KR20240015383A - 열 교환기 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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KR20240015383A
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김성민
이학준
최원우
박시목
방성환
현승봉
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

본원은 하부의 열 교환부 및 상부의 유량 분배부를 포함하는 열 교환기에 있어서, 상기 열 교환부는 하부 기판 및 상기 하부 기판의 일면 상에 배치된 복수의 열 교환 요소를 포함하고, 상기 유량 분배부의 내부에 분배 기판이 배치되고, 상기 분배 기판은 일측 말단에 유체 분배 경사부를 포함하며, 상기 유체 분배 경사부는 상기 유량 분배부의 타면 방향으로 경사진 것인, 열 교환기에 관한 것이다.

Description

열 교환기 및 이의 제조 방법 {HEAT EXCHANGER AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}
본원은 열 교환기 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
열 교환기의 냉각은 고온의 열원에서 저온의 작동 유체를 통해 열을 흡수하는 방식으로 작동하며, 일반적으로 차량, 플랜트, 전자제품 등 고발열 표면 냉각이 필요한 곳에 다양하게 적용될 수 있다.
대부분의 열교환기는 작동 유체의 진행방향에 따른 열 흡수로 인한 유체의 저온에서 고온으로 따른 온도 구배를 피할 수 없으며, 이는 열교환기의 효율 저하로 이어진다. 구체적으로, 종래의 열교환기는 입구에서의 작동 유체의 온도와, 출구에서의 작동 유체의 온도 차이가 크기 때문에, 냉각의 대상의 위치에 따라 냉각되는 정도에 차이가 있어 열 교환기의 효율이 고르지 못한 문제가 존재하였다.
이에 따라, 효율적인 고성능 고발열 표면 냉각을 위해서는 작동 유체의 온도 구배를 완화할 필요가 있으며, 구체적으로 고발열 표면과 직접적인 열교환이 일어나지 않는 상층부의 저온 작동유체와 직접적인 열교환이 일어나는 하층부의 고온 작동유체의 혼합을 유도함으로써 열 교환기의 효율 향상을 만족시킬 수 있다.
본원의 배경이 되는 기술인 한국등록특허공보 제10-1126134호는 종횡유로를 가지는 고효율 미세채널 적층형 열교환기에 대한 것이다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 열 교환기 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본원은 상기 열 교환기를 포함하는 열전 발생 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은 하부의 열 교환부 및 상부의 유량 분배부를 포함하는 열 교환기에 있어서, 상기 열 교환부는 하부 기판 및 상기 하부 기판의 일면 상에 배치된 복수의 열 교환 요소를 포함하고, 상기 유량 분배부의 내부에 분배 기판이 배치되고, 상기 분배 기판은 일측 말단에 유체 분배 경사부를 포함하며, 상기 유체 분배 경사부는 상기 유량 분배부의 타면 방향으로 경사진 것인, 열 교환기를 제공한다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 분배 기판은 상기 유량 분배부의 제 1 방향으로 서로 이격되어 적층될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유량 분배부의 제 2 방향으로 배열된 적어도 하나의 보조 분배부를 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 보조 분배부 및 상기 유량 분배부는 서로 이격되도록 배열될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유량 분배부는 제 1 방향으로 배열된 분배 기판들의 사이에 형성된 유체 유입 유로를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유량 분배부는 상기 유체 분배 경사부 및 상기 열 교환부의 열 교환 요소 사이에 형성된 유체 분배 유로를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유량 분배부의 전면은 개방되고, 후면은 폐쇄된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 작동 유체는 상기 열 교환기의 전면으로부터 유입되고, 상기 열 교환부의 후면으로 배출될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 열 교환 요소 및 상기 열 교환기의 타면 사이에 형성된 유체 배출 유로를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 열 교환기는 유로 분리판을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유로 분리 기판은 상기 유량 분배부 및/또는 상기 열 교환부 내부의 공간을 적어도 둘 이상의 영역으로 구분할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유체 분배 경사부 및 상기 열 교환 요소는 서로 접촉하거나 또는 이격될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유체는 냉매 또는 열매를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 제 2 측면은 일측 말단에 유체 분배 경사부를 포함하는 분배 기판을 배치하여 유량 분배부를 형성하는 단계; 하부 기판의 일면 상에 복수의 열 교환 요소를 형성하여 열 교환부를 형성하는 단계; 및 상기 하부 기판의 일면과 상기 분배 기판의 타면이 대향되도록, 상기 열 교환부 상에 상기 유량 분배부를 형성하는 단계; 를 포함하고, 상기 유체 분배 경사부는 상기 유량 분배부의 타면을 향해 경사지도록 형성된 것인, 열 교환기의 제조 방법을 제공한다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유량 분배부의 제 1 방향 상에 서로 이격하도록 상기 분배 기판을 적층하는 단계를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유량 분배부의 제 2 방향 상에, 일측 말단에 유체 분배 경사부를 포함하는 적어도 하나의 보조 분배부를 형성하는 단계를 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 복수의 열 교환 요소와 상기 유체 분배 경사부가 서로 접촉하거나 또는 이격하도록 배치될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유량 분배부의 후면을 폐쇄하는 단계를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 제 3 측면은, 상기 제 1 측면에 따른 열 교환기, 및 상기 열 교환기의 타면 상에 배치된 고온부를 포함하는, 열전 발생 장치를 제공한다.
본원의 제 4 측면은, 상기 제 1 측면에 따른 열전 발전기, 및 열 교환부의 타면 상에 배치된 저온부를 포함하는, 열전 발생 장치를 제공한다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.'
본원에 따른 열 교환기는, 상부의 유량 분배부를 통해 유입된 저온의 작동유체와, 하부의 열 교환부를 통과하여 열원에서 열을 흡수한 고온의 작동유체가 혼합되도록 유로가 형성되어 있다. 이러한 유로에 의해, 종래 열 교환기의 문제점인 작동 유체의 진행에 따른 온도 구배를 완화시킬 수 있다.
또한, 상기 열 교환기는 작동 유체의 온도 구배 및 온도 상승을 완화시킴으로써, 열 교환기의 냉각 효율을 향상시킬 수 있고, 열교환기를 사용하는 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 열 교환기는 고발열 표면 냉각이 필요한 플랜트, 차량, 전력 장치 등에 다양하게 사용할 수 있으며, 종래의 열전 발전기에 비해 열전 소자의 효율이 향상되어 폐열을 통해 더 많은 전력의 회수가 가능하다.
또한, 상기 열 교환기의 전면으로부터 내부에 고온의 공기가 주입될 경우에도, 유량 분배부 및 열 교환부의 구조에 의해 고온의 공기의 진행에 따른 온도 구배를 완화시킬 수 있어 상기 열 교환기는 열전 발전기의 고온부에서도 사용될 수 있으며, 균일한 온도를 유지할 수 있다.
다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.
도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 열 교환기의 사시도이다.
도 2a 는 본원의 일 구현예에 따른 열 교환기의 사시도이다.
도 2b 는 본원의 일 구현예에 따른 열 교환기의 단면도이다.
도 3a 는 본원의 일 구현예에 따른 열 교환기의 사시도이다.
도 3b 는 본원의 일 구현예에 따른 열 교환기의 단면도이다.
도 3c 는 본원의 일 구현예에 따른 열 교환기의 단면도이다.
도 4 는 본원의 일 구현예에 따른 열 교환기의 단면도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다.
그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 의 기재는, "A 또는 B, 또는, A 및 B" 를 의미한다.
이하에서는 본원의 열 교환기 및 이의 제조 방법에 대하여, 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은 하부의 열 교환부(200) 및 상부의 유량 분배부(100)를 포함하는 열 교환기에 있어서, 상기 열 교환부(200)는 하부 기판(210) 및 상기 하부 기판(210)의 일면 상에 배치된 복수의 열 교환 요소(220)를 포함하고, 상기 유량 분배부(100)의 내부에 분배 기판(110)이 배치되고, 상기 분배 기판(110)은 일측 말단에 유체 분배 경사부(120)를 포함하며, 상기 유체 분배 경사부(120)는 상기 유량 분배부(100)의 타면 방향으로 경사진 것인, 열 교환기를 제공한다.
본원에 따른 열 교환기는, 열전 발전기나 열 교환이 필요한 분야에서 사용될 수 있는 것으로서, 고온으로 가열된 표면에 상대적으로 낮은 온도의 유체를 공급하는 것, 또는 저온으로 냉각된 표면에 상대적으로 높은 온도의 유체를 공급하는 것이다. 상기 열전 발전기에 부착된 열전 소자는 온도 차이로부터 전기를 발생시키는 만큼, 열전 소자의 전체 면적에 대해 열 교환의 효율적으로 이루어질 필요가 있다. 그러나 종래의 열 교환기를 사용한 열전 발전기의 경우, 열전 소자의 전면, 즉 고온(또는 저온)의 유체가 공급되는 방향에 위치한 영역에서는 열 교환이 활발히 발생하나, 후면에 위치한 영역에서는 온도차이가 적어 열 교환이 효율적으로 이루어지지 못하는 단점이 있다.
본원에 따른 열 교환기는, 유체 분배 경사부(120)를 포함하는 분배 기판(110)을 통해, 고온(또는 저온)의 유체를 냉각(또는 가열)없이 열전 발전기의 후면까지 전달할 수 있어 열전 발전기의 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 유량 분배부(100)는 상부 기판 및 상기 상부 기판의 타면 상에 배치된 상기 분배 기판(110)을 포함할 수 있다.
본원 명세서 전체에서, 기판의 일면 및 타면은 상기 기판을 기준으로 각각 기판의 상면과 하면을 의미할 수 있다. 다만, 해당 상면과 하면의 기재는 필요에 따라 하면과 상면 등으로 변동될 수 있다.
본원 명세서 전체에서, 열 교환기의 전면은 상기 열 교환기의 내부에 유체가 유입되는 면이고, 상기 열 교환기의 후면은 상기 열 교환기의 내부에서 유체가 배출되는 면을 의미한다.
또한, 본원 명세서 전체에서, 유량 분배부(100)의 제 1 방향은 도 1 을 기준으로 하였을 때 상하 방향을 의미하고, 제 2 방향은 상기 열 교환기의 전면에서 후면으로 향하는 방향을 의미한다.
도 1, 도 2a, 및 도 3a 는 본원의 일 구현예에 따른 열 교환기의 사시도이고, 도 2b, 도 3b, 도 3c, 및 도 4 는 본원의 일 구현예에 따른 열 교환기의 단면도이다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유량 분배부(100)는 내부에 분배 기판(110)이 배치되고, 상기 분배 기판(110)은 일측 말단에 유체 분배 경사부(120)를 포함하며, 상기 유체 분배 경사부(120)는 상기 유량 분배부(100)의 타면 방향으로 경사진 구조를 가질 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유량 분배부(100)는 제 1 방향으로 배열된 분배 기판(110)들의 사이에 형성된 유체 유입 유로를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
후술하겠지만, 상기 열 교환기 내에 배치된 분배 기판(110)은 복수 개일 수 있고, 상기 분배 기판(110)은 도 1 내지 도 4B 를 참고하면 제 1 방향과 제 2 방향으로 배열된 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 분배 기판(110)은 상기 유량 분배부(100)의 제 1 방향으로 서로 이격되어 적층될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이 때 상기 제 1 방향으로 이격되어 적층된 분배 기판(110)들은, 하부에서부터 제 1 층 기판(111), 제 2 층 기판(112), 및 제 3 층 기판(113)이라고 칭할 수 있고, 각각의 유체 분배 경사부(120)는 제 1 경사부(121), 제 2 경사부(122), 및 제 3 경사부(123)라 칭할 수 있다.
상기 적층 횟수에 따라, 상기 분배 기판(110)들은 N 층의 구조를 가질 수 있으며, 제 1 층 기판(111)과 제 2 층 기판(112), 제 2 층 기판(112)과 제 3 층 기판(113)의 사이에는 유체 유입 유로가 형성될 수 있으며, 상기 제 3 층의 기판과 상기 유량 분배부(100)의 상부 기판 사이 역시 유체 유입 유로가 형성될 수 있다. 즉, 상기 분배 기판(110)들이 N 층으로 적층되었을 경우, 상기 유체 유입 유로는 N 개의 유로를 가질 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 열 교환기는 상기 유량 분배부(100)의 제 2 방향으로 배열된 적어도 하나의 보조 분배부(400)를 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이 ‹š 상기 보조 분배부(400)와 상기 유량 분배부(100)의 기본적인 구조는 동일하나, 상기 열 교환기의 가장 전면에 위치하고 제 1 방향으로 적층된 분배 기판(110)들 만이 유량 분배부(100)이고, 상기 유량 분배부(100)를 기준으로 제 2 방향에 배치된 분배 기판들은 위치와 무관하게 모두 보조 분배부(400)라 칭할 수 있다.
상기 보조 분배부(400)의 분배 기판 역시 제 1 방향으로 서로 이격되어 적층될 수 있으며, 상기 유량 분배부(100)의 분배 기판(110)과 구분하기 위해 보조 분배부(400)의 분배 기판들은 보조 기판(410)이라고 칭해질 수 있고, 상기 보조 기판(410)의 사이에도 유체 유입 유로가 형성될 수 있다.
상기 보조 분배부(400)는 제 2 방향으로 복수 개가 배치될 수 있으며, 상기 유량 분배부(100)와 가까이 있을 수록 보조 분배부(400), 제 2 보조 분배부(500) 등으로 분류되어 상기 유량 분배부(100)와 N 번째로 가까운 보조 분배부(400)는 제 N 보조 분배부(400)가 될 수 있고, 상기 제 1 방향으로 적층된 보조 기판들의 사이에 보조 분배 유로가 형성될 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 보조 분배부(400)의 높이는 상기 유량 분배부(100)의 높이와 동일하거나 낮을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이 때 상기 유량 분배부(100)의 높이 및 상기 보조 분배부(400)의 높이는 각각 상기 유량 분배부(100) 및 상기 보조 분배부(400)의 분배 기판과 하부 기판 사이의 거리 중 가장 큰 값을 의미한다. 예를 들어, 도 3b 를 기준으로, 유량 분배부(100)의 높이는 제 3 층 기판(113)과 하부 기판(210) 사이의 거리이고, 상기 보조 분배부(400)의 높이는 제 2 층에 형성된 보조 기판(412)와 하부 기판(210) 사이의 거리를 의미한다.
이와 관련하여, 상기 유량 분배부(100) 및 상기 보조 분배부(400)는, 각각의 끝단에 형성된 경사부를 통해, 작동 유체가 열 교환 요소(220)와의 접촉이 활발해져 효율적인 열 교환을 위한 것이다. 즉, 본원에 따른 열 교환기는 도 3a 및 도 3b 와 같이 보조 분배부(400)의 최대 높이가 유량 분배부(100)의 최대 높이보다 낮을 수도 있으나, 보조 분배부(400)의 최대 높이가 유량 분배부(100)의 최대 높이보다 높아도 무관하다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 보조 분배부(400) 및 상기 유량 분배부(100)는 서로 이격되도록 배열될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 유량 분배부(100)의 최상단에 형성된 유체 유입 유로를 통과하는 유체가 상기 보조 분배부(400)로 공급되기 때문에, 상기 유량 분배부(100)와 상기 보조 분배부(400) 사이에는 최소한의 간격이 필요할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유체 분배 경사부(120)는 분배 기판(110)의 타면을 향하도록 경사진 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원에 따른 유체 분배 경사부(120)는, 상기 분배 기판(110)의 일면을 타고 흐르는 유체를 상기 열 교환부(200)로 유입시키기 위해 경사진 것을 의미한다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유체 분배 경사부(120)는 상기 분배 기판(110)과 90° 초과 180° 미만의 각도를 이루도록 경사진 것이거나, 일정한 곡률을 갖도록 경사진 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이 때 상기 유체 분배 경사부(120)와 분배 기판(110) 사이의 각도가 90° 미만일 경우 작동 유체가 유동 방향을 거슬러 이동해 열 교환 효율이 저하되고, 180° 이상일 경우 분배된 작동 유체가 다시 유량 분배부(100)로 진입할 수 있어 열 교환 효율이 저하될 수 있다.
도 2b 및 도 5 를 참조하면, 상기 유체 분배 경사부(120)는 상기 분배 기판(110)과 θ 의 각을 이루거나, 일정한 곡률을 갖도록 경사진 것일 수 있다.
상기 유체 분배 경사부(120)는 상기 열 교환부(200)의 열 교환 요소(220)와 접하거나 이격하도록 구성될 수 있다.
구체적으로 도 2b 를 참조하면, 각 유체 유입 유로의 높이는 도 2b 의 하부에서부터 H1, H2, 및 H3 이고, 분배 기판(110) 중 가장 하부에 위치한, 제 1 경사부(121)의 가장 낮은 점과 상기 하부 기판(210)사이에 형성된 높이 차이는 Hchannel 이며, 이 때 열 교환 요소(220)의 높이는 Hfin 이 될 수 있다. 또한, 열 교환 요소(220)의 폭은 Wwall 이고, 열 교환 요소(220) 사이의 간격은 Wchannel 이며, 유체 분배 경사부(120)와 분배 기판(110) 사이의 각도는 θ 일 수 있다. 이 때 상기 유체 분배 경사부(120)와 상기 열 교환 요소(220)가 접할 경우 Hfin=Hchannel 이 될 수 있다.
또한, 상기 H1, H2, H3, Hchannel, H-fin, Wwall, 및 Wchannel 등의 패러미터들은 방열량, 냉매 또는 열매의 온도, 유동 저항 등 작동 환경에 따라 변경될 수 있다.
이 때, 제 1 층 기판(111), 제 1 경사부(121), 및 열 교환부(200) 사이를 통해서도 작동 유체가 이동하는 유로가 형성될 수 있으며, 해당 유로를 통해서도 작동 유체와 열 교환 요소(220) 사이의 열 교환이 이루어질 수 있다. 이 때 상기 해당 유로를 통과하는 유체는, 상기 제 1 경사부(121)에 의해 진행방향이 수정될 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 보조 분배부(400)의 분배 기판(110)은, 타측 말단에 형성된 보조 경사부를 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 보조 경사부는 상기 유체 분배 경사부(120)와 달리 상기 분배 기판(110)의 일면을 향하도록 경사진 것일 수 있으며, 상기 유량 분배부(100)의 유체 유입 유로에서 유입되는 유체가 상기 보조 분배 유로로 유입되도록 조절하기 위해 상기 보조 분배부(400)의 보조 기판(410)들은 보조 경사부(420)를 추가 포함할 수 있다.
도 3a 및 도 3b 를 참조하면, 상기 보조 분배부(400)을 기준으로 제 2 방향 상에 또다른 보조 분배부가 형성될 수 있다. 이 때 2번째의 보조 분배부(500)는 첫번째의 보조 분배부(400)와 마찬가지로 보조 기판(510) 및 보조 경사부(520)를 포함할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 분배 기판(110)은 상기 유량 분배부(100)의 제 3 방향으로 배열될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이 때 제 3 방향은 도 1 을 기준으로 10시-4시 방향을 의미한다.
상기 열 교환기는 상기 제 1 방향 및 제 2 방향으로 배열된 분배 기판(110)을 포함하는 유량 분배부(100)를 하나의 구성 단위로 하여 상기 구성 단위를 폭 방향으로 배열된 구조를 가질 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유체 분배 경사부(120) 및 상기 열 교환 요소(220)는 서로 접촉하거나 또는 이격될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 작동 유체는 상기 열 교환기의 전면으로부터 유입되고, 상기 열 교환부(200)의 후면으로 배출될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유량 분배부(100)의 전면은 개방되고, 후면은 폐쇄된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 유체는 상기 열전 발전기의 전면으로부터 유입되는 것으로서, 상기 열전 발전기의 후면, 즉 유량 분배부의 후면이 개방되어 있을 경우, 상기 열전 발전기를 통과하는 유체 중 일부가 상기 유량 분배부(100)의 후면을 통해 배출될 수 있고, 이 경우 상기 배출된 유체는 열 교환 과정 없이 낮은 온도로 배출될 수 있다. 이러한 문제를 방지하기 위해, 상기 유량 분배부(100)의 후면은 폐쇄될 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유량 분배부(100)는 상기 유체 분배 경사부(120) 및 상기 열 교환부(200)의 열 교환 요소(220) 사이에 형성된 유체 분배 유로를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 유체 유입 유로는 분배 기판(110)의 일면 상에 형성되어 유체가 수평 방향으로 이동하는 유로이고, 상기 유체 분배 유로는 상기 유체가 상기 유체 분배 경사부(120)에 의해 상기 열 교환 요소(220)로 이동하기 위해 형성된 유로이다. 즉, 상기 유체 분배 유로는 분배 기판(110)의 타면을 향하도록 형성될 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 열 교환기는 유로 분리 기판(300)을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유로 분리 기판(300)은 상기 유량 분배부(100) 및/또는 상기 열 교환부(200) 내부의 공간을 적어도 둘 이상의 영역으로 구분할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이와 관련하여, 상기 유량 분배부(100)에 위치한 유로 분리 기판을 제 1 유로 분리 기판(310), 상기 열 교환부(200)에 위치한 유로 분리 기판을 제 2 유로 분리 기판(320)이라고 정의할 수 있다.
상기 분배 기판(110)의 폭이 매우 넓은 경우, 상기 유체 유입 유로 및 유체 분배 유로를 수직으로 구분할 수 있도록 제 벽을 다수 포함할 수 있으며, 이러한 벽과 같이 유량 분배부(100) 및 열 교환부(200) 내부의 공간을 구분하는 기판을 유로 분리 기판이라고 정의할 수 있다. 이 때 상기 유량 분배부(100)는 제 3 방향으로 배열될 경우, 외부와 내부를 구분하는 벽이 유로 분리 기판으로 칭해질 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 열 교환 요소(220) 및 상기 열 교환기의 타면 사이에 형성된 유체 배출 유로를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 열 교환 요소(220)는 상기 하부 기판(210)의 일면 상에 제 2 방향 및 제 3 방향으로 배열되는 것으로서, 상술하였듯 Wchannel 만큼 이격될 수 있어 유로가 형성될 수 있다. 즉, 상기 유체 배출 유로는 상기 열 교환기의 전면에서부터 유입되는 공기가, 상기 하부 기판(210)과의 열 교환 후 배출되는 유로를 의미하는 것이다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유체는 냉매 또는 열매를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 유체가 냉매일 경우, 상기 하부 기판(210)은 고온으로 가열된 것일 수 있고, 상기 유체가 열매인 경우 상기 하부 기판(210)은 저온으로 냉각된 것일 수 있다.
본원의 제 2 측면은 일측 말단에 유체 분배 경사부(120)를 포함하는 분배 기판(110)을 배치하여 유량 분배부(100)를 형성하는 단계; 하부 기판(210)의 일면 상에 복수의 열 교환 요소(220)를 형성하여 열 교환부(200)를 형성하는 단계; 및 상기 하부 기판(210)의 일면과 상기 분배 기판(110)의 타면이 대향되도록, 상기 열 교환부(200) 상에 상기 유량 분배부(100)를 형성하는 단계; 를 포함하고, 상기 유체 분배 경사부(120)는 상기 유량 분배부(100)의 타면을 향해 경사지도록 형성된 것인, 열 교환기의 제조 방법을 제공한다.
먼저, 일측 말단에 유체 분배 경사부(120)를 포함하는 분배 기판(110)을 배치하여 유량 분배부(100)를 형성한다.
이어서, 하부 기판(210)의 일면 상에 복수의 열 교환 요소(220)를 형성하여 열 교환부(200)를 형성한다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유량 분배부(100)의 후면을 폐쇄하는 단계를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유량 분배부(100) 및/또는 상기 열 교환부(200)의 내부에 유로 분리 기판(300)을 배치하는 단계를 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 유량 분배부(100)를 형성하는 단계와, 상기 열 교환부(200)를 형성하는 단계는 동시에 또는 독립적으로 이루어질 수 있으며, 순서와 무관하게 제작될 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유량 분배부(100)의 제 1 방향 상에 서로 이격하도록 상기 분배 기판(110)을 적층하는 단계를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유량 분배부(100)의 제 2 방향 상에, 일측 말단에 유체 분배 경사부(120)를 포함하는 적어도 하나의 보조 분배부(400)를 형성하는 단계를 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이어서, 상기 하부 기판(210)의 일면과 상기 분배 기판(110)의 타면이 대향되도록, 상기 열 교환부(200) 상에 상기 유량 분배부(100)를 형성한다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 복수의 열 교환 요소(220)와 상기 유체 분배 경사부(120)가 서로 접촉하거나 또는 이격하도록 배치될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 제 3 측면은, 상기 제 1 측면에 따른 열 교환기, 및 상기 열 교환기의 타면 상에 배치된 고온부를 포함하는, 열전 발생 장치를 제공한다.
본원의 제 4 측면은, 상기 제 1 측면에 따른 열 교환기, 및 상기 열 교환기의 타면 상에 배치된 저온부를 포함하는, 열전 발생 장치를 제공한다.
상기 열 교환기는 열전 소자를 포함하는 열전 발생 장치에 부착될 수 있는 것으로서, 필요에 따라 상기 열 교환기는 상기 열전 소자를 가열하거나 또는 냉각할 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 유량 분배부
110 : 분배 기판
111 : 제 1 층 기판
112 : 제 2 층 기판
113 : 제 3 층 기판
120 : 유량 분배 경사부
121 : 제 1 경사부
122 : 제 2 경사부
123 : 제 3 경사부
200 : 열 교환부
210 : 하부 기판
220 : 열 교환 요소
300 : 유로 분리 기판
310 : 제 1 유로 분리 기판
320 : 제 2 유로 분리 기판
400 : 보조 분배부
410 : 보조 기판
420 : 보조 경사부
500 : 보조 분배부

Claims (20)

  1. 하부의 열 교환부 및 상부의 유량 분배부를 포함하는 열 교환기에 있어서,
    상기 열 교환부는 하부 기판 및 상기 하부 기판의 일면 상에 배치된 복수의 열 교환 요소를 포함하고,
    상기 유량 분배부의 내부에 분배 기판이 배치되고,
    상기 분배 기판은 일측 말단에 유체 분배 경사부를 포함하며,
    상기 유체 분배 경사부는 상기 유량 분배부의 타면 방향으로 경사진 것인,
    열 교환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분배 기판은 상기 유량 분배부의 제 1 방향으로 서로 이격되어 적층된 것인, 열 교환기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 유량 분배부의 제 2 방향으로 배열된 적어도 하나의 보조 분배부를 추가 포함하는 것인, 열 교환기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 보조 분배부 및 상기 유량 분배부는 서로 이격되도록 배열된 것인, 열 교환기.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 유량 분배부는 제 1 방향으로 배열된 분배 기판들의 사이에 형성된 유체 유입 유로를 포함하는 것인, 열 교환기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 유량 분배부는 상기 유체 분배 경사부 및 상기 열 교환부의 열 교환 요소 사이에 형성된 유체 분배 유로를 포함하는 것인, 열 교환기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 유량 분배부의 전면은 개방되고, 후면은 폐쇄된 것인, 열 교환기.
  8. 제 7 항에 있어서
    상기 작동 유체는 상기 열 교환기의 전면으로부터 유입되고,
    상기 열 교환부의 후면으로 배출되는 것인, 열 교환기
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 열 교환 요소 및 상기 열 교환기의 타면 사이에 형성된 유체 배출 유로를 포함하는 것인, 열 교환기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 교환기는 유로 분리 기판을 추가 포함하는 것인, 열 교환기.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 유로 분리 기판은 상기 유량 분배부 및/또는 상기 열 교환부 내부의 공간을 적어도 둘 이상의 영역으로 구분하는 것인, 열 교환기.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 분배 경사부 및 상기 열 교환 요소는 서로 접촉하거나 또는 이격된 것인, 열 교환기.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체는 냉매 또는 열매를 포함하는 것인, 열 교환기.
  14. 일측 말단에 유체 분배 경사부를 포함하는 분배 기판을 배치하여 유량 분배부를 형성하는 단계;
    하부 기판의 일면 상에 복수의 열 교환 요소를 형성하여 열 교환부를 형성하는 단계; 및
    상기 하부 기판의 일면과 상기 분배 기판의 타면이 대향되도록, 상기 열 교환부 상에 상기 유량 분배부를 형성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 유체 분배 경사부는 상기 유량 분배부의 타면을 향해 경사지도록 형성된 것인,
    열 교환기의 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 유량 분배부의 제 1 방향 상에 서로 이격하도록 상기 분배 기판을 적층하는 단계를 포함하는 것인, 열 교환기의 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 유량 분배부의 제 2 방향 상에, 일측 말단에 유체 분배 경사부를 포함하는 적어도 하나의 보조 분배부를 형성하는 단계를 추가 포함하는 것인, 열 교환기의 제조 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 복수의 열 교환 요소와 상기 유체 분배 경사부가 서로 접촉하거나 또는 이격하도록 배치된 것인, 열 교환기의 제조 방법.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 유량 분배부의 후면을 폐쇄하는 단계를 포함하는 것인, 열 교환기의 제조 방법.
  19. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 열 교환기; 및
    열 교환기의 타면 상에 배치된 고온부;
    를 포함하는 것인,
    열전 발전기.
  20. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 열 교환기; 및
    열 교환기의 타면 상에 배치된 저온부;
    를 포함하는 것인,
    열전 발전기.
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