KR20090048433A - Hollow platelet heat exchangers - Google Patents

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KR20090048433A
KR20090048433A KR1020097000628A KR20097000628A KR20090048433A KR 20090048433 A KR20090048433 A KR 20090048433A KR 1020097000628 A KR1020097000628 A KR 1020097000628A KR 20097000628 A KR20097000628 A KR 20097000628A KR 20090048433 A KR20090048433 A KR 20090048433A
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KR
South Korea
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heat exchanger
plate
bosses
hollow plate
wall
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Application number
KR1020097000628A
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Inventor
장-폴 도멘
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테크놀로지스 드 레샹지 떼르미끄(티이티)
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Abstract

One of these heat exchangers (76) consists of a stack of thin-metal walled hollow platelets (7S1-J5), 12 cm long and 5 wide. Each of these walls has a central region stiffened by alternating bosses with steep slopes, situated between two connection regions. Each wall is made by pressing then cutting an appropriate sheet of metal (aluminium 0.3 mm thick). The edges of the two fin walls form steps, symmetrically welded, the height of each step determining the internal half-thickness of a fin. Each platelet connection region ends in a narrow mouth with a cross section that has the same surface area as the embossed central region, and is welded to the edges of a slot made in an external manifold (80-82). The thickness of the internal channel of a platelet is about 0.4 mm when the fluid concerned is a liquid (water) and that of the spaces between the platelets is 7 mm when the other fluid is a gas (air). By hot pressing or thermoforming, sheets of glass or polymer may also be used but the performance is not as good. A radiator can be made of several exchangers mounted in parallel on each side of two flat main manifolds. Applications: any heat exchangers with high volumetric conduction, low weight and low pumping and ventilating power.

Description

중공 플레이트 열교환기{Hollow Platelet Heat Exchangers}Hollow Platelet Heat Exchangers

본 발명은 중공 플레이트를 적층하여 구성된 고성능 열교환기에 관한 것으로, 전방 표면적이 적으면서 높은 체적 전도도를 갖으며, 유체를 유동시키는 데 적은 동력을 필요로 하여 액체 및/또는 기체를 비교적 높은 압력차 및 온도차 하에서 취급할 수 있는 열교환기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high performance heat exchanger constructed by stacking hollow plates, which has a low front surface area and high volume conductivity, and requires less power to flow the fluid, thereby making the liquid and / or gas relatively high pressure difference and temperature difference. It relates to a heat exchanger which can be handled under.

또한, 본 발명은, 전체적으로는 전술한 바와 유사하나, 성능은 낮으면서 특정 용도에 보다 적합한 열교환기에 관련된 것이다.The present invention further relates to a heat exchanger, which is similar in general to the foregoing but with lower performance and more suitable for a particular application.

중공 플레이트(hollow plate) 열교환기는 중실 핀(solid fin) 열교환기에 비해 열기관의 라디에이터에 적용시 훨씬 높은 성능을 나타낸다. 실제, 이러한 액체/가스 열교환기에서, 동일한 체적 전도도(bulk conductance)라면 인접 중공 플레이트 사이의 간격이 중실 핀 사이의 간격에 비해 훨씬 크며, 그 결과, 중공 플레이트 열교환기의 경우 중실 핀 열교환기에 비해 중량, 부피, 전방 표면적 및 소비 동력( 액체의 펌핑 및/또는 가스의 블로잉 )이 두드러지게 작다. 그럼에도 불구하고 아직도 중실 금속핀 열교환기는 여러 분야에 널리 사용되고 있다. 사정은 이렇지만, 열기관에 통상적인 라디에이터가 적용되는 경우, 이들 라디에이터의 전방 표면적(주 단면(main cress section))은 방출열 1 kW당 약 0.3dm2 에 달하며, 이를 작동시키는 데는 소비되는 기계 동력은 방출되는 열 에너지의 10%에 달하며, 온도차가 낮을 때는 그 이상 소비되는 바, 이는 중공 플레이트 열교환기의 이점을 단적으로 말해주고 있다.Hollow plate heat exchangers exhibit much higher performance when applied to radiators in heat engines than solid fin heat exchangers. Indeed, in such liquid / gas heat exchangers, the spacing between adjacent hollow plates is much greater than the spacing between solid fins, with the same bulk conductance, and as a result, the hollow plate heat exchanger has a heavier weight than solid fin heat exchangers. , Volume, front surface area and power consumption (pumping of liquid and / or blowing of gas) are significantly smaller. Nevertheless, solid metal fin heat exchangers are still widely used in various fields. This is the case, however, where conventional radiators are applied to heat engines, the front surface area (main cress section) of these radiators amounts to about 0.3 dm 2 per kW of heat dissipated and the mechanical power consumed to operate them. Silver accounts for up to 10% of the thermal energy released and is consumed more when the temperature difference is low, which is a clear indication of the advantages of the hollow plate heat exchanger.

폴리머, 글래스 또는 금속 재질의 단일 층(one-piece stack) 중공 플레이트로 형성된 열교환기가 티이티(TET) 소유의 유럽 특허 EP 1 579 163 B1에 기술되어 있다. 이들 열교환기의 제조 방법 중 한 방법은, 폴리머 패리슨(parison)을 열 블로우잉(thermoblowing)하는 공정에 의해, 경사 교호 보스(steep alternating bosses)가 형성되어 있는 엠보싱 벽체(embossed wall)를 갖으며, 양 볼록 벨로우즈(biconvex bellows)를 갖는 아코디언 형태의 블랭크(blank)를 생산하는 단계와 상기 블랭크를 제어 하에 압축하는 단계를 포함한다. 압축 공정에 의해 상기 벨로우즈는, 두 개의 내부 매니폴드에 연결되는 좁은 내부 채널을 갖는 단일층의 강성 중공 플레이트의 최종 형태를 갖게 된다. 이와 같은 단일 층 폴리머 열교환기는, 필요로 하는 체적 전도도가 중간 범주(20W/℃dm3이하)이고, 다루는 유체의 압력차가 적절한 범위(최대 0.1 MPa)이고 고온이 아닌 경우(100℃), 여러 가지 응용 사례에서 대단히 만족스러운 결과를 나타낸다. 실제 수많은 적용 사례에서, 중량, 비용, 체적 및 소비 동력(방출 동력의 3 내지 5%)에 있어서의 이점은 위 제한 조건에 따른 결점을 보충하기에 충분하며, 특히, 열교환 대상 유체간의 초기 온도차가 상대적으로 작은 경우(<60℃) 특히 만족스런 결과를 나타낸다.A heat exchanger formed from a one-piece stack hollow plate of polymer, glass or metal is described in EP 1 579 163 B1, owned by TET. One of the methods of manufacturing these heat exchangers has an embossed wall in which deep alternating bosses are formed by a process of thermoblowing a polymer parison. Producing a blank in accordion form with biconvex bellows and compressing the blank under control. The compression process results in the bellows having the final form of a single layer rigid hollow plate with narrow inner channels connected to two inner manifolds. Such single layer polymer heat exchangers have a range of required volume conductivity (20 W / ° C dm 3 or less), and when the pressure difference of the fluid being handled is in a suitable range (up to 0.1 MPa) and is not high temperature (100 ° C.) Very satisfactory results in the application case. In many practical applications, the advantages in weight, cost, volume and power consumption (3 to 5% of the discharge power) are sufficient to compensate for the drawbacks of the above constraints, in particular the initial temperature difference between the heat exchanged fluids Relatively small (<60 ° C) results in particularly satisfactory results.

상기 엠보싱 폴리머 벽체의 중공 플레이트로 구성된 단일 층 열교환기는 많은 이점을 갖는다. 그 벽체는 상호 상반되는 특성인 강성과 두께를 적절히 결합함으로서 무게, 비용 및 부피를 저하시킬 수 있게 한다. 또한, 냉각 유체가 층류 유동 함에도 불구하고 좁은 내부 채널에 의해 유체와 중공 플레이트 사이의 열전도도가 우수하다. 한편으로, 엠보싱 벽체에 의해 플레이트 사이의 공기 유동에 비교적 강한 난류가 발생하므로, 플레이트 사이의 간격을 크게 할 수 있게 되며, 그 결과, 플레이트 사이에 공기를 밀어 넣는 데 필요한 에너지를 획기적으로 저감시킬 수 있게 된다. 더욱이, 플레이트 사이의 난류로 인해 공기의 겉보기 열전도도가 증대됨에 따라 열교환기의 전체 열전도도(overall thermal conductance)가 증대된다.Single layer heat exchangers composed of hollow plates of the embossed polymer wall have many advantages. The wall allows the combination of stiffness and thickness, which are mutually opposite properties, to reduce weight, cost and volume. In addition, despite the laminar flow of the cooling fluid, the thermal conductivity between the fluid and the hollow plate is excellent by the narrow inner channel. On the other hand, relatively strong turbulence is generated in the air flow between the plates by the embossed wall, so that the distance between the plates can be increased, and as a result, the energy required to push the air between the plates can be significantly reduced. Will be. Moreover, the overall thermal conductance of the heat exchanger is increased as the apparent thermal conductivity of the air is increased due to the turbulence between the plates.

그러나, 경험에 따르면, 열 블로우잉 및 양볼록 벨로우즈 폴리머 블랭크의 제어된 압축 공정 두 단계로 이루어지는 기술은, 그로 인해 제조된 열교환기의 원하는 성능 레벨을 증대시키거나 특히 체적 열전도도를 향상시키고자 하는 경우, 제한된 결과밖에는 얻을 수 없었다. 내부 체널이나 플레이트 벽체의 두께는 열교환기의 체적 전도도를 결정짓는 중요한 파라미터이지만, 단일 층 중공 플레이트의 제조 공정에서 상기 두께와 관련하여 상기 두 단계 제조 공정을 완전하게 제어한다는 것은 불가능하다. 실제에 있어서, 중공 플레이트의 내부 채널 평균 두께는 평균 2mm에 분산값은 최소 30%이며, 벽체의 평균 두께는 1mm에 분산값은 약 50%에 달한다. 이들 분산값은 불랭크에 대한 열 블로잉 공정 중 벽체가 불균일하게 수축됨으로서 주로 발생된다.However, experience has shown that the technique, which consists of two stages of the thermal blowing and the controlled compression process of the biconvex bellows polymer blank, is thereby intended to increase the desired performance level of the manufactured heat exchanger, or in particular to improve the volumetric thermal conductivity. In this case, only limited results were obtained. Although the thickness of the inner channel or plate wall is an important parameter in determining the volume conductivity of the heat exchanger, it is impossible to fully control the two-step manufacturing process with respect to the thickness in the manufacturing process of the single layer hollow plate. In practice, the average thickness of the inner channel of the hollow plate is 2 mm on average with a dispersion value of at least 30%, and the average thickness of the wall reaches 1 mm with a dispersion value of about 50%. These dispersion values are mainly generated by the nonuniform shrinkage of the wall during the thermal blowing process for the blanks.

상기와 같이 두께 문제로 인해 성능이 제한될 뿐만 아니라, 층을 이룬 중공 플레이트에 대한 내부 매니폴드의 존재 또한 또 다른 성능 제한 요소가 되고 있다. 즉, 모든 중공 플레이트에 공통되는 중앙 채널이 형성되므로, 액체가 두 개의 매니폴드 사이를 직접적으로 빠르게 유동하게 되며, 그로 인해 비교적 넓은 중앙 채널이 소요로 하는 열교환에 거의 기여하지 못하게 된다.Not only is performance limited due to thickness issues as described above, but the presence of an internal manifold for layered hollow plates is also another performance limiting factor. That is, since a central channel common to all hollow plates is formed, the liquid flows directly and rapidly between the two manifolds, thereby making little contribution to the heat exchange required by the relatively wide central channel.

한편, 여러 가지 용도에 적용되는 고성능 냉각장치가 티이티(TET)의 국제특허출원 WO 2006/010882호에 기술되어 있다. 이들 장치 중 라디에이터는 전술한 티이티(TET)의 유럽특허의 방법에 따라 제조된 열교환기에 해당된다. 상기 출원의 내용에 따르면, 특별한 용도(디젤 엔진 배기 가스의 재순환용 냉각)를 위해, 단일편(one-piece) 폴리머 열교환기에 비해 훨씬 큰 압력 및 온도 차이에 견딜 수 있는 중공 금속 플레이트를 갖는 단일편 열교환기가 제공된다. 이를 위해 금속제 아코디언 형 블랭크가 하이드로포밍 방식에 의해 제조된다. 하이드로포밍은 잘 알려진 기술로 금속제 중공 플레이트를 갖는 단일편 열교환기의 제조에 유효하게 적용될 수 있을 것으로 보이나, 현재로서는 이를 정확하게 수행하기 어려우며, 더욱이 이론적인 효율 면에서 그 자체로 한계가 있다. 실제로, 물이나 오일 등 냉각 액체의 열저항이 커짐에 따라, 중공 플레이트 내부를 평균 두께 최소 2mm로 층류 유동하는 액체 층의 열저항 역시 불가피하게 커지게 되며, 이로 인해, 금속제 벽체에 의해 제공될 것으로 의도 했던 낮은 열저항이라는 이점 중 많은 부분이 상쇄된다.On the other hand, a high performance cooling device for various applications is described in International Patent Application WO 2006/010882 to TET. The radiator of these devices corresponds to a heat exchanger manufactured according to the method of the above-mentioned European patent of TET. According to the contents of the application, for a particular use (cooling for the recirculation of diesel engine exhaust), a single piece with a hollow metal plate capable of withstanding even greater pressure and temperature differences than a one-piece polymer heat exchanger A heat exchanger is provided. For this purpose, metal accordion type blanks are produced by a hydroforming method. Hydroforming is a well known technique and may be effectively applied to the production of single-piece heat exchangers with metal hollow plates, but at present it is difficult to do this accurately, and furthermore has its own limitations in terms of theoretical efficiency. Indeed, as the heat resistance of a cooling liquid such as water or oil increases, the heat resistance of the liquid layer laminarly flowing inside the hollow plate to an average thickness of at least 2 mm also inevitably increases, which is expected to be provided by the metal wall. Many of the intended benefits of low thermal resistance cancel out.

따라서, 여러 가지 특정 용도에 적합하면서 매우 높은 성능을 갖는 금속제 열교환기를 제조하기 위한 다른 방법이 개발될 필요가 있었다. 상기 목적에 부합하기 위해서는, 새로운 금속 열교환기는 위에 언급한 단일편 열교환기에 버금가도록 무게, 부피, 전방 표면적 및 동력 소모가 낮아야 한다. 그러면서, 훨씬 높은 체적 전도도(일례로, 최소 100W/℃dm3 ) 및 예를 들어 100Mpa 및 600℃의 압력 및 온도차에서 적절하게 작동될 수 있는 가능성을 갖추어야 한다. 부가적으로, 부식성 유체를 사용하는 등의 특정 용도와 관련하여, 저 성능 폴리머, 글래스 열교환기가 상기 금속제 열교환기로부터 얻어질 수 있다.Thus, there has been a need to develop other methods for producing metal heat exchangers with very high performance that are suitable for a variety of specific applications. To meet this goal, the new metal heat exchanger must have low weight, volume, front surface area and power consumption to match the single piece heat exchanger mentioned above. At the same time, it must be possible to operate properly at much higher volume conductivity (eg at least 100 W / ° C. dm 3 ) and at pressures and temperatures of, for example, 100 Mpa and 600 ° C. Additionally, in connection with certain applications, such as using corrosive fluids, low performance polymer, glass heat exchangers can be obtained from the metal heat exchanger.

디젤 엔진의 배기가스 냉각에 적용할 의도로 고안된 상기 단일편 금속 열교환기와는 달리, 새로운 열교환기, 특히 상기 의도에 적합한 열교환기는, 내부 채널이 가능한 한 좁고 정확하며, 강성이 크면서 얇은 벽체를 갖는 중공 금속 플레이트를 갖추어야 한다. 이러한 열교환기의 전반적인 특성은 이전의 열교환기의 특성과는 완전히 다른 성격을 갖는다. 이들 특성은 전력 분배 시스템의 변압기 냉각용으로 개발되어, 미국특허 US3153447호(1964년) 및 US3849851(1974년)에 기술된 열교환 장치로부터 도입될 수 있다. 상기 장치는 엠보싱 벽체를 구비하여 두 개의 외부 매니폴드에 용접 결합되는 대형 중공 금속 플레이트로 구성되며, 수직으로 배치될 수 있으며, 자연대류로 순환되는 공기에 의해 냉각된다. Unlike the one-piece metal heat exchanger, which is designed for application to exhaust gas cooling of diesel engines, new heat exchangers, especially heat exchangers suitable for this intention, have as narrow and accurate internal channels as possible, have rigid and thin walls. Hollow metal plates shall be provided. The overall characteristics of such a heat exchanger have completely different characteristics from those of previous heat exchangers. These properties are developed for the cooling of transformers in power distribution systems and can be introduced from the heat exchanger devices described in US Pat. Nos. 3,315,447 (1964) and 3,853,851 (1974). The device consists of a large hollow metal plate welded to two outer manifolds with embossed walls, which can be arranged vertically and cooled by air circulating in natural convection.

본 발명의 첫 번째 과제는, 엠보싱에 의해 강도가 보강된 얇은 금속 벽체를 갖는 중공 플레이트로 형성되고, 중량, 부피, 표면적 및 동력 소모가 낮고 높은 체적 전도도를 갖으면서, 용이하고 신뢰성 있게 제조 할 수 있으며, 액체 및 가스 상태의 유체에 적용될 수 있는 고성능 열교환기에 관한 것이다.The first object of the present invention is to form a hollow plate having a thin metal wall reinforced with strength by embossing, and can be manufactured easily and reliably, with low weight, volume, surface area and power consumption and high volume conductivity. And a high performance heat exchanger that can be applied to fluids in liquid and gaseous state.

본 발명의 두 번째 과제는, 위 열교환기와 유사하되, 성능은 떨어지지만 주어진 특정 용도에 특히 적합한 개량된 열교환기에 관한 것으로, 적절한 엠보싱에 의해 강도가 보강된 얇은 폴리머 또는 글래스 벽체를 갖는 중공 플레이트 층을 구비한 열교환기에 관한 것이다.A second object of the present invention relates to an improved heat exchanger, which is similar in performance to the above heat exchanger but which is inferior in performance but is particularly suitable for a given particular application, comprising a hollow plate layer having a thin polymer or glass wall reinforced by appropriate embossing. It relates to a heat exchanger provided.

본 발명의 세 번째 과제는, 전방 표면적이 작은 콤팩트 라디에이터에 관한 것으로, 상기 개량된 열교환기를 사용하여 제조될 수 있으며, 높은 열전도도를 갖으면서 펌핑 및 환기 동력이 매우 낮은 라디에이터에 관한 것이다. A third object of the present invention relates to a compact radiator with a small front surface area, which can be produced using the improved heat exchanger, and to a radiator having a high thermal conductivity and very low pumping and ventilation power.

본 발명에 따른 열교환기는, 중량 및 부피가 작고 높은 체적 전도도를 갖으며, 높은 압력차 및 온도차의 유체에 적용되는 열교환기로서, The heat exchanger according to the present invention is a heat exchanger having a small weight and volume, high volume conductivity, and applied to a fluid having a high pressure difference and a temperature difference,

- 좁은 내부 채널(internal channel)을 갖는 금속 중공 플레이트(hollow metal plate)가 일정한 간격을 두고 층으로 배치되어 외부 매니폴드에 연결되며;-Hollow metal plates with narrow internal channels are arranged in layers at regular intervals and connected to the outer manifold;

- 상기 플레이트는 엠보싱된 중앙부(embossed central zone)를 구비하되, 상기 중앙부는 상기 중앙부의 단면적에 해당되는 면적의 좁은 개구부를 갖는 두 개의 연결부(connecting zone) 사이에 위치하며;The plate has an embossed central zone, the central part being located between two connecting zones having a narrow opening of an area corresponding to the cross-sectional area of the central part;

- 상기 플레이트의 벽체는 금속 시트를 스탬핑 및 절단하여 형성되고;The walls of the plates are formed by stamping and cutting metal sheets;

- 상기 중공 플레이트를 형성하는 두 벽체의 측단부later edge)가 용접 결합;되는 열교환기에 있어서,In a heat exchanger, in which the side edges of the two walls forming the hollow plate are welded;

- 각각의 중공 플레이트의 벽체는 강성을 갖는 얇은 판으로 형성되고, 상기 엠보싱 중앙부는 정렬된 교호 보스(alternating aligned bosses)로 구성되는 하나 또는 그 이상의 세트를 구비하되, 상기 교호 보스는 급경사의 변형경화 면(steep strain hardened faces)을 갖으며, 상기 보스의 정렬선에 대해 경사 및/또는 수직한 다수의 뾰족 단부(sharp edges)를 형성하며;The wall of each hollow plate is formed of a thin plate with rigidity and the embossing center has one or more sets consisting of alternating aligned bosses, the alternating bosses having a hard warp strain hardening; Having a plurality of sharp strain hardened faces, and forming a plurality of sharp edges which are inclined and / or perpendicular to the alignment line of the boss;

- 대향하는 면사이의 간격이 균일하고 작으며, 적용되는 압력차에 대해 실질적으로 일정하며;The spacing between the opposing faces is uniform and small and substantially constant with respect to the pressure difference applied;

- 상기 플레이트 사이의 간격이 좁게 형성;되는 것을 특징으로 하는 열교환기를 특징으로 한다.-A narrow gap between the plates; is characterized in that the heat exchanger.

본 발명의 이점에 대해 설명하기 전에, 문제의 미국 특허에 있어서, 플레이트의 벽체는 얇을 필요가 없으며, 따라서 플레이트의 강성은 특별히 문제되지 않으므로, 벽체 중앙부의 엠보싱은 강성 문제의 해결책이 아니라는 점에 유의해야 한다. 통상적인 금속재로 제조된 충분한 두께의 벽체라면 강성의 문제는 어려움 없이 해결될 수 있으며, 상기 발명에서의 엠보싱은 열교환 플레이트의 치수를 증대시키지 않으면서 단순히 열교환 면적을 증대시키기 위한 것이다. 이러한 목적이라면, 벽체의 고르게 배치되는 비교적 작은 요입부에 의해 형성되는 길이 방향의 기복(undulation)에 의해 달성될 수 있다. 상기 특허에는 이러한 기복부의 특정 프로파일이 개시되어 있는 데, 기복부의 특징적 형태는 상기 타입의 열교환기에 있어서의 관심사가 아니었으며, 따라서 개시되어 있는 기복부는 통상적인 형태로서 독창성 있는 특징점을 찾아 볼 수 없다. 그러나, 상기 기복부에 의해 중공 플레이트의 내부 채널의 두께에 기복이 생겨, 비교적 높은 평균치 근처에서 대칭적으로 변화된다. 더욱이, 내부 채널의 벽에는 대향하는 경사면이 구비되어 있지 않다.Before describing the advantages of the present invention, note that in the US patent in question, the wall of the plate does not need to be thin, and therefore the rigidity of the plate is not particularly problematic, so that embossing at the center of the wall is not a solution to the rigidity problem. Should be. The rigidity problem can be solved without difficulty as long as the wall is of sufficient thickness made of a conventional metal material, and the embossing in the present invention is simply to increase the heat exchange area without increasing the dimensions of the heat exchange plate. If this is the case, it can be achieved by longitudinal undulation formed by relatively small recesses arranged evenly of the wall. The patent discloses a specific profile of such reliefs, the characteristic shape of which is not a concern for this type of heat exchanger, so the disclosed reliefs can be found in their original form as original features. none. However, the undulation causes undulations in the thickness of the inner channel of the hollow plate, changing symmetrically around a relatively high average value. Moreover, the walls of the inner channel are not provided with opposite slopes.

본 발명의 상기한 제1 특징에 따르면, 먼저, 본 발명은, 매우 얇은 강성 벽체(일례로, 0.15mm의 강판)를 갖는 플레이트를 포함하는 바, 상기 벽체에는 변형 경화에 의해 높은 경도 및 탄성 한계가 부여되는 바, 이는 통상적인(냉간) 스탬핑 공정에 의해 부수적으로 얻어지는 것이며, 오목부(hollows) 및 돌출 보스(bosses) 각각의 면은 강성 스트립으로 작용하고 더욱이 뾰족 단부는 이들 스트립이 끼워지는 빔으로서 작용한다. 상기 강성 스트립은 차압이 가해져 작용하는 경우에도 매우 제한된 범위로 변형될 뿐이다. 특히, 외부로부터 과압이 작용하는 경우에도, 상기 변형량은 항상 중공 플레이트 내부 두께의 반보다 훨씬 적은 범위를 유지하게 되는 바, 중공 플레이트 내부 두께는 보스 내부면 사이의 간격으로 설계치에 의해 정확히 알 수 있는 값으로 매우 작게 형성된다(예를 들어 0.3mm). 이로 인해 열교환기의 대향면이 서로 맞닿는 것이 방지되므로, 두 유체 사이의 열교환기의 기능이 항상 정확하게 수행될 수 있게 된다.According to the first aspect of the present invention, firstly, the present invention includes a plate having a very thin rigid wall (for example, a steel plate of 0.15 mm), which has a high hardness and elastic limit due to strain hardening. Which is obtained incidentally by a conventional (cold) stamping process, in which the faces of each of the hollows and protruding bosses act as rigid strips and furthermore the pointed ends are beams into which these strips are fitted. Act as. The rigid strip is only deformed in a very limited range even when the differential pressure is applied. In particular, even when overpressure is applied from the outside, the amount of deformation is always maintained in a range far less than half of the inside thickness of the hollow plate, and the inside thickness of the hollow plate can be accurately determined by the design value at intervals between the boss inner surfaces. It is formed very small in value (for example 0.3 mm). This prevents the opposing surfaces of the heat exchanger from contacting each other, so that the function of the heat exchanger between the two fluids can always be performed accurately.

본 발명에 따른 엠보싱 중공 플레이트 각각은, 이들의 벽체를 구성하는 금속이 변형 경화되고, 더욱이 교호 보스에 의해 관성 모멘트가 현저히 증대됨으로서, 그 자체의 강성이 현저히 커지게 된다. 이와 같이 이중으로 보완된 강성을 갖는 초박형 (very thin) 스트립은, 그들의 양측 표면을 따라 순환되는 두 유체 사이의 압력차가 큰 경우에도, 효율적인 열교환기로서 완벽하게 작용할 수 있도록 한다. 강성 부여라는, 스탬핑 교호 보스의 직접적인 특징은 본 발명의 기본을 이룬다. 교호 보스는 급경사진 변형 경화면의 형태를 띠는 데, 변형 경화는 초기 평탄면을 갖는 시트의 국부적인 인장에 의해 발생되며, 그 결과 다수의 얇고 강인한 스트립이 형성되며, 상기 스츠립의 모든 단부는 보스의 뾰족 단부에 의해 형성된 빔에 일체로 결합되어 있는 형태를 갖게 된다.In each of the embossed hollow plates according to the present invention, the metal constituting these walls is deformed and hardened, and the moment of inertia is significantly increased by the alternating boss, so that the rigidity of itself is significantly increased. This very thin strip of double complementary stiffness allows it to work perfectly as an efficient heat exchanger even when the pressure difference between the two fluids circulating along their two surfaces is large. The direct feature of the stamping alternating boss, stiffening, forms the basis of the present invention. The alternating boss takes the form of a steeply deformed hardened surface, which is caused by local tensioning of the sheet with an initial flat surface, resulting in the formation of a number of thin, tough strips, all ends of the strip Is integrally coupled to the beam formed by the pointed end of the boss.

상기 경사면 사이에 형성되는 이면각(dihedrons)을 갖는 뾰족 단부는, 공기의 겉보기 열전도도(apparent thermal conductivity) 향상이라는 또 다른 효과를 나타낸다. 공기의 유동 방향에 경사 또는 수직 방향으로 배치되어 있는 모서리부는, 플레이트 사이의 좁은 간격을 빠른 속도로 통과하는 공기 유동에 상당량의 난류을 발생시키는 효과를 나타낸다. 이와 같은 구성은 전술한 미국 특허에서와 같이, 기복 플레이트가 수직으로 배치되고, 플레이트 사이의 특정되지 않은 간격을 통해 공기가 자연 대류에 의해 느린 속도로 유동되는 열교환기의 경우에는, 큰 의미가 없을 것이다. The pointed ends with dihedrons formed between the slopes have another effect of improving the apparent thermal conductivity of the air. The corner portion disposed in the inclined or perpendicular direction to the flow direction of the air exhibits the effect of generating a considerable amount of turbulence in the air flow passing through the narrow gap between the plates at high speed. This configuration is of little significance in the case of heat exchangers in which the relief plates are arranged vertically, as in the aforementioned US patent, and in which air flows at a slow rate by natural convection through unspecified spacing between the plates. will be.

이하, 전술한 유럽 특허를 참조하여, 본 설명에 결론을 낸다면, 전술한 상기 특허의 성능 제약 요소 모두가 본 발명에 의해 해소될 수 있음을 알 수 있다. 벽체 및 내부 채널은 매우 얇고 정밀하게, 요구되는 설계치수의 두께를 갖도록 형성될 수 있으며, 아래 설명되겠지만, 중앙 채널을 제거할 수 있게 된다. 역으로, 상기 유럽 특허에 기술되어 있는 단일편 폴리머 열교환기의 중공 플레이트의 엠보싱 벽체와 관련된 긍정적인 특징은 모두 유지된다. 이들 특징은 금속 시트의 변형 경화로부터 발생하는 특성에 의해 보완된다. 매우 얇은 벽체 및 특별히 좁은 내부 채널의 형성이라는 용도(적용하고자 하는 높은 압력 차이와 관련하여 선행 기술에는 잘 못 제시되어 있음)와 더불어, 전술한 이점과 미국 특허에 기술된 열교환기의 이점의 조합으로 인해, 새롭고, 비자명한 열교환기가 개발될 수 있었다. 결과적으로, 본 발명에 따른 새로운 열교환기는 전술한 티이티 소유 유럽특허에 의한 단일편 폴리머 열교환기의 높은 효율을 초월하는 성능 레벨을 갖는다.In the following, with reference to the above-mentioned European patent, it can be seen that all of the performance constraints of the aforementioned patent can be solved by the present invention, if the present description concludes. Walls and internal channels can be formed to be very thin and precise, with the thickness of the required design dimensions, and as will be described below, the central channel can be removed. Conversely, all of the positive features associated with the embossed wall of the hollow plate of the one-piece polymer heat exchanger described in the European patent are retained. These features are complemented by the properties resulting from strain hardening of the metal sheet. In addition to the use of very thin walls and the formation of particularly narrow internal channels (which are not well known in the prior art with regard to the high pressure differences to be applied), the combination of the above-mentioned advantages and the advantages of the heat exchanger described in the US patent As a result, new, non-obvious heat exchangers could be developed. As a result, the new heat exchanger according to the present invention has a performance level that goes beyond the high efficiency of the single piece polymer heat exchanger according to Titi owned European patent.

전술한 주요 특성을 보충하는 본 발명의 특징에 따르면, According to a feature of the invention that supplements the above main features,

- 각각의 중공 플레이트는 최소한 2열의 교호 보스를 구비하며;Each hollow plate has at least two rows of alternating bosses;

- 교호 보스의 두 개의 인접 열은, 스탬핑(stamping) 또는 써모포밍(thermoforming) 가공되어 용접되는 두 개의 내부 돌출부(internal protrusions)로 형성된 좁은 평탄 구획부(36)에 의해 분리되며;Two adjacent rows of alternating bosses are separated by narrow flat sections 36 formed of two internal protrusions which are welded by stamping or thermoforming;

- 상기 돌출부의 높이는, 상기 중공 플레이트의 내부 두께 최대값의 반에 해당된다.The height of the protrusion corresponds to half the maximum internal thickness of the hollow plate.

이와 같은 구성은, 문제의 미국 특허에서는 대형 치수(m2)를 갖는 플레이트의 강성 개선을 목적으로 하고 있으나, 본 발명에 따른 열교환기에 의하면 다음과 같은 두 가지 특별한 이점을 제공한다. 첫째로, 중공 플레이트에 비교적 높은 내부 과압이 걸리는 경우, 직선형 내부 구획부로 인해 엠보싱 중앙부의 내부 두께가, 얇은 플레이트에 걸리는 압력 차이에 무관하게 일정하게 유지된다. 그 결과, 적절한 엠보싱에 의해 강화된 매우 얇은 벽을 갖는 중공 플레이트가 비교적 높은 내부 과압에도 손상되지 않고 견딜 수 있게 된다. 용접 형성된 내부 돌출부가 없다면, 고 강성의 교호 보스부의 인접 열이, 그 사이에서 힌지 작용을 하는 가요부(flexible zone)에 의해 분리되며, 과압이 작용하는 경우, 플레이트가 가볍게 부풀어 오름으로서, 플레이트 사이의 간격이 현저히 줄어들거나, 심한 경우 플레이트가 급격히 손상된다. 그러나, 본 발명에 따르면, 용접 형성된 두 개의 내부 돌출부를 구비함으로서, 순간적인 내부 과압에 견딜수 있도록 하기 위해 중공 플레이트의 두께를 전체적으로 두껍게 형성할 필요가 없게 된다. 이는, 보다 가볍고, 비용이 싼 열교환기의 생산이 가능하다는 것을 의미한다.Such a configuration aims at improving the rigidity of a plate having a large dimension (m 2 ) in the US patent in question, but the heat exchanger according to the present invention provides the following two special advantages. First, when a relatively high internal overpressure is applied to the hollow plate, the inner thickness of the embossed center portion remains constant due to the straight inner compartment, regardless of the pressure difference across the thin plate. As a result, a hollow plate with a very thin wall reinforced by proper embossing can be tolerated without damage even with relatively high internal overpressure. Without welded inner projections, adjacent rows of highly rigid alternating bosses are separated by a flexible zone that hinges therebetween, and when overpressure is applied, the plates swell lightly, thereby The gap between them is significantly reduced or, in severe cases, the plate is suddenly damaged. However, according to the present invention, by having two welded inner protrusions, it is not necessary to form the thickness of the hollow plate as a whole to be able to withstand instantaneous internal overpressure. This means that a lighter, cheaper heat exchanger can be produced.

상기 용접 재부 돌출부의 두 번째 이점은, 열교환기 효율의 면으로 나타난다. 상기와 같이 교호 보스의 인접 열 사이에 형성된 내부 구획부는, 중공 플레이트에 유입되는 액체 유동에 대해 방벽(barrier)을 구성한다. 각 방벽의 첫 번째 효과는, 상당량의 유체가, 좁은 표면적을 갖는 평탄한 벽을 따라 두 개의 외부 매니폴드 사이를 곧바로 흘러 나감으로서, 소요로 하는 열전달 효율에 미치지 못하는 것을 방지하는 데 있다. 상기 방벽의 또 다른 효과는 유입되는 유동을, 열교환 효율이 좋은 2 열의 교호 보스측으로 안내하는 데 있는 바, 이로 인해 열교환기의 성능이 최대화 될 수 있게 된다.The second advantage of the weld projection is shown in terms of heat exchanger efficiency. Internal compartments formed between adjacent rows of alternating bosses as described above constitute a barrier to liquid flow entering the hollow plate. The first effect of each barrier is to prevent a significant amount of fluid from flowing directly between the two outer manifolds along a flat wall with a narrow surface area, thereby preventing the required heat transfer efficiency. Another effect of the barrier is to direct the incoming flow to two rows of alternating bosses with good heat exchange efficiency, thereby maximizing the performance of the heat exchanger.

상기 두 가지의 이점은, 미국 특허에 기술된 바와 같이 비교적 두꺼운 벽체를 갖는 대형 중공 플레이트로 형성된 열교환기에서는 큰 관심사가 되지 못했음에 유념해야 한다. 위와 같은 열교환기에서, 대형 수직 플레이트의 각부에 발생하는 최대 압력차는 냉각유로 인해 발생하는 비교적 낮은 정적 과압이다. 본 발명에 따른 열교환기는, 적절한 위치 어디에라도 설치될 수 있으며, 특히 극히 높은 차압 하에서 작동되므로, 위와 같은 정적 과압의 문제와는 거의 무관하다. It should be noted that the two advantages are not of great concern in heat exchangers formed of large hollow plates with relatively thick walls as described in the US patent. In such a heat exchanger, the maximum pressure difference occurring in each part of the large vertical plate is a relatively low static overpressure caused by the cooling oil. The heat exchanger according to the invention can be installed anywhere in a suitable position, and in particular operates under extremely high differential pressures, and is thus almost independent of the problem of static overpressure.

전술한 특징을 보충하는 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, According to another feature of the invention that supplements the aforementioned features,

- 상기 교호 보스의 인접면의 수직선이 형성하는 각도는 최소 30°로, 상기 면 사이의 뾰족 단부에 의해 난류가 효과적 발생하고 유체 간의 압력차에 견딜 수 있도록 하며;The angle formed by the vertical lines of the adjacent faces of the alternating bosses is at least 30 °, so that turbulence can be effectively generated by the pointed ends between the faces and withstand the pressure difference between the fluids;

- 상기 교호 보스의 인접면의 수직선이 형성하는 최대 각도는, 스탬핑 또는 써모포밍의 대상이 되는 재질에 따른 한계치로 제한된다.The maximum angle formed by the vertical lines of the adjacent surfaces of the alternating bosses is limited to a limit depending on the material to be stamped or thermoformed.

전술한 특징을 보충하는 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 중공 플레이트의 대향면은 평행 벽체를 구비하며, 상기 벽체를 분리하는 간격은 상기 벽체의 두께와 같은 차수(order)로 일정하게 형성된다.According to another feature of the invention which supplements the above-mentioned features, the opposing face of the hollow plate has parallel walls, and the intervals for separating the walls are constantly formed in an order equal to the thickness of the walls.

전술한 특징을 보충하는 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, According to another feature of the invention that supplements the aforementioned features,

- 상기 교호 보스는, 하나의 길이 방향 변을 공유하는 등변 사다리꼴(an isosceles trapezium) 형태의 두 개의 면을 구비하고, 두 개의 중앙 장사방형(rhomboid) 면을 공유하며;Said alternating bosses have two faces in the form of an isosceles trapezium which share one longitudinal side and share two central rhomboid faces;

- 상기 장사방형 면의 장 대각선의 길이는, 상기 플레이트 벽체 두께의 수십배에 해당된다.The length of the long diagonal of the oblong side corresponds to several tens of the thickness of the plate wall.

전술한 특징을 보충하는 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, According to another feature of the invention that supplements the aforementioned features,

- 상기 교호 보스는, 이등변 삼각형 형태의 두 개의 면을 구비하고, 두 개의 중앙 육각면을 공유하되, 상기 두 개의 중앙 육각면은 횡방향 모서리를 공유하며;Said alternating bosses have two faces in the form of an isosceles triangle, sharing two central hexagonal planes, said two central hexagonal planes sharing transverse edges;

- 상기 중앙 육각면의 횡방향 모서리 사이의 간격은 플레이트 벽체 두께의 수십배에 해당된다.The spacing between the transverse edges of the central hexagonal plane corresponds to several tens of the thickness of the plate wall.

전술한 특징을 보충하는 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 각각의 중공 플레이트의 엠보싱 중앙부는, 원뿔대(truncated cones) 부분을 형성하는 완만하게 경사진 벽체의 수평 단부를 갖는 두 개의 연결부를 통해 외부 매니폴드에 결합된다.According to another feature of the present invention that supplements the aforementioned features, the embossed central portion of each hollow plate is external through two connections having horizontal ends of gently sloped walls forming truncated cones portions. Coupled to the manifold.

전술한 특징을 보충하는 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 중공 플레이트의 외부 매니폴드는, 열교환기의 드래그를 최소화하기 위해 공기역학적 프로파일로 형성된다.According to another feature of the invention that supplements the above features, the outer manifold of the hollow plate is formed with an aerodynamic profile to minimize drag of the heat exchanger.

전술한 특징을 보충하는 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 대칭 보스면에 다수의 2차면이 형성되어 다이아몬드 형태로 절단된 것처럼 보이며, 보충적인 뾰족 단부를 더 구비한다.According to another feature of the present invention that supplements the above features, a plurality of secondary surfaces are formed on the symmetric boss surface and appear to be cut in diamond form, further comprising a complementary pointed end.

상기와 같은 다양한 구성의 결과, 본 발명에 따라 제조된 열교환기는 체적 전도도가 특히 높다. 이에는 다음과 같은 여러 가지 이유가 있다: (1) 플레이트가 금속 벽체를 구비하고 있으므로 열저항은 무시될 수 있다. (2) 물 또는 오일은 층류 흐름을 이루며 비교적 높은 열저항을 나타냄에도 불구하고, 플레이트 내부의 물 또는 오일의 매우 얇은 층은 열저항은 극히 낮다. (3) 보스의 높이 및 뾰족 단부의 전체 숫자가 증대됨에 따라, 플레이트 사이를 순환하는 공기의 난류 및 겉보기 열전도도가 증대된다. 약 45°의 경사면을 갖는 다수의 교호 보스가 최소 2열로 형성됨으로서, 여러 가지 파라미터 간의 상호 효과 보완이 이루어진다. 50°이하의 경사면을 갖는 보스의 스탬핑 작업은 큰 문제가 없는 표준적인 작업이며, 인접면의 수직선 사이의 각도를 최소 30°로 함으로서, 공기 유동에 난류가 효과적으로 발생할 수 있게 될 뿐만 아니라, 그 단부(edge)가 빔(beam)에 견줄만한 충분한 강성을 갖도록 하며, 상기 단부들은 전체적으로 빔 네트워크에 비견될 수 있게 된다.As a result of such various configurations, the heat exchanger produced according to the present invention has a particularly high volume conductivity. There are several reasons for this: (1) Since the plate is provided with metal walls, the thermal resistance can be neglected. (2) Although water or oil forms a laminar flow and exhibits relatively high heat resistance, very thin layers of water or oil inside the plate have extremely low heat resistance. (3) As the height of the boss and the total number of pointed ends increase, turbulence and apparent thermal conductivity of air circulating between the plates increases. Multiple alternating bosses with an inclined plane of about 45 ° are formed in at least two rows, thereby complementing the mutual effect between the various parameters. Stamping of bosses with slopes of 50 ° or less is a standard problem without major problems, and by allowing the angle between the vertical lines of adjacent surfaces to be at least 30 °, not only can turbulence be effectively generated in the air flow, The edges have sufficient rigidity to match the beam, and the ends can be comparable to the beam network as a whole.

더욱이, 외부 매니폴드에 연결되는 동일 플레이트가 다수 적층되어 열교환기가 형성되므로, 비교적 빠른 속도의 정상 층류 유동으로 플레이트 내부를 순환하는 액체의 압력 강하가 현저히 감소되며, 액체의 펌핑에 소요되는 동력 또한 현저히 감소된다. 또한, 공기역학적 프로파일을 갖는 외부 매니폴드가 적용되어, 공기의 유동 방향에 평행하게 설치되므로, 라디에이터의 공기역학적 드래그 및/또는 공기 순환에 필요한 동력이 현저히 감소된다. Moreover, since the same plate connected to the outer manifold is stacked to form a heat exchanger, the pressure drop of the liquid circulating inside the plate is significantly reduced with a relatively fast steady laminar flow, and the power required to pump the liquid is also remarkably reduced. Is reduced. In addition, an external manifold with an aerodynamic profile is applied, which is installed parallel to the flow direction of the air, thereby significantly reducing the power required for the aerodynamic drag and / or air circulation of the radiator.

본 발명에 따른 중공 플레이트의 제조에 사용될 수 있는 금속과 관련하여, 선택의 폭이 그렇게 큰 것은 아니지만, 스탬핑 분야의 전문가에게는 잘 알려져 있는 바, 궁극적으로, 그 선택(예를 들어, 알루미늄 또는 스틸)은, 해당 플레이트가 적용된 열교환기의 작동 온도 범위에서의 금속의 기계적 거동 특성에 의해 결정된다. With regard to the metals that can be used in the manufacture of the hollow plates according to the invention, the choice is not so large, but is well known to those skilled in the stamping art and ultimately, the choice (for example aluminum or steel). Silver is determined by the mechanical behavior of the metal in the operating temperature range of the heat exchanger to which the plate is applied.

전술한 바와 같은 다양한 특성으로 인해, 본 발명에 따른 고성능 열교환기는 정확한 제어가 가능한 일련의 조작에 의해 산업적으로 생산할 수 있게 된다. 이에 따라, 자동화가 용이하며, 열교환기의 대량 생산에 따른 원가 절감이 가능하게 된다. 생산에 필요한 조작은 다음과 같다.Due to the various characteristics as described above, the high performance heat exchanger according to the present invention can be industrially produced by a series of operations capable of precise control. Accordingly, it is easy to automate, it is possible to reduce the cost of mass production of heat exchanger. The operations required for production are as follows.

1) 박판 금속시트로부터 동일한 플레이트를 스탬핑 및 절단해 내는 공정;1) stamping and cutting out the same plate from the sheet metal sheet;

2) 한 벽체의 헤드와 각부를 반전시키는 공정;2) inverting the head and the corners of one wall;

3) 측면 플렌지 및 내부 중앙 구획부의 돌출부를 용접하여, 두개의 인접 벽체를 조립하는 공정;3) assembling two adjacent walls by welding the protrusions of the side flanges and the inner central partition;

4) 제작 완료된 중공 플레이트를 두 개의 외부 매니폴드에 장착 고정시키는 공정.4) The process of mounting and fixing the finished hollow plate on two outer manifolds.

본 발명에 따른, 체적 전도도를 갖는 콤팩트 라디에이터는, According to the present invention, a compact radiator having a volume conductivity,

- 두 개의 동일 그룹의 얇은 금속재 중공 플레이트 열교환기를 구비하며, 상기 두 개의 그룹은 두 개의 상류 및 하류 매니폴드에 결합되며, 상기 매니폴드는 평탄한 직각 사다리꼴 면을 구비하되, 직각 모서리가 상호 반대쪽에 위치하도록 상호 간격을 두고 배치되며;Two equal groups of thin metal hollow plate heat exchangers, the two groups being coupled to two upstream and downstream manifolds, the manifolds having a flat right angle trapezoidal face, with right angle edges opposite each other Spaced apart from one another so as to;

- 상기 각 그룹 열교환기의 각각의 상류 및 하류 매니폴드는, 상기 열교환기의 중앙부의 폭보다 약간 큰 일정 간격으로 상기 주 상류 하류 매니폴드의 대응되는 면에 각각 결합되는 것을 특징으로 한다.Each upstream and downstream manifold of each group heat exchanger is respectively coupled to the corresponding face of the main upstream downstream manifold at regular intervals slightly larger than the width of the central part of the heat exchanger.

본 발명의 이러한 특징에 따르면, 메인 단면적을 최소화(1kW의 방출 에너지당 0.10dm2)하면서 체적 전도도가 대단히 높은 라이에이터가 가능하게 된다. 또한 본 발명에 따른 열교환기는 금속 중공 플레이트를 다수 적층하여 형성되는 바, 많은 수의 열교환기라 할지라도 두개의 메인 평탄 매니폴드에 용이하게 장착될 수 있다. 또한, 상기 콤팩트 라디에이터에 따르면, 펌핑 및 공기 순환에 소요되는 동력이 극히 적은 바, 동일한 열전도도라면, 중실핀 라디에이터에 요구되는 동력의 약 1/5 이하의 수준이 된다.According to this aspect of the invention, it is possible to have a writer with a very high volume conductivity while minimizing the main cross-sectional area (0.10 dm 2 per 1 kW emission energy). In addition, the heat exchanger according to the present invention is formed by stacking a plurality of metal hollow plates, and even a large number of heat exchangers may be easily mounted on two main flat manifolds. In addition, according to the compact radiator, since the power required for pumping and air circulation is extremely small, the same thermal conductivity results in a level of about 1/5 or less of the power required for the solid fin radiator.

- 도 1은 본 발명에 따른 중공 플레이트의 제1 엠보싱 벽체의 평면도;1 shows a plan view of a first embossed wall of a hollow plate according to the invention;

- 도 2A는 본 발명에 따른 중공 플레이트의 제2 엠보싱 벽체의 평면도이며, 도 2B, 2C는 상기 벽체의 특정면을 나타낸 도면; 2A is a plan view of a second embossed wall of the hollow plate according to the invention, and FIGS. 2B, 2C show a specific side of the wall;

- 도 3은 제1 벽체의 교호 보스의 종단면도;3 is a longitudinal sectional view of an alternating boss of a first wall;

- 도 4는 매니폴드에 용접된 중공 플레이트의 일단부를 나타내는 종단면도;4 is a longitudinal sectional view showing one end of the hollow plate welded to the manifold;

- 도 5는 15개의 중공 플레이트를 갖는 열교환기의 사시도;5 shows a perspective view of a heat exchanger with fifteen hollow plates;

- 도 6은 본 발명에 따른 열교환기에 의해 구성된 라디에이터의 평면도.6 is a plan view of a radiator constructed by a heat exchanger according to the invention;

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 의해 본 발명의 특징 및 이점을 보다 상세하고 명확하게 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the features and advantages of the present invention in more detail and clearly described by the preferred embodiment of the present invention.

도 1은 중공 플레이트를 형성하는 얇은 금속 벽체의 제1 실시예를 나타낸다. 상기 벽체는 스탬핑 작업 후 절단되어 형성되는바, 두 개의 연결부 사이에 엠보싱 중앙부(13)가 배치되도록 형성된다. 일례로, 상기 벽체는 0.3mm 두께의 알루미늄으로 제조되며, 엠보싱 중앙부의 너비는 60mm, 길이는 76mm로 형성된다. 중앙부(13)는 서로 인접하여 동일하게 형성되는 2열의 교호 보스(12, 14)를 구비하며, 2열의 교호보스는 4mm 폭의 평탄부(16)에 의해 구획된다. 두 개의 연결부(18, 20)는 완만한 벽체를 갖는다. 각각의 열에는 돌출 보스와 오목부로 이루어진 두 개의 동일한 교호 엠보싱 구역을 구비한다. 예를 들어, 12-14 열에는 221-2 및 241-2 4 개의 보스 및 22'1-2 및 24'1-2 4 개의 오목부가 형성되어 있는 바, 후자는 회색으로 나타나 있다.1 shows a first embodiment of a thin metal wall forming a hollow plate. The wall is cut and formed after the stamping operation, and the embossed central portion 13 is disposed between the two connecting portions. In one example, the wall is made of aluminum 0.3 mm thick, the width of the embossed center portion is 60mm, the length is 76mm. The central portion 13 has two rows of alternating bosses 12 and 14 formed equally adjacent to each other, and the two rows of alternating bosses are partitioned by a flat portion 16 having a width of 4 mm. The two connections 18, 20 have smooth walls. Each row is provided with two identical alternating embossing zones of projecting bosses and recesses. For example, in rows 12-14, 22 bosses with 1-2 1-2 and 24 1-2 and bosses 22 ' 1-2 and 24' 1-2 are formed, the latter being grayed out.

각각의 보스 221-2 - 241-2 또는 각각의 오목부 22'1-2 및 24'1-2는 지붕 모양으로 형성되어, 4 개의 경사진 뾰족 단부를 갖는 4 개의 경사면을 갖는다. 예를 들어, 열 12의 각각의 교호 보스는, (1) 돌출 보스 각각에 두 개의 대칭 사다리꼴(261-2, 281-2)을, 오목부 각각에 두 개의 대칭 사다리꼴(26'1-2, 28'1-2)을 갖으며, 각 사다리꼴의 밑면의 길이는 공히 19mm이고, (2) 돌출 보스 각각에 두 개의 이등변 삼각형(301-2, 321-2)을, 오목부 각각에 두 개의 이등변 삼각형(30'1-2, 32'1-2)을 갖으며, 각 삼각형의 밑면의 길이는 공히 28mm이며, (3) 돌출 보스의 길이방향 정상부(341-2)와 오목부의 길이방향 정상부(34'1-2)를 갖으며, (4) 5mm의 동일 높이로 형성된다. 열 12(열 14도 마찬 가지)의 교호 엠보싱부의 이웃하는 보스에 위치하는 두 쌍의 이등변 삼각형(301-2, 321-2, 30'1-2, 32'1-2)에 의해 사면체가 형성된다는 점에 유의해야 한다. Each boss 22 1-2-24 1-2 or each recess 22 ' 1-2 and 24' 1-2 is formed in the shape of a roof and has four inclined surfaces with four inclined pointed ends. For example, each alternating boss in row 12 may have (1) two symmetric trapezoids (26 1-2 , 28 1-2 ) in each of the protruding bosses and two symmetric trapezoids (26 ' 1- ) in each of the recesses. 2 , 28 ' 1-2 ), the base of each trapezoid is 19 mm in length, and (2) two isosceles triangles (30 1-2 , 32 1-2 ) in each of the protruding bosses, respectively It has two isosceles triangles (30 ' 1-2 , 32' 1-2 ), and the length of the base of each triangle is 28mm, and (3) the longitudinal top of the protruding boss (34 1-2 ) and the concave portion was the length direction has a top portion (34 '1-2), (4) is formed of the same height of 5mm. Tetrahedron by two pairs of isosceles triangles (30 1-2 , 32 1-2 , 30 ' 1-2 , 32' 1-2 ) located in the neighboring bosses of the alternating embossed portion in column 12 (as in column 14) It should be noted that is formed.

벽체(10)의 엠보싱 중앙부(13)를 두 개의 구획으로 나누는 좁은 평탄부(16)의 중앙에는, 내부 돌출부(internal protrusion; 36)가 2mm 폭으로 형성되는 바, 이는 스탬핑 공정에 의해 대칭면을 갖도록 형성되되, 스탬핑 기술이 허용하는 한 최대한 강성(stiff)을 갖도록 형성된다. 상기 돌출부(36)는, 제조되는 중공 플레이트에서 보스의 정상부가 분리되어 있는 최대 간격의 반에 해당되는 높이로 형성된다(이하 설명의 특정예에 따르면 0.2mm). 두 개의 라인(38-40)에 의해, 중공 플레이트 상의 2열(12-14)의 교호 보스의 평행한 외측 단부가 한 쌍의 평행 플렌지(42-44)로부터 분리되어, 두 플레이트 벽체 표면의 실링면의 일부를 형성한다. 라인(38-40)과 플렌지(42-44)는 1mm의 폭을 갖으며, 0.2mm 높이로 단차지게 형성되는 바, 상기 높이는 보스의 정상부에서의 플레이트 내부 두께의 반에 해당된다. 상기 두 개의 라인(38-40)은 벽체(10)의 두 개의 연결부(18-20)상의 평탄부(46-48)에서 끝나며, 상기 두 개의 평행 플렌지(42-44)는 연결부 상의 한 쌍의 경사 외부 플렌지(501-502, 521-522)로 끝나는 바, 이들은 플레이트 벽체 표면의 다른 실링면을 형성한다. 각각의 플렌지(501-2, 521-2)는 벽체(10)의 길이방향 대칭선에 대해 60°각도로 형성된다. 각 연결부(18-20)의 단부에는 거의 평탄한 원뿔대 부분(truncated cone portion)이 구비되는 바, 반-원뿔각은 87.5°이다. 이와 같이 테이퍼진 부분은 한 쌍의 호(581-2 및 601-2)에 의해 그 경계가 정해지는 데, 후자의 길이는 8mm이다. 연결부의 단부는 1.5mm 높이의 단차를 두고 상호 결합되는 바, 이와 같이 형성된 중공 플레이트의 상류 및 하류 개구부의 단면적은 24mm2으로, 이는 플레이트(13)의 엠보싱 중앙부(13) 내부 공간의 횡단면적과 대략적으로 일치한다.In the center of the narrow flat portion 16 which divides the embossed central portion 13 of the wall 10 into two compartments, an internal protrusion 36 is formed with a width of 2 mm, which has a symmetrical surface by a stamping process. It is formed so as to have maximum stiffness as the stamping technique allows. The protrusion 36 is formed at a height corresponding to half of the maximum distance from which the top of the boss is separated from the hollow plate to be manufactured (0.2 mm according to the specific example of the following description). By two lines 38-40, the parallel outer ends of the alternating bosses of two rows 12-14 on the hollow plate are separated from the pair of parallel flanges 42-44 to seal the two plate wall surfaces. Form part of the face. Lines 38-40 and flanges 42-44 have a width of 1 mm and are stepped to a height of 0.2 mm, corresponding to half the thickness of the plate inside the top of the boss. The two lines 38-40 terminate at flat portions 46-48 on the two connections 18-20 of the wall 10, and the two parallel flanges 42-44 are connected to a pair of pairs on the connection. inclined outer flange ending with a bar (50 1 -50 2, 52 1 -52 2), which forms the other sealing surface of the plate wall surface. Each flange 50 1-2 , 52 1-2 is formed at an angle of 60 ° to the longitudinal symmetry line of the wall 10. At the end of each connection 18-20 is provided with a substantially flat truncated cone portion, the semi-cone angle being 87.5 °. The tapered portion in this way is bounded by a pair of arcs 58 1-2 and 60 1-2 , the latter being 8 mm long. The ends of the connecting portions are joined to each other with a step of 1.5 mm in height, and the cross-sectional area of the upstream and downstream openings of the hollow plate thus formed is 24 mm 2 , which is equal to the cross-sectional area of the space inside the embossed central portion 13 of the plate 13. Roughly matches.

도 2A는, 스탬핑 작업 후 절단되어 형성되는 얇은 금속 벽체(11)의 제2 실시예를 나타낸다. 본 실시예의 벽체(11)은 전술한 실시예의 벽체(10)와 엠보싱 중앙부에서만 차이가 있는 바, 본 실시예는 단일 열의 보스(15)를 구비하며, 그 너비는 16mm로, 교호 보스의 형태로 형성된다. 세 개의 돌출 보스(22b1-3)와 세 개의 오목부(22'b1-3)가 일렬로 형성되는 바, 후자는 도면상에 회색으로 표시되었다. 각각의 동출 보스와 오목부는 4개의 급경사면을 갖는 지붕 모양으로 형성된다. 열 15의 3 개의 교호 보스는, (1) 돌출 보스 각각에 대칭 삼각형 쌍(25b1-2, 27b1-2, 29b1-2)인 옆면을, 오목부 각각에 대칭 삼각형 쌍(25'b1-2, 27'b1-2, 29'b1-2)인 옆면을 갖으며, 각 삼각형의 밑면의 길이는 공히 14mm이고, (2) 인접 보스와 중앙 육각형(311-5)를 공유하되, 횡방향 정상부의 길이는 18mm로, 5mm의 동일 높이로 형성된다. 2A shows a second embodiment of a thin metal wall 11 formed by cutting after a stamping operation. The wall 11 of the present embodiment differs only from the wall 10 and the embossing center of the above-described embodiment, and this embodiment has a single row of bosses 15, the width of which is 16 mm, in the form of alternating bosses. Is formed. Three protruding bosses 22b 1-3 and three recesses 22'b 1-3 are formed in a line, the latter being shown in gray in the figure. Each drawing boss and the recess are formed in the shape of a roof having four steep slopes. The three alternating bosses in row 15 have (1) side faces that are symmetric triangle pairs (25b 1-2 , 27b 1-2 , 29b 1-2 ) on each of the protruding bosses, and symmetric triangle pairs (25'b) on each of the recesses. 1-2 , 27'b 1-2 , 29'b 1-2 ), and the base of each triangle is 14mm long, and (2) the adjacent boss and the center hexagon (31 1-5 ) Although shared, the length of the transverse top is 18 mm, and is formed at the same height of 5 mm.

도 2B, 2C는, 도 1 및 도 2A의 보스면에 여러 가지 변형예가 가능하다는 것을 나타내는 바, 도 2A의 두 개의 주면(main face)에 2차면을 구비한 것을 나타낸다. 도 2B는 옆면 삼각형(25)을 나타내는 바, 세 개의 모서리면을 갖는 비교적 평평한 사면체를 형성하며 그 정점(39)이 삼각형(25)의 중심점에 위치하는 3개의 2차면(371-3)이 제공된 것을 나타낸다. 도 2C는 육각형의 종방향 면(31)을 나타내는 바, 동일 평면상의 면(411-6)을 갖는 6개의 삼각형과, 도 2B의 정점(39)에 해당되는 중앙 정점(431-6)을 구비한다. 상기 정점의 높이는 금속 시트에 대한 스탬핑 기술에 의해 작업 가능한 높이로 결정된다.2B and 2C show that various modifications are possible to the boss face of FIGS. 1 and 2A, and that the two main faces of FIG. 2A are provided with secondary faces. FIG. 2B shows a side triangle 25, which forms a relatively flat tetrahedron with three corner faces, with three secondary surfaces 37 1-3 whose vertices 39 are located at the center of the triangle 25. Indicates what is provided. FIG. 2C shows a hexagonal longitudinal face 31, with six triangles having coplanar faces 41 1-6 and a central vertex 43 1-6 corresponding to vertex 39 in FIG. 2B. It is provided. The height of the vertices is determined as the workable height by a stamping technique on the metal sheet.

도 1 및 도 2A는, 중공 플레이트의 엠보싱 벽체상의 보스가 취할 수 있는 두 가지 기본적인 형태를 나타내며, 도 2B, 도 2C는, 플레이트 사이의 공기 유동에 난류가 보다 원할하게 형성될 수 있도록 하기 위해, 보스를 구성하는 주면의 변형 가능한 형태의 예를 나타낸다. 1 and 2A show two basic forms that a boss on an embossed wall of a hollow plate can take, and FIGS. 2B and 2C show that turbulence can be more smoothly formed in the air flow between the plates. The example of the deformable form of the principal surface which comprises a boss is shown.

도 3은, 도 1의 A-A' 단면을 나타내는 바, 매니폴드에 결합되기 전 상태의 중공 플레이트의 일단부에 대한 확대 종단면도를 나타낸다. 이 플레이트는 두 개의 벽체(10a, 10b)를 용접 결합한 결과물로서, 벽체(10b)는 벽체(10a)를 횡방향 대칭 축(B-B')을 중심으로 헤드부와 각부를 반전시킨 것에 해당된다. 단면 A-A'는 열 14의 돌출 보스(242)와 오목부(24'2)에 의해 형성된 교호 엠보싱부의 정상부를 따라 취한 것이며, 벽체(10a)의 연결부(18)를 통과한다. 도 4는 도 1의 종방향 중앙 대칭선(C-C')에 따른 단면도로서, 도 3과 동일한 부분에 해당되는 플레이트의 단부를 나타내는 확대도를 나타낸다. FIG. 3 shows an AA ′ cross section of FIG. 1, showing an enlarged longitudinal cross-sectional view of one end of the hollow plate in a state before being joined to the manifold. FIG. This plate is the result of welding two walls 10a and 10b to each other. The wall 10b corresponds to the inversion of the head and the corners of the wall 10a about the transverse symmetry axis B-B '. . The cross section A-A 'is taken along the top of an alternating embossed portion formed by the projecting bosses 24 2 and the recesses 24' 2 in row 14, and passes through the connecting portion 18 of the wall 10a. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the longitudinal central symmetry line C-C 'of FIG. 1, showing an enlarged view showing an end portion of a plate corresponding to the same portion as in FIG. 3.

도 3에서, 하부 벽체(10b)의 제1 실시예에 따른 돌출 보스와 오목부는, 상부 벽체(10a)를 뒤집은 것에 해당되는 것으로, 상부 벽체(10a)의 242 및 24'2 부분이, 도3의 측단면도로부터 알 수 있듯이, 각각 오목부 및 돌출 보스로 나타난다. 벽체 10b 상의 돌출 보스 24'1 및 오목부 241 벽체 10a의 오목부 및 볼출 보스부에 각각 포개(nested)진다. 중공 플레이트 내부 채널의 도면 부호 63 부분은, 플레이트의 엠보싱부의 겹쳐진 정상부 사이에 위치하는 부분으로, 그 두께는 0.4mm이며, 내부 채널의 도면 부호 64 부분은, 돌출 보스의 45°로 경사지게 상승 및 하강하는 경사부 사이에 위치하는 부분으로, 그 두께는 0.28mm이다. 연결부(18, 20)의 평탄부 사이의 내부 채널 66의 두께는 0.4mm이다.In FIG. 3, the protruding boss and the concave portion according to the first embodiment of the lower wall 10b correspond to the upside of the upper wall 10a, wherein 24 2 and 24 ' 2 portions of the upper wall 10a are illustrated in FIG. As can be seen from the side cross-section of 3, it is represented by recesses and protruding bosses, respectively. The protruding bosses 24 ' 1 and the recesses 24 1 on the wall 10b are nested in the recesses and the protruding bosses of the wall 10a, respectively. The portion 63 of the hollow plate inner channel is a portion located between the overlapping tops of the embossed portions of the plate, the thickness of which is 0.4 mm, and the portion 64 of the inner channel is raised and lowered at an angle of 45 ° of the protruding boss. It is a portion located between the inclined portions, the thickness is 0.28mm. The thickness of the inner channel 66 between the flat portions of the connections 18, 20 is 0.4 mm.

AA'선에 따른 우측 단면을 나타내는 도 3은, (1) 두 벽체 10a-10b의 마주보는 원뿔대부분(54-56)으로부터 상기 벽체가 점차적으로 분리되어 두 개의 연결부에서 끝나는 시작 부분(68), (2) 원 582 및 581으로부터 시작되는 상기 벽체의 두 개의 대칭 단차부, (3) 벽체 10a, 10b의 실링면을 형성하는 두 개의 대칭 플렌지(522, 501)를 보여주고 있다.FIG. 3, which shows a right section along the line AA ′, shows (1) a starting portion 68 where the wall is gradually separated from the opposite conical portion 54-56 of the two walls 10a-10b and ends at the two connections, (2) two symmetrical steps of the wall starting from circles 58 2 and 58 1 , and (3) two symmetrical flanges 52 2 , 50 1 forming the sealing surfaces of walls 10a, 10b.

도 4는 종방향 대칭축 CC'에 따른 단면도로, 중공 플레이트의 단부가 외부 매니폴드의 슬롯(72)에 결합되어 비드(70)에 의해 용접 결합된 것을 나타내는 바, 상기 슬롯(72)은 120° 원호 형태로 외부 매니폴드(75)의 연결 셸(74)에 형성되며, 외부 매니폴드(75)는 길게 형성된 두 개의 셸을 서로 용접하여 형성된다. 상기 단면도에 따르면, 벽체 10a, 10b의 좁은 중앙부에 해당되는 부분으로 0.4mm의 간격으로 이격되어 있는 두 개의 평행부(16a, 16b)와, 벽체 10a, 10b의 마주 보는 원뿔대 부분에 해당되는 두 개의 확산부(54, 56)를 보여주고 있다. 확산부의 최외측의 간격은 3mm이며, 120° 원호(도 1의 602, 603)의 길이는 8mm이다. 결과적으로, 엠보싱 벽체를 갖는 내부 채널의 직선부 단면적과 핀 단부의 개구부의 단면적은 거의 동일하게 형성된다.4 is a cross-sectional view along the longitudinal axis of symmetry CC ′, showing that the end of the hollow plate is joined to the slot 72 of the outer manifold and welded by the beads 70, wherein the slot 72 is 120 °. It is formed in the connecting shell 74 of the outer manifold 75 in the form of an arc, the outer manifold 75 is formed by welding two elongated shells to each other. According to the sectional view, two parallel portions 16a and 16b spaced apart at intervals of 0.4 mm to two portions corresponding to the narrow center portions of the walls 10a and 10b, and two corresponding to the opposite truncated portions of the walls 10a and 10b. The diffusion portions 54 and 56 are shown. The outermost gap of the diffusion portion is 3 mm, and the length of the 120 ° circular arc (60 2 , 60 3 in FIG. 1) is 8 mm. As a result, the cross-sectional area of the straight section of the inner channel with the embossed wall and the cross-sectional area of the opening of the fin end are formed almost equal.

도 5는 15 개의 얇은 중공 금속제 핀(781-15)로 구성된 기본적인 형태의 열교환기(76)를 나타낸다. 중공 플레이트의 단부는 전술한 바와 같이 원형 슬롯에 용접 결합되는 바, 원형 슬롯은 3.5mm 폭으로, 각각 8mm 간격을 두고 형성되며, 공기 역학적 형태로 형성된 외부 매니폴드(80-82)의 벽체에 형성된다. 용접 작업을 용이하게 수행할 수 있도록 하기 위해, 매니폴드(80-82)는 U자형 단면으로 길게 형성된 두 개의 셸을 라인 83을 따라 용접하여 형성된다. 상기 셸은, 플레이트 벽체의 제조에 적용되는 것과 동일한 시트를 절단하여 형성된 금속 스트립으로 제조된다. 이들 스트립의 반에는 적절한 폭과 길이 및 간격으로 슬롯이 형성되며, 이와 같이 준 비된 두 종류의 스트립은 각각 전방 덮개 및 연결 셸(75)이 되며, 돌출 및 오목 프로파일을 갖는 매칭 템플릿를 사용하여, 중공 플레이트의 개구부를 연결 셸의 슬롯에 용접한다. 다음으로, 두 개의 전방 덮개 각각을 대응되는 연결 셸에 용접한 후, 두 개 셸 각각의 일측 개구부를 밀봉함으로서, 두 개의 유선형 외부 매니폴드 및 열교환기 자체를 형성하게 된다.5 shows a heat exchanger 76 of the basic form consisting of fifteen thin hollow metal fins 78 1-15 . As described above, the end of the hollow plate is welded to the circular slot, and the circular slots are 3.5 mm wide and are formed at 8 mm intervals, respectively, and are formed on the walls of the outer manifolds 80-82 formed in an aerodynamic shape. do. In order to facilitate the welding operation, the manifolds 80-82 are formed by welding two shells formed along a U-shaped cross section along a line 83. The shell is made of a metal strip formed by cutting the same sheet as is applied in the manufacture of plate walls. Half of these strips are slotted with the appropriate width, length and spacing, and the two types of strips thus prepared are the front cover and the connecting shell 75, respectively, using a matching template with protruding and concave profiles, Weld the opening of the plate to the slot of the connecting shell. Next, each of the two front lids is welded to a corresponding connecting shell, and then one side opening of each of the two shells is sealed, thereby forming two streamlined outer manifolds and the heat exchanger itself.

도 6은 콤팩트하게 형성된 라디에이터(81)의 평면도를 나타낸다. 6 개의 동일한 열교환기(761-6)가, 직각 사다리꼴 형태로 헤드부와 각부에 배치되는 두 개의 평탄한 주 매니폴드(flat main manifold; 84, 86)의 양측에 평행하게 장착됨으로서, 적절한 전체 열전도도를 갖는 콤팩트한 라디에이터될 수 있다. 이들 평탄 매니폴드(84, 86)는 평행면(881-2, 901-2)을 구비하며, 두께는 외부 매니폴드(801-2)의 직선부 단면의 최대 치수와 대략적으로 동일하게 형성된다. 두 개의 인접하는 열교환기는, 그 횡단부가 서로 인접하거나 약간 겹쳐지게 배치된다. 첫 번째 실시예는, 외부 매니폴드의 상류(801-6) 및 하류(821-6)의 각부를 주 매니폴드의 길이 방향으로 동일 간격으로 형성되어 있는 원형 개구 941-6 및 961-6에 동일 깊이로 결합되어 용접된다. 두 번째 실시예로, 매니폴드의 삽입 깊이를 홀수 열 및 짝수 열의 열교환기에 대해 달리하는 방법이 있다. 두 개의 주 매니폴드(84-86)의 평행면(882-902) 사이의 최대 길이는 장착되는 열교환기(76)에 수에 의해 결정된다. 주 매니폴드(84-86)의 짧은쪽 면의 길이는 외부 매니폴드(80-82)의 간격 및 경사면 사이의 간 격(100; 전형적으로 5mm)에 의해 결정된다. 6 shows a plan view of the radiator 81 compactly formed. Six identical heat exchangers 76 1-6 are mounted parallel to both sides of the two flat main manifolds 84, 86 arranged at right angles in the form of a right trapezoidal trapezoid, thereby providing adequate overall heat conduction. It can be a compact radiator with degrees. These flat manifolds 84, 86 have parallel planes 88 1-2 , 90 1-2 , and the thickness is formed to be approximately equal to the maximum dimension of the straight section cross section of the outer manifold 80 1-2 . do. Two adjacent heat exchangers are arranged so that their cross sections are adjacent or slightly overlap with each other. The first embodiment includes circular openings 94 1-6 and 96 1 in which portions of the upstream 80 1-6 and downstream 82 1-6 of the outer manifold are formed at equal intervals in the longitudinal direction of the main manifold. -6 are welded to the same depth. In a second embodiment, there is a method of varying the insertion depth of the manifolds for odd and even rows of heat exchangers. The maximum distance between the two main manifolds parallel faces (88 2 -90 2) of the (84-86) is determined by the number of the heat exchanger (76) is mounted. The length of the shorter side of the main manifolds 84-86 is determined by the spacing of the outer manifolds 80-82 and the spacing 100 between the slopes 100 (typically 5 mm).

이와 같이, 엠보싱에 의해 강성이 향상된 얇은 벽체를 갖는 중공 금속 플레이트를 적층하여 형성되는 열교환기 조립체에 따르면, 고성능(>100kW) 열기관의 냉각에 특히 유리한 콤팩트한 라디에이터를 구성하는 것이 가능하게 된다. 상기와 같이 구성된 라디에이터는 단면적이 매우 작고, 열전도도가 높으며, 펌핑 및 공기 순환에 소요되는 동력 소모가 작고, 부피 및 중량이 작다. 또한, 디젤 엔진의 저속 작동시 성능을 향상시키기 위한 배기가스 냉각에도 적절히 적용될 수 있다. 또한, 온도 및 압력 차이가 큰(약 600℃, 1MPa) 두 유체 특히 액체와 기체 사이의 어떠한 열교환에도 일반적으로 적용될 수 있다.Thus, according to the heat exchanger assembly formed by stacking a hollow metal plate having a thin wall having improved rigidity by embossing, it becomes possible to construct a compact radiator which is particularly advantageous for cooling of a high performance (> 100 kW) heat engine. The radiator configured as described above has a very small cross-sectional area, high thermal conductivity, low power consumption for pumping and air circulation, and small volume and weight. It can also be suitably applied to exhaust gas cooling to improve performance in low speed operation of diesel engines. It is also generally applicable to any heat exchange between two fluids, especially liquids and gases, having large temperature and pressure differences (about 600 ° C., 1 MPa).

본 발명은 전술한 실시예에 한정되는 것이 아임은 분명하다. 중공 플레이트의 폭이나 길이는, 데시 미터 단위로 측정될 정도로, 도 1 에 예시된 것보다 훨씬 클 수 있다. 각각의 플레이트에 형성되는 교호 보스의 열이나 각 열에 배치되는 숫자 역시 도 1 에 예시된 것보다 훨씬 클 수 있으며, 플레이트의 최대 치수는 가용 스템핑 프레스의 성능 테이블을 참조하여 결정될 수 있다. 열교환기에 배치되는 중공 플레이트의 숫자 역시 수십 개가 될 수 있으며, 콤팩트 라디에이터에 조립되는 열교환기의 숫자 역시 수십 개에 달할 수 있다.It is apparent that the present invention is not limited to the above embodiment. The width or length of the hollow plate may be much larger than that illustrated in FIG. 1, so measured in decimeters. The number of alternating bosses formed in each plate or the number arranged in each row may also be much larger than that illustrated in FIG. 1, and the maximum dimension of the plate may be determined with reference to the performance table of the available stamping press. The number of hollow plates placed in the heat exchanger can also be dozens, and the number of heat exchangers assembled in a compact radiator can also be dozens.

또한, 본 발명에 따른 중공 플레이트를 유사하지만 횡 방향 단부를 달리하여 동일하지 않은 두 개의 엠보싱 벽체를 사용하여 제조하는 것도 가능하다. 즉, 중앙부 내부 채널의 반의 두께에 해당되는 단차를 갖는 플렌지를 구비하는 두 개의 동일 벽체 대신, 하나의 벽체에는 상기 벽체의 두 배에 해당되는 단차를 갖는 플렌지 를 형성하고, 다른 벽체에는 단차를 두지 않는 방식이 가능하다. 이 방식에 따르면, 두 벌의 스탬핑 금형이 필요하지만 생산율이 높을 경우 경제적 부담은 그다지 크지 않게 된다. It is also possible to produce hollow plates according to the invention using two embossed walls which are similar but not identical with different transverse ends. In other words, instead of two identical walls having a step that is equal to half the thickness of the central inner channel, one wall forms a flange having a step that is twice that of the wall, and the other wall has a step. It is possible not to. According to this method, two sets of stamping molds are required, but the economic burden is not so great when the production rate is high.

앞서 예를 든 수치들은 액체/기체 열교환기용 중공 플레이트에 관헌 것을 보여주고 있다. 액체는 금속 플레이트의 좁은 내부 채널(0.3mm)을 통해 순환된다. 기체/기체 열교환기의 경우, 내부 채널의 두께는 당연히 훨씬 커지게 되며(일반적으로 >1mm), 플레이트 사이의 간격은 작아지게 된다. 이는, 두 종류 기체의 질량 유량과 속도가 중공 플레이트 벽체의 양면에서 거의 같기 때문이다. The above figures show that for hollow plates for liquid / gas heat exchangers. The liquid is circulated through the narrow inner channel (0.3 mm) of the metal plate. In the case of gas / gas heat exchangers, the thickness of the internal channels is of course much larger (generally> 1 mm) and the spacing between the plates is smaller. This is because the mass flow rates and velocities of the two gases are almost the same on both sides of the hollow plate wall.

한편, 부식 유체가 사용되는 화학 등과 같은 특정 용도를 위해서는, 고성능 글래스 열교환기의 적용이 바람직하거나 그 사용을 고려할 필요가 있다. 이를 위해서는 높은 체적 전도도를 갖는 글래스 열교환기가 제공될 수 있으나, 그 전도도는 단일편 폴리머 및 본 발명에 따른 금속제 형식으로 제조된 중공 플레이트 열교환기(20 또는 100 W/℃dm3 )의 중간 정도가 된다. 글레스 열교환기에 적용되는 최고 온도 및 압력차는 본 발명에 따른 금속제 열교환기가 견딜 수 있는 것보다 낮으나, 티이티(TET)의 유럽특허에 개시되어 있는 단일편 폴리머 열교환기에 비해서는 높다. 상기와 유사한 용도에, 압력차 및 온도차의 범위는 그대로 유지한 채, 단일편 열교환기보다 체적 전도도가 약 50% 높은 폴리머 열교환기의 적용이 바람직할 수 있다. 이를 위해, 본 발명에 따른 금속제 열교환기에 대한 새로운 기술을 채택 적용하여, 금속 시트 대신 폴리머 또는 글래스 시트에 대해 고온 스탬핑 또는 서모포 밍(thermoforming) 공정을 거쳐 사용할 수 있다. 상기 두 가지 제조 공정은 서로 유사한 데, 전자는 돌출부 및 오목부를 갖는 두 개의 금형 및 기계적 압력을 이용하는 것이며, 후자는 하나의 금형 및 공압을 이용한다는 데 차이가 있으며, 양자 공히 적절한 가열을 필요로 하나, 변형 경화는 발생되지 않는다.On the other hand, for certain applications, such as chemistry in which corrosive fluids are used, the application of high performance glass heat exchangers is desirable or needs to be considered. For this purpose a glass heat exchanger having a high volumetric conductivity can be provided, but the conductivity is about the middle of the single-plate polymer and the hollow plate heat exchanger (20 or 100 W / ° C.dm 3 ) made of the metal form according to the invention. . The maximum temperature and pressure difference applied to the glass heat exchanger is lower than the metal heat exchanger according to the invention can withstand, but is higher than the single piece polymer heat exchanger disclosed in the European patent of TET. For applications similar to the above, it may be desirable to apply a polymer heat exchanger having a volume conductivity of about 50% higher than a one-piece heat exchanger, while maintaining a range of pressure differentials and temperature differences. To this end, by adopting a new technology for the metal heat exchanger according to the present invention, it can be used through a hot stamping or thermoforming process for the polymer or glass sheet instead of the metal sheet. The two manufacturing processes are similar to each other, the former uses two molds and mechanical pressures with protrusions and recesses, the latter uses one mold and pneumatics, and both require proper heating. , Strain hardening does not occur.

상기와 같이 엠보싱 벽체 및 외부 매니폴드를 구비하는 글래스 또는 폴리머 중공 플레이트 열교환기의 벽체 및 내부 채널의 두께는 적용된 폴리머나 글래스의 기계적 특성상 불가피하게 커질 수밖에 없으며, 그들의 성능은 앞서 설명한 바로부터 추론될 수 있다.As described above, the thickness of the wall and the inner channel of the glass or polymer hollow plate heat exchanger having the embossed wall and the outer manifold is inevitably large due to the mechanical properties of the applied polymer or glass, and their performance can be inferred from the foregoing description. have.

Claims (11)

중량 및 부피가 작고 높은 체적 전도도를 갖으며, 높은 압력차 및 온도차의 유체에 적용되는 열교환기(76)로서, A heat exchanger 76 having a low weight and volume, high volume conductivity, and applied to a fluid having a high pressure difference and a temperature difference, - 좁은 내부 채널을 갖는 금속 중공 플레이트(781-15)가 일정한 간격을 두고 층으로 배치되어 외부 매니폴드(80, 82)에 연결되며;Metal hollow plates 78 1-15 with narrow inner channels are arranged in layers at regular intervals and connected to outer manifolds 80, 82; - 상기 플레이트는 엠보싱 중앙부(13)를 구비하되, 상기 중앙부는 상기 중앙부의 단면적에 해당되는 면적의 좁은 개구부를 갖는 두 개의 연결부(18-20) 사이에 위치하며;The plate has an embossed central part (13), the central part being located between two connecting parts (18-20) having a narrow opening with an area corresponding to the cross-sectional area of the central part; - 상기 플레이트(78)의 벽체는 금속 시트를 스탬핑 및 절단하여 형성되고;The wall of the plate 78 is formed by stamping and cutting metal sheets; - 상기 중공 플레이트(78)를 형성하는 두 벽체(10-11)의 측단부(42-44)가 용접 결합;되는 열교환기에 있어서,A heat exchanger in which side ends 42-44 of two walls 10-11 forming the hollow plate 78 are welded; - 각각의 중공 플레이트(781-15)의 벽체(10-11)는 강성을 갖는 얇은 판으로 형성되고, 상기 엠보싱 중앙부(13)는 정렬된 교호 보스(22-22', 24-24')로 구성되는 하나 또는 그 이상의 세트(12-14)를 구비하되, 상기 교호 보스는 급경사의 변형경화 면(26, 26, 28, 30)을 갖으며, 상기 보스의 정렬선에 대해 경사 및/또는 수직한 다수의 뾰족 단부를 형성하며;The walls 10-11 of each hollow plate 78 1-15 are formed of thin plates with rigidity, the embossing center 13 being aligned alternating bosses 22-22 ', 24-24'. One or more sets 12-14, wherein the alternating bosses have declination hard surfaces 26, 26, 28, 30 of steep slopes and are inclined and / or relative to the alignment lines of the bosses. Form a plurality of vertical pointed ends; - 대향하는 면사이의 간격(64-66)이 균일하고 작으며, 적용되는 압력차에 대해 실질적으로 일정하며;The spacing 64-66 between the opposing faces is uniform and small and substantially constant with respect to the pressure difference applied; - 상기 플레이트 사이의 간격(781-15)이 좁게 형성;되는 것을 특징으로 하는 열교환기.A narrow gap (78 1-15 ) between the plates; 제 1 항의 열교환기로부터 파생되는 열교환기에 있어서, In the heat exchanger derived from the heat exchanger of claim 1, - 얇은 내부 채널을 갖으며, 일정 간격으로 외부 매니폴드에 적층되는 글래스 또는 폴리머 중공 플레이트로 구성되며; Consists of a glass or polymer hollow plate having a thin inner channel and laminated to an outer manifold at regular intervals; - 상기 중공 플레이트의 벽체는 가열 스탬핑 또는 써모포밍 공정 후 절단하는 공정에 의해 제조되며; The wall of the hollow plate is produced by a process of cutting after a heat stamping or thermoforming process; - 상기 플레이트는 엠보싱 중앙부를 구비하되, 상기 중앙부는 상기 중앙부의 단면적에 해당되는 면적의 좁은 개구부를 갖는 두 개의 연결부(18-20) 사이에 위치하며;The plate has an embossed central part, the central part being located between two connecting parts 18-20 having a narrow opening with an area corresponding to the cross-sectional area of the central part; - 상기 중공 플레이트를 형성하는 두 벽체의 측단부가 용접 결합되며;The side ends of the two walls forming said hollow plate are welded together; - 상기 플레이트의 중앙부는 정렬된 교호 보스로 구성되는 하나 또는 그 이상의 세트를 구비하되, 상기 교호 보스는 급경사의 변형경화 면을 갖으며, 상기 보스의 정렬선에 대해 경사 및/또는 수직한 다수의 뾰족 단부를 형성하며;The central part of the plate comprises one or more sets of aligned alternating bosses, the alternating bosses having a steep strain hardening face, the plurality of inclined and / or perpendicular to the alignment lines of the bosses; Forming pointed ends; - 대향하는 면사이의 간격이 균일하고 작으며, 적용되는 압력차에 대해 실질적으로 일정하며;The spacing between the opposing faces is uniform and small and substantially constant with respect to the pressure difference applied; - 상기 플레이트 사이의 간격이 좁게 형성;되는 것을 특징으로 하는 열교환기.A narrow gap between the plates; 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, The method according to claim 1 or 2, - 각각의 중공 플레이트(78)는 최소한 2열의 교호 보스(12-14)를 구비하며;Each hollow plate 78 has at least two rows of alternating bosses 12-14; - 교호 보스의 두 개의 인접 열은, 스탬핑 또는 써모포밍 가공되어 용접되는 두 개의 내부 돌출부로 형성된 좁은 평탄 구획부(36)에 의해 분리되며;Two adjacent rows of alternating bosses are separated by narrow flat partitions 36 formed of two internal projections which are stamped or thermoformed and welded; - 상기 돌출부의 높이는, 상기 중공 플레이트의 내부 두께 최대값의 반에 해당;되는 것을 특징으로 하는 열교환기. The height of the protrusion corresponds to half of the maximum internal thickness of the hollow plate; 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, The method according to claim 1 or 2, - 상기 교호 보스의 인접면의 수직선이 형성하는 각도는 최소 30°로 형성하여, 상기 면 사이의 뾰족 단부에 의해 난류가 효과적 발생하고 유체 간의 압력차에 견딜 수 있도록 하며;The angle formed by the vertical lines of the adjacent surfaces of the alternating bosses is at least 30 °, so that turbulence is effectively generated by the pointed ends between the surfaces and withstands the pressure difference between the fluids; - 상기 교호 보스의 인접면의 수직선이 형성하는 최대 각도는, 스탬핑 또는 써모포밍의 대상이 되는 재질에 따른 한계치로 제한되는 것을 특징으로 하는 열교환기.The maximum angle formed by the vertical lines of the adjacent surfaces of the alternating bosses is limited to a limit value depending on the material to be stamped or thermoformed. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, The method according to claim 1 or 2, - 상기 교호 보스는, 하나의 길이 방향 변(341, 34'1)을 공유하는 등변 사다리꼴 형태의 두 개의 옆면(261-2, 26'1-2)을 구비하고, 두 개의 중앙 장사방형 면(302-30'1)을 공유하며;Said alternating bosses have two side faces 26 1-2 , 26 ' 1-2 in the form of equilateral trapezoids sharing one longitudinal side 34 1 , 34' 1 , and two central oblong share surface (30 2 -30 '1) and; - 상기 장사방형 면의 장 대각선의 길이는, 상기 플레이트 벽체 두께의 수십배에 해당되는 것을 특징으로 하는 열교환기.The length of the long diagonal of the oblong side corresponds to several tens of the thickness of the plate wall. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, The method according to claim 1 or 2, - 상기 교호 보스는, 돌출 보스에 이등변 삼각형(25b1-2, 27b1-2, 29b1-2)형태의 두 개의 옆면 및 오목부에 이등변 삼각형(25'b1-2, 27'b1-2, 29'b1-2) 형태의 두 개의 옆면을 구비하고, 상기 돌출 보스(22b1-3)와 오목부(22'b1-3)에 대해 두 개의 중앙 육각면을 공유하되, 상기 두 개의 중앙 육각면은 횡방향 모서리를 공유하며;The alternating boss is an isosceles triangle (25'b 1-2 , 27'b 1 ) in two sides and concave in the form of an isosceles triangle (25b 1-2 , 27b 1-2 , 29b 1-2 ) in the protruding boss. -2 , 29'b 1-2 ) having two sides, and sharing two central hexagonal planes for the protruding bosses 22b 1-3 and the recesses 22'b 1-3 , The two central hexagons share a transverse edge; - 상기 중앙 육각면의 횡방향 모서리 사이의 간격은 플레이트 벽체 두께의 수십배에 해당되는 것을 특징으로 하는 열교환기.The spacing between the transverse edges of the central hexagonal surface corresponds to several tens of the thickness of the plate wall. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, The method according to claim 1 or 2, 상기 각각의 중공 플레이트의 엠보싱 중앙부(13)는, 원뿔대 부분(54-56)을 형성하는 완만하게 경사진 벽체의 수평 단부를 갖는 두 개의 연결부(18-20)를 통해 외부 매니폴드에 결합되는 것을 특징으로 하는 열교환기.The embossed central portion 13 of each hollow plate is coupled to the outer manifold via two connections 18-20 having horizontal ends of the gently sloped walls that form the truncated portions 54-56. Heat exchanger characterized by the above. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, The method according to claim 1 or 2, 중공 플레이트의 대향면은 평행 벽체를 구비하며, 상기 벽체를 분리하는 간 격(64)은 상기 벽체의 두께와 같은 차수로 일정하게 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.Opposite surface of the hollow plate is provided with parallel walls, the interval separating the walls (64) is characterized in that the constant formed in the same order as the thickness of the wall. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, The method according to claim 1 or 2, 대칭 보스면에 다수의 2차면(371-3-411-5)이 형성되어 다이아몬드 형태(25-31)로 절단된 것처럼 보이며, 보충적인 뾰족 단부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 열교환기.A heat exchanger, characterized in that a plurality of secondary surfaces (37 1-3 -41 1-5 ) are formed on the symmetric boss surface and appear to be cut into diamond shapes (25-31), further comprising complementary pointed ends. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, The method according to claim 1 or 2, - 상기 중공 플레이트의 외부 매니폴드(80-82)는, 열교환기의 드래그를 최소화하기 위해 공기역학적 프로파일로 형성되되;The outer manifolds 80-82 of the hollow plate are formed with an aerodynamic profile to minimize drag of the heat exchanger; - 각각의 매니폴드는 길게 형성된 두 개의 셸로 이루어지되, 그 중 하나의 셸(75)은 상기 플레이트의 연결을 위해, 또 다른 하나의 셸은 전방 덮개를 형성하며, 상기 두 개 셸의 종단면은 U자 형으로, 용접선(83)에 의해 상호 고정되는 것을 특징으로 하는 열교환기.Each manifold consists of two elongated shells, one of which shells 75 for connection of the plates, the other of which forms a front cover, the longitudinal section of the two shells being U Heat exchanger characterized in that the shape of the, fixed by the welding line (83). 높은 열전도도를 갖는 경량 콤팩트 라디에이터에 있어서, In a lightweight compact radiator with high thermal conductivity, - 청구항 제 5 항에 따라 형성된 금속, 글래스, 또는 폴리머 재질의 중공 플레이트를 구비한 열교환기 중 두 개의 동일 그룹 열교환기(76)를 구비하며;-Two identical group heat exchangers 76 of heat exchangers with hollow plates made of metal, glass or polymer formed according to claim 5; - 상기 두 개의 그룹은 두 개의 상류(84) 및 하류(86) 매니폴드에 결합되며, 상기 매니폴드는 평탄한 직각 사다리꼴 면을 구비하되, 직각 모서리가 상호 반대쪽에 위치하도록 상호 간격(100)을 두고 배치되며;The two groups are coupled to two upstream 84 and downstream 86 manifolds, the manifolds having a flat rectangular trapezoidal plane, with mutual spacing 100 so that the right corners are located opposite each other. Deployed; - 상기 각 그룹 열교환기의 각각의 상류(821-6) 및 하류(801-6) 매니폴드는, 상기 열교환기의 중앙부(13)의 폭보다 약간 큰 일정 간격으로 상기 주 상류 하류 매니폴드의 대응되는 면에 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 라디에이터.Each upstream 82 1-6 and downstream 80 1-6 manifold of each of the group heat exchangers has the main upstream downstream manifold at regular intervals slightly larger than the width of the central portion 13 of the heat exchanger. The radiator, characterized in that coupled to the corresponding surface of each.
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