KR102639065B1 - 열교환기 및 이 열교환기를 제조하기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
본 열교환기(100)는 제 1 축(X-X)을 따라 길이 방향으로 연장되어 있는 유체 순환 채널(C), 및 평평하고 제 2 축(Z-Z)을 따라 서로에 중첩되는 복수의 층(L)을 포함한다. 이 열교환기의 성능을 개선하기 위해, 각 층은, 한 동일한 층의 모든 스트립이 반드시 접촉할 필요는 없이, 관련 층의 면에서 제 2 축에 수직인 방향으로 길이 방향으로 연장되고 또한 서로에 인접하도록, 금속 스트립(B)으로 구성된다. 추가로, 각 채널은 제 1, 제 2 및 제 3 층에 의해 함께 형성되며, 제 2 층은, 제 2 축을 따라, 제 1 층과 제 3 층 사이에 직접 삽입되며, 그래서 각 채널은 제 1 층의 한 면, 제 3 층의 한 면, 및 제 1 축에 평행하게 또한 제 2 층의 평면에 대해 횡으로 있는 제 2 층의 가장자리에 의해 범위가 정해지고, 이들 가장자리는 이 제 2 층의 스트립으로 형성되고, 이들 스트립은, 채널의 전체 길이를 따라 연속적으로 연장되어 있고 또한 제 3 축(Y-Y)을 따라 채널의 양측에 위치되는 융접 영역에서 제 1 및 제 3 층에 융접 용접된다.
Description
본 발명은 열교환기에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 열교환기를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명은 복열형(recuperator type) 열교환기와 재생형(regenerator type) 열교환기 둘 다에 관한 것이다. 복열형 열교환기의 주 기능은, 열교환기를 통과하는 제 1 유체와 제 2 유체 사이에 어떤 혼합도 없이, 열교환기의 벽을 통해 열 에너지를 제 1 유체와 제 2 유체 사이에 전달하는 것이다. 이와 관련하여 두 유체는 서로 다른 물리적 및 화학적 특성을 가질 수 있다. 재생형 열교환기의 주 기능은, 한편으로, 열교환기를 통과하는 유체에 의해 제공되는 열 에너지를 열교환기의 벽에 저장하고 다른 한편으로는 그 벽에 저장되어 있는 열 에너지를 다음에 열교환기를 통과하는 유체에 되돌려 보내는 것이다.
열교환기의 성능은, 그 열교환기가 복열 장치이든 재생기이든 관계 없이, 유체 순환 채널의 기하학적 구조 및 이들 열교환기의 구성 요소 재료의 특성에 직접 관련되어 있다. 일반적으로, 열교환기는 그의 열교환 표면과 열교환 부피 사이의 비로 특성화된다. 예컨대, 강 판과 핀(fin)을 갖는 열교환기의 경우, 이 비는 전형적으로 약 2000 m2/m3 이고, 이 열교환기의 판은 전형적으로 0.5 내지 1 mm의 두께를 가지며, 그 열교환기의 핀은 전형적으로 0.15 내지 0.75mm의 두께를 갖는다.
US2004/099712, US2004/098854 및 DE 10 2007 048206에는 다층 구조를 갖는 열교환기가 제안되어 있는데, 이의 유체 순환 채널은 판에 배치되어 고정되는 금속 스트립에 의해 범위가 정해진다. 판은 거기에 "미세한" 스트립을 위치시켜 각 채널의 측방 가장자리를 형성하고 또한 이들 스트립과 함께 서브어셈블리를 형성하기에 충분히 "넓도록" 제공되며, 구조를 용이하게 하고 보강하여 조립 동안에 그의 변형을 방지함으로써, 서브어셈블리들을 서로 조립하는 것이 주의 깊게 행해진다면, 서브어셈블리는, 동일한 종류의 다른 서브어셈블리와의 적층으로, 기능성 다층 구조를 얻을 수 있게 해준다.
이들 다양한 열교환기 및 더 일반적으로 상용화된 열교환기는 종종, 유체(들)를 위한 통과 단면의 유량이 감소하는 중에 수두 손실(head loss)이 증가하는 단점을 갖는 구성을 갖는다. 이 수두 손실은 열교환기의 벽의 표면 상태에도 관련되어 있고, 그 벽을 통해 열교환이 이루어지고 유체가 그 벽에 접해 흐른다.
본 발명의 목적은 개선된 성능 수준을 갖는 새로운 열교환기를 제안하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 이 열교환기는, 유체의 순환을 위한 채널을 포함하고, 이 채널은 채널의 각각의 양 단부 사이에서 제 1 축을 따라 길이 방향으로 연장되어 있고, 상기 채널에서 유체는 상기 제 1 축을 따라 상기 단부 사이에서 흐르고, 상기 열교환기는 평평한 복수의 층을 포함하고, 이들 층은, 층의 각각의 평면에 수직이고 또한 상기 제 1 축에 수직인 제 2 축을 따라 서로에 중첩된다. 복수의 층의 각 층은, 동일한 층의 스트립 모두는 제 2 축에 수직인 방향을 따라 길이 방향으로 연장되어 있고 또한 반드시 접촉할 필요는 없이, 고려되는 층의 평면에서 서로에 인접하도록, 금속 스트립으로 구성되며, 복수의 층의 각 층의 스트립 각각은 상기 제 2 축을 따른 대응하는 층의 전체 두께를 점유한다. 채널 각각은 복수의 층 중의 제 1, 제 2 및 제 3 층에 의해 함께 형성되며, 각 채널과 관련된 제 2 층은, 제 2 축을 따라, 이 채널과 관련되어 있는 제 1 층과 제 3 층 사이에 직접 삽입되며, 그래서 각 채널은,
- 이 채널과 관련되어 있고, 상기 제 2 축을 따라, 이 채널과 관련되어 있는 제 2 및 제 3 층 쪽을 향하는 제 1 층의 면,
- 이 채널과 관련되어 있고, 상기 제 2 축을 따라, 이 채널과 관련되어 있는 제 1 및 제 2 층 쪽을 향하는 제 3 층의 면, 및
- 이 채널과 관련되어 있고, 상기 제 1 축에 평행하게 또한 이 제 2 층의 평면에 대해 횡으로 배치되는 제 2 층의 가장자리
에 의해 범위가 정해지며,
이들 가장자리는 이 제 2 층의 스트립으로 형성되고, 이들 스트립은, 채널의 전체 길이에 걸쳐 채널의 양 단부 사이에서 연속적으로 연장되어 있고 또한 제 1 및 제 2 축에 수직인 제 3 축을 따라 채널의 양측에 위치되는 융접 영역에 걸쳐, 이 채널과 관련되어 있는 제 1 및 제 3 층에 융접 용접된다.
- 이 채널과 관련되어 있고, 상기 제 2 축을 따라, 이 채널과 관련되어 있는 제 2 및 제 3 층 쪽을 향하는 제 1 층의 면,
- 이 채널과 관련되어 있고, 상기 제 2 축을 따라, 이 채널과 관련되어 있는 제 1 및 제 2 층 쪽을 향하는 제 3 층의 면, 및
- 이 채널과 관련되어 있고, 상기 제 1 축에 평행하게 또한 이 제 2 층의 평면에 대해 횡으로 배치되는 제 2 층의 가장자리
에 의해 범위가 정해지며,
이들 가장자리는 이 제 2 층의 스트립으로 형성되고, 이들 스트립은, 채널의 전체 길이에 걸쳐 채널의 양 단부 사이에서 연속적으로 연장되어 있고 또한 제 1 및 제 2 축에 수직인 제 3 축을 따라 채널의 양측에 위치되는 융접 영역에 걸쳐, 이 채널과 관련되어 있는 제 1 및 제 3 층에 융접 용접된다.
본 발명의 기본적인 아이디어는, 유체가 중첩 층에 의해 순환되는 채널의 범위를 정하는 것이며, 각 층은 금속 스트립으로 만들어지고 융접으로 서로에 용접된다. 특히, 각 채널은, 채널의 나머지 부분의 범위를 정하는 단일의 삽입 층에 의해 서로 분리되어 있는 두 층의 사로 마주하는 면에 의해 범위가 정해지는데, 다시 말해, 채널의 길이 방향 축선에 수직인 단면에서, 그 채널의 단면은 2개의 서로 마주하는 직선형 측부(위에서 언급된 2개의 개별적인 층으로 각각 형성됨) 및 위에서 언급된 삽입 층의 스트립의 경계로 각각 형성되는 서로 마주하는 2개의 다른 측부로 구성된다. 실제로, 이 단면은 전형적으로 직사각형이다. 따라서 채널의 단면적은 작은 값을 가질 수 있는데, 이 값은 위에서 언급된 삽입 층의 두께 및 이 삽입 층의 스트립의 위에서 언급된 경계 사이의 분리에 직접 관련되어 있고, 채널은 매우 큰 길이 방향 범위에 걸쳐 연장될 수 있고, 그러한 채널의 경우에, 열교환 부피(즉, 채널의 부피)에 대한 열교환 표면(즉, 채널 벽의 면적)의 비는 매우 높을 수 있는데, 전형적으로 10,000 m2/m3 보다 클 수 있다. 따라서 이들 채널은 마이크로 채널로 설명될 수 있고, 그래서 본 발명의 열교환기는 마이크로 열교환기로 설명될 수 있다. 일 예로, 각 채널의 높이,다시 말해, 위에서 언급된 삽입 층의 두께는 0.1 mm 이하일 수 있고/있거나 각 채널의 폭, 다시 말해, 위에서 언급된 삽입 층의 스트립의 위에서 언급된 경계 사이의 분리는 1 mm 이하일 수 있다. 이렇기 때문에, 본 발명에서 제시되는 바와 같은 융접으로 층들을 용접할 수 있도록 적절한 용접 파워, 특히 적절한 레이저 파워가 이용 가능하다면, 본 발명에서는, 특히 생산성의 이유로, 두꺼운 충분한 금속 스트립의 사용으로, 각 채널의 높이 및/또는 폭이 더 클 수 있는데, 예컨대 각각 0.5 mm 이상 및 5 mm 이상일 수 있다.
따라서, 열교환기가 통합되어 있는 장치(예컨대, 스털링(Stirling) 모터)의 열역학적 성능 수준에 영향을 주지 않도록 열교환 부피를 제한하면서, 본 발명에 따른 열교환기 채널의 벽과 이들 채널에서 순환하는 유체 사이의 열교환이 최대로 되며, 열교환 부피, 소위 "무효 공간"이 증가하면 그 모터의 파워가 감소하는데, 왜냐하면, 이는 각 작동 순간에서 채널 안에 존재하는 유체의 양에 대응하기 때문이다.
또한, 3개의 중첩 층의 그룹으로 본 발명에 따른 열교환기의 각 채널의 범위를 정하는 금속 스트립의 층을 사용하면, 위에서 언급된 삽입 층에 의해 분리되는 2개의 층으로 형성되는 채널의 벽의 표면 상태, 특히, 각 채널의 범위를 정하는 두면의 표면 상태를 제어할 수 있다. 특히, 표면 거칠기(Ra)는 0.8 ㎛ 이하일 수 있고, 심지어 0.3 ㎛ 이하일 수 있다. 이렇게 해서, 채널에서 순환하는 유체에 대한 수두 손실이 제한되고 또한 채널의 벽에 접하는 유체에 대한 경계층 두께가 감소되며, 이에 따라 열교환이 증가된다.
또한, 본 발명에 따르면, 3개의 중첩 층의 그룹 마다 각 채널의 범위를 정하는 열교환기의 중첩 층은 각 채널의 양 측에서 또한 모두 이 채널을 따라 서로에 용접된다. 따라서 각 채널은 신뢰적으로 타이트하게 만들어진다. 추가로, 이들 용접은 층들의 서로에 대한 직접 융접으로 행해지는데, 이는 이들 용접은 추가의 재료 없이 행해짐을 의미하며, 이로써, 각 채널은 높은 내압성을 갖게 되며 또한 야금학적 연속성에 의해 열전도율이 제어된다.
본 발명에 따른 열교환기의 추가의 유리한 특징에 따르면,
- 각 채널과 관련되어 있는 제 2 층은, 0.1 mm 이하의 두께를 가지며, 각 채널과 관련되어 있는 가장자리는 제 3 축을 따라 1 mm로 또는 1 mm 미만으로 떨어져 있다.
- 각 채널과 관련되어 있는 상기 제 1 층의 면 및 제 3 층의 면은 0.8 ㎛ 이하의 표면 거칠기(Ra)를 갖는다.
- 각 채널과 관련되어 있는 가장자리는 0.8 ㎛ 이하의 표면 거칠기(Ra)를 갖는다.
- 각 채널과 관련되어 있는 상기 제 1 층의 면과 제 3 층의 면 및 이 채널과 관련되어 있는 가장자리는 0.3 ㎛ 이하의 표면 거칠기(Ra)를 갖다.
- 각 채널과 관련되어 있는 제 2 층은, 0.1 mm 이하의 두께를 가지며, 각 채널과 관련되어 있는 가장자리는 제 3 축을 따라 1 mm로 또는 1 mm 미만으로 떨어져 있다.
- 각 채널과 관련되어 있는 상기 제 1 층의 면 및 제 3 층의 면은 0.8 ㎛ 이하의 표면 거칠기(Ra)를 갖는다.
- 각 채널과 관련되어 있는 가장자리는 0.8 ㎛ 이하의 표면 거칠기(Ra)를 갖는다.
- 각 채널과 관련되어 있는 상기 제 1 층의 면과 제 3 층의 면 및 이 채널과 관련되어 있는 가장자리는 0.3 ㎛ 이하의 표면 거칠기(Ra)를 갖다.
본 발명에 따른 열교환기는, 이 열교환기를 구성하는 층들을 통해, 열교환기를 개별적으로 통과하는 두 유체 사이의 열교환을 가능하게 하면서, 복열 열교환기로 설계될 수 있다. 이를 위해, 본 발명에서, 이 복열 열교환기에 대해, 상기 채널은 제 1 유체의 순환을 위한 제 1 채널이다. 각 제 1 채널에 대해, 제 2 층에서 제 1 채널의 범위를 정하는 가장자리를 형성하는, 이 제 1 채널과 관련되어 있는 제 2 층의 스트립은, 상기 제 1 축을 따라 또한 이 제 3 축을 따른 제 1 채널의 양 측에서 각각 길이 방향으로 연장되어 있는 제 1 스트립과 제 2 스트립이다. 상기 열교환기는 제 2 유체의 순환을 위한 적어도 하나의 제 2 채널을 포함하고,
- 상기 제 2 채널은 제 2 채널의 각각의 양 단부 사이에서 상기 제 1 축을 따라 길이 방향으로 연장되어 있고,
- 상기 채널에서 상기 제 2 유체는 제 1 축을 따라 제 2 채널의 단부 사이에서 흐르며,
- 상기 제 2 채널은, 제 1 채널의 적어도 일부와 관련되어 있는 제 2 층의 제 1 또는 제 2 스트립에 의해 부분적으로 범위가 정해지면서, 제 2 축을 따른, 제 1 채널의 적어도 일부와 동일한 높이에 배치된다.
- 상기 제 2 채널은 제 2 채널의 각각의 양 단부 사이에서 상기 제 1 축을 따라 길이 방향으로 연장되어 있고,
- 상기 채널에서 상기 제 2 유체는 제 1 축을 따라 제 2 채널의 단부 사이에서 흐르며,
- 상기 제 2 채널은, 제 1 채널의 적어도 일부와 관련되어 있는 제 2 층의 제 1 또는 제 2 스트립에 의해 부분적으로 범위가 정해지면서, 제 2 축을 따른, 제 1 채널의 적어도 일부와 동일한 높이에 배치된다.
따라서 본 발명에 의해, 층의 스트립이 구리 또는 구리계 합금, 예컨대 CuZn2으로 만들어질 때, 금속 스트립의 층으로 구성되는 열교환기의 본체는 매우 높은 열전도율, 예컨대 300 W/m.°K 정도의 열전도율을 가질 수 있고, 열전도율의 이러한 높은 값은 열교환기를 통과하는 두 유체 사이의 온도 차를 줄여주고 그리하여 복열 열교환기의 효율을 증가시킨다. 이 효과는, 열교환기의 층들 사이의 융접 용접으로 얻어지는 야금학적 연속성으로 인해 열전도율의 이 값이 전체 열교환기에 대해 유지될 때 더욱더 두드러지게 된다. 또한, 본 발명에 따른 복열 열교환기의 층상 구조는 제 1 채널과 제 2 채널을 분리하는 재료 두께를 제한할 수 있고, 이로써, 벽의 열 저항은 그 벽의 두께에 비례함을 생각하면, 두 유체 사이의 열교환이 용이하게 된다.
본 발명에 따른 복열 열교환기의 추가의 유리한 특징에 따르면,
- 각 제 1 채널에 대해, 이 제 1 채널과 관련되어 있는 제 1 층의 면은 이 제 1 층의 스트립으로 형성되고, 이 스트립은 제 1 축을 따라 길이 방향으로 연장되어 있고 또한, 제 3 축을 따라, 대응하는 융접 영역과 중첩되어 그에 용접되도록 이 제 1 채널의 양측에서 오버플로우하며, 제 2 층의 제 1 및 제 2 스트립는 이 제 1 채널과 관련되어 있고,
각 제 1 채널에 대해, 이 제 1 채널과 관련되어 있는 제 3 층의 면은 이 제 3 층의 스트립으로 형성되고, 이 스트립은 제 1 축을 따라 길이 방향으로 연장되어 있고 또한, 제 3 축을 따라, 대응하는 융접 영역과 중첩되어 그에 용접되도록 이 제 1 채널의 양측에서 오버플로우하며, 제 2 층의 제 1 및 제 2 스트립은 이 제 1 채널과 관련되어 있다.
- 각 제 2 채널은 복수의 층 중의 제 1 및 제 2 층과 중첩 층의 그룹으로 함께 형성되며, 이 제 2 채널과 관련되어 있는 상기 중첩 층의 그룹은, 제 2 축을 따라, 이 제 2 채널과 관련되어 있는 제 1 층과 제 2 층 사이에 직접 삽입되며, 그래서 각 제 2 채널은,
- 이 제 2 채널과 관련되어 있고, 제 2 축을 따라, 제 2 채널과 관련되어 있는 제 3 층 및 중첩 층의 그룹 쪽을 향하는 제 1 층의 면,
- 이 제 2 채널과 관련되어 있고, 제 2 축을 따라, 제 2 채널과 관련되어 있는 제 1 층 및 중첩 층의 그룹 쪽을 향하는 제 2 층의 면, 및
- 이 제 2 채널과 관련되어 있고, 제 1 축에 평행하게 또한 중첩 층의 이 그룹의 층의 각각의 평면에 대해 횡으로 배치되는, 중첩 층의 그룹의 가장자리
에 의해 범위가 정해지며,
이들 가장자리는 중첩 층의 그룹의 층의 스트립으로 형성되고, 이 스트립은,
- 상기 제 1 축을 따라 길이 방향으로 연장되어 있고,
- 제 2 채널의 전체 길이에 걸쳐 이 제 2 채널의 양 단부 사이에서 연속적으로 연장되어 있고 또한 제 3 축을 따라 이 제 2 채널의 양측에 위치되는 융접 영역에 걸쳐, 중첩 층의 그룹의 각 층에서, 고려되는 층에 바로 중첩되는 상기 그룹의 층(들)에 융접 용접되거나, 또는 제 1 층 또는 제 2 층에 융접 용접되며, 또한
- 상기 적어도 일부의 제 1 채널 각각의 제 2 층의 제 1 및/또는 제 2 스트립을 포함한다.
- 각 제 1 채널에 대해, 이 제 1 채널과 관련되어 있는 제 1 층의 면은 이 제 1 층의 스트립으로 형성되고, 이 스트립은 제 1 축을 따라 길이 방향으로 연장되어 있고 또한, 제 3 축을 따라, 대응하는 융접 영역과 중첩되어 그에 용접되도록 이 제 1 채널의 양측에서 오버플로우하며, 제 2 층의 제 1 및 제 2 스트립는 이 제 1 채널과 관련되어 있고,
각 제 1 채널에 대해, 이 제 1 채널과 관련되어 있는 제 3 층의 면은 이 제 3 층의 스트립으로 형성되고, 이 스트립은 제 1 축을 따라 길이 방향으로 연장되어 있고 또한, 제 3 축을 따라, 대응하는 융접 영역과 중첩되어 그에 용접되도록 이 제 1 채널의 양측에서 오버플로우하며, 제 2 층의 제 1 및 제 2 스트립은 이 제 1 채널과 관련되어 있다.
- 각 제 2 채널은 복수의 층 중의 제 1 및 제 2 층과 중첩 층의 그룹으로 함께 형성되며, 이 제 2 채널과 관련되어 있는 상기 중첩 층의 그룹은, 제 2 축을 따라, 이 제 2 채널과 관련되어 있는 제 1 층과 제 2 층 사이에 직접 삽입되며, 그래서 각 제 2 채널은,
- 이 제 2 채널과 관련되어 있고, 제 2 축을 따라, 제 2 채널과 관련되어 있는 제 3 층 및 중첩 층의 그룹 쪽을 향하는 제 1 층의 면,
- 이 제 2 채널과 관련되어 있고, 제 2 축을 따라, 제 2 채널과 관련되어 있는 제 1 층 및 중첩 층의 그룹 쪽을 향하는 제 2 층의 면, 및
- 이 제 2 채널과 관련되어 있고, 제 1 축에 평행하게 또한 중첩 층의 이 그룹의 층의 각각의 평면에 대해 횡으로 배치되는, 중첩 층의 그룹의 가장자리
에 의해 범위가 정해지며,
이들 가장자리는 중첩 층의 그룹의 층의 스트립으로 형성되고, 이 스트립은,
- 상기 제 1 축을 따라 길이 방향으로 연장되어 있고,
- 제 2 채널의 전체 길이에 걸쳐 이 제 2 채널의 양 단부 사이에서 연속적으로 연장되어 있고 또한 제 3 축을 따라 이 제 2 채널의 양측에 위치되는 융접 영역에 걸쳐, 중첩 층의 그룹의 각 층에서, 고려되는 층에 바로 중첩되는 상기 그룹의 층(들)에 융접 용접되거나, 또는 제 1 층 또는 제 2 층에 융접 용접되며, 또한
- 상기 적어도 일부의 제 1 채널 각각의 제 2 층의 제 1 및/또는 제 2 스트립을 포함한다.
본 발명은 또한 위에서 규정된 바와 같은 복열 열교환기를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로, 이 방법에서, 열교환기의 복수의 층의 층은, 새롭게 만들어지는 복수의 층의 각 층이, 제 2 축을 따라, 이전에 만들어진 복수의 층 중의 한 층에 중첩되거나, 이전에 만들어진 이 층이 없는 경우에는, 제 2 축에 수직인 평평한 금속 기재에 중첩되도록, 차례 대로 만들어진다. 각 제 1 채널을 만들기 위해, 다음이 연속적으로 이루어지며, 즉
ⅰ) 이 제 1 채널과 관련되어 있는 제 1 층을 배치한 후에, 이 제 1 층은, 이전에 만들어진 층으로부터 제 2 축을 따라 멀어지는 쪽을 향하는, 또는 그 층이 없는 경우에는 기재와 마주하는 면에서 평탄하게 되며,
ⅱ) 이 제 1 채널과 관련되어 있는 제 2 층의 제 1 및 제 2 스트립은, 제 1 축을 따라 그리고 제 3 축을 따른, 만들어질 제 1 채널의 양측에서 길이 방향으로 연장되어 있으면서, 이 제 1 층에 배치되며, 또한 이들 제 1 및 제 2 층을 위한 융접 영역에서 이 제 1 층과 융접 용접되며,
ⅲ) 이 제 2 층은 제 1 층으로부터 제 2 축을 따라 멀어지는 쪽을 향하는 면에서 평탄하게 되고,
ⅳ) 이 제 1 채널과 관련되어 있는 제 3 층은 제 2 층의 제 1 및 2 스트립 상에 배치되며, 또한 제 2 및 제 3 층을 위한 융접 영역에서 이들 스트립과 융접 용접되고,
상기 제 1 채널의 적어도 일부는, 이전에 만들어진 제 1 채널의 제 3 층을 만들어질 제 1 채널의 제 1 층으로서 사용하고 또한 단계 ⅰ), ⅱ), ⅲ) 및 ⅳ)를 반복하여, 차례 대로 만들어진다.
ⅰ) 이 제 1 채널과 관련되어 있는 제 1 층을 배치한 후에, 이 제 1 층은, 이전에 만들어진 층으로부터 제 2 축을 따라 멀어지는 쪽을 향하는, 또는 그 층이 없는 경우에는 기재와 마주하는 면에서 평탄하게 되며,
ⅱ) 이 제 1 채널과 관련되어 있는 제 2 층의 제 1 및 제 2 스트립은, 제 1 축을 따라 그리고 제 3 축을 따른, 만들어질 제 1 채널의 양측에서 길이 방향으로 연장되어 있으면서, 이 제 1 층에 배치되며, 또한 이들 제 1 및 제 2 층을 위한 융접 영역에서 이 제 1 층과 융접 용접되며,
ⅲ) 이 제 2 층은 제 1 층으로부터 제 2 축을 따라 멀어지는 쪽을 향하는 면에서 평탄하게 되고,
ⅳ) 이 제 1 채널과 관련되어 있는 제 3 층은 제 2 층의 제 1 및 2 스트립 상에 배치되며, 또한 제 2 및 제 3 층을 위한 융접 영역에서 이들 스트립과 융접 용접되고,
상기 제 1 채널의 적어도 일부는, 이전에 만들어진 제 1 채널의 제 3 층을 만들어질 제 1 채널의 제 1 층으로서 사용하고 또한 단계 ⅰ), ⅱ), ⅲ) 및 ⅳ)를 반복하여, 차례 대로 만들어진다.
또한, 본 발명에 따른 열교환기는 재생 열교환기로 설계될 수 있으며, 이 열교환기는 유체와 열교환기의 벽 사이의 열교환을 두 단계로 가능하게 하는데, 제 1 단계에서, 유체는, 열교환이 유체로부터 벽 쪽으로 일어나고 열 에너지가 그 벽에 저장되도록, 채널 내부에서 순환하고, 둘재, 유체가 열교환기 외부에서 특히 온도, 압력 또는 상변화 형의 변태를 받은 후에, 그 유체는, 열교환기의 벽이 제 1 단계에서 그 벽에 저장된 열 에너지의 전부 또는 일부가 유체에 복귀시키도록 열교환기에서 반대 방향으로 순환한다. 이를 위해, 본 발명에서, 이 재생 열교환기에 대해, 각 채널에 대해, 이 채널과 관련되어 있는 제 1 층의 스트립, 이 채널과 관련되어 있는 제 2 층의 스트립, 및 이 채널과 관련되어 있는 제 3 층의 스트립은 제 3 축을 따라 길이 방향으로 연장되어 있고, 또한 제 1 금속으로 만들어진 제 1 스트립과 제 2 금속으로 만들어진 제 2 스트립으로 나누어지고, 상기 제 1 금속은 제 2 금속의 열전도율과 다른 열전도율을 가지며, 이들 제 1 및 제 2 스트립은, 채널과 관련되어 있는 제 1, 제 2 및 제 3 층 각각에서 제 1 축을 따라 교번적으로 배치되어 있어, 채널과 관련되어 있는 제 1, 제 2 및 제 3 층의 제 1 스트립들은 제 2 축을 따라 중첩되며, 채널과 관련되어 있는 제 1, 제 2 및 제 3 층의 제 2 스트립들은 제 2 축을 따라 중첩된다. 각 채널에 대해, 이 채널과 관련되어 있는 제 2 층의 제 1 및 제 2 스트립 각각은, 이 채널의 범위를 정하는 가장자리를 형성하도록 그의 길이를 따라 국부적으로 단절되어 있다.
본 발명에 의해, 재생 열교환기 내에서, 각 층에서 스트립들이 교번적으로 배치되어 있기 때문에 이방성 열전도율이 얻어질 수 있고 그래서 각각의 금속들은 서로 다른 열전도율을 갖게 되며, 이 교번적인 스트립은 채널에서의 유체의 유동 방향에 평행하게 제공되며, 열교환기의 층은 3개의 중첩 층의 그룹 마다 그 채널의 범위를 정한다. 각 층에서 전도성 스트립과 절연성 스트립이 교번적으로 배치됨으로써, 열교환기의 길이 방향 열전도율(즉, 각 층의 스트립의 교번 방향에 평행한 열전도율)이 최소로 되고, 또한 특히 비교적으로, 열교환기의 횡방향 열전도율(즉, 각 층의 스트립의 교번 방향에 수직인 열전도율)은 최대로 될 수 있다. 본 발명에 따른 재생 열교환기의 길이 방향 열전도율을 제한함으로써, 특히, 본 발명의 재생 열교환기에 사용되는 두 금속의 각각의 열전도율 사이의 중간 열전도율을 갖는 단일 금속으로만 구성된 열교환기와 비교하여, 채널이 나타나 있는 열교환기의 두 상호 반대 측 사이에 있는 열교환기의 층에서 전도에 의한 열 에너지 손실이 감소되며, 사용 중에, 재생 열교환기는 고온 및 저온 복열 장치와 같은 고온원 및 저온원과 관련되어 있기 때문에(고온원과 저온원은 채널의 양 단부에 각각 제공되며, 유체가 그 단부들 사이에서 열교환기의 채널을 통해 순환함), 길이 방향 열전도율의 최소화에 의해, 고온원과 저온원 사이에서 재생 열교환기를 통한 열 누출이 제한될 수 있고, 특히, 열교환기의 층에서 절연성 스트립과 전도성 스트립을 교번적으로 배치함으로써, 재생 열교환기의 층에서 전도에 의한 손실을 최소화하면서, 저온원의 저온에서 고온원의 고온까지 온도의 선형적인 변화에 접근하는 온도 정체를 생성하여, 고온원과 저온원 사이에서의 에너지 저장이 최대화된다. 횡방향 열전도율을 증가시킴으로써, 특히, 본 발명의 재생 열교환기에 사용되는 두 금속의 각각의 열전도율 사이의 중간 열전도율을 갖는 단일 금속으로만 구성된 열교환기와 비교하여, 재생 열교환기의 열 유출성, 즉, 재생 열교환기가 그의 주변과 열 에너지를 교환할 수 있는 능력을 높일 수 있고, 또한 동시에, 특히, 본 발명의 재생 열교환기에 사용되는 두 금속의 각각의 열전도율 사이의 중간 열전도율을 갖는 단일 금속으로만 구성된 열교환기와 비교하여, 확산성이라고 하는 동적 교환성. 즉, 열교환기가 그의 전도성 및 열용량과 관련하여 한 점으로부터 온도 신호를 다른 점으로 전달할 수 있는 능력이 증가된다.
본 발명에 따른 재생 열교환기의 추가적인 유리한 특징들에 따르면,
- 각 채널에 대해,
- 이 채널과 관련되어 있는 제 2 층의 각 제 1 스트립은 그 채널과 관련되어 있는 제 1 층의 제 1 스트립과 완전히 융접 용접되고, 이 제 1 스트립과 제 2 층의 이 제 1 스트립이 서로 중첩되고, 또한 상기 제 2 층의 제 1 스트립은 제 3 층의 제 1 스트립과 완전히 융접 용접되며, 이 제 1 스트립과 제 2 층의 이 제 1 스트립이 서로 중첩되며, 그래서 제 1 및 제 2 층을 위한 융접 영역이 형성되고,
- 이 채널과 관련되어 있는 제 2 층의 각 제 2 스트립은 이 채널과 관련되어 있는 제 1 층의 제 2 스트립과 완전히 융접 용접되고, 이 제 2 스트립과 제 2 층의 이 제 2 스트립이 서로 중첩되고, 또한 상기 제 2 층의 제 2 스트립은 이 채널과 관련되어 있는 제 3 층의 제 2 스트립과 완전히 융접 용접되며, 이 제 2 스트립과 제 2 층의 이 제 2 스트립이 서로 중첩되며, 그래서 제 2 및 제 3 층을 위한 융접 영역이 형성된다.
- 상기 채널은 유체의 순환을 위한 제 1 채널이고, 열교환기는 열절연을 위한 적어도 하나의 제 2 채널을 더 포함하고,
- 제 2 채널은 이 제 2 채널의 각각의 양 단부 사이에서 상기 제 1 축을 따라 길이 방향으로 연장되어 있고,
- 제 2 채널에 열절연제가 수용되어 있으며,
- 제 2 채널은, 적어도 일부의 제 1 채널의 제 1, 제 2 및 제 3 층의 제 1 및 제 2 스트립에 의해 범위가 정해지면서, 제 2 축을 따른, 제 1 채널의 적어도 일부와 동일한 높이에 배치된다.
- 각 채널에 대해,
- 이 채널과 관련되어 있는 제 2 층의 각 제 1 스트립은 그 채널과 관련되어 있는 제 1 층의 제 1 스트립과 완전히 융접 용접되고, 이 제 1 스트립과 제 2 층의 이 제 1 스트립이 서로 중첩되고, 또한 상기 제 2 층의 제 1 스트립은 제 3 층의 제 1 스트립과 완전히 융접 용접되며, 이 제 1 스트립과 제 2 층의 이 제 1 스트립이 서로 중첩되며, 그래서 제 1 및 제 2 층을 위한 융접 영역이 형성되고,
- 이 채널과 관련되어 있는 제 2 층의 각 제 2 스트립은 이 채널과 관련되어 있는 제 1 층의 제 2 스트립과 완전히 융접 용접되고, 이 제 2 스트립과 제 2 층의 이 제 2 스트립이 서로 중첩되고, 또한 상기 제 2 층의 제 2 스트립은 이 채널과 관련되어 있는 제 3 층의 제 2 스트립과 완전히 융접 용접되며, 이 제 2 스트립과 제 2 층의 이 제 2 스트립이 서로 중첩되며, 그래서 제 2 및 제 3 층을 위한 융접 영역이 형성된다.
- 상기 채널은 유체의 순환을 위한 제 1 채널이고, 열교환기는 열절연을 위한 적어도 하나의 제 2 채널을 더 포함하고,
- 제 2 채널은 이 제 2 채널의 각각의 양 단부 사이에서 상기 제 1 축을 따라 길이 방향으로 연장되어 있고,
- 제 2 채널에 열절연제가 수용되어 있으며,
- 제 2 채널은, 적어도 일부의 제 1 채널의 제 1, 제 2 및 제 3 층의 제 1 및 제 2 스트립에 의해 범위가 정해지면서, 제 2 축을 따른, 제 1 채널의 적어도 일부와 동일한 높이에 배치된다.
본 발명은 또한 위에서 규정된 바와 같은 재생 열교환기를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 이 방법에서, 상기 열교환기의 복수의 층의 층은, 새롭게 만들어지는 복수의 층의 각 층이, 제 2 축을 따라, 이전에 만들어진 복수의 층 중의 한 층에 중첩되거나, 또는 이전에 만들어진 이 층이 없는 경우에는, 제 2 축에 수직인 평평한 금속 기재에 중첩되도록 차례 대로 만들어진다. 각 채널을 만들기 위해, 다음이 연속적으로 이루어지며, 즉
ⅰ) 이 채널과 관련되어 있는 제 1 층의 제 1 및 제 2 스트립을 배치한 후에, 이 제 1 층은, 이전에 만들어진 층으로부터 제 2 축을 따라 멀어지는 쪽을 향하는, 또는 그 층이 없는 경우에는 기재와 마주하는 면에서 평탄하게 되며,
ⅱ) 제 1 및 제 2 층을 위한 융접 영역을 형성하면서, 이 채널과 관련되어 있는 제 2 층의 제 1 스트립은 이 제 1 층의 제 1 스트립 상에 배치되어 그와 융접 용접되고, 또한 이 제 2 층의 제 2 스트립은 이 제 1 층의 제 2 스트립 상에 배치되어 그와 융접 용접되며,
ⅲ) 이 제 2 층은 이 제 1 층으로부터 제 2 축을 따라 멀어지는 쪽을 향하는 면에서 평탄하게 되고, 또한 만들어질 채널은, 이 제 2 층의 제 1 및 제 2 스트립각각을 그의 길이를 따라 국부적으로 단절함으로써, 이 제 2 층에서 재료의 제거로 기계 가공되며,
ⅳ) 제 2 및 제 3 층을 위한 융접 영역을 형성하면서, 이 채널과 관련되어 있는 제 3 층의 제 1 스트립은 이 제 2 층의 제 1 스트립 상에 배치되어 그와 융접 용접되고, 또한 이 제 3 층의 제 2 스트립은 이 제 3 층의 제 2 스트립 상에 배치되어 그와 융접 용접되고,
채널의 적어도 일부는, 이전에 만들어진 채널의 제 3 층을 만들어질 채널의 제 1 층으로서 사용하고 또한 단계 ⅰ), ⅱ), ⅲ) 및 ⅳ)를 반복하여, 차례 대로 만들어진다.
ⅰ) 이 채널과 관련되어 있는 제 1 층의 제 1 및 제 2 스트립을 배치한 후에, 이 제 1 층은, 이전에 만들어진 층으로부터 제 2 축을 따라 멀어지는 쪽을 향하는, 또는 그 층이 없는 경우에는 기재와 마주하는 면에서 평탄하게 되며,
ⅱ) 제 1 및 제 2 층을 위한 융접 영역을 형성하면서, 이 채널과 관련되어 있는 제 2 층의 제 1 스트립은 이 제 1 층의 제 1 스트립 상에 배치되어 그와 융접 용접되고, 또한 이 제 2 층의 제 2 스트립은 이 제 1 층의 제 2 스트립 상에 배치되어 그와 융접 용접되며,
ⅲ) 이 제 2 층은 이 제 1 층으로부터 제 2 축을 따라 멀어지는 쪽을 향하는 면에서 평탄하게 되고, 또한 만들어질 채널은, 이 제 2 층의 제 1 및 제 2 스트립각각을 그의 길이를 따라 국부적으로 단절함으로써, 이 제 2 층에서 재료의 제거로 기계 가공되며,
ⅳ) 제 2 및 제 3 층을 위한 융접 영역을 형성하면서, 이 채널과 관련되어 있는 제 3 층의 제 1 스트립은 이 제 2 층의 제 1 스트립 상에 배치되어 그와 융접 용접되고, 또한 이 제 3 층의 제 2 스트립은 이 제 3 층의 제 2 스트립 상에 배치되어 그와 융접 용접되고,
채널의 적어도 일부는, 이전에 만들어진 채널의 제 3 층을 만들어질 채널의 제 1 층으로서 사용하고 또한 단계 ⅰ), ⅱ), ⅲ) 및 ⅳ)를 반복하여, 차례 대로 만들어진다.
이 방법의 한 추가적인 유리한 특징에 따르면, 단계 ⅱ) 및 ⅳ) 동안에, 상기 제 1 스트립과 제 2 스트립은, 각 스트립의 측방 주변이, 제 2 축을 따라, 이 측방 주변을 따라 연장되어 있는 스트립과 겹치도록 배치된다.
본 발명은, 단지 예로서 주어진 이하의 설명을 읽고 또한 도면을 참조하면 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 열교환기의 제 1 실시 형태, 즉 복열 열교환기의 입면도이다.
도 2는 도 1의 열교환기의 일부분(도 1의 박스 Ⅱ 부분)의 사시도이다.
도 3은 도 2의 평면 Ⅲ에서의 부분 단면도이다.
도 4는 도 1의 열교환기를 제조하기 위한 방법의 제 1 단계를 도시하는 사시도이다.
도 5 내지 8은 제조 방법의 연속적인 단계들을 각각 도시하는 도 4와 유사한 도이다.
도 9는 도 8에 도시된 단계 후에 실시되는, 제조 방법의 단계를 도시하는, 도 8의 평면 Ⅸ 을 따른 단면이다.
도 10은 도 9에 도시된 단계 후에 실시되는, 제조 방법의 다른 단계를 도시하는, 도 9와 유사한 도이다.
도 11은 본 발명에 따른 열교환기의 제 2 실시 형태, 즉 재생 열교환기의 입면도이다.
도 12는 도 11의 열교환기의 일부분(도 11의 박스 ⅩⅡ 부분)의 사시도이다.
도 13은 도 12의 평면 ⅩⅢ에서의 부분 단면도이다.
도 14는 도 11의 열교환기를 제조하기 위한 방법의 제 1 단계를 도시하는 사시도이다.
도 15는 도 14에 도시되어 있는 단계의 변형 실시 형태를 도시하는, 도 14와 유사한 도이다.
도 16 내지 20은 제조 방법의 연속적인 단계들을 각각 도시하는 도 14와 유사한 도이다.
도 2는 도 1의 열교환기의 일부분(도 1의 박스 Ⅱ 부분)의 사시도이다.
도 3은 도 2의 평면 Ⅲ에서의 부분 단면도이다.
도 4는 도 1의 열교환기를 제조하기 위한 방법의 제 1 단계를 도시하는 사시도이다.
도 5 내지 8은 제조 방법의 연속적인 단계들을 각각 도시하는 도 4와 유사한 도이다.
도 9는 도 8에 도시된 단계 후에 실시되는, 제조 방법의 단계를 도시하는, 도 8의 평면 Ⅸ 을 따른 단면이다.
도 10은 도 9에 도시된 단계 후에 실시되는, 제조 방법의 다른 단계를 도시하는, 도 9와 유사한 도이다.
도 11은 본 발명에 따른 열교환기의 제 2 실시 형태, 즉 재생 열교환기의 입면도이다.
도 12는 도 11의 열교환기의 일부분(도 11의 박스 ⅩⅡ 부분)의 사시도이다.
도 13은 도 12의 평면 ⅩⅢ에서의 부분 단면도이다.
도 14는 도 11의 열교환기를 제조하기 위한 방법의 제 1 단계를 도시하는 사시도이다.
도 15는 도 14에 도시되어 있는 단계의 변형 실시 형태를 도시하는, 도 14와 유사한 도이다.
도 16 내지 20은 제조 방법의 연속적인 단계들을 각각 도시하는 도 14와 유사한 도이다.
도 1 내지 3은 열교환기(100)를 나타낸다. 이 열교환기(100)는 복열 열교환기인데, 이 열교환기는, 본체(101)를 통과하는 제 1 유체와 제 2 유체 사이에 어떤 혼합도 없이, 열교환기의 본체(101)를 통해 열 에너지를 제 1 유체와 제 2 유체 사이에 전달할 수 있다.
이하 개략적으로 설명하는 바와 같이, 본체(101)는 금속으로 만들어지고, 축(X-X, Y-Y, Z-Z)을 갖는 직교 좌표계를 기준으로 설명될 3차원 형상을 갖는다.
열교환기(100)는 제 1 유체의 순환을 위한 채널(C) 및 제 2 유체의 순환을 위한 채널(C')을 포함한다. 이하에서 상세히 설명하는 바와 같이, 채널(C, C')은 열교환기의 본체(101)에 의해 범위가 정해지고, 축(X-X)을 따라 길이 방향으로 서로 평행하게 연장되어 있고, 각 채널(C, C')은 축(X-X)을 따라 서로의 반대편에서 채널의 각 단부들을 서로 연결한다. 사용 중에, 즉, 제 1 유체와 제 2 유체 사이에 열교환을 수행하기 위해 열교환기(100)에 이들 유체가 공급될 때, 제 1 유체는 채널(C)에서 이들 채널(C) 각각의 양 축방향 단부 사이에서 자유롭게 순환하고, 제 2 유체는 채널(C')에서 이들 채널(C') 각각의 양 축방향 단부 사이에서 자유롭게 순환한다.
도 1 내지 3에서 고려되는 예시적인 실시 형태에서, 열교환기(100)의 채널(C) 모두는 동일한 단면(즉, 축(X-X)에 수직인 평면 내에서의 단면)을 가지며, 이 단면은 채널(C')의 동일한 단면과는 다르다. 보다 구체적으로, 여기서 고려되는 예에서, 채널(C')의 단면은 채널(C)의 단면 보다 크고, 실제로, 뒤에서 명확히 알게 될 이유로, 채널(C, C')은, 한 채널(C') 및 축선(Z-Z)을 따라 채널(C')과 동일한 높이에 배치되는 여러 개의 채널(C)을 관련시키는 패턴을 형성하도록, 열교환기(100)의 본체(101) 내부에서 축(Z-Z)을 따라 정렬되며 또한 서로에 대해 배치되며, 패턴의 채널(C)은 축(Y-Y)을 따라 모두 패턴의 채널(C')의 동일한 축방향 측에 배치되거나 또는 도면에서 고려되는 예에서 처럼, 축(Y-Y)을 따라 패턴의 채널(C')의 양 측에 특히 절반식 분산된다. 위에서 언급된 패턴은 열교환기(100) 내부에서 축(Y-Y)의 방향 및 축(Z-Z)의 방향 모두로 여러 번 반복될 수 있고, 도 1에 나타나 있는 예에서, 고려되는 패턴은 하나의 채널(C')과 천개의 채널(C)을 관련시키며, 그 중의 55개의 채널은 축(Y-Y)을 따라 고려되는 채널(C')의 일 측에 위치되고, 다른 55개의 채널(C)은 축(Y-Y)을 따라 고려되는 채널(C')의 다른 측에 위치되며, 이 패턴은 적어도 9회 반복되는데, 즉 축(Z-Z)을 따라 적어도 3회 그리고 축(Y-Y)을 따라 적어도 3회 반복된다.
도 1 내지 3에 나타나 있는 천개의 채널(C)과 하나의 채널(C')을 관련시키는 패턴에 적합한 비한정적인 예로서, 위에선 언급된 제 1 유체는 채널(C)에서 약 25 bar의 평균 압력으로 순환하는 기체 헬륨이고, 위에선 언급된 제 2 유체는 채널(C')에서 약 1 bar의 평균 압력 및 600°K 정도의 온도로 순환하는 열전달 요일이고, 제 2 유체의 온도는 열적 파워를 제 1 유체에 주기 위해 본체(101)를 통과하는 동안에 감소된다.
이제 열교환기(100)의 본체(101)의 설명으로 돌아가면, 도 2에 나타나 있는 바와 같이, 이 본체(101)는 평평한 복수의 층(L)으로 구성되며, 이들 층 각각은 축(Z-Z)에 수직인 기하학적 평면에서 연장되어 있고 또한 축(Z-Z)을 따라 서로 중첩된다. 각 층(L)은 금속 스트립(B)으로 구성되며, 동일한 층(L)의 스트립(B)들은 모두 축(Z-Z)에 수직인 방향을 따라 길이 방향으로 연장되어 있고, 고려되는 층의 평면에서 서로 인접해 있고(접촉할 필요는 없음), 각 층(L)의 각 스트립(B)은 축(Z-Z)을 따른 대응하는 층의 전체 두께를 점유하도록 제공된다. 모든 스트립(B)은 금속, 특히 구리 또는 구리계 합금, 특히 CuZn2으로 만들어진다. 또한, 이하에서 상세히 설명하는 바와 같이, 본체(101)의 층(L)들은 서로에 융접 용접되어 서로에 고정되는데, 더 구체적으로, WO2017/121746(이에 대한 추가 설명을 위해 이를 참조할 수 있음)에 설명되어 있는 바와 같이, 용접되지 않은 스트립의 각각의 부분들이 층들 사이의 야금학적 연속성을 유지하도록 그의 가장자리의 기하학적 구조를 유지하고 또한 축(Z-Z)을 따라 서로에 지탱된 상태로 유지되는 것을 보장하는 것을 주의 하면서, 본체(101)의 임의의 층(L) 및 그에 직접 중첩되는 층(L)은 추가 금속 없이 스트립의 부분적인 융접만으로 서로에 융접 용접된다. 추가 금속이 없이 층(L)이 서로에 융접 용접되므로, 열교환기(100)의 본체(101)는 전체적으로 이들 층(L)의 스트립(B)의 금속으로 만들어짐을 알 것이다.
본체(101)의 층(L)은 바로 아래에서 설명하는 바와 같은 채널(C) 및 나중에 상세히 설명할 채널(C') 둘 다를 형성하도록 배치된다.
따라서, 도 3에 명확히 나타나 있는 바와 같이, 각 채널(C)은 전체적으로 본체(101)의 층(L) 중에서, 서로 직접 중첩되는 3개의 층으로 형성된다. 예컨대, 전체적으로 도 3의 중간에 나타나 있는 채널(C)을 더 고려하면, 이 채널(C)은,
- 제 1 층(L)(도 3에서 L1.C로 나타나 있음),
- 제 2 층(L)(L2.C로 나타나 있고, 축(Z-Z)을 따라 층(L1.C)에 직접 중첩됨)
- 제 3 층(L)(L3.C로 나타나 있고, 층(L2.C)에 직접 중첩됨)
만으로 형성된다.
따라서, 층(L2.C)은 축(Z-Z)을 따라 층(L1.C)과 층(L3.C) 사이에 직접 삽입되어 있다.
축(Z-Z)을 따라, 위에서 고려되는 채널(C)은 층(L1.C, L3.C)만으로 범위가 정해진다. 더 구체적으로, 층(L1.C)은, 축(Z-Z)을 따라 층(L2.C, L3.C) 쪽을 향하는 면(F.L1.C)을 가지며, 이 면은, 층(L1.C)에 대해, 채널(C)의 범위를 정한다. 여기서 고려되는 예시적인 실시 형태에서, 면(F.L1.C)은 층(L1.C)의 스트립(B1.L1.C)으로 형성되고, 이 스트립은 축(X-X)을 따라 길이 방향으로 연장되어 있고 또한 도 3에 명확히 나타나 있는 바와 같이 축(Y-Y)을 따라 채널(C)의 양측에서 오버플로우한다. 층(L3.C)은, 축(Z-Z)을 따라 층(L1.C, L2.C) 쪽을 향하고 따라서 축(Z-Z)을 따라 면(F.L1.C) 쪽을 향하는 면(F.L3.C)을 가지며, 이 면은, 층(L3.C)에 대해, 채널(C)의 범위를 정한다. 여기서 고려되는 예시적인 실시 형태에서, 이 면(F.L3.C)은 층(L3.C)의 스트립(B1.L3.C)으로 형성되고, 이 스트립은 축(X-X)을 따라 길이 방향으로 연장되어 있고 또한 도 3에 명확히 나타나 있는 바와 같이 축(Y-Y)을 따라 채널(C)의 양측에서 오버플로우한다. 따라서, 면(F.L1.C, F.L3.C)은, 채널(C)의 치수(축(Z-Z)을 따른)에 대응하는 거리로 서로 분리되어, 축(Z-Z)을 따라 서로의 반대편에 배치된다.
축(Y-Y)을 따라, 위에서 고려되는 채널(C)은 층(L2.C), 구체적으로 이 층(L2.C)의 2개의 가장자리(E1.L2.C, E2.L2.C)만으로 범위가 정해지고, 이들 가장자리는 축(X-X)에 평행하게 또한 층(L2.C)의 평면에 대해 횡으로 배치된다. 가장자리(E1.L2.C, E2.L2.C)는 채널(C)의 치수(축(Y-Y)을 따른)에 대응하는 거리로 서로 분리되어, 축(Y-Y)을 따라 서로의 반대편에 있다. 가장자리(E1.L2.C)는, 채널(C)의 축(Y-Y)을 따라 2개의 축방향 측 중의 하나에서 층(L2.C)의 스트립(B1.L2.C)으로 형성되고, 이 스트립은 축(X-X)을 따라 길이 방향으로 연장되어 있다. 가장자리(E2.L2.C)는 층(L2.C)의 다른 스트립(B2.L2.C)으로 형성되고, 이 스트립은, 스트립(B1.L2.C)과 마찬가지로, 축(X-X)을 따라 길이 방향으로 연장되어 있지만 스트립(B1.L2.C)이 위치하는 채널의 축방향 측의 반대편에 있는 축(Y-Y)을 따른 채널(C)의 축방향 측에 위치된다. 따라서, 층(L2.C)의 스트립(B1.L2.C, B2.L2.C)(층(L2.C)에서 채널(C)의 범위를 정하는 가장자리(E1.L2.C, E2.L2.C)를 각각 형성함)은 축(Y-Y)을 따른 채널(C)의 양측에서 각각 길이 방향으로 연장되어 있다.
실제로, 각 층(B)의 스트립(B)은 그의 대응하는 층의 전체 두께를 점유하면서 그 층의 평면에서 연장되므로, 면(F.L1.C)을 형성하는 것은 스트립(B1.L1.C)의 2개의 주 면 중의 하나이고, 면(F.L3.C)을 형성하는 것은 스트립(B1.L3.C)의 2개의 주 면 중의 하나이며, 가장자리(E1.L2.C)를 형성하는 것은 스트립(B1.L2.C)의 2개의 측방 부분 중의 하나이고, 또한 가장자리(E2.L2.C)를 형성하는 것은 스트립(B2.L2.C)의 2개의 측방 부분 중의 하나임을 이해할 것이다.
채널(C)을 타이트하게 하고 또한 내압성을 보장하기 위해, 스트립(B1.L2.C, B2.L2.C)은, 한편으로, 각각의 융접 영역(Z1.C, Z2.C)에서 층(L1.C)에 융접 용접되고, 그 융접 영역은 채널의 전체 길이에 걸쳐 축(X-X)을 따라 서로의 반대편에서 채널의 단부들 사이에서 연속적으로 연장되어 있고, 도 3에 명확히 나타나 있는 바와 같이, 축(Y-Y)을 따라 채널(C)의 양측에 위치되고, 다른 한편으로, 스트립은 또한, 각각의 융접 영역(Z3.C, Z4.C)에서 층(L3.C)에 융접 용접되고, 그 융접 영역은 채널의 전체 길이에 걸쳐 그의 양 단부에 사이에서 연속적으로 연장되어 있고, 또한 축(Y-Y)을 따라 채널(C)의 양측에 위치된다. 도면에서 고려되는 예시적인 실시 형태에서, 도 3에 명확히 나타나 있는 바와 같이, 융접 영역(Z1.C, Z2.C)은, 축(Y-Y)을 따라 채널(C)의 양측에서 오버플로우하는 스트립(B1.L1.C)의 측방 부분과 스트립(B1.L2.C) 및 스트립(B2.L2.C) 사이에 각각 제공되며, 융접 영역(Z3.C, Z4.C)은, 축(Y-Y)을 따라 채널(C)의 양측에서 오버플로우하는 스트립(B1.L3.C)의 부분과 스트립(B1.L2.C) 및 스트립(B2.L2.C) 사이에 각각 만들어진다.
위에서 고려되는 채널(C)의 경계 획정에 대한 앞의 고려 사항들은, 본체의 층(L)들이 축(Z-Z)을 따라 적층되어 있기 때문에 본체(101)의 다른 채널(C)에도 해당되며, 채널(C) 중의 주어진 채널을 규정하는 3개 층의 그룹의 다른 두 층에 대해 돌출하는 층, 다시 말해, 위에서 고려되는 채널(C)을 위한 층(L3.C)과 같은 이 채널을 위한 제 3 층은 적층체에 있는 다음 채널의 제 1 층, 즉, 위에서 언급된 채널에 대해 돌출하는 채널을 규정하는 3개 층의 그룹에 있는 다른 두 층이 위에 있는 층을 형성한다. 특히, 열교환기(100)의 동일한 패턴 내에 있는 축(Z-Z)을 따라 서로 가장 멀리 있는 두 채널(C)을 제외하고, 각 채널(C)은 스트립(B1.L1.C, B1.L3.C)과 유사한 두 스트립의, 축(Z-Z)을 따라 서로 대향하는 각각의 면, 및 스트립(B1.L2.C, B2.L2.C)과 유사한 두 스트립의, 축(Y-Y)을 따라 서로 반대편에 있는 각각의 측방 부분으로만 범위가 정해질 수 있다. 특히, 본체(101)의 제조와 관련된 이유로, 동일한 패턴의 다른 채널(C)이 위에 있는 채널(C)의 제 1 층은, 스트립(B)으로 구성되지만, 이 층 내에서, 다른 채널(C)의 각각의 제 1 층 내에 있는 스트립(B)과는 다른 배치를 가지면서, 앞의 고려 사항에서 벗어날 수 있다. 마찬가지로, 동일한 패턴의 모든 다른 채널(C) 위에 있는 채널(C)의 제 3 층은, 다른 채널(C)의 제 3 층의 스트립(B)과는 다른 배치를 갖는 스트립(B)으로 구성되면서, 채널(C)에 대해 전술한 바와 동일한 요소를 갖지 않을 수 있다. 모든 경우에, 위에서 상세히 고려되는 채널(C)에 대한 영역(Z1.C, Z2.C, Z3.C, Z4.C)과 유사한 융접 영역이 각 채널(C)과 관련된 3개의 층 사이에 제공되며, 가시성의 이유로, 영역(Z1.C, Z2.C, Z3.C, Z4.C) 외의 이들 다양한 융접 영역은 도 3에 나타나 있지 있다.
채널(C')에 대해, 각 채널은 본체(101)의 층(L) 중에서 직접 서로 중첩되는 적어도 5개의 층, 또는 심지어는 직접 서로 중첩되는 5개 보다 많은 층으로 함께 형성된다. 따라서, 예컨대, 도 2에 전체적으로 나타나 있고 도 3에는 부분적으로 나타나 있는 채널(C')을 고려하면, 이 채널(C')은,
- 제 1 층(L)(도 3에서 L1.C'로 나타나 있음),
- 제 2 층(L)(L2.C'로 나타나 있음), 및
- 축(Z-Z)을 따라 층(L1.C')과 층(L2.C') 사이에 직접 삽입되는 여러 개의 중첩 층(L)의 그룹(GL.C'으로 나타나 있음)
만으로 형성된다.
축(Z-Z)을 따라, 위에서 고려되는 채널(C)은 층(L1.C', L2.C')으로만 범위가 정해진다. 보다 구체적으로, 층(L1.C')은, 축(Z-Z)을 따라 중첩 층의 그룹(GL.C')과 층(L2.C') 쪽으로 향해 있고 또한 층(L1.C')에 대해 채널(C')의 범위를 정하는 면(F.L1.C')을 갖는다. 여기서 고려되는 예시적인 실시 형태에서, 도 2에 명확히 나타나 있는 바와 같이, 이 면(F.L1.C')은 층(L1.C')의 스트립(B.L1.C')으로 형성되고, 이 스트립은 축(X-X)을 따라 길이 방향으로 연장되어 있고 축(Y-Y)을 따라 직접 서로 나란히 배치된다. 층(L2.C')은, 축(Z-Z)을 따라 중첩 층의 그룹(GL.C')과 층(L1.C') 쪽으로 향해 있고 따라서 축(Z-Z)을 따라 면(F.L1.C')과 대향하고 또한 층(L2.C)에 대해 채널(C')의 범위를 정하는 면(F.L2.C')을 갖는다. 여기서 고려되는 예시적인 실시 형태에서, 도 2에 명확히 나타나 있는 바와 같이, 이 면(F.L2.C')은 층(L2.C')의 스트립(B.L2.C')으로 형성되고, 이 스트립은 축(Y-Y)을 따라 길이 방향으로 연장되어 있고 또한 축(X-X)을 따라 직접 서로 나란히 배치된다. 따라서 면(F.L1.C', F.L2.C')은, 채널(C')의 축(Z-Z)을 따른 치수에 대응하는 거리로 서로 분리되어, 축(Z-Z)을 따라 서로 반대편에 배치된다.
축(Y-Y)을 따라, 위에서 고려되는 채널(C')은 중첩되는 층의 그룹(GL.C'), 더 구체적으로는, 중첩되는 층의 그룹(GL.C')의 가장자리(E1.GL.C', E2.GL.C')로만 범위가 정해지고, 이들 가장자리 각각은 축(X-X)에 평행하게 또한 대응하는 층의 평면에 대해 횡으로 배치된다. 가장자리(E1.GL.C')는, 채널(C')의 축(Y-Y)을 따른 치수에 대응하는 거리로 서로 분리되어, 축(Y-Y)을 따라 가장자리(E2.GL.C')의 반대편에 있다.
가장자리(E1.GL.C')는, 채널(C')의 축(Y-Y)을 따른 두 축방향 측 중의 하나에서, 중첩되는 층의 그룹(GL.C')의 스트립(B1.GL.C')의 측방 부분으로 형성되고, 이 스트립은 축(X-X)을 따라 길이 방향으로 연장된다. 가장자리(E2.GL.C')는 중첩되는 층의 그룹의 스트립(B2.GL.C')의 측방 부분으로 형성되고, 이 스트립은, 축(X-X)을 따라 길이 방향으로 연장되고, 하지만 스트립(B1.GL.C')이 위치하는 채널의 축방향 측의 반대편에 있는 채널(C')의 축(Y-Y)을 따른 축방향 측에 위치된다.
위에서 개발된 것과 유사한 고려 사항에 따라, 각 스트립(B1.GL.C', B2.GL.C')은, 스트립이 속하는 층에 바로 중첩되어 그룹(GL.C')의 층(들)에 융접 용접되고, 또는 이 층이 없는 경우에는, 층(L1.C') 또는 층(L2.C')에 융접 용접되고, 각 스트립(B1.GL.C', B2.GL.C')의 융접 용접은, 축(X-X)을 따라 서로 반대편에 있는 채널의 단부들 사이에서 채널(C')의 전체 길이에 걸쳐 연속적으로 연장되어 있는 융접 영역에서 행해진다. 일반적으로, 층(L1.C', L2.C')과 중첩 층의 그룹(GL.C')의 스트립(B1.GL.C', B2.GL.C') 사이의 다양한 융접 영역은, 채널(C')을 타이트하게 하고 또한 그의 내압성을 보장하기 위해, 채널(C')의 전체 길이에 걸쳐 연속적으로 연장되어 있고 채널(C')의 양측에서 축(Y-Y)을 따라 분산되어 있다. 이들 융접 영역의 일부분은 도 3의 우측에 나타나 있다.
도 3에 명확히 나타나 있는 바와 같이, 스트립(B1.GL.C')은 위에서 상세히 설명된 채널(C)의 스트립(B2.L2.C) 및 대응하는 적층체의 다른 채널(C)의 이 스트립(B2.L2.C)과 유사한 스트립을 포함한다. 마찬가지로, 스트립(B2.GL.C')은, 도 3에 나타나 있는 채널(C)이 위치되는 곳의 반대편에 있는 채널(C')의 축(Y-Y)을 따른 축방향 측에 위치되는 채널(C)의 스트립을 포함하고, 이 스트립은 위에서 상세히 설명된 채널(C)의 스트립(B1.L2.C)과 유사하다. 더 일반적으로, 채널(C')은 각 채널(C)과 관련된 제 2 층의 스트립에 의해 부분적으로 범위가 한정되며, 이는 이 제 2 층에서 이 채널(C)의 범위를 정하는 가장자리를 형성한다. 결과적으로, 도 3에 명확히 나타나 있는 바와 같이, 채널(C) 각각은, 축(Y-Y)을 따라 채널(C) 각각과 관련된 제 2 층의 스트립 중의 하나에 의해서만 채널(C')로부터 분리되어 있고, 이는 채널(C, C')에서 각각 순환하는 두 유체 사이의 열교환을 용이하게 하도록 채널(C, C')을 분리하는 재료의 두께를 제한한다.
채널(C)에 대해 이전과 마찬가지로, 위에서 고려되는 채널(C')의 경계 획정에 대한 앞의 고려 사항들은, 본체의 층(L)들이 축(Z-Z)을 따라 적층되어 있기 때문에 본체(101)의 다른 채널(C') 각각에도 해당된다.
지금까지 상세히 설명한 복열 열교환기(100)의 본체(101)의 구조는, 채널(C)을 마이크로 채널로서 치수 결정할 수 있게 해준다. 특히, 각 채널(C)과 관련된 제 2 층은, 유리하게, 0.1 mm 이하의 두께(즉, 축(Z-Z)을 따른 치수)를 갖도록 제공될 수 있고, 고려되는 채널(C)의 측방 가장자리를 형성하는 이 제 2 층의 스트립은, 축(Y-Y)을 따라 1 mm 로, 또는 심지어는 1 mm 미만으로 분리될 수 있고, 그래서 각 채널(C)의 단면은 0.1 mm2 이하의 면적을 갖는다. 동시에, 채널(C)은 수 밀리미터, 또는 심지어 수 센티미터일 수 있는 치수에 걸쳐 축(X-X)을 따라 길이 방향으로 연장된다. 결과적으로, 채널(C)에 대해, 이 채널의 열교환 표면과 열교환 부피 사이의 비는 매우 높을 수 있는데, 전형적으로 10,000 m2/m3 보다 크다.
또한, 본체(101)의 중첩 층을 갖는 구조와 관련하여, 채널(C, C')의 범위를 정하는 벽의 표면 상태가 제어될 수 있다. 특히, 위에서 고려되는 채널(C)의 면(F.L1.C, F.L3.C) 및 가장자리(E1.L2.C, E2.L2.C)와 같은, 각 채널(C)의 범위를 정하는 면, 적용 가능하다면, 가장자리는 유리하게는 0.8 ㎛ 이하의 또는 심지어 0.3 ㎛ 이하의 표면 거칠기(Ra)를 갖는다. 실제로, 이러한 표면 거칠기는, 본체(101)를 제조하기 위해 시용되는 스트립(B)의 표면 상태 및/또는 이하에서 언급되는 바와 같이 본체(101)의 제조 동안에 실행될 수 있는 리서피싱(resurfacing) 작업으로 얻어진다. 물론, 표면 거칠기의 이 제어는 유리하게 채널(C')에 적용될 수 있다. 채널(C 및/또는 C')의 범위를 정하는 면 및 적용 가능하다면 이들 채널(C 및/또는 C')의 범위를 정하는 가장자리에 대한 그러한 표면 상태는, 수두 손실(head loss)를 실질적으로 감소시키고 또한 이들 채널에서 순환하는 유체에 대한 경계층 두께를 줄일 수 있다.
또한, 열교환기(100)의 본체(101) 전체는 금속으로 만들어지고, 이들 층(L)의 스트립(B)도 금속으로 만들어지고, 스트립은 추가의 금속 없이 서로에 융접 용접되고, 따라서 본체(101)는 이 본체의 모든 점에서 동일한 열전도율을 가지며, 이 열전도율은 스트립(B)을 구성하는 금속의 열전도율과 동일하다. 따라서, 스트립(B)이 CuZn2 합금으로 만들어질 때, 본체(101)는 모든 점에서 약 300 W/m.°K의 열전도율을 갖는다.
열교환기(100)를 제조하기 위해, 부가 제조법, 즉, 각 층에 대해, 층의 스트립을 증착하고 그런 다음에 이들 스트립을 용접하여 층층히 본체(101)를 반복적으로 제조하는 방법을 실행할 수 있고, 용접 작업은 예컨대 레이저 비임을 가하여 그리고/또는 저항으로 실행될 수 있다. 마무리 요건을 만족하기 위해, 적용 가능하다면, 이 방법은 유리하게는 재료 제거를 위한 작업, 마멸, 기계 가공 또는 레이저 삭마로 완료된다.
열교환기(100)를 제조하기 위한 그러한 방법의 한 예를 이제 도 4 내지 10에 비추어 설명할 것이다.
도 4에 나타나 있는 바와 같이, 제 1 단계는 스트립(b1, b2, b3 등)의 제 1 층(l1)을 평평한 금속 기재(P) 상에 배치하는 것으로 이루어지고, 그 기재는 축(Z-Z)에 수직하게 배향되고 실제로 실질적으로 수평이다. 일 예로, 각 스트립(b1, b2 등)은 CuZn2으로 만들어지고, 수 센티미터에 걸쳐, 특히, 열교환기(100)를 위한 유용하고 필요한 길이에 대응하는 길이에 걸쳐 축(X-X)을 따라 길이 방향으로 연장되어 있고, 약 2 mm x 0.1 mm의 직사각형 단면을 갖는다. 도 4에 나타나 있는 바와 같이, 스트립(b1, b2 등)은, 적절한 수단에 의해, 특히, 용접선(z1, z2 등)에 의해 기재 상에서 제자리에 유지되면서, 축(Y-Y)을 따라 서로에 대해 직접 나란히 배치된다.
도 5에 도시되어 있는 제 2 단계 동안에, 층(l1)의 스트립의 세트는 기재(P)와 융접 용접된다. 이 단계의 실행에 대한 상세는 WO2017/121746에 주어져 있고, 독자는 이 문헌을 참조할 수 있다.
도 6에 나타나 있는 제 3 단계 동안에, 층(l1)의 상면은 마멸, 기계 가공 또는 레이저 삭마로 작용하는 특별한 공구(T)를 사용하여 재료 제거로 평탄하게 된다. 여기서도, 이 단계의 실행에 대한 상세는 WO2017/121746에 주어져 있다.
다음 단계 동안에, 스트립의 새로운 층(l2)이 층(l1) 상에 배치되고 이 층(l1)과 함께 융접 용접되며, 층(l2)의 스트립은 축(Y-Y)을 따라 길이 방향으로 연장되어 있는데, 다시 말해 층(l1)의 스트립의 길이 방향에 대해 90°로 오프셋되어 있다. 여기서도, WO2017/121746이 대응하는 설명을 제공한다.
여러 다른 층들이 도 6 및 7에 각각 도시되어 있는 단계들의 반복을 받으면서 배치되고 융접 용접될 수 있다. 일 예로, 따라서 5개의 층(l1 - l5)이 서로 차례 대로 형성되며, 그렇게 중첩된 5개의 층이 도 8에 나타나 있다. 도 8에 도시되어 있는 단계를 실행하기 전에, 층(l5)의 상면은 도 6에 설명된 것과 유사한 리서피싱 단계 동안에 특히 공구(T)를 사용하여 평탄하게 된다.
도 8에 도시되어 있는 단계에서, 층(l5) 위에 새롭게 만들어지는 층(16)의 스트립(b1, b2, b3, b4)이 층(l5) 위에 배치되고 이 층(l5)과 함께 융접 용접된다. 층(16)의 스트립(b1, b2, b3, b4)은 각각 축(X-X)을 따라 길이 방향으로 연장되어 있다.
도 9에 나타나 있는 단계로 가기 전에, 층(16)의 스트립(b1, b2, b3, b4)의 상면은 여기서도 특히 공구(T)를 사용하여 그리고 더 일반적으로는 도 6과 관련하여 위에서 언급된 것과 유사한 고려 사항에 따라 평탄하게 된다. 도 9에 도시되어 있는 단계 동안에, 새로운 층(l7)이 층(l6) 위에 배치된다. 특히, 도 9에 나타나 있는 바와 같이, 축(X-X)을 따라 길이 방향으로 연장되어 있는 층(17)의 스트립(b1, b2, b3)은 층(16)의 스트립(b1, b2) 위에 배치된다.
특히, 도 9를 도 2 및 3과 비교하면 알 수 있듯이, 위에서 각각 언급된 층(l5, l6, l7)은 채널(C)의 제 1 채널(도 9에서 c1으로 나타나 있음)의 범위를 정하는 제 1, 제 2 및 제 3 층에 대응한다. 특히, 위에서 언급된 층(l6)의 스트립(b1, b2)은 채널(c1)을 위한 스트립(B1.L2.C, B2.L2.C)에 각각 대응한다. 마찬가지로, 층(l7)의 스트립(b2)은 채널(c1)을 위한 스트립(B1.L3.C)에 대응한다. 그러므로, 도 8에 도시되어 있는 단계 동안에, 스트립(b1, b2)과 층(l5) 사이의 융접 용접은, 채널(c1)에 대한 융접 영역(Z1.C, Z2.C)에 각각 대응하는 2개의 융접 영역(z1, z2)에서 행해진다. 마찬가지로, 도 9에 도시되어 있는 단계 동안에, 층(l6)의 스트립(b1, b2)에서의 층(l7)의 용접은, 채널(c1)에 대한 융접 영역(Z3.C, Z4.C)에 각각 대응하는 2개의 융접 영역(z3, z4)에서 행해진다.
또한, 도 9를 도 2 및 3과 비교하면 알 수 있듯이, 위에서 각각 언급된 층(l5, l6, l7)은 채널(C')의 제 1 채널(도 9에서 c'1으로 나타나 있음)의 범위를 정하는 데에 참여함을 이해할 것이다. 특히, 층(l6)의 스트립(b2)과 층(l7)의 스트립(b3)은 채널(c'1)의 가장자리를 형성하며, 이 예시적인 제조 방법에서 사용되는 스트립은 모두 동일한 폭을 가지므로, 층(l6)의 스트립(b2)과 층(l7)의 스트립(b3)을 리서피싱할 필요가 있다. 도 8에서, 층(l6)의 스트립(b2)의 리서피싱은 혼합선(r1)으로 나타나 있다. 도 9에서, 층(l7)의 스트립(b3)의 리서피싱도 혼합선(r1)으로 나타나 있다. 실제로, 대응하는 리서피싱 작업에 대한 실시는 본 발명에 대해 한정적이지 않고, 적절한 리서피싱 공구가 사용될 수 있다. 마찬가지로, 이들 리서피싱 작업의 실시 시기는 도 8 및 9와 관련하여 전술한 바와 다를 수 있다.
도 10은 다음 단계를 나타내는데, 이 단계 동안에, 새로운 층(l8)이 층(l7) 위에 배치되어 융접된다. 채널(C, C')의 범위를 정하기 위한 사양에 관해 앞에서 주어진 상세한 설명을 고려하여, 도 8, 9 및 10과 관련하여 전술한 작업을 반복하여, 본체(101)의 채널(C, C')의 범위를 정하면서, 열교환기(100)의 본체(101)의 모든 층(L)이 만들어질 수 있다.
도 11 내지 13은 열교환기(200)를 나타낸다. 이 열교환기(200)는 재생 열교환기인데, 이는 유체와 열교환기의 본체(201) 사이의 열교환을 두 단계로 가능하게 한다. 제 1 단계에서, 유체는, 본체(201) 쪽으로의 유체에서의 열교환을 수행하면서, 열교환기(200)의 본체(201)를 통해 순환하며, 그래서 열 에너지가 본체(201)에 저장된다. 열교환기(200) 외부에서, 유체는 특히 온도, 압력 또는 상변화 형의 변태를 받게 되며, 그런 다음에 제 2 단계에서, 유체는, 본체(201)로부터 유체 쪽으로의 열교환을 수행하면서, 본체(201)를 반대 방향으로 순환하며, 그래서 제 1 단계 동안에 본체(201)에 저장된 열 에너지 전부 또는 일부가 유체에 복귀된다.
본체(101)의 경우와 유사하게, 본체(201)는 금속으로 만들어지며, 축(X-X, Y-Y, Z-Z)을 갖는 직교 좌표계를 기준으로 설명될 3차원 형상을 갖는다.
열교환기(100)의 경우와 유사하게, 열교환기(200)는 위에서 언급된 유체의 순환을 위한 채널(C)을 포함한다. 열교환기(200)는 채널(C')을 또한 포함하는데, 이 채널은 유체의 순환을 위한 것은 아니고, 열 절연제를 담기 위한 것이며. 이 열 절연제의 특성은 본 발명에 대해 한정적이지 않고 도 11에 개략적으로만 나타나 있다. 열교환기(100)의 경우와 유사하게, 열교환기(200)의 채널(C, C')은 축(X-X)을 따라 서로 평행하게 길이 방향으로 연장되면서 열교환기의 본체(201)에 의해 범위가 정해지고, 이들 채널(C, C') 각각은 채널의 각 단부를 축(X-X)을 따라 서로의 반대편에서 서로에 연결된다. 사용 중에, 열교환기(200)는 고온 복열 장치 및 저온 복열 장치와 같은 고온원 및 저온원과 관련되어 있고, 위에서 언급된 유체가 그 고온원과 저온원 사이에서 열교환기(200)의 채널(C)을 통해 순환한다. 실제로, 축(X-X)을 따라 본체(201)의 일측에 위치되는 채널(C)의 축방향 단부 모두는 열교환기(200)의 외부에서 저온원에 연결되고,축(X-X)을 따라 열교환기(200)의 다른 축방향 측에서, 채널(C)의 양 축방향 단부 모두는 열교환기(20O)의 외부에서 고온원에 연결된다. 따라서, 유체는 채널을 자유롭게 흘러 저온원으로부터 채널(C)을 통해 고온원으로 또한 반대로 고온원으로부터 저온으로 순환할 수 있다.
도 11 내지 13에서 고려되는 예시적인 실시 형태에서, 열교환기(200)의 채널(C)과 채널(C')의 상대적인 배치는 열교환기(100)의 채널(C)과 채널(C')의 상대적인 배치와 동일하다. 그러므로, 이점에 대해서는 앞에서 주어진 상세점, 특히, 한 채널(C') 및 여러 개의 채널(C)을 관련시키는 패턴에 대한 설명을 참조하면 된다. 더욱이, 천개의 채널(C) 및 하나의 채널(C')을 관련시키는 패턴에 적절한 비한정적인 예(도 11 내지 13에 나타나 있음)로서, 위에서 언급된 유체는, 고온원에서 600˚K 정도의 온도로 그리고 저온원에서는 300˚K 정도의 온도로 약 25 bar의 평균 압력으로 채널(C)에서 순환하는 기체 헬륨이다. 채널(C')에 수용되는 열절연제는 예컨대 세라믹 분말일 수 있다.
이제 열교환기(200)의 본체(201)의 설명으로 돌아가면, 도 12에 나타나 있는 바와 같이, 이 본체(201)는, 열교환기(100)의 본체(101)와 정확히 같게, 복수의 층(L)으로 구성되며, 이들 층은 평평하고 축(Z-Z)을 따라 중첩된다. 본체(101)와유사하게, 본체(201)의 각 층(L)은 금속 스트립으로 구성되며, 각 층(L)의 이들 스트립 각각은 축(Z-Z)을 따른 대응하는 층의 전체 두께를 점유하도록 제공된다. 반대로, 열교환기(100)의 금속 스트립(B)과는 달리, 열교환기(200)의 각 층(L)의 스트립 모두는, 도 12에 명확히 나타나 있는 바와 같이, 축(X-X)을 따라 직접 서로 나란히 배치된 상태에서, 축(Y-Y)을 따라 길이 방향으로 연장되어 있다. 추가로, 열교환기(200)의 각 층(L)의 스트립은 모두 동일한 금속으로 만들어지는 것은 아니고, 반대로, 성분 금속에 있어서 서로 다른 두 종류의 스트립으로 나누어지며, 그래서, 교환기(200)의 각 층(L)은 제 1 금속으로 만들어진 스트립(B1) 및 제 2 금속으로 만들어진 스트립(B2) 둘다를 포함하며, 제 1 금속과 제 2 금속은 서로 다른 열전도율을 갖는다는 점에서 서로 다르다. 각 층(L)에서, 스트립(B1, B2)은, 도 12에 명확히 나타나 있는 바와 같이, 서로 교대로, 다시 말해, 축(X-X)을 따라 한 스트립(B1)이 한 스트립(B2) 다음에 있고 그리고 이 스트립은 한 스트립(B1) 다음에 있는 방식으로, 축(X-X)을 따라 직접 서로 나란히 배치된다. 더욱이, 다른 층(L)의 스트립(B1)은 축(Z-Z)을 따라 서로 중첩되고, 이들 층의 스트립(B2) 또한 축(Z-Z)을 따라 서로 중첩되는데, 다시 말해, 축(Z-Z)을 따라 한 층(L)의 한 스트립(B1) 위에는 다음 층의 한 스트립(B1)이 배치되며, 이는 스트립(B2)에 대해서도 마찬가지다.
비한정적인 예로서, 스트립(B1)은 구리 또는 구리계 합금, 예컨대 CuZn2으로 만들어지고, 스트립(B2)은 티타늄 또는 티타늄계 합금, 예컨대 TA6V로 만들어진다. 따라서 스트립(B2)의 열전도율은 스트립(B1)의 것 보다 약 50 배 작다. 이 예에서, 스트립(B1)은 전도성 스트립으로 설명될 수 있고, 스트립(B2)은 절연성 스트립으로 설명될 수 있다. 스트립(B1)과 스트립(B2)을 각각 만들기 위해 각각 선택되는 2개의 상이한 금속이 무엇이든 상관 없이, 본체(201)는, 중첩 층(L) 내에서의 이들 스트립의 배치로 인해, 본체(201)에 대해 이방성 열전도율을 가짐을 이해할 것이다. 특히, 본체(201)에 대해, 2개의 상이한 열전도율, 즉, 층(L)에서 스트립(B1, B2)이 교번하는 방향에 평행한, 다시 말해, 축(X-X)에 평행한 열전도율에 대응하는 길이 방향 열전도율, 및 층(L)에서 스트립(B1, B2)이 교번하는 방향에 수직인, 다시 말해, 축(Y-Y)에 평행한 열전도율에 대응하는 횡방향 열전도율을 정의할 수 있다.
본체(101)와 유사하게, 본체(201)의 층(L)은 채널(C) 및 채널(C') 둘 다를 형성하도록 배치된다.
채널(C)에 대해서는, 특히 도 2 및 3과 관련하여 열교환기(101)에 대해 앞에서 주어진 상세한 설명을 참조하면 된다. 따라서, 동일한 참조 번호를 재사용하여, 도 12 및 13에 도시되어 있는 바와 같이, 열교환기(200)의 각 채널(C)은 본체(201)의 층(L) 중에서 직접 서로 중첩되어 전체적으로 3개의 층으로 형성되며, 따라서 각 채널(C)은,
- 제 1 층(L1.C)의 면(F.L1.C) 및 제 2 층(L2.C)에 의해 제 1 층(L1.C)으로부터 분리되는 제 2 층(L3.C)의 면(F.L3.C), 및
- 층(L2.C)의 가장자리(E1.L2.C, E2.L2.C)
만으로 범위가 정해진다.
열교환기(200)의 채널(C)에 대한 면(F.L1.C, F.L3.C) 및 가장자리(E1.L2.C, E2.L2.C)에 대한 기하학적 특성은 열교환기(100)의 채널(C)에 대한 위에서 주어진 것과 동일하다. 반대로, 열교환기(200)의 각 층(L)의 스트립(B1, B2) 모두는 축(Y-Y)을 따라 길이 방향으로 연장되어 있으므로, 열교환기(200)에 대해서는 이들 면 및 이들 가장자리의 조성은 다르다. 보다 구체적으로, 열교환기(200)의 각 채널(C)의 면(F.L1.C, F.L3.C) 각각은, 대응하는 층(L1.C, L3.C)의 스트립(B1, B2)의 길이 방향 부분들이 축(X-X)을 따라 연속적으로 있음으로해서 형성된다. 더욱이, 각 채널(C)에 대해, 이 채널과 관련된 층(L2.C)의 제 1 스트립(B1)과 제 2 스트립(B2) 각각은, 도 13에 명확히 나타나 있는 바와 같이, 채널(C)의 범위를 정하는 가장자리(E1.L2.C, E2.L2.C)를 형성하도록 그의 길이를 따라 국부적으로 단절되어 있다.
각 채널(C)을 타이트하게 하고 또한 그 채널의 내압성을 보장하고자 하는 위에서 언급된 것들과 유사한 고려 사항에 따라, 각 채널(C)의 층(L2.C)의 스트립(B1, B2)은, 열교환기(100)에 대해 전술한, 동일한 참조 번호를 갖는 융접 영역과 유사한 융접 영역(Z1.C, Z2.C, Z3.C, Z4.C)에 걸쳐 대응하는 층(L1.C) 및 대응하는 층(L3.C)에 융접 용접된다. 열교환기(200)에 특정적인 한 유리한 선택적인 방안에 따르면, 각 채널(C)과 관련된 층(L2.C)의 스트립(B1) 각각은, 한 채널(C)에 대해 도 13에서 명확히 볼 수 있는 바와 같이, 축(Z-Z)을 따라 층(L2.C)의 고려되는 스트립(B1)과 중첩되는 관련된 층(L1.C, L3.C)의 각각의 제 1 스트립(B1)과 완전히 융접 용접되며, 이는 각 채널(C)의 층(L2.C)의 각 스트립(B2)에 대해서도 마찬가지임을 이해할 것이며, 이렇게 해서, 축(Z-Z)을 따른 스트립(B1) 사이의 야금학적 연속성 및 스트립(B2) 사이의 야금학적 연속성이 개선된다.
열교환기(200)의 각 채널(C')에 대해, 열교환기(100)의 채널(C')의 경계 획정에 대해 위에서 주어진 설명을 또한 참조하면 된다. 특히, 도 13에 비추어, 열교환기(200)의 각 채널(C')은 채널(C)의 범위를 정하는 중첩 층 모두의 스트립(B1, B2)에 의해 범위가 정해짐을 이해할 것이다.
열교환기(100)의 본체(201)의 층(L) 각각에서 스트립(B1, B2)이 교번적으로 있고 채널은 이 교번 방향을 따라 길이 방향으로 연장되어 있기 때문에, 열교환기(200)의 길이 방향 열전도율은 제한되며, 동시에, 이 열교환기의 횡방향 열전도율은 증가된다. 이렇게 해서, 고온원과 저온원 사이에서 열교환기(200)를 통한 열 누출이 실질적으로 감소되고, 그래서 동시에, 열교환기의 유출성과 확산성이 높게 된다. 열교환기(200)와 같은 재생형 열교환기의 경우에 현저한 이들 이점은, 열교환기(100)에 대해 위에서 상세히 설명한 채널(C)의 흥미로운 기하학적 특성, 특히, 높은 열교환 표면/열교환 부피와 관련이 있다.
열교환기(200)를 제조하기 위해, 열교환기(100)의 경우와 정확히 유사하게, 부가 제조법을 실행할 수 있다. 열교환기(200)를 제조하기 위한 그러한 방법의 일 예를 이제 도 14 내지 20에 비추어 설명할 것이다.
도 14에 나타나 있는 바와 같이, 방법의 제 1 단계는 제 1 층(l1)을 배치하는 것이며, 이 층에서, 위에서 언급된 제 1 금속으로 만들어진 스트립(b1-1, b1-2 등)이 위에서 언급된 제 2 금속으로 만들어진 스트립(b2-1, b2-2 등)과 교번으로 있다. 층(l1)은 평평한 금속 기재(P) 상에 배치되며, 이 기재는 축(Z-Z)에 수직하게 배향되며 또한 실제로 실질적으로 수평이다. 각 스트립은 축(Y-Y)을 따라 길이 방향으로 연장되고 약 2 mm x 0.1 mm의 직사각형 단면을 갖는다. 도 14에 나타나 있는 바와 같이, 스트립(b1-1, b2-1, b1-2, b2-2, b1-3 등)은, 적절한 수단에 의해, 특히, 용접부(z1, z2 등)에 의해 기재 상에서 제자리에 유지되면서, 추가 금속 없이 축(X-X)을 따라 서로에 대해 직접 나란히 배치된다.
도 15는 이 제 1 단계의 일 변형 실시 형태를 도시한다. 이 변형예에 따르면, 층(l1)의 스트립의 측방 테두리가 도 14에서 처럼 축(X-X)을 따라 서로에 대해 직접 나란히 배치되지 않고, 각 스트립의 측방 주변은, 축(Z-Z)을 따라, 이 주변을 따라 연장되어 있는 인접 스트립과 겹쳐 배치된다. 스트립 사이의 이 주변 겹침은, 제 1 금속으로 만들어진 스트립과 제 2 금속으로 만들어진 스트립의 각각의 금속 사이의 야금학적 연속성을 개선하기 위한 것이다.
도 16에 도시되어 있는 제 2 단계 동안에, 층(l1)의 스트립의 세트는 기재(P)와 융접 용접된다. 이 단계에 대한 실시 상세는 독자가 참조할 수 있는 WO2017/121746에 기재되어 있다.
도 17에 나타나 있는 제 3 단계 동안에, 층(l1)의 상면은 마멸, 기계 가공 또는 레이저 삭마로 작용하는 특별한 공구(T)를 사용하여 재료 제거로 평탄하게 된다. 여기서도, 이 단계의 실행에 대한 상세는 WO2017/121746에 주어져 있다.
도 18에 도시되어 있는 다음 단계 동안에, 스트립(b1-1, b2-1, b1-2, b2-2, 등)의 새로운 층(l2)이 층(l1) 위에 배치되어, 스트립은 축(Y-Y)을 따라 길이 방향으로 연장되어 있고 제 1 금속으로 만들어진 층(l2)의 스트립(b1-1, b1-2 등)이 배치되어 층(l1)의 스트립(b1-1, b1-2 등)과 융접 용접되고, 제 2 금속으로 만들어진 층(l2)의 스트립(b2-1, b2-2 등)이 배치되어 층(l1)의 스트립(b2-1, b2-2 등)과 융접 용접된다. 층(l1, l2)의 중첩되는 스트립 사이의 이들 배치와 융접 용접 작업은 WO2017/121746에 상세히 설명되어 있다. 물론, 층(l1) 상에 층(l2)이 배치되는 것은, 도 15에 따른 변형예에 따라 이루어질 수 있다.
여러 개의 다른 층들이 배치되고 융접 용접될 수 있으며, 새롭게 배치되는 각 층의 상면은, 도 17 및 18에 각각 도시되어 있는 단계의 반복을 받으면서, 다음 층의 배치 전에 재료의 제거로 평탄하게 된다. 일 예로, 5개의 층(l1 - l5)이 서로 차례 대로 형성되며, 그렇게 중첩된 5개의 층은 도 19에 나타나 있다. 도 19에 도시되어 있는 단계를 실시하기 전에, 층(l5)의 상면은 도 17에서 설명된 것과 유사한 리서피싱 단계 동안에 특히 공구(T)를 사용하여 재료의 제거로 평탄하게 된다.
도 19에 도시되어 있는 단계 동안에, 층(l5) 위에 새롭게 만들어지는 층(l6)의 스트립(b1-1, b2-1, b1-2, b2-2 등)은, 층(l2)에 대해 도 18에 도시되어 있는 단계와 유사하게, 층(l5) 위에 배치되고 이 층(l5)과 융접 용접된다. 새로운 층(l7)을 배치하는 것으로 이루어지는 도 20에 나타나 있는 단계로 가기 전에, 층(l6)의 스트립의 상면은 여기서도 특히 공구(T)를 사용하여 재료의 제거로 평탄하게 되며, 추가로, 층(l6)의 스트립(b1-1, b2-1, b1-2, b2-2 등) 각각은, 도 19에 나타나 있는 바와 같이, 스트립을 따른 여러 레벨에서 그의 길이를 따라 국부적으로 단절되어 있다. 이를 위해, 하나 또는 여러 개의 기계 가공 공구(U)가 재료의 제거로 스트립의 대응하는 단절을 기계 가공하기 위해 층(l6)에 가해진다. 길이를 따라 국부적으로 만들어지는 스트립의 이들 단절은 축(X-X)을 따라 행해져, 이들 스트립에서, 일부 채널(C)을 형성하기 위한 채널(c1, c2, c3, c4)의 각각의 가장자리 및 한 채널(C')을 형성하기 위한 채널(c'1)의 각각의 가장자리의 범위를 정하게 된다.
층(l6)에서 범위가 정해지는 채널(c1, c2, c3, c4) 중의 적어도 하나에 대한 기계 가공이 완료되면, 층(l7)이 층(l6) 위에 배치되어 융접되며, 이로써, 이들 채널(c1, c2, c3, c4)의 범위가 정해지는 것이 마무리된다. 도 20에 도시되어 있는 바와 같이, 채널(c'1)에서 길이를 따라 이 층(l7)의 각 스트립을 국부적으로 단절하여, 이 층(l7)이 또한 재료의 제거로 기계 가공되어, 그에 있는 채널(c'1)의 가장자리의 범위가 정해진다. 실제로, 채널(c'1)을 만들기 위한 층의 기계 가공은 방금 설명한 것과 다른 순간에 행해질 수 있다.
모든 경우에, 채널(C, C')의 범위를 정하는 것에 대한 명세에 대해 앞에서 주어진 설명을 고려하여, 도 19 및 20과 관련하여 위에서 설명한 작업을 반복하여, 본체(201)에서 채널(C, C')의 범위를 정하는 중에, 열교환기(200)의 본체(201)의 모든 층(L)을 만들 수 있다.
Claims (14)
- 열교환기(100; 200)로서,
유체의 순환을 위한 채널(C)을 포함하고, 이 채널은 채널의 각각의 양 단부 사이에서 제 1 축(X-X)을 따라 길이 방향으로 연장되어 있고, 상기 채널에서 유체는 상기 제 1 축을 따라 상기 단부 사이에서 흐르고, 상기 열교환기는 평평한 복수의 층(L)을 포함하고, 이들 층은, 층의 각각의 평면에 수직이고 또한 상기 제 1 축(X-X)에 수직인 제 2 축(Z-Z)을 따라 서로에 중첩되고,
상기 복수의 층의 각 층은, 동일한 층의 스트립 모두는 제 2 축(Z-Z)에 수직인 방향을 따라 길이 방향으로 연장되어 있고 또한 반드시 접촉할 필요는 없이, 고려되는 층의 평면에서 서로에 인접하도록, 금속 스트립(B; B1, B2)으로 구성되며, 복수의 층의 각 층의 스트립 각각은 상기 제 2 축(Z-Z)을 따른 대응하는 층의 전체 두께를 점유하며,
상기 채널(C) 각각은 복수의 층 중의 제 1, 제 2 및 제 3 층에 의해 함께 형성되며, 각 채널과 관련된 제 2 층(L2.C)은, 제 2 축(Z-Z)을 따라, 이 채널과 관련되어 있는 제 1 층(L1.C)과 제 3 층(L3.C) 사이에 직접 삽입되며, 그래서 각 채널은,
- 이 채널과 관련되어 있고, 상기 제 2 축(Z-Z)을 따라, 이 채널과 관련되어 있는 제 2 및 제 3 층 쪽을 향하는 제 1 층의 면(F.L1.C),
- 이 채널과 관련되어 있고, 상기 제 2 축을 따라, 이 채널과 관련되어 있는 제 1 및 제 2 층 쪽을 향하는 제 3 층의 면(F.L3.C), 및
- 이 채널과 관련되어 있고, 상기 제 1 축(X-X)에 평행하게 또한 이 제 2 층의 평면에 대해 횡으로 배치되는 제 2 층의 가장자리(E1.L2.C, E2.L2.C)
에 의해 범위가 정해지며,
이들 가장자리는 이 제 2 층의 스트립(B1.L2.C, B2.L2.C; B1, B2)으로 형성되고, 이들 스트립은, 채널의 전체 길이에 걸쳐 채널의 양 단부 사이에서 연속적으로 연장되어 있고 또한 제 1 및 제 2 축에 수직인 제 3 축(Y-Y)을 따라 채널의 양측에 위치되는 융접 영역(Z1.C, Z2.C, Z3.C, Z4.C)에 걸쳐, 이 채널과 관련되어 있는 제 1 및 제 3 층에 융접 용접되는, 열교환기. - 제 1 항에 있어서,
각 채널(C)과 관련되어 있는 제 2 층(L2.C)은, 0.1 mm 이하의 두께를 가지며, 각 채널과 관련되어 있는 가장자리(E1.L2.C, E2.L2.C)는 제 3 축(Y-Y)을 따라 1 mm로 또는 1 mm 미만으로 떨어져 있는, 열교환기(100; 200). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
각 채널(C)과 관련되어 있는 상기 제 1 층(L1.C)의 면(F.L1.C) 및 제 3 층(L3.C)의 면(F.L3.C)은 0.8 ㎛ 이하의 표면 거칠기(Ra)를 갖는, 열교환기(100; 200). - 제 3 항에 있어서,
각 채널(C)과 관련되어 있는 가장자리(E1.L2.C, E2.L2.C)는 0.8 ㎛ 이하의 표면 거칠기(Ra)를 갖는, 열교환기(100; 200). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
각 채널(C)과 관련되어 있는 상기 제 1 층(L1.C)의 면(F.L1.C)과 제 3 층(L3.C)의 면(F.L3.C) 및 이 채널과 관련되어 있는 가장자리(E1.L2.C, E2.L2.C)는 0.3 ㎛ 이하의 표면 거칠기(Ra)를 갖는, 열교환기(100; 200). - 제 1 항에 있어서,
상기 채널은 제 1 유체의 순환을 위한 제 1 채널(C)이고,
각 제 1 채널(C)에 대해, 제 2 층에서 제 1 채널의 범위를 정하는 가장자리(E1.L2.C, E2.L2.C)를 형성하는, 이 제 1 채널과 관련되어 있는 제 2 층(L2.C)의 스트립은, 상기 제 1 축(X-X)을 따라 또한 이 제 3 축(Y-Y)을 따른 제 1 채널의 양 측에서 각각 길이 방향으로 연장되어 있는 제 1 스트립(B1.L2.C)과 제 2 스트립(B2.L2.C)이고,
상기 열교환기(100)는 제 2 유체의 순환을 위한 적어도 하나의 제 2 채널(C')을 포함하고,
상기 제 2 채널은 제 2 채널의 각각의 양 단부 사이에서 상기 제 1 축(X-X)을 따라 길이 방향으로 연장되어 있고,
상기 채널에서 상기 제 2 유체는 제 1 축을 따라 제 2 채널의 단부 사이에서 흐르며,
상기 제 2 채널은, 제 1 채널(C)의 적어도 일부와 관련되어 있는 제 2 층(L2.C)의 제 1 또는 제 2 스트립(B1.L2.C, B2.L2.C)에 의해 부분적으로 범위가 정해지면서, 제 2 축(Z-Z)을 따른, 제 1 채널(C)의 적어도 일부와 동일한 높이에 배치되는, 열교환기(100). - 제 6 항에 있어서,
각 제 1 채널(C)에 대해, 이 제 1 채널과 관련되어 있는 제 1 층(L1.C)의 면(F.L1.C)은 이 제 1 층의 스트립(B1.L1.C)으로 형성되고, 이 스트립은 제 1 축(X-X)을 따라 길이 방향으로 연장되어 있고 또한, 제 3 축(Y-Y)을 따라, 대응하는 융접 영역(Z1.C, Z2.C)과 중첩되어 그에 용접되도록 이 제 1 채널의 양측에서 오버플로우하며, 제 2 층(L2.C)의 제 1 및 제 2 스트립(B1.L2.C, B2.L2.C)는 이 제 1 채널과 관련되어 있고,
각 제 1 채널에 대해, 이 제 1 채널과 관련되어 있는 제 3 층(L3.C)의 면(F.L3.C)은 이 제 3 층의 스트립(B1.L3.C)으로 형성되고, 이 스트립은 제 1 축(X-X)을 따라 길이 방향으로 연장되어 있고 또한, 제 3 축(Y-Y)을 따라, 대응하는 융접 영역(Z3.C, Z4.C)과 중첩되어 그에 용접되도록 이 제 1 채널의 양측에서 오버플로우하며, 제 2 층의 제 1 및 제 2 스트립은 이 제 1 채널과 관련되어 있는, 열교환기(100). - 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
각 제 2 채널(C')은 복수의 층(L) 중의 제 1 및 제 2 층과 중첩 층의 그룹으로 함께 형성되며, 이 제 2 채널과 관련되어 있는 상기 중첩 층의 그룹(GL.C')은, 제 2 축(Z-Z)을 따라, 이 제 2 채널과 관련되어 있는 제 1 층(L1.C')과 제 2 층(L2.C') 사이에 직접 삽입되며, 그래서 각 제 2 채널은,
- 이 제 2 채널과 관련되어 있고, 제 2 축을 따라, 제 2 채널과 관련되어 있는 제 3 층 및 중첩 층의 그룹(GL.C') 쪽을 향하는 제 1 층의 면(F.L1.C'),
- 이 제 2 채널과 관련되어 있고, 제 2 축을 따라, 제 2 채널과 관련되어 있는 제 1 층 및 중첩 층의 그룹 쪽을 향하는 제 2 층의 면(F.L2.C'), 및
- 이 제 2 채널과 관련되어 있고, 제 1 축(X-X)에 평행하게 또한 중첩 층의 이 그룹의 층의 각각의 평면에 대해 횡으로 배치되는, 중첩 층의 그룹(GL.C')의 가장자리(E1.GL.C', E2.GL.C')
에 의해 범위가 정해지며,
이들 가장자리는 중첩 층의 그룹의 층의 스트립으로 형성되고, 이 스트립은,
- 상기 제 1 축(X-X)을 따라 길이 방향으로 연장되어 있고,
- 제 2 채널의 전체 길이에 걸쳐 이 제 2 채널의 양 단부 사이에서 연속적으로 연장되어 있고 또한 제 3 축(Y-Y)을 따라 이 제 2 채널의 양측에 위치되는 융접 영역에 걸쳐, 중첩 층의 그룹의 각 층에서, 고려되는 층에 바로 중첩되는 상기 그룹의 층(들)에 융접 용접되거나, 또는 제 1 층 또는 제 2 층에 융접 용접되며, 또한
- 상기 적어도 일부의 제 1 채널(C) 각각의 제 2 층(L2.C)의 제 1 및/또는 제 2 스트립(B1.L2.C, B2.L2.C)을 포함하는, 열교환기(100). - 제 6 항 또는 제 7 항에 따른 열교환기(100)를 제조하기 위한 방법으로서,
열교환기(100)의 복수의 층의 층(L)은, 새롭게 만들어지는 복수의 층의 각 층이, 제 2 축(Z-Z)을 따라, 이전에 만들어진 복수의 층 중의 한 층에 중첩되거나, 이전에 만들어진 이 층이 없는 경우에는, 제 2 축에 수직인 평평한 금속 기재(P)에 중첩되도록, 차례 대로 만들어지며,
각 제 1 채널을 만들기 위해, 다음이 연속적으로 이루어지며, 즉
ⅰ) 이 제 1 채널과 관련되어 있는 제 1 층(L1.C)을 배치한 후에, 이 제 1 층은, 이전에 만들어진 층으로부터 제 2 축(Z-Z)을 따라 멀어지는 쪽을 향하는, 또는 그 층이 없는 경우에는 기재(P)와 마주하는 면에서 평탄하게 되며,
ⅱ) 이 제 1 채널과 관련되어 있는 제 2 층(L2.C)의 제 1 및 제 2 스트립(B1.L2.C, B2.L2.C)은, 제 1 축(X-X)을 따라 그리고 제 3 축(Y-Y)을 따른, 만들어질 제 1 채널의 양측에서 길이 방향으로 연장되어 있으면서, 이 제 1 층에 배치되며, 또한 이들 제 1 및 제 2 층을 위한 융접 영역(Z1.C, Z2.C)에서 이 제 1 층과 융접 용접되며,
ⅲ) 이 제 2 층은 제 1 층으로부터 제 2 축(Z-Z)을 따라 멀어지는 쪽을 향하는 면에서 평탄하게 되고,
ⅳ) 이 제 1 채널과 관련되어 있는 제 3 층은 제 2 층의 제 1 및 2 스트립 상에 배치되며, 또한 제 2 및 제 3 층을 위한 융접 영역(Z3.C, Z4.C)에서 이들 스트립과 융접 용접되고,
상기 제 1 채널의 적어도 일부는, 이전에 만들어진 제 1 채널의 제 3 층을 만들어질 제 1 채널의 제 1 층으로서 사용하고 또한 단계 ⅰ), ⅱ), ⅲ) 및 ⅳ)를 반복하여, 차례 대로 만들어지는, 열교환기를 제조하기 위한 방법. - 제 1 항에 있어서,
각 채널에 대해, 이 채널과 관련되어 있는 제 1 층의 스트립, 이 채널과 관련되어 있는 제 2 층의 스트립, 및 이 채널과 관련되어 있는 제 3 층의 스트립은 제 3 축(Y-Y)을 따라 길이 방향으로 연장되어 있고, 또한 제 1 금속으로 만들어진 제 1 스트립(B1)과 제 2 금속으로 만들어진 제 2 스트립(B2)으로 나누어지고, 상기 제 1 금속은 제 2 금속의 열전도율과 다른 열전도율을 가지며, 이들 제 1 및 제 2 스트립은, 채널과 관련되어 있는 제 1, 제 2 및 제 3 층 각각에서 제 1 축(X-X)을 따라 교번적으로 배치되어 있어, 채널과 관련되어 있는 제 1, 제 2 및 제 3 층의 제 1 스트립(B1)들은 제 2 축(Z-Z)을 따라 중첩되며, 채널과 관련되어 있는 제 1, 제 2 및 제 3 층의 제 2 스트립(B2)들은 제 2 축을 따라 중첩되고,
각 채널에 대해, 이 채널과 관련되어 있는 제 2 층(L2.C)의 제 1 및 제 2 스트립(B1, B2) 각각은, 이 채널의 범위를 정하는 가장자리(E1.L2.C, E2.L2.C)를 형성하도록 그의 길이를 따라 국부적으로 단절되어 있는, 열교환기(200). - 제 10 항에 있어서,
각 채널(C)에 대해,
- 이 채널과 관련되어 있는 제 2 층(L2.C)의 각 제 1 스트립(B1)은 그 채널과 관련되어 있는 제 1 층의 제 1 스트립과 완전히 융접 용접되고, 이 제 1 스트립과 제 2 층의 이 제 1 스트립이 서로 중첩되고, 또한 상기 제 2 층의 제 1 스트립은 제 3 층(L3.C)의 제 1 스트립과 완전히 융접 용접되며, 이 제 1 스트립과 제 2 층의 이 제 1 스트립이 서로 중첩되며, 그래서 제 1 및 제 2 층을 위한 융접 영역(Z1.C, Z2.C)이 형성되고,
- 이 채널과 관련되어 있는 제 2 층의 각 제 2 스트립(B2)은 이 채널과 관련되어 있는 제 1 층의 제 2 스트립과 완전히 융접 용접되고, 이 제 2 스트립과 제 2 층의 이 제 2 스트립이 서로 중첩되고, 또한 상기 제 2 층의 제 2 스트립은 이 채널과 관련되어 있는 제 3 층의 제 2 스트립과 완전히 융접 용접되며, 이 제 2 스트립과 제 2 층의 이 제 2 스트립이 서로 중첩되며, 그래서 제 2 및 제 3 층을 위한 융접 영역(Z3.C, Z4.C)이 형성되는, 열교환기(200). - 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 채널은 유체의 순환을 위한 제 1 채널(C)이고,
상기 열교환기(200)는 열절연을 위한 적어도 하나의 제 2 채널(C')을 더 포함하고,
상기 제 2 채널은 이 제 2 채널의 각각의 양 단부 사이에서 상기 제 1 축(X-X)을 따라 길이 방향으로 연장되어 있고,
상기 제 2 채널에 열절연제가 수용되어 있으며,
상기 제 2 채널은, 적어도 일부의 제 1 채널의 제 1, 제 2 및 제 3 층의 제 1 및 제 2 스트립(B1. B2)에 의해 범위가 정해지면서, 제 2 축(Z-Z)을 따른, 제 1 채널(C)의 적어도 일부와 동일한 높이에 배치되는, 열교환기(200). - 제 10 항 또는 제 11 항에 따른 열교환기(200)를 제조하기 위한 방법으로서,
상기 열교환기(200)의 복수의 층의 층은, 새롭게 만들어지는 복수의 층의 각 층이, 제 2 축(Z-Z)을 따라, 이전에 만들어진 복수의 층 중의 한 층에 중첩되거나, 또는 이전에 만들어진 이 층이 없는 경우에는, 제 2 축에 수직인 평평한 금속 기재(P)에 중첩되도록 차례 대로 만들어지며,
각 채널을 만들기 위해, 다음이 연속적으로 이루어지며, 즉
ⅰ) 이 채널과 관련되어 있는 제 1 층(L1.C)의 제 1 및 제 2 스트립(B1, B2)을 배치한 후에, 이 제 1 층은, 이전에 만들어진 층으로부터 제 2 축(Z-Z)을 따라 멀어지는 쪽을 향하는, 또는 그 층이 없는 경우에는 기재(P)와 마주하는 면에서 평탄하게 되며,
ⅱ) 제 1 및 제 2 층을 위한 융접 영역(Z1.C, Z2.C)을 형성하면서, 이 채널과 관련되어 있는 제 2 층(L2.C)의 제 1 스트립(B1)은 이 제 1 층의 제 1 스트립 상에 배치되어 그와 융접 용접되고, 또한 이 제 2 층의 제 2 스트립(B2)은 이 제 1 층의 제 2 스트립 상에 배치되어 그와 융접 용접되며,
ⅲ) 이 제 2 층은 이 제 1 층으로부터 제 2 축을 따라 멀어지는 쪽을 향하는 면에서 평탄하게 되고, 또한 만들어질 채널은, 이 제 2 층의 제 1 및 제 2 스트립(B1, B2) 각각을 그의 길이를 따라 국부적으로 단절함으로써, 이 제 2 층에서 재료의 제거로 기계 가공되며,
ⅳ) 제 2 및 제 3 층을 위한 융접 영역(Z3.C, Z4.C)을 형성하면서, 이 채널과 관련되어 있는 제 3 층의 제 1 스트립(B1)은 이 제 2 층의 제 1 스트립 상에 배치되어 그와 융접 용접되고, 또한 이 제 3 층의 제 2 스트립(B2)은 이 제 3 층의 제 2 스트립 상에 배치되어 그와 융접 용접되고,
채널(C)의 적어도 일부는, 이전에 만들어진 채널의 제 3 층을 만들어질 채널의 제 1 층으로서 사용하고 또한 단계 ⅰ), ⅱ), ⅲ) 및 ⅳ)를 반복하여, 차례 대로 만들어지는, 열교환기를 제조하기 위한 방법. - 제 13 항에 있어서,
단계 ⅱ) 및 ⅳ) 동안에, 상기 제 1 스트립(B1)과 제 2 스트립(B2)은, 각 스트립의 측방 주변이, 제 2 축(Z-Z)을 따라, 이 측방 주변을 따라 연장되어 있는 스트립과 겹치도록 배치되는, 방법.
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