KR20070007761A - 열교환기 - Google Patents

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KR20070007761A
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KR1020067005124A
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롤랜드 딜리
스티븐 엠. 아이리스
리처드 폴 벨뎀
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허니웰 인터내셔널 인코포레이티드
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Abstract

기체와 냉각기 액체 사이에 용이하게 열에너지를 전달하기 위한 바람직한 방법, 장치 및/또는 시스템에 관한 것이다. 바람직한 열교환기는 EGR 냉각가로서 사용하기에 적합하다.

Description

열교환기{HEAT EXCHANGER}
본원에 개시한 발명은 두 유체, 구체적으로는, 액체와 배기인 기체 사이의 열에너지 교환을 위한 방법, 장치 및/또는 시스템에 관한 것이다.
열교환기들은 엔진 시스템에서 다양한 용도를 갖는다. 예컨대, 최근에는 배기 순환 시스템에 배기 냉각용 열교환기를 사용하여 연료 경제 증대 및/또는 배출을 감소를 달성하기 위해 노력하고 있 한다. 현재, 배기 순환(EGR: exhaust gas recirculation) 열교환기 또는 냉각기는 셸-튜브(shell-tube: 원통관)나 바-플레이트(bar-plate) 형태로 구성된다. 일반적으로, 셸-튜브 형태의 구성은 바-플레이트 형태의 구성보다 주어진 체적에서 열을 덜 전달한다. 하지만, 바-플레이트 제작은 고가이다.
따라서, 바-플레이트 구성과 동등하거나 더 우수한 열전달을 제공하면서 그 제작비를 줄일 수 있는 열교환기가 요구된다. 제작비의 감소와 열에너지 전달의 촉진 및 증대 중의 적어도 하나를 달성할 수 있는 장치 및/또는 시스템을 아래에 기재한다.
본 명세서에서는 다양한 방법, 장치 및/또는 시스템과 이들의 등가물을 더 잘 이해할 수 있도록 아래의 상세한 설명을 첨부 도면과 연계하여 기술할 것이다.
도 1은 바람직한 열교환 유닛의 사시도이다.
도 2는 바람직한 열교환 유닛의 열교환판 적층체 및 덮개판의 분해 사시도이다.
도 3은 바람직한 열교환판의 평면도이다.
도 4는 바람직한 열교환판의 평면도이다.
도 5는 덮개판이 있는 바람직한 열교환판 적층체의 절개 사시도이다.
도 6은 덮개판이 있는 바람직한 열교환편 적층체의 절단부의 사시도이다.
도 7A는 바람직한 상부 덮개판의 평면도이다.
도 7B는 바람직한 상부 덮개판의 평면도이다.
도 8은 가변 폭을 갖는 바람직한 덮개판의 평면도이다.
도 9A는 거의 원형의 경계를 갖는 바람직한 덮개판의 평면도이다.
도 9B는 거의 반고리형의 단면을 갖는 바람직한 적층체 및 덮개판의 평면도이다.
도 10은 바람직한 열교환기의 분해 사시도이다.
도 11은 여러 개의 판을 보여주는 사시도이다.
도 12는 바람직한 열교환기의 사시 단면도이다.
도 13은 다양한 바람직한 열교환기에 대한 일련의 유체 흐름도이다.
도 14는 바람직한 열교환기 하우징의 사시도이다.
도 1은 EGR 냉각기에 사용하기 적합한 바람직한 열교환 유닛(100)의 사시도이다. 유닛(100)은 기체 입구 연결기(102), 기체 출구 연결기(104), 액체 입구 연결기(106) 및 액체 출구 연결기(108)를 포함한다. 연결기(102, 104, 106, 108)는 상부 덮개판(132)과 하부 덮개판(136)이 결합된 열교환판 적층체(120)에 유체(예컨대 기체 및 액체 중의 적어도 하나)를 출입시킨다. 도시한 것과 같이, 연결기(102-108)는 다양한 유체 구멍을 갖는 상부 덮개판(132)에 의해 적층체(120)에 연결된다. 바람직한 유닛(100)에서, 상부 덮개판(132)은 기체 입구 구멍(122), 기체 출구 구멍(124), 액체 입구 구멍(126) 및 액체 출구 구멍(128)이 있다. 물론, 다른 구성도 가능하다. 예컨대, 상부 덮개판은 입구 구멍을 갖고 하부 덮개판(136)은 출구 구멍을 가질 수 있다.
연결기(102-108)는 유동 단면이 상단에서 거의 원형이고 하단에서 거의 직사각형이다. 하단 유동 단면의 형태는 연결기(102-108)를 상부 덮개판(132)의 유체 구멍(122-128)에 연결하는 것을 용이하게 하기 위한 것이다. 물론, 하단 유동 단면과 구멍은 원형, 타원형 등의 다른 형태를 가질 수 있으나 이들로 한정되는 것은 아니다. 또한, 적층체(120)를 통한 기체 또는 액체의 흐름을 원활하게 하면서 기체와 액체 사이의 열교환을 강화하거나 그 중의 하나를 달성하기 위해, 입구와 출구 구멍 및/또는 입구와 출구 연결기의 단면적은 달라질 수 있다. 예컨대, 열교환 중에, 기체는 열에너지를 잃고 밀도가 증가할 수 있다. 그와 같은 경우, 기체의 질량 유량은 일정하게 유지되지만 체적 유량은 밀도 증가에 따라 감소할 것이다. 기체를 위한 흐름 단면적(cross-sectional flow area)이 일정하게 유지되면, 흐름단면적에 수직인 기체 속도가 떨어질 것이다. 따라서, 기체 속도를 유지하기 위한 노력으로서, 기체 출구 연결기의 흐름단면적을 기체 입구 연결기의 것보다 작게 할 수 있다. 또한, 출구 구멍의 단면적은 입구 구멍의 단면적보다 작을 수 있다. 더욱이, 또는 다른 방법으로서, 적층체의 흐름단면적이 기체의 유동 경로에 관해 감소할 수 있다. 그와 같은 특성을 갖는 바람직한 적층체가 도 6을 참조하여 아래에 기재되어 있다.
일반적으로, 바람직한 열교환 유닛(100)은 스테인리스강과 같은 열저항 재료로 구성되지만 그에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 바람직한 열교환기는 1000F(약 538℃)를 넘는 온도에 견딜 수 있는 재료로 구성될 수 있다. 그러므로, 바람직한 적층체 판 또는 덮개판은 약 0.012 인치(약 0.3mm)의 두께를 갖는 스테인리스강으로 구성될 수 있다. 또한, 열교환판 적층체(120), 상부 덮개판(132) 및 (바닥판이라고 하는) 하부 덮개판(136) 중의 적어도 하나는 브레이징 처리되어 판들 및/또는 흐름 격실들 사이에 적절한 밀봉부(seal)를 형성할 수 있다. 물론, (용접, 화학접합(chemical adhesion), 화학결합 등의) 추가 또는 다른 공정을 사용하여 밀봉 부를 형성하거나 그 형성을 조력할 수 있다. 판들은 압축 또는 압력-끼움 밀봉부를 선택적으로 포함할 수 있다. 흐름 격실들은 브레이징 및/또는 유체 흐름 압력에 견디기 위한 추가의 구조적 일체성을 갖는 적층체 및/또는 덮개판을 제공할 수 있다. 아래에 더 상세히 기재하는 것과 같이, 예시적인 흐름 격실은 약 0.004 인치(약 0.1mm) 내지 약 0.006 인치(약 0.15mm)의 두께를 갖는 스테인리스강으로 구성될 수 있다.
도 2는 바람직한 열교환 유닛의 적층체의 판(144, 148) 및 덮개판(132, 136)의 분해 사시도이다. 상부 덮개판(132)과 하부 덮개판(136)이 두 개의 적층체판(144, 148)과 함께 세 개의 흐름 격실(164, 168, 164′)을 형성한다. 상판(144)은 상부 덮개판(132)에 연결되어, 상부 액체 흐름 격실(164)을 상부 덮개판(132)과 상판(144)에 의해 형성된 공간에 유지한다. 하판(148)은 하부 덮개판(136)에 연결되어, 기체 흐름 격실(168)을 하부 덮개판(136)과 하판(148)에 의해 형성된 공간에 유지한다.
도시한 것과 같이, 상부 덮개판(132)은 기체 입구 구멍(122)과 기체 출구 구멍(124)을 갖고, 하부 덮개판(136)은 하판(148)의 기체 흐름 구멍(186, 186′)을 막는 마개 영역(138, 138′)을 포함한다. 물론, 하판의 기체 흐름 구멍은 선택적으로 생략되어 그와 같은 마개 영역을 갖는 하부 덮개판에 대한 필요성을 줄일 수 있다.
본 구성에 따르면, 기체는 적층체 안으로 들어와서, 적어도 부분적으로는 기체 흐름 격실(164, 164′)에 의해 형성된 유로를 통해 흐른 다음, 적층체에서 빠져 나간다. 한편, 액체는 적층체에 들어와서, 적어도 부분적으로는 액체 흐름 격실(164, 164′)에 의해 형성된 유로를 통해 흐른 다음, 적층체에서 빠져나간다. 일반적으로, 이 구성은 열에너지를 기체로부터 냉각기 액체로 원활하게 전달하기에 적합하다. 예컨대, 기체 흐름 격실(168)에 의해 형성된 유로 안의 기체는 열에너지를 상부 액체 흐름 격실(164) 및/또는 하부 액체 흐름 격실(164′)에 의해 형성된 유로 안의 액체에 전달할 수 있다. 대부분의 용례에서, 상부 덮개판과 하부 덮개판을 갖는 2판 적층체는 수용 가능하지만 아마도 최적은 아닌 열전달을 달성하는 적층체의 판 및/또는 덮개판의 최소한의 수를 나타낸다.
도 3은 바람직한 상판(144)의 평면도이다. 바람직한 상판(144)은 올라간 바깥 가장자리(170), 하부 내면(172) 및 상부 내면(174)을 갖고, 상부 내면(174)은 하부 내면(172)보다 높다. 상부 내면(174)은 올라간 기체 흐름 구멍(176, 176′)을 포함하고, 하부 내면(172)은 액체 흐름 구멍(178, 178′)을 포함한다. (도시 생략한 마주보는 면을 비롯한) 모든 면들은 표면적을 증가시키면서 표면 또는 그 근방의 기체 또는 액체의 난류를 증가시키거나 그 중의 하나를 달성하도록 표면 표시자(surface indicia)를 포함할 수 있다.
상부 내면(174)은 도 2의 액체 흐름 격실(164)과 같은 액체 흐름 격실을 유지하기에 적합하다. 또한, 그와 같은 흐름 격실은 선택적으로는 상부 내면(174)과 일체이다. 예컨대, 상부 내면(174)은 올라간 격실을 선택적으로 포함하며, 이들 올라간 격실은 유로 형성과 액체 흐름 유도에 기여할 수 있다. 바람직한 흐름 격실은 채널 형태의 유로를 형성하는 복수의 수직 격실을 포함할 수 있다.
상판(144)이 (덮개판(132)과 같은) 상부 덮개판의 저부에 연결되는 경우, 올라간 기체 흐름 구멍(176, 176′)은 상부 덮개판 상부 덮개판의 (구멍(122, 124와 같은) 기체 흐름 구멍들 및/또는 연결기들에 연결되며, 이들 연결기는 (상판(132)과 같은) 상부 덮개판과 상판(144) 사이에 이들에 의해 형성된 공간인 액체 흐름 공간으로 기체가 흘러들어가지 않도록 상부 덮개판의 기체 흐름 구멍들에 부착된다. 마찬가지로, 상판(144)이 (판(148)과 같은) 하판의 저부에 연결되는 경우, 올라간 기체 흐름 구멍(176, 176‘)은 하판과 (판(144)과 같은) 상판 사이에 이들에 의해 형성된 공간인 액체 흐름 공간 안으로 기체가 흘러들어가지 않도록 하판에 연결된다.
바람직한 상판의 치수는 다음과 같다: 약 7.6cm(약 3 인치)의 폭 방향 치수, 약 15.2cm(약 6 인치)의 길이 방향 치수 및 약 0.25cm(약 0.1 인치)의 두께
도 4는 바람직한 하판(148)의 상면도이다. 바람직한 하판(148)은 바깥 가장자리(180), 상부 내면(182) 및 하부 내면(184)을 포함하고, 하부 내면(184)은 상부 내면(182)보다 낮다. 하부 내면(184)은 기체 흐름 구멍(186, 186′)을 갖고, 상부 내면(182)은 액체 흐름 구멍(188, 188′)을 갖는다. (도시하지 않은 반대쪽 면을 비롯한) 모든 표면은 표면적을 증가시키면서 표면에서 또는 그 근방의 기체의 난류를 증가시키거나 그 중의 하나를 달성하도록 표면 표시자를 포함할 수 있다.
하부 내면(184)은 도 2의 기체 흐름 격실(168)과 같은 기체 흐름 격실을 유지하기에 적합하다. 또한, 그와 같은 흐름 격실은 선택적으로는 하부 내면(184)과 일체이다. 예컨대, 하부 내면(184)은 올라간 격실들을 선택적으로 포함하며, 이들 올라간 격실은 유로 형성과 기체 흐름 유도에 기여할 수 있다. 바람직한 흐름 격실은 채널 형태의 유로를 형성하는 복수의 수직 격실을 포함할 수 있다.
하판(148)이 (판(144)과 같은) 상판의 상부에 연결되는 경우, 기체 흐름 구멍(186, 186′)은 기체가 하판(148)과 (판(144)과 같은) 상판의 상부 사이에 이들에 의해 형성된 공간인 액체 흐름 공간으로 흘러들어가지 않도록 올라간 기체 흐름 구멍(176, 176′)에 연결된다. 마찬가지로, 하판(148)이 (판(144)과 같은) 상판의 저부에 연결되는 경우, 올라간 액체 흐름 구멍(188, 188′)은 하판과 (판(144)과 같은) 상판의 저부 사이에 이들에 의해 형성된 공간인 기체 흐름 공간으로 액체가 흘러들어가지 않도록 상판의 액체 흐름 구멍(178, 178′)에 연결된다. 또한, 하판(148)이 (덮개판(136)과 같은) 하부 덮개판의 상부에 연결된 경우에는, 기체 흐름 구멍(186, 186′)은 (덮개판(136)과 같은) 하부 덮개판의 (영역(138, 138′)과 같은) 올라간 마개 영역에 의해 막혀, 하판(148)과 (덮개판(136)과 같은) 하부 덮개판의 상부 사이에 이들에 의해 형성된 공간인 액체 흐름 공간으로 기체가 흘러들어가지 않도록 방지한다.
결국, 각각의 상판(148)은 기체 흐름 공간의 형성에 기여하는 하부 내면(184)을 갖고, (도 4에 도시하지 않은) 그 반대쪽 면은 액체 흐름 공간의 형성에 기여한다. 마찬가지로, 각각의 하판(144)은 액체 흐름 공간의 형성에 기여하는 상부 내면(174)을 갖고, (도 3에 도시하지 않은) 반대쪽 면은 기체 흐름 공간의 형성에 기여한다. 일반적으로, (상부 덮개판(132)과 같은) 상부 덮개판의 하면은 액체 흐름 공간의 형성에 기여하고, (하부 덮개판(136)과 같은) 하부 덮개판의 상면은 액체 흐름 광간의 형성에 기여한다.
바람직한 하판의 치수는 다음과 같다: 약 7.6cm(약 3 인치)의 폭 방향 치수, 약 15.2cm(약 6 인치)의 길이 방향 치수 및 약 0.25cm(약 0.1 인치)의 두께
도 5는 도 1의 바람직한 유닛(100)과 대응하는 x, y 및 z 좌표계의 절개 사시도이다. 여기서, 상부 덮개판(132)의 액체 구멍(126)을 통해 xy 평면에 거의 직각으로 절개하였다. 상부 덮개판(132)은 y0의 상면과 y2의 반대쪽 면이 있고, 이들은 y1의 상면과 y3의 반대쪽 면이 있는 외측 가장자리로 내려온다. 상판(144)은 상부 덮개판(132) 아래에 위치하고, 이들 2 개의 판은 y3의 면에서 상부 덮개판(132)의 외측 가장자리를 따라 만난다. 상판(144)의 두께는 y3과 y4, y5와 y6, 그리고 y7과 y8 사이의 차와 거의 동일하다. 상판(144)의 y5에서의 상면과 상부 덮개판(132)의 y2에서의 하면은 액체 흐름 격실(164)이 내부에 위치한 액체 흐름 공간을 형성한다. 액체 흐름 공간의 높이는 y2와 y5 사이의 차이와 거의 동일하다. 액체 흐름 격실(164)은 (예컨대 채널 등의) 복수의 유로를 형성하는 복수의 수직 격실을 포함한다. 일반적으로, 수직 격실은 액체 흐름 공간을 형성하는 (y2 및 y5의 면과 같은)상면 및 하면과 접촉한다. 상부 덮개판(132)의 액체 구멍(126)을 통해 유닛(100)에 들어가는 액체는 복수의 유로에 들어간 다음 유닛(100)을 빠져나올 수 있다. 또한, 액체 흐름 격실은 열에너지의 전달을 위한 표면적을 증가시키도록 작용할 수 있다. 더욱이, 전술한 수직 격실은 표면적을 증가시키면서 수직 격실의 또는 그 근방의 난류를 증가시키거나 그 중의 하나를 달성하도록 표면 표시자를 포함할 수 있다. 일반적으로, (수직 격실, 수평면 또는 다른 면과 같은) 벽 또는 그 근방의 액체 흐름의 난류 증가는 액체에 전달되는 열에너지를 증가시킬 것이다.
하판(148)이 상판(144) 아래에 위치한다. 이들 2 개의 판은 대략 y8의 액체 흐름 구멍에서 만난다. 하판(148)의 두께는 y8과 y9, y10과 y11, 그리고 y12와 y13 사이의 차와 거의 동일하다. 상판(144)은 y8과 y9 사이의 차와 거의 동일한 높이의 귀때(lip)를 선택적으로 포함한다. 귀때는 액체 흐름 구멍 주변에서의 상판(144)과 하판(148)의 밀봉에 기여한다.
상판(144)의 y6에서의 하면과 하판(148)의 y10에서의 상면은 내부에 위치한 기체 흐름 격실(168)을 갖는 기체 흐름 공간을 형성한다. 기체 흐름 공간의 높이는 y6과 y10 사이의 차와 거의 동일하다. 기체 흐름 격실(168)은 (채널과 같은) 복수의 유로를 형성하는 복수의 격실을 포함한다. 일반적으로, 수직 격실은 기체 흐름 공간을 형성하는 (y6 및 y10의 면과 같은) 상면 및 하면과 접촉한다. 이 예에서, 기체 흐름 격실(168)의 수직 격실은 액체 흐름 격실(164)의 수직 격실과 실질적으로 수직이다. 상부 덮개판(132)의 기체 구멍을 통해 유닛(100)에 들어가는 기체는 복수의 유로에 들어간 다음 유닛(100)에서 나올 수 있다. 특히, 유닛(100)에 들어간 기체는 그와 같은 유로를 통해 흘러 열에너지를 냉각기 액체에 전달할 수 있다. 또한, 기체 흐름 격실은 열에너지의 전달을 위한 표면적을 증가시키는 기능을 할 수 있다. 더욱이, 전술한 수직 격실은 표면적을 증가시키면서 수직 격실 또는 그 근방의 난류를 증가시키거나 그 중의 하나를 달성하도록 표면 표시자를 포함할 수 있다.
도 5에는 하판(148) 아래에 위치한 제2 상판(144′)이 있다. 이 상판(144′)은 상부 덮개판(132)과 상판(144) 사이에 형성된 y3의 외부 밀봉부와 마찬가지로, y13에서 하판(148)과 만나 외부 밀봉부를 형성한다. 또한, 추가의 액체 흐름 격실(164′)이 판(148) 아래에 위치한 것으로 나타나고, 추가의 기체 흐름 격실(168′)이 제2 상판(144′) 아래에 위치한 것으로 나타난다. 물론, 추가의 판 및/또는 격실이 있을 수 있다.
바람직한 상부 덮개판은 다음과 같은 치수를 가질 수 있고, y=0mm에서 y3은 임의의 값(예컨대 y3=0mm)이다: y2=1.3mm, y1=2.3mm, 그리고 y0=3.6mm. 물론, 다른 예에서, y2는 y1보다 커서, 인접한 판들 사이의 높이 또는 공간을 증가시키게 될 수 있다. 바람직한 상판은 다음과 같은 치수를 가질 수 있고, y=0에서 y9는 임의의 값(예컨대 y9=0mm)이다: y8=0.3mm, y7=0.6mm, y6=3.5mm, y5=3.8mm, y4=4.8mm, 그리고 y3=5.1mm. 바람직한 하판은 다음과 같은 치수를 가질 수 있고, y=0mm에서 y13은 임의의 값(예컨대 y13=0mm)이다: y12=0.3mm, y11=2.6mm, y10=2.9mm, y9=5.8mm, 그리고 y8=6.1mm. 이와 같이 주어진 수치에서, 액체 공간은 약 2.6mm의 높이를 갖고 기체 공간은 약 6.4mm의 높이를 갖는다.
바람직한 치수는 흐름 조건의 추정을 가능하게 해준다. 예컨대, 액체 흐름 공간은 약 0.26cm X 약 15.2cm 즉 약 4cm2의 흐름단면적을 갖고, 해당 유체역학 지름이 약 0.5cm라고 말 수 있다. 단일 액체 흐름 공간, 약 160cm3·s-1(약 2.5 갤런/분)의 액체 유량 및 약 4cm2의 면적이 주어지면, x축 상의 평균 유속이 약 40cm3· s-1가 된다. 액체 밀도가 약 1g·cm-3이고 점도가 0.01g·cm-1·s- 1라 할 때, 레이놀즈수(Reynolds number: 밀도 X 유체역학지름 X 속도 ÷ 점도)가 약 2000이 되고, 이는 전형적인 난류를 나타낸다. 물론, 난류를 촉진하여 열전달을 증가시키기 위해 다양한 흐름 분리기, 표면 표시자 등을 사용할 수 있다. 일반적으로, 난류는 경계층 두께의 감소와 관련되고, 이는 통상적으로 열전달의 증가와 관련된다. 물론, 다중 액체 흐름 공간을 형성하는 다중 판을 위해 유사한 계산 또는 추정을 사용할 수 있다. 예컨대, 각각 약 0.26cm의 높이와 약 15.2cm의 길이를 갖는 네 개의 흐름 공간을 갖는 바람직한 열교환기는 약 10 갤런/분(약 640cm3·s-1)의 액체 유량을 위해 2000의 평균 레이놀즈수를 가질 것이다.
본 명세서에 기재되는 바와 같이, 바람직한 열교환기는 주어진 액체 유량에서 난류 흐름이 되기 쉬운 레이놀즈수(통상 약 2000이상)를 유지하도록 선택된 단면적과 다수의 적층 액체 흐름 공간을 갖는다. 바람직한 열교환기는 약 120cm3·s-1(약 2 갤런/분) 내지 약 6500cm3·s-1(약 100 갤런/분) 범위의 액체 유량에서 선택적으로 작동하며, 2000을 넘는 평균 레이놀즈수가 약 640cm3·s-1(약 10 갤런/분)보다 큰 유량으로 존재한다.
기체 유량에 대한 일례로서, 기체 유량은 약 15g·s-1(약 2 파운드/분) 내지 150g·s-1(약 20 파운드/분) 범위의 단위시간 당 단위질량 또는 단위중량으로 주어 지거나 제공된다. 물론, 바람직한 경우에는 열전달 요구사항에 따라 다른 기체 유량을 사용할 수 있다. 또한, (레이놀즈수, 기체 공간 대 흐름, 공간의 수 등의) 기체 흐름에 관련된 다양한 계산이 가능하며, 이들은 액체 유량에 대한 조건 및/또는 요구사항에 비교될 수 있다. 그와 같은 계산은 공간의 수 및/또는 다양한 치수 등을 결정하는데 기여할 수 있다. 다양한 예들은 환경에 따라 기체와 액체 흐름 공간을 참조하는 반면, 그와 같은 공간들이 하나 이상의 상(예컨대 기체, 액체 및/또는 특정한 상)을 포함할 수 있다. 또는, 액체 공간이 기체 공간의 역할을 하면서 기체 공간이 액체 공간을 역할을 하거나 그 중의 하나가 이루어질 수 있다.
도 6은 도 1의 바람직한 유닛(100)의 절개 사시도이다. 여기서, 상부 덮개판(132)의 기체 구멍(122)을 거의 수직으로 관통하여 절개하였다. y축을 따라 다양한 위치가 또한 도시되고, 이들은 도 5에 도시한 것들에 대응한다. 상판(144)은 상부 덮개판(132) 아래에 위치한다. 2 개의 판이 약 y3에 공히 위치한 기체 구멍 둘레의 외부 가장자리에 외부 밀봉부를 형성하고 내부 가장자리에 내측 밀봉부를 형성한다. 상판(144)은 기체 구멍 둘레에 내부 밀봉부 및/또는 내부 가장자리를 형성하는데 기여하는 위로 향한 귀때를 선택적으로 갖는다. 귀때의 높이는 선택적으로는, 도 5를 참조하여 설명한 액체 구멍 둘레의 귀때의 높이와 동일하다.
상판(144)의 상면과 상부 덮개판(132)의 하면은 내부에 위치한 액체 흐름 격실을 갖는 액체 흐름 공간을 형성한다. 액체 흐름 격실(164)은 복수의 유로(예컨대 채널 등)를 형성하는 복수의 수직 격실을 포함한다. 상부 덮개판(132)의 액체 구멍을 통해 유닛(100)에 들어가는 액체는 복수의 유로에 들어간 다음 유닛(100)을 빠져나올 수 있다. 또한, 액체 흐름 격실은 열에너지의 전달을 위한 표면적을 증가시킬 수 있다. 더욱이, 전술한 수직 격실은 표면적을 증가시키면서 수직 격실 또는 그 근방의 난류를 증가시키거나 그 중의 하나를 달성하도록 표면 표시자를 포함할 수 있다. 일반적으로, (수직 격실, 수평면 또는 다른 표면 등의) 벽 또는 그 근방의 액체 흐름의 난류 증가는 액체로 전달되는 열에너지를 증가시킬 것이다.
하판(148)이 상판(144) 아래에 위치한다. 이들 2 개의 판은 도 5를 참조하여 전술한 것과 같이 y8에서 액체 흐름 구멍 둘레에 외측 밀봉부를 형성하도록 만난다. 상판(144)의 하면과 하판(148)의 상면은 내부에 위치한 기체 흐름 격실(168)을 갖는 기체 흐름 공간을 형성한다. 기체 흐름 격실(168)은 복수의 유로(예컨대 채널 등)를 형성하는 복수의 수직 격실을 포함한다. 이 예에서, 기체 흐름 격실(168)의 수직 격실은 액체 흐름 격실(164)의 수직 격실에 거의 직각이다. 상부 덮개판(132)의 기체 구멍(122)을 통해 유닛(100)에 들어가는 기체는 복수의 유로에 들어간 다음 유닛(100)에서 나올 수 있다. 특히, 유닛(100)에 들어가는 기체는 그와 같은 유로를 통해 흘러 열에너지를 냉각기 액체에 전달할 수 있다. 또한, 기체 흐름 격실은 열에너지의 전달을 위한 표면적을 증가시킬 수 있다. 더욱이, 전술한 수직 격실은 표면적을 증가시키면서 수직 격실 또는 그 근방의 난류를 증가시키거나 그 중의 하나를 달성하도록 표면 표시자를 포함할 수 있다.
도 6은 하판(148) 아래에 위치한 다른 상판(144′)도 역시 포함한다. 이 특정한 상판(144′)은 y3에서의 상부 덮개판(132)과 상판(144) 사이에 형성된 외측 밀봉부와 마찬가지로, y13에서 외측 밀봉부를 형성하도록 하판(148)과 만난다. 따 라서, 본 예에서, 판의 각각의 쌍은 외부 밀봉부와 내부 밀봉부를 형성하고, 후자는 기체 흐름 구멍 둘레의 기체 내부 밀봉부 또는 액체 흐름 구멍 둘레의 액체 밀봉부일 수 있다. 또한, 제2 상판(144′) 아래에는 추가의 기체 흐름 격실(168′)이 위치한 것으로 도시된다. 물론, 추가의 판 및/또는 격실이 있을 수 있다.
도 7A는 바람직한 상부 덮개판(132)의 평면도이다. 상부 덮개판(132)은 외측 가장자리 또는 귀때, 기체 입구 구멍(122)과 액체 입구 구멍(126)이 있는 표면(133), 그리고 흐름 공간의 형성에 기여하면서 흐름 격실을 유지하거나 이들 중의 하나를 달성하는 올라간 표면(135)을 포함한다. 바람직한 상부 덮개판(132)은 도 7B에 도시한 바람직한 하부 덮개판(136)과 사용될 수 있다. 바람직한 하부 덮개판(136)은 외측 가장자리 및/또는 귀때(128), 기체 출구 구멍(124)과 액체 출구 구멍(128)이 있는 표면(133) 및 올라간 표면(135)을 포함한다. 도 7A의 상부 덮개판(132)과 도 7B의 하부 덮개판(136)은 적절한 적층체 판들과 연계 사용하여 일측에 유체 출구가 있고 맞은편에 유체 출구가 있는 열교환 유닛을 형성하도록 할 수 있다.
도 8은 기체 입구 구멍(122), 기체 출구 구멍(124), 액체 입구 구멍(126) 및 액체 출구 구멍(128)을 갖는 바람직한 상부 덮개판(132)을 보여준다. x 및 y 축도 도시되었다. 이 특정한 예에서, 기체 흐름의 주 방향은 z 방향이다. 상부 덮개판(132)의 폭은 z의 함수로 감소한다. 따라서, 적층체 판들의 치수가 유사하고 (예컨대 xz 평면에 수직인 y축 상의) 기체 흐름 간격이 동일하다고 할 때, 기체에 대한 흐름 단면적은 z 축 상의 거리 증가에 따라 감소한다. 전술한 바와 같이, 그와 같은 흐름 단면적 감소는 기체 유속 유지에 기여할 수 있다. 이 경우, 흐름 단면적 감소는 기체 흐름의 주 방향과 예상된 기체 언도 감소를 따라 일어난다. 게다가, 기체가 냉각됨에 따라, 그 밀도는 증가하여 체적 유량을 감소시킨다. 따라서, 단면적의 감소는 통상 열전달 효율에 관련된 기체 유속의 유지 또는 심지어 증가에 기여할 것이다. 따라서, 중력은 기체 속도 유지 또는 증가에 기여할 수 있다.
도 9A는 다른 바람직한 덮개판(132)을 보여준다. 덮개판(132)은 거의 원형인 경계 및 하나 이상의 유체 입구 및/또는 출구(122, 124, 126, 128)를 갖는다. 거의 원형의 경계를 갖는 적층체 판들이 그와 같은 덮개판과 연계되어 선택적으로 사용된다.
도 9B는 상부 덮개판(132)과 하부 덮개판(136)을 갖는 바람직한 적층체를 보여준다. 상부 덮개판(132)은 복수의 유체 구멍(122, 124, 126, 128)을 갖는다. 바람직한 적층체(12)와 덮개판(132, 136)은 실질적으로 반 고리 형태를 갖는다. 도 9A와 9B에 도시한 바람직한 구성은 열교환 유닛이 엔진 격실 또는 그 근방에서 통상 발견되는 한계의 수용에 기여하는 형태를 가질 수 있다. 예컨대, 바람직한 EGR 냉각기 유닛은 열 및/또는 다른 민감성을 갖는 요소들과의 간섭을 최소화하는 형태를 가질 수 있다.
도 10은 코어(220)와 다양한 하우징 요소(예컨대 212, 214, 236)를 포함하는 바람직한 열교환기(200)의 사시도이다. 하우징 요소는 셸 쪽 열교환 유체(예컨대 액체 및/또는 기체)의 흐름을 위한 입구 헤더(212)와 출구 헤더(214)를 포함하고, 코어(220)의 적어도 일부(예컨대 코어(220)의 세 측면)를 둘러쌀 수 있는 거의 U자 형의 하우징 벽(236)을 포함한다. 일반적으로, 바람직한 열교환기(200)는 하우징 요소(예컨대 212, 214, 236)에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 셸 쪽 유체 공간 및 코어(220)에 의해 형성되는 코어 쪽 유체 공간을 갖는다.
도시한 것과 같이, 코어(220)는 판(244, 248)과 같은 개별 판들의 적층체를 포함한다. 덮개판(232)은 하우징 요소 및/또는 코어(220)의 판으로 생각할 수 있다. 예컨대, 덮개판(232)을 개별 판(244) 위에 배치하면, 덮개판(232)과 개별 판(244)(예컨대 코어 쪽 유체 공간의 일부) 사이의 유체 공간을 형성/규정할 수 있다. 그와 같은 유체 공간은 유체의 흐름을 허용하고, 유체와 다른 유체(예컨대 셸 쪽의 공간에 있는 액체 또는 기체) 사이의 열에너지 교환을 허용할 수 있으며, 두 개의 유체 사이의 열에너지 교환은 덮개판(232) 및/또는 개별 판(244)에 의해 적어도 부분적으로 일어난다.
바람직한 열교환기(200)에서, 하우징 요소(예컨대 236, 212, 214)는 어울리게 끼워져 코어(220)를 수용한다. 입구 헤드(212)는 입구 오리피스(202), 덮개판(232)의 일부와 들어맞는 상부 가장자리(216) 및 U자형 벽(236)의 외측 가장자리(238)와 들어맞는 하부 가장자리(218)를 갖는다. 따라서, 일단 제자리에 놓이면, 입구 헤드(212)는 셸 쪽 유체 공간을 형성 또는 규정한다. 마찬가지로, 출구 헤더(214)는 셸 쪽 유체 공간의 형성 또는 규정에 기여할 수 있다. 바람직한 열교환기(200)에서, 덮개판(232)은 셸 쪽 유체 공간의 형성에도 역시 기여한다. 따라서, 본 예에서, 덮개판(232)은 코어 쪽 유체 공간을 형성하도록 코어(220)의 일부가 되고 셸 쪽 유체 공간을 형성하도록 하우징 요소가 된다. 또한, 이 예에서, 덮개판 (232)은 제자리에 놓이면 U자형 벽(236), 입구 헤더(212) 및 출구 헤더(204)와 함께 밀봉부를 형성하는 귀때(234)를 포함한다. 도시한 것과 같이, 귀때(234)는 덮개판(232)의 길이 방향 가장자리를 따라 U자형 벽(236)과 함께 밀봉부를 형성하고, 덮개판(232)의 폭 방향 가장자리를 따라 입구 헤더(212) 및 출구 헤더(214)와 함께 밀봉부를 형성한다. 이 예에서, 덮개판(232)의 폭 방향 가장자리는 거의 볼록한 아치형이고, 입구 헤더(212)의 상부 가장자리(216)와 출구 헤더(214)의 상부 가장자리는 거의 오목한 아치형이다. 따라서, 본 예에서, 덮개판(232)의 폭 방향 가장자리는 (예컨대 오목-볼록 등의) 헤더(214, 216)의 상부 가장자리와 상보적이다.
바람직한 열교환기(200)에서, 덮개판(232)와 헤더(214, 216)의 상보형 볼록-오목 가장자리는 입구(226)가 헤더 입구(202)에 더 가까이 배치되고 출구(228)가 헤드 출구(204)에 더 가까이 배치될 수 있게 한다. 이러한 배치의 다른 양상은 도 11과 12를 참조하여 기재한다.
유체는 하나 이상의 일부 또는 출구를 통해 코어(220)에 출입할 수 있다. 덮개판(232)은 입구 도관(206)을 수용하는 입구(226) 및 출구 도관(208)을 수용하는 출구(228)를 포함한다. 물론, 덮개판 입구(226)와 출구(228)의 기능은 서로 바꿀 수 있다. 따라서, 바람직한 열교환기(220)는 다양한 입구 및 출구(예컨대 202, 204, 206, 208, 226, 228)에 출입하는 액체 흐름에 따라 실질적으로 역류 또는 공통 흐름 방식으로 동작할 수 있다. 공통 흐름 동작에서는 도시한 바와 같은 입구 도관(206)과 입구 헤더(212)가 각각 개별적인 피더 도관 도관을 수용할 수 있고, 이들 피더 도관은 입구 도관(206)과 입구 헤더(202)를 만나기 전에 그 길이의 적어 도 일부가 평행한 경로를 따라 나아간다. 마찬가지로, 출구 도관(208)과 출구 헤더(214)는 각각 배출 도관을 수용할 수 있고, 이들 배출 도관은 출구 도관(208)과 출구 헤더(204)를 만난 후에 그 길이의 적어도 일부가 평행한 경로를 따라 나아간다. 역류 동작에 있어서, 그와 같은 도관을 위한 평행한 경로도 역시 가능하다.
도 11은 도 10의 바람직한 코어(220)의 몇 가지 예시적인 판(244, 248)을 보여준다. 상판(244)은 거의 위를 향한 상향 가장자리(246)를 갖는 귀때(245)를 포함한다. 상판(244)이 코어(220)의 최상부판일 때, 상향 가장자리(246)는 덮개판(232)의 귀때와 함께 밀봉부를 선택적으로 형성한다. 그 경우, 최상층부과 덮개판(232)은 입구(226)를 통해 유체를 수용할 수 있는 코어 쪽 유체 공간을 형성한다. 상판(244)은 거의 아래를 향한 하향 개방 샤프트(247)를 포함한다.
하판(248)은 거의 아래를 향한 하향 가장자리(250)를 갖는 귀때를 포함한다. 귀때(249)는 먼저 위쪽 방향으로 편향되어 있다. 하지만, 도시한 것과 같이, 귀때(250)의 가장자리는 전형적으로는 하판(248)의 최하부 위치로 거의 아래쪽으로 편향될 수 있다. 하판(248)은 거의 위를 향한 상향 개방 샤프트(251)도 역시 포함한다. 이 예에서, 상판(244)과 하판(248)이 적절히 위치되면, 개방 샤프트(247)와 개방 샤프트(251)는 밀봉(밀폐)된 샤프트를 형성한다. 예컨대, 개방 샤프트(247)가 개방 샤프트(251)를 수용하거나 그 반대일 수 있다. 2 개의 샤프트(247, 251)는 압축 또는 억지 끼움 밀봉부를 형성하면서 브레이징 또는 (예컨대 용접, 화학접합, 화학결합 등의) 다른 밀봉 수단을 이용한 밀봉부를 형성하거나 그 중의 하나를 형성할 수 있다. 적절하게 배치되면, 상판(244)과 하판(248)은 유체 공간(258)을 형성하고 이는 통상 셸 쪽 유체 공간이 된다.
다른 상판(244′)은 하판(248)에 대해 배치될 수 있다. 이 예에서, 상판(244′)의 귀때(245′)는 하판(248)의 귀때(250)와 밀봉부를 형성한다. 그와 같은 밀봉부는 압력 또는 억지 끼움 밀봉부이면서 브레이징 또는 (예컨대 용접, 화학접합, 화학결합 등의) 다른 밀봉 수단을 이용한 밀봉부이거나 그 중의 하나일 수 있다. 적절하게 배치되면, 상판(244′)과 하판(248)은 통상 코어 쪽의 유체 공간인 유체 공간(254)을 형성한다.
코어(220)는 예컨대 상판(244)의 특징을 갖는 하부 코어 판도 역시 포함할 수 있지만, 거의 하향인 샤프트(247)가 없을 수 있다. 그와 같은 판은 셸 쪽 유체 공간으로부터 코어 쪽 유체 공간을 밀봉할 수 있다.
도 12는 도 10의 바람직한 열교환기(200)의 절개 사시도이다. 절개 사시도는 거의 중심 길이 방향으로 절개하고 입구(226)를 지나 폭 방향으로 절개한 것이다. 이 도면은 코어 쪽 유체(예컨대 점선 화살표)를 위한 샤프트 영역과 판 공간 영역 및 셸 쪽 유체(예컨대 실선 화살표)를 위한 판 공간 영역을 노출시킨다. 유체는 입구(226)에 끼워진 입구 도관(206)을 통해 코어 쪽으로 들어올 수 있다. 유체는 입구 헤더(212)의 입구(202)를 통해 셸에 들어올 수 있다.
이 예에서, 덮개판(232)의 귀때(236)의 길이 방향 가장자리는 U자형 벽(236)의 길이 방향 연장부를 따라 밀봉부를 형성한다. 이 밀봉부는 예컨대 압력 또는 억지 끼움 밀봉부이면서 브레이징 또는 (예컨대 용접, 화학접합, 화학결합 등의) 다른 밀봉 수단을 사용하여 형성된 밀봉부이거나 그 중의 하나이다. 덮개판(232) 의 귀때(236)의 최전방 섹션은 상부 가장자리(216) 또는 그 근방에서 입구 헤더(212)와 밀봉부를 형성한다. 마찬가지로, 덮개판(232)의 귀때(236)의 최후방 섹션은 출구 헤더(214)의 상부 가장자리 또는 그 근방에 밀봉부를 형성한다. 이 입구 헤더(212)는 입구 헤더(218)의 가장자리 또는 그 근방에 U자형 벽(236)과 함께 밀봉부를 형성한다. 이 예에서, 입구 헤더는 발산 벽(213)으로 나타낸 것과 같이, 유체 흐름 방향으로 발산한 (예컨대 증가한) 단면을 갖는다. 발산 단면은 셸 쪽의 유체가 셸 내에 (예컨대 하우징에 의해 형성된 공간에) 더욱 균일하게 분포되도록 기여한다.
바람직한 열교환기(200)는 덮개판(232), 7 개의 하판(248-248′), 7 개의 상판(244-244′) 및 하나의 단부판(244″)을 갖는 코어를 포함한다. 다양한 흐름 격실이 8 개의 코어 쪽 공간과 판들 사이의 7 개의 셸 쪽 공간에 배치된다. 이 예에서, 코어 쪽 흐름 격실(264)은 셸 쪽 흐름 격실(268)보다 높이가 작다. 물론, 다른 높이, 높이 관련사항 및/또는 흐름 격실 형태 등도 가능하다. 셸 쪽 공간이 단부판(244″)과 U자형 벽 사이에 존재하는 반면, 일반적으로, 단부판(244″)은 U자형 벽과 밀착되거나 충분히 가까워서, 그와 같은 공간에서 셸 쪽 유체의 집중(channeling)을 방지한다.
코어 쪽 유체의 흐름을 위한 샤프트 영역은 유체가 열교환기(200)의 셸 쪽으로 들어가는 것을 방지하는 복수의 샤프트 벽 섹션(247-247′)을 갖는다. 코어 쪽 유체 공간들은 벽 섹션(247-247′)의 경계 영역을 경유하여 샤프트를 통해 접근 가능하다.
전술한 것과 같이, 덮개판(232)과 입구 헤더(212) 사이의 볼록-오목 관계는 셸 쪽 유체의 더 우수한 분배를 달할 수 있다. 또한, 코어 쪽 유체 흐름 샤프트를 입구 헤더(212)의 입구와 한 줄로 배치하면 셸 쪽 유체 분배를 강화할 수 있다. 제1 예에서, 덮개판과 다른 판들의 볼록한 폭 방향 가장자리는 셸 쪽 유체의 흐름을 위한 더욱 유선형인 코어를 형성한다. 제2 예에서, 코어 쪽 유체 흐름 샤프트를 입구 헤더(212)의 입구(202)와 한 줄로 배치하면 샤프트가 유입 흐름을 막아 셸 쪽 유체의 손실 집중을 방지 또는 감소할 수 있다. 결합하면, 볼록-오목 관계 및 샤프트를 입구 헤더(212)의 입구와 한 줄로 배치하는 것에 의해, 셸 쪽 유체가 방해물을 신속히 만나 더 용이하게 셸 쪽 공간으로 흘러 갈 수 있다. 예컨대, 평탄한 선단을 갖는 열교환기 코어와 비교할 때, 볼록-오목 관계는 코어 쪽 유체 샤프트의 더욱 전진 배치와 셸 쪽 유체 내의 와류 형성의 감소를 가능하게 한다. 또한, 거의 유사한 재료와 구성의 평탄한 선단을 갖는 코어와 비교할 때, 코어의 볼록한 형태는 샤프트 및/또는 코어의 강도 증가를 달성할 수 있다.
도 13은 다양한 바람직한 열교환기(310, 330, 350) 및 예시적인 유선형의 셸 쪽 유체 흐름들을 보여준다. 예시적인 열교환기(310)에서, 유체는 하우징(312) 내의 입구를 통해 들어간다. 헤더 공간은 하우징(312)과 평탄한 선단 열교환 코어(314)에 의해 형성된 영역에 존재한다. 이 영역에 들어가는 유체는 입구 둘레에 하나 이상의 와류를 형성한다. 흐름은 코어 쪽 유체에 대해 샤프트(316) 둘레로 전환된다. 예시적인 열교환기(330)에서, 유체는 하우징(332) 내의 입구를 통해 들어간다. 하우징(332)과 볼록한 선단 열교환 코어(334)에 형성된 영역에 헤더 공간 이 존재한다. 이 영역에 들어가는 유체가 입구 둘레에 하나 이상의 와류를 형성할 수 있는 반면, 흐름은 코어 쪽 유체에 대해 샤프트(336) 둘레로 전환됨에 따라 더욱 유선형이 된다.
도 12의 예시적인 열교환기(200)에 거의 대응하는 바람직한 열교환기(350)에서, 유체는 하우징(352) 안의 입구를 통해 들어간다. 비교적 작은 헤더 공간이 오목 하우징(352)과 볼록한 선단 열교환 코어(354)에 의해 형성된 영역에 존재한다. 이 영역에 들어가는 유체가 이 영역 둘레에 하나 이상의 와류를 형성할 수 있지만, 이 와류는 다른 예의 열교환기(310, 330)의 와류에 비해 덜 현저하다. 흐름은 코어 쪽 유체에 대해 샤프트(356) 둘레로 전환된다. 이 예의 열교환기(350)에서, 하우징(352)의 형태, 코어(354)의 선단의 형태 및 샤프트(356)는 모두 유체 흐름에 영향을 준다. 샤프트(356)는 집중 방지에 기여하며, 코어(3540의 선단의 형태와 하우징(352)의 형태는 헤더 공간과 와류 형성 또는 이들 중의 하나의 감소에 기여한다. 본 예에서, 샤프트(356)는 코어(354)의 볼록한 쪽에 의해 형성된 영역에 적어도 부분적으로 놓이고, 이는 코어(354)의 판들의 다양한 볼록한 면에 의해 형성된다.
도 14는 열교환기 코어를 위한 바람직한 하우징(400)을 보여준다. 바람직한 하우징(400)은 셸 쪽의 유체를 위한 입구 개구(402)와 출구 개구(404)를 갖는 바구니(430) 및 코어 쪽의 유체를 위한 1 이상의 개구(436, 438)를 갖는 덮개(435)를 포함하고, 유체 흐름 및/또는 열전달을 유도하도록 표시자(437)를 선택적으로 포함한다. 표시자(437)는 표면적을 증가시킬 수 있고, 이는 곧 열전달을 증가시킬 수 있다. 도 10-12의 바람직한 열교환기(200)는 U자형 벽(236)과 입구 헤더(212) 및/또는 출구 헤더(214)를 선택적으로 포함한다. 다른 예에서, 바람직한 열교환기는 바람직한 열교환기(200)의 덮개판(232)과 같은 덮개판 및 코어(예컨대 220)를 바구니(예컨대 430)와 함께 포함한다.
본 발명의 몇 가지 바람직한 방법, 장치 및 시스템을 첨부한 도면에 도시하고 위의 상세한 설명에 기재하였지만, 본 발명의 방법과 시스템은 전술한 바람직한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 후술하는 특허청구범위에 기재되고 그에 의해 정해지는 범위에서 벗어나지 않으면서 다양하게 재구성, 변형 및 대체할 수 있다.

Claims (42)

  1. 복수의 개구를 갖는 실질적으로 직사각형인 덮개판, 복수의 개구를 갖는 실질적으로 직사각형인 상판, 복수의 개구를 갖는 실질적으로 직사각형인 하판 및 실질적으로 직사각형인 바닥판을 포함하며,
    상기 덮개판의 개구는 상기 덮개판의 제1 면에 인접 배치된 액체 입구 개구, 상기 덮개판의 반대쪽 면에 인접 배치된 액체 출구 개구, 상기 덮개판의 제1 면 가까이에 제2 면에 인접 배치된 기체 입구 개구 및 상기 덮개판의 반대쪽 면에 인접 배치된 기체 출구 개구를 포함하고,
    상기 상판의 개구는 상기 상판의 제1 면에 인접 배치된 액체 입구 개구, 상기 상판의 반대쪽 면에 인접 배치된 액체 출구 개구, 상기 상판의 제1 면 가까이에 제2 면에 인접 배치된 기체 입구 개구 및 상기 상판의 반대쪽 면에 인접 배치된 기체 출구 개구를 포함하며, 상기 덮개판과 상기 상판에 의해 그 사이에 형성된 액체 흐름 공간 안으로 기체가 흘러 들어가는 것을 방지하도록, 상기 기체 입구 개구는 상기 덮개판의 기체 입구 개구와 함께 밀봉부를 형성하고 상기 기체 출구 개구는 상기 덮개판의 기체 출구 개구와 함께 기체 출구 개구를 형성하며,
    상기 하판의 개구는 상기 하판의 제1 면에 인접 배치된 액체 입구 개구, 상기 하판의 반대쪽 면에 인접 배치된 액체 출구 개구, 상기 하판의 제1 면 가까이 제2 면에 인접 배치된 기체 입구 개구 및 상기 하판의 반대쪽 면에 인접 배치된 기체 출구 개구를 포함하며, 상기 상판과 상기 하판에 의해 그 사이에 형성된 액체 흐름 공간 안으로 액체가 흘러 들어가는 것을 방지하도록, 상기 액체 입구 개구는 상기 상판의 애체 입구 개구와 함께 밀봉부를 형성하고 상기 액체 출구 개구는 상기 상판의 액체 출구 개구와 함께 밀봉부를 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  2. 제1항에 있어서, 실질적으로 직사각형인 복수의 개구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  3. 제1항에 있어서, 실질적으로 원형과 실질적으로 직사각형인 단면적을 갖는 하나 이상의 기체 흐름 헤더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  4. 제1항에 있어서, 실질적으로 원형과 실질적으로 직사각형인 단면적을 갖는 하나 이상의 액체 흐름 헤더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  5. 제1항에 있어서, 실질적으로 원형과 실질적으로 직사각형인 단면적을 갖는 복수의 기체 흐름 헤더 및 실질적으로 원형과 실질적으로 직사각형인 단면적을 갖는 액체 흐름 헤더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 밀봉부들은 브레이징된 밀봉부인 것을 특징으로 하는 열교환기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 덮개판, 상기 상판, 상기 하판 및 상기 바닥판은 스테인리스강으로 된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 기체 흐름 공간에 배치된 흐름 격실들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  9. 제1항에 있어서, 상기 액체 흐름 공간에 배치된 흐름 격실들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  10. 제1항에 있어서, 상기 액체 흐름 공간의 흐름 격실들과 상기 기체 흐름 공간의 흐름 격실들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  11. 제1항에 있어서, 상기 판들 중의 하나 이상의 판의 표면적을 증가시키도록, 상기 하나 이상의 판에 표면 표시자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  12. 제1항에 있어서, 상기 액체 흐름 공간 또는 상기 기체 흐름 공간의 액체 흐름 또는 기체 흐름의 난류를 각각 증가시키도록, 상기 판들 중의 하나 이상의 판에 표면 표시자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  13. 제1항에 있어서, 상기 액체 흐름 공간은 초당 약 160ml 이상의 액체 흐름 공간으로의 액체 유량을 위해 약 2000 이상의 평균 레이놀즈수를 유지하기에 충분한 단면적과 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  14. 제1항에 있어서, 하나 이상의 상판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  15. 제1항에 있어서, 하나 이상의 하판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  16. 제1항에 있어서, 하나 이상의 상판과 하나 이상의 하판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  17. 제1항에 있어서, 상기 실질적으로 직사각형인 덮개판, 상기 실질적으로 직사각형인 상판, 상기 실질적으로 직사각형인 하판 및 상기 실질적으로 직사각형인 바달판은 길이 방향 치수에 대해 다른 폭 방향 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  18. 제1항에 있어서, 상기 열교환기의 동작 중에, 길이 방향 치수는 실질적으로 지구의 중력과 정렬되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  19. 제1항에 있어서, 만곡된, 실질적으로 직사각형인 판들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  20. 제1항에 있어서, 상기 액체 흐름 공간은 기체 흐름 공간의 역할을 하고 상기 기체 흐름 공간은 액체 흐름 공간의 역할을 하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  21. 제1항에 있어서, 상기 기체 입구는 내연기관으로부터 배기를 수용하는 도관에 연결된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  22. 복수의 개구를 갖는 실질적으로 원형인 덮개판, 복수의 개구를 갖는 실질적으로 원형인 상판, 복수의 개구를 갖는 실질적으로 원형인 하판 및 실질적으로 원형인 바닥판을 포함하며,
    상기 덮개판의 개구는 실질적으로 액체 출구 개구 반대쪽에 배치된 액체 입구 개구 및 실질적으로 기체 출구 개구 반대쪽에 배치된 기체 입구 개구를 포함하며,
    상기 상판의 개구는 액체 출구 개구 반대쪽에 배치된 액체 입구 개구 및 기체 출구 개구 반대쪽에 배치된 기체 입구 개구를 포함하고, 상기 덮개판과 상기 상판에 의해 그 사이에 형성된 액체 흐름 공간 안으로 기체가 흘러 들어가는 것을 방지하도록, 상기 기체 입구 개구는 상기 덮개판의 기체 입구 개구와 함께 밀봉부를 형성하고 상기 기체 출구 개구는 상기 덮개판의 기체 출구 개구와 함께 밀봉부를 형성하며,
    상기 하판의 개구는 액체 출구 구개 반대쪽에 배치된 액체 입구 개구 및 기체 출구 개구 반대쪽에 배치된 기체 입구 개구를 포함하고, 상기 상판과 상기 하판에 의해 그 사이에 형성된 기체 흐름 공간 안으로 액체가 흘러 들어가는 것을 방지하도록, 상기 액체 입구 개구는 상기 상판의 액체 입구 개구와 함께 밀봉부를 형성하고 상기 액체 출구 개구는 상기 상판의 액체 출구 개구와 함께 밀봉부를 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  23. 제22항에 있어서, 상기 밀봉부들은 브레이징된 밀봉부인 것을 특징으로 하는 열교환기.
  24. 제22항에 있어서, 상기 액체 흐름 공간은 기체 흐름 공간의 역할을 하고 상기 기체 흐름 공간은 액체 흐름 공간의 역할을 하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  25. 제22항에 있어서, 상기 기체 입구는 내연기관으로부터 배기를 수용하도록 도관에 연결된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  26. 실질적으로 직사각형인 덮개판, 실질적으로 직사각형인 상판, 실질적으로 직사각형인 하판 및 실질적으로 직사각형인 바닥판을 포함하며,
    상기 덮개판은 상기 덮개판의 한 면에 인접 배치된 유체 입구 개구와 상기 덮개판의 반대쪽 면에 인접 배치된 유체 출구 개구를 포함하며,
    상기 상판의 한 면에 인접 배치된 유체 입구 개구 및 상기 상판의 반대쪽 면에 인접 배치된 유체 출구 개구를 포함하고, 상기 유체 입구 개구는 상기 덮개판의 유체 입구 개구와 실질적으로 일치하고 상기 덮개판과 상기 상판은 상기 덮개판과 상기 상판 사이에 유체 흐름 공간을 형성하며,
    상기 하판은 상기 하판의 한 면에 배치된 유체 입구 개구 및 상기 하판의 반대쪽 면에 인접 배치된 유체 출구 개구를 포함하고, 상기 상판과 상기 하판에 의해 적어도 부분적으로 그 사이에 형성된 외측 흐름 공간 안으로 유체가 흘러 들어가는 것을 방지하도록, 상기 유체 입구 개구는 상기 상판의 상기 유체 입구 개구와 함께 밀봉부를 형성하고 상기 유체 출구 개구는 상기 상판의 유체 출구 개구와 함께 밀봉부를 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  27. 제26항에 있어서, 상기 유체 입구 개구들은 유체 흐름 샤프트를 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  28. 제27항에 있어서, 상기 유체 흐름 샤프트는 상기 덮개판, 상기 상판, 상기 하판 및 상기 바닥판에 실질적으로 직각인 주축을 갖는 유체 흐름 샤프트인 것을 특징으로 하는 열교환기.
  29. 제26항에 있어서, 상기 밀봉부들은 브레이징된 밀봉부인 것을 특징으로 하는 열교환기.
  30. 제26항에 있어서, 상기 덮개판, 상기 상판, 상기 하판 및 상기 바닥판은 스테인리스강으로 된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  31. 제26항에 있어서, 상기 덮개판, 상기 상판, 상기 하판 및 상기 바닥판은 하나 이상의 볼록면을 갖는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  32. 제26항에 있어서, 상기 덮개판, 상기 상판, 상기 하판 및 상기 바닥판은 아치형의 볼록한 폭 방향 면들을 갖는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  33. 제27항에 있어서, 상기 샤프트는 볼록면에 의해 형성된 영역 내에 적어도 부분적으로 위치한 것을 특징으로 하는 열교환기.
  34. 제26항에 있어서, 상기 코어가 적어도 부분적으로 위치한 바구니를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  35. 제34항에 있어서, 상기 덮개판은 상기 바구니의 가장자리와 함께 밀봉부를 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  36. 제34항에 있어서, 상기 바구니는 복수의 개구를 갖는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  37. 제36항에 있어서, 상기 복수의 개구들은 상기 외부 유체 공간에 접근하기 위한 입구 개구 및 출구 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  38. 제34항에 있어서, 상기 코어는 볼록한 폭 방향 면들을 갖고, 상기 바구니는 상기 볼록한 폭 방향 면들과 상보하는 오목한 바구니 단부들을 갖는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  39. 제38항에 있어서, 상기 바구니 단부들은 상기 바구니의 입구 개구에 인접한 와류 형성을 감소시키는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  40. 코어 쪽 유체 공간과 덮개판을 갖는 열교환기 코어; 및
    일단이 입구 헤더에 끼워지고 반대쪽 타단이 출구 헤더에 끼워져, 상기 덮개판과 함께 셸 쪽 유체 공간을 형성하는 실질적으로 U자형인 벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  41. 제40항에 있어서, 상기 덮개판은 상기 실질적으로 U자형인 벽의 2 개의 반대 쪽 면과 함께 2 개의 밀봉부를 형성하고, 상기 입구 헤더와 함께 밀봉부를 형성하며, 상기 출구 헤더와 함께 밀봉부를 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  42. 제41항에 있어서, 상기 덮개판은 상기 열교환기 코어의 상판과 함께 코어 쪽 유체 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
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