KR101542681B1 - 모듈형 열교환기 및 그 열교환기를 이용한 열교환 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모듈형 열교환기 및 그 열교환기를 이용한 열교환 방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 각각이 서로 조립되어 다양한 열교환 용량을 적용할 수 있는 열교환기 기본모듈에 있어서, 서로 소정간격 이격되어 배치되며 내부로 제1유체가 유동되는 다수의 제1마이크로 채널관; 다수의 상기 제1마이크로 채널관의 일단에 설치되어 제1유체가 상기 제1마이크로 채널관으로 유입되는 유입헤더와, 상기 제1마이크로 채널관 타단에 설치되어 상기 제1유체가 토출되는 토출헤더; 및 다수의 상기 제1마이크로 채널관 사이에 설치되며, 내부로 제2유체가 유동되는 제2마이크로 채널관;을 포함하고, 상기 제1마이크로 채널관과 상기 제2마이크로 채널관은 서로 번갈아 가며 적층되어 구성되어 상기 제1유체와 상기 제2유체가 열교환되는 것을 특징으로 하는 열교환기 기본모듈을 단위용량으로 하여, 이러한 기본모듈을 기반으로 다양하게 조합하여 열교환기의 용량을 경제적으로 확장, 조절할 수 있는 모듈형 열교환기에 관한 것이다.

Description

모듈형 열교환기 및 그 열교환기를 이용한 열교환 방법{Module type heat exchanger and method for exchanging heat using the module type heat exchanger}

본 발명은 모듈형 열교환기 및 그 열교환기를 이용한 열교환 방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 열교환기 용량에 따라 단위 용량의 기본 모듈을 확장하여 사용함으로써 생산원가 및 생산성을 획기적으로 개선할 수 있는 모듈형 열교환기 및 그 열교환기를 이용한 열교환 방법에 관한 것이다.

냉동 공조 시스템, 보일러의 온수 생산, 화학 공정 등에 널리 사용되는 판형 열교환기는 유체의 종류 및 유로, 강도 등을 고려하여 성형된 다수의 전열판을 적층시켜 그 층간으로 고온 유체와 저온 유체를 교대로 흐르게 하여 전열판 사이를 지나는 고온 유체와 저온 유체 간의 열교환이 이루어지게 하는 장치이다. 즉, 전열판 사이의 층간 유로에 의해 서로 다른 두 종류의 유체가 분리되어 대향류(counter flow)로 흐르게 되는 구조로, 고온과 저온의 유체가 한 층씩 교차되면서 열교환이 이루어지게 된다.

도 1은 종래 유체-유체 열교환기(1)의 정단면도를 도시한 것이다. 또한, 도 2는 종래 유체-유체 열교환기(1)에서 배수가 안된 물이 생성된 상태의 정단면도를 도시한 것이다.

종래 본 발명자에 의해 출원 등록된 열교환기(등록특허 제0943573호)의 경우 도 1에서 도시된 바와 같이, 열교환기(1)를 냉매-물 열교환 용도로 사용하는 경우 사용을 중지하면, 도 2에 도시된 바와 같이 하부 물탱크 중간부분에 물이 배수되지 못하고 남게 되는 문제가 존재함을 알 수 있다. 따라서 겨울철에 사용하는 경우 배수되지 못한 물이 결빙되어 부피가 팽창하면 열교환기(1)가 손상될 위험성이 존재하였다.

또한 유로1->유로2->유로3->유로4의 방향이 번갈아 하부에서 상부로 상부에서 하부로 향하고 있어 물(또는 2차 유체)을 펌핑하기 위한 소요 동력이 증가하는 단점이 존재하였다.

그리고, 이러한 종래 열교환기의 경우 열교환 용량을 변화시키기 위한 방법으로는 열교환기의 가로 또는 세로 길이를 늘리거나, 줄여야 한다. 다른 방법으로는 열교환기의 가로와 세로 길이는 그대로 두고 적층되는 열교환기 채널의 수를 늘리거나 줄이는 것이다.

일반적으로 용량이 다른 열교환기를 생산하기 위해서는 생산공정이 달라져야 한다. 예를 들어 크기가 작은(용량이 작은) 열교환기의 경우와 크기가 큰(용량이 큰) 열교환기를 생산하는 경우 열교환기의 중량이 다르기 때문에 진공 브레이징에 소요되는 시간과 용접 온도는 다를 수밖에 없다.

따라서, 다품종 소량 생산 시 계속해서 생산 설비의 운전 조건을 바꿔가며 생산해야 하기 때문에, 생산성 저하에 따른 생산 원가 상승이 초래될 수밖에 없다. 이러한 불편함을 덜고, 주문에서 납품까지 소요되는 시간을 줄일 요량으로 제고를 과다하게 보유하는 경우, 제고에 따른 비용이 추가적으로 발생될 수밖에 없는 문제가 존재하게 된다.

대한민국 등록특허 제0943573호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로, 본 발명의 일실시예에 따르면, 기본모듈을 기반으로 복수의 기본모듈을 다양하게 조합하여 열교환기의 열교환 용량을 경제적으로 확장, 조절할 수 있는 모듈형 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 단위용량의 열교환기를 기본모듈로 하여 기본모듈을 확장시킴으로써, 열교환기의 용량증가가 가능하여, 소품종 대량생산 뿐만 아니라, 다품종 소량생산에도 생산 공정의 유연성을 확보할 수 있어 생산원가를 낮출 수 있음은 물론 제고에 대한 부담을 줄일 수 있는 모듈형 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1목적은, 각각이 서로 조립되어 다양한 열교환 용량을 적용할 수 있는 열교환기 기본모듈에 있어서, 서로 소정간격 이격되어 배치되며 내부로 제1유체가 유동되는 다수의 제1마이크로 채널관; 다수의 상기 제1마이크로 채널관의 일단에 설치되어 제1유체가 상기 제1마이크로 채널관으로 유입되는 유입헤더와, 상기 제1마이크로 채널관 타단에 설치되어 상기 제1유체가 토출되는 토출헤더; 및 다수의 상기 제1마이크로 채널관 사이에 설치되며, 내부로 제2유체가 유동되는 제2마이크로 채널관;을 포함하고, 상기 제1마이크로 채널관과 상기 제2마이크로 채널관은 서로 번갈아 가며 적층되어 구성되어 상기 제1유체와 상기 제2유체가 열교환되는 것을 특징으로 하는 열교환기 기본모듈로서 달성될 수 있다.

그리고, 제2마이크로 채널관의 양측에 구비되는 사이드 바를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제1마이크로 채널관은 내부로 상기 제1유체가 유동되는 다수의 마이크로 채널을 갖는 제1마이크로 튜브 및 상기 제1마이크로 튜브 내부에 구비되는 다수의 핀을 포함하며, 상기 제2마이크로 채널관은 내부로 상기 제2유체가 유동되는 다수의 마이크로 채널을 갖는 제2마이크로 튜브 및 상기 제2마이크로 튜브 내부에 구비되는 다수의 핀을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상부측에 구비되는 상부판과 하부측에 구비되는 하부판을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 기본 모듈과 상기 상부판 사이 및 상기 기본 모듈과 상기 하부판 사이 각각에 구비되는 크래드 시트를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 제2마이크로 채널관의 일단과 타단 각각에 설치되며, 제2유체가 유입되는 제2유체유입부와 상기 제2유체가 토출되는 제2유체토출부를 갖는 제2유체헤더탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제2유체가 상기 제2마이크로채널관에서 지그재그로 유동하도록 상기 제2유체헤더탱크 내면 일측에 설치된 다수의 버플을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 제2유체헤더탱크는 일측에 제2유체유입부를 갖고, 타측에 제2유체토출부를 가지며, 내부에 다수의 버플이 구비되며, 상기 제2마이크로 채널관의 일측으로 결합되는 제1사이드유체탱크 및 상기 제1사이드유체탱크와 대향되게 상기 제2마이크로 채널관의 타측으로 결합되며 내부에 다수의 버플이 구비되는 제2사이드유체탱크를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제2목적은, 모듈형 열교환기에 있어서, 서로 소정간격 이격되어 배치되며 내부로 제1유체가 유동되는 다수의 제1마이크로 채널관, 다수의 상기 제1마이크로 채널관의 일단에 설치되어 제1유체가 상기 제1마이크로 채널관으로 유입되는 유입헤더와, 상기 제1마이크로 채널관 타단에 설치되어 상기 제1유체가 토출되는 토출헤더 및 다수의 상기 제1마이크로 채널관 사이에 설치되며, 내부로 제2유체가 유동되는 제2마이크로 채널관을 구비한 다수의 기본모듈; 및 상기 기본모듈의 상기 토출헤더와 상기 유입헤더를 연결하는 연결튜브;를 포함하고, 상기 기본모듈은 다수가 서로 연결되어 결합되는 것을 특징으로 하는 모듈형 열교환기로서 달성될 수 있다.

그리고, 모듈형 열교환기의 양측 각각에 설치되며, 제2유체가 유입되는 제2유체유입부와 상기 제2유체가 토출되는 제2유체토출부를 갖는 제2유체헤더탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제2유체헤더탱크는 일측에 제2유체유입부를 갖고, 타측에 제2유체토출부를 가지며, 내부에 다수의 버플이 구비되며, 상기 모듈형 열교환기의 일측으로 결합되는 제1사이드유체탱크 및 상기 제1사이드유체탱크와 대향되게 상기 모듈형 열교환기의 타측으로 결합되며 내부에 다수의 버플이 구비되는 제2사이드유체탱크를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 제2유체는 버플에 의해 하부측에서 지그재그로 상기 제1사이드 유체탱크와 상기 제2사이드유체탱크를 번갈아가며 유동하며 상부측으로 이동되어 제2유체토출부를 통해 토출되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제3목적은, 제1유체가 유입헤더를 통해 유입되어, 제1마이크로 채널튜브와 연결튜브를 통해 다수의 제1마이크로 채널튜브를 번갈아가며 유동되어 토출헤더로 토출되는 단계; 및 동시에, 제1사이드유체탱크 하부측에 구비된 제2유체유입부를 통해 제2유체가 유입되고, 상기 제2유체가 버플에 의해 하부측에서 지그재그로 제2마이크로채널관을 번갈아가며 유동하며 상부측으로 이동되어 제2유체토출부를 통해 토출되는 단계;를 포함하고, 상기 토출헤더로 토출되는 단계와 제2유체토출부를 통해 토출되는 단계에서, 상기 제1유체와 상기 제2유체가 열교환되는 것을 특징으로 하는 모듈형 열교환기를 이용한 열교환방법으로서 달성될 수 있다.

본 발명의 제4목적은, 앞서 언급한 제2목적에 따른 모듈형 열교환기의 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 응축기로서 달성될 수 있다.

본 발명의 제5목적은, 앞서 언급한 제2목적에 따른 모듈형 열교환기의 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 증발기로서 달성될 수 있다.

따라서, 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의하면, 기본모듈을 기반으로 복수의 기본모듈을 다양하게 조합하여 열교환기의 열교환 용량을 경제적으로 확장, 조절할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 단위용량의 열교환기를 기본모듈로 하여 기본모듈을 확장시킴으로써, 열교환기의 용량증가가 가능하여, 소품종 대량생산 뿐만 아니라, 다품종 소량생산에도 생산 공정의 유연성을 확보할 수 있어 생산원가를 낮출 수 있음은 물론 제고에 대한 부담을 줄일 수 있는 효과를 갖는다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이다.

도 1은 종래 유체-유체 열교환기의 정단면도,
도 2는 종래 유체-유체 열교환기에서 배수가 안된 물이 생성된 상태의 정단면도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기 기본 모듈의 분해 평면도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 기본 마이크로 채널관의 단면도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 기본 마이크로 채널관의 분해 사시도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 제2유체헤더탱크를 제외한 기본 모듈의 정면도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 제2유체헤더탱크를 제외한 기본 모듈의 평면도,
도 8a은 본 발명의 일실시예에 따른 제2유체헤더탱크를 제외한 기본 모듈의 측면도,
도 8b는 본 발명의 일실시예에 따른 제2유체헤더탱크와 헤더를 제외한 기본 모듈의 측면도,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 제2유체헤더탱크가 결합된 기본 모듈의 평면도,
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 2개의 기본모듈이 결합된 형태의 모듈형 열교환기의 평면도,
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 3개의 기본모듈이 결합된 형태의 모듈형 열교환기의 평면도,
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 4개의 기본모듈이 결합된 형태의 모듈형 열교환기의 평면도를 도시한 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 단위 용량의 열교환기용 기본모듈(6)의 구성 및 기능, 그리고, 이러한 다수의 기본모듈(6)들이 조합되어 다양한 열교환 용량을 가질 수 있는 모듈형 열교환기(100)의 구성 및 열교환방법에 대해 설명하도록 한다.

먼저, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기 기본 모듈의 분해 평면도를 도시한 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 기본 모듈은 전체적으로, 마이크로 채널관(5), 헤더, 제2유체헤더탱크(50) 등을 포함하고 있음을 알 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 기본 모듈에 일구성인 마이크로 채널관(5)에 대해 설명하도록 한다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 기본 마이크로 채널관(5)의 단면도를 도시한 것이다. 그리고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 마이크로 채널관(5)의 분해 사시도를 도시한 것이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 기본모듈(6)의 일구성인 마이크로 채널관(5)은 내부로 제1유체(3)가 유동되는 다수의 제1마이크로 채널관(30)과 제2유체(4)가 유동되는 다수의 제2마이크로 채널관(40)으로 구성됨을 알 수 있다. 또한, 제1유체(3)와 제2유체(4)는 서로 직교되는 방향으로 유동되게 된다.

본 발명의 구체적실시예에서는 4개의 제1마이크로 채널과과 3개의 제2마이크로 채널과으로 구성되며, 서로 번갈아가며 적층되어 구성되게 된다. 이러한 제1마이크로 채널관(30)과 제2마이크로 채널관(40)의 개수는 요구되는 기본 모듈의 열교환용량(단위 용량)에 따라 다양하게 변형될 수 있음은 자명하다. 또한, 본 발명의 구체적 실시예에서 제1유체(3)는 냉매를 사용하였고, 제2유체(4)는 물을 사용하였다.

도 5에 도시된 바와 같이, 제1마이크로 채널관(30)은 제1마이크로 튜브와 제1마이크로 튜브 내에 삽입되어 열교환 면적을 넓혀 주기 위한 다수의 마이크로 핀(31)으로 구성되며, 제2마이크로 채널관(40) 역시 제2마이크로 튜브와 제2마이크로 튜브 내에 삽입되어 열교환 면적을 넓혀 주기 위한 다수의 마이크로 핀(42)으로 구성되게 됨을 알 수 있다.

이러한 제1마이크로 채널관(30) 내부로는 제1유체(3)가 유동되며, 제2유체(4)는 제1유체(3)와 직교되는 방향으로 제2마이크로 채널관(40) 내부를 유동하여, 제1유체(3)와 열교환되게 된다.

또한, 마이크로 채널관(5)은 상부측에 구비되는 상부판과 하부측에 구비되는 하부판을 더 포함하여 구성되게 된다. 그리고, 마이크로 채널관(5)의 상부면과 상부판 사이 그리고, 마이크로 채널관(5)의 하부면과 하부판 사이 각각에는 크래드 시트(clad sheet)가 구비됨이 바람직하다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 제2유체헤더탱크(50)를 제외한 기본 모듈의 정면도를 도시한 것이다. 그리고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 제2유체헤더탱크(50)를 제외한 기본 모듈의 평면도를 도시한 것이다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제1마이크로 채널관(30)의 유입단 측으로는 제1유체(3)가 유입되도록 하는 유입헤더(32)가 장착되게 되고, 제1마이크로 채널관(30)의 토출단 측으로는 제1유체(3)가 토출되도록 하는 토출헤더(33)가 장착되게 됨을 알 수 있다. 따라서, 유입헤더(32)를 통해 제1유체(3)가 다수의 제1마이크로 채널관(30) 각각으로 유입되어 유동되며, 토출헤더(33)를 통해 제1유체(3)가 토출되게 된다.

또한, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 유입헤더(32)를 통해 유입되는 제1유체(3)가 제2마이크로 채널관(40)으로 유입되는 것을 방지하기 위해, 제2마이크로 채널관(40)의 양측단 각각에 사이드바(41)와 구비되게 됨을 알 수 있다.

그리고, 도 8a은 본 발명의 일실시예에 따른 제2유체헤더탱크(50)를 제외한 기본 모듈의 측면도를 도시한 것이다. 또한, 도 8b는 본 발명의 일실시예에 따른 제2유체헤더탱크(50)와 헤더를 제외한 기본 모듈의 측면도를 도시한 것이다.

도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 유입헤더(32)는 제1마이크로 채널관(30)의 유입단측에 설치되며, 제1유체(3)가 유입되는 제1유체유입부가 형성되어지고, 토출헤더(33)는 제1마이크로 채널관(30)의 토출단측에 설치되며, 제1유체(3)가 토출되는 제1유체토출부가 형성되게 됨을 알 수 있다. 그리고, 마이크로 채널관(5)의 상부와 하부 각각으로 상부판과 하부판이 구비되며, 마이크로 채널관(5)의 상부면과 상부판 사이 및 마이크로 채널관(5)의 하부면과 하부판 사이 각각에 크래드 시트가 구비되게 된다. 또한, 앞서 언급한 바와 같이, 유입헤더(32)를 통해 제1유체(3)가 제2마이크로 채널관(40)으로 유입되는 것을 방지하기 위해, 제2마이크로 채널관(40)의 양측 각각에 사이드바(41)가 설치되게 된다.

그리고, 마이크로 채널관(5)의 양측으로는 제2유체(4)를 제2마이크로 채널관(40)의 내부로 유입시키고, 유동을 유도하고, 토출시키기 위한 제2유체헤더탱크(50)가 설치되게 된다.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 제2유체헤더탱크(50)가 결합된 기본 모듈의 평면도를 도시한 것이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 제2유체헤더탱크(50)는 제2마이크로 채널관(40)의 일단과 타단 각각에 설치되며, 제2유체(4)가 유입되는 제2유체유입부(53)와 제2유체(4)가 토출되는 제2유체토출부(54)를 포함하여 구성됨을 알 수 있다.

또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 제2유체(4)가 상기 제2마이크로채널관(40)에서 지그재그로 유동하도록 상기 제2유체헤더탱크(50) 내면 일측에 설치된 다수의 버플(51)이 설치되게 됨을 알 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 제2유체헤더탱크(50)는, 일측에 제2유체유입부(53)를 갖고, 타측에 제2유체토출부(54)를 가지며, 내부에 적어도 하나의 버플(51)이 구비되며, 제2마이크로 채널관(40)의 일측으로 결합되는 제1사이드유체탱크(52)를 포함하고, 또한, 제1사이드유체탱크(52)와 대향되게 제2마이크로 채널관(40)의 타측으로 결합되며 내부에 적어도 하나의 버플(51)이 구비되는 제2사이드유체탱크(55)를 포함하고 있다.

따라서, 제1사이드유체탱크(52)의 제2유체유입부(53)를 통해 제2유체(4)가 제2마이크로 채널관(40) 내부로 유입되게 되고, 제1사이드유체탱크(52)와 제2사이드유체탱크(55) 내부에 설치되는 버플(51)(baffle)에 의해 제2유체(4)가 제2마이크로 채널관(40)에서 지그재그 형태로 유동하며, 제1유체(3)와 열교환된 후, 제1사이드유체탱크(52)에 형성된 제2유체토출부(54)를 통해 토출되게 된다.

이러한 기본 모듈의 열교환용량을 기본 단위로 하여, 다수의 기본모듈(6)이 다양한 조합에 의해 결합되어, 경제적으로 필요에 따라 열교환 용량을 확장, 조절할 수 있게 된다.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 2개의 기본모듈(6)이 결합된 형태의 모듈형 열교환기(100)의 평면도를 도시한 것이다. 본 발명의 일실시예에 따른 2개의 기본모듈(6)이 결합된 모듈형 열교환기(100)는 도 10에 도시된 바와 같이, 좌측에 도시된 제1기본모듈(6-1)과 우측에 도시된 제2기본모듈(6-2)을 간단하게 결합하게 됨으로써 열교환 용량을 확장시킬 수 있게 됨을 알 수 있다. 구체적 실시예에서 결합방법은 제1기본모듈(6-1)의 마이크로 채널관(5)의 타측면과 제2기본모듈(6-2)의 마이크로 채널관(5)의 일측면을 결합시키게 된다.

그리고, 제1기본모듈(6-1)의 토출헤더(33-1)와 제2기본모듈(6-2)의 유입헤더(32-2)를 연결튜브(60)로 연결하고, 제2사이드유체탱크(55)는 제2기본모듈(6-2)의 타측으로 설치되게 된다.

따라서, 제1유체(3)의 유동은, 도 10에 도시된 바와 같이, 제1기본모듈(6-1)에 장착된 제1기본모듈(6-1)의 유입헤더(32-1)를 통해 제1기본모듈(6-1)의 제1마이크로 채널관(30)으로 유입 후, 유동되고, 제1기본모듈(6-1)의 토출헤더(33-1)를 통해 토출되어, 연결튜브(60)를 통해 제2기본모듈(6-2)의 유입헤더(32-2)에 의해 제2기본모듈(6-2)의 제1마이크로 채널관(30)으로 유입된 후, 유동되어 제2기본모듈(6-2)의 토출헤더(33-2) 측으로 토출되게 된다.

동시에, 제2유체(4)의 유동은, 도 10에 도시된 바와 같이, 제1기본모듈(6-1)의 일측면에 설치된 제1사이드유체탱크(52)의 제2유체유입부(53) 측으로 유입되어 제1기본모듈(6-1)의 제2마이크로 채널관(40)과 제2기본모듈(6-2)의 제2마이크로 채널관(40)을 가로지르며, 버플(51)에 의해 지그재그로 유동하여, 제1유체(3)와 열교환된 후, 제1사이드유체탱크(52)의 제2유체토출부(54) 측으로 토출되게 된다.

또한, 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 3개의 기본모듈이 결합된 형태의 모듈형 열교환기(100)의 평면도를 도시한 것이다.

본 발명의 일실시예에 따른 3개의 기본모듈이 결합된 모듈형 열교환기(100)는 도 11에 도시된 것을 기준으로, 좌측부터 우측으로 제1기본모듈(6-1), 제2기본모듈(6-2) 및 제3기본모듈(6-3)을 간단하게 결합하게 됨으로써 열교환 용량을 확장시킬 수 있게 됨을 알 수 있다. 구체적 실시예에서 결합방법은 제1기본모듈(6-1)의 마이크로 채널관(5)의 타측면과 제2기본모듈(6-2)의 마이크로 채널관(5)의 일측면을 결합시키고, 제2기본모듈(6-2)의 마이크로 채널관(5)의 타측면과 제2기본모듈(6-2)의 마이크로 채널관(5)의 일측면을 결합시키게 된다.

그리고, 제1기본모듈(6-1)의 토출헤더(33-1)와 제2기본모듈(6-2)의 유입헤더(32-1)를 연결튜브(60)로 연결하고, 제2기본모듈(6-2)의 토출헤더(33-2)와 제3기본모듈(6-3)의 유입헤더(32-3)를 연결튜브(60)로 연결하며, 제2사이드유체탱크(55)는 제3기본모듈(6-3)의 타측면에 설치되게 된다.

따라서, 제1유체(3)의 유동은, 도 11에 도시된 바와 같이, 제1기본모듈(6-1)에 장착된 제1기본모듈(6-1)의 유입헤더(32-1)를 통해 제1기본모듈(6-1)의 제1마이크로 채널관(30)으로 유입 후, 유동되고, 제1기본모듈(6-1)의 토출헤더(33-1)를 통해 토출되어, 연결튜브(60)를 통해 제2기본모듈(6-2)의 유입헤더(32-2)에 의해 제2기본모듈(6-2)의 제1마이크로 채널관(30)으로 유입된 후, 유동되어 제2기본모듈(6-2)의 토출헤더(33-2) 측으로 토출되어, 연결튜브(60)와 제3기본모듈(6-3)의 유입헤더(32-3)를 통해 제3기본모듈(6-3)의 제1마이크로 채널관(30)으로 유입되어 유동된 후, 제3기본모듈(6-3)의 토출헤더(33-3)를 통해 토출되게 된다.

동시에, 제2유체(4)의 유동은, 도 11에 도시된 바와 같이, 제1기본모듈(6-1)의 일측면에 설치된 제1사이드유체탱크(52)의 제2유체유입부(53) 측으로 유입되어 제1기본모듈(6-1)의 제2마이크로 채널관(40)과 제2기본모듈(6-2)의 제2마이크로 채널관(40)과 제3기본모듈(6-3)의 제2마이크로 채널관(40)을 가로지르며, 버플(51)에 의해 지그재그로 유동하여, 제1유체(3)와 열교환된 후, 제1사이드유체탱크(52)의 제2유체토출부(54) 측으로 토출되게 된다.

도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 4개의 기본모듈이 결합된 형태의 모듈형 열교환기(100)의 평면도를 도시한 것이다. 본 발명의 일실시예에 따른 4개의 기본모듈이 결합된 모듈형 열교환기(100)는 도 12에 도시된 것을 기준으로, 좌측부터 우측으로 제1기본모듈(6-1), 제2기본모듈(6-2), 제3기본모듈(6-3) 및 제4기본모듈(6-4)을 간단하게 결합하게 됨으로써 열교환 용량을 확장시킬 수 있게 됨을 알 수 있다. 구체적 실시예에서 결합방법은 제1기본모듈(6-1)의 마이크로 채널관(5)의 타측면과 제2기본모듈(6-2)의 마이크로 채널관(5)의 일측면 그리고, 제2기본모듈(6-2)의 마이크로 채널관(5) 타측면과 제3기본모듈(6-3)의 일측면 및 제3기본모듈(6-3)의 마이크로 채널관(5) 타측면과 제4기본모듈(6-4)의 일측면을 결합시키게 된다.

그리고, 제1기본모듈(6-1)의 토출헤더(33-1)와 제2기본모듈(6-2)의 유입헤더(32-2)를 연결튜브(60)로 연결하고, 제2기본모듈(6-2)의 토출헤더(33-2)와 제3기본모듈(6-3)의 유입헤더(32-3)를 연결튜브(60)로 연결하며, 제3기본모듈(6-3)의 토출헤더(33-3)와 제4기본모듈(6-4)의 유입헤더(32-4)를 연결튜브(60)로 연결하고, 제2사이드유체탱크(55)는 제4기본모듈(6-4)의 타측면으로 설치되게 된다.

따라서, 제1유체(3)의 유동은, 도 12에 도시된 바와 같이, 제1기본모듈(6-1)에 장착된 제1기본모듈(6-1)의 유입헤더(32-1)를 통해 제1기본모듈(6-1)의 제1마이크로 채널관(30)으로 유입 후, 유동되고, 제1기본모듈(6-1)의 토출헤더(33-1)를 통해 토출되어, 연결튜브(60)를 통해 제2기본모듈(6-2)의 유입헤더(32-2)에 의해 제2기본모듈(6-2)의 제1마이크로 채널관(30)으로 유입된 후, 유동되어 제2기본모듈(6-2)의 토출헤더(33-2) 측으로 토출되며, 연결튜브(60)를 통해 제3기본모듈(6-3)의 유입헤더(32-3)에 의해 제3기본모듈(6-3)의 제1마이크로 채널관(30)으로 유입된 후, 유동되어 제3기본모듈(6-3)의 토출헤더(33-3) 측으로 토출되고, 연결튜브(60)를 통해 제4기본모듈(6-4)의 유입헤더(32-4)에 의해 제4기본모듈(6-4)의 제1마이크로 채널관(30)으로 유입된 후, 유동되어 제4기본모듈(6-4)의 토출헤더(33-4) 측으로 토출되게 된다.

동시에, 제2유체(4)의 유동은, 도 12에 도시된 바와 같이, 제1기본모듈(6-1)의 일측면에 설치된 제1사이드유체탱크(52)의 제2유체유입부(53) 측으로 유입되어 제1기본모듈(6-1)의 제2마이크로 채널관(40)과 제2기본모듈(6-2)의 제2마이크로 채널관(40)과 제3기본모듈(6-3)의 제2마이크로 채널관(40)과 제4기본모듈(6-4)의 제2마이크로 채널관(40)을 가로지르며, 버플(51)에 의해 지그재그로 유동하여, 제1유체(3)와 열교환된 후, 제1사이드유체탱크(52)의 제2유체토출부(54) 측으로 토출되게 된다.

이상에서 본 발명은 기재된 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연한것으로, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

1:종래 유체-유체 열교환기
2:코어부
3:제1유체
4:제2유체
5:마이크로 채널관
6:기본모듈
6-1:제1기본모듈
6-2:제2기본모듈
6-3:제3기본모듈
6-4:제4기본모듈
10:제1유체헤더관
11:제1유체유입구
12:제1유체토출구
13:헤더관의 칸막이부
20:제1유체유동관
21:유동관의 칸막이부
30:제1마이크로 채널관
31:제1마이크로 채널관 핀
32:유입헤더
32-1:제1기본모듈 유입헤더
32-2:제2기본모듈 유입헤더
32-3:제3기본모듈 유입헤더
32-4:제4기본모듈 유입헤더
33:토출헤더
33-1:제1기본모듈 토출헤더
33-2:제2기본모듈 토출헤더
33-3:제3기본모듈 토출헤더
33-4:제4기본모듈 토출헤더
40:제2마이크로 채널관
41:사이드 바
42:제2마이크로 채널관 핀
50:제2유체헤더탱크
51:버플
52:제1사이드유체탱크[
53:제2유체유입부
54:제2유체토출부
55:제2사이드유체탱크
60:연결튜브
100:모듈형 열교환기

Claims (15)

1. 모듈형 열교환기에 있어서,
   서로 소정간격 이격되어 배치되며 내부로 제1유체가 유동되는 다수의 제1마이크로 채널관, 다수의 상기 제1마이크로 채널관의 일단에 설치되어 제1유체가 상기 제1마이크로 채널관으로 유입되는 유입헤더와, 상기 제1마이크로 채널관 타단에 설치되어 상기 제1유체가 토출되는 토출헤더 및 다수의 상기 제1마이크로 채널관 사이에 설치되며, 내부로 제2유체가 유동되는 제2마이크로 채널관을 구비하여, 상기 제1마이크로 채널관과 상기 제2마이크로 채널관은 서로 번갈아 가며 적층되어 구성되어 상기 제1유체와 상기 제2유체가 열교환되는 다수의 기본모듈; 및
   상기 기본모듈의 상기 토출헤더와 상기 유입헤더를 연결하는 연결튜브;를 포함하고, 상기 기본모듈은 다수가 서로 연결되어 결합되며,
   상기 제2마이크로 채널관의 양측에 구비되는 사이드 바를 포함하고,
   상기 제1마이크로 채널관은 내부로 상기 제1유체가 유동되는 다수의 마이크로 채널을 갖는 제1마이크로 튜브 및 상기 제1마이크로 튜브 내부에 구비되는 다수의 핀을 포함하며,
   상기 제2마이크로 채널관은 내부로 상기 제2유체가 유동되는 다수의 마이크로 채널을 갖는 제2마이크로 튜브 및 상기 제2마이크로 튜브 내부에 구비되는 다수의 핀을 포함하고,
   상기 기본모듈의 상부측에 구비되는 상부판과, 상기 기본모듈의 하부측에 구비되는 하부판을 포함하고,
   기본 모듈과 상기 상부판 사이 및 상기 기본 모듈과 상기 하부판 사이 각각에 구비되는 크래드 시트를 포함하며,
   모듈형 열교환기의 양측 각각에 설치되며, 제2유체가 유입되는 제2유체유입부와 상기 제2유체가 토출되는 제2유체토출부를 갖는 제2유체헤더탱크를 포함하고,
   상기 제2유체헤더탱크는
   일측에 제2유체유입부를 갖고, 타측에 제2유체토출부를 가지며, 내부에 다수의 버플이 구비되며, 상기 모듈형 열교환기의 일측으로 결합되는 제1사이드유체탱크 및 상기 제1사이드유체탱크와 대향되게 상기 모듈형 열교환기의 타측으로 결합되며 내부에 다수의 버플이 구비되는 제2사이드유체탱크를 포함하며,
   상기 제2유체는 버플에 의해 하부측에서 지그재그로 상기 제1사이드 유체탱크와 상기 제2사이드유체탱크를 번갈아가며 유동하며 상부측으로 이동되어 제2유체토출부를 통해 토출되는 것을 특징으로 하는 모듈형 열교환기.
   
2. 제 1항에 따른 모듈형 열교환기를 이용한 열교환방법에 있어서,
   제1유체가 유입헤더를 통해 유입되어, 제1마이크로 채널튜브와 연결튜브를 통해 다수의 제1마이크로 채널튜브를 번갈아가며 유동되어 토출헤더로 토출되는 단계; 및
   동시에, 제1사이드유체탱크 하부측에 구비된 제2유체유입부를 통해 제2유체가 유입되고, 상기 제2유체가 버플에 의해 하부측에서 지그재그로 제2마이크로채널관을 번갈아가며 유동하며 상부측으로 이동되어 제2유체토출부를 통해 토출되는 단계;를 포함하고,
   상기 토출헤더로 토출되는 단계와 제2유체토출부를 통해 토출되는 단계에서, 상기 제1유체와 상기 제2유체가 열교환되는 것을 특징으로 하는 모듈형 열교환기를 이용한 열교환방법.
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