KR101108069B1 - 열교환기 코어 - Google Patents

Abstract

확산 접착된 평판들을 포함하는 열교환기 코어 및 그러한 코어를 포함하는 열교환기들이 개시된다. 상기 열교환기 코어는 각각 제1 및 제2 열교환용 유체를 운반하기 위한 상기 제1 및 제2 그룹의 서로 엇갈린 평판들을 포함하며, 각 그룹에 있는 상기 평판들 각각은 적어도 하나의 표면에 삼십 개 이상의 미소판 (platelet)을 가지고 형성되며, 각 미소판은 한 그룹의 평행 유로들로 구성된다. 포트들은 상기 미소판들로 그리고 그로부터 상기 제1 및 제2 열교환용 유체를 운반하기 위한 상기 제1 및 제2 그룹의 서로 평판들을 통해 연장되고, 분배 유로들은 상기 각 평판에 있는 각 미소판의 양 종단을 상기 포트들 중의 관련 포트들에 연결한다. 상기 제1 그룹의 상기 평판들에 있는 상기 미소판들의 각각에 관련된 상기 분배 유로들은 상기 제2 그룹의 상기 평판들에 있는 상기 미소판들의 해당하는 각각에 관련된 상기 분배 유로들과 교차하는 관계로 배치되며, 그에 따라 상기 제1 그룹의 상기 평판들에 있는 상기 미소판들의 각각은 상기 제2 그룹의 상기 평판들에 있는 상기 미소판들의 해당하는 각각과 병렬로 열교환하도록 배치된다.

열교환기 코어, 열교환용 유체, 미소판

Description

열교환기 코어{Heat Exchanger Core}

본 발명은 복수의 접착된 평판들 중 적어도 일부에 형성되는 열교환용 유체 (즉, 액체 및/또는 기체)용 유로(流路: channel)들을 포함하는 상기 평판들로 구성되는 형태의 열교환기 코어에 관한 것이다.

때때로 인쇄회로 열교환기(PCHE: Printed Circuit Heat Exchanger) 코어들로 지칭되는 본 발명에 따른 형태의 열교환기 코어들이 1980년대 초기에 본 발명자에 의해 최초로 발명되었고, 1985년 이래 상용화되었다. 상기 인쇄회로 열교환기 코어들은 보통 개개의 평판들의 한 면에 원하는 형태 및 프로파일을 가지는 유로들을 식각(또는 화학적 밀링)하고 특정 용도에 필요한 크기를 가지는 코어들을 형성하기 위해 상기 평판들을 쌓아서 확산 접착함으로써 구성된다. 비록 상기 평판들과 유로의 크기가, 예를 들면, 다른 효율(duty), 환경적, 기능적, 및 성능 요구사양을 맞추기 위해 크게 변경될 수 있다 하더라도, 상기 평판들은 전형적으로 스테인리스 강과 같은 열 저항성 합금으로 형성될 수 있고 폭 600mm, 길이 1200mm, 및 두께 1.6mm의 크기를 가질 수 있다. 각각의 평판에 있는 개별의 유로들은 전형적으로 반원형의 단면 및 1.0mm 정도의 방사상 깊이를 가질 수 있다.

헤더들이 상기 코어들에 있는 상기 유로들의 각각의 그룹으로 그리고 그로부 터 유체를 공급하기 위하여 상기 코어들에 장착되고, 예컨대, 기능적인 요구사양 및 유로 포트 배열에 따라, 상기 헤더들은 상기 코어들의 6개의 측면 및 표면들 중 어느 둘 이상과 결합될 수도 있다.

인쇄회로 열교환기 코어들 또는 특히 그러한 코어들을 통합하는 열교환기들의 설계는 본 발명의 명세서에 있는 다음 사항들을 포함하는 수많은(때로는 상충하는) 고려 사항들의 조화를 필요로 한다:

1. 허용 압력 강하 이내에서 요구되는 열효율(경계 온도)을 달성;

2. 상기 열교환기의 크기 및 질량을 최소화; 및

3. 종래의 파이핑/커플링 배열을 사용하여 열교환용 유체의 편리한 연결을 용이하게 하기 위한 방법들로 상기 유로의 그룹들을 위한 상기 코어 및/또는 포트 배열을 위한 적절한 모양의 구성.

이러한 요구사양들을 만족시키는 쪽으로 이루어 질 수 있는 접근 방식들을 연구하는데 있어서, 본 발명자는 특정 효율 요구사양을 만족하도록 주어진 경우에 요구되는 열교환 면적의 최소화를 이루기 위해 높은 수준의 비틀림을 가지는 평판 유로들을 제공할 필요가 있다고 최근에 판단하였다. 다만, 큰 비틀림을 제공하기 위해 그 길이에 따라 구성되는 유로들은 압력 강하의 제한조건들을 만족할 수 있도록 낮은 수준의 비틀림을 가지는 유로들 보다 더 짧게 만들어져야 한다.

상기 유로들을 짧게 하는 것은 교차 흐름(cross-flow) 열교환기의 경우에는 일반적으로 큰 문제를 야기하지 않을 수도 있다. 하지만, 이는 직교하도록 연장되는 공동-흐름(co-flow) 또는 역-흐름(counter-flow) 유체용 유로들로 그리고 그로 부터 유체의 유입 및 유출을 이끌기 위해 교차 흐름(cross-flow) 유로들을 효과적으로 통합하는 적어도 몇 개의 평판들(전형적으로 전체 평판 수의 50%에서 100% 사이)을 필연적으로 갖는 일반적인 공동 흐름(co-flow) 및 역-흐름(counter-flow) 열교환기들의 경우에는 열 교환/평판 면적 활용의 감소를 초래할 수도 있다. 즉, 상기 공동 흐름 또는 역 흐름 유로들의 길이가 감소되게 된다면, 상기 교차 흐름 (cross-flow) 유로들에 의해 차지되는 평판의 면적은 상기 공동 흐름(co-flow) 또는 역 흐름(counter-flow) 유로들에 의해 차지되는 면적에 비해 상대적으로 증가하게 될 것이다. 이로 인해 만일 더 일반적인 면적 상대성이 보존되어야 한다면 더 큰 길이 대 폭 비율을 가지는 평판들을 위한 요구사양을 이끌어 낼 수도 있으며, 만일 더 짧은 유로들에 대한 요구사양들이 주어지는 것이라면 상기 인쇄회로 열교환기 코어들에 관례상 사용되는 평판들 보다 더 작은 평판들을 위한 논리적인 요구를 이끌어 낼 수도 있다. 이에 따라 이는 종래의 배관(piping)/커플링(coupling) 배열을 사용하는 열교환용 유체의 연결에 어려움을 초래하게 될 것이다.

본 발명은 상술한 상충하는 요구사양들을 조화시키기 위해 각각 제1 및 제2 열교환용 유체를 운반하기 위해 배열되는 제1 및 제2 그룹의 상호 엇갈린 평판들을 포함하는 열교환기 코어를 제공한다. 상기 평판들은 서로 접착되고, 각 그룹에 있는 각 평판은 적어도 하나의 표면에 적어도 세 개의 미소판(platelet)을 가지고 형성되며, 각 미소판은 한 그룹의 평행 유로들로 구성된다. 포트들은 상기 미소판들로 그리고 그로부터 상기 제1 및 제2 열교환용 유체를 운반하기 위한 상기 제1 및 제2 그룹의 평판들을 통해 연장되고, 분배 유로들은 상기 각 평판에 있는 각 미소판의 양 종단을 상기 포트들 중 관련 포트들에 연결한다. 상기 제1 그룹의 상기 평판들에 있는 상기 미소판들의 각각에 관련된 상기 분배 유로들은 상기 제2 그룹의 상기 평판들에 있는 상기 미소판들의 해당하는 각각에 관련된 상기 분배 유로들과 교차하는 관계로 배치되며, 그에 따라 상기 제1 그룹의 상기 평판들에 있는 상기 미소판들의 각각은 상기 제2 그룹의 상기 평판들에 있는 상기 미소판들의 해당하는 각각과 병렬로 열교환하게 위치되어진다.

상기 제1 그룹의 상기 평판들에 있는 상기 미소판들의 각각에 관련된 상기 분배 유로들은 상기 제2 그룹의 상기 평판들에 있는 상기 미소판들의 해당하는 각각에 관련된 상기 분배 유로들과 "교차(intersecting)하는 관계"로 배치된다고 기술함에 있어서는, 상기 각각의 분배 유로들이 서로 통하지 않고 "교차"하는 것을 의미한다. 따라서 본 발명의 전후관계에서, 상기한 "교차하는"이라는 용어는 서로 "통과하는(passing through)"의 의미로서가 아니라 "가로지르는(passing across)"의 의미로서 해석되어진다.

상기에 정의된 코어 배열에서, 한 그룹의 상기 미소판들은 상기 복수의 편리한 크기의 더 큰 평판들의 각각에서 제공된다. 상기 미소판들의 각각의 길이는 상기 미소판을 구성하는 상기 평행 유로들에서 높은 수준의 비틀림을 촉진하기 위해, 따라서, 상기 평판의 열교환 면적의 최적화를 제공하기 위해 선택되는 것이 바람직하다.

상기 열교환기 코어는 하나 이상의 유체를 운반하기 위해 배열되는 각 그룹에 있는 상기 평판들 중 적어도 일부로 세 개 혹은 그 이상의 유체들 사이에 열의 교환을 제공하기 위해 구성될 수도 있다. 다만, 본 발명의 대부분은 아니지만 많은 응용들에 대하여, 상기 열교환기 코어는 단지 상기 제1 및 제2 열교환용 유체들만의 사이의 열교환을 제공할 것이다.

상기 두 개 그룹의 평판들 중 하나 또는 다른 그룹에 있는 적어도 일부의 평판들은 양면에 미소판들로써 형성될 수도 있다. 다만, 이 경우에 다른 열교환용 유체들 사이에 접촉을 배제하기 위하여 여백 평판들이 상기 코어에 있는 상기 평판들과 서로 엇갈려질 필요가 또한 있다. 그러나 각 그룹에 있는 상기 평판들 각각이 그 면들 중 단지 한 면에만 상기 미소판들으로써 형성되는 것이 바람직하다.

상기 미소판들을 형성하는 상기 복수의 그룹의 유로들 내에 있는 각 유로는 상기 유로를 따라 유체의 흐름에 있어서 비틀림을 가하도록(즉, 유체의 흐름을 위한 비틀린 경로를 생성하도록) 형성될 수도 있다. 이는 다양한 방법으로 성취될 수도 있는데, 그중 하나는 지그재그 경로를 따르도록 각 유로를 형성하는 단계를 포함한다. 그렇게 형성된 유로들에 대하여, 상기한 "평행 유로들"이란 표현은 상기 유로들의 중간 경로가 서로에게 평행하게 놓이는 유로들의 배열을 포함하는 것으로 이해될 것이다.

상기에 나타낸 바와 같이, 비록 각 평판이 최소 세 개의 미소판들을 수반할 지라도, 상기 평판들 각각에는 전형적으로 세 개와 삼십 개 사이의 미소판들이 배치될 것이다. 더욱이, 상기 미소판들은 두 개의 열로 배열될 수도 있으며, 그러한 경우에, 각 평판에 총 여섯 개에서 육십 개 사이의 미소판들이 있을 수도 있다.

상기 미소판들의 각각의 내에 있는 상기 유로들은 상기 평판들의 길이 방향으로 연장되도록 형성될 수도 있으며, 이 경우에 상기 포트들은 상기 평판들의 위와 아래의 가장자리 부분 맞은편에 배열될 것이다. 다만, 바람직하게는 상기 유로들은 상기 평판들을 가로질러 횡단하게 연장되도록 형성되며, 상기 포트들은 상기 평판들의 가장자리 측면 부분을 따라 배열된다. 상기 평행 유로들의 그룹들이 두 개의 열로 배열되는 경우에는, 가능성으로서 상기에 나타낸 바와 같이, 상기 포트들은 네 개의 열로 상기 평판들의 길이 방향으로 배열될 수도 있다. 대안으로, 중앙 배열의 포트들이 양쪽으로 연장되는 평행 유로들의 그룹들을 위해 채택된다면, 상기 포트들은 세 개의 열로 상기 평판들의 길이 방향으로 배열될 것이다.

상기 포트들은 개구부로 형성될 수도 있으며, 모든 포트들은 전적으로 상기 평판들의 경계면 내에 위치될 수도 있다. 다만, 상기 평판들의 가장자리(측면 또는 종단) 부분에 인접하여 위치하는 포트들의 경우에, 그러한 포트들의 일부 또는 전부가 측면 입구 또는 종단 입구 슬롯들로 형성될 수도 있다.

상기 미소판들과 연결하기 위하여 상기 분배 유로들이 연장되는 상기 포트들의 에지 부분들은 상기 미소판들로부터 또는 원형 포트들의 경우에 만곡되는 상기 평행 유로들에 대하여 직각으로(즉, 상기 미소판들의 종단에 평행하게) 배치될 수도 있다. 다만, 상기 평행 유로들이 연장되는 상기 에지 부분들의 각각은 상기 분배 유로들이 방사되는 에지 길이를 최대화하도록 상기 미소판들에 대하여 사선으로 배치되는 것이 바람직하다.

상기 평판들은 용접(welding), 납땜(brazing), 또는 확산 접착(diffusion bonding)과 같은 수많은 과정들 중 어느 하나에 의해 서로 접착될 수도 있다.

본 발명은 두 가지의 열교환용 유체의 역 흐름(counter-flow)을 제공하는 열교환기 코어들의 바람직한 실시예들에 대한 다음의 설명으로부터 더욱 충분히 이해될 수 있을 것이다. 상기 설명은 첨부 도면들을 참조하여 이루어진다.

도 1A는 기본 코어의 개략도,

도 1B는 상기 코어에서 분리된 세 개의 평판으로 된 두 개의 그룹의 도면,

도 1C는 도 1B의 각 그룹의 개별 평판의 도면,

도 2는 많은 평판을 가지는 코어의 개략도,

도 3은 도 2의 상기 코어에서 분리된 두 개의 연속하는 평판들의 도면,

도 4는 도 3의 상기 평판의 일부의 확대도,

도 5는 대안적인 코어 배열의 두 개의 연속하는 평판들의 개략도,

도 6은 도 5의 평판들을 통합하는 코어의 전면도,

도 7은 도 6의 상기 코어의 후면도,

도 8은 도 6 및 7의 상기 코어에서 분리된 하나의 평판의 하단부의 부분 상세도,

도 9는 도 6 및 7의 상기 코어에서 분리된 연속되는 평판의 하단부의 도면,

도 10은 예시의 목적으로 일부 헤더들이 제거된 도 6 및 7에 도시된 형태의 코어 두 개를 포함하는 완전한 열교환기의 상부의 (개략적인) 사시도,

도 11은 각각이 상술한 형태의 세 개의 선형적으로 조합된 코어들을 포함하 는 여덟 개의 열교환기를 포함하는 원주형 용기의 개략적인 종단도,

도 12는 열 유도된 왜곡에 노출될 때, 도 11의 12-12 방향에서 본 열교환기의 개략적인 평면도, 그리고

도 13 및 14는 도 12와 유사하지만 달리 조합된 열교환기 코어들의 배열을 보여주는 도면이다.

도 1에서 도시한 바와 같이, 열교환기 코어(10)는 종단 평판들(13, 14)사이에 마주보도록 확산 접착되는 복수의 평판들(11, 12)을 포함한다. 상기 전 평판들(11, 12)은 스테인레스 강으로 형성될 수도 있고 1.6mm 정도의 두께를 가질 수도 있다.

상기 평판들(11, 12)은 상호 엇갈린 두 개의 그룹들(15, 16)의 평판들 P1, P2, P3, P4,..., Pn, Pn+1로 쌓여지고, 각 그룹들(15, 16)의 평판들은 제1 및 제2 (역으로 흐르는) 열교환용 유체 (F1, F2)를 운반하기 위한 용도로 배열된다.

각각의 평판(11)은 그 표면들 중 하나에 미소판(17)들을 형성하는 평행 유로들의 복수의 관념적으로 분리된 그룹들(17)이 형성된다. 각 미소판(17) (즉, 각 평행 유로들의 그룹)은 각각의 평판을 횡단하여 가로지르게 연장되고, 포트들(18)은 각 미소판(17)의 양단에 위치한다. 또한, 분배 유로들(19)의 그룹들은 각각의 포트들(18)과 관련 미소판들(17) 사이에 직접적인 유체 연결을 제공하기 위하여 각 평판(11)에 형성된다.

유사하게, 각각의 평판(12)은 그 표면들 중 하나에 미소판(20)들을 형성하는 평행 유로들의 복수의 그룹들(20)이 형성된다. 이 경우 역시, 상기 미소판들(20)은 각각의 평판(12)을 횡단하여 가로지르게 연장되고, 포트들(21)은 각 미소판(20)의 양단에 위치한다. 직접적인 유체 연결이 상기 포트들(21)과 각각의 관련 미소판들(20) 사이에 분배 유로들(22)의 그룹들에 의해 제공된다.

각 그룹의 평판들(11, 12)에 있는 상기 분배 유로들(19, 22)의 그룹들은 (앞에서 정의한 바와 같이) 교차하는 관계로 배치된다. 따라서, 상기 분배 유로들(19, 22)의 그룹들은 상기 평판들(11)에 있는 미소판들(17)이 상기 평판들(12)에 있는 미소판들(20)과 겹쳐지고 병렬로 열교환 하도록 배열되어 좋은 열교환 접촉이 상기 열교환용 유체들(F1, F2)사이에 이루어지게 한다.

상기 두 개의 그룹의 포트들(18, 21)은 상기 두 열교환용 유체들(F1, F2)에 대하여 상기 코어(10)의 내부에서의 연결을 허용하도록 모든 평판들(11, 12, 13, 14)을 통해 연장된다. 상기 각각의 유체들이 가로질러 흐르는 평판들은 각각의 그룹의 분배 유로들(19, 22)에 의해 결정된다. 헤더들(도면에 표시되지 않음)은 상기 코어로 및 에서 상기 열교환용 유체들을 운반하도록 상기 코어에 장착된다.

각각 상기 평판들(11, 12)에 있는 예시된 네 개의 평행 유로들의 그룹들 또는 미소판들(17, 20)로 된 도 1에 도시된 배열은 본 발명의 일반적인 개념을 단지 예시하고자 할 뿐이다. 상기 평판들(11, 12)에 대한 더욱 현실적인 표현은 도 3에서 제공된다.

도 3에서 예시한 바와 같이, 개별 미소판들(17)은 해당 미소판들의 양단에 연결되는 분배 유로들(19)이 반대로 위치한 것으로만 다른 것과 구별된다. 유사하 게, 상기 미소판들(20)은 해당 미소판들의 양단에 연결되는 분배 유로들(22)이 반대로 위치한 것으로만 다른 것과 구별된다.

상기 평판들(11, 12)내의 각 미소판들(17, 20)의 수는 도시한 바와 같이 상기 포트들(18, 21)을 가깝게 위치하도록 배열하고 상기 미소판들(17, 20) 각각의 양 종단을 상기 포트들과 엇갈리게 연결함으로써 최대화 된다.

각 평판(11, 12)은 전형적으로 600mm X 1200mm의 크기를 가지고, 10개에서 20개의 미소판을 포함하여 형성되고, 각 미소판 내에 대략 20개에서 40개의 분리된 평행 유로들(23)을 포함할 것이다. 각 유로(23)은 반원형 단면 및 1.0mm의 방사상 깊이를 가질 수도 있고, 인접한 유로들은 0.5mm폭의 융기나 평지에 의해 분리될 수도 있다. 다만, 이 모든 개수들과 크기들은 상기 열교환기 코어를 어떻게 응용하느냐에 따라 크게 달라질 수도 있다는 것이 이해될 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 각 유로(23)는 상기 유로들이 "평행"으로 설명되는 범위 내에서 지그재그 형태의 경로를 보이고, 그 중간 경로들(24)이 서로 평행하다는 것이 이해될 것이다.

도 5에서 7은 상기 평판들(11, 12)이 각각 두 개의 수직 종열로 인접하게 패킹되어 있고 가로로 연장된 미소판들(25, 26)을 포함하여 형성되어 있는 코어의 대안적인 배열을 보여준다. 각 미소판(25, 26)은 도 1에 도시된 해당 미소판들(17, 20)과 유사하지만, 도 5에서 7에 도시된 실시예의 경우에는 6개 그룹의 수직으로 배열된 포트들이 상기 각각의 평판들로 및 에서 상기 열교환용 유체들(F1, F2)을 운반하기 위해 제공된다.

도 5에서 7에서 나타낸 바와 같이, 상기 열교환기용 유체(F1)는 상기 단일 그룹의 수직으로 배열된 포트들(28)과 분배 유로 그룹들(29A)의 경로에 의해 상기 코어(10)와 미소판들(25)에게 공급된다. 상기 동일 열교환기용 유체는 상기 코어로부터 분배 유로 그룹들(29B) 및 두 개 그룹의 수직으로 배열된 포트들(27)의 경로로 운반된다. 유사하게, 상기 열교환기용 유체(F2)는 두 개 그룹의 수직으로 배열된 측면 입구 포트들(30) 및 분배 유로 그룹들(32A)의 경로에 의해 상기 코어와 미소판들(26)에게 공급되고, 상기 코어로부터 분배 유로 그룹들(32B)과 상기 단일 그룹의 수직으로 배열된 포트들(31)의 경로로 운반된다.

필수적인 수의 흡입 및 방출 헤더들(도시되지 않음)의 연결을 활용하기 위하여, 상기 포트들(27, 28, 31)은 종단 입구 포트들로 형성되는 반면에, 상기 포트들(30)은 측면 입구 포트들로 형성된다. 상술한 실시예의 경우에서와 같이, 상기 모든 포트들은 상기 모든 평판들(11, 12)을 통해 연장된다.

도 8은 도 5에서 7의 실시예에 있는 상기 평판들(11) 중 하나의 하단부의 전형적인 구현예의 확대도이고, 도 9는 상기 평판들(12) 중 하나의 하단부를 유사하게 보여준다.

(도 6 및 7과 연계하여 고려될 때) 도 8에서 최상으로 도시된 것과 같이, 상기 유체(F₁)는 평판들(11)에 있는 상기 포트들(28)로 들어가서, 상기 각 그룹의 분배 유로들(29A), 양쪽으로 연장된 미소판들(25), 및 분배 유로들(29B)의 그룹들을 지나 상기 포트들(27)로 나온다. 상기 연속하는 평판들(11, 12)이 각각 다른 유체 들(F1, F2)을 운반하고 모든 포트들이 모든 평판들을 관통하기 때문에, 공간 활용도를 극대화하기 위해, 상기 포트들과 분배 유로들은 단일(전체) 포트(28)에서 각(왼쪽과 오른쪽) 방향으로 흐르는 상기 유체가 두 개의 수직으로 구분된 포트들(27)로 나누어져 배출되는 방식으로 배열된다. 유사하게, 도 9에서 최상으로 보여질 수 있는 것과 같이, 상기 유체(F2)는 평판들(12)에 있는 상기 포트들(30)로 들어가서, 상기 각 그룹의 분배 유로들(32A), 양쪽으로 연장된 미소판들(26), 및 분배 유로들(32B)의 그룹들을 지나 상기 포트들(31)로 나온다. 이 경우에, 상기 포트들과 분배 유로들은 단일 측변 입구 포트들(30)의 각각으로부터 내부로 흐르는 상기 유체가 두 개의 수직으로 구분된 중앙에 위치하는 포트들(31)로 나누어져 배출되는 방식으로 배열된다.

상기 모든 포트들(18, 21, 27, 28, 30, 31)은 (도 8 및 9에서 식별되는) 에지 부분들(33, 34)을 포함하고, 상기 분배 유로들은 그 에지 부분들(33, 34)로부터 연장되고, 상기 에지 부분들(33, 34)은 상기 분배 유로들이 방사되는 상기 에지들의 길이를 최대화하도록 관련 미소판들에 대하여 사선으로 배치된다.

상술한 바와 같은 코어 배열로, 열교환용 유체들은 상기 코어의 길이방향 축을 따라 기본적으로 균일한 온도 분배를 설정하는 방식으로 상기 코어로 인도될 것이다. 따라서 본 발명은 종래 기술의 열교환기들에서 존재하는 스트레스로 인한 휨을 없애거나 적어도 줄여준다. 그러한 휨은 상기 코어의 길이를 따라 존재하는 온도 변화 및 그에 따른 차동적인 열팽창의 결과로서 발생한다. 또한, 도 5에서 7에 도시된 바와 같은 코어 배열로, 두 개의 코어들(10)이 어느 정도 개략적으로 도 10 에 도시된 바와 같이 전면 대 전면 (또는 후면 대 후면)으로 장착되고 배리어들(35)에 의해 이격될 수도 있다. 이 때, 단일 헤더 배열(도시되지 않음)은 상기 열교환용 유체(F1)를 상기 두 개의 코어 배열 중 중앙 영역(36)으로 공급하고 상기 유체(F1)를 상기 두 개의 코어 배열 중 측면 영역들(37)로 운반하기 위해 제공될 수도 있다. 또한, 헤더들(38)은 상기 유체(F2)를 상기 두 개의 코어들의 관련 평판들로 공급하기 위하여 상기 두 개의 코어 배열 중 네 개의 측면 부분에 편리하게 확보될 수도 있고, 헤더들(39)은 상기 두 개의 코어 배열에서 상기 유체(F2)를 운반하기 위하여 상기 두 개의 코어들의 바깥쪽 면들에 연결될 수도 있다.

도 10에 도시된 바와 같이 수직으로 연장되는 구조는 본 발명이 구현되는 하나의 배열만을 포함하지만, 일반적인 수직축에 대하여 상기 두 개의 코어 배열을 네 개 또는 여섯 개씩 연장하는 것도 쉽사리 활용할 수 있는 것이 자명하다. 도 10에 도시된 바와 같은 구조에서 변경 또한 이루어질 수도 있다. 예를 들면, 중앙 웹(web) 또는 브릿지 (도시되지 않음)가 상기 포트들(28, 31) 각각에 위치될 수도 있고, 상기 코어에서 일부 유체를 운반하는 경계면 (종단) 평판들이 상기 코어에 있는 평판들 사이의 열흐름의 균등화를 지원하기 위하여 상기 코어에 있는 상기 평판들의 나머지와 같이 유로를 정의하는 미소판들의 수의 대략 절반으로 형성될 수도 있다.

또 다른 가능한 배열로서, 복수의 코어들(10)이 선형적으로 (즉, 종단에서 종단으로) 조합될 수도 있고, 도 11에 개략적으로 도시되듯이 이와 같이 구성된 복수의 열교환기들(40)이 원주형 용기(41)내에 내장될 수도 있다. 예시된 바와 같이, 상기 조합된 코어들과 상기 용기는 도면에서 길이 방향으로 연장된다.

도 11에 예시된 바와 같은 배열의 잠재적인 문제점은 정상적인 서비스 가열에 노출될 때, 각 열교환기들(40)은 상기 조합된 코어들의 최종단면들은 그 정상적인 평행관계로 놓이는 형태에서 (바나나처럼) 휘는 경향이 있을 것이라는 것이다. 이는 격납 및/또는 결합 상의 문제점들을 일으킬 것이다.

하지만, 다른 길이의 코어들(40A 및 40B)을 조합하고, 복합적인 휨들이 일어나고 상기 조합된 코어들의 종단면들의 중심점들에 대한 법선들이 실질적으로 동일 선 상의 관계를 유지하는 방식으로 상기코어들을 서로 간에 관련되게 향하게 함으로써 이러한 문제점들에 대하여 조화가 이루어지게 하는 것이 제안된다. 도 12, 13, 및 14는 이러한 목적을 위하여 네 개의 열교환기 코어들(40A에서 40D)을 이용하여 채택될 수 있는 조합 배열의 세 가지 예들을 도시한다. 이러한 예들에서, 동일한 평판 설계들이 다음과 같이 코어들(40A에서 40D)에서 사용된다: 코어(40A)는 코어(40C)와 길이가 같고, 코어(40B)는 코어(40D)와 길이가 같으며, 코어들(40A, 40C)의 길이는 코어들(40B, 40D)의 길이의 절반이다; 및 코어들의 방향과 상기 열교환기용 유체들의 흐르는 방향에서만 코어(40A)는 코어(40C)와 다르고, 코어(40B)는 코어(40D)와 다르다.

Claims (31)

1. 열교환기 코어에 있어서,

   a) 제1 및 제2 열교환용 유체를 운반하도록 각각 배열되는 제1 및 제2 그룹의 번갈아 포개진 평판들로 이루어지되, 상기 평판들은 서로 접착되고, 각 그룹의 각각의 평판들은 일 그룹의 평행 유로(채널)들로 각각 구성되는 적어도 세 개의 미소판(platelet)들이 그의 표면들 중의 적어도 하나에 형성되도록 구성하며, 상기 제1 및 제2 그룹의 평판들 각각에 있는 유로들 각각은 제1 및 제2 열교환용 유체를 위한 구불구불한 경로를 제공하도록 형성한 제1 및 제2 그룹의 평판들과,

   b) 상기 미소판들로 그리고 상기 미소판들로부터 상기 제1 및 제2 열교환용 유체를 운반하기 위한 상기 제1 및 제2 그룹의 평판들을 통해 연장되는 포트들, 및

   c) 상기 각 평판의 각 미소판의 대향하는 단부들에서 유로들의 그룹들을 상기 포트들 중의 관련 포트들에 연결하는 분배 유로로서, 한 그룹의 분배 유로들은 오로지 하나의 그룹의 유로들을 각 미소판의 각 단부에서 하나의 포트에 연결하며, 상기 제1 그룹의 상기 평판들에 있는 상기 미소판들의 각각에 관련된 상기 분배 유로들은 상기 제2 그룹의 상기 평판들에 있는 상기 미소판들의 해당하는 각각에 관련된 상기 분배 유로들을 가로지르는 방식으로 배치됨으로써, 그에 따라 상기 제1 그룹의 상기 평판들에 있는 상기 미소판들의 각각은 상기 제2 그룹의 상기 평판들에 있는 상기 미소판들의 해당하는 각각과 병렬로 열교환 하도록 배치되는 다수의 상기 분배유로를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 열교환기 코어.
2. 제1항에 있어서, 상기 미소판들은 각 그룹의 상기 평판들 중 각각의 한 표면 에만 형성됨을 특징으로 하는 열교환기 코어.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 그룹의 평판들은 연속적으로 번갈아 포개지도록 구성함을 특징으로 하는 열교환기 코어.
4. 제2항에 있어서, 상기 평판들 중 적어도 다수에 있어서, 상기 포트들의 다수는 상기 분배 유로들에 의해 두 개의 인접하는 미소판들에 연결됨을 특징으로 하는 열교환기 코어.
5. 제1항에 있어서, 각 미소판의 일단부들에 위치된 포트들과 각 미소판의 일단부들에 대향하는 타단부들에 위치하는 포트들은 서로 어긋나게 배열됨을 특징으로 하는 열교환기 코어.
6. 제1항에 있어서, 상기 모든 포트들은 상기 제1 및 제2 그룹의 모두의 모든 평판들을 관통하여 연장됨을 특징으로 하는 열교환기 코어.
7. 삭제
8. 제1항에 있어서, 상기 평행 유로들 각각은 지그재그 경로를 따르도록 형성됨을 특징으로 하는 열교환기 코어.
9. 제1항에 있어서, 각 그룹의 각 평판은 세 개에서 삼십 개 사이의 인접한 상기 미소판들을 그 표면중 하나에 가지도록 형성됨을 특징으로 하는 열교환기 코어.
10. 제1항에 있어서, 각 미소판은 이십 개에서 사십 개 사이의 상기 평행 유로로 구성됨을 특징으로 하는 열교환기 코어.
11. 제1항에 있어서, 상기 제1 그룹의 상기 평판들에 있는 상기 각 미소판은 제2 그룹의 상기 평판들에 있는 상기 각 해당 미소판의 크기 및 모양과 실질적으로 같은 크기 및 모양을 가짐을 특징으로 하는 열교환기 코어.
12. 제11항에 있어서, 상기 제1 그룹의 상기 평판들에 있는 상기 각 미소판은 제2 그룹의 상기 평판들에 있는 각각의 해당하는 상기 미소판 위에 놓이도록 배치됨을 특징으로 하는 열교환기 코어.
13. 제1항에 있어서, 상기 미소판들 각각을 구성하는 상기 평행 유로들의 그룹은 상기 미소판을 포함하는 평판을 가로질러 횡단하는 방향으로 연장됨을 특징으로 하는 열교환기 코어.
14. 제1항에 있어서, 각 평판에 있는 상기 미소판들은 서로에게 평행하게 위치되고 일렬로 배열됨을 특징으로 하는 열교환기 코어.
15. 제1항에 있어서, 각 평판에 있는 상기 미소판들은 서로에게 평행하게 위치되고 두 개의 열로 배열됨을 특징으로 하는 열교환기 코어.
16. 제15항에 있어서, 각 열은 세 개에서 삼십 개 사이의 인접한 상기 미소판들을 포함함을 특징으로 하는 열교환기 코어.
17. 제15항에 있어서, 상기 평판들 각각은 여섯 개의 길이 방향으로 연장되는 포트들의 배열을 가지도록 형성되며, 그 중 제1 배열의 포트들은 상기 평판의 중심부에 위치하고, 그 중 제2 및 제3 배열의 포트들은 상기 평판의 각 측면 가장자리에 위치하고, 그 중 제4 및 제5 배열의 포트들은 상기 평판의 각 측면 가장자리의 안쪽으로 연장되는 포트들을 포함하고, 그 중 제6 배열의 포트들은 상기 평판의 중심부에 위치하며 상기 제1 배열의 포트들과 서로 산재됨을 특징으로 하는 열교환기 코어.
18. 제17항에 있어서, 상기 제1 및 제6 배열의 포트들은 상기 코어의 마주보는 단부 면에서 접속됨을 특징으로 하는 열교환기 코어.
19. 제17항에 있어서, 상기 제2 및 제3 배열의 포트들은 상기 코어의 상기 단부 면들 중의 하나에서 접속됨을 특징으로 하는 열교환기 코어.
20. 제17항에 있어서, 상기 제4 및 제5 배열의 포트들은 상기 코어의 양 측면에서 접속됨을 특징으로 하는 열교환기 코어.
21. 제17항에 있어서, 상기 제1, 제4, 및 제5 배열의 각 포트들은 각 평판의 횡단 방향으로 정렬되고 상기 제2, 제3, 및 제6 배열의 각 포트들은 각 평판의 횡단 방향으로 정렬됨을 특징으로 하는 열교환기 코어.
22. 제17항에 있어서,

    상기 제1 배열의 포트들은 상기 제1 열교환용 유체의 유입을 입력하기 위한 용도로 배열되고,

    상기 제2 및 제3 배열의 포트들은 상기 제1 열교환용 유체의 배출을 제공하기 위한 용도로 배열되며,

    상기 제4 및 제5 배열의 포트들은 상기 제2 열교환용 유체의 유입을 입력하기 위한 용도로 배열되고,

    상기 제6 배열의 포트들은 상기 제2 열교환용 유체의 배출을 제공하기 위한 용도로 배열됨을 특징으로 하는 열교환기 코어.
23. 제1항에 있어서, 상기 포트들 각각은 관련된 미소판들에 대하여 사선으로 위치하는 모서리 부분을 가짐을 특징으로 하는 열교환기 코어.
24. 제1항에 있어서, 상기 모든 평판들은 서로에 대해 확산 접착됨을 특징으로 하는 열교환기 코어.
25. 제1항에 있어서, 상기 모든 유로들 및 분배 유로들은 실질적으로 같은 단면 모양과 크기를 가짐을 특징으로 하는 열교환기 코어.
26. 제25항에 있어서, 상기 분배 유로들 각각은 상기 미소판을 형성하는 유로들 중 해당하는 것에 직접 연결됨을 특징으로 하는 열교환기 코어.
27. 열교환기에 있어서, 제1항 내지 제6항 및 제8항 내지 제26항 중 어느 한 항에 기재된 적어도 하나의 열교환기 코어를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
28. 제 27항에 있어서, 상기 코어로 그리고 그로부터 제1 및 제2 열교환기용 유 체를 운반하기 위해 상기 코어에 연결되는 헤더들을 더 구비함을 특징으로 하는 열교환기.
29. 열교환기 어셈블리에 있어서, 제1항 내지 제6항 및 제8항 내지 제26항 중 어느 하나에 기술된 적어도 두 개의 코어를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기 어셈블리.
30. 제29항에 있어서, 상기 코어들은 후면 대 후면의 관계로 장착되고 또한 상기 코어로 그리고 상기 코어로부터 제1 및 제2 열교환기용 유체를 운반하기 위한 헤더들이 상기 어셈블리에 연결됨을 특징으로 하는 열교환기 어셈블리.
31. 제29항에 있어서, 상기 코어들은, 사용시 왜곡을 일으키는 가열에 노출될 때, 그룹으로 구성된 코어들의 단면부들의 중심점들에 대한 법선들이 실질적으로 동일한 선형 관계를 유지하도록 합성적인 굴곡현상이 발생되도록 선택되는 길이와 방향으로써 선형적으로 그룹을 이뤄 구성됨을 특징으로 하는 열교환기 어셈블리.

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