KR20090125882A

KR20090125882A - 열교환기

Info

Publication number: KR20090125882A
Application number: KR1020080051931A
Authority: KR
Inventors: 차재은; 김성오; 김동억; 김무환
Original assignee: 한국원자력연구원; 한국수력원자력 주식회사
Priority date: 2008-06-03
Filing date: 2008-06-03
Publication date: 2009-12-08
Also published as: US20090294113A1; KR100990309B1

Abstract

열전달 면적을 증가시키고, 핀 구조로 인한 압력강하를 최소화시키는 열교환기가 개시된다. 상기 열교환기는 판 형상으로 형성되되, 복수 개 구비되어 서로 중첩 배치되는 플레이트 및 상기 플레이트에 형성되되, 에어포일(airfoil) 형상으로 형성되는 복수 개의 열전달 핀(fin)을 포함하고, 상기 중첩된 플레이트 간에 유체의 유로가 형성되어 열교환이 수행되도록 구비된다. 따라서, 기존 채널 형태를 핀구조 변경함으로써 채널의 크기와 관계없이 열효율을 높이면서도, 에어포일 형상의 핀을 구비함으로써 압력강하를 방지할 수 있는 이점이 있다.

열교환기, 열교환핀, fin, 에어포일, 열전달, 압력강하

Description

열교환기{HEAT EXCHANGER}

본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열교환기 내에서 열전달 면적을 증가시키기 위해 채널 형태를 핀(fin) 구조로 변경하고, 상기 핀구조로 인한 압력강하를 최소화하기 위하여 핀의 형상을 에어포일(airfoil) 형상으로 형성하므로써, 열유동 성능을 향상시킨 열교환기에 관한 것이다.

우리 나라는 최근 고도 산업사회로의 전환에 따른 경제 사회적 변화로 에너지 수요가 크게 증가와 더불어 이산화탄소와 같은 온실가스의 배출이 급격히 증가하고 있다. 현재 경제협력개발기구(OECD) 가입국이며 선도 개발도상국인 우리 나라는 선진국으로부터 온실가스 배출 규제 압력을 거세게 받고 있다. 따라서 이산화탄소 배출저감을 위한 적극적인 대응방안을 모색해야할 필요성이 크게 대두되고 있다.

응축기, 증발기, 방열기 등 열을 전달하는 장치의 개념인 열교환기는 산업, 수송, 가정 등 많은 분야에서 사용되고 있는 기기이다. 프랑스의 경우 1년 동안 소비되는 1차 에너지의 약 80～90% 정도가 열교환기를 통하여 순환될 정도로 막대한 양의 에너지가 사용되고 있다. 따라서 열교환기의 효율을 증가시킨다면 소모되는 에너지를 혁신적으로 저감시킬 수 있는 동시에 이산화탄소 발생도 원천적으로 줄일 수 있다

그러므로 요구되는 열유동 성능을 유지하면서 열교환기의 전체부피를 감소시킨 집약된 열교환기의 필요성이 대두되고 있다. 열교환기의 열전달을 촉진시키기 위해 대류열전달을 향상시키는 방법은 크게 수동적 방법과 능동적인 방법으로 나눌 수 있다. 능동적인 방법들은 작동 유체에 맥동을 주거나 유체에 첨가물을 넣는 등을 들 수 있으며 이와 같은 방법들은 모든 유동영역에서 효과적이나, 별도의 장비가 추가로 필요하고 이를 구동시키기 위해 필요한 에너지를 공급해 줘야 하므로 극히 제한적으로 사용되고 있는 방법이다.

이에 비해 수동적인 방법들은 전열면의 조작 등 기존 설계에 약간의 변화만을 주어 효율을 높일 수 있는 보편화된 방법이다. 가장 일반적인 방법인 유로 및 전열면을 조작하는 방법과 핀을 이용한 방법에는 Offset fin, Louvered fin, Serrated fin 등이 있으며, 난류 발생을 촉진시키기 위해 전열판에 리브(rib)를 부착하거나 Groove 또는 Corrugate 형상의 전열판을 이용하는 기술이 소개되어 왔다.

여기서, 종래의 열교환기를 간략히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 종래의 열교환기에서 열교환을 위해 중첩된 열교환 부재를 간략히 도시한 사시도이다.

이에 도시된 바와 같이, 종래의 열교환기는 복수의 금속 판상형 열교환부재(10)를 적층하고 서로 면과 면이 겹치도록 배치하되, 서로 결합하여, 상기 복수의 금속 판상형 열교환부재(10)들 간에 유로가 형성된다.

종래의 열교환기는 전열면적을 증가시키기 위하여 상기 금속 판상형 열교환 부재(10)에 지그재그 형태로 구불구불 휘어진 형태의 유로가 형성되고, 상기 금속 판상형 열교환부재(10) 간에 고온측과 저온측의 2개의 열교환 유체 간에 열교환을 행하도록 하고 있다.

이 때, 열유동 성능을 유지하고 부피를 줄이기 위해 열교환을 위한 채널(11)의 크기를 약 1mm로 축소하고, 상기 채널(11)들을 지그재그(zigzag)형태로 배열하여 열전달이 이루어 질 수 있도록 한다.

그러나, 종래의 열교환기는 다음과 같은 문제점이 있다.

첫 번째로, 채널의 크기를 축소하였기 때문에 열교환기 내에서 압력강하(pressure drop)가 현저하게 증가되는 문제점이 있다.

두 번째로, 상기 지그재그형 구조로 인해 열교환 유체가 경유하는 길이는 길어지는 대신에 유체의 혼합을 위해 만든 곡선부에서 형성된 와류에 의하여 열교환 유체의 압력강하가 증가되는 문제점이 있다.

세 번째로, 이러한 압력 강하 및 와류 또는 선회류로 인한 에너지 손실이 발생되는 문제점이 있다.

네 번째로, 압력의 강하를 보충하기 위하여 펌프 동력의 증대를 가져오는 문제점이 있으며, 이로 인해 설비 비용 또는 운전비용이 증가되는 문제점이 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은 채널의 크기와 관계없이 열효율을 높이면서도 압력강하를 방지할 수 있는 열교환기를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 열교환 핀의 배열을 변경하여 유체의 압력강하를 방지할 수 있는 열교환기를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 에너지 손실을 최소화시키는 열교환기를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 압력강하를 최소화함으로써, 상대적으로 적은 펌프동력으로 열교환 유체를 유동시킬 수 있고, 또한 이로 인해 설비 비용 또는 운전비용을 절감할 수 있는 열교환기를 제공함에 있다.

상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 열교환기는 판 형상으로 형성되되, 복수 개 구비되어 서로 중첩 배치되는 플레이트 및 상기 플레이트에 형성되되, 에어포일(airfoil) 형상으로 형성되는 복수 개의 열전달 핀(fin)을 포함하고, 상기 중첩된 플레이트 간에 유체의 유로가 형성되어 열교환이 수행되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 에어포일 형상은 시위선(chord line)을 기준으로 대칭형상인 것이 바람직하며, 이 때, 상기 열전달 핀의 상기 시위선은 상기 유체의 흐름 방향과 평행한 직선상에 위치하도록 배치되는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 열전달 핀은 상기 유체의 흐름 방향과 평행한 하나의 직선상에 속하는 핀열을 형성하고, 상기 핀열은 복수개 형성되는 것이 바람직하다.

이 때, 하나의 상기 핀열에 속하는 상기 열전달 핀의 앞전은, 상기 핀열에 인접한 다른 핀열에 속하되, 상기 열전달 핀과 인접한 다른 열전달 핀의 앞전과 상기 유체의 흐름 방향과 수직한 서로 다른 직선상에 배치되는 것이 더욱 바람직하다.

여기서, 상기 복수 개의 플레이트들은 서로 간에 확산 접합(Diffusion Bonding)방식으로 결합되는 것이 바람직하다.

또한, 인접한 상기 플레이트에 배치된 상기 열교환 핀의 시위선(chord line)은 기 설정된 일정 각도를 이루며 배치되는 것이 바람직하며, 인접한 상기 플레이트에 배치된 상기 열교환 핀은 서로 반대방향으로 배치되는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명에 따르면, 채널 형태를 핀구조 변경함으로써 채널의 크기와 관계없이 열효율을 높이면서도, 에어포일 형상의 핀을 구비함으로써 압력강하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 유체의 유로에 대응되도록 열교환 핀의 방향 또는 형상을 변경하여 유체의 압력강하를 방지할 수 있는 이점이 있다.

또한, 유체의 유로에서 압력강하, 와류 또는 선회류의 발생을 줄여 에너지 손실을 최소화시키는 효과가 있다.

또한, 압력강하를 최소화함으로써, 상대적으로 적은 펌프동력으로 열교환 유 체를 유동시킬 수 있고, 또한 이로 인해 설비 비용 또는 운전비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.

또한, 간단한 열교환 핀의 배열 변경을 통해 열전달량을 유지하면서 압력강하를 조절할 수 있는 이점이 있다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 이하 설명에서는 구성 및 기능이 거의 동일하여 동일하게 취급될 수 있는 요소는 동일한 참조번호로 특정될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열교환기를 설명하면 다음과 같다. 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열교환기를 간략히 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열교환기의 플레이트를 도시한 분해 사시도이고, 도 4는 도 2의 플레이트를 분리하여 도시한 사이도이다.

이에 도시된 바와 같이, 상기 열교환기는 상기 플레이트(200)를 내부에 수용하는 하우징(100), 상기 하우징(100)의 양측부에 배치되는 헤더(header)부(105), 열교환 유체의 유입관(111, 121) 및 유출관(112, 122)이 연결되고, 또한, 상기 하우징(100)의 내부에 플레이트(200) 및 열전달핀(210)을 포함한다.

상기 열교환기는 펌프(미도시)에 의해 상기 유입관(111, 121)을 따라 상기 열교환 유체가 유입되고, 상기 플레이트(200) 및 상기 열전달핀(210)에 의해 열교 환이 이루어지고, 상기 유출관(112, 122)을 따라 열교환 유체가 유출된다. 여기서, 상기 열교환 유체는 초임계 이산화탄소인 것이 바람직하나, 이에 한정되거나 제한되는 것은 아니다.

상기 플레이트(200)는 판형상으로 형성되되, 복수 개 구비되고, 도 3에 도시된 바와 같이, 서로 중첩되어 배치된다. 이 때, 상기 플레이트(200)는 수 밀리미터(mm)의 두께를 가지는 스테인리스(stainless) 강판 또는 이와 유사한 금속제로 형성되며, 상기 플레이트(200)들은 서로 간에 확산 접합(Diffusion Bonding)방식으로 결합된다.

즉, 상기 플레이트(200)들 사이의 접합면에서 외부에서 가해준 힘에 의해 형성된 고압에 의하여 원자가 이동하여 접합이 되는 원리로 상기 플레이트(200)들을 서로 결합함으로써 고온 및 고압에 내성이 상대적으로 높아 사용하기가 용이한 이점이 있다.

상기 열전달핀(210)은 상기 플레이트(200)에 복수 개 형성되되, 에어포일(airfoil)형상으로 형성된다. 또한, 상기 열전달핀(210)은 상기 플레이트(200)에 돌출형성되고, 이에 따라, 상기 플레이트(200)가 서로 접합되는 경우에 상기 플레이트(200)와 다른 상기 플레이트(200) 간에 유로가 형성되되, 상기 열전달핀(210)을 제외한 구역에서 열교환 유체가 유동하도록 배치되어, 상기 플레이트(200) 및 상기 열전달핀(210)을 통하여 열전달이 이루어 짐으로써 열교환이 이루어지도록 한다. 즉, 상기 플레이트(200)와 상기 열전달핀(210)에 의해 유로(A)가 형성되고, 상기 열교환 유체는 상기 유로(A)를 따라 유동되도록 안내된 다.

이 때, 상기 인접하는 상기 플레이트(200)의 상기 열전달핀(210)은 배열된 방향을 달리하도록 배치된다. 즉, 하나의 상기 플레이트(200)를 사이에 두고 유동되는 인접하는 상기 열교환 유체는 서로 다른 방향으로 유동되도록 제공되고, 상대적으로 더 효율적인 열교환이 이루어 질 수 있는 이점이 있다. 다만, 상기 열전달핀(210)의 방향은 상기 열교환 유체의 유동에 대해 압력 저하를 최소화하는 방향으로 배치되므로, 상기 열교환 유체의 유동방향에 대응되어 상기 열전달핀(210)의 배치 방향, 즉, 후술하는 상기 열전달핀(210)의 앞전(217, 도 5참조)이 배치되고, 상기 열교환 유체의 유동방향과 동일한 방향으로 상기 열전달핀(210)의 시위선(215, 도5 참조)이 정렬되는 것이 바람직하다.

본 실시예에서는 상기 앞전(217, 도5 참조)들의 방향이 서로 반대방향, 즉, 인접한 상기 플레이트(200)에 배치된 상기 열전달핀(210)의 방향이 180도 차이가 나도록, 즉, 하나의 상기 플레이트(200)를 사이에 둔 상기 열교환 유체의 유동 방향이 정반대로 제공되는 경우에 상기 열교환핀(210)이 상기 유체의 방향에 따라 배치되되, 서로 반대방향이 되도록 배열되는 것을 제시하였다.

다만, 본 실시예에서는 하나의 상기 플레이트(200)를 사이에 둔 상기 열교환 유체의 유동 방향을 180도의 차이를 두고 정반대방향에서 서로 유동되는 것으로 제시하였지만, 이에 한정되거나, 제한되는 것은 아니며, 예를 들면, 상기 열교환 유체의 유동방향을 각각의 상기 플레이트(200)를 기준으로 기 설정된 각도만큼 차이가 나도록 제공하고, 상기 열교환핀(210)을 상기 유동 방향에 대응되도록 배치하는 것도 가능함은 물론이다.

이 때, 에어포일(airfoil)이라 함은 날개의 단면 형상을 뜻하며 항공기의 날개(wing), 보조익(aileron), 승강타(elevator), 방향타(rudder)와 같은 어떤 단면(section)을 학술적으로 정의하는데 사용한다. 에어포일은 공기보다 무거운 항공기를 비행시키기 위해서 공기 역학적인 효과, 즉 양력은 크고 항력은 작은 에어포일이 요구되며, 일반적으로, 양력을 크게 하기 위해서 에어포일은 상면을 둥글게 해주고 뒤를 뾰족하게 하여 유선형으로 하나, 본 발명에서는 양력의 발생없이 항력을 작게 할 수 있는 형상으로 상기 열교환핀(210)을 형성하기 위하여 에어포일 형상으로 구비된다.

여기서, 상기 에어포일 형상의 열교환핀(210)을 좀 더 상세히 설명하기 위하여 도 5내지 도 6을 제시한다. 도 5는 일반적인 에어포일 형상을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열전달 핀을 도시한 도면이다.

먼저, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 에어포일 형상에 대해 간략히 설명하면, 먼저, 상기 에어포일 형상은 앞전(217), 뒷전(218), 시위선(215), 아래캠버(213), 윗캠버(212), 평균캠버선(211)으로 설명할 수 있다.

상기 시위선(215,chord line)은 상기 앞전(217)과 상기 뒷전(218)을 잇는 직선을 나타내며, 상기 아래캠버(213)는 상기 시위선(215)으로부터 아랫면까지의 거리를, 상기 윗캠버(212)는 상기 시위선(215)으로부터 윗면까지의 거리를 나타낸다.

이 때, 상기 평균캠버선(211)이란 상기 윗캠버(212)와 상기 아래캠버(213)의 평균선으로 두께의 중심선이며, 상기 평균캠버선(211)의 앞끝을 상기 앞전(217), 뒤 끝을 상기 뒷전(218)이라 부르기도 한다.

일반적으로, 에어포일은 NACA XXXX와 같이 호칭법에 따라 표시되는데, NACA는 미 항공자문 위원회(NACA: National Advisory Committee for Aeronautics) 계열 에어포일을 의미하고, 첫 번째 숫자는 최대 평균캠버의 크기를 시위의 백분율로 표시한 값이고, 두 번째 숫자는 최대 평균 캠버의 위치를 앞전으로부터 시위의 십분율로 표시한 값이며, 세 번째와 네 번째 숫자는 최대 두께(max thickness)의 크기를 시위의 백분율로 표시한 것이다.

이 때, 본 발명에 따른 상기 열교환핀(210)의 에어포일 형상은 시위선(215)을 기준으로 대칭형상으로 형성되는 것이 바람직하며, 이를 좀 더 상세히 설명하면, 에어포일의 상기 윗캠버(212)와 상기 아래캠버(213)가 동일할 때 에어포일을 대칭익(symmetrical airfoil)이라 하며, 대칭익의 경우 윗 캠버와 아랫 캠버가 동일하므로 평균 캠버선이 시위선과 동일하게 된다. 즉, 캠버 및 최대 평균캠버가 없어지고 최대 두께(216)의 개념만이 존재하게 된다. 따라서 대칭익의 호칭은 NACA 00XX로 표시되며, 이를 NACA 00계열이라 부르며 NACA 00계열 에어포일은 대칭익을 의미한다. 예를 들면, NACA 0009, NACA 0012 등은 대칭익으로서 최대 두께의 크기가 각각 시위의 9%, 12%인 에어포일을 나타낸다.

여기서, 상기 열전달핀(210)의 방향과 배열에 대해 좀 더 상세히 설명하기 위하여 도 7을 제시한다. 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열교환 핀의 배열을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

이에 도시된 바와 같이, 상기 열전달핀(210)의 상기 시위선(215)은 상기 열교환 유체의 흐름방향(D)과 평행한 직선 상에 위치하도록 배치된다. 즉, 상기 열전달핀(210)이 상기 열교환 유체의 흐름에 대해 저항을 최소화하는 방향으로 배치된다. 이에 따라, 상기 열교환 유체에 의해 열교환이 효율적으로 이루어지면서도 압력강하를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 열전달핀(210)은 상기 열교환 유체의 흐름 방향에 대해 일렬로 배치된 다수 개의 핀열(250)을 형성한다. 이 때, 상기 핀열(250)에 속한 상기 열전달핀(210)은 상기 열교환 유체의 흐름 방향과 평행한 일직선상에 위치하도록 배치된다.

이 때, 상기 하나의 핀열(250)에 속한 상기 열전달핀(210)의 앞전(217, leading edge)은 상기 핀열(250)과 인접한 다른 핀열(251)에 속한 다른 열전달핀(210)의 앞전과 상기 유체의 흐름 방향(D)에 수직한 서로 다른 직선상(B, C)에 배치된다. 즉, 상기 열전달핀(210)과 병렬로 인접하게 배치된 다른 열전달핀(210)의 앞전들은 상기 열교환 유체의 흐름방향에 대해 다른 위치에 배치되어 상기 열교환 유체의 압력 강하를 최소화하면서도 열교환이 효율적으로 이루어 지도록 하는 이점이 있다.

이 때, 상기 열전달핀(210)의 개수 및 배치 밀도에 따라 압력강하 및 열전달률을 조절하는 것이 가능하며 이를 좀 더 상세히 설명하기 위하여 도 8내지 도 10을 제시한다. 도 8은 case 1인 경우의 에어포일 형상의 열교환핀(210)의 열교환기 해석 형상을 도시한 도면이고, 도 9는 case 2인 경우의 에어포일 형상의 열교환핀(210)의 열교환기 해석 형상을 도시한 도면이며, 도 10은 case 3인 경우의 에어포일 형상의 열교환핀(210)의 열교환기 해석 형상을 도시한 도면이고, 도 11은 종래의 인쇄형 열교환기 및 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에어포일 형상 열전달 핀 열교환기에 대한 열전달 및 압력강하 3차원 수치해석 결과를 도시한 그래프이다.

이에 도시된 바와 같이, 도 8 내지 도 10에 도시된 상기 열교환핀(210)에 대해 간략히 설명하면, 도 8의 경우, 하나의 핀열(250)에 속한 상기 열전달핀(210)의 앞전(217, 도 5참조)이, 인접한 다른 핀열(251)에 속한 상기 열전달핀(210)의 뒷전과 유사한 위치에 배치되는 경우이며 이를 case 1이라 지칭한다.

도 9의 경우, 하나의 핀열(250)에 속한 상기 열전달핀(210)의 앞전(217, 도 5참조)이, 인접한 다른 핀열(251)에 속한 상기 열전달핀(210)의 시위선(215, 도 6참조)을 기준으로 1/2 지점 부근에 배치되는 경우이며 이를 case 2라 지칭한다.

도 10의 경우, 하나의 핀열(250,도 7참조)에 속한 상기 열전달핀(210)의 앞전(217, 도 5참조)이, 인접한 다른 핀열(251, 도 7참조)에 속한 상기 열전달핀(210)의 시위선(215, 도 6참조)을 기준으로 상기 열전달핀(210)의 앞전(217, 도 5참조)으로부터 대략 1/3 지점 부근에 배치되는 경우이며 이를 case 3라 지칭한다.

즉, 도 8부터 도 10으로 갈수록, 각각의 도면에 도시된 상기 열교환핀(210)의 배열 밀도는 상대적으로 높게, 즉, 밀집되어 있는 구조이다. 즉, 하나의 상기 핀열(250,도 7참조)에 속한 상기 열교환핀(210)의 앞전(217, 도 5참조)과 인접한 다른 상기 핀열(251, 도 7참조)에 속한 상기 열교환핀(210)의 앞전(217, 도 5참조)의 위치를 조절함으로써 열교환핀(210)의 밀집도를 변화시켜 이에 따른 열교환기의 해석결과를 도출하였다. 참고로, 본 실시예에서는 상기 플레이트(200)가 3단으로 적층되어 있는 형상인 경우이다.

상기 해석 결과를 표로 나타낸 표 1은,

구분	압력강하 (pressure drop)	열전달률 (Heat transfer rate)	비고
Case 1	262.5 Pa	92.36
Case 2	425 Pa	95.88
Case 3	635 Pa	101.22
PCHE	8,924 Pa	100.39	종래의 인쇄형 열교환기

이다.

이에 제시된 바와 같이, case 1 및 case 2의 에어포일 형태의 상기 열전달핀(210)을 구비한 열교환기의 경우는 압력강하는 기존의 인쇄형 열교환기에 비해 현저히 낮았으나, 총 열전달률에서 상대적으로 낮은 값을 나타냈으나, case 3에서는 기존의 인쇄형 열교환기와 거의 동일한 열전달량을 보였으며, 압력강하의 경우 기존의 인쇄형 열교환기에 비해 1/14 정도의 낮은 값을 보이는 것으로 나타난다.

즉, 상기 열전달핀(210)의 밀집도를 조절함으로써, 상기 열교환기는 열전달량을 유지하면서 압력강하를 조절할 수 있는 이점이 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 열교환기에서 열교환을 위해 중첩된 열교환 부재를 간략히 도시한 사시도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열교환기를 간략히 도시한 사시도이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열교환기의 플레이트를 도시한 분해 사시도이다.

도 4는 도 2의 플레이트를 분리하여 도시한 사이도이다.

도 5는 일반적인 에어포일 형상을 도시한 도면이다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열전달 핀을 도시한 도면이다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열교환 핀의 배열을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

도 8은 case 1인 경우의 에어포일 형상의 열교환핀의 열교환기 해석 형상을 도시한 도면이다.

도 9는 case 2인 경우의 에어포일 형상의 열교환핀의 열교환기 해석 형상을 도시한 도면이다.

도 10은 case 3인 경우의 에어포일 형상의 열교환핀의 열교환기 해석 형상을 도시한 도면이다.

도 11은 종래의 인쇄형 열교환기 및 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에어포일 형상 열전달 핀 열교환기에 대한 열전달 및 압력강하 3차원 수치해석 결과를 도시한 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10:열교환부재 11:채널

100:하우징 111, 121:유입관

112, 122:유출관 200:플레이트

210:열전달핀 211:평균캠버선

212:윗캠버 213:아래캠버

215:시위선 217:앞전

218:뒷전

Claims

판 형상으로 형성되되, 복수 개 구비되어 서로 중첩 배치되는 플레이트; 및

상기 플레이트에 형성되되, 에어포일(airfoil) 형상으로 형성되는 복수 개의 열전달 핀(fin);

을 포함하고, 상기 중첩된 플레이트 간에 유체의 유로가 형성되어 열교환이 수행되는 열교환기.
제 1항에 있어서,

상기 에어포일 형상은 시위선(chord line)을 기준으로 대칭형상인 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 2항에 있어서,

상기 열전달 핀의 상기 시위선은 상기 유체의 흐름 방향과 평행한 직선상에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 3항에 있어서,

상기 열전달 핀은 상기 유체의 흐름 방향과 평행한 하나의 직선상에 속하는 핀열을 형성하고, 상기 핀열은 복수개 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 4항에 있어서,

하나의 상기 핀열에 속하는 상기 열전달 핀의 앞전(leading edge)은, 상기 핀열에 인접한 다른 핀열에 속하되, 상기 열전달 핀과 인접한 다른 열전달 핀의 앞전과 상기 유체의 흐름 방향과 수직한 서로 다른 직선상에 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 1항에 있어서,

상기 복수 개의 플레이트들은 서로 간에 확산 접합(Diffusion Bonding)방식으로 결합되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 1항에 있어서,

인접한 상기 플레이트에 배치된 상기 열교환 핀의 시위선(chord line)은 기 설정된 일정 각도를 이루며 배치되는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 열교환기.
제 1항에 있어서,

인접한 상기 플레이트에 배치된 상기 열교환 핀은 서로 반대방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 열교환기.