KR101126134B1 - 종횡유로를 가지는 고효율 미세채널 적층형 열교환기 - Google Patents

종횡유로를 가지는 고효율 미세채널 적층형 열교환기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다수개의 플레이트를 적층하고, 그 사이에 열매체가 이동되는 유로가 형성된 적층형 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수개의 플레이트가 적층되어 형성되는 열매체가 이동하는 유로가 종방향과 횡방향으로 연락(연통)되도록 이루어진 종횡유로를 가지는 고효율 미세채널 적층형 열교환기에 관한 것이다.
이러한 본 발명인 종횡유로를 가지는 고효율 미세채널 적층형 열교환기는, 2개의 열매체가 각각의 유로를 가지고 이동하면서 열교환이 이루어지는 다수개의 플레이트를 적층하여 그 사이에 다수개의 층으로 이루어진 층유로가 형성된 적층형 열교환기에 있어서, 상기 층유로에는 열매체가 이동하면서 다른 층유로로 유입된 열매체와 혼합될 수 있는 적어도 1개 이상의 수직(종)방향의 종유로를 포함하는 것이다.
즉, 상기 플레이트는 상부 플레이트와, 다수개의 제1 플레이트와, 상기 제1 플레이트 사이에 각각 설치되는 제 2플레이트, 하부 플레이트로 구성되며, 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트에는 각각에 적어도 1개 이상의 층간에 연통되도록 하는 종유로부가 형성되어 상기 종유로부를 통하여 다른 층유로로 유입된 열매체와 연통(교통)됨을 특징으로 하는 것이다.

Description

종횡유로를 가지는 고효율 미세채널 적층형 열교환기{Latitudinal flow pathway of cryogenic microchannel heat exchanger}
본 발명은 다수개의 플레이트를 적층하고, 그 사이에 열매체가 이동되는 유로가 형성된 적층형 열교환기에 관한 것이다.
보통 고온의 열매체와 저온의 열매체 사이에 열교환이 이루어지도록 하는 열교환기는 그 효율성을 높이기 위하여 다양한 방법의 기술에 제공되고 있다.
일반적으로 미세(마이크로)채널 열교환기는 기존의 쉘, 튜브 방식의 열교환기에 비하여 크기가 작고 높은 효율을 나타냄으로써, 미세(마이크로)채널 열교환기는 거의 모든 열교환기를 대처할 수 있으며, 공간 확보 및 고효율이라는 큰 장점을 가진다.
이러한 미세(마이크로)채널 열교환기는 도 1과 도 2와 같이 다수개의 플레이트를 적층하여 각각의 플레이트 사이에 미세(마이크로)채널의 층유로를 형성하도록 하는 미세채널 적층형 열교환기가 사용된다.
도 1과 도 2와 같이 미세(마이크로)채널 열교환기(a)는 상부 플레이트(b1)와 하부플레이트(b2)와 상기 상하부플레이트(b1,b2) 사이에 위치하는 다수개의 중간플레이트(b3)가 적층되어 각각의 플레이트 사이에 열매체가 이동하는 미세(마이크로)채널인 다수개의 층유로(c)를 형성한다.
상기 다수개의 층유로(c)에는 도 2와 같이 서로 다른 2개의 열매체인 고온의 열매체와 저온의 열매체가 서로 반대방향으로 이동함으로써 고온의 열매체와 저온의 열매체 사이에 열전달이 이루어진다.
이와 같이 이루어지는 미세채널 적층형 열교환기의 경우에는 다수의 층으로 형성됨으로써 층별간에 온도차가 발생할 수 있으며, 이러한 온도차에 의하여 열교환의 효율이 떨어지는 단점이 발생한다.
특히, 미세채널 적층형 열교환기는 미세(마이크로) 체널로 층유로가 형성됨으로써 플레이트(Plate)의 적층(Layer bonding) 과정시 접착제가 유로에 유입되어 유로의 막힘 현상이 유발되어 그 층으로는 열매체가 유동하지 않거나, 식각 또는 압착 과정에서 마이크로 채널인 층유로의 막힘 현상이 발생되어 유체의 유동을 방지함으로써 열교환의 효율이 감소하는 단점이 있다.
또한, 열매체인 고온, 저온의 유체에 이물질이 포함되는 경우 이물질에 의하여 마이크로 채널로 형성된 층유로의 막힘 현상이 발생함으로써 열교환의 효율이 감소하는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 단점을 해결하기 위하여 발명된 것으로,
본 발명은 다수의 플레이트를 적층하여 플레이트 사이의 틈새로 다수의 마이크로 채널로 형성되는 횡방향의 층유로를 형성하되, 층유로의 막힘 현상에 의하여 효율이 저하되는 것을 방지하고, 층 사이에 발생하는 온도차이를 감소시킬 수 있도록 서로 다른 층유로가 서로 연통(교통)하도록 종방향의 종유로를 가지는 고효율 미세채널 적층형 열교환기를 제공하는데 목적이 있다.
즉, 제조과정이나 이물질 등에 의하여 일부분이 유로가 막히는 현상이 발생하여 횡방향의 층유로를 따라 이동하지 못하는 경우 다른 층의 층유로와 연통되는 종유로를 통하여 유동할 수 있으며, 종유로를 통하여 서로 다른 층유로와 연통됨으로써 층별간에 온도차를 줄일 수 있게 된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명인 종횡유로를 가지는 고효율 미세채널 적층형 열교환기는 2개의 열매체가 각각의 유로를 가지고 이동하면서 열교환이 이루어지는 다수개의 미세채널 플레이트를 적층하여 그 사이에 다수개의 층으로 이루어진 층유로가 형성된 적층형 열교환기에 있어서, 상기 층유로에는 열매체가 이동하면서 다른 층유로로 유입된 열매체와 혼합될 수 있는 적어도 1개 이상의 수직(종)방향의 종유로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
즉, 플레이트는 상부 플레이트와, 다수개의 제1 플레이트와, 상기 제1 플레이트 사이에 각각 설치되는 제 2플레이트, 하부 플레이트로 구성되며, 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트에는 각각에 적어도 1개 이상의 종유로부가 형성되어 상기 종유로부를 통하여 다른 층유로로 유입된 열매체와 연통(교통)됨을 특징으로 한다.
상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트는, 1개 이상의 종유로부에 의하여 층유로가 분리되어 다수의 횡유로가 형성되고, 상기 종유로부는 근접하는 횡유로 사이를 연통하도록 다수의 횡연통로가 형성되되, 상기 각각의 횡연통로에는 같은 종류의 열매체가 이동하는 다른 층의 횡연통로와 연결되도록 제1 종연통홀이 형성되고, 상기 횡연통로 사이에는 다른 종류의 열매체가 이동하는 층간에 연통하도록 제2 종연통홀이 형성됨을 특징으로 한다.
상기와 같이 이루어진 본 발명인 고효율 미세채널 적층형 열교환기는 종유로부에 형성된 종유로에 의하여 서로 다른 층유로와 연통(교통)됨으로써 열교환기의 각각의 층유로에 유입된 열매체가 종유로를 통하여 다른 층으로 유입되어 혼합되어 층별간에 온도차를 줄임으로써 열교환기의 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 제작과정이나 이물질 등으로 인하여 어느 하나의 층유로의 일부분이 막힘 현상이 발생하여도 종유로를 통하여 열매체는 계속적으로 유입 및 배출될 수 있어 막힘 현상으로 인한 열교환기의 효율이 급격히 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 미세채널 적층형 열교환기의 사시도.
도 2는 종래의 미세채널 적층형 열교환기의 단면도.
도 3은 본 발명의 일실시예를 나타낸 종횡유로를 가지는 고효율 미세채널 적층형 열교환기의 사시도.
도 4는 본 발명의 일실시예를 나타낸 종횡유로를 가지는 고효율 미세채널 적층형 열교환기의 분리사시도.
도 5는 본 발명의 일실시예를 나타낸 종횡유로를 가지는 고효율 미세채널 적층형 열교환기의 평면도로써 다수의 플레이트를 보여주기 위한 평면 부분단면도.
도 6은 도 5의 A-A선을 따라 단면 할 경우의 개략적인 단면도.
도 7은 본 발명인 종횡유로를 가지는 고효율 미세채널 적층형 열교환기의 제 1 플레이트와 제 2 플레이트의 부분 사시도.
도 8은 도 5의 B-B선을 따라 단면 할 경우(종유로부의 단면)의 개략적인 단면도.
첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명은 다수의 플레이트를 적층시켜 미세(마이크로) 채널로 이루어진 다수의 층유로가 서로 연통하도록 종횡유로를 가지는 고효율 미세채널 적층형 열교환기이다.
본 발명을 설명하기 위하여 첨부된 도 3은 본 발명의 일실시예인 종횡유로를 가지는 고효율 미세채널 적층형 열교환기의 사시도이고, 도 4는 종횡유로를 가지는 고효율 미세채널 적층형 열교환기의 분리사시도이며, 도 5는 종횡유로를 가지는 고효율 미세채널 적층형 열교환기의 평면도로써 다수의 플레이트를 보여주기 위한 평면 부분단면도이고, 도 6은 도 5의 A-A선을 따라 단면 할 경우의 개략적인 단면도로써, 열매체의 흐름을 보여주고 있으며, 도 7은 종횡유로를 가지는 고효율 미세채널 적층형 열교환기의 제 1 플레이트와 제 2 플레이트의 부분 사시도이고, 도 8은 도 5의 B-B선을 따라 단면 할 경우(종유로부의 단면)의 개략적인 단면도이다.
본 발명인 종횡유로를 가지는 고효율 미세채널 적층형 열교환기(1)는 도 3과 도 4와 같이 상부에 위치하는 상부 플레이트(11)와, 상기 상부 플레이트(11)의 하측에 위치하는 다수개의 제 1 플레이트(12)와, 상기 제 1 플레이트 사이에 위치하는 제 2 플레이트(13)와, 하부에 위치하는 하부 플레이트(14)로 이루어진 다수의 플레이트(10)를 적층(layer bonding)시켜 일체로 형성한다.
상기와 같이 적층시킨 플레이트(10) 사이에는 열매체가 유동(이동)하는 미세체널인 층유로(20)가 형성되며, 상기 층유로(20)에는 종유로부(30)가 형성되고, 상기 종유로부(30)에 의하여 다수의 횡유로(21, 21', 21")로 구획된다. 상기 종유로부(30)는 도 3 내지 도 5와 같이 적어도 1개 이상이 형성된다.
상기 횡유로(21, 21', 21")에는 열매체의 흐름이 좌우로 펼쳐지도록 하거나 열매체와 플레이트 사이의 접촉면적을 높이기 위하여 다수개의 요철이 형성되며, 상기 요철은 도 5와 같이 사선(경사)방향으로 형성된다. 즉, 플레이트의 상부면과 하부면에 압착(pressing) 또는 식각(etching) 방법으로 요철을 형성한다.
상기 종유로부(30)는 도 3과 도 5와 도 6과 도 8과 같이 근접하는 횡유로(21, 21', 21") 사이에 연통하도록 다수개의 횡연통로(31)가 형성되고, 상기 횡연통로(31)에는 다른 층의 횡유로(21, 21', 21") 사이에 연통하는 횡연통로(31')와 연통(교통)하도록 제 1 종연통홀(32)이 형성되고, 상기 다수의 횡연통로(31) 사이에는 다른 종류의 열매체가 이동하는 층간에 연통(교통)하도록 제 2 종연통홀(33)이 형성된다.
이와 같이 형성된 종유로부(30)에 의하여 횡연통로(31)를 통하여 횡유로(21, 21', 21")로 이동하는 열매체가 다른 층의 횡연통로(31')로 일부가 이동하게 되어 근접하는 층유로(20)의 열매체가 서로 연통(혼합)하게 된다.
상기와 같이 이루어진 본 발명인 종횡유로를 가지는 고효율 미세채널 적층형 열교환기(1)는 적층되는 다수의 플레이트(10) 사이에 도 6과 같이 다수인 미세체널인 층유로(20, 20')가 형성되고, 상기 층유로(20, 20')에는 2개의 열매체가 서로 반대방향으로 유입되어 반대방향으로 흐르며, 상기 2개의 열매체는 서로 다른 층의 층유로로 유입됨으로써 혼합되지 않고, 플레이트를 매개체로 하여 상호 열을 전달하여 열교환을 하게 된다.
다수의 층유로(20, 20')로 분리되어 흐르는 열매체는 다수의 종유로부(30)에 형성된 제 1 종연통홀(32)과 제 2 종연통홀(33)에 의하여 같은 종류의 열매체 끼리 서로 연통되어 혼합하게 된다.
즉, 도 6과 같이 층유로(20)와 근접한 다른 층유로(20')로 유입되어 흐르는 열매체는 종유로부(30)에 형성된 제 1 종연통홀(32)과 제 2 종연통홀(33)에서 서로 이동하게 된다.
이와 같이 서로 근접한 층유로(20, 20') 끼리 상호 이동함으로써 층별간에 온도차를 줄일 수 있으며, 일부분에서 막힘 현상이 발생할 경우에도 종연통홀(32, 33)에 의하여 해결할 수 있다.
1 : 종횡유로를 가지는 미세채널 적층형 열교환기
10 : 플레이트
20, 20' : 층유로 21, 21', 21" : 횡유로
30 : 종유로부 31 : 횡연통로
32, 33 : 종연통홀

Claims (3)

  1. 2개의 열매체가 각각의 유로를 가지고 이동하면서 열교환이 이루어지는 다수개의 플레이트를 적층하여 그 사이에 다수개의 층으로 이루어진 층유로가 형성된 미세채널 적층형 열교환기에 있어서,
    상기 플레이트(10)는 상부 플레이트(11)와, 다수개의 제 1 플레이트(12)와, 상기 제 1 플레이트(12) 사이에 각각 설치되는 제 2 플레이트(13), 하부 플레이트(14)로 구성되며, 상기 제 1 플레이트(12)와 제 2 플레이트(13)에는 각각에 적어도 1개 이상의 종유로부(30)가 형성되어 상기 종유로부(30)를 통하여 다른 층유로로 유입된 열매체와 연통(교통)되되,
    상기 제 1 플레이트(12)와 제 2 플레이트(13)는,
    1개 이상의 종유로부(30)에 의하여 층유로(20)가 분리되어 다수의 횡유로(21, 21', 21")가 형성되고,
    상기 종유로부(30)는 근접하는 횡유로(21, 21', 21") 사이를 연통하도록 다수의 횡연통로(31)가 형성되되, 상기 각각의 횡연통로(31)에는 같은 종류의 열매체가 이동하는 다른 층의 횡연통로(31')와 연결되도록 제 1 종연통홀(32)이 형성되고,
    상기 횡연통로(31) 사이에는 다른 종류의 열매체가 이동하는 층간에 연통하도록 제 2 종연통홀(33)이 형성됨을 특징으로 하는 종횡유로를 가지는 고효율 미세채널 적층형 열교환기.
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