KR0177796B1 - 열가소성 패널 열 교환기 및 그의 제조방법 - Google Patents

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시무어 비이 트래치모브스키
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Abstract

내용 없음.

Description

열가소성 패널 열 교환기 및 그의 제조 방법
제1도는 열 교환기 패널의 평면도이고,
제2도와 제3도는 열 교환기 패널의 또 다른 실시양태의 평면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 열 교환기 패널 12 : 래비린드(유체 흐름 통로)
14,27 : 채널 15,15A,26,28 : 밀봉구역
16,16A,16B,27 : 밀봉구역 주변의 공간
17,21 : 유입구 오리피스 18,22 : 유출구 오리피스
20 : 밀봉 가장자리 23 : 유입구 헤더수단
24 : 유출구 헤더수단 25 : 래비린드(유체 흐름 통로)
26 : 열 교환기 패널이 접합되어 밀봉된 구역
본 발명은 열 가소성 패널 열 교환기의 제조 방법, 특히 유입구 및 유출구 헤더 수단(header means)을 가지는 가소성 패널 열 교환기의 제조 방법 및 그 결과 제조되는 패널 열 교환기에 관한 것이다.
플레이트 또는 패널 열 교환기는 공지되어 있고, 그들은 작동에 있어서 그러한 유형의 열 교환기의 비교적 평평한 표면상의 공기 통로에 의하여 특징지워진다. 열 전도성 금속, 예컨대, 알루미늄으로 패널 열 교환기를 비롯한 열 교환기를 제조하는 것이 전통적인 방법이다. 그러나, 경제적인 방식으로, 얇고 경량이며 적당한 강도를 갖는 구조 알루미늄을 포함한 금속을 형성시키는 것은 어렵다.
열 가소성 중합체로 제조된 플레이트 또는 패널 열 교환기 및 그러한 열 교환기를 제조하는 방법은, 유럽 특허 출원 즉, 1988년 10월 12일에 공개된 에이. 제이. 세사로니와 제이. 피이. 셔스터의 공개번호 제0 286 399호, 0 286 400호 및 1988년 10월 19일에 공개된 에이. 제이. 세사로니의 제0 287 271호, 및 1988년 8월 15일에 출원된 에이. 제이. 세사로니의 유럽 특허 출원 번호 제883 075 60.8호가 공지되어 있다. 상기 특허 출원들에는 열교환기의 안과 밖으로 액체 흐름을 허용하는 헤더 수단을 포함하는 열 가소성 패널 열 교환키의 제조 방법이 기술되어 있다.
이제, 헤더 수단을 가지는 열 가소성 패널 열 교환기의 개선된 제조 방법을 발견하였다.
따라서, 본 발명은 열 교환기가 제1 및 제2패널과 유입구 및 유출구 헤더 수단을 포함하고, 상기 각 패널이 일반적으로 평면이며 열가소성 중합체 시트(sheet)로써 형성되고, 상기 각 패널이 그 안에 유입구 및 유출구 헤더 수단 각각에 함께 작용하도록 위치한 오리피스를 가지며, 상기 각 유입구 및 유출구 헤더 수단이 평평한 말단을 가지는 디스트리뷰터(distributor)로 구성되고, 그 디스트리뷰터가 축 방향의 유체 흐름 통로 및 하나 이상의 방사상 유체-흐름 통로를 가지며, 상기 패널들은 유입구 및 유출구 헤더 수단 사이에 연장되는 유체 흐름 통로를 구획하기 위하여 함께 접합된 것인, 열가소성 중합체로 형성된 패널 열 교환기를 제조하는 방법을 제공하며, 이 방법은 하기(a) 내지 (c)의 단계들을 포함하여 구성된다:
(a) 열 가소성 중합체로 형성된 시트 하나 이상을 코우팅 조성물로 코우팅하고;
(b) ⅰ) 시트들이 서로간, 및 패널 열 교환기 내에서 그들의 위치에 상응하여 공간적으로 떨어져 있는 디스트리뷰터의 반대편 양끝과도 접촉하고, 또한 ⅱ) 코우팅이 시트 사이의 접촉 영역에 있도록, 가열된 성형기 내 금형 사이에 (a)에서 형성된 코팅된 시트, 열가소성 중합체로 형성된 제2시트, 및 디스트리뷰터를 배치하고(이때, 상기 금형 중 하나 이상의 표면은 그들 상에 패널 열 교환기의 유체 흐름 통로에 상응하는 움푹 들어간 패턴(recessed pattern)을 가지며, (a)에서 적용된 코우팅은 열의 영향하에서 코우팅된 시트가 제2시트에 결합하는 것이 용이하도록 한다);
(C) 상기 시트들 사이 및 시트와 디스트리뷰터 말단 사이의 접합이 이루어지도록 하기 위하여, 상기 금형을 가열하고, 금형을 가열하는 동안 상기 시트들을 금형의 움푹 들어간 패턴 속으로 확장시키기 위하여, 대기압보다 높은 압력으로 불활성 가스를 상기 시트들 사이에 적용시킴으로써, 시트들 사이에 유체 흐름 통로를 형성한다.
본 발명은 또한 열 교환기가 제1 및 제2패널과 유입구 및 유출구헤더 수단을 포함하고, 상기 각 패널이 일반적으로 평면이고 열가소성 중합체시트로 형성되며, 각 패널이 그들 내에 각 유입구와 유출구 수단에 함께 적용하도록 위치한 오리피스를 가지며, 상기 각 유입구와 유출구 수단이 평평한 말단을 가지는 디스트리뷰터로서 구성되고, 상기 디스트리뷰터가 축 방향 유체 흐름 통로 및 하나 이상의 방사상 유체 흐름 통로를 포함하며, 유입구와 유출구 헤더 수단간에 연장된 유체 통로를 구획하기 위하여 상기 패널이 함께 접합된 것으로서, 하기 단계 (a) 및 (b)의 단계를 포함하여 구성되는, 열가소성 중합체로써 패널 열 교환기를 제조하는 방법을 제공한다:
a) ⅰ) 시트들이 서로간, 및 패널 열 교환기 내에서 그들의 관계에 상응하여 공간적으로 떨어져 있는 디스트리뷰터의 반대편 양끝과도 접촉되고, 또한 ⅱ) 코우팅이 시트 사이의 접촉 영역에 있도록, 열가소성 중합체로 된 두 시트(이중 적어도 하나는 열의 영향하에서 시트들의 결합을 용이하게 할 코우팅 조성물로 코우팅됨) 및 디스트리뷰터를 가열된 성형기 내 금형들 사이에 놓고(이때 하나 이상의 금형 표면은 패널 열 교환기의 유체 흐름 통로에 상응하여 그 위에 움푹 들어간 패턴을 가짐);
b) 상기 시트들 사이 및 시트와 디스트리뷰터 말단 사이의 접합이 이루어지도록 하기 위하여, 상기 금형을 가열하고, 금형을 가열하는 동안 시트들을 금형의 움푹 들어간 패턴 속으로 확장시키기 위하여, 대기압보다 높은 압력으로 상기 시트들 사이에 불활성 가스를 적용시킴으로써, 시트들 사이에 유체 흐름 통로를 형성한다.
본 발명 방법의 바람직한 실시 양태에서, 중합체는 폴리아미드이다.
더 나아간 실시 양태에서, 시트들 사이 및 시트와 디스트리뷰터 사이의 접합은 열과 압력하에서 수행된다.
다른 실시 양태에서 금형은 특히 분리할 수 있는 방식으로 성형기 정반(press platen)에 부착되고, 금형은 그 내에 움푹 들어간 패턴을 갖는다.
또 다른 실시 양태에서, 코우팅 성분은 또한 디스트리뷰터의 말단에도 적용된다.
한층 더 나아간 실시 양태에서, 디스트리뷰터는 적어도 두개의 방사상 오리피스를 갖는다.
또 다른 실시 양태에서, 헤더 수단 위치에서 패널 내 오리피스들은 금형들 사이에 시트를 놓기 전에 시트 내에 형성되어 패널이 형성된 후 패널로부터 잘리어진다.
본 발명은 또한 여기에 기술된 방법으로 얻은 패널 열 교환기를 포함한다.
본 발명은 제1도, 제2도 및 제3도의 도면을 특별히 참조하여 기술될 것이다:
제1도는 일반적으로 (11)로 표시된 열 교환기 패널을 보여 준다; 보여진 실시 양태에서, 패널은 그들 내에 유체 흐름 통로인 래비린드(12)를 갖는다. 패널(11)은 또한 열 교환기 가장자리 밀봉(edge seal)을 형성하는, 패널(11) 주위를 완전히 감사는 밀봉된 가장자리(20)를 갖는다. 패널(11) 상의 래비린드(12)는 패널 열 교환기 내에서 유입구와 유출구 수단 사이에 제공될 수 있는 유체 흐름 통로의 한 예이며, 이 예에서, 유입구 오리피스(17)로부터 밀봉된 구역(15) 주위의 공간(16)을 통하여, 채널(14)을 거쳐 패널 열 교환기의 반대편 끝까지, 또한 반대로, 밀봉구역(15A) 주위의 공간(16A)을 거쳐 다른 쪽 채널(14)을 통해 공간(16B)을 거쳐 유출구 오리피스(18)에 이른다. 헤더 수단은 유입구 오리피스(17)와 유출구 오리피스(18)에서 제공된다.
제2도는 열 교환기 패널의 또 다른 실시 양태이다. 이 실시 양태에서, 일반적으로 (23)와 (24)로 표시된 유입구와 유출구 헤더 수단의 오리피스(21)와 (22)는, 보여진 실시 양태에서 연장된 열 교환기 패널의 반대편 끝에 위치한다. 그러한 연장된 열 교환기 패널은 특히, 예컨대 자동차 냉각 장치 내에서 사용된다.
제2도에서, 유입구와 유출구 헤더 수단(22)과 (24)는, 열 교환기 패널들이 접합되어 밀봉되어 있는 유사하게 연장된 구역(26)들 사이를 차지하는, 일련의 본질적으로 선형인 유체 흐름 통로(25)에 의해 연결된다.
또 다른 제3도의 실시 양태에서, 유입구와 유출구 헤더 수단(23)과 (24)는, 나타난 실시 양태에서 거의 원형인, 격리된 밀봉구역들(28) 사이에 채널(27)로서 형성된, 비선형 유체 흐름 통로에 의해 연결된다. 밀봉구역(28)은 임의의 원하는 패턴으로, 그러나 대개는 조직적인 패턴으로 열 교환기 패널 내에 위치될 수 있다. 최적 패턴은 열 교환기를 거쳐 통과하는 유체에 부분적으로 의존한다. 예를 들면, 어떤 유체 예컨대, 물은 다른 유체, 예컨대 기름보다 열 교환기 내에서 증류(laminar flow)에 의한 영향을 덜 받는다. 후자는 다른 유체, 예컨대, 물에서 요구되는 것보다 더 큰 정도의 난류를 일으키게 하는 유체 흐름 통로를 요구할 수 있다.
밀봉구역(28)은 상기에서 원형으로 기술되었다. 그러나, 다른 형태, 예컨대 다이아몬드형, 육각형, 달걀형, 직사각형, 청어뼈형 패턴 등이 사용될 수도 있다.
본 발명의 실시 양태에서, 난류를 일으키기 위한 수단이 패널 내에 제공된다. 난류를 일으키기 위한 수단은, 열 교환을 위해 패널 열 교환기 표면상을 통과하는 유체, 예컨대 공기 또는 액체 등의 난류를 일으키기 위해, 외부표면 상에 있을 수 있다. 또한 열 교환기를 거쳐 통과하는 유체 내에 난류를 일으키기 위하여, 난류를 일으키는 수단이 패널의 내부 표면 상에 제공될 수도 있다. 그러한 수단은 열 교환기를 거쳐 통과하는 액체가 비교적 점성을 가진 것, 예컨대 물보다 기름일 때 더 유리할 수 있다. 수단은 열 교환기를 통해 흐르는 유체가 통과하는 공간 속으로 연장되어 있는 오목 자국, 볼록 자국 등일 수 있으며, 그럼으로써, 열 교환기를 거쳐 통과하는 유체 내에서 난류를 일으키게 된다. 그러한 수단은, 오목 자국, 볼록 자국 등이 열 교환기의 제조 도중에 형성되도록 금형 상에서 움푹 들어간 패턴으로 디자인될 수 있다.
유입구와 유출구 헤더 수단의 실시 양태는 앞에서 언급된 에이. 제이. 세사로니의 유럽 특허 출원 제88307560.8호에 더 상세히 기술되어 있으나, 다른 유입구 및 유출구 수단도 사용될 수 있다.
본 발명의 패널 열 교환기는 가스킷 같은 것을 사용하지 않거나, 하나이상의 가스킷 또는 기타의 것을 사용하여 조립할 수 있다.
본 발명은 상기에서 단일 패널 열 교환기에 관하여 기술하였다. 그러나, 열 교환기는 평행으로 또는 더 가능하게는, 연속적으로 배열된 다수의 열교환기가 사용될 수 있다. 그러한 경우, 유럽특허 출원 제88307560.8호에 기술된 대로, 유입구와 유출구 헤더 수단은, 다수의 열 교환기, 예컨대, 열 교환기 더미 및, 열 교환기를 통한 평행 또는 연속적인 유체 흐름을 조정하기 위하여 변형될 수 있다. 열 교환기 더미 개개의 열 교환기들 사이에 스페이서(Spacers)를 사용하는 것이 바람직할 것이며; 그러한 스페이서는 헤더의 일부로부터 따로 제조되거나 그것의 부품으로 제조될 수 있다.
본 발명의 방법에 있어서, 열 교환기 패널을 형성할 적어도 하나의 시트는, 열의 영향을 받는 상태에서 패널들의 결합을 쉽게 할 코우팅 조성물로써 코우팅 처리된다. 양쪽 시트 모두의 코우팅이 바람직하다. 실시 양태에서, 코우팅은 반대편 패널들 간의 결합을 용이하게 할 뿐 아니라, 결합이 일어나지 않는 지역 내에서 중합체를 연화시키는 경향이 있고, 그럼으로써 가열된 불활성 가스를 적층 중에 유체 흐름 통로의 형성을 용이하게 하며; 이 불활성 가스는 코우팅 내 휘발성 물질을 제거하는데 도움이 된다.
시트는 바람직하게 폴리아미드로부터 형성되고, 그 경우에 코우팅은 폴리아미드 시트들의 결합을 용이하게 해야 한다; 그러나, 패널 열 교환기를 형성하기 위하여 다른 중합체를 사용할 수도 있다. 비록 열 교환기의 제조 내 시트의 결합 패턴에 상응하는 패턴에서 시트가 코우팅될 수 있다고 해도, 시트의 표면 전체가 코우팅되는 것이 대개 가장 편리하고 바람직할 것이다.
열 교환기의 제조에 있어서, 제1패널 및 제2패널의 코우팅된 시트들은, 성형기 금형들 사이에서 시트들간 접촉 영역에서 코우팅과 함께 페이스-투-페이스 방식(face-to-face manner)으로 접촉된다. 금형은 패널 내에 형성된 통로의 래비린드에 상응하는 홈들과, 디스트리뷰터의 위치 즉, 유입구와 유출구 헤더 수단의 위치에 상응하는 패널의 일부를 공급하기 위한 하나의 홈을 갖는다. 성형기의 금형은 중합체의 연화점 이상의 온도로 가열된다.
본 방법의 한 실시 양태에서, 예를 들면 매니폴드(manifold)일 수 있거나, 바람직하게는 디스트리뷰터 환의 형태인 디스트리뷰터는, 유입구 및 유출구 헤더 수단의 위치에서, 제1 및 제2패널 사이에 삽입된다. 디스트리뷰터의 말단은 대개 코우팅 조성물로 코우팅 처리된다. 패널을 가열함에 따라, 두 패널 간 및 패널과 디스트리뷰터간의 결합이 이루어지며, 그에 따라 패널 사이의 유입구 및 유출구 헤더 수단, 바람직하게는 유체의 빈틈없는 밀봉 내에 디스트리뷰터를 위치시키게 된다.
본 방법의 다른 실시 양태에서, 유입구와 유출구 헤더 수단은 열 및 압력의 영향하에서 제1 및 제2시트에 결합하지 않을 금속 또는 다른 물질로 형성된 디스트리뷰터 스페이서를 사용하여 원하는 형태로 형성된다. 그후 열 및 압력을 사용하여 제1시트를 제2시트에 부분적으로 결합시키며, 이때 디스트리뷰터 스페이서는 기계적 수단에 의해 시트들 사이로부터 제거되고 디스트리뷰터가 삽입될 수 있다. 계속해서 시트와 디스트리뷰터 환의 결합이 완결된다.
가스, 대개 불활성 가스, 예컨대 질소는 시트들 사이, 예컨대 대기압 이상의 압력에서 디스트리뷰터 환을 통해 있게 된다. 이렇게 형성할 통로가 생기도록 래비린드 유체 통로 내에 가스 압력이 제공되고; 유체 흐름 통로 형성을 돕도록 시트들의 중합체가 가열된 후 두 구역이 서서히 떨어져 움직인다. 상기한 유럽 특허 출원 제0 287 271호에 공개된 바와 같이, 예를 들면, 코우팅이 벤질 알콜, 페닐 및 폴리아미드의 조성물일 때, 특정 코우팅의 휘발 성분을 제거하기 쉽도록, 가스는 바람직하게 유체 흐름 통로 형성 동안 및/또는 후에 열 교환기를 통해 분출된다. 이어서, 가스 압력을 여전히 적용하면서, 먼저 열 교환기의 사용 동안 채널의 뒤틀림을 감소시키기 위해 패널 온도를 결과물 열 교환기의 기대되는 작동 온도 이상으로 증가시키고, 금형으로부터 이렇게 형성된 패널을 제거한다.
열 교환기 패널은 유입구 및 유출구 헤더 수단 위치에 오리피스를 필요로 한다. 그러한 오리피스는 정반(platen)들 사이에 시트를 놓기 전에 시트 내에 제공될 수 있으며; 그러한 오리피스는 바람직하게 시트의 코우팅 후 시트로부터 잘려진다. 대안적으로, 오리피스들은 형성 후, 예컨대 트리밍 나이프, 열선 또는 다른 뜨거운 공구를 사용하여 패널로부터 잘려질 수 있다.
상기 언급된대로, 금형이 바람직하게 분리될 수 있는 방식으로 정반에 부착됨으로서, 패널 내 흠 패턴의 신속한 변화를 용이하게 한다. 시트와 접촉하는 정반 표면의 하나 또는 두 표면은 그들 내에 홈 패턴을 가질 수 있다.
바람직한 실시 양태에 있어, 코우팅은 유럽 특허 공보 제0 287 271호에 공지된 바와 같이, 벤질 알콜, 페놀 및 폴리아미드의 균질 혼합물이다.
대안적인 코우팅의 예는 유럽 특허 공보 제0 286 400호에 공지되어 있다.
번갈아 사용하는 바람직한 코우팅은 유럽 특허 공보 제0 287 271호에서 공지된 바대로, 특히 약 12/80/8의 중량비를 가지는 벤질 알콜, 페놀 및 메탄올의 균질 혼합물이다. 다른 실시 양태에서, 코우팅은 특히 약 80:20 중량비인 트리플루오로에탄올과 벤질 알코올의 혼합물이다.
본 발명의 실시 양태에서, 특별히 만일 사용 환경이 에틸렌글리콜을 포함한다면, 패널을 형성하는 시트는 폴리아미드로써 형성된다. 선택된 특정 폴리아미드는, 열 교환체를 거쳐 통과하거나 열 교환체 외부에 있을, 예컨대 공기 또는 액체와 같은 유체를 포함하여 주로 열 교환기를 위해 의도된 최종용도, 특히 사용 온도 및 사용 환경에 의존한다. 외부 유체로서 공기를 매체로 하는 경우, 공기는 때때로 염 또는 다른 부식성 또는 마멸성 물질을 포함할 수 있다. 열 교환기 채널로 될 시트를 형성하기 위하여 사용되는 폴리아미드조성물의 성질은 열 교환기 효율에 영향을 줄 수 있으며, 적어도 대류 및 방사에 의해 열은 열 교환기로부터 흐뜨러질 수 있다고 믿어진다. 폴리아미드는 안정제, 안료, 충진제 및 중합체 등 조성물 내 사용을 위해 공지된 다른 첨가제를 포함할 수 있다.
그러한 폴리아미드의 예는 C6-12의 방향족 또는 지방족 디카르복실산을 C6-12의 지방족 일차 디아민과 축합 반응시켜 제조된 폴리아미드이다. 대안적으로, 폴리아미드는 C6-l2의 지방족 락탐 또는 알파, 오메가 아미노 카르복실산의 축합 중합 반응에 의해 제조될 수 있다. 나아가, 폴리아미드는 그러한 디카르복실산, 디아민, 락탐 및 아미노 카르복실산 혼합물의 공중합 반응에 의해 제조될 수 있다. 디카르복실산의 예는 1,6-헥산 2 산(아디핀), 1,7-헵탄 2 산(피멜린산), 1,8-옥탄 2 산(수베린산), 1,9-노난 2 산(아제라인산), 1,10-데칸 2 산(세바신산), 1,2-도데칸 2 산 및 테레프탈산이 있다. 디아민의 예로는 1,6-헥사메틸렌디아민, 1,8-옥타메틸렌 디아민, 1,10-데카메틸렌 디아민 및 1,12-도데카메틸렌디아민이 있다. 락탐의 예로는 카플로락탐이 있다. 알파, 오메가 아미노 카르복실산의 예는 아미노 옥탄산, 아미노데칸산 및 아미노 도데칸산이 있다. 폴리아미드의 바람직한 예는 각각, 나일론 66 및 나일론 6으로도 알려진 폴리헥사메틸렌 아디프아미드 및 폴리카프로락탐이다. 바람직한 실시 양태에서, 중합체는 유리 섬유로 충진된 폴리아미드, 특히 강화된 폴리아미드, 예컨대 고무 탄성 또는 고무 성질을 갖는 중합체의 첨가에 의해 강화된 중합체이다.
디스트리뷰터의 중합체는 패널의 중합체와 비슷할 것이다. 그러나, 디스트리뷰터와 접촉하는 어떤 것이든지, 패널 및/또는 패널 상 코우팅 중합체에 결합될 수 있는 중합체라면, 다른 중합체도 사용될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 바람직한 실시 양태에서, 디스트리뷰터는 소위 엔지니어링 중합체로 불리는 것, 특히 상기 논의된 유형의 폴리아미드로부터 제조된다.
특정 중합체 시트는 본 발명의 방법에서 수축을 나타낼 수 있으며 수축량은 동일한 일반적 중합체 부류, 예컨대 폴리아미드 내에서조차도 다양할 것이다. 그러므로, 유입구 및 유출구 헤더 수단 지역, 즉, 제2도 및 제3도 내 (21)-(24)는 특히 제조 방법 동안, 유입구 및 유출구 헤더 수단의 위치가 약간의 융통성을 갖도록 고안될 필요가 있을지도 모른다.
여기서 공개된 방법을 사용하여 적층 또는 코우팅된 물질이 패널 내에 형성될 수 있도록 제공된 적층 또는 코우팅된 물질은 종종, 패널 제조에 있어 이점을 가지고 사용될 수 있다. 그러한 물질은 필요한 물리적 내성을 제공하는 층 및 작동 유체 또는 불순물에 대해 내성을 제공할 내부 및/또는 외부 층을 포함할 수 있다. 적층 물질의 예는 중합체 층들 사이에 적층된 직물 형태 내 유리 또는 다른 섬유층이다.
중합체가 폴리아미드이고 각 시트가 상기한 벤질알콜/페놀/폴리아미드 또는 벤질알콜/페놀/메탄올 조성물로 코우팅된 실시 양태에서, 곧이어 첫 번째와 두 번째 시트 사이에 폴리아미드 필름을 삽입하는 것이 유리할 것이다. 그러한 필름은 코우팅에 결합되어 그것의 결착성을 잃지만, 그러한 필름의 사용은 더 균일한 성질의 패널 열 교환기의 생성을 가져올 수 있다.
본 발명의 방법으로 제조된 패널 열 교환기는, 적어도 이들 부분 내에서 열 이동이 일어날 수 있는, 0.7mm 이하, 및 특히 0.07∼0.50mm 범위 내, 특히 0.12∼0.30mm의 벽 두께를 갖는다. 그러한 벽 두께에서, 벽을 통한 열 전달은 사실상 벽 두께에는 무관하고, 따라서 벽두께는 열 교환기 작동 효율 내에서 상대적으로 중요하지 않거나 무의미한 인자가 된다. 그러나, 결과적으로 형성된 열 교환기가 의도된 최종 용도에 대해 허용되는 필요한 물리적 성질을 갖도록, 중합체 조성물 및 벽 두께를 선택하여야만 한다.
본 발명의 방법은 패널 열 교환기의 제조에 사용되는 중합체로서 특별히 폴리아미드 사용에 관하여 기술하였다. 그러나, 주로 패널 열 교환기의 사용 환경, 예컨대 패널을 통하여 그 위로 통과하는 유체의 성질, 사용 온도, 및 압력들을 고려하여, 다른 중합체도 사용될 수 있는 것으로 이해된다. 열 영향하에서 다른 시트에 점착을 증진시키기 위해 적어도 하나는 코우팅되고, 본 발명 방법에서 사용된, 시트를 형성할 수 있는 다른 열가소성 중합체의 예는 플루오로카르본 중합체, 폴리에스테르, 열가소성 및 열경화성 엘라스토머, 예컨대 폴리에테르 에스테르 엘라스토머, 네오프렌, 클로로술포네이티드 폴리에틸렌, 및 에틸렌/프로필렌/디엔(EPDM) 엘라스토머, 폴리비닐 클로라이드 및 폴리우레탄 등이 있다.
차가운 날씨, 특히 약 -15℃ 이하에서, 기름은 매우 점성으로 되기 쉽다. 그런 조건 하에서 모터를 시동하면, 기름 압력은 사실상 정상 압력 이상일 수 있다. 그런 환경 하에서 본 발명의 열 교환기에 대한 손상 가능성을 줄이기 위하여, 차가운 점성의 기름이 유체 흐름 통로를 거쳐 통과하지 않고, 유입구에서 유출구로 통과하도록 열 교환기는 바이-패스(by-pass) 시스템으로 장치될 수 있다. 이것은, 기름이 열교환기의 유체 흐름 통로를 통하여 흐르도록 밸브가 지시하게 되는 일정 온도에 도달할 때까지, 차가운 기름을 유입구로부터 유출구로 직접 보내는 열 교환기 내의 대안적인 통로를 통하도록 하는 열에 의해 활성화되는 바이-패스 밸브를 사용함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 방법은 열가소성 중합체, 특히 폴리아미드로써 열 교환기를 제조하는 다목적이며 비교적 간단한 방법을 제공한다.
열 교환기는 열 교환기를 제조한 중합체 및 열 교환기 사용의 의도된 환경에 의존하며, 다양한 최종 용도로 사용될 수 있다. 특별히, 본 발명의 열교환기는 소위 자동차 또는 비슷한 차량의 방열기의 앤드-탱크 속에 삽입되어 사용되고, 전송 기름의 냉각에 사용될 수 있다. 패널 열 교환기가 특히 자동차 최종 용도에서의 사용에 관하여 기술되어 왔지만, 본 발명 방법에 의해 제조된 패널 열 교환기는 광범위한 다양성을 가진 최종 용도로서 사용될 수 있는 것으로 이해된다. 다른 사용의 예는 냉각, 공업적 가열 및 냉각, 태양 가열, 및 의료계 및 소비자의 최종 온도, 예컨대 침대, 의자 및 자동차 좌석의 가열 및/또는 냉각을 포함한다.
본 발명은 하기의 실시예로써 예증된다:
[실시예 1]
상기 서술된 방법을 사용하여 폴리아미드로부터 일련의 패널 열 교환기를 형성하였다. 금형들 사이에 위치한 두 시트들 중 하나에 적용된 코우팅은 벤질알콜, 페놀 및 폴리아미드 용액이었다.
폴리아미드 시트는 0.25mm(10mil) 또는 0.37mm(15mil) 중 하나의 두께를 갖는다. 또한, 패널 열 교환기는 제2도, 즉 선형 통로에 나타난 바와 같이, 또는 제3도, 즉 래비린드 통로에 나타난 바와 같은 유체 흐름 통로패턴 중 하나를 갖는다. 패널 열 교환기들은 대략 동일한 면적, 즉, 27×4.5cm를 갖는다.
0.523의 비열을 가진 기름을 2.23kg/분의 속도로 패널 열 교환기를 거쳐 통과시킨다. 패널 열 교환기로 들어가고 통과하는 기름의 온도를 측정한다. 물을 약 9kg/분의 속도로 패널 열 교환기 상으로 통과시킨다.
계속된 실험에 대한 설명 및 얻어진 결과들은 다음과 같다:
시험 번호 1 2 3 4
시트 두께 0.37 0.25 0.37 0.37
(mm)
기름의 온도
(℃)
入 260.9 259.2 257.5 253.6
出 236.6 233.5 218.4 185.6
물의 온도
(℃) 46 47 46 46
냉각 속도** 62 66 101 169
시험 1과 2는 제2도의 패턴을 갖는 열 교환기를 사용했고, 시험 3은 제3도의 패턴을 갖는 열 교환기를 사용했다. 시험 4는 시험 1-3의 열교환기와 비슷한 크기의, 시판되는 금속 열 교환기를 사용한 비교 시험이다. 냉각 속도는 열 교환기 유입구와 유출구에서 기름 온도의 차이에 기초하며, 열 교환기 효율에 대한 척도가 된다.

Claims (14)

  1. 패널 열 교환기가 제1 및 제2패널(11)과 유입구 및 유출구 헤더 수단(23,24)을 포함하고, 상기 각 패널이 주로 평면이며 열가소성 중합체 시트로써 형성되고, 상기 각 패널이 그 내부에 상기 각 유입구 및 유출구 헤더 수단과 함께 위치한 오리피스(17,18,21,22)를 가지며, 상기 각 유입구 및 유출구 헤더 수단은 평평한 말단을 가치는 디스트리뷰터(distributor)로 구성되고, 그 디스트리뷰터는 축 방향의 유체 흐름 통로 및 하나 이상의 방사상 유체 흐름 통로를 가지며, 상기 패널들은 유입구 및 유출구 헤더 수단 사이(23,24)에 연장된 유체 흐름 통로들(12,25)을 구획하기 위하여 서로 접합되어 있는 것인, 하기 (a) 내지 (c)의 단계들을 포함하여 구성되는, 열가소성 중합체로써 패널 열 교환기를 제조하는 방법:(a) 열 가소성 중합체로 형성된 시트 하나 이상을 코우팅 조성물로 코우팅하고; (b) ⅰ) 시트들이 서로간, 및 패널 열 교환기 내 그들의 위치에 상응하여 공간적으로 떨어져 있는 디스트리뷰터의 반대편 양끝과도 접촉하고, 또한 ⅱ) 코우팅이 시트 사이의 접촉 영역에 있도록, 가열된 성형기 내 금형 사이에 (a)에서 얻은 코우팅된 시트, 열 가소성 중합체로 형성된 제2시트, 및 디스트리뷰터를 배치하고(이때, 상기 금형들 중 하나 이상의 표면은 패널 열 교환기의 유체 흐름 통로(12,25)에 상응하는 움푹 들어간 패턴을 그 위에 가지며, 단계 (a)에서 적용된 코우팅은, 열의 영향하에서, 코우팅된 시트가 제2시트에 결합하는 것을 용이하게 한다); (c) 상기 시트들 사이 및 시트와 디스트리뷰터 말단 사이에 접합이 이루어지도록 하기 위하여, 상기 금형을 가열하고, 금형을 가열하는 동안, 상기 시트들을 금형의 움푹 들어간 패턴 속으로 확장시키기 위하여, 대기압보다 높은 압력으로 불활성 가스를 상기 시트들 사이에 적용시킴으로써, 시트들 사이에 유체 흐름 통로를 형성한다.
  2. 제1항에 있어서, 시트들 사이 및 시트와 디스트리뷰터 말단 사이의 접합이 가열된 금형에 의한 열 및 성형기에 의하여 적용되는 압력하에서 수행되는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 금형은 성형기 정반(press platen)에 부착되며 그 안에 움푹 들어간 패턴을 갖는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 금형이 분리될 수 있는 방식으로 성형기 정반에 부착되는 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 코우팅 조성물이 디스트리뷰터 말단에도 적용되는 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 디스트리뷰터가 두개 이상의 방사상 오리피스를 가지는 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 패널 내 오리피스들이 헤더 수단위치에서, 금형 사이에 시트가 놓이기 전에 시트 내에서 형성되는 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 패널이 형성된 후, 헤더 수단 위치에서 패널 내 오리피스들이 패널로부터 잘려지는 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 및 제2시트 내 오리피스들이 디스트리뷰터의 축 방향 유체 흐름 통로와 같은 방향으로 정렬되는 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 가스가 질소인 방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 중합체가 폴리아미드인 방법.
  12. 제11항에 있어서, 폴리아미드가 폴리헥사메틸렌 아디프아미드인 방법.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 중합체가 플루오로카르본 중합체, 폴리에스테르, 폴리에테르에스테르 엘라스토머, 네오프렌, 클로로술폰화 폴리에틸렌, 에틸렌/프로필렌/디엔(EPDM) 엘라스토머, 폴리비닐 클로라이드 및 폴리우레탄으로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.
  14. 제1항의 방법에 의해 제조된 패널 열 교환기.
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