KR20060052654A

KR20060052654A - 열가소성 열 교환기

Info

Publication number: KR20060052654A
Application number: KR1020057008990A
Authority: KR
Inventors: 울리히 그로서; 프랑크 크라우제
Original assignee: 바이엘 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2003-11-08
Publication date: 2006-05-19
Also published as: WO2004053416A1; CN1711457A; TW200417715A; US20050051313A1; EP1565701A1; AU2003302280A1; JP2006506602A; DE10253852A1

Abstract

열 교환기는 열가소성 재료의 특정한 편평 기부 부재(1)와 기부 부재(1) 상에 장착된 열가소성 재료의 시트(3)뿐만 아니라 열 전달 매체를 공급 및 제거하기 위한 입구 파이프(4)와 출구 파이프(9)를 적어도 포함하며, 두 성형부(1, 3) 중 적어도 하나는 기부 부재(1)와 시트(3)를 포함하는 복합재에서, 열전달 매체가 유동하는 도관(6)을 형성하는 선택적으로 사행인 채널(7, 8)을 포함한다.

열가소성 재료, 기부 부재, 시트, 열 전달 매체, 입구 파이프, 출구 파이프, 열 교환기, 도관

Description

열가소성 열 교환기 {THERMOPLASTIC HEAT EXCHANGER}

본 발명은 편평한 기부 부재와 시트를 기초로 하는 열 교환기에 관한 것이며, 두 개의 모듈부 중 적어도 하나는 열전달 매체가 유동하는, 두 개의 모듈부로 구성된 복합재 내의 폐쇄 도관을 형성하는 선택적인 사행 채널을 포함한다.

열 교환기의 구조를 위해 금속 대신 열가소성 재료를 사용하는 것은 성형 및 형상화에서 매우 큰 가요성과는 별도로 내부식성도 제공한다. 플라스틱 열 교환기의 다른 장점은 중량의 감소와 충격 흡수 특성이며, 이것이 플라스틱 열 교환기가 자동차 구조에 양호하게 사용될 수 있는 이유이다.

플라스틱의 낮은 열 전도율로 인해, 공지된 플라스틱 열 교환기는 예컨대, 관 또는 평판 형태 및/또는 열 교환 표면의 낮은 금속 두께인 큰 열 교환기 표면을 갖는다.

본 발명의 목적은 생산이 종래의 구조 형태로 가능한 것보다 더 가격면에서 효율적인 간단하게 구성된 열 교환기를 제공하는 것이다. 또한, 가용 구조 공간의 복잡성이 증가로 인해, 본 발명의 목적은 예컨대, 차량 내의 공기 여과 하우징, 흡기 유닛, 밸브 커버, 냉각 유닛, 오일 수집공, 또는 예컨대 하우징 내의 데이터 시스템 기술에서의 인쇄 회로 기판 등이나 통기 기술에서의 현존하는 플라스틱 구조부들 내에서 열 교환기를 통합하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 전자 회로 소자, 전계 장치, 연료 전지 장치 등과 같은 분산된 국부 열 발산 중심부로부터 열을 추출하기 위한 열 교환기의사용을 허용하는 것이다.

본 발명은 적어도 열가소성 재료의 특정한 편평 기부 부재와 상기 기부 부재에 장착된 열가소성 재료의 시트를 포함할 뿐만 아니라 열 전달 매체를 공급 및 제거하기 위한 입구 파이프와 출구 파이프를 포함하며, 하부측 및/또는 상부측 상의 기부 부재 및/또는 시트는 기부 부재와 시트로 구성된 복합재 내에서 열 전달 매체의 통로를 위한 도관을 형성하는 적어도 하나의 체널을 포함한다.

이러한 구조적 형상의 장점은 이러한 목적(열가소성의 주입 성형, 열가소성 시트의 열성형 및 레이저 용접)을 위해 특히 사용되는 제조 프로세스와 관련하여 열 교환기의 설계 및 성형에 있어서의 가능한 기하학적 자유도이다.

다른 양호한 실시예에서, 도관은 기부 부재의 상부측 및/또는 하부측 상에서 사행식으로 제공된다.

또 다른 양호한 실시예에서, 도관은 액체 매체를 사용할 때 1 내지 200㎟의 단면적을 가지며, 기체 매체의 경우에는 1 내지 500㎟의 단면적을 갖는다.

또 다른 양호한 실시예에서, 열가소성 시트는 0.05 내지 1.5㎜ 범위의 두께를 갖는다.

열 교환기를 위한 열 가소성 재료로서, 예컨대 폴리아미드 6.6 또는 폴리아미드 6, 폴리카보나이드(PC), 폴리알킬렌 테레프탈레이트, 특히 폴리브틸렌 테레프탈레이트(PBT), 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌 코폴리머(ABS), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리테트라플루오루에틸렌(PTFE), 열가소성 폴리우레탄(TPU), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 또는 열가소성 고무(TPE)와 같은 폴리아미드가 단독으로 또는 서로 혼합 가능하게 사용된다.

열 전달 매체의 공급 및 제거를 위해, 입구 파이프와 출구 파이프는 일 편으로 기부 부재에 결합되는 것이 바람직하다.

특히 양호한 실시예는 쉘 기술에 의해 열가소성 재료(PA 66)로 생산된, 차량 엔진의 공기 수집기와 같은 차량 성형부과 열 교환기의 조합으로 구성된다. 적절한 사행 도관 세그먼트가 성형부의 내측에 형성된다. 유동을 증진시키기 위해 이러한 방식으로 형성된 시트는 레이저 용접에 의해 용접된다. 열 교환기를 위한 연결부는 성형부의 외측의 일부로써 형성된다. 이 방식에서, 매니폴드 파이프의 공기 수집기로 통합된 열 교환기는 상기 매니폴드 파이프의 유동 증진 3차원 형상과 정하도록 형성된다. 이 경우, 열 교환기의 표면에 대해 고속으로 유동하는 엔진 매니폴드의 신선한 공기로 인해 특별한 냉각 효과가 발생한다. 이로 인해 얻어지는 냉각 효과는 엔진 제어 전자기기를 냉각하는데 사용된다. (전자기기 하우징은 동일한 세그먼트로 제공된다.)

이 예는 본 발명의 특정한 장점을 도시한다. 단일 시트의 사용과 기존의 구조부(공기 수집기)의 양호한 성형으로 인해, 높은 효율의 열 교환기가 매우 작은 구조 공간에서 제공될 수 있다.

또한, 본 발명은 무엇보다도 선택적으로 채널을 구비하는 모든 기부 부재가 공지된 주입 성형 프로세스에 의해 생산될 수 있으며, 시트는 선택적으로 채널 상에 장착되도록 진공 성형되고, 기부 부재와 시트는 도관을 형성하도록 서로의 상부에 배치되고 레이저 용접에 의해 함께 결합된다.

본 발명은 부분적으로 횡단면을 도시한 도 1과 본 발명에 따라 열 교환기를 통해 사시적으로 표현된 열 교환기의 특정 실시예의 사시도를 도시하는 도2를 참조로 후속 예에서 더욱 상세하게 설명된다.

열 교환기의 편평한 기부 부재(1)는 상부측 및 하부측 모두에 반원 단면의 사행 채널(7, 7')과 열 전달 매체의 공급 및 제거를 위해 입구 파이프(4)와 출구 파이프(9)를 갖는다. 상부측과 하부측의 사행 채널(7, 7')은 기부 부재(1) 내의 개구를 통해 그들의 교차점(10)의 지점을 통해 연결된다. 이러한 방식으로, 열 전달 매체는 기부 플레이트(1)의 하부측과 상부측 상에서 유동할 수 있다. 이 기부 부재(1)는 주입 성형 방법에 의해 생산되었다. 두께가 0.4㎜이고 반원형 단면의 사행 채널(8, 8')을 갖는 진공 성형된 시트(3)는 기부 부재(1)의 상부측 및 하부측에 레이저 용접된다. 기부 부재(1)와 시트(3)는 폴리아미드 6.6으로 구성된다.

시트의 채널(8, 8')은 기부 부재의 채널(7, 7')에 대해 카운터피스를 형성하여, 두 개의 성형부들이 함께 용접될 때, 서로의 상부에 탑재된 채널(7, 8)과 채널(7', 8')은 열 전달 매체가 유동하는 폐쇄 도관(6)을 형성한다.

도관(6)의 단면은 대략 20㎜이다. 열 교환기는 자동차 엔진 격벽에 장착되고 열 전달 매체인 1:1 물/글리콜 혼합물로 작동된다. 이 예에서의 열 교환기의 크기(L ×B ×H)는 대략 150 ×100 ×15㎜이다.

Claims

열가소성 재료의 특정한 편평 기부 부재(1)와 기부 부재(1) 상에 장착된 열가소성 재료의 시트(3)뿐만 아니라 열 전달 매체를 공급 및 제거하기 위한 입구 파이프(4)와 출구 파이프(9)를 적어도 포함하는 열 교환기이며,

하부측 및/또는 상부측 상의 기부 부재(1)와 시트(3)는, 기부 부재(1)와 시트(3)를 포함하는 복합재내에 열전달 매체의 통행을 위한 도관(6)을 형성하는 적어도 하나의 채널(7, 8)을 포함하는 열 교환기.
제1항에 있어서, 도관(6)은 1 내지 500㎟, 양호하게는 1 내지 200㎟ 범위의 단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 열가소성 시트(3)는 0.05 내지 1.5㎜ 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 기부 부재(1)와 시트(3)의 열가소성 재료는 서로에 대해 독립적이며, 폴리아미드 또는 폴리아미드 6, 폴리카보나이드(PC), 폴리알킬렌 테레프탈레이트, 특히 폴리브틸렌 테레프탈레이트(PBT), 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌 코폴리머(ABS), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리테트라플루오루에틸렌(PTFE), 열가소성 폴리우레탄(TPU), 폴리비닐리덴 플루오 라이드(PVDF 또는 TPE) 또는 이들 플라스틱 재료의 혼합인 것을 특징으로 하는 열 교환기.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 입구 파이프(4)와 출구 파이프(9)는 기부 부재(1)에 대한 일 편으로 연결된 것을 특징으로 하는 열 교환기.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 기부 부재(1)와 시트(3)는 레이저 용접에 의해 서로에 대해 결합되는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
제1항 내지 제6항에 따른 열 교환기의 제조 방법에 있어서,

우선 채널(7, 7')을 선택적으로 갖는 기부 부재(1)가 주입 성형 프로세스에 의해 제조되고 채널(8, 8')을 선택적으로 장착하는 시트(3)는 진공 형성되며, 기부 부재(1)와 시트(3)는 도관(6)을 형성하도록 서로의 상부에 배치되고 레이저 용접에 의해 함께 결합되는 방법.