KR101669103B1 - 열교환 장치 - Google Patents

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KR101669103B1
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Abstract

염가로 대유량의 가스나 액체를 가열하는 소형의 유체 가열 냉각 장치가 없었다.
본 발명에 의하면, 프레스 가공에 의해 굴곡시켜 유로홈을 형성한 제1 판에 제2 판을 접합시켜 기밀한 유로를 형성하여 유로에 도입한 유체가 상기 유로의 벽과 수직으로 충돌함으로써 열교환을 행한다. 유로를 구성하는 재료는 금속판에서의 도전성 플라스틱이어도 좋고 염가로 소형 경량의 열교환 장치를 생산할 수 있다.

Description

열교환 장치 {HEAT EXCHANGER}
본 발명은, 유체를 순식간에 가열 또는 냉각하기 위한 열교환 장치에 관한 것이다.
열교환 장치로서 예를 들면 가스를 가열하는 장치가 있다. 일반적으로 자주 이용되는 기구는 가열한 파이프에 가스를 통과시켜 가열하는 기구이다. 또는 휜(fin)이 부착된 파이프에 가열 유체를 흐르게 하고 그 휜 사이로 가스를 통과시켜 가스를 가열하는 기구가 있다.
이들은 가스뿐 아니라 액체의 가열이나 수증기를 만들 때에도 자주 사용된다. 가스를 가열하는 것과 반대로 가스를 냉각시키는 장치도 일반적으로 마찬가지의 기구이다.
이 구조는 일반적이며 역사가 있지만 장치는 큰 용적을 필요로 한다. 그 이유는 파이프를 흐르는 유체와 파이프의 열교환 효율이 낮기 때문이다.
이 일반적인 구조의 열교환 효율을 개선하는 기구가 제안되어 있다. 그 발명예를 도 1과 도 2에 도시하였다.
도 1은 충돌 분류라는 가열 기구를 실현한 일례의 특허(일본 재공표특허W02006/030526)의 도면을 모식적으로 전사한 것이다. 파이프를 통과한 가스가 가열된 공동(空洞) 원판에 닿아 원판과 열교환한다. 가열을 위한 램프 히터는 도시되지 않았다.
도 2는 가스가 기체(基體)에 충돌함으로써 효율적으로 열교환을 행하는 유로를 기체 표면에 배치하여 가열 가스를 발생시키는 장치의 특허 도면(특허문헌 2：일본특허출원 2008-162332 막 형성 방법 및 막 형성 장치의 도 5)을 전사한 것이다. 효율이 좋은 열교환 구조의 도 2의 종래예를 본 발명에서는 이용한다.
도 2의 열교환을 설명하기로 한다. 도 2에는 가스 유로의 구조가 도시되어 있다. 유로는 카본의 기체 표면을 절삭하여 만들어져 있다. 가스의 유속이 증가하는 좁은 다수의 세로홈 유로가 절삭되어 만들어진다. 이 좁은 유로를 통과한 가스는 세로홈과 직각으로 연통되는 가로홈에 고속으로 충돌하여 고온 카본과 높은 효율로 열교환을 행한다. 이 열교환이 상기 카본 표면에서 충돌 횟수만큼 반복하여 발생하며, 상기 가스는 상기 카본과 대략 같은 온도로 가열된다.
100SLM 유량의 가스가 1㎠의 단면을 통과하는 속도는 16m/초로 계산되므로 상기 유로 단면을 가진 10㎝길이의 장치를 통과하는데 필요한 시간은 0.01초 이하이다. 즉, 순식간에 가스가 가열 카본의 온도로 가열된다. 도 2가 제공하는 구조는 순식간의 열교환을 가능하게 하는 구조이다.
가스를 순식간에 가열하여 고온 가스를 분출하는 장치의 응용에는, 난방이나 건조뿐 아니라 기판 위에 도포한 다양한 재료(금속이나 유전체 등)를 가열하여 소성하는 공정이 있다. 이러한 발명은 물 등 액체의 가열에도 유효하다.
가스를 순식간에 냉각시키는 장치의 응용에는, 터빈으로부터의 수증기 냉각, 냉난방기의 냉매 냉각, 보일러의 배열 냉각 이용 등이 있다. 냉매의 냉각은 최근 주목받고 있는 지열(地熱) 발전에 있어서는 유망한 응용이다.
본 발명은 가스나 액체의 유체를 순식간에 가열하거나 또는 순식간에 냉각시키는 것을 효율적으로 행하는 장치에 관한 것이다.
특허문헌 1: 일본 재공표특허W02006/030526 특허문헌 2: 일본특허출원 2008-162332호 공보
높은 효율로 가스를 가열하거나 냉각시키는 장치를 염가로 만들고자 한다. 즉 도 2에 도시한 유로 구조의 장치를 염가로 제조하고자 한다. 도 2에 도시한 구조는 기체 재료 표면의 절삭 가공에 의해 만들어진다. 절삭이 용이할 때 절삭 비용은 높지 않다. 그러나 기체가 금속 등의 딱딱한 재료일 때 1㎜나 2㎜, 3㎜의 폭으로 깊이 2㎜, 3㎜, 5㎜로 깊게 엔드밀로 홈을 가공하는 것은 시간이 걸려 용이하지 않다. 이 절삭 가공이 제조비용의 장애물이다.
도 2의 유로 형성의 가공이 간단해지면 제조비용은 저렴하게 할 수 있다. 비용이 저렴해지면 열교환 장치의 응용 산업이 확대된다.
과제를 해결하는 본 발명의 기본 구조를 도 3에 도시한다. 유체(가스나 액체를 총칭하는 용어)와 효율적으로 열교환을 행하는 구조와 그 원리는 특허문헌 2와 동일하다.
특허문헌 2의 구조 제작시에는, 열교환을 행하는 가스의 유로를 기체(基體) 표면을 절삭하여 제작한다. 제작한 표면 구조 위에 판재를 눌러대어 기밀(氣密)한 폐(閉)유로를 형성한다.
도 3의 구조는 금형을 사용하여 프레스 가공에 의해 홈을 형성하고 상기 홈을 유체의 유로로 한다. 유로가 되는 홈 구조를 제작한 유로판(301)과 유로를 기밀하게 닫기 위한 밀폐판(302)을 접착한 구조이다. 상기 홈은 유로판(301)의 측면에서 외측을 향해 개구되고 일방향으로 긴 가로홈을 필요한 간격을 두고 판의 다른 일방향으로 복수단으로 형성하였으며, 인접한 상기 가로홈을 그와 수직인 복수의 세로홈에 의해 연통시켜 연결시켰으며, 일단에 있는 가로홈에 도입된 유체가 상기 가로홈과 상기 세로홈을 경유하여 타단에 있는 가로홈까지 흐르는 유로가 형성되고, 상기 유로에 도입된 유체가 상기 유로의 벽과 수직으로 충돌함으로써 열교환을 행하고, 상기 유로의 타단의 유체 출구 구멍으로부터 유체가 나온다. 유로 구조를 제작한 유로판(301)은 금형 프레스 가공에 의해 만들어지기 때문에 간단히 반복하여 제조할 수 있다. 판의 재질은 철판이나 도금 강판, 스테인리스판, 알루미늄판, 놋쇠판 등 다양하게 선택할 수 있다. 금속으로 유로판과 밀폐판을 만들 때 이들 2매 판끼리의 접합은 전기 웰더(접촉면에 큰 전류를 흘려서 양면을 접착시키는 도구)를 이용한 접착이나 전기 용접, 아르곤 용접, 은납 용접, 통조림과 같은 코킹에 의해 가능하다.
유체의 입구(303), 유체 출구(304)는 이 예에서는 유로판(301)에 접속되었으나, 밀폐판(302)에 형성해도 좋다.
유로를 구성하는 좁은 세로홈을 채널(기호 CH로 표시함)이라고 부르기로 한다. 채널의 폭은 예를 들면 2mm이고 깊이는 2mm, 길이는 6mm이다. 채널(CH1, CH1, CH2, CH3, CH4, CH5, CH6)의 형태는 자유롭게 설계해도 좋다. 그 수도 자유롭게 설계할 수 있다. 상기 복수의 채널과 직각으로 연장되어 연결되는 가로홈을 탭(기호 T로 표시함)이라고 부르기로 한다. 채널을 통과한 유체는 탭의 벽에 수직으로 충돌한다. 탭의 폭은 예를 들면 5mm, 깊이는 5mm, 길이는 5cm이다. 탭(T1, T2, T3, T4, T5)의 형태나 수는 자유롭게 설계할 수 있다.
유체 입구(303), 유체 출구(304)에 연결되는 가로홈을 버퍼 탭(305), 버퍼 탭(306)으로 부르기로 한다. 버퍼 탭의 폭은 예를 들면 15mm, 깊이는 5mm, 길이는 5cm이다. 이러한 버퍼 탭의 형태는 자유롭게 설계할 수 있다.
도 3의 (B)는 도 3의 (A)의 X-X단면도이다. 유로판(301)과 밀폐판(302)의 접합을 기호 W로 도시하였다.
도 3의 (C)는, 도 3의 (A)의 Y-Y단면도이다. 유로판(301)과 밀폐판(302)의 접합을 기호 W로 나타내었다. 채널 CH에서 가속된 유체(307)는 탭의 벽에 힘차게 수직으로 충돌하여 유로판(301)과 열교환을 행한다. 유로판(301)과 밀폐판(302)을 접합시킨 쌍을 접합판, 상기 접합판을 구비한 열교환기를 접합 열교환 장치라고 부르기로 한다. 접합판이 가열되어 고온이 되면 유체(307)는 가열된다.
유로판(301), 밀폐판(302)이 냉각되어 저온이 되면 유체(307)는 냉각된다.
접합판이 금속판일 때 유로 성형과 접착은 간단하게 행할 수 있기 때문에 열교환 장치의 제조를 염가로 할 수 있다.
접합판을 구성하는 재료로서 열전도성이 있는 플라스틱이 있다. 예를 들면 카본 나노튜브나 그래핀, 탄소 섬유, 금속 섬유 등을 혼합한 플라스틱 복합재가 있다. 이들 복합재의 금형 프레스 가공과 접속 가공은 가능하기 때문에 금속판 대신에 플라스틱 복합재의 접합판도 열교환 장치(300)의 제작에 이용할 수 있다.
또 상기 열교환 장치(300)와 접촉하는 주위의 재료나 유체가 부식성일 때 상기 교환 장치의 재료 표면을 수지로 라이닝하거나 도장 또는 도금하는 것도 가능하다. 또 상기 재료 표면을 산화시켜 산화 피막에 의해 보호하는 것도 가능하다.
접합판의 접합은 나사 고정이 가능하다. 접합판의 접합에 고무 패킹이나 카본 패킹, 기타 시일(seal) 패킹을 넣는 것도 가능하다.
상기 접합은 접착제에 의한 접합도 가능하다.
상기 유체는 공기를 포함한 가스여도 좋고 물을 포함한 액체여도 좋다.
물은 특별한 원료이다. 물은 특별히 가스를 준비하지 않아도 스팀 가스의 원료로 할 수 있기 때문에 산소 가스를 포함하지 않는 가스로서 이용할 수 있다.
100℃를 넘는 온도의 고온 스팀은 유기물을 분해하는 능력이 높다. 고기나 야채, 나뭇조각, 플라스틱의 유기 폐기물에 1000℃ 정도의 고온 스팀을 접촉시키면 분자를 절단 또는 분해하여 수소나 탄소, 산소를 포함한 가스를 발생시킨다.
이 온도보다 낮아도, 예를 들면 300℃ 정도의 고온 스팀을 고기에 접촉시키면 고기의 힘줄이 변화되어 씹기 쉬운 부드러운 고기로 변화되는 효과가 있다. 이것은 불을 사용하지 않는 안전한 바베큐에 응용할 수 있다.
상기 고온 스팀과 폐기물과 접촉시켜 취출한 케미컬 포텐셜이 높은 상기 가스는 에너지 자원으로서 재이용할 수 있다. 따라서 이를 행하는 접합 열교환 장치는 유기 폐기물의 처리 장치가 된다.
상기 열교환 장치(300)는 평면 형태로 나타낸 단체(單體)인데, 절곡하여 삼각형이나 사각형, 기타 다각형의 통으로 할 수 있다. 평면이 아닌 둥근 통형의 판으로 만들면 원통형으로 할 수 있다.
유체 출구(304)나 유체 입구(303)의 수나 형상, 장착하는 위치는 자유롭게 설계할 수 있다. 상기 열교환 장치(300)를 복수 접속할 때 유체 입구와 출구에서 직렬 접속하는 것이든 병렬 접속하는 것이든 자유롭게 설계할 수 있다.
상기 열교환 장치(300)의 형태를 바꾸지 않고 다른 통이나 판의 표면에 상기 열교환 장치(300)를 복수 붙이는 것도 가능하다.
유체를 가열하기 위해 상기 열교환 장치(300)에 히터를 장착하는 것, 또는 가열된 매체 안에 두어 가열하는 것도 가능하다.
예를 들면 보일러의 연소 효율을 높이기 위해 고온 가열한 공기를 도입하는 것이 유효하다는 것으로 알려져 있다. 이 목적으로는 상기 열교환 장치(300)를 보일러의 연소실이나 배기 배관에 접촉시키거나, 또는 그 안에 두어 가열하고 이를 통해 가열 공기를 도입하면 된다.
유체를 냉각시키기 위해 상기 열교환 장치(300)에 냉각 매체를 접촉시키는 것, 또는 저온의 매체 안에 두어 냉각시키는 것도 가능하다.
예를 들면 터빈으로부터의 고온 가스를 유체로 하여 상기 열교환 장치(300)에 통과시키고 이것을 해수에 담가 냉각시키면 효율적으로 고온 가스를 냉각시킬 수 있다.
제1 가스와 제2 가스의 열교환을 순식간에 행하고자 할 경우가 있다. 이 목적으로는 제1 상기 열교환 장치(300)와 제2 상기 열교환 장치(300)를 밀폐판(302)를 사이에 두고 등을 맞대게 접합시켜 각각 제1 가스와 제2 가스를 통과시키면 좋다.
예를 들면, 지열 발전에 이용하는 암모니아를 공기로 냉각하고 싶을 때에는 고온의 암모니아 가스를 제1 가스, 공기를 제2 가스로 하면 된다.
본 발명은, 청구항 1에 기재된 것처럼 프레스 가공에 의해 굴곡시켜 홈을 형성한 제1 판에 제2 판을 접합시켜 기밀한 유로를 형성한 장치로서, 상기 홈은 제1 판의 측면에서 외측을 향해 개구되고, 일방향으로 긴 가로홈을 필요한 간격을 두고 판의 다른 일방향으로 복수단으로 형성하였으며, 인접한 상기 가로홈을 그와 수직인 복수의 세로홈에 의해 연통시켜 연결시켰으며, 일단에 있는 가로홈에 도입된 유체가 상기 가로홈과 상기 세로홈을 경유하여 타단에 있는 가로홈까지 흐르는 유로가 형성되고, 상기 유로에 도입된 유체가 상기 유로의 벽과 수직으로 충돌함으로써 열교환을 행하고, 상기 유로의 타단의 유체 출구 구멍으로부터 유체가 나오는 것을 특징으로 하는 열교환 장치이다.
청구항 2에 관한 발명은 상기 판이 철판이나 스테인리스판, 알루미늄판, 놋쇠판, 카본 나노튜브나 그래핀·카본 섬유·금속 섬유 등을 혼합한 플라스틱 복합재 판임을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 열교환 장치이다.
청구항 3에 관한 발명은, 상기 판의 표면을 수지로 라이닝하거나, 또는 도장하거나, 또는 도금하거나, 또는 산화시켜 산화막에 의해 피막하는 것을 특징으로 하는 청구항 1 또는 2에 기재된 열교환 장치이다.
청구항 4에 관한 발명은 상기 판끼리의 상기 접합은 전기 웰더(접촉면에 큰 전류를 흘려서 양면을 접착시키는 도구)를 이용한 접합, 또는 전기 용접에 의한 접합, 아르곤 용접에 의한 접합 또는 은납 용접에 의한 접합 또는 코킹 접합 또는 나사 고정에 의한 접합 또는 사이에 고무 패킹이나 카본 패킹·기타 시일 패킹을 넣은 나사 고정에 의한 접합 또는 접착제에 의한 접합인 것을 특징으로 하는 청구항 1 또는 2에 기재된 열교환 장치이다.
청구항 5에 관한 발명은 상기 유체가 공기를 포함한 가스 또는 물을 포함한 액체 또는 방사성 원소를 포함한 가스인 것을 특징으로 하는 청구항 1 또는 2에 기재된 열교환 장치이다.
청구항 6에 관한 발명은, 상기 열교환 장치에 히터를 장착하거나 또는 가열된 고온 매체 안에 두어 상기 유체를 가열하는 것을 특징으로 하는 청구항 1 또는 2에 기재된 열교환 장치이다.
청구항 7에 관한 발명은, 상기 열교환 장치를 저온 매체를 접촉시키거나 또는 저온의 매체 안에 두어 상기 유체를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 청구항 1 또는 2에 기재된 열교환 장치이다.
청구항 8에 관한 발명은, 청구항 1 또는 2에 기재된 열교환 장치를 2개 접합시키고, 각각에 제1 유체와 제2 유체를 통과시키는 것을 특징으로 하는 열교환 장치이다.
청구항 9에 관한 발명은, 청구항 1 또는 2에 기재된 열교환 장치로 만들어낸 고온 스팀과 유기물을 접촉시키는 장치이다.
청구항 1 내지 3에 관한 발명에 의하면, 시간이 걸리는 기체의 절삭 가공에 의하지 않고 굴곡 가능한 판, 특히 금속판에 금형 프레스로 열교환을 위한 유로를 형성시키고 여기에 다른 금속판을 용접하는 것만으로도 유체의 열교환 장치를 제작 가능하게 한다.
공정수가 단축되어 열교환 장치의 제조비용이 줄어들었다.
판의 재료로서 금속, 표면 가공한 금속, 수지 라이닝한 금속, 표면 산화 피막이 부착된 금속, 열전도성을 증가시킨 플라스틱 복합재를 사용할 수 있다. 이들 재료로부터 유체나 열매체와의 접촉에 의한 부식이나 감소를 방지하는 재료를 선택할 수 있게 된다.
따라서 부식성이 있는 약품이나 침투성이 있는 독성 가스 등 유체의 열교환이 가능하다.
청구항 4에 관한 발명에 의하면, 2매의 판의 접합을 간단하게 행할 수 있다. 금속 판이라면 용접이나 전기 웰더로 접합시킬 수 있다. 플라스틱이라면 접착제로 접합시킬 수 있다. 코킹은 통조림을 만들 때의 간단한 방법이다. 이러한 접합 형성의 방법은 간편하고 기존 설비를 사용할 수 있기 때문에 상기 열교환 장치를 제작할 때의 비용을 줄인다.
청구항 5에 관한 발명에 의하면, 유체로서 가스와 액체를 취급할 수 있다.
산소를 선택하면 가열한 산소를 순식간에 만들어 낼 수 있다. 수소나 포름산을 선택하면 고온 환원 가스를 순식간에 만들어 낼 수 있다. 범프 표면의 산화막을 환원하면 범프의 용융이 저온에서 우수한 재현성으로 일어나므로 범프 접합 공정이 안정된다.
가스로서 공기와 도시가스를 선택하면 보일러에 고온의 공기와 연료와 혼합하여 넣을 수 있게 되어 연소 온도가 높아지고 연소 효율이 향상되어 도시가스가 절약된다. 가열한 공기는 내연 엔진의 연소 효율을 향상시켜 중유 등의 연료를 절약시킨다.
물을 100℃ 이상의 스팀으로 하면 무산소 상태에서 가열 또는 건조시킬 수 있게 된다. 300℃의 스팀으로 립이 붙어 있는 양고기를 구우면 힘줄이 부드러워진다.
산화를 기피하는 드라이클리닝의 건조이든 인쇄 잉크의 순간 건조이든 고온의 스팀을 자체적으로 생성시켜 이용할 수 있다.
용기에 넣은 고단열성의 재료의 칩을 가열하고 싶을 때 단열성이 높으면 용기의 가열에 시간이 걸린다.
이럴 때 가열한 스팀이나 공기, 질소를 넣으면 단시간에 단열 재료의 가열이나 용융이 가능하다. 용융 온도가 다른 단열성 재료를 혼합하고자 할 때 미리 각각을 가스로 가열하면 좋다. 이럴 때에 상기 열교환 장치에 의해 원하는 온도로 가열한 가스를 이용할 수 있다.
원자력 발전소에서 방사능 오염물을 물로 냉각시키면 방사능 오염수가 생기기 때문에 오염수의 처리가 곤란하다. 오염수를 생성시키지 않도록 공기로 냉각시키는 것을 생각할 수 있다. 그 때 대량의 공기를 순식간에 현장에서 냉각시키는 장치가 필요하다. 상기 장치는 그 목적에 매우 적합하다.
청구항 6, 7에 관한 발명에 의하면, 열교환 장치를 가열하기 위해 전기 히터나 고온의 배기가스를 고온 열매체로서 사용할 수 있다. 고온일 때 화상의 위험이 있기 때문에 상기 열교환 장치는 단열재로 감싸 케이스에 수납한다.
열교환 장치를 저온으로 냉각시키고자 할 때 상기 열교환 장치를 저온 매체로서의 물에 접촉시키거나 물속에 침지시킬 수 있다.
청구항 8에 관한 발명에 의하면, 가스와 가스, 또는 액체와 가스, 또는 액체와 액체 각각을 서로 접촉시키지 않고 열만 교환할 수 있다. 등을 맞댄 접촉이 되므로 교환기의 용적은 작고 교환 효율이 높다. 열교환 장치의 재료를 선택함으로써 부식이나 마모, 독성 등의 문제를 방지할 수 있는 교환 방법이 가능하다. 이 구조를 냉방기의 실내기와 실외기에 이용하면 용적이 큰 휜이 부착된 파이프와는 달리 용적이 작기 때문에 각각을 소형으로 할 수 있는 효과가 있다.
청구항 9에 관한 발명에 의하면, 고기나 야채, 나뭇조각으로부터 재이용 가능한 케미컬 포텐셜이 높은 가스를 취출하여 그것을 연료 자원으로서 재이용할 수 있다.
도 1은, 종래의 가스 가열 장치의 일례(일본 재공표특허W02006/030526)의 모식도.
도 2는, 종래의 가스 가열 장치의 일례(일본특허출원 2009-144807 가스 가열 장치의 도 5)의 모식도.
도 3의 (A)는, 접합 열교환 장치 원리도이며, 도 3의 (B)는, 접합 열교환 장치의 X-X단면도이며, 도 3의 (C)는, 접합 열교환 장치의 Y-Y단면도이다.
도 4는, 한쪽에 히터를 장착한 접합 열교환 장치이다.
도 5의 (A)는, 접합 통형 열교환 장치이며, 도 5의 (B)는, 접합 통형 열교환 장치의 X-X단면도이다.
도 6의 (A)는, 접합 원통형 열교환 장치의 Y-Y단면도이며, 도 6의 (B)는, 접합 원통형 열교환 장치의 X-X단면도이다.
도 7의 (A)는, 등을 맞댄 열교환 장치이며, 도 7의 (B)는, 등을 맞댄 열교환 장치의 X-X단면도이다.
도 8은, 열매체에 전체를 침지한 접합 열교환 장치이다.
제1 실시예를 도 4에 도시한다.
접합 열교환 장치(400)는 스테인리스판으로 제작하였다. 두께 0.5mm의 스테인리스판을 금형 프레스로 유로를 제작하여 유로판(401)을 제작한다. 유로의 탭 깊이는 5mm로 하고 폭 5mm, 길이 5cm로 하였다. 같은 깊이와 길이로 유로의 양단에는 15mm폭의 버퍼 탭(403),(404)이 구비되며, 각각에 1/4인치의 스테인리스 파이프로 유체 입구(405), 유체 출구(406)가 용접되어 구비되어 있다. 채널의 폭은 2mm, 길이 6mm, 깊이 2mm로 하였다.
상기 유로판(401)에 두께 1mm의 스테인리스 밀폐판(402)이 기밀하게 용접되어 있다. 유로판(401)과 밀폐판(402)으로 기밀한 유로로서의 유로(407)가 만들어져 접합 열교환 장치(400)가 완성된다.
접합 열교환 장치(400)의 밀폐판(402)에는 히터(408)가 장착되어 구비되며 밀폐판(402)의 끝단은 굴곡되어 단열재(409)에 용접되어 있다. 단열재(409)는 0.5mm 두께의 스테인리스판으로 단열 재료를 주머니 모양으로 둘러싼 것이다.
히터(408)와 접합 열교환 장치(400)가 단열재(409)에 의해 둘러싸여 있으며, 그 외측은 두께 1mm의 스테인리스재로 제작한 케이스(410)에 고정되어 있다.
케이스(410)로부터 히터(408)의 전기공급선(411)과 미도시된 온도 측정용 열전대가 나온다.
열전대가 나타내는 온도를 일정하게 제어하면서 유체 입구(405)로부터 공기를 도입하면 유체 출구(406)로부터 가열된 공기가 나온다. 가열된 공기의 온도에 의해 제어하면 설정 온도의 공기가 나온다.
제2 실시예를 도 5에 도시한다.
도 5는 통형 밀폐판(501)을 내측으로 하여 통을 형성하는 접합 통형 열교환 장치(500)이다. 상기 통은 절곡 형성 가능하도록 1매의 철판제의 통형 밀폐판(501) 상에 분리된 유로판 4면(502),(503),(504),(505)이 형성되어 있다. 절곡된 밀폐판(501)의 끝단끼리는 용접된다.
상기 4매의 유로판에는 도면 중 화살표로 표시한 유체(511)의 입구(506),(508)와 출구(507),(509)가 구비되어 있다. 상기 유체(511)의 입구, 출구는 해방된 것으로 그려져 있지만 각각 목적에 따라 접속된다.
통형 밀폐판(501)의 내측에는 열매체(510)가 흐른다. 열매체(510)는 통형 열교환 장치(500)의 사용 목적으로 자유롭게 선택할 수 있다.
보일러의 연소 가스 배관에 통형 열교환 장치(500)가 접속되어 있으면 연소 가스가 열매체(510)가 된다. 유체(511)가 공기인 경우, 열매체(510)로 공기를 가열할 수 있다. 가열된 공기를 보일러의 연소에 이용하면 연소 효율이 향상된다. 유체(511)가 물인 경우, 물을 가열하여 고온의 스팀을 만들 수 있다.
제3 실시예를 도 6에 도시한다.
도 6은 원통형 밀폐판(601)에 원통형 유로판(602)을 접합시킨 원통형 열교환 장치(600)의 구조이다. 도 6의 (A)는 접합 원통형 열교환 장치의 Y-Y단면도, 도 6의 (B)는 접합 원통형 열교환 장치의 X-X단면도이다.
원통형 유로판(602)이 열매체(510)의 유로를 형성한다. 유체(511)는 유체 입구(603)로 들어가 원통형 유로판(602)의 원통형 버퍼 탭(604),(605)을 통과하여 유체 출구(606)로 나온다.
원통형 유로판(602)의 내측에는 열매체(510)가 흐른다. 열매체(510)는 원통형 열교환 장치(600)의 사용 목적으로 자유롭게 선택할 수 있다.
보일러의 연소 가스 배관에 원통형 열교환 장치(600)가 접속되어 있으면 연소 가스가 열매체(510)가 된다. 유체(511)가 공기인 경우, 열매체(510)로 공기를 가열할 수 있다. 가열된 공기를 보일러의 연소에 이용하면 연소 효율이 향상된다. 유체(511)가 물인 경우, 물을 가열하여 고온의 스팀을 만들 수 있다.
열매체(510)에 냉각 매체를 통과시키면 유체(511)는 냉각된다.
따라서 상기 구조는 냉난방기의 실내기나 실외기의 열교환에 이용할 수 있다. 상기 유로 구조의 열교환 효율이 높기 때문에 실내기나 실외기의 크기를 파이프와 휜을 사용하는 종래 기구보다 작게 할 수 있는 이점이 있다.
제4 실시예를 도 7에 도시한다.
도 7은, 2매의 접합 열교환 장치가 등을 맞댄 열교환 장치 구조를 도시한다. 도 7의 (A)는 제1 유로판(701), 제2 유로판(702)을 밀폐판(703)에 양면에서부터 접합시킨 구조이다. 즉 등을 맞댄 열교환 장치(700)의 구조를 도시한다.
도 7의 (B)는 등을 맞댄 열교환 장치(700)의 X-X단면을 도시한다.
제1 유체(708)가 제1 유체 입구(706)로 들어가 제1 유로판(701)에서 열교환하고 제1 유체 출구(704)로 나온다.
제2 유체(709)는 제2 유체 입구(707)로 들어가 제2 유로판(702)에서 열교환하고 제2 유체 출구(705)로 나온다.
상기 구조에서는 제1 유체(708)와 제2 유체(709)는 서로의 열매체의 역할에 상당한다.
즉, 상기 2개의 유체는 상기 열교환 장치(700)를 통해 효율적으로 서로 열교환을 행한다.
제5 실시예를 도 8에 도시한다.
도 8은 열매체에 전체를 침지한 접합 열교환 장치를 도시한다. 열교환 장치(800)는 열매체(801)에 전면 접촉되어 가열 또는 냉각된다. 열매체(801)는 가열된 액체, 가스여도 좋다. 또는 열매체(801)는 냉각된 액체, 가스여도 좋다.
가열된 액체로서는 지열에 의해 가열된 물이나 증기, 냉각된 액체로서는 바닷물이 있다.
열교환 장치(800)는 하나만 도시되었으나, 다수 침지하는 것도, 규칙적으로 나열하는 것도, 직렬 병렬로 서로 접속하는 것도 자유롭게 설계할 수 있다.
본 발명은, 대(大)유량의 고온 가열된 가스나 액체를 만들어 내는 소형 경량의 부품을 염가로 제공한다. 응용 분야는 인쇄물의 건조, 소형의 냉난방 기구, 독극물이나 방사성 물질을 포함한 재료, 부식성 재료의 가열 냉각 장치의 열교환, 고온 스팀의 고속 생성, 폐기물의 가열 기화 장치, 산업 폐기물 플라스틱의 용융 등에 이용할 수 있다. 태양전지나 플랫 패널 표시 장치(FPD)를 유리 기판 등의 대형 기판에 염가로 가열 성막하는 기술에도 적합하다.
101　가스 입구
102　공동 디스크
103　파이프
104　가스 출구
300　접합 열교환 장치
301, 401, 502, 503, 504, 505　유로판
302, 402　밀폐판
303, 405, 506, 508, 603, 802　유체 입구
304, 406, 507, 509, 606, 803　유체 출구
305, 306, 403, 404　버퍼 탭
307　유체
CH1, CH2, CH3, CH4, CH5, CH6　채널
T1, T2, T3, T4, T5　탭
W　접합
400　접합 열교환 장치
407　유로
408　히터
409　단열재
410　케이스
411　전기공급선
500　접합 통형 열교환 장치
501　통형 밀폐판
510　열매체
511　유체
600　접합 원통형 열교환 장치
601　원통형 밀폐판
602　원통형 유로판
604, 605　원통형 버퍼 탭
700　등을 맞댄 열교환 장치
701　제1 유로판
702　제2 유로판
703　밀폐판
704　제1 유체 출구
705　제2 유체 출구
706　제1 유체 입구
707　제2 유체 입구
708　제1 유체
709　제2 유체
800　접합 열교환 장치
801　열매체

Claims (9)

  1. 프레스 가공에 의해 굴곡시켜 홈을 형성한 제1 판에 제2 판을 접합시켜 기밀(氣密)한 유로를 형성한 장치로서, 상기 홈은 제1 판의 측면에서 외측을 향해 개구되고 일방향으로 긴 가로홈을 필요한 간격을 두고 판의 다른 일방향으로 복수단으로 형성되어 있으며, 인접한 상기 가로홈은 그와 수직인 복수의 세로홈에 의해 연통되어 연결되어 있으며, 일단에 있는 가로홈에 도입된 유체가 상기 가로홈과 상기 세로홈을 경유하여 타단에 있는 가로홈까지 흐르는 유로가 형성되고, 상기 유로에 도입된 유체가 상기 유로의 벽과 수직으로 충돌함으로써 열교환을 행하고, 상기 유로의 타단의 유체 출구 구멍으로부터 유체가 나오며,
    상기 세로홈의 길이가 상기 가로홈의 폭보다 긴 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 판이 철판이나 스테인리스판, 알루미늄판, 놋쇠판, 또는 플라스틱 복합재 판인 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 판의 표면을 수지에 의해 라이닝하거나, 또는 도장하거나, 또는 도금하거나, 또는 산화시켜 산화막에 의해 피막하는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 판끼리의 상기 접합은 전기 웰더(접촉면에 큰 전류를 흘려서 양면을 접착시키는 도구)를 이용한 접합, 또는 전기 용접에 의한 접합, 아르곤 용접에 의한 접합, 또는 은납 용접에 의한 접합, 또는 코킹 접합, 또는 나사 고정에 의한 접합, 또는 사이에 고무 패킹이나 카본 패킹·기타 시일(seal) 패킹을 넣은 나사 고정에 의한 접합, 또는 접착제에 의한 접합인 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
  5. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 유체가 공기를 포함한 가스, 또는 물을 포함한 액체, 또는 방사성 원소를 포함한 가스인 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
  6. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 열교환 장치에 히터를 장착하거나 또는 가열된 고온 매체 안에 두어 상기 유체를 가열하는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
  7. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 열교환 장치를 저온 매체를 접촉시키거나, 또는 저온의 매체 안에 두어 상기 유체를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
  8. 청구항 1 또는 2에 기재된 열교환 장치를 2개 접합시키고, 각각에 제1 유체와 제2 유체를 통과시키는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
  9. 청구항 1 또는 2에 기재된 열교환 장치로 만들어낸 고온 스팀과 유기물을 접촉시키는 장치.
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