KR20220036971A - 일체형 건조기를 구비한 열교환기 및 플레이트 열교환기용 플레이트 - Google Patents

일체형 건조기를 구비한 열교환기 및 플레이트 열교환기용 플레이트 Download PDF

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피터 하일
루카스 루지치카
마틴 쿠바차
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한온시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 건조기(10) 및 수냉식 응축기(12)를 포함하는 열교환기(1)에 관한 것으로, 이 경우 상기 응축기(12)는 다수의 플레이트(8) 및 2개의 엔드 플레이트(25)를 포함하고, 이 경우 상기 건조기(10)는 상기 응축기(12)에 통합되어 있고, 상기 플레이트(8)들은 개구(9)를 가지며, 이 개구(9)는, 복수의 플레이트(8)가 병치되는 경우 상기 플레이트(8)들 내 개구(9)들이 공동을 형성하도록 설계되어 있으며, 그리고/또는 엔드 플레이트 중 하나 이상의 엔드 플레이트(25)가 공동을 가지며, 이 경우 상기 공동은 건조기(10) 및/또는 건조제(11)를 수용하기에 적합하다.

Description

일체형 건조기를 구비한 열교환기 및 플레이트 열교환기용 플레이트
본 발명은 건조기 및 수냉식 응축기(water-cooled condenser)를 포함하는 플레이트 열교환기(plate heat exchanger)에 관한 것으로서, 이 경우 상기 응축기는 다수의 플레이트와 경우에 따라서는 일체형 리시버(integrated receiver)를 갖는 2개의 엔드 플레이트(end plate)를 포함한다.
또한, 본 발명은 개구를 갖는 플레이트 열교환기용 플레이트 및 그 용도에 관한 것이다.
플레이트 열교환기는, 각각 연속하는 간극들에서 먼저 가열되어, 그 다음 방열되는 매체가 흐르도록 구성된 플레이트들로 이루어진 열교환기의 특수 설계이다. 플레이트 조립체(plate pack)는 외부 방향으로 그리고 매체 사이에서 밀봉되어 있다.
현재 수냉식 응축기는 플레이트-플레이트(plate-plate) 또는 플레이트-라멜라들(plate-lamella) 구조로 제조된다. 수냉식 응축기의 설계로 인해, 건조제는 별도의 외부 냉매 수집기-건조기 용기에 넣어져 그곳에 저장된다.
공지된 응축기들에서 이러한 외부 수집기-건조기 용기는 수용/건조기 병으로서 응축기 외부에 배치되어 있다.
FR3001795 B1호에는 2개의 엔드 플레이트 사이에 배치된 다수의 플레이트가 서로 연결된 공조 회로용 플레이트 열교환기가 공지되어 있다. 상기 플레이트 열교환기는 원통형 수집기-건조기를 구비하고, 도 1과 같이 2개의 엔드 플레이트 중 하나의 엔드 플레이트 상에(외부) 배치되어 있다.
2개의 엔드 플레이트 중 하나 엔드 플레이트 상에 외부에 배치된 건조기는, 수냉식 응축기 조립체의 치수가 증가한다는 단점을 갖는다. 또한, 건조기로서 수집 건조기 병을 사용할 경우 연결관들 또는 연결 블록이 필요하다. 그 밖에 나사식으로 장착 가능한 수집 건조기 병들은 부분적으로 추가적인 조립 공정이 필요하다.
본 발명의 과제는 치수가 더 작고 제조 비용이 경제적인 열교환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제는 도입부에 언급한 형태의 플레이트 열교환기에 의해 해결되며, 상기 플레이트 열교환기의 경우 수집기-건조기가 응축기에 통합되고, 플레이트들은 개구를 가지며, 이 경우 개구는, 다수의 플레이트가 병치되는 경우 상기 플레이트들 내 개구들이 공동을 형성하도록 설계되어 있고, 그리고/또는 엔드 플레이트 중 하나가 공동을 가지며, 이때 상기 공동은 건조기 및/또는 건조제를 수용하기에 적합하다. 수집기-건조기 또는 수집 건조기 병이 응축기의 내측부에 배치되는 상기와 같은 실시 형태는 응축기의 치수가 비교적 작으며, 이는 특히, 열교환기가 자동차에 설치될 때 유리하다.
또한, 수집기-건조기가 응축기의 내측부에 배치되는 실시 형태에서는 열교환기의 제조가 단순화되고, 따라서 열 건조기의 비용도 감소된다.
상기와 같은 실시 형태의 또 다른 장점은, 수집 건조기 병이 응축기 상의 외부에 설치되는 구조에 비해 치수가 더 작다는 것이다. 또한, 수집 건조기 병과 응축기를 연결할 수 있는 연결관들 또는 연결 블록과 같은 추가 부품들이 생략될 수 있다.
응축기의 내측부는 바람직하게는 플레이트-플레이트 또는 플레이트-(냉각-) 핀 구성에서 진공 브레이징(vacuum brazing)과 같은 브레이징에 의해 형성되어 있으며, 이 경우 응축기는 냉매 운반 층(냉매 채널(refrigerant channel))들 및 물 운반 층(수로(water channel))들을 갖는다.
건조기는 바람직하게는 하나 이상의 건조기 개구를 가지며, 이 경우 상기 하나 이상의 건조기 개구는 건조기 개구가 냉매 운반 층 또는 하나 이상의 냉매 채널에 연결되어 냉매가 건조기로 유입될 수 있도록 형성되어 있다. 이는 냉매가 공동 내에 배치된 건조제를 통해 유동하거나, 또는 상기 건조제와 물리적으로 접촉하여 액체를 연결하게 한다. 이 경우 건조제는 반드시 관류될 필요는 없고, 확산 능력으로 개구에 도달하다. 건조제는 수분을 흡수하는데, 이 경우 물은 열을 흡수하거나 열을 방출하는 매체에 의해 건조기를 관류하지 않는다. 이를 위해 플레이트들에 의해 형성된 공동이 하나 이상의 건조기 개구를 통해, 냉매가 채워지는 응축기의 공간과 연결되어 있다.
하나 이상의 건조기 개구는 바람직하게는 응축기의 하나 이상의 냉매 운반 층에 배치되거나 하나 이상의 냉매 채널에 연결되어 있다.
건조기는 바람직하게는 밀봉링을 갖는 필터를 포함하는 필터 폐쇄부(가역적(reversible))로 폐쇄될 수 있다. 이와 같은 설계는 공동/건조기에 위치한 건조제의 삽입 또는 교체를 허용한다.
플레이트의 개구는 바람직하게는 플레이트에 의해 형성된 플레이트 표면의 중앙에 배치되어 있다. 그러나 개구가 플레이트의 중앙에 배치되지 않은 플레이트의 실시 형태들도 고려될 수 있다.
엔드 플레이트 중 하나 이상의 엔드 플레이트가 공동을 갖는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시 형태에서, 상기 공동은 커플링 블록에 의해 냉매 회로와 연결되어 있다. 이러한 실시 형태는 폭이 좁은 구조적 형상을 가지며, 이러한 구조적 형상은 엔드 플레이트를 변경함으로써 건조기의 빠른 교체를 가능하게 한다.
상기 커플링 블록은 바람직하게 플랜지를 통해 엔드 플레이트와 연결되어 있으며, 이 경우 적절한 방식으로 상기 플랜지와 엔드 플레이트 사이의 밀봉링이 배치되어 있다. 이 경우에는 단순 이중 O-링, 금속 시일 피팅(metal seal fitting)과 같이 자동차 산업에서 알려진 밀봉 개념이 사용된다.
또한, 본 발명의 과제는 개구를 갖는 플레이트 열교환기용 플레이트에 의해 해결되며, 이 경우 상기 개구는 다수의 플레이트가 병치되는 경우 상기 플레이트들 내 개구들이 공동을 형성하도록 설계되어 있다.
또한, 본 발명의 과제는 플레이트 열교환기의 응축기에서 사용하기 위한 본 발명에 따른 플레이트의 용도에 의해 해결된다.
본 발명의 실시 예들의 추가적인 세부 사항들, 특징들 및 장점들은 첨부된 도면들을 참조하여 이루어지는 실시 예들의 하기 설명으로부터 드러난다. 도면부에서:
도 1은 종래 기술에 공지된 바와 같은 외부 수집 건조기를 구비한 공조 회로용 플레이트 열교환기를 도시하고,
도 2는 원형 개구를 갖는 본 발명에 따른 플레이트를 도시하며,
도 3은 타원형 개구를 갖는 본 발명에 따른 플레이트를 도시하고,
도 4a-c는 본 발명에 따른 플레이트 및 플레이트들의 적층(stack)에 의해 형성된 공동/건조기를 도시하며,
도 5는 응축기의 내측부에 배치된 공동/건조기의 개략도를 도시하고,
도 6a-h는 일체형 건조기를 갖는 수냉식 응축기의 개략적인 단면도를 도시하며,
도 7a-c는 일체형 건조기를 갖는 수냉식 응축기의 개략도를 도시하고, 그리고
도 8은 본 발명의 제2 실시 형태의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 1은 리시버로서 외부에 배치된 수집 건조기 병, 즉 냉매 수집 병/건조기 용기(2)를 갖는, 종래 기술에 공지된 바와 같은 플레이트 열교환기(1)를 도시한다.
상기 플레이트 열교환기(1)는 응축기(3)를 포함하고, 이 응축기는 다수의 플레이트(4) 및 2개의 엔드 플레이트(5)에 의해 형성된다. 상기 플레이트(5)들의 모서리에는 물과 냉매의 유입 및 배출을 위한 개구(7)들이 배치되어 있다.
상기 수집 건조기 병(2)은 연결 블록(6) 또는 연결관들을 통해 냉매측(refrigerant side) 응축기(3)와 연결되어 있다.
도 2 및 도 3은 개구(9)를 갖는 플레이트(8)들을 도시하며, 이때 상기 개구는 다수의 플레이트(8)가 병치되거나 적층되는 경우 개구(9)들이 건조기(10) 및 건조제 백 내 건조제(11)가 채워질 수 있고, 따라서 응축기(12)를 위한 수집기-건조기(10)로서 사용되는 공동을 형성하도록 설계되어 있다.
도 2에 도시된 플레이트(8)의 실시 형태에서 개구(9)는 원형이며, 도 3에 도시된 실시 형태에서는 타원형이다. 그러나 개구(9)는 다른 형상, 예를 들면 각이 진 형상을 가질 수도 있고 플레이트(8)의 다른 위치에 배치될 수 있다.
플레이트(8)들은 추가 개구(13)들을 갖는다. 플레이트(8)들로부터 형성된 응축기(12) 내에서는 이러한 개구부(13)들을 통해 냉매 또는 물이 흐른다.
도 4a는 하나의 개구(9) 및 4개의 개구(13)를 갖는 플레이트(8)의 3차원 도면을 도시한다.
도 4b는 r도 4a에 도시된, 개구(9)를 갖는 플레이트(8)의 컷아웃(cut-out)을 도시한다.
도 4c는 응축기(12)의 내측부(30)를 함께 형성하는 복수의 적층 플레이트(8)를 도시한다.
상기 적층 플레이트(8)들에 의해서는 개구(9)들이 있는 지점에서 응축기(12)의 중앙에 공동이 형성되며, 이 공동은 건조제(11)로 채워지거나 수집기-건조기(10)가 그 내부에 배치되어 있다. 건조기(10)의 브레이징 처리된 표면(14)은 용기와 플레이트(8)들 사이에서 연결을 형성한다.
건조기(10)는 도 5에 도시된 하나 이상의 건조기 개구(15)를 갖는다.
도 5 및 도 6은 실시 예를 도시하고 하기에서 함께 설명될 것이다.
도 5는 건조기(10)와 수냉식 응축기(12)의 냉매 회로 사이 연결에 대한 개략도를 상세하게 도시한다. 적합하게 건조기(10)는 알루미늄 카트리지/병으로서 형성되어 있고 브레이징에 의해 응축기(12)의 플레이트(8)들과 연결된다. 카트리지 또는 병은 적합하게는 밀봉용 O-링을 갖는 플러그 및 필터용 밀봉면을 갖고 내부 나사산이 있는 압출 알루미늄 프로파일로 제조된다. 플러그 및 밀봉-O-링들을 갖는 상기와 같은 실시 형태는 건조제 교체 시 유지 보수가 용이하다. 건조제가 채워지는 공동 내에는, 플레이트 열교환기에서 이러한 공동을 연결할 수 있는 압력이 존재한다.
건조제(11)는 적합하게는 백에서 건조기(10) 내로 삽입되고, 상기 건조기(10)는 이어서 도 6g 및 도 6h에 따른 필터 폐쇄부(24)에 의해 폐쇄된다.
건조기(10)는 플레이트(8)들의 중앙에서 응축기(12)의 내측부(30)를 통과하는 용기로서 구성되어 있다.
내측부(코어)(30)에 통합된 건조기 병을 갖는 수냉식 응축기(12)는 "원샷(One-Shot)" 브레이징에 의해 제조되므로 외부 건조기 용기 또는 외부 건조기 병을 장착하기 위한 추가 조립 단계가 필요하지 않다.
냉매 채널(16)들과 수로(17)들은 플레이트(8)들 사이에서 연장된다.
건조기(10)는 개방 채널(23)을 동시에 형성하는 하나 이상의 건조기 개구(15)를 통해, 냉매가 건조기(10)의 용기를 통해 흐르거나 상기 건조기에 연결될 수 있도록 한다. 냉매는 건조기(10) 및 건조제(11)를 통해 흐른다(도면 부호 21로 도시됨). 건조기 용기인 건조기(10)는 하나 이상의 건조기 개구(15)를 통해 응축 섹션(18) 및/또는 유입 섹션(19) 및/또는 과냉각 섹션(20)의 냉매 채널(16)에 연결될 수 있다. 그러나 수로(17)들의 경우 건조기(10)가 폐쇄되어 있다(폐쇄 채널(22)).
유입 섹션(19)은 응축기(12)의 내측부(30) 영역으로서 설계되어 있는데, 이는 복수의 연속적인 플레이트(8)가 냉매를 위한 공간을 형성한다는 것을 의미한다.
건조제(11)를 냉매 회로에 연결함으로써, 상기 건조제(11)는 시스템으로부터 수분을 흡수할 수 있다.
수냉식 응축기(12)들에서는 수집기-건조기(10)가 플레이트 열교환기(1)의 열전달 플레이트(8)들에 완전히 통합되는 것이 중요하다. 실시 예에 따라, 일체형 건조기(10)는 과냉각 섹션(20)(과냉각 영역), 일체형 수집 용기 또는 유입 섹션(19), 마지막 응축 플레이트들, 즉 엔드 플레이트(25)들에 또는 유형 및 유동 프로파일에 따라 가능한 추가 실시 형태들의 조합으로 배치될 수 있다.
유입 섹션을 갖는 열교환기의 설계는 도 6a 내지 6h에 도시된 바와 같이 상이한 섹션 조합들을 갖는 모든 물 응축기(water condenser) 구성에 사용될 수 있다.
도 6a 내지 6h에는, 냉매 유입 개구(26), 냉매 배출 개구(27), 물 유입 개구(28) 및 물 배출 개구(29)를 포함하는 일체형 건조기(10)를 구비한 수냉식 응축기(12)의 단면도가 도시된다.
도 6a는 응축 섹션(18)을 갖는 일체형 건조기(10)를 구비한 수냉식 응축기(12)의 단면도를 도시한다.
도 6b는 과냉각 섹션(20)을 갖는 수냉식 응축기(12)의 단면도를 도시한다.
도 6c는 유입 섹션(19)을 갖는 수냉식 응축기(12)의 단면도를 도시한다.
도 6d는 유입 섹션(19)과 응축 섹션(18)을 갖는 수냉식 응축기(12)의 단면도를 도시한다.
도 6e는 유입 섹션(19)과 과냉각 섹션(20)을 갖는 수냉식 응축기(12)의 단면도를 도시한다.
도 6f는 과냉각 섹션(20)과 응축 섹션(18)을 갖는 수냉식 응축기(12)의 단면도를 도시한다.
도 6g 및 도 6h는 유입 섹션(19), 과냉각 섹션(20) 및 응축 섹션(18)을 포함하는 내측부(코어)(30)를 갖는 수냉식 응축기(12)의 단면도를 도시한다. 건조제(11)를 구비한 일체형 건조기(10)는 필터(31) 및 밀봉부를 갖는 플러그를 포함하는 필터 폐쇄부(24, 25)로 폐쇄되어 있다(밀봉부(31)를 갖는 블록으로 도시됨).
도 6h에 도시된 수냉식 응축기(12)의 실시 형태는 추가로 냉매가 과냉각 섹션(18)을 우회할 수 있는 내부 관(32)들을 갖는다.
도 6g 및 6h에는 예들 들어, 건조기(10)(용기)와의 연결이 점으로 도시되어 있으며, 이들 점은 예를 들어, 냉매가 건조기(10)를 어떻게 관류하는지, 즉 도 5의 실시 형태에 따라 냉매 채널(16)들을 통해 흐르는 냉매가 하나 이상의 건조기 개구(15)를 통해 용기를 통과하는 동안 냉매의 건조기 관류 모습을 설명한다. 수로(17)들은 건조기(10)와 연결되어 있지 않다.
도 6a 내지 6h에 도시된 화살표들은 응축기(12) 내에서 냉매와 물의 유동 방향을 도시한다.
유입 섹션(19)으로서 일체형 유입구를 갖는 기술은 도 7a 내지 7c에 도시된 일체형 수집기-건조기(10)를 구비한 다른 모든 플레이트 열교환기(1)에 사용될 수 있다. 도 7a 내지 7c에 도시된 실시 형태들은 2개의 물 유입 개구(40, 44) 및 2개의 물 배출 개구(41, 45) 그리고 2개의 냉매 유입 개구(42, 46) 및 2개의 냉매 배출 개구(43, 47)를 갖는다.
도 7a는 수냉식 응축기(12) 및 일체형 열교환기(33)를 결합하는 플레이트 열교환기(1)를 도시한다.
도 7b는 수냉식 응축기(12), 일체형 열교환기(33) 및 증발기(34)를 결합하는 플레이트 열교환기(1)를 도시한다.
도 7c는 수냉식 응축기(12), 일체형 열교환기(33), 증발기(34) 및 각각의 추가 냉매 및 냉각제 열교환기(35)를 결합하는 플레이트 열교환기(1)를 도시한다.
도 8에는, 수집기-건조기가 수냉식 응축기(12)의 엔드 플레이트(25)에 통합된 내측부(30)를 갖는 본 발명의 제2 실시 형태의 단면도가 도시된다.
엔드 플레이트(25)는 그 내부에, 건조제를 수용하기 위해 사용되는 공동을 가지며, 따라서 상기 엔드 플레이트(25)는 평탄하고, 따라서 공간을 절약하는 방식으로 응축기(12)에 통합되는 건조제 용기가 된다.
이 경우 엔드 플레이트(25)는 나머지 플레이트(8)들의 전체 길이를 갖지 않고, 응축기(12)를 형성하는 플레이트(8)들보다 짧다.
엔드 플레이트(25)는 플랜지(36)를 통해 커플링 블록(37)과 연결되어 있으며, 이 경우 상기 엔드 플레이트(25)와 커플링 블록(37)은 플레이트(8)와 동일한 치수를 가짐으로써 공간을 절약하는 방식으로 연결되어 있다.
커플링 블록(37)은 냉매가 통과하는 추가적인 측면 배출구를 갖는다. 커플링 블록(37)을 통해, 엔드 플레이트(25) 내에 있는 건조제는 하나 이상의 냉매 채널과 접촉한다.
고정을 위해, 도시된 실시 예에 따르면 플랜지(36)와 커플링 블록(37)은 나사선이 있는 볼트와 너트(38)를 통해 서로 결합된다. 밀봉을 위해 플랜지(36)와 커플링 블록(37) 사이에는 밀봉부(39)가 위치한다.
상기와 같은 유형의 개구는 또한, 공동에 삽입되는 전자 부품을 가열/냉각하기 위한 섹션으로도 사용될 수 있다. 이 기술은 또한, 물/물 또는 물/오일 또는 물/공기 또는 다중 유체 열교환기(2개 이상)에서도 사용될 수 있다.
본 발명은 건조기 및 수냉식 응축기(water-cooled condenser)를 포함하는 플레이트 열교환기(plate heat exchanger)에 관한 것으로서, 이 경우 상기 응축기는 다수의 플레이트와 경우에 따라서는 일체형 리시버(integrated receiver)를 갖는 2개의 엔드 플레이트(end plate)를 포함한다.
또한, 본 발명은 개구를 갖는 플레이트 열교환기용 플레이트 및 그 용도에 관한 것이다.

Claims (11)

  1. 건조기(10) 및 수냉식 응축기(12)를 포함하고, 상기 응축기(12)는 다수의 플레이트(8) 및 2개의 엔드 플레이트(25)를 포함하는, 열교환기(1)로서,
    상기 건조기(10)는 상기 응축기(12)에 통합되어 있고,
    상기 플레이트(8)들은 개구(9)를 가지며, 이 개구(9)는, 복수의 플레이트(8)가 병치되는 경우 상기 플레이트(8)들 내 개구(9)들이 공동을 형성하도록 설계되어 있고,
    그리고/또는 상기 엔드 플레이트 중 하나 이상의 엔드 플레이트(25)가 공동을 가지며,
    상기 공동은 건조기(10) 및/또는 건조제(11)를 수용하기에 적합한 것을 특징으로 하는, 열교환기(1).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 응축기(12)의 내측부(30)가 플레이트-플레이트(plate-plate) 또는 플레이트-(냉각-)핀(plate-(cool-)fin) 구성에서 브레이징에 의해 형성되어 있고, 상기 응축기(12)는 냉매 운반 층(16)들 및 물 운반 층(17)들을 갖는 것을 특징으로 하는, 열교환기(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 건조기(10)가 하나 이상의 건조기 개구(15)를 가지며, 상기 하나 이상의 건조기 개구(15)는 건조기 개구(15)가 상기 냉매 운반 층(16)과 연결되도록 형성된 것을 특징으로 하는, 열교환기(1).
  4. 제3항에 있어서,
    상기 하나 이상의 건조기 개구(15)가 상기 응축기(12)의 하나 이상의 냉매 운반 층(16)에 배치된 것을 특징으로 하는, 열교환기(1).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 건조기(10)가 필터 폐쇄부(24)에 의해 폐쇄될 수 있는 것을 특징으로 하는, 열교환기(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플레이트(8) 내 개구(9)가 플레이트(8)에 의해 형성된 표면의 중앙에 배치된 것을 특징으로 하는, 열교환기(1).
  7. 제1항에 있어서,
    상기 엔드 플레이트 중 하나 이상의 엔드 플레이트(25)가 공동을 갖는 경우, 상기 공동은 커플링 블록(37)에 의해 냉매 회로와 연결된 것을 특징으로 하는, 열교환기(1).
  8. 제7항에 있어서,
    상기 커플링 블록(37)이 플랜지(36)를 통해 상기 엔드 플레이트(25)와 연결된 것을 특징으로 하는, 열교환기(1).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개구(9) 내에 가열 또는 냉각을 위한 전자 부품이 배치된 것을 특징으로 하는, 열교환기(1).
  10. 개구(9)를 갖는 플레이트 열교환기(1)용 플레이트(8)로서,
    상기 개구(9)는, 복수의 플레이트(8)가 병치되는 경우 상기 플레이트(8)들 내 개구(9)들이 공동을 형성하도록 설계된, 플레이트(8).
  11. 열교환기(1)에서 사용하기 위한 제10항에 따른 플레이트(8)의 용도.
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