KR102393899B1 - 인쇄기판형 열교환기를 포함하는 열교환 장치 - Google Patents

인쇄기판형 열교환기를 포함하는 열교환 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102393899B1
KR102393899B1 KR1020200084578A KR20200084578A KR102393899B1 KR 102393899 B1 KR102393899 B1 KR 102393899B1 KR 1020200084578 A KR1020200084578 A KR 1020200084578A KR 20200084578 A KR20200084578 A KR 20200084578A KR 102393899 B1 KR102393899 B1 KR 102393899B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat exchange
unit
header
sub
main header
Prior art date
Application number
KR1020200084578A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220006769A (ko
Inventor
임중현
조상필
양기훈
Original Assignee
두산에너빌리티 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 두산에너빌리티 주식회사 filed Critical 두산에너빌리티 주식회사
Priority to KR1020200084578A priority Critical patent/KR102393899B1/ko
Publication of KR20220006769A publication Critical patent/KR20220006769A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102393899B1 publication Critical patent/KR102393899B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/03—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits
    • F28D1/0308—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits the conduits being formed by paired plates touching each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/04—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/0265—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits by using guiding means or impingement means inside the header box

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

본 발명의 일 형태에 따른 열교환장치는, 상면에 복수의 미세 유로가 형성된 제1플레이트 및 제2플레이트가 적층되어 형성된 몸체부, 상기 복수의 미세 유로가 3개 이상의 열교환구역으로 분할된 열교환부, 상기 복수의 미세 유로의 유입구와 유출구에 연결되는 서브 헤더부를 포함하는 인쇄기판형 열교환기, 상기 3개 이상의 열교환구역에 각각 연결되는 분배부, 및 상기 분배부에 연결되는 메인 헤더부를 포함한다.

Description

인쇄기판형 열교환기를 포함하는 열교환 장치{Heat exchanging device comprising printed circuit heat exchanger}
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.
그런데, 종래의 인쇄기판형 열교환기의 경우 각각의 열교환 유로에 헤더로부터 나오는 유로를 개별적으로 연결해야 하기 때문에 연결 유로의 구성에 한계가 있으며, 열교환기 내부 좌우 압력 편차로 인하여 유동 균일화에 한계가 발생하는 문제가 있다.
공개특허공보 제10-2020-0060538호
본 발명은 인쇄기판형 열교환기 내부의 전체 압력을 줄이고 유량이 균일하게 흐르도록 하며 전체 열교환 면적을 효율적으로 사용할 수 있는 인쇄기판형 열교환기 및 이를 포함하는 열교환 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 형태에 따른 인쇄기판형 열교환기는, 상면에 복수의 미세 유로가 형성된 제1플레이트 및 제2플레이트가 적층되어 형성된 몸체부, 상기 복수의 미세 유로가 3개 이상의 열교환구역으로 분할된 열교환부, 상기 복수의 미세 유로의 유입구와 유출구에 연결되는 서브 헤더부를 포함한다.
상기 복수의 미세 유로는 지그재그 형상으로 형성되되 이웃하는 미세 유로와 일부 구간에서 연통되도록 형성될 수 있다.
상기 복수의 미세 유로는 마름모 형상으로 형성되되 이웃하는 미세 유로와 꼭지점 부위에서 서로 연통되도록 형성될 수 있다.
상기 열교환부는 격벽에 의해 3개 이상의 열교환구역으로 분할될 수 있다.
상기 서브 헤더부는 각 열교환구역의 입구측 및 출구측에 각각 복수의 미세 유로에 연통되도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 열교환장치는, 상면에 복수의 미세 유로가 형성된 제1플레이트 및 제2플레이트가 적층되어 형성된 몸체부, 상기 복수의 미세 유로가 3개 이상의 열교환구역으로 분할된 열교환부, 상기 복수의 미세 유로의 유입구와 유출구에 연결되는 서브 헤더부를 포함하는 인쇄기판형 열교환기, 상기 3개 이상의 열교환구역에 각각 연결되는 분배부, 및 상기 분배부에 연결되는 메인 헤더부를 포함한다.
상기 복수의 미세 유로는 지그재그 형상으로 형성되되 이웃하는 미세 유로와 일부 구간에서 연통되도록 형성될 수 있다.
상기 복수의 미세 유로는 마름모 형상으로 형성되되 이웃하는 미세 유로와 꼭지점 부위에서 서로 연통되도록 형성될 수 있다.
상기 열교환부는 격벽에 의해 3개 이상의 열교환구역으로 분할될 수 있다.
상기 서브 헤더부는 각 열교환구역의 입구측 및 출구측에 각각 복수의 미세 유로에 연통되도록 형성될 수 있다.
상기 메인 헤더부는 삼각형 모양으로 형성될 수 있다.
상기 분배부는 상기 메인 헤더부의 빗면과 상기 서브 헤더부 사이에 연결되는 복수의 연결유로를 포함할 수 있다.
상기 메인 헤더부는 원 모양으로 형성될 수 있다.
상기 분배부는 상기 메인 헤더부의 원주면과 상기 서브 헤더부 사이에 연결되는 복수의 연결유로를 포함할 수 있다.
상기 열교환부는 직사각형 모양으로 형성되고, 상기 서브 헤더부가 상기 열교환부의 장변측에 연결되는 경우, 상기 분배부의 복수의 연결유로는 단변측에 연결되는 경우보다 개수가 작고 더 큰 폭을 갖도록 형성될 수 있다.
상기 인쇄기판형 열교환기 및 상기 분배부는 하나의 플레이트의 상면에 오목한 홈 형태로 일체로 형성되고, 상기 메인 헤더부는 상기 플레이트에 관통되어 형성될 수 있다.
상기한 본 발명의 인쇄기판형 열교환기 및 이를 포함하는 열교환 장치에 의하면, 인쇄기판형 열교환기의 내부 유로를 2개 이상의 열교환구역으로 분할하여 열교환기 내부에서 좌우로의 압력 편차로 인하여 수평으로 이동하는 유체를 제한할 수 있다.
또한, 입출구 서브 헤더부와 메인 헤더부를 복수의 연결유로를 포함하는 분배부로 연결함으로써 입구단 연결유로와 출구단 연결유로의 길이의 합을 동일하게 하여 분할된 열교환구역 유로들의 전체 차압을 동일하게 유지할 수 있다.
그리고, 3개 이상의 열교환구역으로 분할된 열교환부의 입구측 및 출구측에 작은 헤더인 서브 헤더부를 각각 연결함으로써 분배부의 연결유로들의 형상 및 배치를 다양화할 수 있고, 분배부의 연결유로의 개수와 폭을 조절함으로써 입구측 메인 헤더부와 출구측 메인 헤더부 사이의 압력 차이인 차압을 감소시킬 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 열교환장치를 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환장치를 나타내는 평면도이다.
도 3은 종래기술에 따른 열교환장치에서 각 부위의 유체 유동 속도를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환장치에서 각 부위의 유체 유동 속도를 나타내는 평면도이다.
도 5는 종래기술과 본 발명의 제1실시예에서 열교환부의 각 출구별 유량을 비교하여 나타내는 그래프이다.
도 6은 비교예와 본 발명의 제2실시예에서 각 부위의 유체 유동 속도를 나타내는 평면도이다.
도 7은 비교예와 본 발명의 제2실시예에서 각 출구별 유량을 비교하여 나타내는 그래프이다.
도 8은 비교예와 본 발명의 제2실시예에서 각 부위의 유체 압력을 나타내는 평면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 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 종래기술에 따른 열교환장치를 나타내는 평면도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환장치를 나타내는 평면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 열교환장치(100)에서 인쇄기판형 열교환기(110)는, 상면에 복수의 미세 유로가 형성된 플레이트 타입의 몸체부(120)와, 복수의 미세 유로가 인접하는 미세 유로와 일부 구간에서 연통되도록 형성된 열교환부(130)를 포함한다.
종래기술에 따른 열교환장치(100)는, 열교환부(130)의 복수의 입구와 입구측 메인 헤더부(160)가 복수의 연결유로에 의해 개별적으로 연결된다. 또한, 열교환부(130)의 복수의 출구와 출구측 메인 헤더부(160)가 복수의 연결유로에 의해 개별적으로 연결된다. 즉, 메인 헤더부(160)와 열교환부(130)의 입구 또는 출구 사이에 개별적으로 연결되는 복수의 연결유로가 분배부(150)를 구성한다.
분배부(150)의 복수의 연결유로는 메인 헤더부(160)로부터 나오는 유로를 열교환부(130)의 각 미세 유로에 개별적으로 연결해야 하기 때문에, 복수의 연결유로의 연결 형태를 다양화하기 어렵다. 더구나, 복수의 연결유로는 연결유로들이 서로 인접하게 배치되는 것이 일반적이므로, 복수의 연결유로의 연결 형태를 다른 구조로 형성하기가 더욱 어렵다. 또한, 열교환부(130)는 복수의 미세 유로들이 전체 면적에 걸쳐 서로 연통되어 있기 때문에, 열교환부(130) 내부 좌우 압력 편차로 인하여 유동 균일화에 한계가 있다.
이에 반해, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환장치(1000)에서 인쇄기판형 열교환기(1100)는, 상면에 복수의 미세 유로가 형성된 제1플레이트 및 제2플레이트가 적층되어 형성된 몸체부(1200), 복수의 미세 유로가 3개 이상의 열교환구역으로 분할된 열교환부(1300), 복수의 미세 유로의 유입구와 유출구에 연결되는 서브 헤더부(1400)를 포함한다.
몸체부(1200)는 상면에 복수의 미세 유로가 형성된 플레이트가 적층되어 형성될 수 있다. 몸체부(1200)는 제1유체가 유동하는 미세 유로가 형성된 제1플레이트와 제2유체가 유동하는 미세 유로가 형성된 제2플레이트를 포함한다.
열교환부(1300)는 제1플레이트와 제2플레이트가 교번적으로 적층되어 형성될 수 있고, 제1플레이트의 미세 유로와 제2플레이트의 미세 유로는 동일한 형태로 형성되거나 서로 다른 형태로 형성될 수도 있다. 열교환부(1300)는 복수의 미세 유로가 3개 이상의 열교환구역으로 분할되어 형성될 수 있다. 즉, 분할되는 부위에서 복수의 미세 유로는 인접하는 미세 유로와 연통되지 않고 분리될 수 있다.
복수의 미세 유로는 지그재그 형상으로 형성되되 이웃하는 미세 유로와 일부 구간에서 연통되도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 미세 유로는 마름모 형상으로 형성되되 이웃하는 미세 유로와 꼭지점 부위에서 서로 연통되도록 형성될 수 있다. 복수의 미세 유로의 형상은 마름모 형상에 한정되지 않고, 육각형의 양측변이 이웃하는 유로와 연통되는 벌집 형상이나, 마름모의 변이 유선형으로 형성될 수도 있으며, 2개 이상의 플레이트에 형성된 미세 유로가 일부 구간에서 중첩되어 입체적인 유로를 형성할 수도 있다.
열교환부(1300)는 격벽(1350)에 의해 3개 이상의 열교환구역으로 분할될 수 있다. 도 2에서는 열교환부(1300)가 2개의 격벽(1350)에 의해 3개의 열교환구역으로 분할된 경우가 도시되어 있다.
격벽(1350)은 플레이트의 상면에 에칭에 의해 미세 유로를 형성할 때 두 열교환구역이 접하는 부위에 일측 열교환구역의 미세 유로가 타측 열교환구역의 미세 유로와 연통되지 않도록 형성될 수 있다. 즉, 격벽(1350)은 홈 형태의 미세 유로가 형성되지 않는 부위가 두 열교환구역이 접하는 부위를 구획하도록 연속적으로 연결되도록 형성될 수 있다.
도 2에서 복수의 미세 유로가 마름모 형상으로 형성되기 때문에, 격벽(1350)은 복수의 마름모의 측변을 따라 지그재그 형태로 형성되어 있다. 격벽(1350)은 지그재그 형태에 한정되지 않고, 직선 형상으로 형성될 수도 있다.
서브 헤더부(1400)는 각 열교환구역의 입구측 및 출구측에 각각 복수의 미세 유로에 연통되도록 형성될 수 있다. 도 2를 기준으로, 각 열교환구역의 입구들은 상측단에 배열되고 출구들은 하측단에 배열되어 있다. 입구측 서브 헤더부(1400)는 열교환구역의 입구들에 각각 연결되어 연통되고, 출구측 서브 헤더부(1400)는 열교환구역의 출구들에 각각 연결되어 연통될 수 있다.
그리고, 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환장치(1000)는, 상술한 인쇄기판형 열교환기(1100)와, 3개 이상의 열교환구역에 각각 연결되는 분배부(1500)와, 분배부에 연결되는 메인 헤더부(1600)를 포함한다.
우선, 제1실시예에 따른 열교환장치(1000)에서 메인 헤더부(1600)는 삼각형 모양으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 메인 헤더부(1600)는 직각삼각형의 세 꼭지점 부위가 라운드지게 형성되어, 고압의 유체가 유동할 때 응력이 집중되는 것을 방지할 수 있다. 도 2에서 입구측 메인 헤더부(1600)는 좌측 상단에 배치되고 출구측 메인 헤더부(1600)는 우측 하단에 배치될 수 있다. 입구측 메인 헤더부(1600)와 출구측 메인 헤더부(1600)의 각 빗변은 서로 마주보도록 배치될 수 있다.
분배부(1500)는 메인 헤더부(1600)의 빗면과 서브 헤더부(1400) 사이에 연결되는 복수의 연결유로를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 실시예에서, 분배부(1500)의 연결유로는 각 서브 헤더부(1400)에 6개씩, 직선 형상으로 연결될 수 있다. 각 열교환구역에 연결되는 연결유로의 개수는 열교환부(1300)와 각 열교환구역의 형상 및 치수에 따라 3~10개로 달라질 수 있다.
한편, 인쇄기판형 열교환기(1100) 및 분배부(1500)는 하나의 플레이트의 상면에 오목한 홈 형태로 일체로 형성될 수 있다. 도 2에서는 몸체부(1200)의 플레이트 상면에 3개의 열교환구역으로 분할된 열교환부(1300)가 형성된 것으로 도시되어 있으나, 인쇄기판형 열교환기(1100)의 열교환부(1300) 및 서브 헤더부(1400)와, 한 쌍의 분배부(1500) 및 한 쌍의 메인 헤더부(1600)가 모두 하나의 플레이트에 일체로 형성될 수 있다. 이때, 열교환부(1300), 서브 헤더부(1400) 및 한 쌍의 분배부(1500)는 플레이트의 상면에 오목한 홈 형태로 형성되고, 한 쌍의 메인 헤더부(1600)는 플레이트에 관통되어 형성될 수 있다.
이 경우, 제1유체가 유동하는 미세 유로가 형성된 제1플레이트는 한 쌍의 분배부(1500) 및 한 쌍의 메인 헤더부(1600)가 하나의 플레이트에 도 2에서와 같이 배치되고, 제2유체가 유동하는 미세 유로가 형성된 제2플레이트는, 한 쌍의 분배부(1500) 및 한 쌍의 메인 헤더부(1600)가 도 2의 배치에서 좌우 반전되어 배치될 수 있다.
그래서, 복수의 제1플레이트와 복수의 제2플레이트를 교번적으로 적층하면, 제1플레이트들의 메인 헤더부(1600)들이 연통되고 제2플레이트들의 메인 헤더부(1600)들이 연통될 수 있다.
도 3은 종래기술에 따른 열교환장치에서 각 부위의 유체 유동 속도를 나타내는 평면도이고, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환장치에서 각 부위의 유체 유동 속도를 나타내는 평면도이며, 도 5는 종래기술과 본 발명의 제1실시예에서 열교환부의 각 출구별 유량을 비교하여 나타내는 그래프이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 분배부(150)의 연결유로는 메인 헤더부(160)에서 가로 및 세로방향으로 배치된 부위에서 유체의 유동 속도가 가장 빠름을 알 수 있다. 즉, 입구측 메인 헤더부(160)에서 유출되는 유체와 출구측 메인 헤더부(160)로 유입되는 유체의 유동 속도가 가장 빠르다.
분배부(150)의 연결유로는 입구측 메인 헤더부(160)의 원주면 우상단에 가로 방향으로 연결되고 원주면 좌하단에 세로 방향으로 연결되며, 원주면 우하단에 경사 방향으로 연결될 수 있다. 가로 방향 연결유로와 세로방향 연결유로도 이후 경사 방향으로 배치되도록 연결될 수 있다.
도 3에서 "A"로 표시된 부위, 즉 분배부(150)의 연결유로 중 경사 방향으로 배치된 연결유로는 전이(transition) 구간을 구성하고, 그 중 가운데에 배치된 중심부 연결유로에서 유체의 속도가 빠름을 알 수 있다.
그에 반해서, 도 3에서 "B"로 표시된 부위, 즉 열교환부(130)의 우상단 및 좌하단 부위는 열교환부(130)의 다른 부위보다 유체의 속도가 낮아짐을 알 수 있다. 이와 같이, 종래기술에 따른 열교환장치의 경우 열교환부(130) 및 분배부(150)의 압력 편차에 의해 부위별로 불균일한 유동이 발생한다.
이와 달리, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환장치(1000)의 경우 분배부(150)의 연결유로들은 유체의 유동 속도가 거의 동일하고, 열교환부(1300)도 유체의 유동 속도가 부위별로 거의 동일함을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 열교환장치(1000)는 열교환부(130)를 3개의 열교환구역으로 분할하고 입구측과 출구측에 각각 서브 헤더부(1400)를 연결하며 메인 헤더부(1600)와 서브 헤더부(1400) 사이에 직선 형상의 연결유로들을 연결함으로써, 연결유로들의 위치에 따른 차압과 유동 속도가 균일하도록 할 수 있다.
도 5는 종래기술과 본 발명의 제1실시예에서 열교환부의 각 출구별 유량을 비교하여 나타내는 그래프이다. 가로축은 열교환부의 각 출구 번호를 나타내고, 세로축은 각 출구에서의 시간당 유량[gram/sec]을 나타낸다.
종래기술에 따른 인쇄기판형 열교환기의 유량의 표준편차는 0.0893이었으나, 본 발명에 따른 인쇄기판형 열교환기의 유량의 표준편차는 0.0453으로서, 종래기술에 대비하여 유량 편차가 약 49.2% 감소하였다. 또한, 종래기술에 따른 열교환장치의 입구측 메인 헤더부로부터 출구측 메인 헤더부로의 압력 강하는 0.349bar인데, 본 발명에 따른 열교환장치의 입구측 메인 헤더부로부터 출구측 메인 헤더부로의 압력 강하는 0.176bar로서, 종래기술에 대비하여 압력 강하가 약 50.2% 감소하였다.
이를 통해, 본 발명에 따른 열교환장치는 종래기술에 비해 입구와 출구 사이의 압력 강하, 즉 차압이 감소하고, 열교환부의 출구 유량 편차가 감소하기 때문에, 전체적으로 열교환 효율을 증가시킬 수 있다.
도 6은 비교예와 본 발명의 제2실시예에서 각 부위의 유체 유동 속도를 나타내는 평면도이고, 도 7은 비교예와 본 발명의 제2실시예에서 각 출구별 유량을 비교하여 나타내는 그래프이며, 도 8은 비교예와 본 발명의 제2실시예에서 각 부위의 유체 압력을 나타내는 평면도이다.
도 6(a)는 비교예에 따른 열교환장치(100')를 나타내는 평면도이다. 비교예에 따른 열교환장치(100')는 도 1의 종래기술에 따른 열교환장치(100)와 대비할 때, 열교환부(130)가 분할되지 않은 것은 동일하지만, 열교환부(130)의 입구측과 출구측에 한 쌍의 서브 헤더부(140)가 연결되고, 메인 헤더부(160)와 서브 헤더부(140) 사이에 분배부(150)의 연결유로들이 직선 형상으로 연결되는 점이 다르다.
도 6(a)에 나타낸 바와 같이, 비교예에 따른 열교환장치(100')의 경우, 분배부(150)의 연결유로들은 그 배치 위치에 따라 유체의 유동 속도 차이가 분명하고, 열교환부(130)의 좌측단부와 우측단부의 유동 속도가 중간부에 비해 떨어짐을 알 수 있다.
도 6(b) 및 도 6(c)는 본 발명의 제2실시예에 따른 열교환장치(2000)에서 유체의 유동 속도를 나타내는 평면도이다. 제2실시예에 따른 열교환장치(2000)는 열교환부(2300)가 2개의 격벽(2350)에 의해 3개의 열교환구역으로 분할되고, 각 열교환구역의 입구들과 출구들에 서브 헤더부(2400)가 각각 연결되어 있다. 제2실시예에 따른 열교환장치(2000)에서 메인 헤더부(2600)는 원 모양으로 형성될 수 있다.
분배부(2500)는 메인 헤더부(2600)의 원주면과 서브 헤더부(2400) 사이에 연결되는 복수의 연결유로를 포함할 수 있다. 복수의 연결유로는 직선 형상으로 형성될 수 있다.
제2실시예에 따른 열교환장치(2000)에서 열교환부(2300)는 직사각형 모양으로 형성되고, 서브 헤더부(2400)가 열교환부(2300)의 장변측에 연결되는 경우, 분배부(2500)의 복수의 연결유로는 단변측에 연결되는 경우보다 개수가 작고 더 큰 폭을 갖도록 형성될 수 있다.
도 6(b)의 열교환장치(2000)에서 분배부(2500)의 복수의 연결유로는 하나의 열교환구역의 입구측 및 출구측 서브 헤더부(2400)에 각각 6개씩 연결되어 있다. 도 6(c)의 열교환장치(2000)에서 분배부(2500)의 복수의 연결유로는 하나의 열교환구역의 입구측 및 출구측 서브 헤더부(2400)에 각각 3개씩 연결되어 있다. 도 6(c)의 연결유로는 도 6(b)의 연결유로에 비해 그 폭이 2배 이상으로 크게 형성되어 있다.
도 6(b)에 나타낸 바와 같이, 서브 헤더부(2400)에 6개의 연결유로가 연결되는 경우, 연결유로의 폭이 좁아서 연결유로들 내부로 유동하는 유체의 유동 속도가 상대적으로 큰 것을 알 수 있다. 도 6(b)의 열교환장치를 제2실시예 중 "R1"이라 한다.
도 6(c)에 나타낸 바와 같이, 서브 헤더부(2400)에 3개의 연결유로가 연결되는 경우, 연결유로의 폭이 넓어서 연결유로들 내부의 유체 유동 속도가 상대적으로 작아지지만 도 6(b)에 비해 연결유로들의 위치에 따른 유동 속도의 차이도 줄어듬을 알 수 있다. 도 6(c)의 열교환장치를 제2실시예 중 "R2"라 한다.
도 7(a)에 도시된 바와 같이, 도 6의 냉매 유로 형상별 열교환부 출구 유량을 살펴보면, 비교예의 유량 편차가 가장 크고, 제2실시예 중 R1의 유량 편차가 가장 작은 것을 알 수 있다. 제2실시예 중 R2의 유량 편차는 R1보다 조금 크게 나타났다.
도 7(b)는 비교예와 R1 및 R2의 입구와 출구 사이의 차압을 나타내는 표이다. 비교예의 경우 차압이 2.18bar인데, R1의 차압은 3.38bar, R2의 차압은 1.53bar로 나타났다. R1의 경우 열교환부를 3개 이상의 열교환구역으로 분할하면 유량 분포는 균일해지지만, 차압이 증가할 수 있음을 알 수 있다. 그래서, R2에서와 같이 분배부의 연결유로의 개수를 줄이되 그 폭을 넓힘으로써 차압을 감소시킬 수 있음을 알 수 있다. R2의 경우 비교예에 대비해서 약 70% 수준의 차압을 나타내었다.
도 8은 비교예와 R1 및 R2의 열교환장치에서 각 부위에 걸리는 압력을 나타내는 평면도이다.
도 8(a)에 나타낸 바와 같이, 비교예에 따른 열교환장치(100')는, 인쇄기판형 열교환기(110)가 좌우로 긴 직사각형 모양으로 형성되어 있다. 비교예에 따른 열교환장치(100')의 경우 압력 분포를 보면, 열교환기의 좌우 압력 편차가 상대적으로 크기 때문에, 유체가 고르게 통과하지 못한다.
도 8(b)에 나타낸 바와 같이, R1의 열교환장치(2000)는, 열교환부(2300)가 3개의 열교환구역으로 분할되고, 각 열교환부(2300)의 입구측 및 출구측 서브 헤더부(2400)에 분배부(2500)의 연결유로가 6개씩 연결되어 있다. R1의 열교환장치(2000)의 경우 압력 분포를 보면, 3개의 열교환구역은 서로 압력 차이가 있지만, 각 열교환구역 내부는 좌우로 압력 편차가 발생하지 않기 때문에 유체가 상하로만 유동할 수 있다. 또한, 입구측 및 출구측 서브 헤더부(2400)에 연결되는 분배부(2500)의 연결유로들은 총 길이가 동일하기 때문에, 각 열교환구역마다 동일한 유량이 흐를 수 있다. 다만, 도 7(b) 및 도 8(b)에 나타낸 바와 같이, 입구측 메인 헤더부(2600)와 출구측 메인 헤더부(2600) 사이의 압력 차이인 차압은 비교예보다 오히려 커지는 것을 알 수 있다.
도 8(c)에 나타낸 바와 같이, R2의 열교환장치(2000)는, 열교환부(2300)가 3개의 열교환구역으로 분할되고, 각 열교환부(2300)의 입구측 및 출구측 서브 헤더부(2400)에 분배부(2500)의 연결유로가 폭이 넓게 형성된 것이 3개씩 연결되어 있다. 3개의 열교환구역으로 분할된 열교환부(2300)의 입구측 및 출구측에 작은 헤더인 서브 헤더부(2400)를 각각 연결함으로써, 분배부의 연결유로들의 형상 및 배치를 다양화할 수 있다. 또한, 도 7 및 도 8(c)에 나타낸 바와 같이, 각 열교환구역 내부는 좌우로 압력 편차가 발생하지 않기 때문에 유체가 상하로만 유동할 수 있을 뿐만 아니라, 분배부(2500)에 폭이 넓은 연결유로를 채택함으로써 입구측 메인 헤더부(2600)와 출구측 메인 헤더부(2600) 사이의 압력 차이인 차압을 비교예보다 더 감소시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100: 열교환장치(종래기술) 100': 열교환장치(비교예)
110: 인쇄기판형 열교환기 120: 몸체부
130: 열교환부 140: 서브 헤더부
150: 분배부 160: 메인 헤더부
1000: 열교환장치(제1실시예)
1100: 인쇄기판형 열교환기 1200: 몸체부
1300: 열교환부 1350: 격벽
1400: 서브 헤더부 1500: 분배부
1600: 메인 헤더부
2000: 열교환장치(제2실시예)
2100: 인쇄기판형 열교환기 2200: 몸체부
2300: 열교환부 2350: 격벽
2400: 서브 헤더부 2500: 분배부
2600: 메인 헤더부

Claims (16)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 상면에 복수의 미세 유로가 형성된 제1플레이트 및 제2플레이트가 적층되어 형성된 몸체부, 상기 복수의 미세 유로가 3개 이상의 열교환구역으로 분할된 열교환부, 상기 복수의 미세 유로의 유입구와 유출구에 연결되는 입구측 및 출구측 서브 헤더부를 포함하는 인쇄기판형 열교환기;
    상기 3개 이상의 열교환구역에 각각 연결되는 분배부; 및
    상기 분배부에 연결되는 메인 헤더부를 포함하고,
    상기 열교환부와 각 서브 헤더부는 2개 이상의 격벽에 의해 3개 이상의 열교환구역과 3개 이상의 서브 헤더부로 분할되며,
    상기 서브 헤더부는 각 열교환구역의 입구측 및 출구측에 각각 복수의 미세 유로에 연통되도록 형성되고,
    상기 분배부는 상기 메인 헤더부와 상기 서브 헤더부 사이에 직선 형상으로 연결되는 3개 이상의 연결유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 미세 유로는 지그재그 형상으로 형성되되 이웃하는 미세 유로와 일부 구간에서 연통되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 미세 유로는 마름모 형상으로 형성되되 이웃하는 미세 유로와 꼭지점 부위에서 서로 연통되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제6항에 있어서,
    상기 메인 헤더부는 삼각형 모양으로 형성된 것을 특징으로 하는 열교환장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 분배부의 복수의 연결유로는 상기 메인 헤더부의 빗면과 각 서브 헤더부 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 메인 헤더부는 원 모양으로 형성된 것을 특징으로 하는 열교환장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 분배부의 복수의 연결유로는 상기 메인 헤더부의 원주면과 상기 서브 헤더부 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 열교환부는 직사각형 모양으로 형성되고,
    상기 서브 헤더부가 상기 열교환부의 장변측에 연결되는 경우, 상기 분배부의 복수의 연결유로는 단변측에 연결되는 경우보다 개수가 작고 더 큰 폭을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
  16. 제6항 내지 제8항 및 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인쇄기판형 열교환기 및 상기 분배부는 하나의 플레이트의 상면에 오목한 홈 형태로 일체로 형성되고,
    상기 메인 헤더부는 상기 플레이트에 관통되어 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
KR1020200084578A 2020-07-09 2020-07-09 인쇄기판형 열교환기를 포함하는 열교환 장치 KR102393899B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200084578A KR102393899B1 (ko) 2020-07-09 2020-07-09 인쇄기판형 열교환기를 포함하는 열교환 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200084578A KR102393899B1 (ko) 2020-07-09 2020-07-09 인쇄기판형 열교환기를 포함하는 열교환 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220006769A KR20220006769A (ko) 2022-01-18
KR102393899B1 true KR102393899B1 (ko) 2022-05-02

Family

ID=80052038

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200084578A KR102393899B1 (ko) 2020-07-09 2020-07-09 인쇄기판형 열교환기를 포함하는 열교환 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102393899B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005226889A (ja) * 2004-02-10 2005-08-25 Mitsubishi Electric Corp 温度湿度交換器
JP2017180856A (ja) * 2016-03-28 2017-10-05 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 熱交換器

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0614772U (ja) * 1992-07-15 1994-02-25 石川島播磨重工業株式会社 プレートフィン熱交換器
EP3150952A1 (en) 2015-10-02 2017-04-05 Alfa Laval Corporate AB Heat transfer plate and plate heat exchanger
KR20200032593A (ko) * 2018-09-18 2020-03-26 두산중공업 주식회사 인쇄기판형 열교환기 및 이를 포함하는 열교환 장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005226889A (ja) * 2004-02-10 2005-08-25 Mitsubishi Electric Corp 温度湿度交換器
JP2017180856A (ja) * 2016-03-28 2017-10-05 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 熱交換器

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220006769A (ko) 2022-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3290851B1 (en) Layered header, heat exchanger, and air conditioner
KR102145084B1 (ko) 판형 열교환기
JP2020505574A (ja) 熱交換板および熱交換器
CN108225065B (zh) 流体流通装置
JP2006525485A (ja) 熱交換器コア
JP2018189352A (ja) 熱交換器
US6742577B2 (en) Laminate type evaporator
CN109443056B (zh) 双面交错印刷电路板式换热板和换热器
JP6531328B2 (ja) 熱交換器およびその製造方法
JPH04155191A (ja) 積層形熱交換器
US20210063091A1 (en) Plate type heat exchanger
US9068780B2 (en) Twist vane counter-parallel flow heat exchanger apparatus and method
KR102393899B1 (ko) 인쇄기판형 열교환기를 포함하는 열교환 장치
JP7072790B2 (ja) 熱交換器
US20200041218A1 (en) Plate heat exchanger
KR102154815B1 (ko) 열교환판 및 이를 포함하는 판형 열교환기
JP2022128039A (ja) 熱交換器
US20190376750A1 (en) Water heat exchanger
KR20200121102A (ko) 마이크로 채널 열교환기 및 이를 포함하는 열교환 장치
US10168112B2 (en) Heat exchanging apparatus and method for transferring heat
US20190360758A1 (en) Water heat exchanger
KR102164292B1 (ko) 인쇄기판형 열교환기 및 이를 포함하는 열교환 장치
JP7313557B2 (ja) 冷媒分配器、熱交換器および空気調和装置
WO2023127625A1 (ja) 熱交換器用プレート、熱交換器用プレート積層体、及びマイクロチャンネル熱交換器
JP6819482B2 (ja) マイクロチャンネル熱交換器

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant