KR20150041171A - 적층된 판을 구비한 열교환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적층된 판을 구비한 열교환기에 관한 것으로서, 열교환기는 교대 층으로서 상기 판(2)에 의해 한정되는 2개의 독립 회로 사이로 냉각될 유체와 냉각 유체가 흐르는 복수의 적층된 판(2)을 포함하고, 상기 판(2)은 열교환을 위한 영역, 냉각될 유체의 유입구와 유출구, 및 유입구 샤프트(4a)와 유출구 샤프트(5a)를 포함하며, 샤프트(4a, 5a)는 판(2)의 열교환 영역에서 만나는 것을 특징으로 한다.

Description

적층된 판을 구비한 열교환기{HEAT EXCHANGER WITH STACKED PLATES}
본 발명은 적층된 판을 구비한 열교환기에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 엔진의 배기 가스 재순환 교환기(EGRC: exhaust gas recirculation coolers), 오일 교환기, 과량 공급 공기 냉각기 또는 인터쿨러(intercoolers)(CAC: charge air coolers), 및 증발기(evaporators)와 같이 엔진부에 장착되는 모든 종류의 열교환기에 적용된다.
열교환기는 2개의 서로 다른 회로를 형성하는 교대 층(alternating layer)의 두개의 판 사이로 배기 가스와 냉각 유체가 유동하도록 열교환 표면을 형성하는 일련의 적층된 판을 포함한다.
적층된 판의 열교환 뿐만 아니라, 열교환기의 기계적 강도를 개량하기 위하여, 판은 냉각될 가스를 인도하는 판 사이에 배치된 날개(wings)와 같은 가스 교란 수단 및/또는 파형부(corrugation)를 구비할 수 있다.
2개의 연속된 판 사이의 빈 공간은 회로들 중의 하나의 통로를 구성하고, 통로의 바로 위 또는 바로 아래에 다른 회로의 통로가 있어서 이들 회로가 열교환을 가능하게 하도록 교대로 있다. 회로들 중 적어도 하나의 모든 통로는 결정된 형태와 결정된 높이를 갖는 판 내에서 압인(stamping)에 의해 그리고 유체의 통과를 가능하게 하기 위한 판의 천공(perforation)에 의해 형성되는 샤프트에 의해 연통할 수 있다.
판이 적층되면, 샤프트 중 압인된 영역은 다른 회로의 통로를 가로지르며 동일한 회로의 교대 통로 사이의 연통을 생성한다. 샤프트의 압인된 형태는 일반적으로 둥글거나 타원형이다.
샤프트를 포함하는 압인된 영역은 열교환이 이루어지지 않는다면 파형부도 날개도 나타내지 않는다. 결국, 당해 기술 분야에서 공지된 열교환기의 샤프트는 열교환 영역의 외부에 위치되며, 달리 말하면, 판이 합체되며, 일 측면에 샤프트의 배치를 위한 추가적인 재료 영역이 위치된다. 이것은 샤프트가 냉각될 가스의 재순환을 방해하지 않는 한 열교환 표면을 최대화하게 한다. 그러나 이러한 방법은 열교환기 크기를 상당히 증가시키는 단점을 가지므로 엔진에 적용할 때는 문제가 된다.
본 발명은 엔진에의 보다 양호한 결합을 제공하고 또한 양호한 열효율을 보장함으로써 당해 기술 분야에 공지된 적층된 층을 구비한 열교환기의 단점을 개선하는 적층된 층을 구비한 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 적층된 판을 구비한 열교환기는 복수의 적층된 판을 포함하는 형태로서, 상기 판 사이에서는, 교대 층의 판에 의해 한정되는 2개의 독립 회로 사이로 냉각될 유체와 냉각 유체가 유동하고, 상기 판은 열교환을 위한 영역과, 냉각될 유체의 유입구 및 유출구와, 상기 판에 압인된 냉각 유체의 유입구 및 유출구(또는, "유로" 혹은 "통로") 샤프트를 포함하고, 상기 샤프트는 판의 열교환 영역에서 통합되는 것을 특징으로 한다.
샤프트가 판의 열교환 영역에서 통합되기 때문에, 열교환기의 전체 부피를 줄이는 것과 엔진에 결합을 개선하는 것이 가능하다. 결국, 당업계의 경우에서처럼 샤프트를 수용하기 위해 판에 추가적인 재료 영역을 합체할 필요가 없어진다. 따라서, 판의 열교환 영역에서 샤프트의 형상(geometry)과 배치가 열교환에 있어서 장애가 되지 않는다.
바람직하게, 적층된 판의 열교환 및 열교환기의 기계적 강도를 개선하기 위해 열교환 영역에 배치된 파형부 및/또는 날개를 수용한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 샤프트는 실질적으로 기다란 형상을 가지며, 보다 긴 길이를 가진 측면은 냉각될 유체의 유동 방향으로 배향된다. 또한, 샤프트는 냉각될 유체의 통로의 가로 방향으로 상당히 축소된 크기를 가지며, 이것은 열교환 시에 기다란 샤프트의 표면 영향을 최소화하게 한다.
바람직하게, 기다란 샤프트는 판의 중간 영역 혹은 주변 영역에 위치한다.
본 실시예는 냉각될 유체의 유입구 및 유출구가 적층된 판의 그룹의 동일한 말단에 인접한 위치에 배치되고, 반대편 말단은 폐쇄되어 있고, 진행하는 통로와 복귀하는 통로를 한정하는 "U"자 형태의 열교환기에 적합하다. 이때, 기다란 샤프트보다 긴 길이를 갖는 칸막이 벽은 냉각될 유체가 진행하는 통로와 복귀하는 통로를 분리하는 것이 가능하다. 기다란 샤프트에 대한 이러한 디자인은 판과 다른 판 간에 다양한 방향에서 "U"자 형태를 용이하게 한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 냉각 유체와 연관된 샤프트는 냉각될 유체의 유출구 영역에 근접한 판의 측면 상에 위치해 있다.
이 경우, 냉각될 유체의 유동 중 단지 일 부분만이 유출구 영역에 도착하면서 샤프트의 칸막이 벽에 접촉하여 샤프트와의 접촉이 최소화되기 때문에, 양호한 열효율을 보장하며 열교환기의 전체 부피를 감소시키는 것이 가능하다.
바람직하게, 샤프트는 실질적으로 원형 혹은 타원형의 형상을 갖는다.
본 실시예는 냉각될 유체의 유입구 및 유출구가 적층된 판의 그룹의 2개의 대향하는 말단에 배치되는 직선 형태의 열교환기에 적합하다.
앞서 기술된 설명을 용이하게 하기 위해, 제한되지 않는 예로서 도식적으로 본 발명의 적층된 판을 갖는 열교환기의 실시예의 2개의 적용 경우를 나타내는 도면을 첨부한다.
도 1은 종래 적층 판을 가진 열교환기의 사시도,
도 2는 도 1의 열교환기의 횡단면도,
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 판의 사시도,
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기의 사시도,
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 열교환기의 사시도.
도 1 및 도 2는 복수의 적층된 판(2)을 포함하고, 상기 적층된 판(2)에 의해 한정된 2개의 독립 회로(2a, 2b)에서 냉각될 가스와 냉각 액체가 그 판 사이를 순환하는, 당업계에 알려진 EGR(exhaust gas recirculation) 타입의 열교환기(1)를 도시한다.
열교환 뿐만 아니라 열교환기의 기계적 강도를 개선하기 위해 판(2)은 냉각될 가스의 회로(2a)의 판 사이에 배치된 날개와 같은 냉각될 가스의 교란 수단(3a) 및/또는 압인된 파형부(3)(도 3 참조)를 수용할 수 있다.
또한, 열교환기(1)는 판(2)에 압인된 냉각 액체의 유입구 샤프트(4) 및 유출구 샤프트(5)와, 배기 가스의 재순환 직선 방향으로 배치된 냉각될 가스의 유입구(6) 및 유출구(7)와, 상부 지지 판(8)과 하부 지지 판(9)과, 재순환 직선 방향의 가스의 유입구 및 유출구의 분기 회로 수단(10, 11)을 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 샤프트(4, 5)는 열교환 영역의 외부에서 판의 추가적인 영역에 위치한다. 이는 샤프트가 냉각될 가스의 순환에 방해가 되지 않는 한 열교환의 표면을 최대화하도록 해 주지만, 열교환기(1)의 크기를 상당히 증가시켜 엔진에 적용할 때는 문제가 된다.
도 3 및 도 4는 샤프트(4a, 5a)가 판(2)의 열교환 영역에서 통합되는 열교환기의 제 1 실시예를 도시한다. 구체적으로, 샤프트(4a, 5a)는 실질적으로 기다란 형상을 가지며, 보다 긴 길이를 가진 측면은 냉각될 가스가 유동하는 방향으로 배향된다(도 3 참조).
또한, 샤프트(4a, 5a)는 냉각될 가스의 통로의 가로 방향으로 상당히 축소된 크기를 가지며, 이것은 열교환 시에 상기 기다란 샤프트(4a, 5a)의 표면 영향을 최소화하게 한다.
기다란 샤프트(4a, 5a)는 바람직하게 판(2)의 거의 중간 영역에 위치하고, 또한 주변부를 차지할 수도 있다.
본 실시예는 냉각될 가스의 유입구 및 유출구가 적층된 판의 그룹의 동일한 말단에 인접한 위치에 배치되고, 반대편 말단은 폐쇄되어 있고, 진행하는 통로와 복귀하는 통로를 한정하는 "U"자 형태의 열교환기에 적합하다.
이때, 기다란 샤프트(4a, 5a)보다 긴 길이를 갖는 칸막이 벽은 냉각될 가스가 진행하는 통로와 복귀하는 통로를 분리하는 것이 가능하다. 판에서 진로를 같게 할 목적으로 만약 복귀하는 통로의 섹션을 더 작게 배치하려면, 기다란 샤프트(4a, 5a)를 중심에서 벗어나게 위치시키면 된다. 가스 저장소(11)는 폐쇄된 가스의 복귀를 위해 사용된다.
도 5는 샤프트(4b, 5b)가 또한 판(2)의 열교환 영역에서 통합되는 열교환기(1b)의 제 2 실시예를 도시한다. 구체적으로, 샤프트(4b, 5b)는 냉각될 가스의 유출구(7) 영역에 근접하여 판(2)의 측면에 위치된다.
이 경우, 냉각될 가스의 오직 일 부분만이 유출구(7) 영역에 도착하는 한편 샤프트(4b, 5b)의 칸막이 벽에 접촉하여 샤프트와의 접촉이 최소화되기 때문에, 열교환기(1b)의 전체 부피를 줄이는 것과 양호한 열효율을 보장하는 것이 가능하다. 이 경우, 보통 샤프트는 실질적으로 원형이거나 타원형을 갖는다.
본 실시예는 냉각될 가스의 유입구 및 유출구가 적층된 판의 그룹의 2개의 대향하는 말단에 배치되는 직선 타입의 열교환기에 적합하다.
그러나, 본 실시예는 복귀하는 통로를 관통한 후에, 냉각될 가스의 유동이 샤프트(4b, 5b)의 칸막이 벽과 만나고 또한 모든 섹션에서 가스의 분배와 열교환을 교란시키게 되므로, "U"자 형태의 타입의 열교환기에 적용되지 않는다.
이 두 실시예는 열교환기의 크기를 줄여주고 또한 엔진에 결합을 개선시켜 양호한 열효율을 보장하게 한다.

Claims (5)

  1. 적층된 판을 구비한 열교환기(1)로서, 상기 열교환기는 복수의 적층된 판(2)을 포함하고, 상기 판(2) 사이에서는, 교대 층의 상기 판(2)에 의해 한정되는 2개의 독립 회로(2a, 2b) 사이로 냉각될 유체와 냉각 유체가 유동되고, 상기 판(2)은 그 양면에 냉각될 유체와 냉각 유체가 접하는 열교환을 위한 영역과, 냉각될 유체의 유입구(6) 및 유출구(7)와, 상기 판(2)에 압인된 냉각 유체의 유입구 샤프트(4a, 4b) 및 유출구 샤프트(5a, 5b)를 포함하는, 상기 열교환기에 있어서,
    상기 샤프트(4a, 5a, 4b, 5b)는 상기 판(2)의 열교환 영역 내에 일체 형성되며,
    상기 샤프트(4b, 5b)는 실질적으로 기다란 형상을 가지며, 단면에서 보다 긴 길이를 갖는 측면은 냉각될 유체의 유동 방향으로 배향되어 있는 것을 특징으로 하는
    열교환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기다란 샤프트(4b, 5b)는 상기 판(2)의 중앙 혹은 주변 영역에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는
    열교환기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열교환기는 "U"자 형태의 타입을 가지며, 냉각될 유체의 유입구(6) 및 유출구(7)는 적층된 판(2)의 그룹의 냉각될 유체의 순환 방향에서 동일한 말단에 인접한 위치에 배치되고, 냉각될 유체의 순환 방향에서 반대편 말단은 폐쇄되어 있고, 진행하는 통로와 복귀하는 통로를 한정하며, 기다란 샤프트보다 긴 길이를 갖는 칸막이 벽은 냉각될 유체가 진행하는 통로와 복귀하는 통로를 분리하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
    열교환기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    냉각 유체와 연관된 상기 샤프트(4a, 5a)는 냉각될 유체의 유입구(6) 영역에 근접한 판(2)의 주변 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는
    열교환기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 샤프트(4a, 5a)는 실질적으로 원형 또는 타원형의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는
    열교환기.
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