KR20110104675A - 전열판 및 세라믹 열교환기 및 세라믹 열교환기의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전열판 및 세라믹 열교환기 및 세라믹 열교환기의 제조 방법에 관한 것으로서, 탄화규소(SiC) 분말과 카본을 포함한 원료 및 첨가물을 몰드성형한 성형체에 금속규소(Si)를 반응소결하여 유로를 가진 복수의 전열판을 제조하고, 상기 제조된 복수의 전열판을 상하로 적층하여 반응접합 공정으로 결합하여 고온의 제1 유체가 유동하는 유로가 형성된 제1 유로층과 저온의 제2 유체가 유동하는 유로가 형성된 제2 유로층이 상하로 순차적으로 번갈아가며 복수층으로 적층된 세라믹 열교환기에 관한 것으로서, 몰드성형 기술과 반응소결 기술을 적용하여 두께와 크기를 최소화한 열교환기 모듈을 제작할 수 있고 열교환 효율과 작동효율을 높임에 따라 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 전열판 및 세라믹 열교환기 및 세라믹 열교환기의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄화규소(SiC) 분말과 카본을 포함한 원료 및 첨가물을 몰드성형한 성형체에 금속규소(Si)를 반응소결하여 전열판을 제조하고, 상기 제조한 전열판을 상하로 복수층으로 적층 및 반응접합 공정으로 결합하여 세라믹 열교환기를 제조하는 전열판 및 세라믹 열교환기 및 세라믹 열교환기의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적인 산업용 고온장비인 가열로에서 발생되는 부수열(폐열)을 재사용하여 에너지 절감을 하기 위한 방법으로 일종의 폐열회수장치를 사용하는데, 이러한 폐열회수장치의 대표적인 것이 열교환기이다.
이러한 열교환기는 가열로에서 배출되는 고온가스와 외부의 저온가스(공기)를 동시에 유입하여 상호 열교환이 이루어지게 하고, 저온가스와 열교환된 고온가스는 연도를 통해 외부로 배출하고 상기 배기가스와 열교환된 저온에서 상대적으로 고온이 된 공기는 버너와 같은 가열장치의 연소용 공기로 제공함으로써, 가열장치의 연소용 공기가 예열된 상태로 제공되기 때문에 에너지 절감 효과를 얻을 수 있다. 이때, 에너지 절감은 대략 저온 예열의 경우(200℃ 이하) 10% 정도의 에너지 절감 효과를 얻을 수 있다.
그러나, 종래 열교환기에 사용되는 금속재 전열판은 내열성과 내식성이 약하기 때문에 산화작용에 의한 부식 및 장기간의 열적 구동으로 인한, 크리프(creep) 현상 등에 의하여 장시간 사용이 곤란하여 수명이 짧고, 특히 고온(800℃ 이상)에서의 장시간 사용이 곤란하여 이에 따른 전체공정 비용을 상승시키고 에너지 소모가 증대되는 문제점이 있다.
또한, 원자로 가동 중에 발생하는 공정열을 이용하여 수소를 생산하는 공정 중의 하나인 요오드-황산(H2SO4)분해 공정방법을 이용할 때, 공정열을 전달하기 위해서 열교환기가 요구된다.
자세히 설명하면, 원자로에서 생산된 900℃ 이상의 고온의 열을 이용하여 수소를 생산하기 위해서는, 액체황산을 중간단계의 온도로 승온하여(400~700℃) 황산(H2SO4)을 H2O와 SO3로 일차적으로 분해하고, 다시 약 900℃ 이상의 고온에서 SO3를 SO2와 산소(O2)로 분해하는 공정이 필요하다.
이러한 열교환에는 고온의 900℃ 이상의 작동영역에서의 공정 열교환기 및 중간온도의(400~700℃) 작동영역에서의 컴팩트형 중간 열교환기가 필요하며, 그 중 황산분해 반응기는 중간온도인 400~700℃의 온도구간에서 작용하며, 비교적 고온의 SO3 분해반응기는 900℃ 이상의 고온에서 작동되어야 하므로, 두 경우 모두 내열, 내압 및 내식성이 필요한 열교환 공정을 필요로 한다.
즉, 두 개의 열교환 구역에서 서로의 온도차이뿐만 아니라 내압차이를 견딜 수 있어야 하며 내식성이 요구되는 가혹한 운전 조건의 열교환기로서, 기존의 온도 및 부식조건에서 사용하는 기존의 열교환기를 적용할 수 없어 현재 세계적으로 연구개발 중인 상황이다.
비교적 고온에서 사용가능한 금속소재로서 슈퍼알로이가 있으나 고온의 액체황산이나 두상 영역(액상황산과 기상황산 영역) 및 고온의 SO3분위기에서는 부식으로 인해 장시간의 사용이 불가능하다.
현재 전 세계에서 900℃ 이상의 고온에서 장시간 신뢰성을 유지하면서 SO3분해 반응을 할 수 있는 공정 열교환기는 없는 실정이다. 일본에서 황산(H2SO4)분위기에서 내식성이 좋은 소결체 SiC-bulk 세라믹을 사용하여 900℃ 이상에서 사용할 수 있는 공정 열교환기를 개발하고 있으나, 소결체 SiC-bulk 세라믹 자체의 제작상의 어려움, 각 SiC 세라믹스 부분의 접합의 어려움 및 본체의 대형화 및 열교환 효율에 관한 기술적인 난점이 있는 실정이다.
또한, 유럽에서는 고온 금속재를 이용하여 시도를 하고 있는데 제작에는 문제가 없으나 내식성이 낮아 수명이 매우 짧은 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 중간단계의 온도 및 초고온(900℃) 이상에서 큰 내부압력 견디면서 장시간의 건전한 운전이 가능하며, 액상, 기상의 황산과 SO3에 대한 내식성이 높고, 반응 효율 향상과 유지보수의 효율성을 겸비하여 카트리지 형태로 항시 교체가 용이한 전열판 및 세라믹 열교환기 및 세라믹 열교환기의 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 전열판의 내식성과 내열성을 향상시키고 크리프 현상을 최소화하여 열교환기의 수명을 향상할 수 있는 전열판 및 세라믹 열교환기 및 세라믹 열교환기의 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 900℃이상의 초고온의 SO3 부식 환경에서도 사용이 가능한 전열판 및 세라믹 열교환기 및 세라믹 열교환기의 제조 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면, 유체가 유입되는 유입구, 상기 유입구로부터의 유체가 유동하는 유로, 상기 유로를 통한 유체가 배출되는 배출구, 인접 전열판에 다른 유체를 전달 및 배출가능하도록 관통홀이 기판 내부 표면에 형성된 것을 특징으로 하는 전열판이 제공된다.
상기 유로는 상기 기판의 상부 또는 상하부에 한방향으로 형성되어 열교환을 이룬다.
또한, 상기 유로는 미리 유로가 설계되어 있는 몰드 성형체를 이용하여 형성 또는 반응소결 후 가공으로 형성되며, 상기 유로가 형성된 기판은 사각 또는 원형의 요철 형상으로 형성된다.
상기 유로는 2.5mm~10mm의 수평길이(폭)을 갖는다.
상기 전열판은 탄화규소(SiC) 분말과 카본을 포함한 원료 및 첨가물을 몰드성형한 성형체에 금속규소(Si)를 반응소결하여 제조된다. 여기서, 상기 몰드성형은 기 제작된 몰드로 기본 성형체를 제조하고, 상기 반응소결은 진공 및 분위기 소결로에서 1500~1700도에서 수행된다.
또한, 본 발명에 따르면, 탄화규소(SiC) 분말과 카본을 포함한 원료 및 첨가물을 몰드성형한 성형체에 금속규소(Si)를 반응소결하여 유로를 가진 복수의 전열판을 제조하는 단계, 상기 제조된 복수의 전열판을 상하로 적층하여 반응접합 공정으로 결합하는 단계를 포함하되, 상기 각 전열판은 고온의 제1 유체가 유동하는 유로가 형성된 제1 유로층 또는 저온의 제2 유체가 유동하는 유로가 형성된 제2 유로층을 형성하며, 상기 제1 유로층과 제2 유로층이 상하로 순차적으로 번갈아가며 복수층으로 적층된 것을 특징으로 하는 세라믹 열교환기 제조 방법이 제공된다.
상기 고온의 제1 유체는 헬륨 가스이고, 상기 저온의 제2 유체는 황산 가스 또는 고온의 액체황산이다.
상기 전열판은 1mm~5mm의 수직 길이를 갖고, 두께가 1mm에서 10mm의 범위 내이며, 가로 및 세로의 길이가 각각 5cm에서 50cm의 범위일 수 있다.
또한, 상기 전열판은 유체가 유입되는 유입구, 상기 유입구로부터의 유체가 유동하는 유로, 상기 유로를 통한 유체가 배출되는 배출구, 인접 전열판에 다른 유체를 전달하는 관통홀이 형성된 것이다.
상기 반응접합공정의 접합물질은 상기 전열판의 조성과 같은 물질로 하고 각각의 접합면의 성질은 상기 전열판과 동일한 것이고, 상기 접합면의 두께는 300um를 이내일 수 있다.
상기 제1 유로층에서의 제1 유체의 흐름과 제2 유로층에서의 제2 유체의 흐름에 의해 열교환이 이루어진다.
또한, 본 발명에 따르면, 유체가 유동하는 유로, 상기 유체의 유입구 및 배출구가 형성된 전열판이 상하로 복수층으로 적층 및 결합되되, 고온의 제1 유체가 유동하는 제1 유로를 형성하는 제1 전열판에 의한 제1 유로층과 저온의 제2 유체가 유동하는 제2 유로를 형성하는 제2 전열판에 의한 제2 유로층이 번갈아 배치된 것을 특징으로 하는 세라믹 열교환기가 제공된다.
상기 세라믹 열교환기는 카트리지 형태로 교체가능하다.
또한, 본 발명에 따르면, 고온의 제1 유체가 유입되는 제1 유입구, 상기 제1 유입구로부터의 상기 제1 유체가 유동하는 제1 유로, 상기 제1 유로를 통한 제1 유체가 배출되는 제1 배출구가 형성된 제1 전열판에 의한 제1 유로층, 저온의 제2 유체가 유입되는 제2 유입구, 상기 제2 유입구로부터의 상기 제2 유체가 유동하는 제2 유로, 상기 제2 유로를 통한 제2 유체가 배출되는 제2 배출구가 형성된 제2 전열판에 의한 제2 유로층을 포함하되, 상기 제1 유로층과 제2 유로층이 상하로 순차적으로 번갈아가며 복수층으로 적층하여 반응접합공정으로 결합된 것을 특징으로 하는 세라믹 열교환기가 제공된다.
상기 제1 전열판에는 상하단의 제2 전열판에 제2 유체를 전달하기 위한 관통홀이 구비되고, 상기 제2 전열판에는 상하단의 제1 전열판에 제1 유체를 전달하기 위한 관통홀이 구비된다.
상기 제1 전열판과 제2 전열판은 수직방향으로 90도 회전하여 적층된 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 몰드성형 기술과 반응소결 기술을 적용하여 두께와 크기를 최소화한 열교환기 모듈을 제작할 수 있고 열교환 효율과 작동효율을 높임에 따라 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 열교환기를 컴팩트한 구조로 제조함으로써 설치면적을 최소화하고 설비비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 반응소결 기술에 의해 세라믹 전열판을 제조함으로써 내식성과 내열성을 향상하고 크리프 현상을 최소화함에 따라 세라믹 전열판 및 열교환기의 수명을 향상할 수 있는 효과가 있다.
또한, 900℃이상의 초고온의 SO3 부식 환경에서도 사용이 가능하다.
도 1a는 본 발명에 따른 열교환기용 세라믹 전열판을 나타낸 도면.
도 1b는 본 발명에 따른 열교환기용 세라믹 전열판의 측면도.
도 2는 본 발명에 따른 세라믹 열교환기 제조 방법을 나타낸 흐름도.
도 3는 본 발명에 따른 세라믹 열교환기의 단면도를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 세라믹 열교환기를 나타낸 도면.
도 1b는 본 발명에 따른 열교환기용 세라믹 전열판의 측면도.
도 2는 본 발명에 따른 세라믹 열교환기 제조 방법을 나타낸 흐름도.
도 3는 본 발명에 따른 세라믹 열교환기의 단면도를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 세라믹 열교환기를 나타낸 도면.
본 발명의 전술한 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
도 1a는 본 발명에 따른 열교환기용 세라믹 전열판을 나타낸 도면, 도 1b는 본 발명에 따른 열교환기용 세라믹 전열판의 측면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 전열판(100)은 유체가 유입되는 유입구(106), 상기 유입구(106)로부터의 유체가 유동하는 유로(101), 상기 유로(101)를 통한 유체가 배출되는 배출구(107), 인접 전열판에 다른 유체를 전달하기 위한 관통홀(108a, 108b)이 형성되어 있다.
즉, 상기 전열판(100)은 평면이 사각 또는 원형의 형상으로 형성되고, 그 표면은 입구에서 출구방향으로의 고온가스 또는 고온의 황산과 같은 유체가 유동하는 유로(101)가 형성된다.
상기 유로(101)는 기판의 상부 또는 상하부에 한방향으로 형성되어 열교환을 이루도록 하는 것으로서, 미리 유로가 설계되어 있는 몰드 성형체를 이용하여 형성 또는 반응소결 후 가공으로 형성한다.
상기 유로(101)는 2.5mm~10mm의 수평길이(폭)를 갖고, 유로(101)간의 간격은 일정한 간격을 유지하거나 유로 갈림판을 제조하지 않아도 된다. 이는 유로 갈림판이 전열판 역할을 할 수도 있지만, 많은 층의 적층이 되면 유로 갈림판은 필요가 없게 되기 때문이다.
또한, 인접 전열판과의 접합면(102)이 되는 마지막면의 폭(102)은 유로의 갈림폭(103)보다 50%이상 넓게 설계되어 접합이 용이하도록 설계되며, 유로의 깊이(104)는 전열판 전체 두께(105)의 30%를 유지하여 전열판의 기계적 강도를 유지하도록 설계된다. 이때, 상기 접합면(102)의 두께는 300um를 이내일 수 있다.
상기 관통홀(108a, 108b)은 상기 유로(101)와 접속되지 않도록 구성되고, 인접 절연판으로 해당 유체를 전달 및 배출이 가능하도록 2개를 가진다.
상기와 같은 열교환기용 세라믹 전열판(100)은 사각형상 또는 원형형상으로 형성되어 전열면적을 극대화할 수 있고, 컴팩트한 구조로 열교환기에 적용할 수 있어 설치면적을 최소화함으로써 설비비용을 절감할 수 있다.
또한, 상기 전열판(100)은 1mm~5mm의 수직 길이(104)를 갖고, 가로 및 세로의 길이가 각각 5cm에서 50cm의 범위이고, 두께가 1mm에서 10mm의 범위를 갖는다.
상기와 같은 전열판(100)은 탄화규소(SiC) 분말과 카본을 포함한 원료 및 첨가물을 몰드성형한 성형체에 금속규소(Si)를 반응소결하여 제조된다. 여기서, 상기 몰드성형은 기 제작된 금속몰드로 기본 성형체를 제조하고, 상기 반응소결은 진공 및 분위기 소결로에서 1500~1700oC에서 수행된다.
따라서, 상기 전열판(100)의 내부표면은 일정방향에 따라 유체가 유동되는 유로(101)가 형성되며, 그 단면이 실질적으로 사각 또는 원형의 요철 형상으로 형성된다.
상기 전열판(100)은 반응소결접합 또는 성형체 접합에 의하여 접합되어 하나의 전열판 소결체 단위를 이룬다.
도 2는 본 발명에 따른 세라믹 열교환기 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 세라믹 열교환기를 제조하기 위해서는 먼저 탄화규소(SiC) 분말과 카본을 포함한 원료 및 첨가물을 몰드성형한 성형체에 금속규소(Si)를 반응소결하여 유로를 가진 복수의 전열판을 제조한다(S200).
즉, 탄화규소(SiC) 분말과 카본을 포함한 원료 및 첨가물을 이용하여 유로가 설계되어 있는 몰드성형한 성형체에 적정 소결온도와 분위기조건에서 규소(Si)를 반응소결하여 전열판을 제조한다.
이때, 고온가스와 고온황산의 유체가 유동되는 유로를 기 설계 및 성형하여 형성하거나, 반응 소결된 전열판에 후가공으로 형성할 수 있다.
상기 제조된 전열판은 도 1a와 같이 유체가 유입되는 유입구, 상기 유입구로부터의 유체가 유동하는 유로, 상기 유로를 통한 유체가 배출되는 배출구, 인접 전열판에 다른 유체를 전달하기 위한 관통홀이 형성되어 있다.
상기 제조된 복수의 전열판을 상하로 적층하여 반응접합 공정으로 결합한다(S202). 여기서, 상기 반응접합공정의 접합물질은 상기 전열판의 조성과 같은 물질로 하고 각각의 접합면의 성질은 상기 전열판과 동일한 것이다.
즉, 한 방향으로 유로를 갖는 열교환용 전열판을 복수개 접합하여 고온의 가스 및 유체와 비교적 저온의 유체간의 열교환을 수행하게 된다.
상기와 같이 복수의 전열판이 결합하게 되면, 도 3 및 도 4와 같은 세라믹 열교환기가 생성된다.
이때, 각 전열판은 고온의 제1 유체가 유동하는 유로가 형성된 제1 유로층 또는 저온의 제2 유체가 유동하는 유로가 형성된 제2 유로층을 형성하며, 상기 세라믹 열교환기는 상기 제1 유로층과 제2 유로층이 상하로 순차적으로 번갈아가며 복수층으로 적층된 것이다.
도 3는 본 발명에 따른 세라믹 열교환기의 단면도를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 세라믹 열교환기(300)는 유체가 유동하는 유로(312, 322), 상기 유체의 유입구(330, 340) 및 배출구(미도시)가 형성된 전열판(310a, 310b, 310c, 320a, 320b, 320c)이 상하로 복수층으로 적층 및 반응접합공정으로 결합된 것이다.
따라서, 상기 세라믹 열교환기(300)는 고온의 제1 유체가 유동하는 유로(322)가 형성된 제1 전열판(320a, 320b)에 의한 제1 유로층과 저온의 제2 유체(312)가 유동하는 유로가 형성된 제2 전열판(310a, 310b, 310c)에 의한 제2 유로층이 번갈아 배치된다. 여기서, 상기 고온의 제1 유체는 헬륨 가스이고, 상기 저온의 제2 유체는 황산 가스 또는 고온의 액체황산일 수 있다.
즉, 상기 세라믹 열교환기(300)는 제1 전열판(320a, 320b)에 의한 제1 유로층과 제2 전열판(310a, 310b, 310c)에 의한 제2 유로층이 번갈아 배치되어 있으며, 상기 제1 및 제2 전열판(310a, 310b, 310c, 320a, 320b, 320c)에는 유로(312, 322)가 요철 형상으로 형성되어 있다.
또한, 상기 세라믹 열교환기(300)는 제1 유로층에 제1 유체를 유입하기 위한 제1 유입튜브(330a), 제2 유로층에 제2 유체를 유입하기 위한 제2 유입튜브(330b), 제1 유로층에서 제1 유체를 배출하기 위한 제1 배출튜브(미도시), 제2 유로층에서 제2 유체를 배출하기 위한 제2 배출튜브(미도시)가 구비된다.
상기와 같은 세라믹 열교환기(300)는 카트리지 형태로 교체가능한 것으로서, 도 4를 참조하여 좀더 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 세라믹 열교환기를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 세라믹 열교환기(300)는 유입 및 배출 튜브(330a, 330b, 340a, 340b)가 잘 결합되도록 여유를 둔 SiC 기판(350a, 350b), 상기 SiC 기판(350a, 350b) 사이에 제1 유체가 유동하는 제1 전열판(320a, 320b, 320c, 320d)에 의한 제1 유로층과 제2 유체가 유동하는 제2 전열판(310a, 310b, 310c, 310d, 310e)에 의한 제2 유로층이 상하로 순차적으로 번갈아가며 복수층으로 적층 및 결합되어 있다. 이때, 상기 제1 전열판(320a, 320b, 320c, 320d)과 제2 전열판(310a, 310b, 310c, 310d, 310e)은 수직방향으로 90도 회전하여 각각 적층 및 결합되는 구조를 갖는다.
상기 제1 전열판(320a, 320b, 320c, 320d)은 고온의 제1 유체가 유입되는 제1 유입구(324), 상기 제1 유입구(324)로부터의 상기 제1 유체가 유동하는 제1 유로(322), 상기 제1 유로(322)를 통한 제1 유체가 배출되는 제1 배출구(미도시), 인접된 제2 전열판(310a, 310b, 310c, 310d, 310e)으로 제2 유체가 전달되도록 하는 관통홀(316)이 형성된 구조를 가진다.
또한, 상기 제2 전열판(310a, 310b, 310c, 310d, 310e)은 저온의 제2 유체가 유입되는 제2 유입구(314), 상기 제2 유입구(314)로부터의 상기 제2 유체가 유동하는 유로(312), 상기 유로(312)를 통한 제2 유체가 배출되는 제2 배출구(315), 인접된 제1 전열판(320a, 320b, 320c, 320d)으로 제1 유체가 전달되도록 하는 관통홀(316)이 형성된 구조를 가진다.
상기와 같이 세라믹 열교환기는 제1 전열판(320a, 320b, 320c, 320d)과 제2 전열판(310a, 310b, 310c, 310d, 310e)이 수직방향으로 90도 회전하여 각각 적층되고, 상기 제1 전열판(320a, 320b, 320c, 320d)에 의한 제1 유로층은 헬륨가스의 흐름을 형성하고, 상기 제2 전열판(310a, 310b, 310c, 310d, 310e)에 의한 제2 유로층은 황산가스의 흐름을 형성한다.
따라서, 제1 유입튜브(330a)를 통해 유입된 제1 유체(예를들면, 헬륨가스)는 상기 제2 전열판(310a, 310b, 310c, 310d, 310e)의 관통홀(316)을 거쳐 복수의 제1 절연판(320a, 320b, 320c, 320d)에 형성된 복수의 제1 유입구(324)에 순차적으로 유입된다. 상기 유입된 제1 유체는 각각 제1 유로(322)를 거쳐 제1 배출구(미도시)를 통해 제1 배출튜브(340a)로 배출된다.
또한, 제2 유입튜브(330b)를 통해 유입된 제2 유체(예를들면, 황산가스)는 상기 제1 전열판(320a, 320b, 320c, 320d)의 관통홀(316)을 거쳐 복수의 제2 절연판(310a, 310b, 310c, 310d, 310e)에 형성된 복수의 제2 유입구(314)에 순차적으로 유입된다. 상기 유입된 제2 유체는 각각 제2 유로(312)를 거쳐 제2 배출구(315)를 통해 제2 배출튜브(340b)로 배출된다.
상기에 의해 고온의 헬륨가스와 저온의 황산가스 간의 열교환이 이루어지게 된다.
상기와 같은 세라믹 열교환기(300)는 몰드성형 기술과 탄화규소 반응소결 기술을 적용한 것으로서, 수소생산용 고온가스로의 열을 이용한 황산가스의 분해로 이산화황 가스와 산소를 생산하거나 고온황산과 냉각가스간의 열교환을 이루고자 하는 고온고압의 세라믹 컴팩트형 열교환기이다. 즉, 상기 세라믹 열교환기(300)는 400~1100oC 까지의 고온가스의 열을 이용하여 삼산화 황산가스(SO3)의 분해(SO2 및 O2) 및 황산액체의 고온황산가스 분해에 적용할 수 있다.
또한, 세라믹 열교환기(300)를 컴팩트한 구조로 함으로써 설치면적을 최소화할 수 있고, 설비비용을 절감할 수 있으며, 카트리지 형태로 열교환기 본체의 교환을 가능하게 할 수 있다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100, 310, 320 : 전열판 101, 312, 322 : 유로
102 : 접합면 103 : 유로의 갈림폭
106, 314, 324 : 유입구 107, 315 : 배출구
108, 316 : 관통홀 300 : 세라믹 열교환기
330 : 유입튜브 340 : 배출튜브
350 : SiC 기판
102 : 접합면 103 : 유로의 갈림폭
106, 314, 324 : 유입구 107, 315 : 배출구
108, 316 : 관통홀 300 : 세라믹 열교환기
330 : 유입튜브 340 : 배출튜브
350 : SiC 기판
Claims (18)
- 유체가 유입되는 유입구, 상기 유입구로부터의 유체가 유동하는 유로, 상기 유로를 통한 유체가 배출되는 배출구, 인접 전열판에 다른 유체를 전달 및 배출가능하도록 관통홀이 기판 내부 표면에 형성된 것을 특징으로 하는 전열판.
- 제1항에 있어서,
상기 유로는 상기 기판의 상부 또는 상하부에 한방향으로 형성되어 열교환을 이루는 것을 특징으로 하는 전열판.
- 제1항에 있어서,
상기 유로는 미리 유로가 설계되어 있는 몰드 성형체를 이용하여 형성 또는 반응소결 후 가공으로 형성되며, 상기 유로가 형성된 기판은 사각 또는 원형의 요철 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 전열판.
- 제1항에 있어서,
상기 유로는 2.5mm~10mm의 수평길이(폭)을 갖는 것을 특징으로 하는 전열판.
- 제1항에 있어서,
상기 전열판은 탄화규소(SiC) 분말과 카본을 포함한 원료 및 첨가물을 몰드성형한 성형체에 금속규소(Si)를 반응소결하여 제조되는 것을 특징으로 하는 전열판.
- 제5항에 있어서,
상기 몰드성형은 기 제작된 몰드로 기본 성형체를 제조하고, 상기 반응소결은 진공 및 분위기 소결로에서 1500~1700도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 전열판.
- 탄화규소(SiC) 분말과 카본을 포함한 원료 및 첨가물을 몰드성형한 성형체에 금속규소(Si)를 반응소결하여 유로를 가진 복수의 전열판을 제조하는 단계;
상기 제조된 복수의 전열판을 상하로 적층하여 반응접합 공정으로 결합하는 단계;를 포함하되,
상기 각 전열판은 고온의 제1 유체가 유동하는 유로가 형성된 제1 유로층 또는 저온의 제2 유체가 유동하는 유로가 형성된 제2 유로층을 형성하며, 상기 제1 유로층과 제2 유로층이 상하로 순차적으로 번갈아가며 복수층으로 적층된 것을 특징으로 하는 세라믹 열교환기 제조 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 고온의 제1 유체는 헬륨 가스이고, 상기 저온의 제2 유체는 황산 가스 또는 고온의 액체황산인 것을 특징으로 하는 세라믹 열교환기 제조 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 전열판은 1mm~5mm의 수직 길이를 갖고, 두께가 1mm에서 10mm의 범위 내이며, 가로 및 세로의 길이가 각각 5cm에서 50cm의 범위인 것을 특징으로 하는 세라믹 열교환기 제조 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 전열판은 유체가 유입되는 유입구, 상기 유입구로부터의 유체가 유동하는 유로, 상기 유로를 통한 유체가 배출되는 배출구, 인접 전열판에 다른 유체를 전달하는 관통홀이 형성된 것을 특징으로 하는 세라믹 열교환기 제조 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 반응접합공정의 접합물질은 상기 전열판의 조성과 같은 물질로 하고 각각의 접합면의 성질은 상기 전열판과 동일한 것을 특징으로 하는 세라믹 열교환기 제조 방법.
- 제11항에 있어서,
상기 접합면의 두께는 300um를 이내인 것을 특징으로 하는 세라믹 열교환기 제조 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 제1 유로층에서의 제1 유체의 흐름과 제2 유로층에서의 제2 유체의 흐름에 의해 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 세라믹 열교환기 제조 방법.
- 유체가 유동하는 유로, 상기 유체의 유입구 및 배출구가 형성된 전열판이 상하로 복수층으로 적층 및 결합되되,
고온의 제1 유체가 유동하는 제1 유로를 형성하는 제1 전열판에 의한 제1 유로층과 저온의 제2 유체가 유동하는 제2 유로를 형성하는 제2 전열판에 의한 제2 유로층이 번갈아 배치된 것을 특징으로 하는 세라믹 열교환기.
- 제14항에 있어서,
상기 세라믹 열교환기는 카트리지 형태로 교체가능한 것을 특징으로 하는 세라믹 열교환기.
- 고온의 제1 유체가 유입되는 제1 유입구, 상기 제1 유입구로부터의 상기 제1 유체가 유동하는 제1 유로, 상기 제1 유로를 통한 제1 유체가 배출되는 제1 배출구가 형성된 제1 전열판에 의한 제1 유로층;
저온의 제2 유체가 유입되는 제2 유입구, 상기 제2 유입구로부터의 상기 제2 유체가 유동하는 제2 유로, 상기 제2 유로를 통한 제2 유체가 배출되는 제2 배출구가 형성된 제2 전열판에 의한 제2 유로층;을 포함하되,
상기 제1 유로층과 제2 유로층이 상하로 순차적으로 번갈아가며 복수층으로 적층하여 반응접합공정으로 결합된 것을 특징으로 하는 세라믹 열교환기.
- 제16항에 있어서,
상기 제1 전열판에는 상하단의 제2 전열판에 제2 유체를 전달하기 위한 관통홀이 구비되고, 상기 제2 전열판에는 상하단의 제1 전열판에 제1 유체를 전달하기 위한 관통홀이 구비된 것을 특징으로 하는 세라믹 열교환기.
- 제16항에 있어서,
상기 제1 전열판과 제2 전열판은 수직방향으로 90도 회전하여 적층된 것을 특징으로 하는 세라믹 열교환기.
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| KR1020100023702A KR20110104675A (ko) | 2010-03-17 | 2010-03-17 | 전열판 및 세라믹 열교환기 및 세라믹 열교환기의 제조 방법 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100023702A KR20110104675A (ko) | 2010-03-17 | 2010-03-17 | 전열판 및 세라믹 열교환기 및 세라믹 열교환기의 제조 방법 |
Publications (1)
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| KR20110104675A true KR20110104675A (ko) | 2011-09-23 |
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| KR1020100023702A KR20110104675A (ko) | 2010-03-17 | 2010-03-17 | 전열판 및 세라믹 열교환기 및 세라믹 열교환기의 제조 방법 |
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| KR (1) | KR20110104675A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101303437B1 (ko) * | 2011-12-30 | 2013-09-05 | 한국수력원자력 주식회사 | 원자로용 공정 열교환기 |
| JPWO2015093619A1 (ja) * | 2013-12-21 | 2017-03-23 | 京セラ株式会社 | 熱交換用部材および熱交換器 |
-
2010
- 2010-03-17 KR KR1020100023702A patent/KR20110104675A/ko not_active Application Discontinuation
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|---|---|---|---|---|
| KR101303437B1 (ko) * | 2011-12-30 | 2013-09-05 | 한국수력원자력 주식회사 | 원자로용 공정 열교환기 |
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