KR20200100861A

KR20200100861A - 열 교환기

Info

Publication number: KR20200100861A
Application number: KR1020207023645A
Authority: KR
Inventors: 크리스티안 월터; 클라스 베르틸쏜; 프레드릭 스트뢰머
Original assignee: 알파 라발 코포레이트 에이비
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2017-03-28
Publication date: 2020-08-26
Also published as: JP6936246B2; CN108885076A; SI3225948T1; CA3019411C; EP3225948B1; CA3019411A1; WO2017167747A1; JP2019510191A; ES2748045T3; US11079186B2; DK3225948T3; PT3225948T; EP3225948A1; KR20180123712A; US20200300561A1; PL3225948T3; KR102386623B1

Abstract

본 개시내용은 중앙 본체(10)를 포함하는 열 교환기에 관한 것으로, 중앙 본체는 중앙 본체(10)를 통해 주 방향(L)을 따라 연장되는 제1 세트의 채널(A_ij) 및 제2 세트의 채널(B_ij)을 갖고, 중앙 본체(10)에서, 주 방향(L)을 가로지르는 임의의 단면에서, 제1 및 제2 세트의 채널(A_ij, B_ij)은 상기 단면에서 체크 무늬 패턴을 형성하고, 열 교환기(1)는 2개의 내부 전이 부분(20)을 더 포함하고, 각각의 내부 전이 부분(20)에서, 제1 방향(T₁)을 따라 연장되는 열(X_1X, X_2X, X_3X, X_4X, X_5X, X_6X, X_7X, X_8X) 사이에서, 제2 방향(T₂)을 따라 셀 때 매 두 번째 열(X_2X, X_4X, X_6X, X_8X)은 채널(X_2X, X_4X, X_6X, X_8X) - 이 채널은 채널의 체크 무늬 패턴이 라인 패턴으로 변형되도록 다른 채널(X_1X, X_3X, X_5X, X_7X)에 대해 제1 방향(T^으로 위치가 주 방향(L)을 따라 점증적으로 시프트됨 - 을 구비한다.

Description

열 교환기{HEAT EXCHANGER}

본 발명은 열 교환기에 관한 것으로, 이는 열 교환기를 통한 제1 세트의 유체 통로의 일부를 형성하는 제1 세트의 채널과 열 교환기를 통한 제2 세트의 유체 통로의 일부를 형성하는 제2 세트의 채널을 갖는 일체로 형성된 중앙 본체를 포함하고, 복수의 채널의 제1 및 제2 세트의 채널은 중앙 본체의 제1 단부로부터 중앙 본체를 통해 주 방향을 따라 중앙 본체의 제2 단부까지 연장되고, 중앙 본체에서, 주 방향을 가로지르는 임의의 단면에서, 제1 및 제2 세트의 채널은 상기 단면에서 체크 무늬 패턴을 형성하고, 이러한 체크 무늬 패턴의 형성은 패턴의 제1 주연부를 따라 연장되는 제1 방향을 따라 복수의 열로 교대로 배열되고, 패턴의 제2 주연부를 따라 그리고 제1 방향에 횡단하는 제2 방향을 따라 복수의 열로 교대로 배열됨으로써 형성된다.

열 교환기를 설계할 때 일반적으로 고려해야 할 여러 가지 문제가 있다. 상대적 고온 및 저온 유체 사이의 열 접촉을 최대화하기 위해 두 유체 사이의 벽의 표면적을 가능한 크게 하는 것이 일반적으로 바람직하다. 또한 일반적으로 유동 저항 또는 압력 손실을 최소화하거나 적어도 과도한 유동 저항 또는 압력 손실을 피하는 것이 바람직하다. 또한 열 교환기의 크기를 가능한 작게 유지하는 것이 일반적으로 바람직하다. 열 교환에 사용되는 재료의 중량, 비용 및/또는 양을 최소한으로 유지하는 것이 일반적으로 바람직하다. 때로는 하나의 문제점에 대한 해결책이 하나 이상의 다른 문제점과 관련하여서도 유익하고, 때로는, 해결책들이 상충되어 각각의 문제점에 대한 해결책을 균형화할 필요가 있다.

US 7,285,153 B2는 2개의 가스를 다중 채널 단일체 구조 내외로 급송하기 위한 방법 및 장비를 개시한다. 2개의 가스에 대한 채널의 배열에 대해 다수의 상이한 구성이 개시되어 있다. 상이한 배열의 복수의 채널로 가스를 분배할 수 있도록 하기 위하여, 열 교환기가 상이한 구멍 패턴을 갖는 복수의 플레이트를 구비하여 이들이 단일 출구 또는 입구로 변형될 때까지 단계별로 상이한 채널을 함께 결합하는 상이한 셋업들도 또한 개시되어 있다.

US 8,196,647 B2는 또한 다중 채널 단일체 구조 내외로 2개의 가스를 급송하는 방법 및 장비를 개시한다. 단일체의 복수의 채널로 가스를 분배할 수 있기 위해, 열 교환기가 상이한 구멍 패턴을 갖는 복수의 플레이트를 구비하여 단일 출구 또는 입구로 변형될 때까지 단계별로 상이한 채널을 함께 결합하는 상이한 셋업들이 개시되어 있다.

WO2013/163398에는 열 교환 튜브, 이러한 튜브를 사용하는 열 교환기 및 이러한 튜브의 제조 방법이 개시되어 있다. 튜브의 적어도 일부를 형성하기 위해 부가식 제조(additive manufacturing)가 사용된다. 외부 및 내부 격자 구조와 같은 증대된 열 교환 특징부(feature)는 튜브를 따라 축조되어 간헐적인 반복 형상을 갖는 향상된 열 교환 영역을 형성한다. 그러한 격자 형상은 튜브의 열 소산 표면을 최대화하는 동시에 전통적인 튜브 제조와 연관된 큰 외부 치수를 감소 또는 제거하는 것으로 일컬어진다.

DE 195 12 351 C1은 복수의 축열 다중 채널 블록이 저온 및 고온 공기 스트림에 교대로 제공되도록 회전하여 2개의 공기 스트림 사이에서 열을 전달하는 시스템을 개시한다.

본 발명의 목적은 개선된 열 교환기를 제공하는 것이다. 본 발명의 목적은 효율적인 열 전달을 제공하고 압력 손실 또는 유동 저항을 최소한으로 유지할 수 있는 열 교환기를 제공하는 것이다.

이러한 목적은 중앙 본체, 바람직하게는 일체로 형성된 중앙 본체를 포함하는 열 교환기에 의해 달성되며, 열 교환기를 통한 제1 세트의 유체 통로의 일부를 형성하는 제1 세트의 채널 및 열 교환기를 통한 제2 세트의 유체 통로의 일부를 형성하는 제2 세트의 채널을 가지며, 채널은 중앙 본체의 제1 단부로부터 중앙 본체를 통한 주 방향을 따라 중앙 본체의 제2 단부까지 연장되고, 중앙 본체에서, 바람직하게는 주 방향을 가로지르는 임의의 그리고 모든 단면에서, 제1 및 제2 세트의 채널은 패턴의 제1 주연부를 따라 연장되는 제1 방향을 따라 복수의 열로 교대로 배열되고 패턴의 제2 주연부를 따라 그리고 제1 방향에 횡단하여 또는 적어도 본질적으로 횡단하여 연장되는 제2 방향을 따라 복수의 열로 교대로 배열됨으로써 체크 무늬 패턴을 형성하며, 열 교환기는 2개의 내부 전이 부분을 더 포함하고, 그 중 하나는 중앙 본체의 제1 단부로부터 연장되고 하나는 중앙 본체의 제2 단부로부터 연장되며, 중앙 본체의 채널은 중앙 본체의 단부로부터 체크 무늬 패턴으로 그리고 각각의 내부 전이 부분의 내부 단부에서 내부 전이 부분 각각 내로, 각각의 내부 전이 부분을 통해 각각의 내부 전이 부분의 외부 단부까지 연장되며, 바람직하게는 각각의 채널은 주 방향을 따라 주 구성요소와 또는 적어도 주 구성요소와 실질적으로 평행한 연장부를 가지며, 각각의 내부 전이 부분에서, 제1 방향을 따라 연장되는 열들 사이에서 제2 방향을 따라 셀 때 매 두 번째 열은 채널 - 이 채널은 주 방향을 따라 서로 순차적으로 후속되는, 주 방향을 가로지른 복수의 단면에서 시프트 방향인 제1 방향으로, 각각의 내부 전이 부분의 다른 채널에 대하여 위치가 점증적으로 시프트됨 - 을 구비하며, 각각의 내부 전이 부분의 내부 단부에서 제1 및 제2 세트의 채널의 체크 무늬 패턴은 각각의 내부 전이 부분의 외부 단부에서 라인 패턴으로 변형되고, 이에 따라 각각의 채널 세트의 채널은 외부 단부에서 제2 방향을 따라 연장되는 열로 서로 나란히 배열되고, 제1 세트 채널의 열 및 제2 세트 채널의 열은 제1 방향을 따라 교대로 배열된다.

체크 무늬 패턴을 형성하는 상이한 경로와 연관된 채널을 갖는 중앙 본체를 설계함으로써, 채널 사이의 벽은 벽의 대향 측면들에서 상이한 경로와 연관되는 채널을 가능한 많이 가질 것이다. 이로써 효율적인 열 전달이 이루어질 것이며, 중앙 본체의 단면은 상이한 경로와 연관된 채널 사이의 벽에 의해 제공되는 사용 가능한 열 전달 영역에 비해 작을 수 있다.

길이 방향이라고도 할 수 있는 주 방향은 필수적이지는 않지만 바람직하게는 직선을 형성한다는 것을 유의하여야 한다. 중앙 본체는 만곡될 수 있고, 예를 들어, U 형상으로 만곡될 수 있다. 또한, 체크 무늬 패턴은 필수적이지는 않지만 바람직하게는 중앙 본체 전체에 걸쳐 동일한 배향을 갖는다는 것을 유의하여야 한다. 중앙 본체는 체크 무늬 패턴이 주 방향을 따라 배향을 변경하도록 주 방향을 따라 비틀려질 수 있다. 주 방향은 중앙 본체의 제1 단부로부터 중앙 본체를 통해 중앙 본체의 제2 단부까지 채널이 취하는 방향으로 정의될 수 있다.

매 두 번째 열의 모든 채널이 상기 매 두 번째 열이 시프트 방향으로 라인 패턴으로 시프트되도록 점증적으로 시프트되는 내부 전이 부분을 제공함으로써, 압력 손실 또는 유동 저항을 최소로 유지하면서 체크 무늬 패턴을 라인 패턴으로 변화시킬 수 있다. 이 증가하는 시프트는 계속 증가하는 시프트일 수 있다. 시프트는 예를 들어 경사진 직선 채널로 제공될 수 있다. 시프트는 만곡된 채널로 제공될 수 있다. 시프트는 직선 부분으로 전이하는 만곡된 채널 부분으로 제공될 수 있다.

제1 내부 전이 부분의 시프트 방향은 제2 내부 전이 부분의 시프트 방향과 평행하거나 또는 그를 횡단할 수 있다는 것을 유의하여야 한다.

체크 무늬는 반드시 채널이 정사각형 또는 직사각형이어야 하는 설계를 지칭하는 것이 아니며, 제1 및 제2 방향이 서로에 대해 직선적으로 배열된 직선인 설계를 지칭하는 것은 아님을 유의하여야 한다. 채널의 다른 형상이 고려된다. 제1 및 제2 방향 사이 및/또는 만곡된 주연부 라인과 같은 비직선 사이의 왜곡된 관계를 또한 생각할 수 있다. 체크 무늬는 두 방향의 교대적 배열을 지칭하려는 의도이다. 유사하게, 라인 패턴은 정사각형 채널의 직선에 한정되지 않는다. 라인 패턴은 한 방향의 교대적 배열을 지칭한다.

바람직한 실시예는 종속항 및 설명에서 나타나 있다.

전술한 바와 같이, 중앙 본체는 바람직하게는 일체로 형성된 중앙 본체이다. 균일한 본체에서, 균일한 일체형 재료의 벽 섹션은 제1 및 제2 방향 모두에서 복수의 채널에 대한 벽을 형성한다. 일체로 형성된 중앙 본체는 본체를 통해 연장되는 복수의 채널을 갖는다. 일체로 형성된 중앙 본체는 예를 들어, 폴리머 재료 또는 금속 재료와 같은 재료의 압출 또는 부가식 퇴적(additive depositing)에 의해 형성될 수 있다. 중앙 본체는 대안적으로 주 방향으로 및/또는 제1 및 제2 방향 중 하나 이상으로 하나보다 많은 그러한 일체로 형성된 본체의 조립체일 수 있다는 것에 유의하여야 한다.

각각의 내부 전이 부분에서, 제1 방향을 따라 연장되는 열 사이에서, 제2 방향을 따라 셀 때 매 다른 두 번째 열은 채널 - 이 채널은 주 방향을 따라 서로 순차적으로 후속되는, 주 방향을 가로지르는 복수의 단면에서 제1 방향에 대향한 방향으로 위치가 점증적으로 시프트됨 - 을 구비할 수 있다. 따라서, 매 두 번째 열의 상대적 시프트는 주 방향을 따른 짧은 거리를 따라 수행될 수 있으며, 여전히 압력 손실 또는 유동 저항을 최소화할 수 있다.

내부 전이 부분은 중앙 본체와 일체로 형성될 수 있다. 따라서 이들 부분의 부정확한 조립 및 이와 연관된 문제점의 위험이 제거된다. 또한, 어떠한 클램핑 시스템도 필요 없고, 납땜 또는 용접을 허용하도록 설계를 적응시킬 필요가 없기 때문에, 열 교환기는 압력 손실 또는 유동 저항의 최소화와 열 전달에 중점을 두고 축약적 방식으로 설계될 수 있다.

열 교환기는 각각의 내부 전이 부분의 양 외부 단부로부터 하나씩 연장하는, 2개의 외부 전이 부분을 추가로 포함할 수 있으며, 각각의 외부 전이 부분은 제1 세트의 유체 통로의 일부를 형성하는 제1 세트의 채널과 제2 세트의 유체 통로의 일부를 형성하는 제2 세트의 채널을 포함하고, 제1 및 제2 세트의 채널은 외부 전이 부분의 내부 단부로부터 내부 전이 부분을 향해, 외부 전이 부분을 통해 외부 전이 부분의 외부로 연장되며, 외부 전이 부분에서, 제1 세트의 채널 및/또는 제2 세트의 채널은 주 방향 및 제2 방향에 의해 한정되면서 각각의 내부 전이 부분의 상기 시프트 방향에 횡단하는 전향 평면과 평행하게 연장되는 제3 방향 및 제4 방향 각각을 따라 연장되도록 전향되며, 제3 및 제4 방향은 제1 세트의 채널이 제1 단부 부분에서 외부 전이 부분 외부로 연장되고 제2 세트의 채널이 제2 단부 부분에서 외부 전이 부분의 외부로 연장되도록 서로 상이하며, 제2 단부 부분은 제1 단부 부분으로부터 분리되어 있다. 이러한 원리에 기초한 설계로, 제2 통로로부터 제1 통로를 축약적 방식으로 분할할 수 있고 여전히 압력 손실 또는 유동 저항을 최소화할 수 있다.

각각의 내부 전이 부분은 연관 외부 전이 부분과 일체로 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 내부 및 외부 전이 부분은 일체로 형성되고 중앙 본체에 부착된다. 따라서 이들 부분의 부정확한 조립 및 이와 연관된 문제점의 위험이 제거된다. 또한, 어떠한 클램핑 시스템도 필요 없고, 납땜 또는 용접을 허용하도록 설계를 적응시킬 필요가 없기 때문에, 열 교환기는 압력 손실 또는 유동 저항의 최소화와 열 전달에 중점을 두고 축약적 방식으로 설계될 수 있다.

바람직하게는, 중앙 본체, 내부 전이 부분 및 외부 전이 부분은 단일체로 일체로 형성된다. 따라서 이들 부분의 부정확한 조립 및 이와 연관된 문제점의 위험이 제거된다. 또한, 어떠한 클램핑 시스템도 필요 없고, 납땜 또는 용접을 허용하도록 설계를 적응시킬 필요가 없기 때문에, 열 교환기는 압력 손실 또는 유동 저항의 최소화와 열 전달에 중점을 두고 축약적 방식으로 설계될 수 있다.

열 교환기는 4개의 관형 연결 부분을 더 포함할 수 있으며, 이들 각각은 각각의 외부 전이 부분의 제1 및 제2 단부 부분 중 각각의 하나의 외부 포위면과 일체로 형성되고 그로부터 연장되는 관형 벽 부분을 갖는다. 바람직하게는, 관형 연결 부분은 원형이고, 보다 바람직하게는 연결 파이프가 나사부를 사용하여 관형 연결 부분 상에 나사 결합되거나 관형 연결 부분에 대해 긴밀하게 보유될 수 있게 하는 나사형 외부 표면을 구비한다. 관형 연결 부분은 대안적으로 내부 나사부를 구비할 수 있다. 관형 연결 부분은 관형 본체를 함께 연결하는 다른 수단, 예를 들어 베이어닛 연결부를 구비할 수 있다. 연결 부분을 단부 부분의 포위면과 일체로 형성함으로써, 어떠한 클램핑 시스템도 필요하지 않으며 납땜 또는 용접을 허용하도록 설계를 적응시킬 필요가 없기 때문에 열 교환기는 압력 손실 또는 유동 저항의 최소화와 열 전달에 중점을 두고 축약적 방식으로 설계될 수 있다.

내부 전이 부분은 주 방향에서의 길이가 중앙 본체 내의 체크 무늬 패턴의 임의의 채널의 최대 폭의 적어도 3배일 수 있다. 채널의 폭과 매 두 번째 채널이 시프트 방향으로 시프트되는 길이 사이의 이러한 비율에서, 완만한 곡률의 시프트가 이루어짐으로써, 압력 손실 또는 유동 저항을 최소화할 수 있다.

중앙 본체의 각 채널은 3㎜ 미만, 바람직하게는 2㎜ 미만의 최대 폭을 가질 수 있다. 이러한 방식으로 얇은 벽을 갖는 중앙 본체를 설계함으로써 효율적인 열 전달과 비교적 높은 압력을 견딜 수 있는 경량 및 축약적 열 교환기를 달성하는 것이 가능하다.

내부 전이 부분을 통해 연속되고 외부 전이 부분으로 연속되는 본체의 각 채널은 각각의 제1 또는 제2 단부 부분까지 개별 채널로서 외부 전이 부분을 통해 연속될 수 있다. 이러한 방식으로 채널 벽은 채널의 전체 연장부 전반에서 서로를 보강하도록 연속될 것이다.

외부 전이 부분에서, 제3 방향 및 제4 방향 각각을 따라 연장되도록 전향되는 제1 세트의 채널 및/또는 제2 세트의 채널은 그로부터 이들이 제3 방향 및 제4 방향 각각으로 각각의 내부 부분을 벗어나는 방향으로부터 만곡될 수 있다. 이러한 방식으로 전향은 최소 압력 손실 또는 유동 저항으로 제공될 수 있다.

중앙 본체 및 내부 전이 부분은 중앙 본체 및 내부 전이 부분을 형성하는 재료의 부가식 퇴적에 의해 바람직하게는 일체로 형성되어 형성될 수 있다. 이 방법은 복잡한 형상의 효율적인 제조를 가능하게 하여 예를 들어, 설계는 압력 손실 또는 유동 저항을 최소화하도록 선택될 수 있다.

중앙 본체, 내부 전이 부분 및 외부 전이 부분은 중앙 본체, 내부 전이 부분 및 외부 전이 부분을 형성하는 재료의 부가식 퇴적에 의해 바람직하게는 일체로 형성되어 형성될 수 있다. 이 방법은 복잡한 형상의 효율적인 제조를 가능하게 하여 예를 들어, 설계는 압력 손실 또는 유동 저항을 최소화하도록 선택될 수 있다.

재료는 바람직하게는 티타늄 또는 티타늄 기반 합금, 탄탈 또는 탄탈 기반 합금, 강철 또는 강철 기반 합금, 스테인리스 강 또는 스테인리스 강 기반 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속 재료일 수 있다. 이러한 재료를 선택함으로써 내식성 열 교환기를 제공하는 것이 가능하다. 더욱이, 재료는 부가식 퇴적 제조 방법에 사용하기에 적합하다.

재료는 금속 재료의 부가식 퇴적 동안 레이저 또는 전자 소결되거나, 부가식 퇴적 후에 오븐에서 소결될 수 있다. 이러한 방식으로 재료가 강한 제품으로 융합된다.

제1 세트의 채널의 채널 각각은 제1 단면적을 갖고, 제2 세트의 채널의 채널 각각은 제2 단면적을 가지며, 제1 단면적은 제2 단면적의 1.1-1.5배, 바람직하게는 1.1-1.25배일 수 있다. 이러한 방식으로 열 교환기를 통해 상이한 유체의 상이한 유동을 수용하는 것이 가능하다.

일 양태에 따르면, 열 교환기는 요약하면 중앙 본체를 포함하고, 중앙 본체는 중앙 본체를 통해 주 방향을 따라 연장되는 복수의 제1 세트의 채널 및 복수의 제2 세트의 채널을 포함하는 것으로 요약될 수 있으며, 중앙 본체에서, 주 방향을 가로지르는 임의의 단면에서, 제1 및 제2 세트의 채널은 상기 단면에 체크 무늬 패턴을 형성하고, 열 교환기는 2개의 내부 전이 부분을 더 포함하고, 각각의 내부 전이 부분에서, 제1 방향을 따라 연장되는 열 사이에서 제2 방향을 따라 셀 때 매 두 번째 열은 채널 - 이 채널의 체크 무늬 패턴이 라인 패턴으로 변형되도록 이들이 주 방향을 따라, 다른 채널에 대해 제1 방향으로 위치가 점증적으로 시프트되도록 만곡됨 - 을 구비한다.

본 발명은 현재 양호한 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하는 첨부된 개략적인 도면을 참조하여, 예시로서, 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 열 교환기의 제1 평면 투영도이다.
도 2는 도 1의 열 교환기의 제2 평면 투영도이다.
도 3a는 도 2의 라인 Ⅲ-Ⅲ를 따른 단면도에 대응하는 개략도이다.
도 3b는 도 2의 라인 Ⅲ-Ⅲ를 따른 단면도에 대응하는 개략도이며, 유체 중의 하나와 연관된 채널은 검게 채워진 표시로 표시되어 있다.
도 4는 도 2의 라인 Ⅳ-Ⅳ를 따른 단면도에 대응하는 개략도이며, 유체 중 하나와 연관된 채널은 도 3b에서와 같이 검게 채워진 표시로 표시되어 있다.
도 5는 도 2의 라인 V-V를 따른 단면도에 대응하는 개략도이며, 유체 중 하나와 연관된 채널은 도 3b 및 도 4에서와 같이 검게 채워진 표시로 표시되어 있다.
도 6은 도 1에 대응하는 개략도이며, 열 교환기의 내부 구조를 점선으로 개략적으로 나타낸다.
도 7은 도 6의 라인 Ⅶ-Ⅶ을 따른 단면도이다.
도 8은 도 5에 추가로 표시된 바와 같이 위치된 단면을 갖는, Ⅷ'로 표시된 선들 사이의 부분의 도 6의 라인 Ⅷ-Ⅷ를 따른 단면도이다.
도 9a는 다른 실시예의 도 2의 라인 Ⅲ-Ⅲ를 따른 단면도에 대응하는 개략도이다.
도 9b는 도 9a에 대응하며, 유체 중 하나와 연관된 채널이 검게 채워진 표시로 표시되어 있다.
도 10 및 도 11은 상이한 유체와 연관된 채널들이 외부 전이 부분의 단부 부분에서 상이한 방향으로 연장되는 열 교환기의 대안적인 실시예의 평면 투영이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 열 교환기(1)는 중앙 본체(10), 2개의 내부 전이 부분(20), 2개의 외부 전이 부분(30) 및 4개의 관형 연결 부분(40)을 포함하는 일체로 형성된 부분을 포함한다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 중앙 본체(10)는 복수의 제1 세트의 채널(A_ij)을 포함한다. 이들 채널(A_ij)은 열 교환기(10)를 통해 제1 세트의 유체 통로(P₁a, P₁b)의 일부를 형성한다(도 6에 도시된 바와 같으며, 집합적으로 P₁으로 지칭됨).

중앙 본체(10)는 복수의 제2 세트의 채널(B_ij)을 더 포함한다. 이들 채널(B_ij)은 열 교환기(10)를 통해 제2 세트의 유체 통로(P₂a, P₂b)의 일부를 형성한다(도 6에 도시된 바와 같으며, 집합적으로 P₂로 지칭됨).

복수의 채널의 제1 및 제2 세트의 채널(A_ij, B_ij)은 중앙 본체(10)의 제1 단부(10a)로부터, 중앙 본체(10)를 통해 주 방향(L)을 따라 중앙 본체(10)의 제2 단부(10b)까지 연장된다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 주 방향(L)을 가로지르는 임의의 단면에서, 제1 및 제2 세트의 채널(A_ij, B_ij)은 상기 단면에서 체크 무늬 패턴을 형성한다. 체크 무늬 패턴은 패턴의 제1 주연부(10c)를 따라 연장되는 제1 방향(T₁)을 따라 복수의 열(X_1X, X_2X, X_3X, X_4X, X_5X, X_6X, X_7X, X_8X)로 교대로 그리고 패턴의 제2 주연부(10d)를 따라 연장되는 제2 방향(T₂)을 따라 복수의 열(Y₁, Y₂, Y₃, Y₄, Y₅, Y₆, Y₇, Y₈)로 교대로 배열되는 상이한 세트의 채널(A_ij, B_ij)에 의해 형성된다. 제2 방향(T₂)은 제1 방향(T₁)을 횡단한다.

제1 방향(T₁)을 따르는 제1 열은 채널(A₁₁, B₁₂, A₁₃, B₁₄, A₁₅, B₁₆, A₁₇, B₁₈)을 포함한다. 제1 방향(T₁)을 따르는 제2 열은 채널(B₂₁, A₂₂, B₂₃, A₂₄, B₂₅, A₂₆, B₂₇, A₂₈)을 포함한다. 제2 방향을 따르는 제1 열은 채널(A₁₁, B₂₁, A₃₁, B₄₁, A₅₁, B₆₁, A₇₁, B₈₁)을 포함한다.

이 문맥에서 채널의 수는 실제로 도 3 내지 도 9에서 표시된 채널 수보다 현저하게 더 많다는 점에 유의해야 한다. 도 2에서, 보다 많은 수의 채널이 표시되어 있다. 채널의 크기 및 개수는 설명에서 나중에 상세히 설명될 것이다.

열 교환기(1)는 2개의 내부 전이 부분(20)을 더 포함하고, 하나는 중앙 본체(10)의 제1 단부(10a)로부터 연장되고, 다른 하나는 중앙 본체(10)의 제2 단부(10b)로부터 연장된다.

각각의 내부 전이 부분은 제1 세트의 유체 통로(P₁)의 일부를 형성하는 복수의 제1 세트의 채널(A_ij) 및 제2 세트의 유체 통로(P₂)의 일부를 형성하는 복수의 제2 세트의 채널(B_ij)을 포함한다. 제1 및 제2 세트의 채널(A_ij, B_ij)은 각각의 내부 전이 부분(20)의 내부 단부(20a)로부터 각각의 내부 전이 부분(20)을 통해 각각의 내부 전이 부분(20)의 외부 단부(20b)까지 연장된다.

채널(A_ij, B_ij)은 각각의 내부 전이 부분(20)에서 주 방향(L)을 따라 주 구성요소와 그리고 적어도 주 구성요소와, 본질적으로 평행하게 연장된다. 내부 전이 부분(20)은 내부 단부(20a)가 중앙 본체(10)를 향하도록 배향된다.

각각의 내부 전이 부분(20)에서, 제1 방향(T₁)을 따라 연장되는 열 사이에서 제2 방향(T₂)을 따라 셀 때 매 두 번째 것이 제1 방향(T₁)에서 위치가 시프트된다. 매 두 번째 열의 이러한 시프트는 시프트된 열의 모든 채널이 주 방향(L)을 따른 그 연장부를 따라 만곡되어 제공된다. 매 두 번째 채널의 모든 채널이 시프트되는 것으로 충분하다. 이는 예를 들어 열(2, 4, 6 및 8)의 채널이 제1 방향(T₁)을 따라 시프트되는 것일 수 있다. 열 1은 A11, B12 등을 갖는 것이고, 열 2는 B21, A22 등을 갖는 것이다. 따라서, 일 예에서, 채널(X_2X, X_4X, X_6X, X_8X)은 제1 방향(T₁)을 따라 시프트된다.

바람직한 실시예에서, 제2 방향(T₂)을 따른 매 두 번째 열의 모든 채널(X_2X, X_4X, X_6X, X_8X)은 제1 방향을 따라 만곡되고, 다른 매 두 번째 열의 모든 채널(X_1X, X_3X, X_5X, X_7X)은 제1 방향(T₁)에 대향한 방향(T₁')을 따라 만곡된다.

참조 번호 X는 A와 B 모두를 나타낸다. 하첨자 x는 하첨자 1-8 모두를 나타낸다. 즉 X_2X는 B₂₁, A₂₂, B₂₃, A₂₄, B₂₅, A₂₆, B₂₇, A₂₈를 지칭한다.

제2 방향(T₂)을 따라 셀 때 매 두 번째 열의 채널(X_2X, X_4X, X_6X, X_8X)은 이들이 주 방향(L)을 따라 순차적으로 서로 후속되는, 주 방향(L)을 가로지른 복수의 단면(예를 들어, 도 3b, 도 4 및 도 5의 순서 참조)에서 각각의 내부 전이 부분(20)의 다른 채널(X_1X, X_3X, X_5X, X_7X)에 대하여 시프트 방향인 제1 방향(T₁)으로 위치가 점증적으로 시프트되도록 만곡된다. 도 8에는 채널(X_1X, X_3X, X_5X, X_7X)이 중앙 본체(10)를 통해 직선으로 연장되고 제1 방향(T₁)과 대향한 방향(T₁')으로 시프트를 제공하도록 만곡되는 방식을 도시하는 단면이 도시되어 있다. 도 8의 단면에서, 제2 방향(T₂)을 따라 셀 때 다섯 번째 열의 채널은 제1 방향(T₁)과 대향한 방향(T₁')으로 시프트된다. 상단 및 저부에서, 채널(A₆₈)은 뒤에서 연장되는 측벽이 채널(X_5X)이 각각의 내부 전이 부분(20)의 외부 단부(20b)에 접근함에 따라 나타난다.

채널(A_ij, B_ij)의 형상은 각각의 내부 전이 부분(20)의 내부 단부(20a)(도 3b)에서의 채널의 체크 무늬 패턴이 외부 단부(20b)에서 라인 패턴(도 5)으로 변형되고, 각각의 세트의 채널(각각 A_ij 및 B_ij)은 제2 방향(T₂)을 따라 연장되는 열(A1-5, B1-4)에서 서로 나란히 배열되고, 제1 세트 채널의 열과 제2 세트 채널의 열은 각각의 내부 전이 부분(20)의 제1 방향(T₁)을 따라 교대로 배열된다. 제1 방향(T₁)을 따라 세어진 열의 번호가 1만큼 증가되었음을 유의하여야 한다. 제2 방향(T₂)을 따라 세어진 열의 번호는 중앙 본체(10)에서와 동일하다.

전술한 바와 같이, 열 교환기(1)는 각각의 내부 전이 부분(20)의 양 외부 단부(20b)로부터 하나씩 연장되는 2개의 외부 전이 부분(30)을 더 포함한다.

각각의 외부 전이 부분은 제1 세트의 유체 통로(P₁)의 일부를 형성하는 복수의 제1 세트의 채널(A_ij) 및 제2 세트의 유체 통로(P₂)의 일부를 형성하는 복수의 제2 세트의 채널(B_ij)을 포함한다.

제1 및 제2 세트의 채널(Aij, Bij)은 외부 전이 부분(30)의 내부 단부(30a)로부터, 내부 전이 부분(20)을 향해, 외부 전이 부분(30)을 통해 그리고 외부 전이 부분(30) 밖으로 연장된다.

외부 전이 부분(30)에서, 제1 세트의 채널(A1-5) 및/또는 제2 세트의 채널(B1-4)은 주 방향(L) 및 제2 방향(T₂)에 의해 정의되면서 각각의 내부 전이 부분(20)의 상기 시프트 방향에 횡단하는 전향 평면(DP)과 평행하게 연장되는 제3 방향(T₃) 및 제4 방향(T₄) 각각을 따라 연장되도록 전향된다. 전향 평면(DP)은 도 2에 도시되고 도 1, 도 6 및 도 10 및 도 11의 지면과 평행하다. 각각의 내부 전이 부분(20)의 시프트 방향은 각각의 외부 전이 부분(30)의 전향 평면(DP)의 법선을 따라 연장된다. 도 1 및 도 6의 실시예에서, 외부 전이 부분(30)에서, 제1 세트의 채널(A_ij)은 제3 방향(T₃)을 따라 연장되도록 전향되고, 제2 세트의 채널(B_ij)은 제4 방향(T₄)을 따라 연장되도록 전향된다. 도 10 및 도 11에 도시된 실시예에서, 외부 전이 부분(30)에서, 제1 세트의 채널(A_ij)은 제3 방향(T₃)을 따라 연장되도록 전향되고, 제2 세트의 채널(B_ij)은 전향되지 않는다. 도 10 및 도 11의 실시예에서, 제2 세트의 채널(B_ij)은 주 방향(L)에 평행한 제4 방향(T₄)을 따라 외부 전이 부분(30)의 제2 단부 부분(30c) 외부로 연장된다.

도 1, 도 6 및 도 10 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 제3 및 제4 방향(T₃, T₄)은 제1 세트의 채널(A_ij)이 제1 단부 부분(30b)에서 외부 전이 부분(30)으로부터 연장되고 제2 세트의 채널(B_ij)이 제2 단부 부분(30c)에서 외부 전이 부분(30) 외부로 연장되도록 서로 상이하다. 제2 단부 부분(30c)은 제1 단부 부분(30b)으로부터 분리되어 있다. 도 1 및 도 6의 실시예에서, 제3 방향(T₃) 및 제4 방향(T₄) 모두는 채널이 각각의 내부 전이 부분(20)을 빠져 나오는 방향과 상이하며, 즉, 제3 방향(T₃)과 제4 방향(T₄)은 주 방향(L)과 상이하다. 도 1 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제3 방향(T₃)과 제4 방향(T₄)은 약 45°의 주 방향(L)에 대한 각도를 형성하며, 그래서, 제3 방향(T₃)과 제4 방향(T₄)은 서로 수직이고, 즉 그들 사이에 약 90°의 각도를 형성한다. 도 10 및 도 11의 실시예에서, 제3 방향(T₃)은 채널이 내부 전이 부분(20)을 벗어나는 방향과 상이하며, 제4 방향(T₄)은 채널이 내부 전이 부분(20)을 벗어나는 방향과 동일한 방향이고, 즉, 제3 방향(T₃)은 주 방향(L)과 상이하고, 제4 방향(T₄)은 주 방향(L)과 동일한 방향이다. 도 10에서, 제3 방향(T₃)은 주 방향(L)에 대해 약 90°의 각도를 형성하여 제3 방향(T₃)과 제4 방향(T₄)은 서로 직교하고, 즉 그들 사이에 약 90° 각도를 형성한다. 도 11에서, 제3 방향(T₃)은 주 방향(L)에 대해 약 70°의 각도를 형성하여 제3 방향(T₃)과 제4 방향(T₄)은 그들 사이에 약 70°의 각도를 형성한다. 제3 방향(T₃)과 제4 방향(T₄) 사이의 각도는 바람직하게는 적당한 긴 전이 경로 도중에 제3 및 제4 방향(T₃, T₄)의 분리를 달성하도록, 즉, 외부 전이 부분의 치수를 작게 유지하도록 적어도 30°이다. 바람직하게는, 제3 방향(T₃)과 제4 방향(T₄) 사이의 각도는 외부 전이 부분의 크기를 더 감소시키도록 적어도 45°, 예컨대 적어도 60°, 예컨대 적어도 70°, 예컨대, 약 90°일 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 각각의 단부 부분(30b, 30c)은 내부 전이 부분(20)의 외부 단부(20b)에서 달성된 라인 구성으로 배열된 제1 및 제2 세트의 채널(Aij, Bij) 각각 중 하나의 채널 내로 복수의 개구와, 폐쇄된 벽 부분을 제공하고, 이 폐쇄된 벽 부분에서 다른 세트가 다른 단부 부분(30c, 30b)을 향해 전향된다.

전술한 바와 같이, 열 교환기(1)는 4개의 관형 연결 부분(40)을 더 포함한다. 각각의 연결 부분(40)은 각각의 외부 전이 부분(30)의 제1 및 제2 단부 부분(30b, 30c) 중 각각의 하나의 외부 포위면과 일체로 형성되고 이로부터 연장되는 관형 벽 부분을 갖는다.

도 2에 도시된 바와 같이, 관형 연결 부분(40)은 원형이다. 연결 부분(40)의 일체로 형성된 부분은 개별적으로 제조된 원형 원통형 제2 연결 부분을 수용하거나 그에 수용되도록 구성된다. 제2 연결 부분에는 그 외부 표면에 나사부가 제공되어, 연결 파이프가 나사부를 사용하여 관형 연결 부분 상에 나사식으로 또는 그에 대해 긴밀하게 유지되도록 한다. 대안적으로, 다른 부분(10, 20, 30)과 일체로 형성된 연결 부분(40)에는 나사부가 제공된다.

내부 전이 부분(20)은 중앙 본체(10)의 체크 무늬 패턴의 임의의 채널(A_ij, B_ij)의 최대 폭(W)의 적어도 3배인 주 방향(L)의 길이를 갖는다. 내부 전이 부분(20)이 최대 폭(W)의 10배 미만의 길이를 갖는 것이 적절한 것으로 고려된다. 중앙 본체의 각 채널의 최대 폭이 3㎜ 미만, 바람직하게는 2㎜ 미만인 것이 적절한 것으로 고려된다. 채널은 적어도 0.1㎜의 최소 폭을 갖는 것이 적절한 것으로 고려된다.

도 1 및 도 2에 도시된 바람직한 실시예에서, 채널은 측면이 0.5㎜ 내지 2㎜인 정사각형 단면을 갖는다. 제1 방향(T₁)을 따라 그리고 제2 방향(T₂)을 따라 y 채널이 있다. 채널들 사이의 벽 두께는 약 0.05㎜ 내지 0.4㎜일 수 있다. 최외측 채널과 중앙 본체의 외부 표면 사이의 벽 두께는 벽 두께에 대하여 동일할 수 있지만, 바람직하게는 약 0.5㎜ 내지 2㎜과 같이 더 두껍다. 내부 전이 부분은 b㎜의 길이를 갖는다.

도 6에 도시된 바와 같이, 내부 전이 부분(20)을 통해 계속되고 외부 전이 부분(30) 내로 계속되는 중앙 본체(10)의 각 채널(Aij, Bij)은 각각의 제1 또는 제2 단부 부분(30b, 30c)까지 개별 채널로서 외부 전이 부분(30)을 통해 계속된다(중앙 본체(10)에서 체크 무늬 구성, 내부 전이 부분(20)에서 시프트 구성 및 외부 전이 부분(30)에서 라인 구성으로).

도 6에서, 외부 전이 부분(30)에서, 제3 방향(T₃) 및 제4 방향(T₄) 각각을 따라 연장되도록 전향되는 제1 세트의 채널(A_ij) 및 제2 세트의 채널(B_ij)의 채널은 이들이 제3 및 제4 방향(T₃, T₄) 각각으로 각각의 내부 전이 부분(20)을 벗어나는 방향(통상적으로, 주 방향에 적어도 본질적으로 평행하고, 바람직하게는 주 방향에 평행함)으로부터 만곡되는 점이 개시된다. 도 10 및 도 11의 실시예에서, 외부 전이 부분(30)에서, 제3 방향(T₃)을 따라 연장되도록 전향되는 제1 세트의 채널(A_ij)의 채널은 이들이 제3 방향(T₃)으로 각각의 내부 전이 부분(20)을 벗어나는 방향(통상적으로 주 방향에 적어도 본질적으로 평행하고, 바람직하게는 주 방향에 평행함)으로부터 만곡된다. 도 10 및 도 11의 실시예에서, 외부 전이 부분(30)에서, 제2 세트의 채널(B_ij)의 채널은 이들이 제4 방향(T₄)을 따라 외부 전이 부분의 외부로 연장되도록 각각의 내부 전이 부분(20)을 벗어나는 것과 동일한 방향(통상적으로 적어도 본질적으로 주 방향에 평행하고, 바람직하게는 주 방향에 평행함)으로 배열된다. 바꾸어 말하면, 제2 세트의 채널(B_ij)의 채널의 방향은 외부 전이 부분(30)을 통해 좌우되지 않는다. 따라서, 도 10 및 도 11의 실시예에서, 제2 세트의 채널(B_ij)의 채널의 채널은 외부 전이 부분(30)을 통해 직선형이다.

중앙 본체(10) 및 내부 전이 부분(20), 바람직하게는 또한 외부 전이 부분(30) 그리고 보다 바람직하게는 또한 연결 부분(40)은 바람직하게는 재료의 부가식 퇴적에 의해 일체로 형성된다.

재료는 바람직하게는 티타늄 또는 티타늄 기반 합금, 탄탈 또는 탄탈 기반 합금, 강철 또는 강철 기반 합금, 스테인리스 강 또는 스테인리스 강 기반 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속 재료이다.

재료는 금속 재료의 부가식 퇴적 동안 레이저 또는 전자 소결되거나, 부가식 퇴적 후에 오븐에서 소결된다.

도 9a 및 도 9b에서, 채널(Aij, Bij)의 대안적인 형상이 도시되어 있다. 이러한 대안적인 구성에서, 한 세트의 채널(A_ij)은 원형 단면을 가지며 이웃 원형 채널 사이의 사이공간 내에 형성된 채널과 체크 무늬 패턴으로 배열되도록 설계된다. 이러한 구성에서, 원형 채널은 다른 채널보다 큰 단면적을 갖는다.

첨부된 청구범위에 의해 정의되는 바와 같이 본 발명의 범위 내에 여전히 포함되어 있는 본 명세서에 설명된 실시예에 대한 많은 변형이 존재하는 것으로 고려된다.

예를 들어, 일 실시예에 따르면, 중앙 본체는 하나의 실체로서 개별적으로 제조되고, 내부 및 외부 전이 부분은 중앙 본체에 부착되도록 구성된 일체로 형성된 본체로서 제조되는 것에 유의하여야 한다. 이 실시예에서, 연결 부분은 내부 및 외부 전이 부분을 포함하는 본체와 일체로 형성되는 것이 또한 바람직하다. 중앙 본체는 예를 들어, 압출 프로세스에 의해 별도로 제조될 수 있다.

중앙 본체는 주 방향을 따라 하나씩 전후로 배열되고 및/또는 제1 및/또는 제2 횡단 방향을 따라 나란히 배열되는 복수의 개별 본체로 분할될 수 있음을 유의하여야 한다.

중앙 본체 및/또는 내부 전이 부분 및/또는 외부 전이 부분은 폴리머 기반 재료로 제조될 수 있음을 또한 유의하여야 한다.

중앙 본체 및/또는 내부 전이 부분 및/또는 외부 전이 부분은 상이한 재료로 제조될 수 있다는 것을 또한 유의하여야 한다.

Claims

열 교환기(1)이며,
중앙 본체(10)를 포함하고, 중앙 본체는,
열 교환기(1)를 통한 제1 세트의 유체 통로(P₁a_,P₁b)의 일부를 형성하는 제1 세트의 채널(A_ij), 및
열 교환기(1)를 통한 제2 세트의 유체 통로(P₂a,P₂b)의 일부를 형성하는 제2 세트의 채널(B_ij)을 구비하며,
채널(A_ij, B_ij)은 중앙 본체(10)의 제1 단부(10a)로부터, 중앙 본체(10)를 통해 주 방향(L)을 따라, 중앙 본체(10)의 제2 단부(10b)까지 연장되고,
중앙 본체(10)에서, 주 방향(L)을 가로지르는 단면에서, 제1 및 제2 세트의 채널(A_ij, B_ij)은 패턴의 제1 주연부(10c)를 따라 연장되는 제1 방향(T₁)을 따라 복수의 열(X_1X, X_2X, X_3X, X_4X, X_5X, X_6X, X_7X, X_8X)로 교대로 배열되고 패턴의 제2 주연부(10d)를 따라 그리고 제1 방향(T₁)에 횡단방향으로 연장되는 제2 방향(T₂)을 따라 복수의 열(Y₁, Y₂, Y₃, Y₄, Y₅, Y₆, Y₇, Y₈)로 교대로 배열됨으로써 체크 무늬 패턴을 형성하고,
열 교환기(1)는 2개의 내부 전이 부분(20)을 더 포함하고, 2개의 내부 전이 부분 중 하나는 중앙 본체(10)의 제1 단부(10a)로부터 연장되고, 하나는 중앙 본체(10)의 제2 단부(10b)로부터 연장되며,
중앙 본체(10)의 채널(A_ij, B_ij)은 중앙 본체(10)의 단부(10a, 10b)로부터, 체크 무늬 패턴으로 그리고 각각의 내부 전이 부분(20)의 내부 단부(20a)에서 내부 전이 부분(20) 각각 내로, 각각의 내부 전이 부분(20)을 통해 그리고 각각의 내부 전이 부분(20)의 외부 단부(20b)로 연장되고,
각각의 내부 전이 부분(20)에서, 제1 방향(T₁)을 따른 열(X_1X, X_2X, X_3X, X_4X, X_5X, X_6X, X_7X, X_8X)의 매 두 번째 열(X_2X, X_4X, X_6X, X_8X)은, 각각의 내부 전이 부분(20)의 내부 단부(20a)에서 제1 및 제2 세트의 채널(A_ij, B_ij)의 체크 무늬 패턴이 각각의 내부 전이 부분(20)의 외부 단부(20b)에서 라인 패턴으로 변형될 때까지, 제1 방향(T₁)으로 그리고 열(X_1X, X_2X, X_3X, X_4X, X_5X, X_6X, X_7X, X_8X)의 매 다른 두 번째 열(X_1X, X_3X, X_5X, X_7X)에 대해 점증적으로 시프트되고, 이에 따라, 각각의 내부 전이 부분(20)의 각각의 외부 단부(20b)에서 각각의 세트의 채널(A_ij, B_ij)의 채널은 제2 방향(T₂)을 따라 연장되는 열로 서로 나란히 배열되며, 제1 세트 채널(A_ij)의 열 및 제2 세트 채널(B_ij)의 열은 제1 방향(T₁)을 따라 교대로 배열되는, 열 교환기.