KR102146101B1 - 인쇄기판형 열교환기 및 이를 포함하는 열교환 장치 - Google Patents

인쇄기판형 열교환기 및 이를 포함하는 열교환 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인쇄기판형 열교환기에 있어서, 적층되는 복수의 제1 및 제2 플레이트 상에 고압 헤더를 형성하는 개구를 구비하여, 고압 헤더를 내장하도록 열교환기를 설계할 수 있다. 또한, 고압 헤더의 직경을 작게 하고 고압 헤더와 몸체부의 단부와의 간격을 고압 헤더의 직경보다 크도록 설계하여 열교환기가 고압에도 잘 견딜 수 있다.
본 발명은 고압 헤더 및 저압 헤더를 내장하여 일체형으로 열교환기를 제조할 수 있어, 추가적인 용접 공정을 생략하고 추가 비용의 발생을 방지할 수 있다.

Description

인쇄기판형 열교환기 및 이를 포함하는 열교환 장치 {Printed circuit heat exchanger and heat exchanging device comprising it}
본 발명은 열교환기 및 이를 포함하는 열교환 장치에 관한 것이다.
열교환기란 두 유체 간에 열을 주고받도록 하게 하는 장치를 말한다. 일반적으로 열교환기는 고온 및 저온의 유체가 튜브 또는 플레이트를 각각 통과하면서 열을 교환하며, 열은 고온 유체로부터 저온의 유체로 이동한다.
인쇄기판형 열교환기(Printed circuit heat exchanger, PCHE)는 미세 유로를 갖는 열교환기이다. 인쇄기판형 열교환기는 복수의 금속판을 적층하여 진공의 고온 고압분위기에서 확산접합하여 제조된다. 금속판 상에는 화학적 에칭법에 의해 미세 유로가 형성된다. 인쇄기판형 열교환기는 미세 유로가 형성된 복수의 금속판을 적층함으로써, 전열면적을 증가시킬 수 있다는 장점이 있다. 이에 따라 열교환기의 전체적인 소형화 및 경량화가 가능하다.
하지만, 기존의 인쇄기판형 열교환기는 고압측 헤더가 내장되는 경우, 구조 건전성을 확보하기 위하여 고압 헤더 주변에 유로를 배치할 수 없다. 또한, 고압 헤더를 용접에 의해 연결하거나, 인쇄기판형 열교환기에 천공을 하는 경우 추가 공정이 필요하여 가격이 상승하는 요인이 된다.
따라서 구조 건전성을 확보하면서도 열교환기 내의 공간을 효율적으로 활용할 수 있는 인쇄기판형 열교환기의 설계가 필요하다.
등록특허 제10-0938802호 (명칭: 마이크로채널 열교환기)
본 발명은 고압 헤더를 인쇄기판형 열교환기에 내장하여 간단한 구성의 인쇄기판형 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 고압 헤더를 내장하면서도 구조 건전성을 확보할 수 있고, 열교환기의 내부 공간을 효율적으로 사용할 수 있는 인쇄기판형 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기는 몸체부, 제1 고압 헤더, 제2 고압 헤더, 제1 저압 헤더, 제2 저압 헤더를 포함한다. 몸체부는 유로가 형성된 복수의 제1 플레이트 및 제2 플레이트가 적층되어 형성된다. 제1 고압 헤더는 제1 플레이트에 유체를 유동시키며, 몸체부의 상면에 유입구가 형성된다. 제2 고압 헤더는 제1 플레이트로부터 유체를 회수시키며, 몸체부의 상면에 유출구가 형성된다. 제1 저압 헤더는 제2 플레이트에 유체를 유동시키며, 몸체부의 상면에 유입구가 형성된다. 제2 저압 헤더 제2 플레이트로부터 유체를 회수시키며, 몸체부의 상면에 유출구가 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서 제1 및 제2 고압 헤더는 원통 형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서 제1 고압 헤더와 몸체부의 제1 단부와의 거리(d1) 및 제1 고압 헤더와 몸체부의 제2 단부와의 거리(d2)는 제1 고압 헤더의 직경(2r)보다 클 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서 제1 및 제2 고압 헤더의 개구 면적은 제1 및 제2 저압 헤더의 개구 면적보다 작을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서 제1 및 제2 고압 헤더는 각각 몸체부의 상면에서 하나의 대각선 위치에 형성되고, 제1 및 제2 저압 헤더는 각각 몸체부의 상면에서 반대편 대각선 위치에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서 제1 고압 헤더의 직경은 제2 고압 헤더의 직경보다 같거나 작을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기는 복수의 제1 플레이트와 복수의 제2 플레이트가 적층되어 형성된다. 제1 플레이트는 직사각형 형상이며, 하나의 대각선 상으로 각각 대칭적으로 위치되는 제1 및 제2 고압 헤더 형성 개구, 제1 및 제2 고압 헤더 형성 개구와 반대편 대각선 상으로 각각 대칭적으로 위치되는 제1 및 제2 저압 헤더 형성 개구, 단부가 각각 제1 고압 헤더 형성 개구 및 제2 고압 헤더 형성 개구와 연결된 복수의 제1 유로가 형성된다. 제2 플레이트는 직사각형 형상이며, 하나의 대각선 상으로 각각 대칭적으로 위치되는 제1 및 제2 고압 헤더 형성 개구, 제1 및 제2 고압 헤더 형성 개구와 반대편 대각선 상으로 대칭적으로 위치되는 제1 및 제2 저압 헤더 형성 개구, 단부가 각각 제1 저압 헤더 형성 개구 및 제2 저압 헤더 형성 개구와 연결된 복수의 제2 유로가 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서 제1 및 제2 고압 헤더 형성 개구의 형상은 원형일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서 제1 고압 헤더 형성 개구와 제1 플레이트의 제1 단부와의 거리(d1) 및 제1 고압 헤더 형성 개구와 제1 플레이트의 제2 단부와의 거리(d2)는 제1 고압 헤더 형성 개구의 직경(2r)보다 클 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서 제1 및 제2 고압 헤더 형성 개구의 면적은 제1 및 제2 저압 헤더 형성 개구의 면적보다 작을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서 제1 고압 헤더 형성 개구의 직경은 제2 고압 헤더 형성 개구의 직경보다 같거나 작을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서 제1 플레이트에 형성된 제1 유로 및 제2 플레이트에 형성된 제2 유로 중 적어도 하나의 유로의 형상은 지그재그 형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열교환 장치는 인쇄기판형 열교환기, 상부 커버, 하부 커버를 포함한다. 인쇄기판형 열교환기는 몸체부, 제1 고압 헤더, 제2 고압 헤더, 제1 저압 헤더, 제2 저압 헤더를 포함한다. 몸체부는 유로가 형성된 복수의 제1 플레이트 및 제2 플레이트가 적층되어 형성된다. 제1 고압 헤더는 제1 플레이트에 유체를 유동시키며, 몸체부의 상면에 유입구가 형성된다. 제2 고압 헤더는 제1 플레이트로부터 유체를 회수시키며, 몸체부의 상면에 유출구가 형성된다. 제1 저압 헤더는 제2 플레이트에 유체를 유동시키며, 몸체부의 상면에 유입구가 형성된다. 제2 저압 헤더 제2 플레이트로부터 유체를 회수시키며, 몸체부의 상면에 유출구가 형성된다. 상부 커버는 인쇄기판형 열교환기의 상부에 장착된다. 하부 커버는 인쇄기판형 열교환기의 하부에 장착된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열교환 장치에서 제1 고압 헤더와 몸체부의 제1 단부와의 거리(d1) 및 제1 고압 헤더와 몸체부의 제2 단부와의 거리(d2)는 제1 고압 헤더의 직경(2r)보다 클 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열교환 장치에서 제1 및 제2 고압 헤더의 개구 면적은 제1 및 제2 저압 헤더의 개구 면적보다 작을 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 인쇄기판형 열교환기를 형성하는 플레이트에 고압 헤더를 형성하는 개구를 배치하여, 간단한 구성으로 고압 헤더를 형성하고 별도의 용접 작업을 생략할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 고압 헤더를 열교환기 내부에 배치하여 공간을 효율적으로 활용할 수 있고, 구조 건전성을 위한 공간을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서 제1 플레이트를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서 제1 플레이트를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서 제2 플레이트를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서 제1 및 제2 플레이트를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환 장치를 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설 명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기를 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 인쇄기판형 열교환기(1000)는 몸체부(1000'), 제1 고압 헤더(1310), 제2 고압 헤더(1320), 제1 저압 헤더(1410), 제2 저압 헤더(1420)를 포함한다. 몸체부(1000')는 제1 및 제2 플레이트(1100, 1200)가 적층되어 형성된다.
제1 플레이트(1100) 및 제2 플레이트(1200)는 교번으로 적층될 수 있다. 본 실시예에서는 제1 플레이트(1100) 및 제2 플레이트(1200)가 교번으로 적층되나, 필요에 따라 제1 플레이트(1100) 및 제2 플레이트(1200)가 1:2 또는 2:1로 적층될 수도 있다.
제1 플레이트 및 제2 플레이트(1100, 1200)에 형성된 유로(1140, 1240)에는 각각 다른 종류의 유체가 유동한다. 제1 플레이트(1100) 상에는 고압의 유체가, 제2 플레이트(1200) 상에는 저압의 유체가 유동할 수 있다. 예를 들어, 제1 플레이트(1100)를 유동하는 유체는 액화천연가스(LNG;Liquefied natural gas)와 같은 고압의 극저온 유체일 수 있으며, 제2 플레이트(1200)를 유동하는 유체는 에틸렌글리콜(EG;Ethylene glycol) 또는 물과 같은 저압의 유체일 수 있다.
제1 및 제2 플레이트(1100, 1200)는 스테인리스 스틸, Ni기 합금 등의 내열 소재로 제작된다. 제1 및 제2 플레이트(1100, 1200) 상에는 유로가 형성되어 있다. 스테인레스 스틸 등의 소재로 된 플레이트를 에칭하여 플레이트 상에 미세 유로를 형성한다.
제1 플레이트(1100) 및 제2 플레이트(1200)는 복수 개가 적층되어 확산 접합된다.
제1 고압 헤더(1310)는 몸체부(1000')의 상면에서부터 몸체부(1000')의 깊이 방향으로 원통 형상의 공간을 형성한다. 몸체부(1000')의 상면에는 제1 고압 헤더(1310)로 고압의 유체를 유입시키는 유입구가 형성된다. 제1 고압 헤더(1310)로 고압의 유체가 유입되어, 제1 플레이트(1100)로 유체를 순환시킨다. 제1 고압 헤더(1310)는 몸체부(1000') 상면의 단부로부터 소정 간격 이격되어 형성된다.
제1 고압 헤더(1310)로 유입되는 고압의 유체는 제1 고압 헤더(1310)의 내벽에 큰 압력을 가하게 된다. 제1 고압 헤더(1310)는 내벽에 가해지는 압력을 견디기 위해서, 제1 고압 헤더(1310)를 형성하는 내벽의 두께, 즉 소정 면적의 접합면이 확보되어야 한다. 하지만, 제1 고압 헤더(1310) 주변의 접합면을 확보하려면 제1 플레이트(1100) 상에서 유로를 배치할 수 있는 면적이 줄어들게 되는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는 제1 고압 헤더(1310)의 직경(2r)을 최소화하여 제1 플레이트(1100)의 일측에 배치한다. 또한, 내구성을 확보하기 위하여 제1 고압 헤더(1310)는 몸체부(1000')의 단부와의 이격 거리(d1, d2)는 제1 고압 헤더(1310)의 직경(2r)보다 더 크게 형성된다. 제1 고압 헤더(1310)와 몸체부(1000') 단부의 이격 거리에 의해, 몸체부(1000')는 고압 유체의 유동을 견딜 수 있는 내구성을 확보한다.
제2 고압 헤더(1320)는 제1 고압 헤더(1310)와 대각선으로 대칭인 위치에 배치된다. 제2 고압 헤더(1320)는 몸체부(1000')의 상면에서부터 몸체부(1000')의 깊이 방향으로 원통 형상의 공간을 형성한다. 제2 고압 헤더(1320)는 제1 플레이트(1100)를 순환한 유체를 회수시킨다. 몸체부(1000')의 상면에는 제2 고압 헤더(1320)로부터 고압의 유체를 회수시키는 유출구가 형성된다. 제2 고압 헤더(1320)는 몸체부(1000') 상면의 단부로부터 소정 간격 이격되어 형성된다. 제2 고압 헤더(1320)는 직경(2r)을 최소화하여 일측에 배치될 수 있으며, 제2 고압 헤더(1320)와 몸체부(1000')의 단부와의 이격 거리(d1, d2)는 제2 고압 헤더(1320)의 직경(2r)보다 더 크게 형성된다.
제2 고압 헤더(1320)의 직경은 제1 고압 헤더(1310)의 직경과 동일할 수 있다. 다른 실시예에서는 제2 고압 헤더(1320)의 직경(2R)은 제1 고압 헤더(1310)의 직경(2r)보다 클 수 있다.
본 실시예에서 제2 고압 헤더(1320)는 제1 고압 헤더(1310)와 대각선으로 대칭인 위치에 배치되나 이에 한정하지는 않으며, 폭 방향 중심선을 기준으로 대칭인 위치에 배치되거나, 또는 서로 대칭이 아닌 위치에도 배치시킬 수 있다. 본 발명은 제1 및 제2 고압 헤더(1310, 1320)의 직경을 작게 하여 고압 헤더 배치의 자유도를 높일 수 있다.
제1 저압 헤더(1410)는 몸체부(1000')의 상면에서부터 몸체부(1000')의 깊이 방향으로 공간을 형성한다. 제1 저압 헤더(1410)로 저압, 즉 고온의 유체가 유입되어, 제2 플레이트(1200)로 유체를 순환시킨다. 몸체부(1000')의 상면에는 제1 저압 헤더(1410)로 저압의 유체를 유입시키는 유입구가 형성된다.
제2 저압 헤더(1420)는 제1 저압 헤더(1410)와 대각선으로 대칭인 위치에 형성되며, 몸체부(1000')의 깊이 방향으로 공간을 형성한다. 제2 저압 헤더(1420)는 제2 플레이트(1200)를 유동한 유체를 회수한다. 몸체부(1000')의 상면에는 제2 저압 헤더(1420)로부터 저압의 유체를 회수시키는 유출구가 형성된다.
제1 및 제2 저압 헤더(1410, 1420)의 개구 면적은 제1 및 제2 고압 헤더(1310, 1320)의 개구 면적보다 클 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서 제1 플레이트를 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서 제1 플레이트를 나타내는 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서 제2 플레이트를 나타내는 도면이다.
제1 및 제2 플레이트(1100, 1200)에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 플레이트(1100)는 직사각 형상이다. 제1 플레이트(1100)에는 제1 및 제2 고압 헤더 형성 개구(1111, 1112), 제1 및 제2 저압 헤더 형성 개구(1121, 1122), 복수의 제1 유로(1140)가 형성된다.
제1 및 제2 고압 헤더 형성 개구(1111, 1112)는 제1 플레이트(1100)의 중심점을 기준으로 대칭인 위치에 배치된다. 제1 고압 헤더 형성 개구(1111)는 복수개의 제 1 및 제2 플레이트(1100, 1200)가 적층되었을 때, 하나로 공간으로 연결되어 제1 고압 헤더(1310)를 형성한다. 제1 고압 헤더(1310)로 저온 또는 극저온의 고압 유체가 유입되며, 제1 고압 헤더(1310)는 유입된 고압의 유체를 제1 플레이트(1100)의 복수의 유로(1140)로 순환시킨다.
제1 고압 헤더 형성 개구(1111)는 제1 플레이트(1100)의 각각의 단부와 소정 간격 이격되어 형성된다. 이격 간격(d1, d2)은 제1 고압 헤더 형성 개구(1111)의 직경(2r)보다 크게 형성된다. 고압의 유체가 제1 고압 헤더로 유입될 때 내압에 잘 견디게 하기 위함이다. 예를 들어, 제1 고압 헤더 형성 개구(1111)의 직경이 5mm일 때, 제1 플레이트(1100)의 각각의 단부와의 이격 간격(d1, d2)은 5mm를 초과하도록 설계될 수 있다.
제1 고압 헤더(1310)로 유입되는 고압의 유체는 몸체부(1000')에 내부에서 압력을 가하게 되며, 제1 고압 헤더(1310) 주변에 가해지는 압력을 견디기 위해서 제1 고압 헤더(1310) 주변은 소정 두께의 벽체를 형성해야 한다. 따라서 제1 고압 헤더(1310) 주변에는 유로를 배치하지 못한다. 이를 해결하기 위하여, 제1 고압 헤더 형성 개구(1111)는 최소의 사이즈로 형성될 수 있다. 제1 고압 헤더 형성 개구(1111)가 최소 직경을 가짐으로써, 제1 플레이트(1100)의 각각의 단부와의 이격 간격(d1, d2)을 더 줄일 수 있으며, 이 경우 유로 배치 면적을 더욱 확보할 수 있어 열교환기의 효율을 더 높일 수 있다.
또한, 제1 고압 헤더(1310)를 몸체부(1000') 상에서 일측에 치우쳐 배치함으로써 유로 배치 공간 및 반대측의 여유 공간을 확보할 수 있다. 이에 따라, 유로의 배치, 설계에 있어 다양한 변경을 가하는 것이 가능하며, 열교환기 자체를 더욱 소형화, 경량화할 수 있다.
제2 고압 헤더 형성 개구(1112)는 복수개의 제 1 및 제2 플레이트(1100, 1200)가 적층되었을 때, 하나로 공간으로 연결되어 제2 고압 헤더(1320)를 형성한다. 제2 고압 헤더(1320)는 제1 유로(1140)를 통과한 유체를 회수한다.
제2 고압 헤더 형성 개구(1112)는 제1 플레이트(1100)의 각각의 단부와 소정 간격 이격되어 형성된다. 이격 간격(d1, d2)은 제2 고압 헤더 형성 개구(1112)의 직경(2r)보다 크게 형성된다. 고압의 유체가 제2 고압 헤더(1320)를 유동할 때 내압에 잘 견디게 하기 위함이다. 예를 들어, 제2 고압 헤더 형성 개구(1112)의 직경이 5mm일 때, 제1 플레이트(1100)의 각각의 단부와의 이격 간격(d1, d2)은 5mm를 초과하도록 설계될 수 있다.
제2 고압 헤더 형성 개구(1112) 역시 최소의 사이즈로 형성될 수 있다. 제2 고압 헤더 형성 개구(1112)가 최소 직경을 가짐으로써 제1 플레이트(1100) 단부와의 이격 간격(d1, d2)을 더 줄일 수 있으며, 이 경우 유로 배치 면적을 더욱 확보할 수 있어 열교환기의 효율을 더 높일 수 있다.
제2 고압 헤더 형성 개구(1112)의 직경은 제1 고압 헤더 형성 개구(1111)의 직경과 같을 수 있다. 다른 실시예에서는 도3에 도시된 바와 같이, 제2 고압 헤더 형성 개구(1112)의 직경은 제1 고압 헤더 형성 개구(1111)의 직경보다 클 수 있다. 요구되는 열교환기의 설계에 따라 제1 플레이트(1100)를 유동한 유체의 압력이 다소 낮아질 수 있기 때문이다.
제1 유로(1140)는 복수개가 이웃하여 배치된다. 복수의 제1 유로(1140)는 양 단부가 각각 제1 고압 헤더 형성 개구(1111) 및 제2 고압 헤더 형성 개구(1112)에 연결된다. 유체는 제1 고압 헤더(1310)로부터 유입되어, 복수의 제1 유로(1140)를 유동하여 제2 고압 헤더(1320)로 회수된다. 본 실시예에서 제1 유로는(1140)는 직선 형상이나, 지그재그 형상, 물결 형상 또는 벌집 구조 형상 등일 수도 있다.
제1 및 제2 저압 헤더 형성 개구(1121, 1122)는 제1 및 제2 고압 헤더 형성 개구(1111, 1112)와 반대되는 대각선 상에 위치한다. 제1 및 제2 저압 헤더 형성 개구(1121, 1122)는 서로 제1 플레이트(1100)의 중심점을 기준으로 대칭인 위치에 배치된다. 제1 저압 헤더 형성 개구(1121)는 복수개의 제 1 및 제2 플레이트(1100, 1200)가 적층되었을 때, 하나로 공간으로 연결되어 제1 저압 헤더(1410)를 형성한다. 제2 저압 헤더 형성 개구(1122)는 복수개의 제 1 및 제2 플레이트(1100, 1200)가 적층되었을 때, 하나로 공간으로 연결되어 제2 저압 헤더(1420)를 형성한다
도 4에 도시된 바와 같이, 제2 플레이트(1200)는 직사각 형상이다. 제2 플레이트(1200)에는 제1 및 제2 고압 헤더 형성 개구(제1 및 제2 개구, 1211, 1212), 제1 및 제2 저압 헤더 형성 개구(제3 및 제4 개구, 1221, 1222), 복수의 제2 유로(1240)가 형성된다.
제1 및 제2 고압 헤더 형성 개구(1211, 1212)는 제2 플레이트(1200)의 중심점을 기준으로 대칭인 위치에 배치된다. 제1 고압 헤더 형성 개구(1211)는 복수개의 제 1 및 제2 플레이트(1100, 1200)가 적층되었을 때, 하나로 공간으로 연결되어 제1 고압 헤더(1310)를 형성한다.
제2 고압 헤더 형성 개구(1212)는 복수개의 제 1 및 제2 플레이트(1100, 1200)가 적층되었을 때, 하나로 공간으로 연결되어 제2 고압 헤더(1320)를 형성한다.
제1 및 제2 고압 헤더 형성 개구(1211, 1212)는 제2 플레이트(1200)의 각각의 단부와 소정 간격 이격되어 형성된다. 이격 간격(d1, d2)은 제1 및 제2 고압 헤더 형성 개구(1211, 1212)의 직경(2r)보다 크게 형성된다. 제1 및 제2 고압 헤더 형성 개구(1211, 1212)는 최소의 사이즈로 형성될 수 있다.
제1 및 제2 저압 헤더 형성 개구(1221, 1222)는 제1 및 제2 고압 헤더 형성 개구(1211, 1212)와 반대되는 대각선 상에 위치한다. 제1 및 제2 저압 헤더 형성 개구(1221, 1222)는 서로 제2 플레이트(1200)의 중심점을 기준으로 대칭인 위치에 배치될 수 있다. 제1 저압 헤더 형성 개구(1221)는 복수개의 제 1 및 제2 플레이트(1100, 1200)가 적층되었을 때, 하나로 공간으로 연결되어 제1 저압 헤더(1410)를 형성한다. 제1 저압 헤더(1410)로 고온의 저압 유체가 유입되며, 제1 저압 헤더(1410)는 고온의 유체를 각각의 제2 플레이트(1200)의 유로(1240)로 순환시킨다.
제2 저압 헤더 형성 개구(1222)는 복수개의 제 1 및 제2 플레이트(1100, 1200)가 적층되었을 때, 하나로 공간으로 연결되어 제2 저압 헤더(1420)를 형성한다. 제2 저압 헤더(1320)는 제2 유로(1240)를 통과한 유체를 회수한다.
제1 및 제2 저압 헤더(1410, 1420)에는 저압의 유체가 유동하므로, 몸체부(1000') 작용하는 내압이 상대적으로 작다. 따라서 제1 및 제2 저압 헤더(1410, 1420)를 형성하는 벽체는 제1 및 제2 고압 헤더(1310, 1320)를 형성하는 벽체보다 얇을 수 있다. 즉, 제1 및 제2 저압 헤더 형성 개구(1221, 1222)와 몸체부(1000') 단부와의 간격은, 제1 및 제2 고압 헤더 형성 개구(1211, 1212)와 몸체부(1000') 단부와의 간격(d1, d2)보다 작을 수 있다. 또한, 제1 및 제2 저압 헤더 형성 개구(1221, 1222)의 면적은 제1 및 제2 고압 헤더 형성 개구(1211, 1212)의 면적보다 클 수 있다.
제2 유로(1240)는 복수개가 이웃하여 배치된다. 복수의 제2 유로(1240)는 양 단부가 각각 제1 저압 헤더 형성 개구(1221) 및 제2 저압 헤더 형성 개구(1222)에 연결된다. 유체는 제1 저압 헤더(1410)로부터 유입되어, 복수의 제2 유로(1240)를 유동하여 제2 저압 헤더(1420)로 회수된다. 본 실시예에서 제2 유로는(1240)는 직선 형상이나, 지그재그 형상, 물결 형상 또는 벌집 구조 형상 등일 수도 있다.
제1 및 제2 플레이트(1100, 1200)는 1:1의 비율로 적층될 수도 있으나, 필요에 따라 2:1 또는 1:2 등의 비율로 적층될 수 있다. 본 실시예에서는 제1 및 제2 플레이트(1100, 1200) 두 종류의 플레이트를 적층시키는 것을 예로 들었으나, 이에 한정하지는 않으며, 유동시키는 유체의 종류에 따라 3개 이상 종류의 플레이트가 적층되어 열교환기를 형성할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기에서 제1 및 제2 플레이트를 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기를 나타내는 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기(1000)에서 플레이트는, 도 5에 도시된 바와 같이 유로가 지그재그 형상으로 형성될 수 있다. 유로가 지그재그 형상으로 형성되는 경우 열전달 길이가 길어져 열교환기의 열효율을 높일 수 있다. 다른 실시예에서는 고압의 유체가 유동하는 제1 플레이트(1100)의 제1 유로(1140)는 지그재그 형상으로, 저압의 유체가 유동하는 제2 플레이트(1200)의 제2 유로(1240)는 직선 형상으로 형성될 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 열교환기(1000)에서는, 도 6에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 고압 헤더(1310, 1320)가 몸체부(1000') 상에서 대각선 상에 위치하는 것이 아니라 길이 방향으로 양단에 위치할 수도 있다. 이 경우 비어 있는 외곽측에 저압 헤더를 배치할 수 있다.
다른 실시예에서는 제1 고압 헤더(1410)를 길이 방향 양단으로 배치하고, 몸체부(1000')의 외곽면에 각각 2종류의 저압 헤더를 배치할 수도 있다. 이는 열교환기의 목적, 유동하는 유체의 종류에 따라 달리 설계될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환 장치를 나타내는 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 열교환 장치(2000)는 인쇄기판형 열교환기(2100), 상부 커버(2200), 하부 커버(2300)를 포함할 수 있다.
인쇄기판형 열교환기(2100)는 제1 및 제2 플레이트(1100, 1200)가 교번으로 적층되어 형성된다. 제1 및 제2 플레이트(1100, 1200)의 상면에는 유로가 형성된다. 플레이트는 40~50개, 많게는 500여장 적층되어 확산 접합된다. 적층 및 접합되어 형성된 인쇄기판형 열교환기(2100)의 상부에 상부 커버(2200)가 장착된다. 인쇄기판형 열교환기(2100)의 하부에는 하부 커버(2300)가 장착된다. 상부 커버 및 하부 커버(2200, 2300)는 접합된 복수의 플레이트들(1100, 1200)을 안정적으로 고정시킨다. 상부 커버 및 하부 커버(2200, 2300)의 재질은 인쇄기판형 열교환기(2100)의 플레이트와 같은 재질, 예를 들어 스테인리스 스틸로 형성될 수 있다.
상부 커버(2200)에는 인쇄기판형 열교환기(2100)의 헤더에 유체를 공급 및 회수하는 고압 유체 공급구(2210), 고압 유체 회수구(2220), 저압 유체 공급구(2230), 저압 유체 회수구(2240)가 구비된다.
본 발명은 고압 및 저압 헤더를 포함하여 전체 헤더를 내장형으로 설계할 수 있으며, 이에 따라 용접 공정을 생략할 수 있다. 본 발명은 용접 공정이 생략됨에 따라 추가 비용이 발생하지 않고 용접에 따른 문제를 해결할 수 있는 장점이 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
1000 : 인쇄기판형 열교환기 1000' : 몸체부
1100 : 제1 플레이트 1200 : 제2 플레이트
1111, 1211 : 제1 고압 헤더 형성 개구
1112, 1212 : 제2 고압 헤더 형성 개구
1121, 1221 : 제1 저압 헤더 형성 개구
1122, 1222 : 제2 저압 헤더 형성 개구
1140 : 제1 유로 1240 : 제2 유로
1310 : 제1 고압 헤더 1320 : 제2 고압 헤더
1410 : 제1 저압 헤더 1420 : 제2 저압 헤더

Claims (15)

  1. 지그재그 형상의 유로가 형성된 복수의 제1 플레이트 및 직선 형상의 유로가 형성된 복수의 제2 플레이트가 교번으로 적층되어 확산 접합됨으로써 형성된 몸체부,
    상기 제1 플레이트에 고압 유체를 유동시키며, 상기 몸체부의 상면에 유입구가 형성된 원통 형상의 제1 고압 헤더;
    상기 제1 플레이트로부터 고압 유체를 회수시키며, 상기 몸체부의 상면에 유출구가 형성된 원통 형상의 제2 고압 헤더;
    상기 제2 플레이트에 저압 유체를 유동시키며, 상기 몸체부의 상면에 유입구가 형성된 제1 저압 헤더; 및
    상기 제2 플레이트로부터 저압 유체를 회수시키며, 상기 몸체부의 상면에 유출구가 형성된 제2 저압 헤더;를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 플레이트는 스테인리스 스틸로 형성되고,
    상기 제1 및 제2 고압 헤더는 각각 상기 몸체부의 상면에서 하나의 대각선 위치에 형성되고, 상기 제1 및 제2 저압 헤더는 각각 상기 몸체부의 상면에서 반대편 대각선 위치에 형성되고,
    상기 제1 고압 헤더의 직경(2r)은 5mm이고, 상기 제1 고압 헤더와 상기 몸체부의 제1 단부와의 거리(d1) 및 상기 제1 고압 헤더와 상기 몸체부의 제2 단부와의 거리(d2)는 5mm보다 크며,
    상기 제2 고압 헤더의 직경은 5mm보다 크며,
    상기 제1 저압 헤더와 상기 몸체부의 제1 단부와의 거리 및 상기 제1 저압 헤더와 상기 몸체부의 제2 단부와의 거리는 상기 제1 고압 헤더와 상기 몸체부의 제1 단부와의 거리(d1) 및 상기 제1 고압 헤더와 상기 몸체부의 제2 단부와의 거리(d2)보다 작으며,
    상기 제1 및 제2 저압 헤더의 개구 면적은 상기 제1 및 제2 고압 헤더의 개구 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 인쇄기판형 열교환기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 직사각형 형상이며, 하나의 대각선 상으로 각각 대칭적으로 위치되는 원형의 제1 및 제2 고압 헤더 형성 개구, 상기 제1 및 제2 고압 헤더 형성 개구와 반대편 대각선 상으로 각각 대칭적으로 위치되는 제1 및 제2 저압 헤더 형성 개구, 단부가 각각 상기 제1 고압 헤더 형성 개구 및 상기 제2 고압 헤더 형성 개구와 연결된 복수의 제1 유로가 형성된 제1 플레이트; 및
    직사각형 형상이며, 하나의 대각선 상으로 각각 대칭적으로 위치되는 제1 및 제2 고압 헤더 형성 개구, 상기 제1 및 제2 고압 헤더 형성 개구와 반대편 대각선 상으로 대칭적으로 위치되는 제1 및 제2 저압 헤더 형성 개구, 단부가 각각 상기 제1 저압 헤더 형성 개구 및 상기 제2 저압 헤더 형성 개구와 연결된 복수의 제2 유로가 형성된 제2 플레이트;를 포함하며,
    상기 제1 및 제2 플레이트는 스테인리스 스틸로 형성되고,
    상기 제1 유로의 형상은 지그재그 형상이고, 상기 제2 유로의 형상은 직선 형상이며,
    상기 제1 유로에는 고압 유체가 유동하고, 상기 제2 유로에는 저압 유체가 유동하며,
    상기 제1 고압 헤더 형성 개구의 직경(2r)은 5mm이고, 상기 제1 고압 헤더 형성 개구와 제1 플레이트의 제1 단부와의 거리(d1) 및 상기 제1 고압 헤더 형성 개구와 제1 플레이트의 제2 단부와의 거리(d2)는 5mm보다 크며,
    상기 제2 고압 헤더 형성 개구의 직경은 5mm보다 크게 형성되며,
    상기 제1 및 제2 저압 헤더 형성 개구 면적은 상기 제1 및 제2 고압 헤더 형성 개구 면적보다 크며,
    상기 제1 저압 헤더 형성 개구와 상기 제1 플레이트의 제1 단부와의 거리 및 상기 제1 저압 헤더 형성 개구와 상기 제1 플레이트의 제2 단부와의 거리는 상기 제1 고압 헤더 형성 개구와 상기 제1 플레이트의 제1 단부와의 거리(d1) 및 상기 제1 고압 헤더 형성 개구와 상기 제1 플레이트의 제2 단부와의 거리(d2)보다 작으며,
    복수의 상기 제1 플레이트와 복수의 상기 제2 플레이트가 적층되어 확산 접합된 것을 특징으로 하는 인쇄기판형 열교환기.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 지그재그 형상의 유로가 형성된 복수의 제1 플레이트 및 직선 형상의 유로가 형성된 복수의 제2 플레이트가 교번으로 적층되어 확산 접합됨으로써 형성된 몸체부와,
    상기 제1 플레이트에 고압 유체를 유동시키며, 상기 몸체부의 상면에 유입구가 형성된 원통 형상의 제1 고압 헤더와,
    상기 제1 플레이트로부터 고압 유체를 회수시키며, 상기 몸체부의 상면에 유출구가 형성된 원통 형상의 제2 고압 헤더와,
    상기 제2 플레이트에 저압 유체를 유동시키며, 상기 몸체부의 상면에 유입구가 형성된 제1 저압 헤더와,
    상기 제2 플레이트로부터 저압 유체를 회수시키며, 상기 몸체부의 상면에 유출구가 형성된 제2 저압 헤더를 구비하는 인쇄기판형 열교환기;
    상기 인쇄기판형 열교환기의 상부에 장착되는 상부 커버; 및
    상기 인쇄기판형 열교환기의 하부에 장착되는 하부 커버;를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 플레이트는 스테인리스 스틸로 형성되고,
    상기 제1 및 제2 고압 헤더는 각각 상기 몸체부의 상면에서 하나의 대각선 위치에 형성되고, 상기 제1 및 제2 저압 헤더는 각각 상기 몸체부의 상면에서 반대편 대각선 위치에 형성되고,
    상기 제1 고압 헤더의 직경(2r)은 5mm이고, 상기 제1 고압 헤더와 상기 몸체부의 제1 단부와의 거리(d1) 및 상기 제1 고압 헤더와 상기 몸체부의 제2 단부와의 거리(d2)는 5mm보다 크며,
    상기 제2 고압 헤더의 직경은 5mm보다 크며,
    상기 제1 저압 헤더와 상기 몸체부의 제1 단부와의 거리 및 상기 제1 저압 헤더와 상기 몸체부의 제2 단부와의 거리는 상기 제1 고압 헤더와 상기 몸체부의 제1 단부와의 거리(d1) 및 상기 제1 고압 헤더와 상기 몸체부의 제2 단부와의 거리(d2)보다 작으며,
    상기 제1 및 제2 저압 헤더의 개구 면적은 상기 제1 및 제2 고압 헤더의 개구 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
  14. 삭제
  15. 삭제
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