KR20110005913A - 열 교환기 - Google Patents

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KR20110005913A
KR20110005913A KR1020107027848A KR20107027848A KR20110005913A KR 20110005913 A KR20110005913 A KR 20110005913A KR 1020107027848 A KR1020107027848 A KR 1020107027848A KR 20107027848 A KR20107027848 A KR 20107027848A KR 20110005913 A KR20110005913 A KR 20110005913A
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엠마뉴엘 비앙꼰
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알파 라발 코포레이트 에이비
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Abstract

본 발명은 3-회로 열 교환기 조립체에서 사용되는 열 교환기 판에 관한 것으로, 판은 제1 분배 영역, 열 교환 영역 및 제2 분배 영역을 포함하고, 판은 리지 및 밸리를 갖는 주름형 패턴을 포함하고, 제1 분배 영역의 중심 포트 구멍은 2개의 판이 판들 사이에 유체 채널을 형성하도록 적층될 때에 유체 통로가 중심 포트 구멍과 판의 짧은 단부 사이에서 얻어질 수 있도록 판의 짧은 단부로부터 수직 거리를 두고 위치된다. 본 발명은 또한 이러한 열 교환기 판으로부터 제조되는 조립체 그리고 복수개의 이러한 조립체를 포함하는 열 교환기에 관한 것이다. 본 발명의 장점에 따르면, 열 교환기 내에서 증가된 열 성능 및 개선된 유동 분배를 갖는 개선된 열 교환기가 제공된다.

Description

열 교환기{HEAT EXCHANGER}
본 발명은 3개의 별개의 유체 회로를 갖는 판형 열 교환기(plate heat exchanger)에 관한 것이다. 이러한 판형 열 교환기는 2개의 독립 냉매 회로 그리고 1개의 액체 회로를 갖는다.
3개의 별개의 유체 회로 즉 액체를 위한 1개의 회로 그리고 냉매를 위한 2개의 회로를 갖는 판형 열 교환기는 2개의 유체 회로를 갖는 열 교환기에 비해 여러 개의 장점을 보여준다. 이러한 열 교환기는 증발기로서 사용될 때에 빙결의 위험성이 적은 양호하게 균형된 냉각 효과를 가능케 한다. 열 교환기는 또한 에너지 소비를 감소시키는 효율적인 방식으로 부분 부하 상태 하에서 동작된다. 설치가 더 용이하고 더 신속하고, 이것은 설치 비용을 감소시킨다. 나아가, 열 교환기는 더 간단하고 그에 따라 덜 비싼 제어 시스템을 가능케 한다.
3-회로 열 교환기는 통상적으로 냉동 시스템에서 유동되는 냉매의 증발을 위한 증발기로서 사용된다. 이러한 냉동 시스템은 보통 압축기, 응축기, 팽창 밸브 및 증발기를 포함한다. 이러한 종류의 시스템에서 증발기로서 사용되는 판형 열교환기는 함께 용접 또는 경납땜되는 열 교환 판을 갖고, 밀봉 개스킷(sealing gasket)이 또한 열 전달 판들 사이의 밀봉을 위해 사용될 수 있다.
제EP 0765461 B호는 3개의 상이한 유체를 위한 유동 통로가 판들 사이에 있는 판형 열 교환기를 제시하고 있다. 판의 코어로의 3개 유체의 분배는 1개의 유체를 위한 통로가 각각의 2개의 나머지 유체를 위한 모든 통로의 양쪽 측면 상에 존재하는 방식으로 수행된다. 통로는 2개의 상이한 종류의 판을 사용하여 생성된다. 포트 주위의 영역을 설계하여 환형 평면형 플래토(plateau)를 갖는 시스템을 형성함으로써, 3개의 유체를 위한 입구 및 출구를 생성시키는 개구에서의 인접한 판들 사이의 양호한 밀봉이 생성된다.
제EP 1062472 B호는 3-유체 회로 열 교환기의 또 다른 예를 제시하고 있다. 이러한 출원은 주로 기밀 방식으로의 포트 구멍의 연결에 관한 것이다.
제EP 0965025 B호는 3개의 열 교환 유체를 위한 판형 열 교환기를 기재하고 있다. 열 교환기의 포트 구멍은 각각의 열 교환 유체를 통한 유동을 위해 쌍으로 되어 있고, 포트 구멍은 포트 구멍의 중심들 사이에서 작도되는 직선이 열 전달 부분을 2개의 유사한 부분으로 분할하는 방식으로 열 전달 부분의 양쪽 측면 상에 대칭으로 위치된다.
이들 열 교환기는 일부 적용 분야에서 완벽하게 양호하게 기능한다. 여전히, 이러한 열 교환기에서, 개선에 대한 여지가 있다.
그러므로, 본 발명의 목적은 각각의 유동 회로 내에서 개선된 유동 분배를 갖는 개선된 열 교환기를 제공하는 것이다. 본 발명의 추가 목적은 개선된 열 전달 계수를 갖는 열 교환기를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 문제점에 대한 해결책은 청구항 1의 특징 부분에 기재되어 있다. 청구항 2 내지 청구항 11은 열 교환기 판의 유리한 실시예를 포함한다. 청구항 12 내지 청구항 21은 열 교환기 조립체의 유리한 실시예를 포함한다. 청구항 22는 유리한 열 교환기를 포함한다.
3-회로 열 교환기 조립체에서 사용되는 열 교환기 판으로서, 판은 3개의 포트 구멍을 갖는 제1 분배 영역, 열 교환 영역 그리고 3개의 포트 구멍을 갖는 제2 분배 영역을 포함하고, 판은 리지(ridge) 및 밸리(valley)를 갖는 주름형 패턴을 포함하는, 열 교환기와 관련하여, 제1 분배 영역의 중심 포트 구멍은 2개의 판이 판들 사이에 유체 채널을 형성하도록 적층될 때에 유체 통로가 중심 포트 구멍과 판의 짧은 단부 사이에서 얻어질 수 있도록 판의 짧은 단부로부터 수직 거리를 두고 위치된다는 점에서 본 발명의 목적이 성취된다.
열 교환기 조립체를 위한 판의 이러한 제1 실시예에 의해, 냉매 회로를 위한 제1 분배 통로 내에서의 개선된 유동 분배를 가능케 하는 열 교환기 판이 얻어진다. 이러한 실시예의 장점에 따르면, 열 교환기 판의 더 큰 부분 즉 비활성 입구 포트 주위의 영역이 또한 유효 열 전달 표면으로서 사용될 수 있다. 또 다른 장점에 따르면, 제1 또는 하부 분배 통로 내에서의 유체의 유동 분배가 개선되고, 이것은 열 전달 통로 내에서의 유동 분배를 개선시킨다. 또 다른 장점에 따르면, 액체 회로 내에서의 유동 그리고 액체 출구 포트 내로의 유동이 또한 개선된다. 이와 같이, 열 교환기의 효율이 개선된다.
본 발명의 판의 유리한 개선예에서, 제2 분배 영역의 중심 포트 구멍은 2개의 판이 판들 사이에 유체 채널을 형성하도록 적층될 때에 유체 통로가 중심 포트 구멍과 판의 짧은 단부 사이에서 얻어질 수 있도록 판의 짧은 단부로부터 수직 거리를 두고 위치된다. 이러한 실시예의 장점에 따르면, 열 교환기 판의 더 큰 부분 즉 비활성 출구 포트 주위의 영역이 또한 유효 열 전달 표면으로서 사용될 수 있다. 또 다른 장점에 따르면, 입구 포트로부터의 액체의 유동 분배가 개선되고, 이것은 열 전달 통로 내에서의 액체 유동 분배를 개선시킨다. 이와 같이, 열 교환기의 효율이 더욱 개선된다.
본 발명의 판의 유리한 개선예에서, 판의 적어도 1개의 코너에는 2개의 판이 판들 사이에 냉매 유체 채널을 형성하도록 적층될 때에 포트 주위에 냉매 우회 통로를 형성하도록 된 평탄한 링형 우회 섹션이 제공된다. 이것은 열 교환기의 냉매 채널 내에서의 유체 분배를 개선시킨다.
본 발명의 판의 유리한 개선예에서, 적어도 1개의 물 우회 섹션이 2개의 판이 판들 사이에 물 채널을 형성하도록 적층될 때에 물 통로가 2개의 인접한 우회 섹션들 사이에서 얻어질 수 있도록 판의 코너에 제공된다. 이것은 열 교환기의 물 채널 내에서의 유체 분배를 개선시킨다.
본 발명의 판의 더욱 유리한 개선예에서, 하부 분배 홈이 제1 분배 영역과 열 교환 영역 사이에 제공되고, 하부 분배 홈은 적어도 1개의 제한 영역을 포함하고, 상부 분배 홈이 열 교환 영역과 상부 분배 영역 사이에 제공된다. 모든 이들 개선예는 열 교환기 내에서의 개선된 유체 분배를 가능케 한다.
본 발명의 판의 유리한 개선예에서, 제1 분배 영역은 제1 레이아웃을 갖는 갈매기형 형상부를 나타내고, 제2 분배 영역은 제2 레이아웃을 갖는 갈매기형 형상부를 나타내고, 열 교환 영역은 제3 레이아웃을 갖는 갈매기형 형상부를 나타내고, 제1 레이아웃의 갈매기형 형상부는 제1 각도 방향으로 배향되고, 제2 레이아웃의 갈매기형 형상부는 반대 각도 방향으로 배향된다. 이것은 열 교환기의 개선된 열 전달을 가능케 한다.
4개의 본 발명의 열 교환기 판을 포함하는 열 교환기 조립체와 관련하여, 제1 판, 제2 판, 제3 판 및 제4 판은 상이하다는 점에서 본 발명의 목적이 성취된다.
본 발명의 조립체의 유리한 개선예에서, 제1 냉매 채널이 제1 판과 제2 판 사이에 제공되고, 물 채널이 제2 판과 제3 판 사이에 제공되고, 제2 냉매 채널이 제3 판과 제4 판 사이에 제공되고, 각각의 유체 채널은 2개의 인접한 제1 분배 영역들 사이에 제공되는 제1 분배 통로, 2개의 인접한 열 교환 영역들 사이에 제공되는 열 교환 통로 그리고 2개의 인접한 제2 분배 영역들 사이에 제공되는 제2 분배 통로를 포함하고, 수평 통로가 중심 물 포트와 조립체의 짧은 단부 사이의 제1 분배 통로 내에 제공된다. 이것은 수평 통로가 제1 분배 통로 내에서의 유동 분배를 개선시키고 이것은 열 전달 통로 내에서의 유동 분배를 개선시킨다는 점에서 유리하다. 이것은 열 교환기 판의 더 큰 부분 즉 비활성 입구 포트 주위의 영역이 유효 열 전달 표면으로서 기능하게 한다. 또 다른 장점에 따르면, 완성된 액체 출구 포트는 개방되어 있으므로, 액체 회로 내에서의 유체 유동이 개선된다. 이와 같이, 열 교환기의 효율이 개선된다.
본 발명의 조립체의 유리한 개선예에서, 수평 통로가 중심 물 포트와 조립체의 이웃한 짧은 단부 사이의 제2 분배 통로 내에 제공된다. 이러한 실시예의 장점에 따르면, 열 교환기 판의 더 큰 부분 즉 비활성 입구 포트 주위의 영역이 또한 유효 열 전달 표면으로서 사용될 수 있다. 또 다른 장점에 따르면, 입구 포트로부터의 액체의 유동 분배가 개선되고, 이것은 열 전달 통로 내에서의 액체 유동 분배를 개선시킨다. 이와 같이, 열 교환기의 효율이 개선된다.
본 발명의 조립체의 유리한 개선예에서, 물 우회 통로가 냉매 포트와 조립체의 코너 사이의 물 분배 통로 내에 제공된다. 이것은 물 우회가 얻어지고 이것은 열 교환기 내에서의 물 유동 분배를 상당히 개선시킨다는 점에서 유리하다.
본 발명의 조립체의 유리한 개선예에서, 냉매 우회 통로가 냉매 분배 통로 내의 냉매 포트 주위에 제공된다. 이것은 냉매 유동 분배가 상당히 개선된다는 점에서 유리하다.
본 발명의 조립체의 유리한 개선예에서, 활성 냉매 입구 포트에는 입구 노즐이 제공되고, 입구 노즐의 각도는 수직 축에 대해 0 내지 180˚이고, 입구 노즐은 조립체의 중심 수직 축을 향한다. 이러한 방식으로, 입구 노즐은 열 교환기의 중심을 향하고, 이것은 열 교환기 내에서의 유체 분배를 개선시킨다.
본 발명의 조립체의 유리한 개선예에서, 하부 분배 경로가 하부 분배 통로와 열 교환 통로 사이에 제공된다. 이것은 하부 분배 통로 내에서의 유체 분배가 더 정교한 방식으로 제어될 수 있고 그에 의해 열 교환 통로 내로의 유동이 최대한 균등해질 수 있다는 점에서 유리하다.
본 발명의 조립체의 유리한 개선예에서, 하부 분배 경로는 유동 제한이 하부 분배 경로 내에서 얻어지도록 적어도 1개의 제한 수단을 포함한다. 이것은 하부 분배 통로 내에서의 유동 분배가 더 정교한 방식으로 제어될 수 있고 그에 의해 열 교환 통로 내로의 유동이 최대한 균등해질 수 있다는 점에서 유리하다.
본 발명의 조립체의 유리한 개선예에서, 상부 분배 경로가 열 교환 통로와 상부 분배 통로 사이에 제공된다. 이것은 상부 분배 통로 내로의 유동 분배가 더욱 균등해질 수 있다는 점에서 유리하다.
복수개의 본 발명의 열 교환기 조립체를 포함하고 적어도 전방 판 및 후방 판을 추가로 포함하는 3-회로 열 교환기에서, 개선된 열 교환기가 얻어진다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시되어 있는 실시예를 참조하여 다음에서 더 상세하게 설명될 것이다.
도1은 본 발명에 따른 열 교환기 판 조립체를 도시하고 있다.
도2는 본 발명에 따른 열 교환기 판 조립체에서 사용될 제1 열 교환기 판을 도시하고 있다.
도3은 본 발명에 따른 열 교환기 판 조립체에서 사용될 제2 열 교환기 판을 도시하고 있다.
도4는 본 발명에 따른 열 교환기 판 조립체에서 사용될 제3 열 교환기 판을 도시하고 있다.
도5는 본 발명에 따른 열 교환기 판 조립체에서 사용될 제4 열 교환기 판을 도시하고 있다.
추가의 개선점이 다음에서 설명되는 본 발명의 실시예는 단지 예로서 간주되어야 하고, 특허청구범위에 의해 제공된 보호의 범주를 제한하지 않아야 한다.
아래의 예에서, 물이 냉각 또는 가열될 유체의 예로서 사용된다. 냉각 또는 가열될 유체는 단일-상에서 즉 단지 액체 상태에서 사용되도록 되어 있다. 이와 같이, 열 교환기의 레이아웃은 물 회로를 위한 단일-상 액체에 적합하다. 물론, 예컨대 빙결-방지 또는 부식 보호를 위해 물 및 다른 유체의 상이한 혼합물 등의 다른 유체를 사용하는 것이 또한 가능하다. 냉매가 증발 또는 응축될 유체의 예로서 사용된다. 이러한 유체는 바람직하게는 이상 즉 액체 상태 및 증기 상태에서 사용되지만, 단지 단일 상태에서 즉 액체 상태, 증기 상태 또는 혼합물 중 어느 한쪽 상태에서 유체를 사용하는 것이 가능하다. 이와 같이, 열 교환기의 레이아웃은 다른 유체 회로를 위한 이상 유체에 적합하다.
본 발명은 3개의 상이한 유체 유동 회로를 가능케 하는 3개의 별개의 채널 형태를 갖는 판형 열 교환기에 관한 것이다. 1개의 채널은 가열 또는 냉각될 단일-상 액체를 운반하는 데 적합하다. 이러한 적용 분야에서, 물이 이러한 액체의 예로서 사용된다. 다른 2개의 채널은 열 교환기 내에서 증발 또는 응축되도록 되어 있는 이상 냉매를 운반하는 데 적합하다. 채널은 1개의 냉매가 양쪽 회로에 공통이도록 연결되는 방식 또는 상이한 냉매가 각각의 회로 내에서 사용될 수 있도록 분리되는 방식 중 어느 한쪽의 방식으로 되어 있을 수 있다. 이러한 적용 분야에서, 열 교환기 내로 진입될 때에 약간 가압된 상태에 있고 열 교환기 내에서 증발되는 이상 포화 유체가 냉매의 예로서 사용된다.
또한, 판형 열 교환기는 영구적으로 결합된 형태의 설명된 예이다. 즉, 판은 완성된 열 교환기를 형성하도록 함께 경납땜, 접착, 결속, 연납땜 또는 용접된다. 판형 열 교환기는 복수개의 열 교환기 조립체를 포함하고, 각각의 조립체는 4개의 열 교환기 판을 포함한다. 그러나, 상이한 밀봉 형태 예컨대 판들 사이의 개스킷, 용접된 판 또는 개스킷이 2개의 판마다 판들 사이에 있는 반-용접된 판 유닛을 사용하는 것이 또한 가능하다.
열 교환기 판은 2개의 상이한 가압 공구를 사용하여 형성되고, 그에 의해 2개의 상이한 판 형태 즉 하나의 방향으로 갈매기형 레이아웃을 갖는 제1 판 형태 그리고 반대 방향으로 갈매기형 레이아웃을 갖는 제2 판 형태를 얻는다. 레이아웃은 각도 방향 변화 지점이 판 폭을 동일한 부분으로 분할하는 길이 방향 선을 따라 있는 갈매기형 레이아웃으로 판을 횡단하여 연장되는 리지 및 밸리로 구성되는 주름 패턴을 포함한다. 주름 패턴은 갈매기형 레이아웃과 함께 판이 함께 적층될 때에 패턴의 다수개의 교차 지점을 제공하도록 배치되고, 그에 의해 효율적인 열 전달을 갖는 강력한 강성의 열 교환기를 생성시킨다. 이러한 종류의 주름형 패턴 및 레이아웃은 당업자에게 주지되어 있다. 완성된 표면에 걸쳐 동일한 각도를 갖는 즉 어떠한 방향 변화 지점도 갖지 않는 주름형 패턴을 사용하는 것이 또한 가능하다.
각각의 판 형태는 제2 작업에서 1개 이상의 추가의 가압/절단 작업을 통해 진행되고, 그에 의해 4개의 상이한 판을 생성시킨다. 추가의 작업에서, 판의 포트 구멍 영역이 최종 형상으로 가압 및 절단되고, 노즐 만입부(nozzle indentation)가 형성된다.
제1 판(101), 제2 판(201), 제3 판(301) 및 제4 판(401)을 포함하는 결과로서 생성된 판은 열 교환기 판 조립체를 형성하도록 적층된다. 판은 포트 구멍 영역 및 노즐이 고려되지 않으면 2개의 판마다 동일한 판 형태로 되어 있도록 적층된다. 포트 구멍 영역은 아래에서 설명되는 것과 같이 판들 사이에서 상이하다. 제1 및 제2 판 형태에 상이한 각도의 갈매기형 레이아웃을 제공하는 것이 또한 가능하다. 이와 같이, 각도의 평균 수치가 레이아웃의 요구된 각도 수치에 대응하도록, 제1 판 형태의 레이아웃이 약간 더 작은 각도를 가질 수 있고, 제2 판 형태의 레이아웃이 약간 더 큰 각도를 가질 수 있다.
각각의 열 교환기 판은 3개의 포트 구멍을 포함하는 제1 또는 하부 분배 영역, 중심 열 교환 영역 그리고 3개의 포트 구멍을 포함하는 제2 또는 상부 분배 영역을 포함한다. 각각의 판은 길이 방향 또는 수직 축 그리고 측면 방향 또는 수평 축을 갖는다. 제1 분배 영역의 포트 구멍은 길이 방향 축에 대해 대칭으로 배열된다. 제2 분배 영역의 포트 구멍이 또한 길이 방향 축에 대해 대칭으로 배열된다. 제1 및 제2 분배 영역의 포트 구멍은 서로에 대해 대칭으로 배열될 수 있다. 그러나, 유리한 실시예에서, 제1 및 제2 분배 영역의 포트 구멍은 냉매의 증발 상에 적합한 포트 구멍이 냉매의 분출된 액체 증기 혼합물에 적합한 포트 구멍보다 직경 면에서 크므로 서로에 대해 대칭으로 배열되지 않고, 포트 구멍은 판의 코너로부터 대략 동일한 거리에 위치된다. 이러한 실시예에서, 제2 분배 영역 내의 포트 구멍은 증기 상태에서의 냉매에 적합하고, 제1 분배 영역 내의 포트 구멍은 액체 냉매에 적합하다.
열 교환기는 하나의 예에서 역류 유동 배열에서 냉매 채널측 상에서 필름 증발(flim evaporation)을 발생시키고 물측 상에서 냉각을 발생시키는 데 사용되도록 의도된다. 아래에서, 필름 증발을 발생시키는 데 사용되는 열 교환기가 본 발명을 예시하는 데 사용된다. 이와 같이, 설명에서의 언급은 이러한 수직 직립 열 교환기의 위치에 대한 기하학적 배치를 말한다. 필요시, 다른 위치에서 예컨대 수평 축 주위에서 상이한 각도로 열 교환기를 사용하는 것이 또한 가능하다. 냉매 이상 유체는 열 교환기 내로 진입될 때에 액체 및 증기의 혼합물일 수 있고, 열 교환기로부터 배출될 때에 완전히 증발되고 심지어 과열될 수 있다. 열 교환기에서는 동일한 방향으로 유동되는 물 및 냉매 즉 동류 유동이 또한 사용될 수 있다. 설명된 열 교환기는 냉매의 대각선 방향 유동에 적합하다. 즉, 냉매는 열 교환기의 하부 코너에서 포트를 통해 열 교환기 내로 진입되고, 대향 상부 코너 내의 포트를 통해 열 교환기로부터 배출된다. 물론, 냉매가 열 교환기의 하부 코너에서 포트를 통해 열 교환기 내로 진입되고 동일측 상의 상부 코너에서 포트를 통해 열 교환기로부터 배출되는 평행 유동에 대해 열 교환기를 순응시키는 것이 또한 가능하다.
열 교환기는 역류 유동 또는 동류 유동 배열에서 물측을 가열하면서 필름 냉매 응축을 저하시키는 데 또한 사용될 수 있다. 이상 냉매 유체는 상부 분배 통로를 통해 열 교환기 내로 진입될 때에 과열 또는 포화 증기 상태에 있을 수 있고, 하부 냉매 포트를 통해 열 교환기로부터 배출될 때에 부분적으로 또는 완전히 응축되고 심지어 과냉될 수 있다. 열 교환기는 단일-상 열 전달에서 과열 저감기(desuperheater) 또는 가스 냉각기로서 또는 증발을 위한 이코노마이저(economizer)로서 그리고 설치 요건에 따라 유사한 용도로서 또한 사용될 수 있다. 작은 변형예가 용도에 따라 판 레이아웃에서 요구될 수 있다.
도2에 도시된 제1 열 교환기 판(101)은 제1 또는 하부 분배 영역(102), 열 교환 영역(103) 및 제2 또는 상부 분배 영역(104)을 포함한다. 판은 길이 방향 또는 수직 축(105) 그리고 측면 방향 또는 수평 축(106)을 갖는다. 하부 분배 영역(102)에는 제1 냉매 입구 포트 구멍(107), 물 출구 포트 구멍(112) 및 제2 냉매 입구 포트 구멍(109)이 제공된다. 제1 입구 포트 구멍(107)에는 노즐 만입부(114)가 제공된다.
판의 다른 측면 상에 유체 통로가 있는 열 교환기 판의 완성된 표면은 열 전달 영역이라는 것이 이해되어야 한다. 이와 같이, 열 교환 영역(103)은 열 교환 영역 내에서 또한 일부 유체 분배가 있지만 주 목적은 열 전달이므로 열 교환 영역으로서 호칭된다. 하부 및 상부 분배 영역은 유체 분배 및 열 전달의 양쪽의 이중 목적을 갖는다.
제1 분배 영역(102)의 레이아웃은 제1 분배 영역을 2개의 동일한 부분으로 분할하는 방향 변화 지점이 판의 중심에 있는 단일 갈매기형 형상부 즉 V자형 형상부를 나타낸다. V자형 레이아웃의 레이아웃 각도는 바람직하게는 열 교환기의 수직 축에 대해 50 내지 70˚이다. 이와 같이, V자형 형상부의 내부 각도는 100 내지 140˚이다. 다른 각도가 가능하지만, V자형 형상부의 내부 각도는 둔각인 것이 유리하다. 갈매기형 레이아웃에 수평 축에 대해 약간 작은 각도를 제공함으로써, 하부 분배 채널의 수평 방향으로의 마찰 인자는 비교적 낮고, 이것은 판 폭에 걸친 냉매의 분배를 용이하게 한다.
열 교환 영역(103)에는 열 교환 영역을 4개의 동일한 부분으로 분할하는 3개의 방향 변화 지점을 갖는 갈매기형 레이아웃 즉 W자형 형상부를 나타내는 주름형 패턴이 제공된다. 갈매기형 형상부들 사이의 내부 각도는 채널의 마찰 인자에 상당히 중요하다. 동일한 내부 각도에 대해, V자형 형상부 대신에 W자형 형상부를 사용하는 하나의 장점에 따르면, 열 전달 영역에 대한 평균 마찰 인자는 V자형 형상부를 사용할 때보다 높다. 이와 같이, 열 전달 계수는 종래의 V자형 형상부보다 높다. W자형 형상부의 사용은 레이아웃에 3개의 방향 변화부를 제공한다. 2개, 4개 또는 훨씬 많은 방향 변화부를 갖는 갈매기형 레이아웃을 사용하는 것이 또한 가능하다. 갈매기형 형상부의 전이 영역에서 즉 방향 변화 지점에서, 수평 그리고 또한 수직 유동 속도 성분이 감소되고, 0에 근접할 수 있다. 도시된 제1 판에서, 레이아웃은 역전 상태로 위치된 W자형 형상부와 유사하다.
주름형 W자형 형상부의 각도는 바람직하게는 열 교환기의 수직 축에 대해 50 내지 70˚이다. 이와 같이, 갈매기형 형상부의 내부 각도는 100 내지 140˚이다. 열 교환 영역의 갈매기형 형상부의 내부 각도는 제1 분배 영역의 갈매기형 형상부와 동일할 수 있거나, 약간 더 작을 수 있다. 다른 각도가 가능하지만, 갈매기형 형상부의 내부 각도는 둔각인 것이 중요하다. 열 교환 통로의 마찰 인자는 예컨대 방향 변화부의 개수와 함께 갈매기형 형상부의 내부 각도에 의존한다.
판의 상부 분배 영역(104)에는 제1 냉매 출구 포트 구멍(108), 물 입구 포트 구멍(111) 및 제2 냉매 출구 포트 구멍(110)이 제공된다. 상부 분배 영역의 주름형 패턴은 역전 상태로 위치된 단일 V자형 형상부와 유사한 갈매기형 레이아웃을 나타낸다. V자형 형상부의 내부 각도는 하부 분배 영역과 동일할 수 있다.
하부 분배 영역, 열 교환 영역 및 상부 분배 영역 내의 갈매기형 형상부의 내부 각도는 동일하거나 상이할 수 있다. 유리한 실시예에서, 하부 분배 영역 및 열 교환 영역의 갈매기형 형상부에는 동일한 내부 각도가 제공된다. 상부 분배 영역의 갈매기형 형상부에는 이러한 실시예에서 수직 축에 대해 더 작은 각도가 제공된다. 추가의 유리한 실시예에서, 하부 분배 영역의 갈매기형 형상부에는 제1 각도가 제공되고, 열 교환 영역의 갈매기형 형상부에는 제2의 더 작은 각도가 제공되고, 상부 분배 영역의 갈매기형 형상부에는 훨씬 더 작은 각도가 제공된다. 바람직하게는, 각도는 50 내지 70˚의 간격 내에 있다. 상이한 영역의 상이한 내부 각도를 갖는 장점에 따르면, 냉매가 증발 중일 때에, 체적 유동이 열 교환기의 상부 부분에서 더 높다. 이와 같이, 상이한 내부 각도는 체적 유동이 채널 내에서의 유동 방향에 따라 증가될 때에 더 낮은 유동 저항을 제공한다. 동일한 사항이 유동이 반대이고 열 교환기가 증기를 응축시키는 데 사용될 때에 적용된다. 수직 축에 대한 더 작은 내부 갈매기형 형상부 각도가 이러한 유동 방향으로 더 낮은 유동 저항을 제공한다.
도3에 도시된 제2 열 교환기 판(201)은 하부 분배 영역(202), 열 교환 영역(203) 및 상부 분배 영역(204)을 포함한다. 판은 수직 축(205) 및 수평 축(206)을 갖는다. 하부 분배 영역(202)에는 제1 냉매 입구 포트 구멍(207), 물 출구 포트 구멍(212) 및 제2 냉매 입구 포트 구멍(209)이 제공된다. 제1 입구 포트 구멍(207)에는 노즐 만입부(214)가 제공된다.
하부 분배 영역(202)의 레이아웃은 단일 갈매기형 형상부 즉 V자형 형상부를 나타내고, V자형 형상부는 역전 상태로 위치된 V자형 형상부와 유사하다. 방향 변화 지점은 판의 중심에 있고, 그에 의해 제1 분배 영역을 2개의 동일한 부분으로 분할한다. 갈매기형 형상부의 방향을 제외하면, 레이아웃의 각도는 제1 판과 동일하다.
열 교환 영역(203)에는 열 교환 영역을 4개의 동일한 부분으로 분할하는 3개의 방향 변화 지점을 갖는 갈매기형 레이아웃 즉 W자형 형상부를 나타내는 주름형 패턴이 제공된다. 도시된 제2 판에서, 레이아웃은 W자형 형상부와 유사하다. 갈매기형 형상부의 방향을 제외하면, 레이아웃의 각도는 제1 판과 동일하다.
제2 판의 상부 분배 영역(204)에는 제1 냉매 출구 포트 구멍(208), 물 입구 포트 구멍(211) 및 제2 냉매 출구 포트 구멍(210)이 제공된다. 상부 분배 영역의 주름형 횡단 패턴은 단일 V자형 형상부와 유사한 갈매기형 레이아웃을 나타낸다. V자형 형상부의 내부 각도는 하부 분배 영역과 동일할 수 있다. 갈매기형 형상부의 방향을 제외하면, 레이아웃의 각도는 제1 판과 동일하다.
도4에 도시된 제3 열 교환기 판(301)은 하부 분배 영역(302), 열 교환 영역(303) 및 상부 분배 영역(304)을 포함한다. 판은 수직 축(305) 및 수평 축(306)을 갖는다. 하부 분배 영역(302)에는 제1 냉매 입구 포트 구멍(307), 물 출구 포트 구멍(312) 및 제2 냉매 입구 포트 구멍(309)이 제공된다. 판의 상부 분배 영역(304)에는 제1 냉매 출구 포트 구멍(308), 물 입구 포트 구멍(311) 및 제2 냉매 출구 포트 구멍(310)이 제공된다. 포트 구멍 및 노즐 만입부를 제외하면, 제3 열 교환기 판은 제1 열 교환기 판과 유사하다.
도5에 도시된 제4 열 교환기 판(401)은 하부 분배 영역(402), 열 교환 영역(403) 및 상부 분배 영역(404)을 포함한다. 판은 수직 축(405) 및 수평 축(406)을 갖는다. 하부 분배 영역(402)에는 제1 냉매 입구 포트 구멍(407), 물 출구 포트 구멍(412) 및 제2 냉매 입구 포트 구멍(409)이 제공된다. 판의 상부 분배 영역(404)에는 제1 냉매 출구 포트 구멍(408), 물 입구 포트 구멍(411) 및 제2 냉매 출구 포트 구멍(410)이 제공된다. 포트 구멍 및 노즐 만입부를 제외하면, 제4 열 교환기 판은 제2 열 교환기 판과 유사하다.
설명에서, 문구 활성 입구 포트는 입구 포트가 입구 포트를 통한 냉매 채널 내로의 냉매 유동을 가능케 하도록 개방된다는 것을 의미한다. 비활성 입구 포트는 입구 포트가 어떠한 냉매 유동도 비활성 입구 포트를 통해 냉매 채널 내로 유동될 수 없도록 밀봉된다는 것을 의미한다. 동일한 것이 출구 포트가 냉매가 활성 출구 포트의 외부로 유동되도록 냉매 채널과 접촉된다는 것을 의미하는 문구 활성 출구 포트에 적용된다. 비활성 출구 포트는 어떠한 냉매도 비활성 출구 포트를 통해 냉매 채널로부터 외부로 유동될 수 없도록 밀봉된다는 것을 의미한다.
도1에서, 제1 판(101), 제2 판(201), 제3 판(301) 및 제4 판(401)을 포함하는 본 발명의 열 교환기 판 조립체(1)가 도시되어 있다. 상이한 판이 도2-도5에 도시되어 있다. 판은 특정한 열 교환기에 요구되는 개수로 서로 상에 적층된다. 이러한 방식으로, 복수개의 조립체를 포함하는 열 교환기가 형성된다. 조립체의 개수는 열 교환기의 요구된 사양에 따라 선택 가능하다. 완성된 열 교환기는 개개의 열 교환기 판보다 큰 두께를 갖는 (도시되지 않은) 특정한 전방 판 및 후방 판을 또한 포함한다. 전방 판 및 후방 판은 연결부 등을 포함한다. 완성된 열 교환기에서, 전방 및 후방 판에 가장 근접한 액체 채널은 물 채널이다. 이와 같이, 제1 판과 물 채널을 형성하는 별개의 열 교환기 판이 전방 판 내에 포함될 수 있고, 제4 판과 물 채널을 형성하는 별개의 열 교환기 판이 후방 판 내에 포함될 수 있다. 전방 및 후방 판은 열 교환기를 강화시키고, 그에 의해 열 교환기가 더 안정되고 강성화되게 한다.
열 교환기는 경납땜된 형태로 되어 있다. 제1 및 제2 판들 사이에서, 제1 냉매 채널(2)이 형성된다. 제2 및 제3 판들 사이에서, 물 채널(3)이 형성된다. 제3 및 제4 판들 사이에서, 제2 냉매 채널(4)이 형성된다. 제4 판과 추가의 조립체의 제1 판 사이에서, 물 채널이 형성된다. 이러한 방식으로, 열 교환기는 각각의 측면 상의 물 채널에 의해 포위되는 교대형 제1 및 제2 냉매 채널을 갖는다.
냉매 채널 및 물 채널의 양쪽 모두는 하부 분배 통로, 열 교환 통로 및 상부 분배 통로를 포함한다. 하부 분배 통로의 수직 길이는 바람직하게는 열 교환기의 폭의 1/2보다 짧고, 한편 상부 분배 통로의 수직 길이는 바람직하게는 열 교환기의 폭의 2/3보다 짧다.
제1 판(101) 및 제2 판(201)이 서로에 인접하게 위치될 때에, 제1 냉매 채널(2)이 형성된다. 냉매는 제1 냉매 입구 포트 구멍(107, 207)에 의해 생성되는 활성 입구 포트인 제1 냉매 입구 포트(21)를 통해 제1 냉매 채널 내로 진입된다. 입구 포트 구멍(107, 207)에는 서로 상에서 지지되는 동심 밀봉 섹션(113, 213)이 제공된다. 제1 냉매 채널 내로의 입구는 밀봉 섹션 내의 입구 노즐(25)에 의해 제공된다. 입구 노즐은 제2 가압 작업에서 가압되는 밀봉부의 한쪽 또는 양쪽 내의 노즐 만입부(114, 214)에 의해 얻어진다. 입구 노즐의 크기 즉 입구 노즐의 각도 위치와 함께 길이 및 단면은 모두 하부 분배 영역(102, 202)들 사이에 생성된 하부 분배 통로(10) 내에서의 냉매 분배에 중요하다. 입구 노즐의 크기는 냉매의 입구 압력에 부분적으로 의존하고, 완성된 열 교환기 내의 모든 냉매 채널에 걸쳐 균등한 유동 분배를 성취하도록 선택된다. 입구 노즐의 각도 위치는 냉매가 각각의 냉매 채널 내에서 열 교환기의 전체 폭에 걸쳐 균등하게 분배될 수 있도록 선택된다.
입구 노즐은 예컨대 하부 분배 통로 내의 주름형 패턴 레이아웃 그리고 입구 포트 주위의 우회 섹션에 따라 임의의 선택된 각도로 배향될 수 있다. 바람직하게는, 입구 노즐의 각도는 수직 축에 대해 그리고 판의 중심 수직 축을 향해 0 내지 180˚, 그리고 더 바람직하게는 90 내지 150˚이다.
하나의 실시예에서, 입구 포트는 개방된다. 이것은 열 교환기가 입구 포트가 예컨대 가스 냉각기 내의 증기 출구 포트로서 역할을 하도록 사용될 때에 유리할 수 있다. 증기가 출구를 차단하는 것을 피하기 위해, 밀봉 섹션 및 노즐은 제조 단계에서 절결된다. 대신에, 출구 포트(22)와 유사한 개방 포트가 얻어진다. 이러한 포트는 증기 또는 증기 및 액체의 혼합물이 포트를 통해 배출되게 한다.
냉매 분배를 더욱 개선시키기 위해, 활성 입구 포트에는 입구 포트 주위에 활성 입구 포트 우회 통로(18)가 제공되고, 그에 의해 냉매가 입구 포트의 양쪽 측면 주위에서 유동되게 한다. 각각의 판은 전체의 제1 입구 포트 구멍 주위에서 연장되는 우회 섹션(115, 215)을 포함한다. 우회 섹션은 판의 주름과 동일한 가압 깊이를 갖는다. 이와 같이, 결과로서 생성된 우회 통로(18)는 가압 깊이의 2배의 높이를 갖고, 이것은 우회 통로 내에서의 마찰 압력 강하가 주름 패턴을 통한 것보다 훨씬 작다는 것을 의미한다. 이와 같이, 우회 통로(18)는 입구 노즐로부터 활성 입구 포트 주위의 분배 영역으로 냉매의 일부를 분배한다.
노즐로부터의 냉매의 일부가 또한 노즐로부터 주름 패턴 내로의 방향으로 그리고 추가로 비활성 입구 포트인 제2 냉매 입구 포트(23)를 향해 계속하여 유동된다. 물 출구 포트 구멍(112, 212)은 판의 하부 짧은 단부로부터 수직 거리를 두고 위치되므로, 하부 수평 통로(13)가 물 출구 포트와 열 교환기의 하부 짧은 단부 사이의 하부 분배 채널 내에 형성된다. 이와 같이, 냉매는 비활성 입구 포트 주위의 영역으로 물 출구 포트 아래에서 유동될 수 있다. 입구 노즐의 외부로의 냉매 유동은 이러한 예에서 제1 판의 주름 패턴과 대략 동일한 각도를 갖고, 그에 의해 냉매의 일부가 비교적 작은 마찰 인자 그리고 그에 따라 비교적 높은 유동 속도로 물 출구 포트 아래에서 주로 수평 방향으로 통과될 수 있다. 냉매가 비활성 입구 포트 주위의 영역에 도달될 때에, 비활성 입구 포트 주위의 비활성 입구 포트 우회 통로(19)가 비활성 입구 포트 주위의 영역으로의 냉매의 분배를 용이하게 한다. 비활성 입구 포트(23) 주위의 우회 통로(19)는 전체의 제2 입구 포트 구멍 주위에서 연장되는 우회 섹션(117, 217)을 포함하는 각각의 판에 의해 활성 입구 포트에서와 동일한 방식으로 생성된다. 우회 섹션은 판의 주름과 동일한 가압 깊이를 갖는다. 이와 같이, 결과로서 생성된 통로는 가압 깊이의 2배의 높이를 갖고, 이것은 우회 통로 내에서의 마찰이 주름 패턴을 통한 것보다 훨씬 작다는 것을 의미한다. 이와 같이, 우회 통로는 비활성 입구 포트 주위의 분배 영역으로 냉매의 일부를 분배한다. 제2 입구 포트 구멍(109, 209)에는 서로 상에서 지지되고 그에 따라 비활성 입구 포트를 밀봉하는 동심 밀봉 섹션(116, 216)이 제공된다.
물 출구 포트 구멍(112, 212) 주위의 평탄한 원형 섹션은 물 출구 포트가 냉매 채널에 대해 밀봉되도록 서로 상에서 지지된다. 물 출구 구멍은 각각의 판의 하부 짧은 단부로부터 수직 거리를 두고 위치된다. 물 출구 구멍이 냉매 입구 포트 구멍보다 직경 면에서 크고, 물 출구 구멍의 중심은 냉매 입구 포트 구멍의 중심보다 판의 수평 축에 근접하게 위치된다. 이러한 방식으로, 하부 수평 통로(13)가 물 출구 포트와 열 교환기의 하부 짧은 단부 사이의 냉매 채널 내에 생성된다. 이러한 통로를 통해, 냉매가 비활성 입구 포트 주위의 영역으로 물 출구 포트 아래에서 통과될 수 있다. 이것은 채널 폭에 걸친 냉매의 분배를 상당히 개선시키고, 채널 폭에 걸친 그리고 그에 따라 열 교환 통로를 통한 더 균일한 유동을 제공한다. 물 출구 포트 아래의 통로가 또한 비활성 입구 포트 주위의 영역으로 열 교환기의 유효 열 전달 영역을 증가시킨다.
냉매의 분배를 더욱 개선시키기 위해, 제1 냉매 채널에는 하부 분배 통로(10)와 열 교환 통로(11) 사이에 활성 및 비활성 입구 포트 위에 위치되는 하부 분배 경로(15, 16)가 제공된다. 하부 분배 경로는 분배 영역의 V자형 형상부와 열 교환 영역의 W자형 형상부 사이의 판 내에서 가압되고 판의 긴 측면으로부터 물 출구 포트 구멍으로 연장되는 대체로 평탄한 분배 홈(118, 119, 218, 219)에 의해 생성된다. 하부 분배 경로는 한편으로는 열 교환 통로(11) 내로의 냉매의 균일한 분배를 용이하게 하고, 다른 한편으로는 분배 영역의 V자형 레이아웃 그리고 열 교환 영역의 W자형 레이아웃에 대한 전이 영역으로서 역할을 한다. 하부 분배 경로의 높이 그리고 또한 형상은 유동 분배를 최적화하도록 선택될 수 있다. 가압된 홈의 높이는 하나의 예에서 판의 가압 깊이의 대략 1/2일 수 있다. 열 교환기의 기계 강도를 개선시키기 위해, 하부 분배 경로는 1개 이상의 접촉 지점을 또한 포함할 수 있다. 대응 분배 경로가 물 채널 내에 생성되므로, 냉매 채널 내에서의 하부 분배 경로의 높이는 바람직하게는 총 1회 가압 깊이 이하이다. 하부 분배 경로는 열 교환 통로의 주름형 패턴 내에서 동일한 길이 및 폭을 갖는 유동 튜브를 통한 유동 저항에 비해 채널의 수평 방향으로 낮은 유동 저항을 갖는다.
필요시, 하부 분배 경로(15, 16)는 하부 분배 통로 내의 채널의 폭에 걸친 유동 분배를 제어하기 위해 1개 이상의 제한 영역을 포함할 수 있다. 제한 영역의 크기 및 위치는 분배 경로(15 또는 16)를 통한 유동이 최대한 균등하게 분배되도록 선택된다. 제한은 판 내에서의 제한 영역의 위치의 가압 깊이를 변경함으로써 즉 제한 영역의 높이를 변경함으로써 및/또는 하부 분배 경로를 따른 제한 영역의 폭을 변경함으로써 성취될 수 있다. 이러한 방식으로, 상이한 제한부가 하부 분배 경로(15, 16) 내의 상이한 위치에 위치될 수 있다. 제한부는 하부 분배 경로의 폭에 걸친 유동 분배를 제공하는 국부적으로 증가된 유동 저항을 제공한다. 하나의 예에서, 제한부는 대부분의 분배 경로를 덮고, 그에 의해 분배 통로와 열 교환 통로 사이에 1개 또는 소수개의 개구를 생성시킨다. 제한부의 크기 및 위치는 실험에 의해 또는 계산에 의해 결정될 수 있다. 이와 같이, 열 교환 통로 내로 유동된 냉매의 분배가 개선된다.
활성 입구 포트(21) 내로 진입되고 하부 분배 통로(10) 내에서 분배된 후에, 냉매는 열 교환 영역(103, 203)들 사이에 생성된 열 교환 통로(11)에 대해 진입 및 통과된다. 열 교환 통로는 2개의 판의 주름형 패턴들 사이의 모든 접촉 지점과 함께 큰 열 교환 영역 그리고 비교적 높은 마찰 유동 저항을 제공하고, 이것은 냉매 및 물 채널들 사이에서의 효율적인 열 전달을 보증한다. W자형 형상부는 단일 V자형 형상부에 비해 열 교환 통로 내에서의 마찰 압력 강하를 약간 증가시키고, 이것은 열 교환기의 전체의 열 전달을 개선시킨다.
각각의 판의 열 교환 영역과 상부 분배 영역 사이에서, 수평의 평탄한 분배 홈(120, 220)이 각각의 판 내에서 가압되고, 그에 의해 제1 냉매 채널 내에 상부 분배 경로(17)를 생성시킨다. 상부 분배 경로는 냉매 유동이 분배되게 하고, 동시에 판의 상부 분배 영역(104, 204)들 사이에 생성된 상부 분배 통로 내로 진입되기 전에 냉매의 증발의 변동으로 인해 열 교환 통로 내에서 일어날 수 있는 압력 면에서의 차이를 균등하게 한다. 상부 분배 경로는 열 교환기의 수평 방향으로 낮은 유동 저항을 갖고, 이것은 상부 분배 경로(12) 내로 진입되기 전의 냉매의 분배를 용이하게 한다. 주로 상부 분배 통로 내에서, 냉매의 증발이 완결되고, 냉매 증기의 과열이 또한 일어날 수 있다. 각각의 분배 홈의 높이는 대응 수평 분배 통로가 물 채널 내에 생성되므로 판의 가압 깊이의 대략 1/2이다. 이것은 상부 분배 경로에 총 1회 가압 깊이의 높이를 제공한다.
큰 정도로 증발된 상태에 있는 냉매는 판의 상부 분배 영역(104, 204)에 의해 생성된 상부 분배 통로 내로 진입된다. 활성 포트인 제1 냉매 출구 포트(22)는 제1 냉매 출구 포트 구멍(108, 208)에서 판들 사이에 생성된다. 냉매의 일부가 수직 축(105)의 우측 상의 상부 분배 통로 내로 진입되고, 냉매의 일부가 수직 축(105)의 좌측 상의 상부 분배 통로 내로 진입된다. 냉매의 일부가 전체의 제2 출구 포트(24) 주위에서 연장되는 우회 섹션(121, 221)에 의해 생성되는 우회 통로(20)에 도달된다. 제2 냉매 출구 포트 구멍(110, 210)에는 서로 상에서 지지되고 비활성 출구 포트인 제2 출구 포트(24)를 밀봉하는 동심 밀봉 섹션(122, 222)이 제공된다. 우회 섹션은 판의 주름만큼의 동일한 가압 깊이를 갖는다. 따라서 생성된 우회 통로(20)는 가압 깊이의 2배의 높이를 가질 것이며, 이는 우회 통로에서의 유동 저항이 주름형 패턴을 통하는 것보다 훨씬 작다는 것을 의미한다. 따라서 우회 통로는 과열될 수 있는 냉매의 상당한 부분이 물 입구 포트를 넘어 수평 통로를 통해 활성 출구 포트로 주로 수평방향으로 통과하게 허용할 것이다.
물 입구 포트 구멍(111, 211) 주위의 평탄한 원형 섹션은 물 입구가 냉매 채널로부터 밀봉되도록 서로 상에서 지지된다. 물 입구 구멍은 각각의 판의 상부 짧은 단부 아래의 수직 거리를 두고 위치된다. 물 입구 구멍의 중심은 냉매 출구 포트 구멍의 중심보다 판의 수평 축에 근접하게 위치된다. 이러한 방식으로, 상부 수평 통로(14)가 물 입구 포트와 열 교환기의 상부 짧은 단부 사이의 냉매 채널 내에 제공된다. 이러한 수평 통로를 통해, 냉매가 비활성 출구 포트(24)에서의 우회 통로(20)로부터 제1 냉매 출구 포트 구멍(108, 208)들 사이에 형성된 활성 출구 포트(22)로 물 입구 포트 위에서 유동될 수 있다. 이것은 과열될 수 있는 증기에 대해 유동 저항을 감소시키고, 상부 분배 통로 내에서의 유동 분배를 상당히 개선시킨다. 또한, 이러한 수평 통로는 증기가 비활성 출구 포트 주위의 영역 내에 정지되어 있는 격리 영역으로 이어지는 비활성 출구 포트 주위에 증기가 축적되는 것을 방지한다. 통로가 또한 비활성 출구 포트 주위의 영역에 의해 열 교환기의 전체의 유효 열 전달 영역을 확장시킨다.
제2 판(201) 및 제3 판(301)이 서로에 인접하게 위치될 때에, 물 채널(3)이 생성된다. 물은 물 입구 포트 구멍(211, 311)에 의해 생성되는 물 입구 포트(42)를 통해 물 채널 내로 진입된다. 물은 물 출구 포트 구멍(212, 312)에 의해 생성된 물 출구 포트(43)를 통해 물 채널로부터 배출된다. 모든 냉매 포트는 물 및 냉매가 혼합되지 않도록 밀봉된다. 제2 및 제3 판이 적층될 때에, 우회 섹션(215, 315)은 서로 상에서 지지되고, 그에 따라 제1 냉매 입구 포트를 밀봉한다. 동일한 것이 제2 냉매 입구 포트 및 제2 냉매 출구 포트가 밀봉되도록 서로 상에서 또한 지지되는 우회 섹션(217, 317) 및 우회 섹션(221, 321)에 적용된다. 제1 냉매 출구 포트는 서로 상에서 지지되는 제1 냉매 출구 포트 구멍(208, 308) 주위의 평탄한 섹션(223, 323)에 의해 밀봉된다.
물 입구 구멍(211, 311)은 각각의 판의 각각의 판 모서리의 상부 짧은 단부로부터 수직 거리를 두고 위치된다. 물 입구 구멍의 중심은 냉매 출구 포트 구멍의 중심보다 판의 수평 축에 근접하게 위치된다. 이러한 방식으로, 상부 수평 통로(34)가 물 입구 포트와 열 교환기의 상부 짧은 단부 사이의 물 채널 내에 생성된다. 이것은 상부 분배 통로 내에서의 물 분배를 개선시키고 물 채널의 압력 강하를 감소시키는 유용한 물 입구 횡단 유동 영역을 확장시킨다.
물 분배를 더욱 개선시키고 또한 물 압력 강하를 감소시키기 위해, 물 채널에는 비활성 제2 및 제1 냉매 출구 포트와 열 교환기의 상부 코너 사이에 상부 물 우회 통로(40, 41)가 제공된다. 상부 물 우회 통로(40, 41)는 각각의 제2 및 제1 냉매 출구 포트 구멍 외부측의 물 우회 섹션(226, 227, 326, 327)에 의해 생성된다. 이들 우회 섹션은 판이 냉매 채널을 생성시키도록 위치될 때에 서로 상에서 지지되고, 이것은 물 우회 통로가 가압 깊이의 2배의 높이를 갖는다는 것을 의미한다. 이와 같이, 이들 물 우회 통로는 낮은 마찰 압력 강하를 갖고, 전체의 상부 분배 통로에 걸친 물측 분배를 상당히 용이하게 한다.
물이 상부 분배 통로(32) 내에서 분배될 때에, 물은 각각의 판 내에서 가압되고 그에 의해 물 채널 내에 상부 수평 분배 경로(37)를 생성시키는 수평의 평탄한 분배 홈(220, 320)을 통과한다. 이러한 분배 경로는 전체의 상부 분배 경로를 따른 물 압력이 실질적으로 동일하도록 물의 추가의 분배를 가능케 한다. 상부 분배 경로는 또한 상부 분배 통로의 V자형 형상부와 열 교환 통로의 W자형 형상부 사이의 전이 영역으로서 역할을 한다. 각각의 분배 홈의 높이는 판의 가압 깊이의 대략 1/2이다. 이것은 상부 분배 경로에 총 1회 가압 깊이의 높이를 제공한다.
상부 분배 경로(37)를 통과한 후에, 물은 열 교환 영역(203, 303)들 사이에 생성된 열 교환 통로(31)에 대해 진입 및 통과된다. 열 교환 통로는 2개의 판의 주름형 패턴들 사이의 모든 접촉 지점과 함께 큰 열 교환기 영역 그리고 비교적 높은 마찰 인자를 제공하고, 이것은 물 및 냉매 채널들 사이에서의 효율적인 열 전달을 보증한다. W자형 레이아웃은 단일 V자형 레이아웃에 비해 열 교환 통로 내에서의 마찰 인자를 약간 증가시키고, 이것은 열 전달을 개선시킨다.
물이 열 교환 통로(31)를 통과한 때에, 물은 열 교환 통로와 하부 분배 통로 사이에 위치되는 2개의 하부 분배 통로(35, 36)를 통해 하부 분배 통로(30) 내로 진입된다. 이들 하부 분배 통로는 분배 영역의 V자형 형상부와 열 교환 영역의 W자형 형상부 사이의 판 내에서 가압되고 판의 긴 측면으로부터 물 출구 포트 구멍으로 연장되는 대체로 평탄한 분배 홈(218, 219, 318, 319)에 의해 생성된다. 이들 분배 경로는 양쪽 모두가 하부 분배 통로 내로 물을 균일하게 분배하는 것을 용이하게 하고, 열 교환 통로의 W자형 레이아웃 그리고 하부 분배 통로의 V자형 레이아웃에 대한 전이 영역으로서 역할을 한다. 하부 분배 경로의 높이 그리고 또한 형상은 유동 분배를 최적화하도록 선택될 수 있다. 가압된 홈의 높이는 하나의 예에서 판의 가압 깊이의 대략 1/2일 수 있다. 열 교환기의 기계 강도를 개선시키기 위해, 하부 분배 경로는 1개 이상의 접촉 지점을 또한 포함할 수 있다. 분배 경로는 하부 분배 통로 내의 주름형 패턴을 통한 유동 저항에 비해 열 교환기의 수평 방향으로 낮은 유동 저항을 갖는다. 이것은 하부 분배 통로 내로의 물의 균등한 유동 분배를 용이하게 한다.
물의 일부 특히 열 교환 통로(31)의 중심으로부터의 물은 위의 열 교환 통로로부터 직접적으로 물 출구 포트 구멍(212, 312)에 의해 생성된 물 출구 포트(43) 내로 진입된다. 물 출구 포트 주위의 주름형 패턴은 모든 방향으로부터 물 출구 포트 내로의 물 유동을 가능케 하므로, 물 출구 포트는 완전히 개방된다. 이것은 하부 분배 영역으로 분배된 물의 일부가 물 출구 포트와 냉매 입구 포트 사이의 패턴을 통해 그리고 또한 물 출구 포트 아래의 패턴으로부터 물 출구 개구 내로 진입되게 한다.
물 분배를 더욱 개선시키기 위해, 하부 분배 통로(30)에는 비활성 제1 및 제2 냉매 입구 포트와 열 교환기의 하부 코너 사이에 하부 물 우회 통로(38, 39)가 제공된다. 하부 물 우회 통로는 각각의 제1 및 제2 냉매 입구 포트 구멍에서 물 우회 섹션(224, 225, 324, 325)에 의해 생성된다. 이들 우회 섹션은 판이 냉매 통로를 생성시키도록 위치될 때에 서로 상에서 지지되고, 이것은 하부 물 우회 통로가 가압 깊이의 2배의 높이를 갖는다는 것을 의미한다. 이와 같이, 이들 하부 물 우회 통로는 낮은 마찰 압력 강하를 갖고, 물 출구 포트로의 물 유동의 안내에 상당히 기여한다.
물 분배를 개선시키고 열 교환기의 유효 열 전달 영역을 확장시키기 위해, 물 출구 포트 구멍은 각각의 판의 하부 짧은 단부로부터 수직 거리를 두고 위치된다. 이러한 방식으로, 하부 수평 통로(33)가 물 출구 포트와 열 교환기의 하부 짧은 단부 사이의 물 채널 내에 제공된다. 이러한 수평 통로를 통해, 물이 포트 아래로부터 물 출구 포트 내로 또한 유동될 수 있고, 그에 의해 열 교환기의 효율을 개선시킨다. 하부 우회 통로는 물 출구 포트의 상향 오프셋과 함께 유용한 물 횡단 유동 영역을 확장시킴으로써 물의 출구 유동 분배를 상당히 개선시키고 포트 주변부 모든 주위에서의 출구 압력 강하를 감소시킨다.
제2 냉매 채널(4)은 제3 판(301) 및 제4 판(401)이 서로에 인접하게 위치될 때에 제3 판(301)과 제4 판(401) 사이에 생성되고, 제1 냉매 채널과 유사하다. 제1 냉매 채널과 제2 냉매 채널 사이의 차이점은 단지 입구 및 출구 포트 그리고 입구 노즐이다.
냉매는 냉매 입구 포트 구멍(309, 409)에 의해 생성되는 활성 입구 포트인 제2 냉매 입구 포트(63)를 통해 제2 냉매 채널 내로 진입된다. 입구 포트 구멍(309, 409)에는 서로 상에서 지지되는 동심 밀봉 섹션(316, 416)이 제공된다. 제2 냉매 채널 내로의 입구는 밀봉 섹션을 통해 입구 노즐(65)에 의해 제공된다. 입구 노즐은 밀봉부의 한쪽 또는 양쪽 내의 노즐 만입부(314, 414)에 의해 얻어진다. 입구 노즐의 크기 즉 입구 노즐의 각도 위치와 함께 길이 및 단면은 모두 하부 분배 영역(302, 402)들 사이에 생성된 하부 분배 통로(50) 내에서의 냉매 분배에 중요하다. 입구 노즐의 크기는 냉매 회로의 압력 강하에 따라 선택되고, 완성된 열 교환기 내의 모든 냉매 채널에 걸쳐 균등한 유동 분배를 얻도록 선택된다. 입구 노즐의 각도 위치는 냉매가 각각의 냉매 채널 내에서 열 교환기의 전체 폭에 걸쳐 균등하게 분배될 수 있도록 선택된다.
입구 노즐은 예컨대 하부 분배 통로 내의 주름형 패턴 레이아웃 그리고 입구 포트 주위의 우회 섹션에 따라 임의의 선택된 각도로 배향될 수 있다. 바람직하게는, 입구 노즐의 각도는 수직 축에 대해 그리고 판의 중심 수직 축을 향해 0 내지 180˚, 그리고 더 바람직하게는 90 내지 150˚이다.
냉매 분배를 더욱 개선시키기 위해, 활성 입구 포트에는 입구 포트 주위에 활성 입구 우회 통로(59)가 제공되고, 그에 의해 냉매가 입구 포트의 양쪽 측면 주위에서 유동되게 한다. 각각의 판은 전체의 입구 포트 구멍 주위에서 연장되는 우회 섹션(317, 417)을 포함한다. 우회 섹션은 판의 주름과 동일한 가압 깊이를 갖는다. 이와 같이, 결과로서 생성된 활성 우회 통로는 가압 깊이의 2배의 높이를 갖고, 이것은 우회 통로 내에서의 마찰이 주름 패턴을 통한 것보다 훨씬 작다는 것을 의미한다. 이와 같이, 우회 통로는 입구 노즐로부터 활성 입구 포트 주위의 분배 영역으로 냉매의 일부를 분배한다.
노즐로부터의 냉매의 일부가 또한 비활성 입구 포트인 제1 냉매 입구 포트(61)를 향한 방향으로 노즐로부터 주름 패턴 내로의 방향으로 계속하여 유동된다. 물 출구 포트 구멍(312, 412)은 각각의 판의 하부 짧은 단부로부터 수직 거리를 두고 위치되므로, 하부 수평 통로(53)가 물 출구 포트와 열 교환기의 하부 짧은 단부 사이의 하부 분배 채널 내에 형성된다. 이와 같이, 냉매는 비활성 입구 포트 주위의 영역으로 물 출구 포트 아래에서 유동될 수 있다. 입구 노즐의 외부로의 냉매 유동은 이러한 예에서 제3 판의 주름 패턴과 대략 동일한 각도를 갖고, 그에 의해 냉매의 일부가 비교적 작은 마찰 인자 그리고 그에 따라 비교적 높은 유동 속도로 물 출구 포트 아래에서 주로 수평 방향으로 통과될 수 있다. 냉매가 비활성 입구 포트(61) 주위의 영역에 도달될 때에, 비활성 입구 포트 주위의 우회 통로(58)가 비활성 입구 포트 주위의 영역으로 냉매를 분배하는 것을 돕는다. 우회 통로(58)는 전체의 제1 냉매 입구 포트 구멍 주위에서 연장되는 우회 섹션(315, 415)을 포함하는 각각의 판에 의해 활성 입구 포트에서와 동일한 방식으로 생성된다. 우회 섹션은 판의 주름과 동일한 가압 깊이를 갖는다. 이와 같이, 결과로서 생성된 우회 통로는 가압 깊이의 2배의 높이를 갖고, 이것은 우회 통로 내에서의 마찰이 주름 패턴을 통한 것보다 훨씬 작다는 것을 의미한다. 이와 같이, 우회 통로는 비활성 입구 포트 주위의 분배 영역으로 냉매의 일부를 분배한다. 제1 입구 포트 구멍(307, 407)에는 서로 상에서 지지되고 그에 따라 비활성 입구 포트를 밀봉하는 동심 밀봉 섹션(313, 413)이 제공된다.
물 출구 포트 구멍(312, 412) 주위의 평탄한 원형 섹션은 물 출구 포트가 냉매 채널에 대해 밀봉되도록 서로 상에서 지지된다. 물 출구 포트 구멍은 각각의 판의 하부 짧은 단부로부터 수직 거리를 두고 위치된다. 물 출구 구멍이 냉매 입구 포트 구멍보다 직경 면에서 크고, 물 출구 구멍의 중심은 냉매 입구 포트 구멍의 중심보다 판의 수평 축에 근접하게 위치된다. 이러한 방식으로, 하부 수평 통로(53)가 물 출구 포트와 열 교환기의 하부 짧은 단부 사이의 냉매 채널 내에 생성된다. 이러한 통로를 통해, 냉매가 비활성 입구 포트 주위의 영역으로 물 출구 포트 아래에서 통과될 수 있다. 이것은 판 폭에 걸친 냉매의 분배를 상당히 개선시키고, 이것은 열 교환 통로를 통한 더 균일한 유동을 제공하고, 또한 비활성 입구 포트 주위의 영역으로 열 교환기의 전체의 유효 열 전달 영역을 확장시킨다.
냉매의 분배를 더욱 향상시키기 위해, 제2 냉매 채널에는 하부 분배 통로(50)와 열 교환 통로(51) 사이에 비활성 및 활성 입구 포트 위에 위치되는 하부 분배 경로(55, 56)가 제공된다. 하부 분배 경로는 분배 영역의 V자형 형상부와 열 교환 영역의 W자형 형상부 사이의 판 내에 있고 판의 긴 측면으로부터 물 출구 포트 구멍으로 연장되는 대체로 평탄한 분배 홈(318, 319, 418, 419)에 의해 생성된다. 하부 분배 경로는 한편으로는 열 교환 통로(51) 내로의 냉매의 균일한 분배를 용이하게 하고, 다른 한편으로는 분배 영역의 V자형 레이아웃 그리고 열 교환 영역의 W자형 레이아웃에 대한 전이 영역으로서 역할을 한다. 하부 분배 경로의 높이 그리고 또한 형상은 유동 분배를 최적화하도록 선택될 수 있다. 홈의 높이는 하나의 예에서 판의 가압 깊이의 대략 1/2일 수 있다. 열 교환기의 기계 강도를 개선시키기 위해, 하부 분배 경로는 1개 이상의 접촉 지점을 또한 포함할 수 있다. 대응 분배 경로가 물 채널 내에 생성되므로, 냉매 채널 내에서의 하부 분배 경로의 높이는 바람직하게는 총 1회 가압 깊이 이하이다. 하부 분배 경로는 열 교환 통로의 주름형 패턴 내에서 동일한 길이 및 폭을 갖는 유동 튜브를 통한 유동 저항에 비해 열 교환기의 수평 방향으로 낮은 유동 저항을 갖는다. 하부 분배 경로(55, 56)는 하부 분배 통로 내의 채널 폭에 걸친 유동 분배를 제어하기 위해 1개 이상의 제한 영역을 또한 포함할 수 있다. 제한부는 1개 이상의 접촉 지점과 유사하게 상당히 작거나, 단지 1개 또는 소수개의 작은 통로가 분배 통로와 열 교환 통로 사이에 생성되도록 비교적 클 수 있다.
활성 입구 포트(63) 내로 진입되고 하부 분배 통로(50) 내에서 분배된 후에, 냉매는 제1 냉매 채널에 대해 설명된 것과 동일한 방식으로 열 교환 통로(51)에 대해 진입 및 통과된다.
각각의 판의 열 교환 영역과 상부 분배 영역 사이에, 각각의 판 내에서 가압되는 수평의 평탄한 분배 홈(320, 420)이 있고, 그에 의해 제2 냉매 채널 내에 상부 분배 경로(57)를 생성시킨다. 상부 분배 경로는 냉매가 판의 상부 분배 영역(304, 404)들 사이에 생성된 상부 분배 통로(52) 내로 진입되기 전에 냉매의 증발의 변동으로 인해 열 교환 통로 내에서 일어날 수 있는 압력 면에서의 차이가 균등해지게 한다. 냉매는 이러한 단계에서 부분적으로 또는 완전히 증발될 수 있고, 심지어 과열될 수 있다. 상부 분배 경로는 열 교환기의 수평 방향으로 낮은 유동 저항을 갖고, 이것은 상부 분배 경로 내로 진입되기 전의 냉매의 분배를 용이하게 한다. 각각의 분배 경로의 높이는 대응 수평 분배 경로가 물 채널 내에 생성되므로 판의 가압 깊이의 대략 1/2이다. 이것은 분배 경로에 총 1회 가압 깊이의 높이를 제공한다.
이러한 단면에서 큰 정도로 증기 형태로 되어 있는 냉매는 판의 상부 분배 영역(304, 404)에 의해 생성된 상부 분배 통로(52) 내로 진입된다. 활성 포트인 제2 냉매 출구 포트(64)는 제2 냉매 출구 포트 구멍(310, 410)에서 판들 사이에 생성된다. 냉매의 일부가 수직 축(305)의 좌측 상의 상부 분배 통로 내로 진입되고, 냉매의 일부가 수직 축(305)의 우측 상의 상부 분배 통로 내로 진입된다. 냉매의 일부가 비활성 출구 포트인 전체의 제1 냉매 출구 포트(62) 주위에서 연장되는 우회 섹션(323, 423)에 의해 생성되는 비활성 출구 포트 우회 통로(60)에 도달된다. 제1 냉매 출구 포트 구멍(308, 408)에는 서로 상에서 지지되고 제1 출구 포트를 밀봉하는 동심 밀봉 섹션(328, 428)이 제공된다. 우회 섹션은 판의 주름부와 동일한 가압 깊이를 갖는다. 이와 같이, 결과로서 생성된 우회 통로는 가압 깊이의 2배의 높이를 갖고, 이것은 우회 통로 내에서의 마찰이 주름 패턴을 통한 것보다 훨씬 작다는 것을 의미한다. 이와 같이, 우회 통로는 과열될 수 있는 냉매의 상당한 부분이 물 입구 포트 위에서 횡단 주름 패턴 통로를 통해 활성 출구 포트로 통과되게 한다.
물 입구 포트 구멍(311, 411) 주위의 평탄한 원형 섹션은 물 입구가 냉매 채널로부터 밀봉되도록 서로 상에서 지지된다. 물 입구 포트 구멍은 각각의 판의 상부 짧은 단부로부터 수직 거리를 두고 위치된다. 물 입구 구멍의 중심은 냉매 출구 포트 구멍의 중심보다 판의 수평 축에 근접하게 위치된다. 이러한 방식으로, 상부 수평 통로(54)가 물 입구 포트와 열 교환기의 상부 짧은 단부 사이의 냉매 채널 내에 제공된다. 이러한 수평 통로를 통해, 냉매가 비활성 출구 포트(62)에서의 우회 통로(60)로부터 제2 냉매 출구 포트 구멍(310, 410)들 사이에 형성된 활성 출구 포트(64)로 물 입구 포트 위에서 유동될 수 있다. 이것은 상부 분배 통로 내에서의 냉매의 유동 분배를 상당히 개선시키고, 비활성 출구 포트 주위에서의 열 정체를 방지한다. 또한, 열 교환기의 전체의 유효 열 전달 영역은 비활성 출구 포트 주위의 영역에 의해 확장된다.
본 발명에 의해, 열 교환기의 전체적인 열 성능 면에서 상당한 개선을 보여주는 개선된 3-회로 판형 열 교환기가 얻어질 수 있다. 이것은 열 교환기 내에서의 개선된 유동 분배에 기인한다. 본 발명은 위에서 설명된 실시예에 제한되는 것으로서 간주되지 않아야 하고, 다수개의 추가의 변형예 및 수정예가 후속의 특허청구범위의 범주 내에서 가능하다.
1: 판 조립체
2: 제1 냉매 채널
3: 물 채널
4: 제2 냉매 채널
10: 하부 분배 통로
11: 열 교환 통로
12: 상부 분배 통로
13: 하부 수평 통로
14: 상부 수평 통로
15: 하부 분배 경로
16: 하부 분배 경로
17: 상부 분배 경로
18: 제1 냉매 입구 포트 우회 통로
19: 제2 냉매 입구 포트 우회 통로
20: 제2 냉매 출구 포트 우회 통로
21: 활성 입구 포트
22: 활성 출구 포트
23: 비활성 입구 포트
24: 비활성 출구 포트
25: 입구 노즐
30: 하부 분배 통로
31: 열 교환 통로
32: 상부 분배 통로
33: 하부 수평 통로
34: 상부 수평 통로
35: 하부 분배 경로
36: 하부 분배 경로
37: 상부 분배 경로
38: 물 우회 통로
39: 물 우회 통로
40: 물 우회 통로
41: 물 우회 통로
42: 물 입구 포트
43: 물 출구 포트
50: 하부 분배 통로
51: 열 교환 통로
52: 상부 분배 통로
53: 하부 수평 통로
54: 상부 수평 통로
55: 하부 분배 경로
56: 하부 분배 경로
57: 상부 분배 경로
58: 제1 냉매 입구 포트 우회 통로
59: 제2 냉매 입구 포트 우회 통로
60: 제1 냉매 출구 포트 우회 통로
61: 비활성 입구 포트
62: 비활성 출구 포트
63: 활성 입구 포트
64: 활성 출구 포트
65: 입구 노즐
101: 제1 열 교환기 판
102: 하부 분배 영역
103: 열 교환 영역
104: 상부 분배 영역
105: 수직 축
106: 수평 축
107: 제1 냉매 입구 포트 구멍
108: 제1 냉매 출구 포트 구멍
109: 제2 냉매 입구 포트 구멍
110: 제2 냉매 출구 포트 구멍
111: 물 입구 포트 구멍
112: 물 출구 포트 구멍
113: 밀봉 섹션
114: 노즐 만입부
115: 우회 섹션
116: 밀봉 섹션
117: 우회 섹션
118: 하부 분배 홈
119: 하부 분배 홈
120: 상부 분배 홈
121: 우회 섹션
122: 밀봉 섹션
123: 평탄 섹션
124: 하부 물 우회 섹션
125: 하부 물 우회 섹션
126: 상부 물 우회 섹션
127: 상부 물 우회 섹션
201: 제2 열 교환기 판
202: 하부 분배 영역
203: 열 교환 영역
204: 상부 분배 영역
205: 수직 축
206: 수평 축
207: 제1 냉매 입구 포트 구멍
208: 제1 냉매 출구 포트 구멍
209: 제2 냉매 입구 포트 구멍
210: 제2 냉매 출구 포트 구멍
211: 물 입구 포트 구멍
212: 물 출구 포트 구멍
213: 밀봉 섹션
214: 노즐 만입부
215: 우회 섹션
216: 밀봉 섹션
217: 우회 섹션
218: 하부 분배 홈
219: 하부 분배 홈
220: 상부 분배 홈
221: 우회 섹션
222: 밀봉 섹션
223: 평탄 섹션
224: 하부 물 우회 섹션
225: 하부 물 우회 섹션
226: 상부 물 우회 섹션
227: 상부 물 우회 섹션
301: 제3 열 교환기 판
302: 하부 분배 영역
303: 열 교환 영역
304: 상부 분배 영역
305: 수직 축
306: 수평 축
307: 제1 냉매 입구 포트 구멍
308: 제1 냉매 출구 포트 구멍
309: 제2 냉매 입구 포트 구멍
310: 제2 냉매 출구 포트 구멍
311: 물 입구 포트 구멍
312: 물 출구 포트 구멍
313: 밀봉 섹션
314: 노즐 만입부
315: 우회 섹션
316: 밀봉 섹션
317: 우회 섹션
318: 하부 분배 홈
319: 하부 분배 홈
320: 상부 분배 홈
321: 평탄 섹션
323: 우회 섹션
324: 하부 물 우회 섹션
325: 하부 물 우회 섹션
326: 상부 물 우회 섹션
327: 상부 물 우회 섹션
328: 밀봉 섹션
401: 제4 열 교환기 판
402: 하부 분배 영역
403: 열 교환 영역
404: 상부 분배 영역
405: 수직 축
406: 수평 축
407: 제1 냉매 입구 포트 구멍
408: 제1 냉매 출구 포트 구멍
409: 제2 냉매 입구 포트 구멍
410: 제2 냉매 출구 포트 구멍
411: 물 입구 포트 구멍
412: 물 출구 포트 구멍
413: 밀봉 섹션
414: 노즐 만입부
415: 우회 섹션
416: 밀봉 섹션
417: 우회 섹션
418: 하부 분배 홈
419: 하부 분배 홈
420: 상부 분배 홈
421: 평탄 섹션
423: 우회 섹션
424: 하부 물 우회 섹션
425: 하부 물 우회 섹션
426: 상부 물 우회 섹션
427: 상부 물 우회 섹션
428: 밀봉 섹션

Claims (22)

  1. 3-회로 열 교환기 조립체(1)에서 사용되는 열 교환기 판(101; 201; 301; 401)으로서, 판은 3개의 포트 구멍(107, 109, 112; 207, 209, 212; 307, 309, 312; 407, 409, 412)을 갖는 제1 분배 영역(102; 202; 302; 402), 열 교환 영역(103; 203; 303; 403) 그리고 3개의 포트 구멍(108, 110, 111; 208, 210, 211; 308, 310, 311; 408, 410, 411)을 갖는 제2 분배 영역(104; 204; 304; 404)을 포함하고, 판은 리지 및 밸리를 갖는 주름형 패턴을 포함하는, 열 교환기 판에 있어서,
    제1 분배 영역의 중심 포트 구멍(112; 212, 312; 412)은 2개의 판이 판들 사이에 유체 채널을 형성하도록 적층될 때에 유체 통로가 중심 포트 구멍과 판의 짧은 단부 사이에서 얻어질 수 있도록 판의 짧은 단부로부터 수직 거리를 두고 위치되는 것을 특징으로 하는 판.
  2. 제1항에 있어서, 제2 분배 영역의 중심 포트 구멍(111; 211; 311; 411)은 2개의 판이 판들 사이에 유체 채널을 형성하도록 적층될 때에 유체 통로가 중심 포트 구멍과 판의 짧은 단부 사이에서 얻어질 수 있도록 판의 짧은 단부로부터 수직 거리를 두고 위치되는 것을 특징으로 하는 판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 판의 코너에서의 포트 구멍(107, 109, 110; 207, 209, 210; 307, 308, 309; 407, 408, 409)에는 2개의 판이 판들 사이에 냉매 유체 채널을 형성하도록 적층될 때에 포트 주위에 냉매 우회 통로를 형성하도록 된 평탄한 링형 우회 섹션(115, 117, 121; 215, 217, 221; 315, 317, 323; 415, 417, 423)이 제공되는 것을 특징으로 하는 판.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 물 우회 섹션(124, 125, 126, 127; 224, 225, 226, 227; 324, 325, 326, 327; 424, 425, 426, 427)이 2개의 판이 판들 사이에 물 채널을 형성하도록 적층될 때에 물 통로가 2개의 인접한 우회 섹션들 사이에서 얻어질 수 있도록 판의 코너에 제공되는 것을 특징으로 하는 판.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 분배 영역(102; 202; 302; 402)은 제1 레이아웃을 갖는 갈매기형 형상부를 나타내고, 제2 분배 영역(104; 204; 304; 404)은 제2 레이아웃을 갖는 갈매기형 형상부를 나타내고, 열 교환 영역(103; 203; 303; 403)은 제3 레이아웃을 갖는 갈매기형 형상부를 나타내고, 제1 레이아웃의 갈매기형 형상부는 제1 각도 방향으로 배향되고, 제2 레이아웃의 갈매기형 형상부는 반대 각도 방향으로 배향되는 것을 특징으로 하는 판.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 레이아웃의 갈매기형 형상부는 제1 레이아웃의 갈매기형 형상부와 동일한 각도 방향으로 배향되는 것을 특징으로 하는 판.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 레이아웃의 갈매기형 형상부는 제1 및 제2 레이아웃보다 많은 방향 변화부를 갖는 것을 특징으로 하는 판.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 및 제2 갈매기형 형상부는 V자형 형성부와 유사하고, 제3 갈매기형 형상부는 W자형 형상부와 유사한 것을 특징으로 하는 판.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 하부 분배 홈(118, 119; 218, 219; 318, 319; 418, 419)이 2개의 판이 판들 사이에 유체 채널을 형성하도록 적층될 때에 하부 분배 경로가 2개의 인접한 하부 분배 홈들 사이에서 얻어질 수 있도록 제1 분배 영역과 열 교환 영역 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 판.
  10. 제9항에 있어서, 하부 분배 홈(118, 119; 218, 219; 318, 319; 418, 419)은 유동 제한부가 하부 분배 경로 내에서 얻어지도록 적어도 1개의 제한 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 판.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상부 분배 홈(120; 220; 320; 420)이 2개의 판이 판들 사이에 유체 채널을 형성하도록 적층될 때에 상부 분배 경로가 2개의 인접한 상부 분배 홈들 사이에서 얻어질 수 있도록 열 교환 영역과 제2 분배 영역 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 판.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 4개의 판을 포함하는 열 교환기 조립체에 있어서,
    제1 판(101), 제2 판(201), 제3 판(301) 및 제4 판(401)은 서로 상이한 것을 특징으로 하는 열 교환기 조립체.
  13. 제1 냉매 채널(2)이 제1 판(101)과 제2 판(201) 사이에 제공되고, 물 채널(3)이 제2 판(201)과 제3 판(301) 사이에 제공되고, 제2 냉매 채널(4)이 제3 판(301)과 제4 판(401) 사이에 제공되고, 각각의 유체 채널(2, 3, 4)은 2개의 인접한 제1 분배 영역(102, 202, 302, 402)들 사이에 제공되는 제1 분배 통로(10; 30; 50), 2개의 인접한 열 교환 영역(103, 203, 303, 403)들 사이에 제공되는 열 교환 통로(11; 31; 51) 그리고 2개의 인접한 제2 분배 영역(104, 204, 304, 404)들 사이에 제공되는 제2 분배 통로(12; 32; 52)를 포함하는, 제12항에 따른 열 교환기 조립체에 있어서,
    수평 통로(13; 33; 53)가 중심 물 포트(43)와 조립체의 이웃한 짧은 단부 사이의 제1 분배 통로 내에 제공되는 것을 특징으로 하는 열 교환기 조립체.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 수평 통로(14; 34; 54)가 중심 물 포트(42)와 조립체의 이웃한 짧은 단부 사이의 제2 분배 통로(12; 32; 52) 내에 제공되는 것을 특징으로 하는 열 교환기 조립체.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 물 우회 통로(38, 39, 40, 41)가 냉매 포트(21, 22, 23, 24; 61, 62, 63, 64)와 조립체의 코너 사이의 물 분배 통로(30, 32) 내에 제공되는 것을 특징으로 하는 열 교환기 조립체.
  16. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 냉매 우회 통로(18, 19, 20; 58, 59, 60)가 냉매 분배 통로(10, 12; 50, 52) 내의 냉매 포트(21, 23, 24; 61, 62, 63) 주위에 제공되는 것을 특징으로 하는 열 교환기 조립체.
  17. 제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 활성 입구 포트(21)에는 입구 노즐(25)이 제공되고, 활성 입구 포트(63)에는 입구 노즐(65)이 제공되고, 입구 노즐의 각도는 수직 축에 대해 0 내지 180˚이고, 입구 노즐은 조립체의 중심 수직 축을 향하는 것을 특징으로 하는 열 교환기 조립체.
  18. 제17항에 있어서, 입구 노즐의 각도는 90 내지 150˚인 것을 특징으로 하는 열 교환기 조립체.
  19. 제12항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 하부 분배 경로(15, 16; 35, 36; 55, 56)가 하부 분배 통로(10, 30, 50)와 열 교환 통로(11, 31, 51) 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 열 교환기 조립체.
  20. 제12항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상부 분배 경로(17, 37, 57)가 열 교환 통로(11, 31, 51)와 상부 분배 통로(12, 32, 52) 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 열 교환기 조립체.
  21. 제12항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 열 교환기 판(101; 201; 301; 401)은 접착, 연납땜, 경납땜, 결속 또는 용접에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 열 교환기 조립체.
  22. 제12항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 복수개의 열 교환기 조립체를 포함하고, 전방 판 및 후방 판을 추가로 포함하는, 3-회로 열 교환기.
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