KR20010015811A

KR20010015811A - 열교환기

Info

Publication number: KR20010015811A
Application number: KR1020007005129A
Authority: KR
Inventors: 마틴 부스; 배리 보기; 에드워드로드니 벨돈
Original assignee: 마르코니 커뮤니케이션즈 인코포레이티드
Priority date: 1997-11-12
Filing date: 1998-11-12
Publication date: 2001-02-26
Also published as: EP1029215A1; WO1999024772A1; AU1044499A; BR9814170A; CA2309862A1; GB9723812D0

Abstract

열교환기는 다수의 판(10A)으로 구성된다. 다른 하나에 하나가 적층될 때, 다수의 적층가능한 판(10A)은 판(10A)의 한 면을 유동하는 유체 및 동일한 판(10A)의 다른 한 면을 유동하는 유체 사이에 열교환을 하도록 하는 인접 판(10A) 사이의 유체 채널을 형성하고, 판(10A)이 적층될 때 변부(32,34,36,38) 사이의 밀봉을 형성하도록, 인접 판(10A)의 변부 영역에 대한 대응 쌍에 구성된 상호연결 수단(3A,3B)과 연결하기 위해, 각 판(10A)은 한 쌍 이상의 대향 변부 영역(32,34,36,38)에 구성된 상호연결 수단(3A,3B)으로 구성된다.

Description

열교환기{HEAT EXCHANGER}

판 열교환기는 4면을 가진 다수의 얇은 판으로 구성된다. 판은 3차원 구조를 형성하도록 적층되고, 상기 3차원 구조에서 차가운 외부 공기 및 따뜻한 배출 공기는 열교환하도록 각 판의 대향면을 횡단한다. 판의 한 면에 대한 차가운 공기 유동은 판의 다른 면을 가로지르는 따뜻한 공기 유동과 대략 직각을 이룬다. 적층구조의 한 면 아래로 판의 변부는 서로 쌍으로 밀봉된다. 인접 면에서, 판의 변부가 쌍으로 밀봉되고, 하나의 판이 적층구조의 한 면에 구성된 한 변부를 따라 상기 판의 상부 인접 판에 밀봉되는 위치에, 상기 판이 적층구조의 인접 면에 구성된 다른 변부를 따라 상기 판의 하부 인접 판에 밀봉되도록 배열된다. 상기는 각 판의 대향면에서 따뜻한 공기와 차가운 공기의 직교류(cross flow)를 가능하게 하고, 두 유동은 혼합되지 않는다.

열교환기 판은 양호한 열 전도체인 알루미늄 또는 동과 같은 금속으로 형성된다. 그러나, 상기 금속 판은 제작 비용이 고가이고, 열교환기용 적층구조로 조립하기에 어려우며, 그 이유는 판 변부의 교대 쌍에 대한 변부 사이의 밀봉을 형성해야 하기 때문이다. 상기는 길고 불편한 단계를 유발시킨다. 또한, 상기 판은 부식되기 쉬우며, 무거운 중량을 가질 수 있다.

플라스틱 판이 부식 문제를 해결하기 위해 개발되었다. 상기 플라스틱 판도 또한 조립하기에 어렵고 시간이 소요된다. 플라스틱이든 금속이든 판은 직교류가 가능하도록 변부를 밀봉하기 위해 용접되거나 접착된다. 때때로 분리 클램프(clamp) 및 밀봉 가스켓과 같은 밀봉 수단이 사용된다. 그럼에도 불구하고, 상기 구성은 만족스럽지 못하고, 그 이유는 필요한 밀봉과 함께 판을 적층구조에 조립하는데 소요되는 시간 때문이다.

따라서 본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하는 것이다.

본 발명은 판형 열교환기 및 다수의 열교환기용 판에 관한 것이다. 본 발명은 특히 전기 장치 캐비넷(cabinet)에 공기와 같은 냉각 유체를 공급하기 위한 열교환기에 관한 것이다.

본 발명은 첨부 도면을 참고로 기술될 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 열교환기 판의 개략적인 평면도.

도 2 는 도 1 의 판과 유사한 다수의 판에 의해 형성된 적층구조의 면에 대한 개략적인 분해 단면도.

도 3 은 도 1 의 판과 유사한 판의 적층구조에 대한 변부를 따라 중간에서 바라 본 개략적인 상세 단면도.

도 4 는 본 발명의 선호되는 실시예에 따른 개선된 제 1 판 및 제 2 판의 적층구조에 대한 변부를 따라 중간에서 바라 본 개략적인 상세 단면도. 점선은 하나의 판의 선택적인 개선 변형을 나타낸다.

도 5A 내지 5C 는 본 발명에 따른 인접 판의 변부 영역에 구성된 개선된 리지를 통한 개략적인 분해 단면도. 리지는 도 5B 내지 5D 에 도시된 바와 같이 서로 스냅 조립되도록 적용된다.

도 6 은 개선된 제 1 열교환기 판의 개략적인 사시도. 삽입부는 상기 제 1 판의 인접 변부를 단면으로 나타낸다.

도 7 은 제 2 열교환기 판의 개략적인 사시도.

도 8 은 도 7 의 판(10B) 상단에 구성된 도 6 의 판(10A)에 대한 모서리 영역을 화살표(110)의 방향으로 바라 본 측면도.

도 9 는 도 7 의 판(10B) 상단에 구성된 도 6 의 판(10A)에 대한 모서리 영역을 화살표(120)의 방향으로 바라 본 측면도.

도 10 은 공기 유동 채널(60)을 나타내는 직립부(45)의 상세 사시도.

*부호 설명

1...판 2,26...중앙 영역

3,3A,3B...리지 4,40,45,50,60...직립부

10A,10B...열교환기 판 20...요홈

22...돌출부 27A,27B...중간 영역

28...벽 32,34,36,38...변부

본 발명의 제 1 관점에 따라, 열교환기용 다수의 적층가능한 판이 구비되고. 다른 하나에 하나가 적층될 때, 상기 판은 판의 한 면을 유동하는 유체 및 동일한 판의 다른 한 면을 유동하는 유체 사이에 열교환을 하도록 하는 인접 판 사이의 유체 채널을 형성하며, 판이 적층될 때 변부 사이의 밀봉을 형성하도록, 인접 판의 변부 영역에 대한 대응 쌍에 구성된 상호연결 수단과 연결하기 위해, 각 판은 한 쌍 이상의 대향 변부 영역에 구성된 상호연결 수단으로 구성된다.

하나 또는 두 유체는 공기와 같은 기체인 것이 선호된다

판이 적층될 때, 하나의 판의 대향면에서 유체 유동의 방향이 교차되도록, 상호연결 부재가 배열되는 것이 선호된다.

상호연결 수단은 변부 영역을 따라 연장구성된 연장 부재로 구성되는 것이 선호된다.

한 쌍 이상의 대향 변부 영역은 하나 이상의 판에 대한 중앙 영역에 대해 더 높은 높이에서 이탈되어 구성되는 것이 선호된다.

한 쌍 이상의 대향 변부 영역은 하나 이상의 판에 대한 중앙 영역에 대해 더 낮은 높이에서 이탈되어 구성되는 것이 선호된다.

다른 모든 판은 변부 영역을 가지고, 상기 변부 영역은 판의 중앙 영역과 동일한 높이에 구성되는 것이 선호된다.

각 판은 동일한 것이 선호된다. 다른 실시예에서, 다른 모든 판은 동일할 수 있고, 두 종류의 판이 구성된다.

상호연결 수단은 변부 영역을 따라 리지(ridge)로 구성되고, 판이 적층될 때 상기 변부 영역을 따라 판 사이에 밀봉이 형성되도록, 인접 판의 대응 리지를 수용하기 위한 다른 한 표면의 요홈을 형성하기 위해, 상기 리지는 한 표면으로부터 돌출되어 구성되는 것이 선호된다.

각 판의 각 변부 영역은 상기 각 변부 영역을 따라 하나 이상의 상기 리지로 구성되는 것이 선호된다.

하나 이상의 변부 영역은 서로로부터 이격된 2개 이상의 리지로 구성되는 것이 선호된다.

각 리지는 동일한 단면을 가지는 것이 선호된다. 단면은 리지를 따라 일정한 것이 선호된다. 리지의 단면은 직사각형 또는 정사각형인 것이 선호된다. 리지의 최상부면에 대한 폭은 리지의 밑면에 대한 폭보다 큰 것이 선호된다. 예를 들어, 리지의 최상부면이 리지의 밑면보다 더 폭이 넓도록, 리지의 측면이 판에 대해 반대 방향으로 각도를 이루며 구성될 수 있다. 상기 측면은 직선일 수 있다. 한 실시예에서, 리지의 최상부면 및 측면 사이의 접합부에 립(lip)이 형성될 수 있고, 립은 리지의 측면으로부터 측면으로 연장구성된다. 인접 판의 리지에 대한 탄성으로 인해, 하나의 리지가 인접 판의 리지로 스냅 조립(snap-fit)되도록 하는 것이 선호된다.

각 판의 한 쌍 이상의 대향 변부 영역은, 판의 표면에 구성된 상호연결 수단이 변부 영역의 상기 표면에 인접한 판에 구성된 대응 상호연결 수단과 연결되는 것을 방지하기 위해, 변부 영역의 한 표면으로부터 돌출된 돌출부로 구성되는 것이 선호된다.

두 리지 형태로 하나 이상의 변부 영역에 구성된 상호연결 수단이 구비되고, 돌출부는 리지 사이에 구성되는 것이 선호된다.

인접 판의 대응 모서리 구조와 연결하기 위해, 각 판의 하나 이상의 모서리는 상호연결 모서리 구조를 가지는 것이 선호된다. 모서리 구조는 판의 한 표면에 구성된 돌출 부재 및 판의 다른 한 표면에 구성된 요홈으로 구성되는 것이 선호된다. 모서리 구조는 클램프 등과 같은 내측 또는 외측 부품을 통하여 판을 구속하기 위한 수단을 제공한다.

판의 중앙 영역은 다수의 직립부를 포함하는 것이 선호된다. 직립부는 판의 한 면으로부터 돌출되고, 판의 다른 한 면으로부터 돌출된 직립부도 구비될 수 있다. 판이 적층될 때, 적어도 직립부의 일부는 적층구조에서 판의 중앙 영역에 대한 분리보다 더 낮은 것이 선호된다. 하나 이상의 직립부는 최상부면을 가로질러 요홈으로 구성되고, 상기 최상부면은 유체가 요홈을 통하여 유동되도록 배열되는 것이 선호된다. 길이가 긴 요홈의 깊이는 일부 직립부의 높이와 동일한 것이 선호된다. 직립부는 판의 부분을 형성할 수 있고, 예를 들어 상기 직립부는 판을 가압함으로써 형성될 수 있다. 또는, 직립부는 접착 또는 용접 등에 의해 판에 부착될 수 있다.

대향 변부 영역은 서로 평행인 것이 선호된다.

다른 관점에 따라, 본 발명에 따라 다수의 판으로 구성된 열교환기가 구비된다. 열교환기는 다수의 동일한 판으로 구성되는 것이 선호된다.

본 발명의 제 2 관점에 따라, 열교환기용 다수의 적층가능한 판이 구비되고, 다른 하나에 하나가 적층될 때, 상기 판은 판의 한 면을 유동하는 유체 및 동일한 판의 다른 한 면을 유동하는 유체 사이에 열교환을 하도록 하는 인접 판 사이의 유체 채널을 형성하며, 변부 사이의 밀봉을 형성하기 위해, 각 판은 한 쌍 이상의 대향 변부 영역에서 인접 판의 변부 영역에 대한 대응 쌍에 용접된다. 용접부는 초음파 용접에 의해 형성되는 것이 선호된다. 판은 폴리머(polymer) 재료로 제작되는 것이 선호된다.

열교환기 판은 플라스틱 또는 공업용 폴리머로 구성될 수 있다. 상기 판은 매우 저렴하여, 상기 판은 정기적으로 간단하게 새로운 판으로 교체될 수 있다. 판은 폴리머 및 금속의 합금(철 또는 비철이든 간에), 또는 플라스틱 합금, 또는 금속, 또는 상기 플라스틱 합금 및 금속의 조합이 될 수 있다.

도 1 은 본 발명의 원리에 따른 기본적인 열교환기 판을 나타낸다. 상기 실시예에서, 중앙 영역(2)은 단면이 정사각형인 연속 리지(ridge)(3)에 의해 구성된다. 판(1)은 사출성형으로 형성되고, 리지(3)는 요홈이 판(1)의 후방으로 가압될 때 형성된다. 리지(3)의 두 대향면(3A)은 상기 대향면(3A)의 길이를 따라 대략 일정한 높이에 구성된다.

두 잔여면(3B)은 필러(pillar) 또는 돌출부(4)를 가지고, 상기 필러 또는 돌출부(4)는 사출성형 중 가압된다. 필러(4)는 면(3B)을 따라 이격되어 구성된다. 필러(4)가 형성되는 리지보다 높이가 더 높은 상기 필러(4)는, 판이 열교환기를 형성하기 위해 서로 적층될 때, 인접 판의 상응하는 리지로부터 하나의 판의 리지를 이격시키는 역할을 한다.

상기는 도 2 에 명확하게 도시되어 있고, 일련의 동일한 판(201 내지 206)이 분해 단면도로 도시되며, 모든 판은 상기 판의 인접 판에 대해 90°회전되어 구성된다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 최하부 판(201)은 상기 판(201)의 최외측 변부에 구성된 직립 필러(4)를 가지고, 직립 필러는 리지(3B)보다 높이가 더 높아, 판(202)의 상응하는 변부에 대한 리지(3A)의 밑면이 리지(3B)에 구성되는 것을 방지한다.

하부 판(201)의 외측 변부 사이의 중간에 리지(3A)가 구성되고, 상기 리지(3A)는 필러(4)를 가지지 않는다. 따라서, 판이 서로 적층될 때, 판의 면에서 밀봉을 형성하기 위해 요홈은 판(202)의 리지(3B) 후방에서 리지(3A) 위로 구성된다.

유사하게 외측 변부에서 다음 쌍의 판(202,203)에 대해, 판이 적층될 때, 리지(3A)는 판의 리지(3B) 후방에 구성된 요홈내로 구성된다. 그러나, 판(202)의 후방 변부에서 리지(3B)를 가로질러 중간에 구성된 두 필러(4)는 판(203)의 리지(3A)가 판(202)의 리지(3B) 위로 구성되는 것을 방지한다. 상기 방법으로, 각 판의 각 변부는 적층구조의 하나의 인접 판에 대한 상응하는 변부 영역과 밀봉을 형성하나, 적층구조의 다른 하나의 인접 판과는 밀봉을 형성하지 않는다.

상기는 도 3 에 명확하게 도시되고, 4개 판(101,102,103,104)의 적층구조에 대한 중간 부분을 통하여 측면 단면도가 도시된다. 판(101)의 최외측 변부는 리지(3A)를 형성한다. 리지(3A)는 판(102)의 리지(3B) 후방에 형성된 요홈내로 구성된다. 그러나, 리지(3B)는 또한 이격된 직립 돌출부(4)를 포함하고, 상기 돌출부(4)는 판(103)의 리지(3A) 후방에 대한 요홈이 판(102)의 리지(3B)에 구성되는 것을 방지한다. 따라서, 도면에 도시된 바와 같이, 공기와 같은 유체는 판(102,103) 사이를 좌측에서 우측으로 유동할 수 있고, 또는 우측에서 좌측으로 유동할 수 있다. 그러나, 판(101,102) 사이에 구비된 연속 경로에 의해 형성된 밀봉으로 인해, 공기와 같은 유체가 판(101,102) 사이를 좌측에서 우측으로 또는 우측에서 좌측으로 유동할 수 없고, 상기 판(101,102) 사이에서 리지(3A)는 리지(3B) 후방의 요홈에 구성된다.

그러나, 판(101)의 횡방향 변부(도시되지 않음)에 구성된 직립 필러(4) 및 직립부(upstand)(60)로 인해, 공기와 같은 유체는 횡방향, 즉 도면 내부 또는 외부 방향으로 판(101,102) 사이를 유동할 수 있고, 상기 직립부(60)는 판(101)의 중앙 영역(2)에 주기적으로 구성된다.

하기 설명이 공기를 언급하나, 액체와 같은 다른 유체가 사용될 수 있다.

돌출부가 열교환기 판의 한 면에 구성된 리지(3B)로부터 연장구성되도록 상기 돌출부가 구성되고, 선택적으로 돌출부가 판의 후면, 즉 리지(3A) 아래에 구성된다. 후방 돌출부가 구비된 위치에서, 비록 판의 대향면에 구성되나, 상기는 동일 판의 인접 변부에 구성된다.

동일 판이 사용되는 배열은 이상적이지 못하고, 그 이유는 굽힘부(bend)(6)에서 판(102)에 발생된 흠 때문이며, 상기 굽힘부(6)는 판(101)의 직립부(60) 위로 구성되도록 굽힘구성된다. 따라서, 상기 실시예가 본 발명의 많은 장점을 제공하고 동일한 판을 사용함으로써 제조 비용을 감소시키나, 단점을 가진다.

만약 판(102)이 플라스틱과 같은 탄성재로 형성된다면, 판(102)의 굽힘부(6)는 판(102)의 리지(3B)가 들어올려지도록 하고, 판(101)의 리지(3A)로부터 분리되도록 한다. 상기는 매우 바람직하지 못하고, 그 이유는 공기가 판(101,102) 사이를 횡방향으로 유동할 수 있기 때문이다. 한 해법은 리지(3A,3B)의 분리를 막기 위해 상기 리지(3A,3B) 사이에 스냅 조립(Snap-fit) 기구를 구성하는 것이다. 상기 스냅 조립 구성은 본 발명의 어느 실시예에도 사용될 수 있고, 후에 상세히 기술될 것이다.

그러나, 다른 선택은 적층구조에 두 종류의 판을 제공하는 것이다. 예를 들어, 하나 또는 두 종류의 판에 외측 리지(3A,3B) 내부에서 추가 굽힘부가 구비될 수 있고, 상기 추가 굽힘부는 판이 서로에 대해 구성되도록 반대 방향으로 형성된다. 상기는 도 4 에 도시되어 있고, 판(10B)은 중앙 영역(26)을 가지며, 상기 중앙 영역(26)은 리지(3A)를 포함하는 변부 영역보다 더 낮은 위치에 구성된다. 리지(3A)를 포함하는 변부 영역 및 중앙 영역(26)은 중간 영역(27B)에 의해 분리된다. 유사하게, 판(10A)은 중앙 영역(26)을 가지고, 상기 중앙 영역(26)은 리지(3B) 및 직립부(4)를 포함하는 변부 영역보다 더 높은 위치에 구성된다. 판(10A)의 리지(3B) 및 중앙 영역(26)은 영역(27A)에 의해 분리되고, 상기 영역(27A)이 영역(27B)과 동일한 크기인 것이 선호된다. 만약 영역(27A,27B)이 판(10,10B)에 구성되지 않는다면, 리지(3A,3B) 사이의 밀봉을 형성하고 판(10A,10B) 사이의 공기 유동을 방지하는 연속 경로의 기복이 덜하게 되고, 따라서 덜 효과적이다. 상기는 특히 리지(3A,3B)의 내측 변부에 구성된다. 판(10A,10B)의 접힘부(28A,28B)로 인해, 판(10A,10B)의 중앙 영역(26)은 중앙 영역(26)에 걸쳐 일정한 분리 간격을 가진다. 또한, 리지(3A,3B)는 탄성력을 받지 않고, 상기 탄성력은 상기 리지(3A,3B)가 분리되도록 한다.

선택적인 배열은, 도 4 에 점선으로 도시된 바와 같이 판(10B)이 변부 및 중앙 영역에 대해 동일한 높이로 구성되는 것이다. 상기 경우에, 중간 영역(27B)은 판(10B)의 잔여부와 동일한 높이이다. 다른 선택적인 배열이 구성될 수 있고, 예를 들어 리지(3A)의 내측 변부가 변부 영역의 아래로 연장구성될 수 있다. 상기는 판(10A,10B) 사이의 파상 경로를 연장시키는 장점을 가지고, 밀봉기능을 향상시킨다. 경로를 연장시키고 향상시키기 위해, 추가 리지 및 요홈 또는 다른 형상이 구비될 수 있고, 어떤 형상이 선택되든지 구조는 밀봉을 형성하기 위해 인접 판의 구조와 조립되어야 한다. 인접 구조내에 또는 인접 구조에 구성되도록 선택된 구조의 장점은 간단함이다. 또한, 리지 및 효홈은 사출성형에 의해 간단하게 제작된다.

도 4 에 두 종류의 직립부 또는 돌출부(60)가 도시된다. 판(10B)은 요홈내에 구성되도록 성형되고 크기가 구성된 직립부(45)를 가지고, 상기 요홈은 직립부(50)의 후방에 형성된다. 직립부(45,50)의 상호작용은 판(10A,10B)의 중앙 영역(26)을 지지하고 이격시킨다. 직립부는 상기 직립부의 배면에 요홈구성된다. 그러나, 직립부는 판의 한 면 또는 양면에 접착 또는 용접될 수 있다. 유동의 과잉 제한없이 난류 발생을 제공하도록, 직립부는 판의 한 면에 대한 약 3%(통상 3.11%)를 덮는다. 직립부의 영역 덮음률은 1% 또는 2% 내지 12% 사이에서 변화될 수 있다. 예를 들어, 직립부가 판의 다른 면에 요홈구성되는 위치에서, 직립부의 유효 영역은 판 표면 영역의 6%의 두 배이다.

도 5A 및 5B 에 스냅 조립 기구가 도시된다. 초기에 정사각형의 단면을 가진 리지가 사출성형에 의해 가압된다. 냉각시, 리지는 자중에 의해 근소하게 변형되거나, 요홈(6)의 후방에서 확대되도록 추가 변형력에 의해 변형된다. 요홈(6)을 가진 두 리지(3)가 함께 가압될 때, 한 리지(3)의 확대된 외측면에서의 팽창은 인접 리지(3)의 요홈(6)에 대한 내측부로 가압되고 스냅 조립된다. 플라스틱 폴더(folder)를 밀봉하기 위해 사용되는 프레스(press) 또는 지프 잠금장치(zip lock)가 특히 적합하다.

냉각 변형이 스냅 조립 기구를 발생시키는 상기 리지(3) 형성 방법이 특히 유리하고, 그 이유는 판의 제작에 있어 추가 단계가 필요하지 않기 때문이다. 본 발명의 선호되는 실시예에 대한 하나의 주요 장점은, 적층구조를 통한 소요 공기 유동의 제공에 필요한 모든 특성이 추가 단계없이 판에 사출성형으로 형성되는 것이다. 만약 선택적인 스냅 조립 기구가 요구된다면, 다른 단계가 도입될 수 있다. 상기의 선택적인 스냅 조립 기구는 프레스 스터드(press stud)를 포함하고, 상기 프레스 스터드는 인접 리지의 외측면 및 내측면 또는 판의 변부 영역에 대해 이격된다. 다른 장점은, 판의 적층시, 소요 위치에서 판 변부의 밀봉은, 리지가 적층구조의 상하로 요홈에 구성될 때 자동으로 발생된다는 점이다. 상기는 판형 열교환기의 구성 시간을 현저히 감소시킨다.

스냅 조립 기구와 공동작동하는 리지의 다른 형태가 도 5C 및 5D 에 도시된다. 리지의 측면 및 최상부면은 평평하고, 측면은 주요 판 표면에 대해 서로로부터 외측으로 선회구성된다. 도시된 실시예에서, 측면은 판 및 리지의 최상부면에 대해 약 80°의 각을 이루며 구성된다.

본 발명의 실시예는 열교환기 판의 외측 변부 주위에 하나의 리지(3A 또는 3B)를 사용하여 도시되었다. 만약 2개 이상의 리지가 사용된다면, 더 기복이 심한 경로 및 더 양호한 밀봉이 제공된다. 판(10A)의 변부 영역(32,34,36,38)에서 두 평행한 리지(3A,3B)를 포함하는 판(10A)의 한 예가 도 6 에 도시된다. 리지(30)는 판 주위로 연속적이지 않고, 모서리 요홈(20) 및 상응하는 돌출부(22)에 결합된다. 판(10B)의 유사 요홈과 함께 돌출부(22) 및 모서리 요홈(20)은 판(10B)에 판(10A)을 그리고 판(10A)에 판(10B)을 구성시키는데 사용된다.

도 6 에서, 제 1 열교환기 판(10A)은 상기 제 1 열교환기 판(10A)의 각 모서리에 요홈(20)을 포함한다. 정사각형 판이 도시되고 선호되지만, 직사각형 판이 사용될 수도 있다. 각 모서리 요홈(20)의 벽은 돌출부(22)를 형성하고, 상기 돌출부(22)는 판(10A)의 밑면에 구성된다. 상기 실시예에서, 각 쌍의 모서리 요홈(20) 사이에 두 평행한 리지(3A,3B)가 구성된다. 평행한 리지(3A,3B)는 판의 각 변부(32,34,36,38)를 따라 형성된다.

직립부(40)는 변부를 따라 하나의 판을 상기 판의 인접 판으로부터 분리시키기 위해 상기 대향 변부(36,38)에 구비된다. 직립부(40)는 변부(36,38)를 따라 일정하게 이격되어 구성되고, 평행 리지(30) 사이의 간격에 구성된다.

중앙에 구성된 두 세트의 직립부(45,50)는 또한 판(10A)의 중앙 영역(26)에 형성된다. 직립부(50)보다 더 돌출된 직립부(45)가 구조 강도 및 판 분리를 위해 구비된다. 상기 직립부(45)는 더 낮은 위치로 돌출된 직립부(50)와 마찬가지로 난류를 촉진시킨다. 양 직립부(45,50)는 반원형 채널(channel) 또는 덕트(duct)(60)를 가지고, 상기 덕트(60)는 형상 항력 또는 정체(stagnation), 즉 정체 공기의 먼지, 입자, 곤충과 같은 물질의 축적을 감소시키기 위해 상기 직립부(45,50)의 상부면을 가로질러 형성되며, 상기 정체 공기는 공기 또는 유체가 몸체의 주위를 유동할 때, 임의 몸체 후방에 형성된다. 채널(60)의 반원형 형상이 도 10 에 도시된다. 직립부(50)에서, 채널(60)은 직립부의 높이와 동일한 깊이를 가진다. 그럼에도 불구하고, 채널(60)은 형상, 크기 및 방향이 변화될 수 있다. 채널 또는 요홈(60)은 연장된다.

직립부(45,50)는 교대 열로 형성된다. 판(10A)에서, 높이가 더 낮은 직립부(50)는 모든 4개의 변부에서 최외측 열을 형성한다. 상기 실시예에서, 2개의 높이가 더 낮은 직립부(50) 사이의 중간에 각 직립부(45)가 구성되도록, 열이 구성된다.

도 6 의 삽입부에 도시된 단면(AA',BB')은 각각 변부 영역(32)과 평행 리지(3A) 및 변부 영역(38)과 평행 리지(3B)를 통해 도시된 것이다. 삽입부에 도시된 바와 같이, 상기 실시예에서, 두 리지는 동일한 높이와 폭을 가진다. 판(26)의 주요 부분은 변부(32)의 높이보다 다소 낮다. 평행 리지(3A,3B)의 내측에 구성된 영역(27B)은 변부(32)의 외측부 및 리지(3A,3B) 사이의 높이와 동일하다. 상기는 변부(34)에 대해서도 동일하다. 그러나, 변부(36,38)는 중앙 영역(26)보다 다소 낮다. 변부(36,38) 리지(3A,3B)의 내측에 구성된 영역(27A) 및 변부(36,38)는 중앙 영역(26)의 높이보다 아래에 구성된다. 두 종류의 변부에 대해, 리지(30)의 높이는 영역(27A,27B)의 기본 높이보다 거리(d)만큼 더 높다. 상기는 판(10A)의 중앙 영역(26)에 대해 대향 변부(36,38)는 더 낮고, 대향 변부(32,34)는 더 높음을 의미한다. 판(10A)이 판(10B)과 겹쳐 구성될 때, 더 낮은 변부(36,38)는 판(10B)과 연결된다. 판(10A)이 판(10B) 아래에 구성될 때, 더 높은 변부(32,34)는 판(10B)과 연결된다.

도 7 에 본 발명에 따른 제 2 열교환기 판이 도시된다. 판(10B)은 상기 판(10B)의 각 모서리에 요홈(24)을 포함한다. 각 요홈(24)은 돌출부(26)를 형성하고, 상기 돌출부(26)는 판(10B)의 밑면에 구성된다. 각 요홈(24)의 한 면에 직사각형 벽(28)이 구성된다. 각 요홈(24)은 두 평행 리지(3)(도 7 에 개략적으로 도시됨)에 의해 인접 모서리 요홈(24)으로부터 이격되어 구성된다. 리지(3)는 변부 영역(40,42,44,46)에 형성되고, 벽(28) 사이에 구성된다.

직립부(4)는 판 분리를 위해 판(10B)의 변부 영역(40,42)에 구비된다. 직립부(4)는 단부(40,42)를 따라 일정하게 이격되어 구성되고, 리지(3) 사이의 간격에 구성된다.

중앙에 구성된 다수의 직립부(45,50)가 또한 판(10B)의 중앙 영역(26)에 형성된다. 판(10A)과 마찬가지로, 직립부(45,50)는 구조 강도, 판 분리 및 난류 향상을 위해 구비된다. 도 10 에 도시된 바와 같이 두 직립부(45,50)는 항력을 감소시키기 위한 채널(60)을 포함한다. 직립부는 상기 경우에 각 판의 한 면에 대한 3%(또는 직립부가 요홈구성되는 각 면의 3%)를 덮는다. 직립부는 유체 속도의 변화를 촉진시키고, 판을 가로질러 압력차를 유발시켜, 난류 유동을 발생시킨다.

직립부(45,50)는 또한 판(60)에 교대 열로 형성되고, 직립부(45)는 최외측 열을 형성한다. 각 돌출부(50)는 두 돌출부(45) 사이의 중간점에 평행한 위치에 구성된다. 다시 말하면, 판(10B)에 대한 직립부의 패턴은 판(10A)에 대한 직립부의 패턴과 반대이다.

본 발명에 따라 선호되는 열교환기에서, 두 종류의 판이 사용되고, 서로의 상단에 교대로 적층된다. 판의 각 쌍은 판(10A) 및 판(10B)으로 구성된다.

도 8 및 도 9 는 판(10A,10B)이 각 쌍으로 정렬되는 방법을 나타내고, 상기 경우에 판(10A)이 최상단에 구성된다. 판(10A)의 돌출부(22)는 판(10B)의 모서리 요홈(24)에 구성된다. 판(10)의 변부 영역(46)에 대한 리지(3A)는 판(10A)의 변부 영역(38)에 대한 리지(3B) 후방의 요홈에 구성되고, 스냅 조립된다.

상기 방법으로 판(10A,10)을 정렬하는 것은, 판의 변부가 대향 변부를 따라 함께 밀봉되도록 하고, 상기 대향 변부는 삽입 변부 사이에서 공기가 유동되도록 한다. 따라서, 상기 방법으로 적층하는 것은, 공기가 제 1 판 및 제 2 판 사이에서 한 방향으로 유동되도록 하고, 제 3 판 및 제 4 판 사이에서 다른 방향(횡방향이 선호되는)으로 유동되도록 한다. 제 1 판 및 제 2 판 사이의 공기 유동이 예각을 이루거나, 제 2 판 및 제 3 판 사이의 공기 유동에 대해 평행하도록, 판이 배열되고 그리고/또는 성형될 수 있다.

본 발명에 따른 열교환기 판은 공업용 폴리머(polymer)와 같은 플라스틱재로 제작된다. 공업용 폴리머는 내구성을 가지고 제작 비용이 저렴한 판을 생산한다. 판의 저렴한 비용은, 상기 판이 노후되거나 입자 증가로 인해 열전달 특성이 열화될 때, 상기 판을 간단히 새로운 판으로 교체할 수 있음을 의미한다. 상기는 종래의 세척 방법보다 더 간단하다. 바람직하게, 판은 새 판을 형성하기 위해 재활용될 수 있다.

따라서, 매우 간단한 설계로, 본 발명은 신속하고 용이하게 조립할 수 있는 열교환기를 제공한다. 밀봉 가스켓, 접착 또는 용접이 필요없도록 적층될 때, 판이 선택된 변부에서 서로에 대해 구성됨에 따라, 열교환기 판 사이에 밀봉이 구비된다. 판은 직교류 또는 대향류 열교환기를 구성하도록 배열된다.

구조의 단순함은 제작 및 제조 비용을 감소시키고, 또한 생산성을 향상시킨다. 상기는 종래 열교환기와 대조되는 점이고, 종래 열교환기는 조립하기에 어렵고 많은 시간이 소요되며, 판 사이의 상기 밀봉을 구성할 수 없다.

상호연결 부재는 리지/요홈 구조와 같은 상호구속 구조로부터 형성되나, 일련의 인접 구조로부터 형성될 수 있다. 상기 구조는 스냅 조립 기구가 산재되어 있는 일련의 짧은 리지일 수 있고, 또는 프레스 스터드와 같은 일련의 분산된 인접 스냅 조립 기구일 수 있다. 영역(27A,27B)이 마주하는 도 4 의 변부에 밀봉을 구성하기 때문에, 상호연결 부재는 모든 판의 평면형 변부에 의해 간단히 구비될 수 있다.

본 발명의 제 1 실시예와 같이, 상호연결 부재의 구성 외에, 판의 인접 쌍에 대한 대향 변부는 소니트로드(sonitrode)를 사용하여 초음파 용접에 의해 함께 용접될 수 있다. 소니트로드는 다소 거친 단부를 가진 강재로 제작되고, 상기 단부는 용접될 재료를 고정시킨다. 소니트로드는 95-150㏈의 고주파 진동을 재료에 전달하고, 상기 진동은 용접부를 형성하도록 재료를 진동시킨다. 진동 주파수는 용접될 재료와 형성될 용접부의 형상 및 강도에 따라 조절된다.

본 발명의 어느 실시예에서도, 인접 판 사이의 최소 간격이 3mm인 것이 선호되나, 필수적인 것은 아니다. 실제로, 판의 선호되는 실시예는 10psi의 압력을 견디는 것으로 밝혀졌다.

Claims

열교환기용 다수의 적층가능한 판에 있어서. 다른 하나에 하나가 적층될 때, 상기 판은 판의 한 면을 유동하는 유체 및 동일한 판의 다른 한 면을 유동하는 유체 사이에 열교환을 하도록 하는 인접 판 사이의 유체 채널을 형성하고, 판이 적층될 때 변부 사이의 밀봉을 형성하도록, 인접 판의 변부 영역에 대한 대응 쌍에 구성된 상호연결 수단과 연결하기 위해, 각 판은 한 쌍 이상의 대향 변부 영역에 구성된 상호연결 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 다수의 적층가능한 판.
제 1 항에 있어서, 판이 적층될 때, 하나의 판의 대향면에서 유체 유동의 방향이 교차되도록, 상호연결 수단이 배열되는 것을 특징으로 하는 다수의 판.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상호연결 수단은 변부 영역을 따라 연장구성된 연장 부재로 구성되는 것을 특징으로 하는 다수의 적층가능한 판.
상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 한 쌍 이상의 대향 변부 영역은 하나 이상의 판에 대한 중앙 영역에 대해 더 높은 높이에서 이탈되어 구성되는 것을 특징으로 하는 다수의 판.
상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 한 쌍 이상의 대향 변부 영역은 하나 이상의 판에 대한 중앙 영역에 대해 더 낮은 높이에서 이탈되어 구성되는 것을 특징으로 하는 다수의 판.
상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 다른 모든 판은 변부 영역을 가지고, 상기 변부 영역은 판의 중앙 영역과 동일한 높이에 구성되는 것을 특징으로 하는 다수의 판.
상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 각 판은 동일한 것을 특징으로 하는 다수의 판.
상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상호연결 수단은 변부 영역을 따라 리지로 구성되고, 판이 적층될 때 상기 변부 영역을 따라 판 사이에 밀봉이 형성되도록, 인접 판의 대응 리지를 수용하기 위한 다른 한 표면의 요홈을 형성하기 위해, 상기 리지는 한 표면으로부터 돌출되어 구성되는 것을 특징으로 하는 다수의 적층가능한 판.
제 8 항에 있어서, 각 판의 각 변부 영역은 상기 각 변부 영역을 따라 하나 이상의 상기 리지로 구성되는 것을 특징으로 하는 다수의 판.
제 9 항에 있어서, 하나 이상의 변부 영역은 서로로부터 이격된 2개 이상의 리지로 구성되는 것을 특징으로 하는 다수의 판.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 리지는 판의 주위에 대해 연속 리지 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 다수의 판.
제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 각 리지는 동일한 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 다수의 판.
제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 리지의 단면은 직사각형 또는 정사각형인 것을 특징으로 하는 다수의 판.
상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 각 판의 한 쌍 이상의 대향 변부 영역은, 판의 표면에 구성된 상호연결 수단이 변부 영역의 상기 표면에 인접한 판에 구성된 대응 상호연결 수단과 연결되는 것을 방지하기 위해, 변부 영역의 한 표면으로부터 돌출된 돌출부로 구성되는 것을 특징으로 하는 다수의 판.
제 14 항에 있어서, 두 리지 형태로 하나 이상의 변부 영역에 구성된 상호연결 수단이 구비되고, 돌출부는 리지 사이에 구성되는 것을 특징으로 하는 다수의 판.
상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 인접 판의 대응 모서리 구조와 연결하기 위해, 각 판의 하나 이상의 모서리는 상호연결 모서리 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 다수의 판.
제 16 항에 있어서, 모서리 구조는 판의 한 표면에 구성된 돌출 부재 및 판의 다른 한 표면에 구성된 요홈으로 구성되는 것을 특징으로 하는 다수의 판.
상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 판의 중앙 영역은 다수의 직립부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 판.
제 18 항에 있어서, 판이 적층될 때, 적어도 직립부의 일부는 적층구조에서 판의 중앙 영역에 대한 분리보다 더 낮은 것을 특징으로 하는 다수의 판.
제 19 항에 있어서, 직립부는 실린더형인 것을 특징으로 하는 다수의 판.
제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 직립부는 최상부면을 가로질러 요홈으로 구성되고, 상기 최상부면은 유체가 요홈을 통하여 유동되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 다수의 판.
제 21 항에 있어서, 요홈은 길이가 긴 형태인 것을 특징으로 하는 다수의 판.
제 21 항 또는 제 22 항에 있어서, 요홈은 단면이 반원형인 것을 특징으로 하는 다수의 판.
제 21 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 길이가 긴 요홈의 깊이는 일부 또는 모든 직립부의 높이와 동일한 것을 특징으로 하는 다수의 판.
상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 다른 하나에 하나가 적층될 때, 판은 판의 한 면을 유동하는 유체 및 동일한 판의 다른 한 면을 유동하는 유체 사이에 열교환을 하도록 하는 인접 판 사이의 유체 채널을 형성하고, 변부 사이의 밀봉을 형성하기 위해, 각 판은 한 쌍 이상의 대향 변부 영역에서 인접 판의 변부 영역에 대한 대응 쌍에 용접되는 것을 특징으로 하는 다수의 적층가능한 판.
제 25 항에 있어서, 용접부는 초음파 용접에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 다수의 판.
상기 항들에 따른 다수의 판으로 구성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
첨부 도면을 참고로 기술되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
첨부 도면을 참고로 기술되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 다수의 판.