KR102024840B1 - 난류형성부재를 포함하는 원자로용 열교환기 - Google Patents

난류형성부재를 포함하는 원자로용 열교환기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 난류형성부재를 포함하는 원자로용 열교환기에 관한 것으로써 유로, 상기 유로가 제1면으로 노출되는 유로입구 및 상기 유로가 제2면으로 노출되는 유로출구를 포함하는 유로부; 및 상기 유로부의 제1면 및 제2면 상에 각각 배치되어 상기 유로입구 및 유로출구에 대응하는 구멍을 포함하는 매니폴더;를 포함하고, 상기 유로 중 유로입구 또는 유로출구로부터 일정거리에 배치된 난류형성부재를 포함한다.

Description

난류형성부재를 포함하는 원자로용 열교환기 {A heat exchanger for a reactor including a turbulent flow forming member}
본 발명은 난류형성부재를 포함하는 원자로용 열교환기에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 원자력 수소 생산에 사용되는 미세유로가 배치된 원자로용 열교환기를 포함한다.
일반적으로 열교환기는 온도가 다른 두 유체가 서로 섞이지 않으면서 온도가 높은 유체로부터 온도가 낮은 유체로 열을 교환하도록 하는 장치를 가리킨다. 열교환기는 에어컨과 같은 가정용 공기 조화 시스템으로부터 대형공장의 화학 공정이나 발전에 이르기까지 넓은 범위의 분야에서 실제적으로 많이 사용되고 있다.
가스터빈 사이클은 작동유체로 스팀에 비해 열용량이 낮은 기체를 사용하고, 고온 고압의 환경에서 운영되기 때문에 기존의 튜브형 열교환기를 사용하게 되면 같은 효율을 얻기 위해 엄청난 크기의 열교환기가 필요하게 된다.
이를 해결하기 위해 가스터빈 사이클에서 사용되는 특별한 열교환기가 필요하게 되는데, 현재 개발 및 사용 중인 열교환기 중의 하나가 HEATRIC 사에서 개발한 인쇄기판형 열교환기(PCHE: Printed Circuit Heat Exchanger)이다.
인쇄기판형 열교환기는 금속판의 표면에 화학적 에칭을 통해 유로를 생성하고, 각각의 금속판들을 확산 접합하여 제작되기 때문에 열교환기의 크기를 효과적으로 줄이는 동시에 매우 높은 열교환 효율을 얻을 수 있다.
또한, 인쇄기판형 열교환기는 재료의 성질을 연속적으로 유지할 수 있는 확산접합을 통해 제작되어 구조적으로 상당히 안정적이기 때문에 고온 고압의 환경인 가스터빈 사이클의 열교환기로 사용되기 적합하다.
인쇄기판형 열교환기는 영국 Heatric 사(US 4665975A, 1987.05.19 공개)에서 개발되어 일반 산업분야에 매우 다양하게 이용되고 있다. 인쇄기판형 열교환기는 광화학적 식각 기술(Photo-chemical etching technique)에 의한 조밀한 유로배치 및 확산접합 기술을 이용하여 열교환기의 판 사이의 용접을 없앤 구조의 열교환기이다. 이로써, 고온 고압의 환경에 대한 내구성이 강하고, 고집적도와 우수한 열교환 성능 등의 장점을 가짐에 따라 냉난방시스템, 연료전지, 자동차, 화학 공정, 의료기기, 원자력, 정보 통신 장비, 극저온 환경 등의 증발기, 응축기, 냉각기, 라디에이터, 열교환기, 반응기 등 매우 다양한 분야로 적용범위가 확대되고 있다. 또한, 인쇄기판형태의 제작 기술은 광화학적 식각 기술(Photo-chemical etching technique)을 이용하므로 일반 가공 방식보다는 매우 자유롭게 유로를 가공할 수 있는 장점이 있다.
한편, 원자력 수소 생산에 사용되는 원자로용 열교환기는 고온가스의 열을 삼산화황 혼합가스에 전달해주어 삼산화항을 이산화황과 산소로 분해시키는 열교환기이다. 이러한 열교환기의 효율적인 열교환이 이루어지기 위해서는 설계 시 다음과 같은 점이 고려되어야 한다.
첫째, 열교환 효율을 높여야 한다.
둘째, 열교환기 내부에서의 열전달에 있어서 역방향 열교환 역시 유지시켜야 한다. 삼산화황 분해는 온도가 높은 영역에서 촉매가 있어야 활발한 반응이 일어나는데 삼산화황 혼합가스의 출구 부분에 고온의 에너지가 필요하므로 혼합가스 출구 영역과 고온가스 입구 영역이 근접할수록 열교환기 분해 반응이 좋아질 수 있다.
한국 특허공개공보 제 10-2013-0078167 호 미국 특허공개공보 제 4665975A 호
본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 세관 유로에 난류 유동을 형성하여 열교환 효율이 증대된 인쇄기판형 원자로용 열교환기 및 이의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 실시 예를 따르는 난류형성부재를 포함하는 원자로용 열교환기는 유로, 상기 유로가 제1면으로 노출되는 유로입구 및 상기 유로가 제2면으로 노출되는 유로출구를 포함하는 유로부; 및 상기 유로부의 제1면 및 제2면 상에 각각 배치되어 상기 유로입구 및 유로출구에 대응하는 구멍을 포함하는 매니폴더;를 포함하고, 상기 유로 중 유로입구 또는 유로출구로부터 일정거리에 배치된 난류형성부재를 포함하는 원자로용 열교환기를 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예를 따르는 난류형성부재를 포함하는 원자로용 열교환기는 제1유로, 상기 제1유로가 제1면으로 노출되는 제1유로입구 및 상기 제1유로가 제2면으로 노출되는 제1유로출구를 포함하는 제1유로층, 및 상기 제1유로층 상에 배치되고, 제2유로, 상기 제2유로가 제3면으로 노출되는 제2유로입구 및 상기 제2유로가 제4면으로 노출되는 제2유로출구를 포함하는 제2유로층을 포함하는 유로부; 상기 유로부의 제1면 및 제2면 상에 각각 배치되어 상기 제1유로입구 및 제1유로출구에 대응하는 구멍을 포함하는 제1매니폴더; 및 상기 유로부의 제3면 및 제4면 상에 각각 배치되어 상기 제2유로입구 및 제2유로출구에 대응하는 구멍을 포함하는 제2매니폴더; 를 포함하고, 상기 제1유로 및 제2유로 중 제1유로입구, 제2유로입구, 제1유로출구 및 제2유로출구 중 적어도 하나로부터 일정거리에 배치된 난류형성부재를 포함하는 원자로용 열교환기를 포함한다.
본 발명의 실시 예를 따르는 난류형성부재를 포함하는 원자로용 열교환기는
열교환기의 세관 유로에 난류 유동을 형성함으로써 열교환 효율을 증대할 수 있다.
또한, 간단하고 저가의 공정을 통해 구현할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 제1 유로층 및 제2 유로층은 인쇄회로기판 타입으로 제작한 후 적층시키는 구조를 가짐으로써 압력강하를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로용 열교환기의 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 제1 유로층 및 제2 유로층이 번갈아 적층되는 상태를 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 6은 유로에 형성된 난류형성부재를 확대하여 도시한 것이다.
도 7은 유로의 곡선부에 추가되는 난류형성부재를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로용 열교환기 제조방법의 흐름도를 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.　 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.　 따라서, 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다. 덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
원자로용 열교환기
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 열교환기의 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 제1 유로층 및 제2 유로층이 번갈아 적층되는 상태를 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예를 따르는 원자로용 열교환기는 유로, 상기 유로가 제1면으로 노출되는 유로입구 및 상기 유로가 제2면으로 노출되는 유로출구를 포함하는 유로부; 및 상기 유로부의 제1면 및 제2면 상에 각각 배치되어 상기 유로입구 및 유로출구에 대응하는 구멍을 포함하는 매니폴더; 를 포함하고, 상기 유로 중 유로입구 또는 유로출구로부터 일정거리에 배치된 난류형성부재를 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예를 따르는 난류형성부재를 포함하는 원자로용 열교환기는 본 발명의 또 다른 실시 예를 따르는 원자로용 열교환기는 제1유로, 상기 제1유로가 제1면으로 노출되는 제1유로입구 및 상기 제1유로가 제2면으로 노출되는 제1유로출구를 포함하는 제1유로층, 및 상기 제1유로층 상에 배치되는 제2유로, 상기 제2유로가 제3면으로 노출되는 제2유로입구 및 상기 제2유로가 제4면으로 노출되는 제2유로출구를 포함하는 제2유로층,을 포함하는 유로부; 상기 유로부의 제1면 및 제2면 상에 각각 배치되어 상기 제1유로입구 및 제1유로출구에 대응하는 구멍을 포함하는 제1매니폴더; 및 상기 유로부의 제3면 및 제4면 상에 각각 배치되어 상기 제2유로입구 및 제2유로출구에 대응하는 구멍을 포함하는 제2매니폴더; 를 포함하고, 상기 제1유로 및 제2유로 중 제1유로입구, 제2유로입구, 제1유로출구 및 제2유로출구 중 적어도 하나로부터 일정거리에 배치된 난류형성부재를 포함한다.
상기 난류형성부재는 유로를 흐르는 유체의 흐름을 간섭하여 난류를 형성하는 것으로서, 상기 난류형성부재에 대한 구체적인 설명은 도 4와 관련하여 기재한다.
상기 유로부는 유로, 유로입구 및 유로출구를 포함할 수 있다. 본 실시예의 유로부는 사각판 형상일 수 있으며, 복수 개 유로가 상호 나란하게 배치될 수 있다. 여기서, 상기 유로는 화학적 에칭(chemical etching)에 의해 형성될 수 있다. 즉, 화학적 에칭에 의해 상기 유로부의 길이 방향을 따라 상호 나란한 복수 개의 유로가 형성될 수 있다.
상기 유로는 복수 개의 층으로 형성될 수 있다. 상기 제1유로층 및 제2유로층은 디퓨젼 본딩(diffusion bonding)에 의해 상호 대향하는 판면이 결합될 수 있으며, 외측 연결 부분은 웰딩(welding) 또는 브레이징(brazing)에 의해 결합될 수 있다.
따라서, 상기 제1유로 및 제2유로가 외부와 철저히 차단된 상태를 유지할 수 있어 외부로 유체가 새어나가는 현상을 방지할 수 있다.
한편, 본 실시예의 제2유로층은, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상호 나란하게 형성되는 제2유로를 갖되 제2유로의 적어도 일부분이 제1유로의 방향과 엇갈린 방향을 가질 수 있다.
이러한 유입 및 배출 구조를 통해 제1유체 및 제2유체 사이의 열교환이 원활하게 이루어질 수 있다.
상기 제1유로에는 저온인 제1유체가 흐를 수 있고, 상기 제2유로에는 고온의 제2 유체가 흐를 수 있다. 또한, 상기 제1유로 또는 제2유로는 고온 및 저온의 유체가 서로 바뀌어 흐를 수도 있다. 상기 제1유로 및 상기 제2유로는 상하방향으로 서로 이격 배치되어, 각 유로를 따라 흐르는 유체의 열을 교환할 수 있다. 유로 깊이 증가에 따른 유로 확장은 열교환기의 요구 특성에 따라 상기 제1유로 및 제2유로에 선택적으로 또는 둘다 적용될 수 있다.
또한, 유로 오염 및 막힘 현상을 해소하고 유로저항을 줄이기 위해 개방형 유로 또는 유선형 유로 구조를 적용할 수 있다.
또한, 유로 오염 및 막힘 현상을 해소하고 유로저항을 줄이기 위해 유로 깊이 뿐만 아니라 유로 폭을 함께 넓히거나, 복수의 층을 겹친 유로 구조를 적용할 수도 있다.
복수의 층을 겹친 유로 구조를 적용하는 경우에, 제1유로층과 제2유로층의 갯수가 1 대 1, 1대 다, 다대 다, 다대 1의 비율로 구성될 수 있다.
예를 들면, 1대 다(예,1:2)의 비율인 경우 제1유로층, 제2유로층, 제2유로층순서로 반복적으로 배치될 수 있다. 다대 다의 비율인 경우 제1유로층, 제1유로층, 제2유로층, 제2유로층 순서로 반복해서 배치될 수 있다.
다대 1의 비율인 경우 제1유로층, 제1유로층, 제2유로층의 순서로 반복해서 배치될 수 있다.
여기서, 제1유로층의 제1유로를 따라 이동하는 제1유체는 삼산화황이며, 제2 유로층의 제2유로를 따라 이동하는 제2유체는 고온가스일 수 있다. 따라서, 상대적으로 높은 온도의 제2유체로부터 상대적으로 온도가 낮은 제1유체로 열이 전달되어 제1유체의 온도를 상승시킬 수 있다.
다만, 본 실시 예에서는 제1유체가 삼산화황이고, 제2유체가 고온가스라고 상술하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1유체 및 제2유체는 필요에 따라 변경될 수 있음은 당연하다.
상기 매니폴더는 상기 유로부의 제1면 및 제2면 상에 각각 배치되어 상기 유로입구 및 유로출구에 대응하는 구멍을 포함할 수 있다. 또한, 복수 개의 유로 중 적어도 두 개의 유로를 상호 연결할 수 있다.
상기 매니폴더는 연결부재와 결합부재를 포함할 수 있고, 상기 연결부재는 상기 유로입구 및 유로출구에 각각 연결되는 한 쌍의 연결홀을 지닌 연결 몸체를 포함할 수 있다. 상기 연결 몸체는 소정 폭과 길이를 지닌 플레이트 형태로 이루어질 수 있고 한 쌍의 연결홀이 독립적으로 이격되게 형성될 수 있고, 그 한 쌍의 연결홀을 통해 복수 개의 유로입구 및 유로출구에 결합될 수 있다.
상기 제1매니폴더는 연결부재와 결합부재를 포함할 수 있고, 상기 연결부재는 상기 제1유로입구 및 제1유로출구에 각각 연결되는 한 쌍의 연결홀을 지닌 연결 몸체를 포함할 수 있다. 상기 연결 몸체는 소정 폭과 길이를 지닌 플레이트 형태로 이루어질 수 있고 한 쌍의 연결홀이 독립적으로 이격되게 형성될 수 있고, 그 한 쌍의 연결홀을 통해 복수 개의 유로입구 및 유로출구에 결합될 수 있다.
상기 제2매니폴더는 연결부재와 결합부재를 포함할 수 있고, 상기 연결부재는 상기 제2유로입구 및 제2유로출구에 각각 연결되는 한 쌍의 연결홀을 지닌 연결 몸체를 포함할 수 있다. 상기 연결 몸체는 소정 폭과 길이를 지닌 플레이트 형태로 이루어질 수 있고 한 쌍의 연결홀이 독립적으로 이격되게 형성될 수 있고, 그 한 쌍의 연결홀을 통해 복수 개의 유로입구 및 유로출구에 결합될 수 있다.
상기 난류형성부재는 화학적 에칭(chemical etching)에 의해 형성될 수 있다. 상기 난류형성부재는 상기 복수 개의 유로 표면에 형성되어 유로 내부를 흐르는 유체의 유동을 층류 유동(Laminar flow)을 넘어선 난류 유동(Turbulent flow)이 되도록 할 수 있다. 이를 통해 원자로용 열교환기의 열전달 성능이 향상될 수 있다.
상기 난류형성부재의 돌출된 높이 또는 패인 깊이는 유로의 수력직경의 5 내지 15%, 바람직하게는 10% 미만일 수 있다. 상기 난류형성부재는 상기 유로의 길이방향으로 상기 유로의 끝단으로부터 상기 유로의 수력직경의 10 내지 30배, 바람직하게 20배 길이까지 연장되어 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예를 따르는 원자로용 열교환기에서, 상기 유로는 적어도 하나의 곡선부를 포함하고, 상기 곡선부에 배치된 난류형성부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1유로 및 제2유로는 적어도 하나의 곡선부를 포함하고, 상기 곡선부에 배치된 난류형성부재를 더 포함할 수 있다.
상기 유로는 일부가 휘어진 곡선부를 포함할 수 있다. 이와 같은 곡선부는 유체가 흐르는 경로를 길게 함으로써 열교환효율을 향상시키는 역할을 할 수 있다. 상기 곡선부의 시작 및 끝부분에 난류형성부재를 배치할 수 있다. 상기 곡선부의 시작 및 끝부분에 난류형성부재를 배치함으로써 추가적인 난류 형성으로 열교환효율을 향상시키는 효과가 있고, 상기 곡선부의 전체에 난류형성부재를 배치할 경우 유로가 막히는 문제가 발생하거나 유체가 충분한 유속을 가질 수 없어 열교환이 불충분해지는 문제가 발생할 수 있다.
앞서 살핀 바와 같이, 상기 난류형성부재는 유로입구 또는 유로출구로부터 일정거리에 배치될 수 있고, 추가적으로 상기 유로의 곡선부에 배치되어 원자로용 열교환기의 열전달 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르는 원자로용 열교환기에서, 상기 난류형성부재는 상기 유로 상에 일부가 돌출된 형상일 수 있다.
도 4는 유로에 형성된 난류형성부재를 확대하여 도시한 것이다.
도 4를 참조하면 상기 돌출된 형상의 난류형성부재의 제조방법은 상기 유로를 형성한 후 상기 유로 상에 입자를 배치하여 형성하는 방법 또는 상기 유로를 형성할 때 일부를 남겨둠으로써 형성하는 방법에 의할 수 있으며, 본 발명은 그 제조방법을 특별히 제한하지 않는다. 상기 난류형성부재는 상기 유로와 동일한 재질로 이루어 질 수 있나 특별히 제한하지 않는다.
상기 난류형성부재는 유로 상에 상기 유로의 수력직경의 5 내지 15%의 높이로 돌출된 것일 수 있으며, 바람직하게 10% 미만으로 돌출된 것일 수 있다. 상기 난류형성부재의 높이가 상기 유로의 수력직경의 5% 미만인 경우에는 난류가 충분히 형성되지 않을 수 있고, 상기 난류형성부재의 높이가 상기 유로의 수력직경의 15% 초과인 경우에는 유로가 막히는 문제가 발생하거나 유체가 충분한 유속을 가질 수 없어 열교환이 불충분해지는 문제가 발생할 수 있다. 상기 난류형성부재의 돌출된 높이를 상기 유로의 수력직경의 10% 미만으로 함으로써, 상기 문제 발생을 보다 더 효율적으로 방지할 수 있다.
또한, 상기 난류형성부재는 일정한 간격을 이루면서 배치할 수 있다. 이 때, 상기 난류형성부재 상호간의 이격 거리는 상기 유로 수력직경의 3배 이하일 수 있다. 상기 난류형성부재의 이격 거리가 상기 유로 수력직경의 3배 초과인 경우에는 난류가 충분히 형성되지 않을 수 있는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르는 원자로용 열교환기에서, 상기 난류형성부재는 상기 유로 상에 일부가 패인 형상일 수 있다.
도 5는 유로에 형성된 난류형성부재를 확대하여 도시한 것이다.
도 5를 참조하면 상기 패인 형상은 기계적 가공, 화학적 에칭 또는 부식에 의해 형성될 수 있고, 상기 유로를 돌출부가 있는 부재로 압착함으로써 형성될 수 있으며, 본 발명은 그 가공방법을 특별히 제한하지 않는다.
상기 난류형성부재는 유로 상에 상기 유로의 수력직경의 5 내지 15%의 깊이로 패인 것일 수 있으며, 바람직하게 10% 미만으로 패인 것일 수 있다. 상기 난류형성부재의 패인 깊이가 상기 유로의 수력직경의 5% 미만인 경우에는 난류가 충분히 형성되지 않을 수 있고, 상기 난류형성부재의 패인 깊이가 상기 유로의 수력직경의 15% 초과인 경우에는 유체가 충분한 유속을 가질 수 없어 열교환이 불충분해지는 문제가 발생할 수 있다. 상기 난류형성부재의 패인 깊이를 상기 유로의 수력직경의 10% 미만으로 함으로써, 상기 문제 발생을 보다 더 효율적으로 방지할 수 있다.
또한, 상기 난류형성부재는 일정한 간격을 이루면서 배치할 수 있다. 이 때, 상기 난류형성부재 상호간의 이격 거리는 상기 유로 수력직경의 3배 이하일 수 있다. 상기 난류형성부재의 이격 거리가 상기 유로 수력직경의 3배 초과인 경우에는 난류가 충분히 형성되지 않을 수 있는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르는 원자로용 열교환기에서, 상기 난류형성부재는 상기 유로 상에 일부가 나선 형상일 수 있다.
도 6은 유로에 형성된 난류형성부재를 확대하여 도시한 것이다.
도 6을 참조하면 상기 나선 형상은 기계적 가공, 화학적 에칭 또는 부식에 의해 형성될 수 있고, 상기 유로를 돌출부가 있는 부재로 압착함으로써 형성될 수 있으며, 본 발명은 그 가공방법을 특별히 제한하지 않는다.
상기 난류형성부재는 유로 상에 일정한 깊이로 패인 것일 수 있다. 상기 난류형성부재는 유로 상에 상기 유로의 수력직경의 5 내지 15%의 깊이로 패인 것일 수 있으며, 바람직하게 10% 미만으로 패인 것일 수 있다. 상기 난류형성부재의 패인 깊이가 상기 유로의 수력직경의 5% 미만인 경우에는 난류가 충분히 형성되지 않을 수 있고, 상기 난류형성부재의 패인 깊이가 상기 유로의 수력직경의 15% 초과인 경우에는 유체가 충분한 유속을 가질 수 없어 열교환이 불충분해지는 문제가 발생할 수 있다. 상기 난류형성부재의 패인 깊이를 상기 유로의 수력직경의 10% 미만으로 함으로써, 상기 문제 발생을 보다 더 효율적으로 방지할 수 있다.
또한, 상기 난류형성부재는 유로 상에 일정한 높이로 돌출된 것일 수 있다. 상기 난류형성부재는 유로 상에 상기 유로의 수력직경의 5 내지 15%의 높이로 돌출된 것일 수 있으며, 바람직하게 10% 미만으로 돌출된 것일 수 있다. 상기 난류형성부재의 높이가 상기 유로의 수력직경의 5% 미만인 경우에는 난류가 충분히 형성되지 않을 수 있고, 상기 난류형성부재의 높이가 상기 유로의 수력직경의 15% 초과인 경우에는 유로가 막히는 문제가 발생하거나 유체가 충분한 유속을 가질 수 없어 열교환이 불충분해지는 문제가 발생할 수 있다. 상기 난류형성부재의 돌출된 높이를 상기 유로의 수력직경의 10% 미만으로 함으로써, 상기 문제 발생을 보다 더 효율적으로 방지할 수 있다.
또한, 상기 난류형성부재는 일정한 간격을 이루면서 배치할 수 있다. 이 때, 상기 난류형성부재 상호간의 이격 거리는 상기 유로 수력직경의 3배 이하일 수 있다. 상기 난류형성부재의 이격 거리가 상기 유로 수력직경의 3배 초과인 경우에는 난류가 충분히 형성되지 않을 수 있는 문제가 발생할 수 있다.
원자로용 열교환기 제조방법
본 발명의 일 실시 예를 따르는 원자로용 열교환기 제조방법은 기판을 준비하는 준비단계; 상기 기판에 세관 트렌치 형상의 유로를 형성하는 단계; 및 상기 유로입구에 난류형성부재를 형성하는 단계; 를 포함한다.
상기 기판에 세관 트렌치 형상의 유로를 형성하는 단계는 화학적 에칭으로 가공하는 것이 일반적이지만, 비용이 저렴한 가공방법에 의해 형성될 수 있다. 예를 들면, 절삭공구를 이용한 기계적 가공 또는 레이저를 이용한 가공 또는 프린트 가공 방법 등이 선택적으로 적용될 수 있다.
상기 난류형성부재는 상기 유로 상에 일부가 돌출된 형상일 수 있고, 상기 유로 상에 일부가 패인 형상일 수 있으며, 상기 유로 상에 일부가 나선 형상일 수 있다. 상기 나선 형상은 패인 형상일 수 있고 돌출된 형상일 수 있다.
상기 난류형성부재가 돌출된 형상인 경우, 상기 난류형성부재는 상기 유로를 형성한 후 상기 유로 상에 입자를 배치하여 형성하는 방법 또는 상기 유로를 형성할 때 일부를 남겨둠으로써 형성하는 방법에 의해 제조될 수 있으며, 본 발명은 그 제조 방법을 특별히 제한하지 않는다. 상기 난류형성부재는 상기 유로와 동일한 재질로 이루어 질 수 있으나 특별히 제한하지 않는다.
상기 난류형성부재가 일부 돌출된 형상인 경우, 상기 난류형성부재는 유로 상에 상기 유로의 수력직경의 5 내지 15%의 높이로 돌출된 것일 수 있으며, 바람직하게 10% 미만으로 돌출된 것일 수 있다. 상기 난류형성부재의 높이가 상기 유로의 수력직경의 5% 미만인 경우에는 난류가 충분히 형성되지 않을 수 있고, 상기 난류형성부재의 높이가 상기 유로의 수력직경의 15% 초과인 경우에는 유로가 막히는 문제가 발생하거나 유체가 충분한 유속을 가질 수 없어 열교환이 불충분해지는 문제가 발생할 수 있다. 상기 난류형성부재의 돌출된 높이를 상기 유로의 수력직경의 10% 미만으로 함으로써, 상기 문제 발생을 보다 더 효율적으로 방지할 수 있다.
또한, 상기 난류형성부재는 일정한 간격을 이루면서 배치할 수 있다. 이 때, 상기 난류형성부재 상호간의 이격 거리는 상기 유로 수력직경의 3배 이하일 수 있다. 상기 난류형성부재의 이격 거리가 상기 유로 수력직경의 3배 초과인 경우에는 난류가 충분히 형성되지 않을 수 있는 문제가 발생할 수 있다.
상기 난류형성부재가 일부 패인 형상인 경우, 상기 난류형성부재는 유로 상에 상기 유로의 수력직경의 5 내지 15%의 깊이로 패인 것일 수 있으며, 바람직하게 10% 미만으로 패인 것일 수 있다. 상기 난류형성부재의 패인 깊이가 상기 유로의 수력직경의 5% 미만인 경우에는 난류가 충분히 형성되지 않을 수 있고, 상기 난류형성부재의 패인 깊이가 상기 유로의 수력직경의 15% 초과인 경우에는 유체가 충분한 유속을 가질 수 없어 열교환이 불충분해지는 문제가 발생할 수 있다. 상기 난류형성부재의 패인 깊이를 상기 유로의 수력직경의 10% 미만으로 함으로써, 상기 문제 발생을 보다 더 효율적으로 방지할 수 있다.
또한, 상기 난류형성부재는 일정한 간격을 이루면서 배치할 수 있다. 이 때, 상기 난류형성부재 상호간의 이격 거리는 상기 유로 수력직경의 3배 이하일 수 있다. 상기 난류형성부재의 이격 거리가 상기 유로 수력직경의 3배 초과인 경우에는 난류가 충분히 형성되지 않을 수 있는 문제가 발생할 수 있다.
상기 난류형성부재는 나선 형상으로 유로 상에 일정한 깊이로 패인 것일 수 있다. 상기 난류형성부재는 유로 상에 상기 유로의 수력직경의 5 내지 15%의 깊이로 패인 것일 수 있으며, 바람직하게 10% 미만으로 패인 것일 수 있다. 상기 난류형성부재의 패인 깊이가 상기 유로의 수력직경의 5% 미만인 경우에는 난류가 충분히 형성되지 않을 수 있고, 상기 난류형성부재의 패인 깊이가 상기 유로의 수력직경의 15% 초과인 경우에는 유체가 충분한 유속을 가질 수 없어 열교환이 불충분해지는 문제가 발생할 수 있다. 상기 난류형성부재의 패인 깊이를 상기 유로의 수력직경의 10% 미만으로 함으로써, 상기 문제 발생을 보다 더 효율적으로 방지할 수 있다.
또한, 상기 난류형성부재는 나선 형상으로 유로 상에 일정한 높이로 돌출된 것일 수 있다. 상기 난류형성부재는 유로 상에 상기 유로의 수력직경의 5 내지 15%의 높이로 돌출된 것일 수 있으며, 바람직하게 10% 미만으로 돌출된 것일 수 있다. 상기 난류형성부재의 높이가 상기 유로의 수력직경의 5% 미만인 경우에는 난류가 충분히 형성되지 않을 수 있고, 상기 난류형성부재의 높이가 상기 유로의 수력직경의 15% 초과인 경우에는 유로가 막히는 문제가 발생하거나 유체가 충분한 유속을 가질 수 없어 열교환이 불충분해지는 문제가 발생할 수 있다. 상기 난류형성부재의 돌출된 높이를 상기 유로의 수력직경의 10% 미만으로 함으로써, 상기 문제 발생을 보다 더 효율적으로 방지할 수 있다.
또한, 상기 난류형성부재는 일정한 간격을 이루면서 배치할 수 있다. 이 때, 상기 난류형성부재 상호간의 이격 거리는 상기 유로 수력직경의 3배 이하일 수 있다. 상기 난류형성부재의 이격 거리가 상기 유로 수력직경의 3배 초과인 경우에는 난류가 충분히 형성되지 않을 수 있는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예를 따르는 원자로용 열교환기 제조방법은 상기 유로입구에 난류형성부재를 형성하는 단계 후에 상기 기판의 적어도 일면에 매니 폴더를 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
100: 열교환기
110: 제 1 유로층
111: 제 1 유로
120: 제 2 유로층
121: 제 2 유로
130: 제 1 매니폴더
140: 제 2 매니폴더

Claims (9)

  1. 유로, 상기 유로가 제1면으로 노출되는 유로입구 및 상기 유로가 제2면으로 노출되는 유로출구를 포함하는 유로부; 및
    상기 유로부의 제1면 및 제2면 상에 각각 배치되어 상기 유로입구 및 유로출구에 대응하는 구멍을 포함하는 매니폴더;를 포함하고,
    상기 유로 중 유로입구 및 유로출구에 배치된 난류형성부재를 포함하며,
    상기 유로는 적어도 하나의 곡선부를 포함하고, 상기 곡선부의 시작부분 및 끝부분에 난류형성부재가 배치되고,
    상기 난류형성부재는 유로 상에 일부가 돌출된 형상 및 패인 형상 중 1종 이상의 형상이고,
    상기 난류형성부재는 유로의 길이 방향으로 유로의 끝단으로부터 유로의 수력직경의 10 내지 30배 연장되어 배치된 원자로용 열교환기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 난류형성부재는 화학적 에칭(chemical etching)에 의해 형성되는 원자로용 열교환기.
  7. 제1유로, 상기 제1유로가 제1면으로 노출되는 제1유로입구 및 상기 제1유로가 제2면으로 노출되는 제1유로출구를 포함하는 제1유로층, 및 상기 제1유로층 상에 배치되는 제2유로, 상기 제2유로가 제3면으로 노출되는 제2유로입구 및 상기 제2유로가 제4면으로 노출되는 제2유로출구를 포함하는 제2유로층,을 포함하는 유로부;
    상기 유로부의 제1면 및 제2면 상에 각각 배치되어 상기 제1유로입구 및 제1유로출구에 대응하는 구멍을 포함하는 제1매니폴더; 및
    상기 유로부의 제3면 및 제4면 상에 각각 배치되어 상기 제2유로입구 및 제2유로출구에 대응하는 구멍을 포함하는 제2매니폴더; 를 포함하고,
    상기 제1유로 및 제2유로 중 제1유로입구, 제2유로입구, 제1유로출구 및 제2유로출구에 배치된 난류형성부재를 포함하며, 상기 제1유로 및 제2유로는 적어도 하나의 곡선부를 포함하고, 상기 곡선부의 시작부분 및 끝부분에 난류형성부재가 배치되고,
    상기 난류형성부재는 유로 상에 일부가 돌출된 형상 및 패인 형상 중 1종 이상의 형상이고,
    상기 난류형성부재는 유로의 길이 방향으로 유로의 끝단으로부터 유로의 수력직경의 10 내지 30배 연장되어 배치된 원자로용 열교환기.
  8. 삭제
  9. 기판을 준비하는 준비단계;
    상기 기판에 세관 트렌치 형상의 유로를 형성하는 단계; 및
    상기 유로입구에 화학적 에칭으로 식각하여 난류형성부재를 형성하는 단계; 를 포함하는 제1항에 기재된 원자로용 열교환기 제조방법.

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