시된 바와 같이, 직선 형상의 유로(Straght Channel), 지그재그(Zig-zag) 형상의 유로, 본 발명의 마름모 형태의 입체적 유로의 압력 강하를 비교해 보았을 때, 본 발명의 유로의 경우가 직선 형상의 유로 다음으로 낮은 압력 강하를 보이는 것을 확인할 수 있다.

즉, PCHE 열교환기의 유로를 마름모 형태의 입체적 구조로 형성하는 경우, 열전달 효율이 높으면서도 낮은 압력 강하 성능을 가져, 열교환 효율이 높은 것을 확인할 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환 장치를 나타내는 도면이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 열교환 장치(1000')는 인쇄기판형 열교환기(1000), 상부 커버(1310), 하부 커버(1320), 한 쌍의 제1 헤더(1410, 1420), 한 쌍의 제2 헤더(1510, 1520)를 포함할 수 있다.

인쇄기판형 열교환기(1000)는 제1 및 제2 플레이트(1100, 1200)가 교번으로 적층되어 형성된다. 제1 및 제2 플레이트(1100, 1200)의 상면에는 유로가 형성된다. 플레이트는 40~50개, 많게는 500여장 적층되어 확산 접합된다. 적층 및 접합되어 형성된 열교환기(1000)의 상부에 상부 커버(1310)가 장착된다. 열교환기(1000)의 하부에는 하부 커버(1320)가 장착된다. 상부 커버 및 하부 커버(1310, 1320)는 접합된 복수의 플레이트들(1100, 1200)을 안정적으로 고정시킨다. 상부 커버 및 하부 커버(1310, 1320)의 재질은 열교환기(1000)의 플레이트와 같은 재질, 예를 들어 스테인리스 스틸로 형성될 수 있다.

한 쌍의 제1 헤더(1410, 1420)는 열교환기(1000)의 폭 방향 단부에 장착될 수 있다. 한 쌍의 제1 헤더(1410, 1420)는 열교환기(1000)에 고온의 유체를 순환시킨다. 제1 헤더(1410)는 열교환기(1000)의 제1 접합플레이트(1100)에 고온의 유체를 유입시키고, 제1 헤더(1420)는 제1 접합플레이트(1100)로부터 유체를 회수한다. 제1 헤더(1410)의 상부에는 제1 헤더(1410)에 유체를 공급하는 유체 공급구(1412)가, 제1 헤더(1420)의 상부에는 제1 헤더(1420)로부터 유체를 회수하는 유체 회수구(1422)가 형성된다.

한 쌍의 제2 헤더(1510, 1520)는 열교환기(1000)의 길이 방향 단부에 장착될 수 있다. 한 쌍의 제2 헤더(1510, 1520)는 열교환기(1000)에 저온의 유체를 순환시킨다. 제2 헤더(1510)는 열교환기(1000)의 제2 접합플레이트(1200)에 저온의 유체를 유입시키고, 제2 헤더(1520)는 제2 접합플레이트(1200)로부터 유체를 회수한다. 제2 헤더(1510)의 상부에는 제2 헤더(1510)에 유체를 공급하는 유체 공급구(1512)가, 제2 헤더(1520)의 상부에는 제2 헤더(1520)로부터 유체를 회수하는 유체 회수구(1522)가 형성된다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

1000: 열교환기
1100: 제1 접합플레이트 1110: 유로
1112: 유입부 1114: 유출부
1115: 중첩구간
1120: 상부 플레이트 1121: 유로
1122: 유입부 1124: 유출부
1125: 중첩구간 1130: 하부 플레이트
1131: 유로 1132: 유입부
1134: 유출부 1135: 중첩구간
1200: 제2 접합플레이트 1210: 유로
1212: 유입부 1214: 유출부
1000': 열교환 장치 1310: 상부 커버
1320: 하부 커버 1410, 1420: 제1 헤더
1510, 1520: 제2 헤더

Claims

접합되는 두 플레이트 사이에 지그재그 형상의 복수의 유로가 서로 이웃하여 형성되되, 각각의 유로가 이웃하는 유로와 일부 구간에서 중첩되도록 형성된 제1 접합플레이트; 및
접합되는 두 플레이트 사이에 지그재그 형상의 복수의 유로가 서로 이웃하여 형성되되, 각각의 유로가 이웃하는 유로와 일부 구간에서 중첩되도록 형성된 제2 접합플레이트;를 포함하고,
상기 제1 접합플레이트는, 하면에 길이 방향에 대해 일측으로 경사지고 서로 평행하게 배열되는 복수의 직선형 유로가 형성된 상부 플레이트와, 상면에 길이 방향에 대해 타측으로 경사지고 서로 평행하게 배열되는 복수의 직선형 유로가 형성된 하부 플레이트를, 상기 각 유로가 서로 마주보도록 접합하여 형성되며,
상기 제1 접합플레이트에서 상기 상부 플레이트의 일측으로 경사진 복수의 직선형 유로와 상기 하부 플레이트의 타측으로 경사진 복수의 직선형 유로는 그 교차 지점에서 중첩되어 연통되고,
복수의 제1 접합플레이트와 복수의 제2 접합플레이트를 교번으로 적층하여 형성된 것을 특징으로 하는 인쇄기판형 열교환기.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제2 접합플레이트는,
하면에 길이 방향에 대해 일측으로 경사지게 복수의 직선형 유로가 형성된 상부 플레이트와,
상면에 길이 방향에 대해 타측으로 경사지게 복수의 직선형 유로가 형성된 하부 플레이트를,
상기 각 유로가 마주보도록 접합하여 형성된 것을 특징으로 하는 인쇄기판형 열교환기.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 제2 접합플레이트에서 상기 상부 플레이트의 일측으로 경사진 복수의 직선형 유로와 상기 하부 플레이트의 타측으로 경사진 복수의 직선형 유로는 그 교차 지점에서 중첩되어 연통되는 것을 특징으로 하는 인쇄기판형 열교환기.
제4항에 있어서,
상기 제1 접합플레이트 및 상기 제2 접합플레이트는 직사각형 모양으로 이루어진 것을 특징으로 하는 인쇄기판형 열교환기.
제5항에 있어서,
상기 제1 접합플레이트의 단부 영역에 형성된 유로는 장변에 평행한 직선 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 인쇄기판형 열교환기.
제6항에 있어서,
상기 제2 접합플레이트의 단부 영역에 형성된 유로는 단변에 평행한 직선 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 인쇄기판형 열교환기.
제4항에 있어서,
상기 상부 플레이트의 유로와 상기 하부 플레이트의 유로는 그 중첩 지점이 장변에 평행한 소정 길이의 직선 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 인쇄기판형 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 유로는 에칭에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 인쇄기판형 열교환기.
접합되는 두 플레이트 사이에 지그재그 형상의 복수의 유로가 서로 이웃하여 형성되되, 각각의 유로가 이웃하는 유로와 일부 구간에서 중첩되도록 형성된 복수의 제1 접합플레이트와, 접합되는 두 플레이트 사이에 지그재그 형상의 복수의 유로가 서로 이웃하여 형성되되, 각각의 유로가 이웃하는 유로와 일부 구간에서 중첩되도록 형성된 복수의 제2 접합플레이트를 구비하는 인쇄기판형 열교환기;
상기 열교환기의 상부에 장착되는 상부 커버;
상기 열교환기의 하부에 장착되는 하부 커버;
상기 열교환기의 양측면에 대칭적으로 설치되며, 복수의 상기 제1 접합플레이트에 유체를 순환시키는 한 쌍의 제1 헤더; 및
상기 열교환기의 다른 양측면에 대칭적으로 설치되며, 복수의 상기 제2 접합플레이트에 유체를 순환시키는 한 쌍의 제2 헤더;를 포함하고,
상기 제1 접합플레이트는, 하면에 길이 방향에 대해 일측으로 경사지고 서로 평행하게 배열되는 복수의 직선형 유로가 형성된 상부 플레이트와, 상면에 길이 방향에 대해 타측으로 경사지고 서로 평행하게 배열되는 복수의 직선형 유로가 형성된 하부 플레이트를, 상기 각 유로가 서로 마주보도록 접합하여 형성되며,
상기 제1 접합플레이트에서 상기 상부 플레이트의 일측으로 경사진 복수의 직선형 유로와 상기 하부 플레이트의 타측으로 경사진 복수의 직선형 유로는 그 교차 지점에서 중첩되어 연통되는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
삭제
제10항에 있어서,
상기 제2 접합플레이트는,
하면에 길이 방향에 대해 일측으로 경사지게 복수의 직선형 유로가 형성된 상부 플레이트와,
상면에 길이 방향에 대해 타측으로 경사지게 복수의 직선형 유로가 형성된 하부 플레이트를,
상기 각 유로가 마주보도록 접합하여 형성된 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
제10항에 있어서,
상기 제1 및 제2 접합플레이트의 단부 영역에 형성된 유로는 일변에 평행한 직선 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
제10항 또는 제12항에 있어서,
상기 상부 플레이트의 일측으로 경사진 복수의 직선형 유로와 상기 하부 플레이트의 타측으로 경사진 복수의 직선형 유로는 그 교차 지점에서 중첩되는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
제14항에 있어서,
상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트는 접합되어 벌집 형상의 유로를 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.