KR101285092B1

KR101285092B1 - 내압성 및 열전도성이 향상된 열교환기

Info

Publication number: KR101285092B1
Application number: KR1020130027662A
Authority: KR
Inventors: 김유림
Original assignee: 김유림
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2013-07-17

Abstract

본 발명은 열전소자를 이용하여 내부로 유입된 유체를 냉각시키는 열교환기에 관한 것으로서, 특히 내압성 및 열전도성이 향상되도록 한 열교환기에 관한 것이다.
그 구성은, 전후 관통 형성된 내부 유통부를 갖는 바디; 상기 바디의 유통부 상면에 길이 방향을 따라 형성되되, 유통부의 폭 방향을 따라 배열된 다수의 상부안착홈; 상기 각 상부안착홈과 마주하도록 상기 바디의 유통부 하면에 형성된 다수의 하부안착홈; 상호 마주하는 상부 및 하부 안착홈에 각각 끼워지는 다수의 냉각핀; 상기 바디의 전방에 결합되고, 상기 유통부와 연결되는 유입로와, 상기 유입로와 연결된 유입구를 갖는 프런트커버; 및 상기 바디의 후방에 결합되고, 상기 유통부와 연결되는 유출로와, 상기 유출로와 연결된 유출구를 갖는 리어커버를 포함하되, 상기 바디, 냉각핀, 프런트커버 및 리어커버는 브레이징에 의해 상호 결합되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 구성에 의하면, 냉각핀이 상호 마주하는 상부 및 하부 안착홈에 끼워져 바디와 견고하게 결합될 수 있으며, 또한 이와 같은 결합 구조에 의하여 바디와 냉각핀 간의 접촉 면적이 증대됨으로써, 내압성 및 열전도성이 향상되는 효과가 있다.

Description

내압성 및 열전도성이 향상된 열교환기{Improved pressure resistance and thermal conductivity heat exchanger}

본 발명은 열전소자를 이용하여 내부로 유입된 유체를 냉각시키는 열교환기에 관한 것으로서, 특히 내압성 및 열전도성이 향상되도록 한 열교환기에 관한 것이다.

열전소자를 이용하되, 내압성 및 열전도성이 향상되도록 한 열교환기에 관한 기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0056811호(2010.05.28.공개, 이하 '선행기술'이라고 함) "열전모듈용 열교환기"가 제시되어 있다.

상기 선행기술은

"열전모듈용 열교환기에 있어서,

유체가 유입되는 유입구와 유체가 유출되는 유출구를 가지며, 내부에 일정 공간이 형성되도록 일정 부피를 가지며 열전모듈이 외부 일측면에 접하도록 조립되는 밀폐구조의 몸체; 및

상기 몸체 내부를 통과하는 유체와 상기 열전모듈을 열교환 하도록 상기 몸체 내부에 설치되며, 열교환 효율의 극대화를 위해 상기 유체가 통과하는 유로 상에 난류를 일으키도록 하는 난류형성부재가 형성되는 박판;을 포함하는 것을 특징"으로 하는 것으로서,

열전모듈의 특성을 고려하여 면적당 열교환 속도가 빠른 열교환기를 제공하며, 열전모듈의 조립 압력에 의한 변형을 방지할 수 있는 구조 및 강도를 갖는 열교환기를 제공할 수 있도록 한 기술이다.

상기 선행기술은 몸체와 박판을 브레이징(brazing) 공법으로 접합함으로써 순환유체의 압력 및 열전모듈의 조립 압력에 의한 변형을 방지할 수 있도록 하고는 있으나,

몸체와 박판 간의 접합부가 취약하여, 몸체와 박판 간의 열 전도가 원활하지 못하며, 특히 반도체장비나 발전설비 등 고온고압 유체의 냉각이 요구되는 곳에는 적용하기 곤란한 문제가 있다.

즉, 몸체 내부를 통과하는 유체의 압력 및 열 응력에 의하여, 몸체와 박판이 변형되거나, 심지어 몸체와 박판, 또는 몸체를 이루는 블록 및 플레이트가 상호 분리될 수 있는 문제가 있는 것이다.

이와 같은 문제에 대하여 본 발명은 열교환기를 이루는 각 구성요소가 더욱 견고한 결합구조를 갖게 함으로써, 내압성 및 열전도성이 향상될 수 있도록 한 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 내압성 및 열전도성이 향상된 열교환기는,

전후 관통 형성된 내부 유통부를 갖는 바디;

상기 바디의 유통부 상면에 길이 방향을 따라 형성되되, 유통부의 폭 방향을 따라 배열된 다수의 상부안착홈;

상기 각 상부안착홈과 마주하도록 상기 바디의 유통부 하면에 형성된 다수의 하부안착홈;

상호 마주하는 상부 및 하부 안착홈에 각각 끼워지는 다수의 냉각핀;

상기 바디의 전방에 결합되고, 상기 유통부와 연결되는 유입로와, 상기 유입로와 연결된 유입구를 갖는 프런트커버; 및

상기 바디의 후방에 결합되고, 상기 유통부와 연결되는 유출로와, 상기 유출로와 연결된 유출구를 갖는 리어커버;

를 포함하되,

상기 바디, 냉각핀, 프런트커버 및 리어커버는 브레이징에 의해 상호 결합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 내압성 및 열전도성이 향상된 열교환기는,

냉각핀이 상호 마주하는 상부 및 하부 안착홈에 끼워져 바디와 견고하게 결합될 수 있으며, 또한 이와 같은 결합 구조에 의하여 바디와 냉각핀 간의 접촉 면적이 증대됨으로써, 내압성 및 열전도성이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 내압성 및 열전도성이 향상된 열교환기의 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 내압성 및 열전도성이 향상된 열교환기의 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 내압성 및 열전도성이 향상된 열교환기의 단면 구성도.
도 4는 도 2에 도시된 냉각핀의 평단면도.
도 5는 도 2에 도시된 프런트커버의 평단면도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

'도 1' 내지 '도 5'에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 내압성 및 열전도성이 향상된 열교환기는 크게 바디(100), 냉각핀(200), 프런트커버(300) 및 리어커버(400)로 이루어진다.

바디(100)는 '도 1' 내지 '도 3'에 도시된 바와 같이 납작한 육면체 형태로 이루어지며, 압출 성형에 의해 일정한 단면을 갖는 파이프 형태로 형성된다.

바디(100)의 내부에는 전후 관통 형성된 유통부(110)가 형성되는데, 이 유통부(110)에는 냉각을 요하는 유체가 통과하게 된다. 그리고 바디(100)의 상면 또는 하면에는 유통부(110)를 통과하는 유체를 냉각시키기 위한 열전소자(미도시)가 설치된다.

유통부(110)의 상면 및 하면에는 각각 상부 및 하부 안착홈(120)(130)이 형성된다.

상부안착홈(120)은 유통부(110)의 길이 방향을 따라 요입 형성되며, 유통부(110)의 폭 방향을 따라 다수가 배열된다.

하부안착홈(130)은 각 상부안착홈(120)과 마주하도록 다수가 배열 형성되어, 상부안착홈(120)에 대응하는 구조를 갖는다.

그리고 유통부(110)의 중앙에는 길이 방향을 따라 리브(140)가 형성된다. 리브(140)는 유통부(110)의 상면과 하면을 연결하도록 형성되어, 유통부(110)를 통과하는 유체의 압력에 의한 바디(100)의 변형을 방지하게 된다. 리브(140)는 유통부(110)의 폭에 따라 둘 이상이 일정 간격을 이루며 형성될 수도 있을 것이다.

냉각핀(200)은 '도 2' 내지 '도 4'에 도시된 바와 같이 기다란 판재로 이루어진 것으로서, 다수가 구비되어 상호 마주하는 상부 및 하부 안착홈(120)(130)에 각각 끼워진다.

이에 따라 각 냉각핀(200)은 바디(100)의 유통부(110)를 다수의 구역으로 구획하게 되고, 유통부(110)를 통과하는 유체를 바디(100)와 함께 냉각시키게 된다.

도시된 바와 같이, 냉각핀(200)에는 길이 방향을 따라 다수의 융기부(210)가 형성된다. 융기부(210)는 프레스 가공에 의해 냉각핀(200)의 양측으로 돌출되도록 형성되는데, 이에 의해 융기부(210)는 유통부(110)를 통과하는 유체에 저항을 가해 난류(亂流)를 일으키게 함으로써 유체가 바디(100) 및 냉각핀(200)과 더욱 원활하게 열교환 될 수 있게 한다.

한편, 냉각핀(200)은 브레이징(brazing)에 의해 바디(100)에 결합되는데, 이를 위하여 냉각핀(200)의 표면에는 알루미늄 클래드(clad)로 이루어진 용가재가 피복된다.

이에 따라, 냉각핀(200)을 상호 마주하는 상부 및 하부 안착홈(120)(130)에 끼워 바디(100)에 고정한 상태에서 바디(100)와 냉각핀(200)을 브레이징용 노(爐)에 넣어 가열하면, 냉각핀(200)에 피복된 용가재가 용융되며 상부 및 하부 안착홈(120)(130)과 냉각핀(200) 사이로 흘러들어가 바디(100)를 상호 결합시키게 된다.

그리고 이와 같은 결합 구조에 의하면, 상부 및 하부 안착홈(120)(130)에 의해 바디(100)가 냉각핀(200)의 상단부 및 하단부를 감싸게 되고, 따라서 바디(100)와 냉각핀(200)이 접촉하게 되는 면적이 증대됨으로써, 바디(100)와 냉각핀(200)이 상호 견고하게 결합되고, 바디(100)와 냉각핀(200) 간의 열전달이 원활하게 이루어질 수 있다. 즉, 열교환기의 내압성(耐壓性) 및 열전도성(熱傳導性)이 향상되는 것이다.

프런트커버(300)는 '도 1', '도 2' 및 '도 5'에 도시된 바와 같이 바디(100)의 폭에 상응하는 길이를 갖는 블록 형태로 이루어져 바디(100)의 전방에 결합되는 것으로서, 바디(100)의 유통부(110)와 연결되는 유입로(310), 그리고 이 유입로(310)와 연결된 유입구(320)를 갖는다.

유입구(320)는 프런트커버(300)의 일측면에 형성되어 유입로(310)를 개방시키게 된다.

도시된 바와 같이, 유입구(320)에는 접속부재(600)가 결합된다. 접속부재(600)는 그 일단부가 유입구(320)에 삽입 결합되고, 타단부가 유체 이송용 배관에 결합되어 프런트커버(300)와 유체 이송용 배관을 연결하게 된다. 접속부재(600)와 유입구(320)의 결합에는 나사결합 방식 등 다양한 결합방식이 적용될 수 있으나, 바디(100)와 냉각핀(200)과 같이 브레이징 방식을 적용함으로써 바디(100)와 냉각핀(200)의 결합 작업시 이들과 함께 결합 작업이 진행되도록 하는 것이 바람직하다.

유입로(310)는 '도 2' 및 '도 5'에 도시된 바와 같이 유입구(320)와 연결되도록 유통부(110)의 폭 방향(즉, 프런트커버의 길이 방향)을 따라 연장 형성된 진입부(311), 그리고 이 진입부(311)와 연결되도록 유통부(110)를 향해 관통 형성된 다수의 분기부(312)로 이루어진다.

각 분기부(312)는 진입부(311)의 길이 방향 및 상하 방향을 따라 상호 촘촘하게 이격 배열된다.

그리고 이에 의해 각 분기부(312) 사이에는 비(非)관통부(340)가 형성되는데, 이 비(非)관통부(340)는 접속부재(600) 및 유입구(320)를 통해 진입부(311)로 유입된 유체의 흐름을 차단하게 됨으로써, 각 분기부(312)를 통과하여 유통부(110)로 유입되는 유체의 압력이 유통부(110)의 폭 방향을 따라 고르게 작용할 수 있게 한다.

결국, 각 분기부(312)는 진입부(311)로 유입된 유체가 유통부(110)의 폭 방향을 따라 고루 분산되어 흐를 수 있도록 함으로써, 각 냉각핀(200)에 의해 구획된 유통부(110)의 구역 중 유입구(320)와 인접 배치된 구역에 과도한 유체 압력이 작용하게 되는 것을 방지하게 된다.

리어커버(400)는 '도 1' 및 '도 2'에 도시된 바와 같이, 프런트커버(300)와 마찬가지로 바디(100)의 폭에 상응하는 길이를 갖는 블록 형태로 이루어져 바디(100)의 전방에 결합되는 것으로서, 바디(100)의 유통부(110)와 연결되는 유출로(410), 그리고 이 유출로(410)와 연결된 유출구(420)를 갖는다.

프런트커버(300)의 유입구(320)와 마찬가지로, 리어커버(400)의 유출구(420)에는 접속부재(600)가 결합된다.

도시된 바와 같이, 리어커버(400)는 프런트커버(300)와 동일한 구조로 이루어지는바, 중복 설명은 생략하기로 한다.

프런트커버(300)와 리어커버(400)는 냉각핀(200)과 마찬가지로 브레이징에 의해 바디(100)에 결합된다.

즉, 바디(100), 냉각핀(200), 프런트커버(300) 및 리어커버(400)는 이들을 상호 조립한 상태에서 가열로에 넣어 브레이징하는 것에 의해 상호 결합되는 것이다.

그리고 '도 2'에 도시된 바와 같이 프런트커버(300) 및 리어커버(400)가 바디(100)에 안정적으로 고정될 수 있도록, 바디(100)의 전면 및 후면에는 유통부(110)의 둘레를 따라 요입된 결합부(150)가 형성되고, 프런트커버(300)의 후면 및 리어커버(400)의 전면에는 각 결합부(150)의 내측에 각각 삽입되는 대응결합부(330)(430)가 형성된다.

또한, 바디(100)와 프런트커버(300)의 사이, 그리고 바디(100)와 리어커버(400)의 사이에는 개스킷(gasket, 500)이 개재된다. 이 개스킷(500)은 알루미늄 클래드 등의 용가재로 이루어지게 되는데, 이에 의해 개스킷(500)은 유체가 누설되는 것을 방지하게 될 뿐만 아니라, 바디(100), 냉각핀(200), 프런트커버(300) 및 리어커버(400)의 결합을 위한 브레이징 작업시 용융되어 바디(100), 프런트커버(300) 및 리어커버(400)를 상호 더욱 견고하게 결합시키게 된다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 "내압성 및 열전도성이 향상된 열교환기"를 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

100 ; 바디
110 ; 유통부 120 ; 상부안착홈
130 ; 하부안착홈 140 ; 리브
150 ; 결합부
200 ; 냉각핀
210 ; 융기부
300 ; 프런트커버
310 ; 유입로
311 ; 진입부 312 ; 분기부
320 ; 유입구
330 ; 대응결합부
340 ; 비관통부
400 ; 리어커버
410 ; 유출로 420 ; 유출구
430 ; 대응결합부
500 ; 개스킷
600 ; 접속부재

Claims

열전소자를 이용하여 내부로 유입된 유체를 냉각시키는 열교환기에 있어서,
전후 관통 형성된 내부 유통부(110)를 갖고, 상면 또는 하면에 열전소자가 설치되는 바디(100);
상기 바디(100)의 유통부(110) 상면에 길이 방향을 따라 형성되되, 유통부(110)의 폭 방향을 따라 배열된 다수의 상부안착홈(120);
상기 각 상부안착홈(120)과 마주하도록 상기 바디(100)의 유통부(110) 하면에 형성된 다수의 하부안착홈(130);
상호 마주하는 상부 및 하부 안착홈(120)(130)에 각각 끼워지는 다수의 냉각핀(200);
상기 바디(100)의 전방에 결합되고, 상기 유통부(110)와 연결되는 유입로(310)와, 상기 유입로(310)와 연결된 유입구(320)를 갖는 프런트커버(300); 및
상기 바디(100)의 후방에 결합되고, 상기 유통부(110)와 연결되는 유출로(410)와, 상기 유출로(410)와 연결된 유출구(420)를 갖는 리어커버(400);
를 포함하되,
상기 바디(100)는 납작한 육면체 형태로 이루어지되, 압출 성형에 의해 일정한 단면을 갖는 파이프 형태로 이루어지고,
상기 바디(100), 냉각핀(200), 프런트커버(300) 및 리어커버(400)는 브레이징에 의해 상호 결합되며,
상기 프런트커버(300)의 유입로(310)는
상기 유입구(320)와 연결되고, 상기 바디(100) 유통부(110)의 폭 방향을 따라 연장 형성된 진입부(311); 및
상기 진입부(311)의 길이 방향을 따라 배열되고, 상기 진입부(311)와 연결되도록 상기 유통부(110)를 향해 관통 형성된 다수의 분기부(312);
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 내압성 및 열전도성이 향상된 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 각 냉각핀(200)에는 길이 방향을 따라 다수의 난류 생성용 융기부(210)가 형성된 것을 특징으로 하는 내압성 및 열전도성이 향상된 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 바디(100)에는 상기 유통부(110)의 상면과 하면을 연결하는 리브(140)가 형성된 것을 특징으로 하는 내압성 및 열전도성이 형상된 열교환기.
삭제
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바디(100)의 전면 및 후면에는 상기 유통부(110)의 둘레를 따라 요입된 결합부(150)가 형성되고,
상기 프런트커버(300)의 후면 및 상기 리어커버(400)의 전면에는 상기 각 결합부(150)의 내측에 각각 삽입되는 대응결합부(330)(430)가 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 내압성 및 열전도성이 향상된 열교환기.
제5항에 있어서,
상기 바디(100)와 상기 프런트커버(300)의 사이, 그리고 상기 바디(100)와 상기 리어커버(400)의 사이에는 개스킷(500)이 개재되되, 상기 개스킷(500)은 용가재로 이루어진 것을 특징으로 하는 내압성 및 열전도성이 향상된 열교환기.