KR20210091783A - 확산 접합형 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 목적은 전열판의 적층수를 많게 한 경우에도, 큰 온도차를 갖는 유체 간의 열교환에 따라 발생하는 열응력을 저감시키는 것이 가능한 확산 접합형 열교환기를 제공하는 것이다. 이러한 확산 접합형 열교환기(100)는 복수의 전열판(HP)이 적층되어 확산 접합된 코어(1)를 구비한다. 코어는 복수의 유로층(30)을 각각 포함하여 구성된 복수의 유로 블록(40)과 복수의 유로 블록의 사이를 구획하는 격벽층(50)을 포함한다. 적층 방향에 있어서의 격벽층의 두께 (t3)이 적층 방향으로 나열되는 유로 간의 간격 (t2)보다 크다.

Description

확산 접합형 열교환기

본 발명은 확산 접합형 열교환기에 관한 것으로서, 특히 복수의 전열판이 적층되어 확산 접합된 구성의 확산 접합형 열교환기에 관한 것이다.

종래의 열교환기로서 플레이트식 열교환기가 알려져 있다. 이와 같은 열교환기는, 예를 들면 일본 공표특허 공보 제2016-535233호에 개시되어 있다.

상기 일본 공표특허 공보 제2016-535233호에는, 분단 박판(薄板)과 사이드바와 핀을 브레이징하여 구성된 복수의 열교환로를 포함하는 열교환기 블록을 복수 구비하고, 열교환기 블록이 각각 대향하는 커버 플레이트에 있어서 땜납을 통하여 접속된 플레이트식 열교환기가 개시되어 있다. 상기 일본 공표특허 공보 제2016-535233호에는, 열교환기 블록의 대향하는 커버 플레이트끼리를 땜납이 클래드된 금속 박판을 통하여 전면적으로 접속하는 것이 개시되어 있다.

상기 일본 공표특허 공보 제2016-535233호와 같은 열교환기에 있어서, 고온 측의 유체와 저온 측의 유체의 사이의 온도차가 큰 경우, 열교환기의 구성 부재에 큰 열응력이 발생한다. 땜납 접합은 기계적 강도가 그다지 높지 않기 때문에, 큰 열응력이 발생한 경우에 피로(疲勞) 파괴가 발생할 가능성이 있다. 또한, 열응력이란 물체가 온도 변화에 의한 열변형(팽창이나 수축)이 외부적인 구속에 의하여 방해되었을 때에 물체 내부에 발생하는 응력이다.

특허 문헌 1: 일본 공표특허 공보 제2016-535233호

따라서, 특히 유체 간의 온도차가 큰(열응력이 커지는) 용도에도 이용 가능한 열교환기로서 전열판끼리가 확산 접합된 확산 접합형 열교환기가 알려져 있다. 확산 접합형 열교환기는 금속제의 전열판끼리가 확산 접합에 의하여 일체화되기 때문에 강성이 높고, 예를 들면 액체 수소나 액화 천연 가스 등의 극저온의 유체와 고온 유체로서 물이나 부동액(브라인)과의 열교환 등에 이용되는 경우가 있다.

그러나, 일반적으로 높은 강성을 갖는 확산 접합형 열교환기이어도, 전열 면적을 확보하기 위하여 전열판의 적층수를 많게 한 경우 등에서는 금속 부분의 열변형(열팽창 또는 열수축)이 커지는 것에 기인하여 큰 열응력이 발생하여 피로 파괴의 원인이 된다. 이 때문에, 확산 접합형 열교환기에 있어서, 전열 면적을 확보하기 위하여 전열판의 적층수를 많게 한 경우에서도 큰 온도차를 갖는 유체 간의 열교환에 따라 발생하는 열응력을 저감시킬 것이 요망되고 있다.

본 발명은 상술한 같은 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 본 발명의 일 목적은 전열판의 적층수를 많게 한 경우에도 큰 온도차를 갖는 유체 간의 열교환에 따라 발생하는 열응력을 저감시키는 것이 가능한 확산 접합형 열교환기를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 확산 접합형 열교환기는 복수의 전열판이 적층되어 확산 접합된 코어를 구비하고, 코어는 유로가 형성된 복수의 유로층을 각각 포함하여 구성된 복수의 유로 블록과 복수의 유로 블록의 사이를 구획하도록 배치된 격벽층(隔壁層)을 포함하며, 적층 방향에 있어서의 격벽층의 두께가 적층 방향으로 나열되는 유로 간의 간격보다 크다. 또한, 본 명세서에 있어서, "유로층" 및 "격벽층"은 각각 코어의 일부이며, 적층되어 확산 접합된 복수의 전열판 중 적어도 하나에 의하여 구성되고, 전열판의 형상을 반영하여 적층 방향과 직교하는 방향으로 뻗는 평판상의 층으로서 구성된 영역이다. "유로층"은 적층 방향에 있어서의 유로의 높이 치수와 일치하는 두께를 갖는 층이다.

본 발명에 의한 확산 접합형 열교환기에서는, 상술한 바와 같이, 복수의 유로층을 각각 포함하여 구성된 복수의 유로 블록의 사이를 구획하도록 격벽층을 배치하고, 적층 방향에 있어서의 격벽층의 두께를 적층 방향으로 나열되는 유로 간의 간격보다 크게 한다. 이에 따라, 전열 면적을 확보하기 위하여 전열판의 적층수를 많게 하여 유로층의 총수를 많게 한 경우이더라도 이들 유로층을 격벽층에 의하여 보다 적층수가 적은 복수의 유로 블록으로 구분할 수 있다. 그리고, 격벽층이 적층 방향으로 나열되는 유로 간의 간격보다 큰 두께를 가지므로, 격벽층에서는 단순하게 유로층을 적층했을 뿐인 경우보다 높은 강성을 확보할 수 있다. 그 때문에, 격벽층에서는 유체의 온도차에 기인하는 열변형(열팽창 또는 열수축)을 유로층보다 작게 할 수 있다. 그 결과, 코어 전체에서 보면 유로 블록의 사이의 격벽층이 유로 블록의 변형을 억제하는 지지 구조로서 기능하여, 적층 방향으로 나열된 복수의 유로 블록의 각각이 열변형을 발생하여도 열변형의 영향이 근처의 유로 블록에 미치는 것을 억제할 수 있다. 열변형의 크기는 변형되는 부분의 길이에 비례하기 때문에, 격벽층에 의하여 유로층의 총수보다 적은 적층수로 구획된 개개의 유로 블록에서는 열변형량을 저감시킬 수 있고, 그 분만큼 열응력을 저감시킬 수 있다. 이상의 결과, 전열판의 적층수를 많게 한 경우에도 큰 온도차를 갖는 유체 간의 열교환에 따라 발생하는 열응력을 저감시킬 수 있다.

본 발명에 의한 확산 접합형 열교환기에 있어서, 바람직하게는 유로와 직교하는 단면(斷面)에 있어서, 격벽층에 있어서의 중실부(中實部)의 비율은 유로층에 있어서의 중실부의 비율보다 크다. 또한, 본 명세서에 있어서 "중실"이란 구성 재료에 의하여 안이 채워져 있는 것을 의미한다. 이와 같이 구성하면, 유로 블록을 구성하는 개개의 유로층보다 격벽층의 강성을 용이하게 높게 할 수 있으므로, 유로 블록 사이의 열변형을 효과적으로 억제할 수 있다.

본 발명에 의한 확산 접합형 열교환기에 있어서, 바람직하게는 격벽층은 유로와 직교하는 단면 중 유로층을 따른 방향에 있어서, 유로층에 있어서의 유로가 형성된 범위의 일단부터 타단까지에 걸쳐 연속된 중실부를 포함한다. 이와 같이 구성하면, 격벽층의 중실부에 의하여 유로 블록의 사이의 격벽층의 영역에 있어서, 유로가 형성된 범위의 일단부터 타단까지를 지지하는 지지 구조를 형성할 수 있다. 예를 들면 유로 블록 내의 유로에 극저온의 유체가 유통하여 유로 블록이 수축 변형되는 경우에 격벽층에서는 중실부에 의하여 유로층을 따른 방향의 수축 변형에 대항하여 지지할 수 있다. 이에 따라, 유로 블록의 열변형량을 저감시켜 열응력을 효과적으로 저감시킬 수 있다.

본 발명에 의한 확산 접합형 열교환기에 있어서, 바람직하게는 유로층은 확산 접합에 의하여 유로를 구성하는 홈부가 형성된 전열판으로 이루어지는 제1 전열판에 의하여 구성되고, 격벽층은 홈부가 형성되지 않은 전열판으로 이루어지는 제2 전열판에 의하여 구성되어 있다. 이와 같이 구성하면, 유로층과 격벽층을 공통 사양의 전열판(판 부재)으로 형성할 수 있다. 즉, 코어를 형성할 때, 복수 준비한 전열판에 대하여 홈부의 형성 가공을 하여 제1 전열판으로 하며, 나머지의 전열판에 홈부를 형성하지 않고 그대로 제2 전열판으로서 이용할 수 있다. 이 때문에, 제1 전열판과 제2 전열판을 각각 별개의 사양의 전열판(판 부재)으로 형성하는 경우와 비교하여 코어를 구성하는 부품 종별의 수를 저감시킬 수 있으므로, 코어에 격벽층을 마련하는 경우에서도 용이하게 열교환기를 제조할 수 있다.

이 경우, 바람직하게는 격벽층은 적층된 복수의 제2 전열판에 의하여 구성되어 있다. 이와 같이 구성하면, 제1 전열판과 제2 전열판을 각각 공통 사양의 전열판(판 부재)으로 형성하는 경우에서도 제2 전열판을 적층함으로써 격벽층의 두께를 확보할 수 있다. 또한, 제2 전열판의 적층수에 의하여 격벽층의 두께를 용이하게 조절할 수 있다.

본 발명에 의한 확산 접합형 열교환기에 있어서, 바람직하게는 유로층은 확산 접합에 의하여 유로를 구성하는 홈부가 형성된 제1 전열판 및 홈부가 형성되며, 제1 전열판보다 큰 두께를 갖는 제3 전열판에 의하여 구성되고, 격벽층은 제3 전열판 중 홈부 이외의 부분에 의하여 구성되어 있다. 이와 같이 구성하면, 제3 전열판에 의하여 유로 블록을 구성하는 유로층 중 적층 방향의 최외부에 배치되는 유로층과 그 최외부의 유로층에 인접하는 격벽층을 일괄하여 구성할 수 있다. 즉, 예를 들면 N층의 유로층을 포함하는 유로 블록을 구성하는 경우에, (N-1)매의 제1 전열판과 1매의 제3 전열판을 적층함으로써, N층의 유로 블록과 격벽층을 구성할 수 있다.

본 발명에 의한 확산 접합형 열교환기에 있어서, 바람직하게는 적층 방향에 있어서의 격벽층의 두께가 유로 블록을 구성하는 유로층의 피치보다 크다. 여기서, "유로층의 피치"란 유로 블록 내에 있어서의 유로층의 형성 간격이며, 적층 방향으로 인접하는 유로층의 동일 부위 간의 거리이다. 이와 같이 구성하면, 유로층의 피치보다 큰 두께를 갖는 격벽층을 마련할 수 있으므로, 격벽층의 강성을 확보할 수 있다. 이에 따라, 유로 블록의 열변형(열팽창 또는 열수축) 및 열변형에 기인하는 열응력을 효과적으로 억제할 수 있다.

본 발명에 의한 확산 접합형 열교환기에 있어서, 바람직하게는 유로 블록을 구성하는 각 유로층과 격벽층이 동일 재료에 의하여 구성되며, 접합재를 통하지 않고 확산 접합되어 있다. 이와 같이 구성하면, 동일 재료에 의하여 구성된 유로층과 격벽층의 사이에서 선팽창 계수가 일치하므로, 접합 부분에 있어서의 열변형량의 차에 기인하는 응력의 발생을 저감시킬 수 있다. 또한, 확산 접합에서는, 접합면의 재료끼리가 원자 레벨에서 일체화되므로, 유로층과 격벽층이 땜납 등의 접합재를 통하여 접합하는 경우와 비교하여 보다 강고하게 접합할 수 있다. 그 결과, 열변형에 기인하여 접합 부분에 피로 파괴 등이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 땜납 등의 접합재에 의하여 유로 블록을 구성하는 각층(各層)을 접합한 경우, 코어의 측면에 헤더부를 용접할 때의 열의 영향에 의하여 각층 간의 땜납 접합부에 결함이 발생하여 유로 블록 사이에서 유체의 누출이 발생하기 쉬워진다. 이에 대하여 상술한 구성에 의하면, 유로 블록을 구성하는 각층이 보다 강고하게 접합되므로, 헤더부의 용접 시에 열의 영향이 있었다고 해도 결함이 발생하기 어려워 유로 블록 사이에서의 유체의 누출을 억제할 수 있다.

본 발명에 의하면, 상술한 바와 같이, 전열판의 적층수를 많게 한 경우에도 큰 온도차를 갖는 유체 간의 열교환에 따라 발생하는 열응력을 저감시키는 것이 가능한 확산 접합형 열교환기를 제공할 수 있다.

도 1은 제1 실시 형태에 의한 열교환기를 나타낸 모식적인 사시도이다.
도 2는 도 3 내지 도 5의 500-500선을 따른 코어의 단면도이다.
도 3은 제1 유로를 구성하는 제1 전열판의 구성예를 나타낸 평면도이다.
도 4는 제2 유로를 구성하는 제1 전열판의 구성예를 나타낸 평면도이다.
도 5는 제2 전열판의 구성예를 나타낸 평면도이다.
도 6은 7층의 유로 블록을 3블록 마련한 코어의 구체적 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 7은 제1 실시 형태에 있어서의 코어의 구조를 모식화한 단면도이다.
도 8은 비교예의 코어의 구조를 모식화한 단면도이다.
도 9는 유로층의 적층수와 평균 응력의 관계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 10은 제1 실시 형태의 열교환기의 제조 방법을 설명하기 위한 플로도이다.
도 11은 제2 실시 형태에 의한 열교환기의 코어의 모식적인 단면도이다.
도 12는 변형예에 의한 코어의 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태들을 도면에 근거하여 설명한다.

제1 실시 형태

도 1 내지 도 6을 참조하여, 제1 실시 형태에 의한 열교환기(100)의 구성에 대하여 설명한다. 제1 실시 형태에 의한 열교환기(100)는 금속제의 전열판을 적층하여 확산 접합에 의하여 일체화함으로써, 구성한 확산 접합형의 플레이트식 열교환기이다. 열교환기(100)는 특허청구범위의 "확산 접합형 열교환기"의 일예이다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 열교환기(100)는 복수의 전열판(HP)이 적층되어 확산 접합된 코어(1)를 구비한다. 또한, 열교환기(100)는 제1 입구(2a) 및 제1 출구(2b)(도 3 참조)와 제2 입구(3a)(도 4 참조) 및 제2 출구(3b)를 구비하고 있다. 코어(1)는 적층된 전열판(HP)에 의하여 각각 구성된 복수의 유로(FP)를 포함한다. 복수의 유로(FP)는 적어도 고온 유체(HF)를 유통시키는 복수의 제1 유로(11)와 저온 유체(LF)를 유통시키는 복수의 제2 유로(12)(도 4 참조)를 포함한다. 코어(1)는 제1 유로(11)를 흐르는 고온 유체(HF)와 제2 유로(12)를 흐르는 저온 유체(LF)의 사이에서 열교환을 행하는 열교환부이다.

제1 입구(2a) 및 제1 출구(2b)는 제1 유로(11)에 대하여 고온 유체(HF)를 도입하기 위한 입구 및 도출하기 위한 출구이며, 입구 측과 출구 측의 쌍(페어)으로 마련되어 있다. 제2 입구(3a) 및 제2 출구(3b)는 제2 유로(12)에 대하여 저온 유체(LF)를 도입하기 위한 입구 및 도출하기 위한 출구이며, 입구 측과 출구 측의 쌍(페어)으로 마련되어 있다.

제1 실시 형태에 의한 열교환기(100)는 고온 유체(HF)와 저온 유체(LF)의 열교환에 의하여 저온 유체(LF)의 냉열을 고온 유체(HF) 측으로 회수하는 열교환기로서 구성되어 있다. 또한, 고온 유체(HF)와 저온 유체(LF)는 열교환을 행할 때의 상대적으로 고온 측의 유체와 상대적으로 저온 측의 유체이며, 특정의 온도에 있는 유체를 가리키는 것은 아니다. 즉, 저온 유체(LF)는, 고온 유체(HF)보다 저온의 유체이며, 고온 유체(HF)는 저온 유체(LF)보다 고온의 유체이다. 제1 실시 형태에서는, 저온 유체(LF)는 극저온의 액체이며, 예를 들면 액화 수소이다. 고온 유체(HF)는, 예를 들면 부동액(브라인) 등의 액체이다.

특별히 한정되지 않지만, 도 1에 나타낸 코어(1)를 구성하는 전열판(HP)은 사각형(직사각형)의 평판 형상을 갖는다. 각 전열판(HP)은 두께 방향으로 적층되어 있다. 이에 따라, 코어(1)는 직육면체 형상을 갖는다. 이하, 편의적으로 코어(1)에 있어서의 전열판(HP)의 적층 방향을 Z방향으로 하고, 적층 방향과 직교하는 방향(전열판의 표면을 따른 방향)에 있어서, 직교하는 2방향을 각각 X방향 및 Y방향으로 한다. 또한, X방향 및 Y방향을 각각 적층 방향과 직교하는 면 내에 있어서의 코어(1)의(전열판(HP)의) 장변을 따른 방향 및 단변을 따른 방향으로 한다.

전열판(HP)은 각각 한 쌍의 제1 측단면(側端面)(81)과 제1 측단면(81)과 인접하는 한 쌍의 제2 측단면(82)을 갖는다. 제1 측단면(81)은 단변 측의 측단면이며, 제2 측단면(82)은 장변 측의 측단면이다. 전열판(HP)은 제2 측단면(82)의 길이(코어(1)의 길이) L0, 제1 측단면(81)의 길이(코어(1)의 폭) W0을 갖는다. 전열판(HP)은 모두 대략 동일한 두께 t를 갖는다. 복수의 전열판(HP)은 두께 t가 다른 복수 종류의 전열판을 포함해도 된다. 전열판(HP)은, 예를 들면 스테인리스강재로 이루어진다. 전열판(HP)은 확산 접합 가능하면 알루미늄계 금속, 구리계 금속 등의 스테인리스강재 이외의 금속 재료에 의하여 형성되어도 된다.

적층 방향(Z방향)에 있어서의 코어(1)의 양단(兩端)에는 각각 사이드 플레이트(4)가 마련되어 있다. 전열판(HP)과 사이드 플레이트(4)는 평면시(平面視)에서 동일한 직사각형 형상으로 형성된 평판상의 판 부재이다. 즉, 코어(1)는 복수의 전열판(HP)의 적층체를 한 쌍의 사이드 플레이트(4)에 의하여 사이에 끼워 확산 접합에 의하여 일체화함으로써, 전체적으로 직사각형 상자 형상(직육면체 형상)으로 형성되어 있다. 도 1에서는 편의적으로 한 쌍의 사이드 플레이트(4)의 사이에 8층(8매)의 전열판(HP)이 적층된 예를 나타내고 있다. 적층 매수는 이에 한정되지 않으며, 전열판(HP)은 임의의 매수를 적층해도 된다.

제1 실시 형태에서는, 코어(1)를 구성하는 전열판(HP)은 도 2에 나타내는 바와 같이, 유로(FP)를 구성하는 홈부(23)를 갖는 제1 전열판(21) 및 홈부(23)를 갖지 않는 제2 전열판(22)을 포함한다. 즉, 동일 형상의 전열판(HP)에 대하여, 유로(FP)를 구성하는 홈부(23)를 형성한 것이 제1 전열판(21)이며, 유로(FP)를 구성하는 홈부(23)를 형성하고 있지 않은 것이 제2 전열판(22)이다. 또한, 코어(1)에서는 각 전열판(HP)이 확산 접합에 의하여 일체화되어 있기 때문에, 실제로는 도 1에 나타낸 바와 같은 개개의 전열판(HP)의 접합면의 경계선은 형성되지 않는다. 도 2에서는, 편의적으로 개개의 전열판(HP)의 경계선을 파선에 의하여 도시하고 있다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 제1 실시 형태에서는, 코어(1)는 유로(FP)가 형성된 복수의 유로층(30)을 각각 포함하여 구성된 복수의 유로 블록(40)과 복수의 유로 블록(40)의 사이를 구획하도록 배치된 격벽층(50)을 포함한다.

유로층(30)은 유로(FP)와 직교하는 단면에 있어서, 유로(FP)의 상면부터 저면(底面)까지의 범위(즉, 적층 방향에 있어서의 유로(FP)의 높이)에 걸쳐 형성된 영역이다. 유로층(30)은 확산 접합에 의하여 유로(FP)를 구성하는 홈부(23)가 형성된 전열판(HP)으로 이루어지는 제1 전열판(21)에 의하여 구성되어 있다.

유로층(30)은 Z방향에 있어서 유로(FP)의 높이와 동일한 두께 t1을 갖는다. 유로층(30)은 적층 방향과 직교하는 평면(XY평면)을 따라 코어(1)의 전체에 걸쳐 마련되어 있다. 하나의 유로층(30)은 하나의 제1 전열판(21)에 형성된 홈부(23)의 수와 일치하는 유로(FP)를 포함한다. Z방향으로 인접하는 유로층(30)의 사이에는, 간격 t2의 벽부(壁部)(24)가 마련되어 있다. 벽부(24)는, 제1 전열판(21) 중, 홈부(23)가 형성되어 있지 않은 중실 부분이다.

유로층(30)에는 고온 유체(HF)를 유통시키는 제1 유로(11)가 형성된 유로층(30a)과 저온 유체(LF)를 유통시키는 제2 유로(12)가 형성된 유로층(30b)이 있다.

유로 블록(40)은 적층 방향으로 나열되는 복수의 유로층(30)에 의하여 구성되어 있다. 유로 블록(40)은 적어도 하나의 유로층(30a)과 적어도 하나의 유로층(30b)을 포함한다. 이에 따라, 유로 블록(40)에 포함되는 유로층(30)끼리의 사이에서, 고온 유체(HF)와 저온 유체(LF)의 열교환이 행해진다.

하나의 유로 블록(40) 내에 포함되는 유로층(30(30a, 30b))은 적층 방향으로 소정의 피치 PC로 배열되어 있다. 피치 PC는 적층 방향으로 인접하는 유로층(30)의 동일 부분의 사이의 거리이며, 예를 들면 유로(FP)(유로층(30))의 상면부터 적층 방향으로 인접하는 다른 유로(FP)(유로층(30))의 상면까지의 거리이다.

유로 블록(40)은 코어(1)에 있어서 Z방향으로 나열되도록 복수로 마련된다. 복수의 유로 블록(40)의 사이가 격벽층(50)에 의하여 구획된다. 즉, 유로 블록(40)은 격벽층(50)에 의하여 구획된 복수의 유로층(30)의 통합이다.

제1 실시 형태의 격벽층(50)은 홈부(23)가 형성되지 않은 전열판(HP)으로 이루어지는 제2 전열판(22)에 의하여 구성되어 있다. 격벽층(50)은 인접하는 유로 블록(40)에 포함되는 유로층(30) 중 최외부에 위치하는 유로층(30)끼리의 사이의 영역이다. 격벽층(50)은 적층 방향과 직교하는 평면(XY평면)을 따라 코어(1)의 전체에 걸쳐 마련되어 있다. 또한, 격벽층(50)은 최외부의 유로층(30)을 구성하는 제1 전열판(21) 중의 홈부(23)가 형성되어 있지 않은 중실부(즉, 벽부(24))를 포함할 수 있다.

이하, 유로 블록(40) 및 격벽층(50)에 대하여 구체적으로 설명한다.

유로층

상술한 바와 같이, 유로층(30)은 제1 전열판(21)에 의하여 구성되어 있다. 제1 전열판(21)은 일방 표면(상면)에 홈부(23)가 형성되어 있으며, 타방 표면(하면)은 평탄면으로 되어 있다. 각각의 홈부(23)는, 예를 들면 에칭에 의하여 소정 형상으로 형성되어 있다. 제1 전열판(21)의 일방 표면(상면)에 있어서, 홈부(23) 이외에는 평탄면으로 되어 있으며, 확산 접합에 의한 접합면이 되어 있다.

유로층(30)에 포함되는 유로(FP)는 제1 전열판(21)의 홈부(23)(홈부(23)의 내표면)와 그 제1 전열판(21)의 일방 표면(상면)에 적층된 다른 제1 전열판(21)의 타방 표면(하면)에 의하여 구성된 중공부(中空部)이다.

유로층(30a)의 제1 유로(11)(도 3 참조)와 유로층(30b)의 제2 유로(12)(도 4 참조)는 Z방향에서 본 평면시에 있어서의 형상이 다르다. 그 때문에, 제1 전열판(21)은 제1 유로(11)가 형성된 유로층(30a)을 구성하는 제1 전열판(21a)과 제2 유로(12)가 형성된 유로층(30b)을 구성하는 제1 전열판(21b)을 포함한다. 제1 전열판(21a)과 제1 전열판(21b)은 홈부(23)의 형상이 다르다.

제1 유로

도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 전열판(21a)은 제1 유로(11)를 구성하는 홈부(23)와 제1 유로(11)를 구획하는 벽부(24)를 포함한다. 도 3에서는 편의적으로 벽부(24)에 해칭을 넣고 있다.

제1 유로(11)(홈부(23))는 제1 입구(2a) 및 제1 출구(2b)가 각각 배치되는 한 쌍의 제1 측단면(81)에 각각 개구되도록 형성되어 있다. 제1 유로(11)는 제1 전열판(21a)의 한 쌍의 제1 측단면(81)에 각각 개구된 유로 입구(11a)와 유로 출구(11b)의 사이에서 직선상으로 뻗는 유로이다. 즉, 제1 유로(11)는 제2 측단면(82)(코어(1)의 장변)을 따라 직선상으로 뻗어 있다.

코어(1)의 각 제1 측단면(81) 측에는 한 쌍의 헤더부(5)가 접합되어 있다. 한 쌍의 헤더부(5)는 각각 적층된 제1 전열판(21a)의 유로 입구(11a) 또는 유로 출구(11b)를 덮도록 마련되어 있다. 일방의 헤더부(5)에는 제1 입구(2a)가 마련되고, 타방의 헤더부(5)에는 제1 출구(2b)가 마련되어 있다. 이에 따라, 제1 입구(2a)로부터 유입되는 고온 유체(HF)가 헤더부(5)를 통하여 각각의 제1 전열판(21a)의 유로 입구(11a)에 유입되고, 제1 유로(11)를 X1방향으로 통과하며, 유로 출구(11b)로부터 유출되어 헤더부(5)를 통하여 제1 출구(2b)로부터 배출된다. 또한, 도 3에 있어서, 제2 입구(3a) 및 제2 출구(3b)의 도시를 생략하고 있다.

제1 유로(11)(홈부(23))는 유로 폭방향으로 복수 나열되어 마련되어 있다. 도 3의 예에서는, 편의적으로 8개의 제1 유로(11)가 유로 폭방향으로 등간격으로 나열되어 있는 예를 나타낸다. 제1 유로(11)(홈부(23))의 개수, 유로폭, 유로(FP)의 피치는 특별히 한정되지 않는다.

제2 유로

도 4에 나타내는 바와 같이, 제1 전열판(21b)은 제2 유로(12)를 구성하는 홈부(23)와 제2 유로(12)를 구획하는 벽부(24)를 포함한다.

제2 유로(12)(홈부(23))는 제2 입구(3a) 및 제2 출구(3b)가 각각 배치되는 한 쌍의 제2 측단면(82)에 각각 개구된 유로 입구(12a)와 유로 출구(12b)의 사이를 접속하는 절곡된 유로이다. 제2 유로(12)의 유로 입구(12a)는 일방의 제2 측단면(82)에 있어서, 제1 유로(11)의 유로 입구(11a)가 배치된 일방 측(X2방향 측)의 단부(端部)에 마련되어 있다. 제2 유로(12)의 유로 출구(12b)는 타방의 제2 측단면(82)에 있어서, 제1 유로(11)의 유로 출구(11b)가 배치된 타방 측(X1방향 측)의 단부에 마련되어 있다.

제2 유로(12)는 제1 전열판(21b)의 일방의 제2 측단면(82)에 개구된 유로 입구(12a)로부터 Y방향으로 뻗은 후 굴곡되어 제2 측단면(82)을 따른 X방향으로 뻗음과 함께, X1방향 단부까지 뻗은 후 굴곡되어 타방의 제2 측단면(82)에 개구된 유로 출구(12b)까지 Y방향으로 뻗어 있다.

코어(1)의 각 제2 측단면(82) 측에는 한 쌍의 헤더부(5)가 접합되어 있다. 한 쌍의 헤더부(5)는 각각 적층된 제1 전열판(21b)의 유로 입구(12a) 또는 유로 출구(12b)를 덮도록 마련되어 있다. 일방의 헤더부(5)에는 제2 입구(3a)가 마련되고, 타방의 헤더부(5)에는 제2 출구(3b)가 마련되어 있다. 이에 따라, 제2 입구(3a)로부터 유입되는 저온 유체(LF)가 헤더부(5)를 통하여 각각의 제1 전열판(21b)의 유로 입구(12a)에 유입되고 제2 유로(12)를 통과하며, 유로 출구(12b)로부터 유출되어 헤더부(5)를 통하여 제2 출구(3b)로부터 배출된다. 또한, 도 4에 있어서, 제1 입구(2a) 및 제1 출구(2b)의 도시를 생략하고 있다.

제2 유로(12)(홈부(23))는 유로 폭방향으로 복수 나열되어 마련되어 있다. 도 4의 예에서는, 편의적으로 8개의 제2 유로(12)가 유로 폭방향으로 등간격으로 나열되어 있는 예를 나타낸다. 제2 유로(12)(홈부(23))의 개수, 유로폭, 유로(FP)의 피치는 특별히 한정되지 않는다. 제1 유로(11)와 제2 유로(12)는, 예를 들면 동일한 개수로 마련된다. 제1 유로(11)와 제2 유로(12)는, 예를 들면 유로폭이 동일하고, 동일한 피치로 마련된다.

제1 유로와 제2 유로의 위치 관계

도 2에 나타낸 바와 같이, 유로 블록(40) 내에서 제1 유로(11)를 포함하는 유로층(30a)과 제2 유로(12)를 포함하는 유로층(30b)은 적층 방향(Z방향)으로 번갈아 배치되어 있다. 유로층(30a)의 개개의 제1 유로(11)와 유로층(30b)의 개개의 제2 유로(12)는 적층 방향(Z방향)으로 나열되도록 배치되어 있다. 즉, 각 제1 전열판(21a 및 21b)에 있어서의 홈부(23)의 형성 위치가 적어도 도 3 및 도 4에 나타낸 영역 A1에 있어서 대략적으로 일치하고 있다. 제1 유로(11)를 흐르는 고온 유체(HF)와 제2 유로(12)를 흐르는 저온 유체(LF)가 유로 간의 (최소)간격 t2의 벽부(24)를 통하여 열교환을 행한다.

격벽층

격벽층(50)에는 유로가 형성되어 있지 않다. 즉, 격벽층(50)을 구성하는 제2 전열판(22)에는 유로를 형성하기 위한 홈부(23)가 형성되어 있지 않다. 도 2의 예에서는, 제2 전열판(22)은 일방 표면(상면) 및 타방 표면(하면)의 양방이 평탄면으로 되어 있다. 도 5에서는, 제2 전열판(22)의 평면 형상을 나타내고 있으며, 홈부가 형성되어 있지 않은 중실부(51)에 해칭을 넣고 있다. 제2 전열판(22)은 일방 표면(상면) 및 타방 표면(하면)의 전체면에서 확산 접합에 의한 접합이 가능하다. 또한, 격벽층(50)은 유로 이외의 중공 영역을 포함하고 있어도 된다. 격벽층(50)은, 예를 들면 위치 맞춤의 기준, 지그와의 계합용 등을 위하여 형성되는 홈, 오목부, 관통 구멍 등을 갖고 있어도 된다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 격벽층(50)은 코어(1) 내에 있어서 유로 블록(40) 간을 구획하도록 마련된다. 즉, 코어(1) 내의 유로 블록(40)은 격벽층(50)을 사이에 두고 적층 방향의 일방 측(상측)과 타방 측(하측)에 각각 마련된다. 격벽층(50)은 적층 방향에 있어서, 일방의 유로 블록(40)의 최외부(최하부)에 위치하는 유로층(30)부터 타방의 유로 블록(40)의 최외부(최상부)에 위치하는 유로층(30)까지의 범위에 걸쳐 형성된 층이다.

제1 실시 형태에서는, 적층 방향에 있어서의 격벽층(50)의 두께 t3이 적층 방향으로 나열되는 유로(FP) 간의 간격 t2보다 크다. 적층 방향으로 나열되는 유로(FP) 간의 간격 t2는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 유로(FP)의 최저면(홈부(23)의 내주면)과 그 유로(FP)에 대하여 Z방향으로 인접하는 다른 유로(FP)의 상면(제1 전열판(21)의 일방 표면)의 간격이다. 즉, 유로 블록(40) 내에서는 Z방향으로 나열되는 제1 유로(11)와 제2 유로(12)의 사이가 간격 t2와 동일한 두께의 벽부(24)에 의하여 칸막이되어 있다. 격벽층(50)은 제1 유로(11)와 제2 유로(12)의 사이를 칸막이하는 간격 t2분의 벽부(24)보다 큰 두께 t3으로 유로 블록(40)끼리를 구획하고 있다.

구체적으로는, 격벽층(50)은 1매 또는 적층된 복수 매의 제2 전열판(22)에 의하여 구성될 수 있다. 그 때문에, 격벽층(50)은 Z방향에 있어서 제2 전열판(22)의 적층수에 따른 두께 t3을 갖는다. 도 2에 나타내는 예에서는, 격벽층(50)은 적층된 복수의 제2 전열판(22)에 의하여 구성되어 있다. 도 2의 예에서는, 격벽층(50)이 2매의 제2 전열판(22)에 의하여 구성되어 있다. 보다 정확하게는, 격벽층(50)의 두께 t3은 2매의 제2 전열판(22)의 두께 t와 유로 블록(40)의 최외부의 유로층(30)을 구성하는 제1 전열판(21)의 하면부터 유로(FP)까지의 간격 t2의 합계{(2×t)+t2}에 상당한다. 이 때문에, 제1 실시 형태에서는, 적층 방향에 있어서의 격벽층(50)의 두께 t3이 유로 블록(40)을 구성하는 유로층(30)의 피치 PC보다 크다.

또한, 격벽층(50)은 주로 중실부(51)에 의하여 구성되어 있다. 구체적으로는, 유로(FP)와 직교하는 단면에 있어서, 격벽층(50)에 있어서의 중실부(51)의 비율은 유로층(30)에 있어서의 중실부(벽부(24))의 비율보다 크다. 여기서, 비율은 유로(FP)와 직교하는 단면에 있어서의 면적의 비율이다. 즉, 간단하게 말하면, 중실부의 비율은 {전열판(HP)의 중실부의 단면적/(전열판(HP)의 중실부의 단면적+중공부의 합계 단면적)}으로 나타난다. 유로층(30)에서는 중공부인 유로(FP)를 포함하는 분만큼 격벽층(50)보다 중공부의 합계 단면적이 커지기 때문에, 중실부(벽부(24))의 비율이 격벽층(50)보다 작다.

또한, 격벽층(50)은 유로(FP)와 직교하는 단면 중 유로층(30)을 따른 방향에 있어서, 유로층(30)에 있어서의 유로(FP)가 형성된 범위 RE의 일단부터 타단까지에 걸쳐 연속된 중실부(51)를 포함한다. 도 2 내지 도 4의 예에서는, 각 유로층(30)에 8개의 유로(FP)가 형성되어 있으므로, 유로(FP)가 형성된 범위 RE는 8개의 유로(FP) 중에서 일단 측의 유로(FP)와 타단 측의 유로(FP)의 최외부 간의 거리에 상당한다. 격벽층(50)은 일단 측의 유로(FP)와 타단 측의 유로(FP)의 최외부 간의 범위 RE에 걸쳐 연속되는 중실부(51)를 포함하고 있다. 도 2, 도 5 및 도 6의 구성예에서는 격벽층(50)(제2 전열판(22))에는 홈 등의 중공부가 형성되어 있지 않기 때문에, 중실부(51)는 유로(FP)가 형성된 범위 RE를 포함한 코어(1)의 일단부터 타단까지의 전체 범위에 걸쳐 연속되어 있다.

또한, 제1 실시 형태에서는, 유로 블록(40)의 최외부에는 유로층(30a) 및 유로층(30b) 중 동일한 유로층(30)이 배치된다. 즉, 격벽층(50)에 대하여 상면 측에 배치되는 유로 블록(40)의 하단의 유로층(30)과 격벽층(50)에 대하여 하면 측에 배치되는 유로 블록(40)의 상단의 유로층(30)이 제1 유로(11) 또는 제2 유로(12) 중에서 동일한 유로가 형성된 유로층(30)에 의하여 구성되어 있다.

도 2의 예에서는, 유로 블록(40)의 최외부에는 제1 유로(11) 및 제2 유로(12) 중 열교환에 의한 온도 변화가 작은 쪽의 유로를 포함하는 유로층(30)이 배치되어 있다. 일예로서, 고온 유체(HF)(부동액)의 입구 온도는 사용 환경의 온도와 대략 동일하고, 예를 들면 약 20℃이다. 저온 유체(LF)(액화 수소)의 입구 온도는, 예를 들면 약 -253℃이다. 열교환에 의하여, 고온 유체(HF)(부동액)의 출구 온도는 약 -40℃이며, 저온 유체(LF)(액화 수소)의 출구 온도는 -40℃ 근방이 된다. 그 때문에, 온도 변화는 고온 유체(HF)를 유통시키는 제1 유로(11)의 쪽이 작고, 제1 실시 형태에서는, 유로 블록(40)의 최외부에는 제1 유로(11)를 포함하는 유로층(30a)이 마련된다. 즉, 유로 블록(40)에서는, 유로층(30a)(최외층), 유로층(30b), 유로층(30a), …, 유로층(30b), 유로층(30a)(최외층)이라는 순서로 유로층(30)이 나열되어 있다. 이 때문에, 격벽층(50)에 대하여 일방 표면(상면) 측과 타방 표면(하면) 측에는 각각 제1 유로(11)를 포함하는 유로층(30a)이 배치되어 있다.

또한, 각 유로층(30)을 구성하는 제1 전열판(21a 및 21b)과 격벽층(50)을 구성하는 제2 전열판(22)은, 동일 재료에 의하여 구성되어 있다. 그리고, 이들 제1 전열판(21a 및 21b)과 제2 전열판(22)은 직접 접촉한 상태로 확산 접합에 의하여 일체화되어 있다. 이 때문에, 유로 블록(40)을 구성하는 각 유로층(30)과 격벽층(50)은 동일 재료에 의하여 구성되며, 접합재를 통하지 않고 확산 접합되어 있다.

격벽층(50)의 수는 구획하는 유로 블록(40)의 수에 따라 정해진다. 도 2에서는, 1개의 격벽층(50)이 각 유로층(30)을 2개의 유로 블록(40)으로 구획하고 있다.

코어의 구체적 구성예

도 1 내지 도 5에서는, 코어(1)의 기본적인 구성을 설명하기 위하여 6층의 유로층(30)을 격벽층(50)에 의하여 3층×2블록으로 적층하여 구성한 코어(1)를 나타냈지만, 코어(1)에 있어서의 전열 면적(유로(FP)의 표면적)을 충분히 확보하기 위하여 유로층(30)의 총수가 많아지는 경우가 있다. 구체적인 구성예로서, 예를 들면 도 6에서는, 합계 21층의 유로층(30)을 구비한 코어(1)의 예를 나타내고 있다. 도 6의 코어(1)에서는, 제1 유로(11)의 유로층(30)(즉, 제1 전열판(21a))이 12층 마련되고, 제2 유로(12)의 유로층(30)(즉, 제1 전열판(21b))이 9층 마련되어 있다.

도 6의 코어(1)에서는, 합계 21층의 유로층(30)을 7층씩 3개의 유로 블록(40)으로 구획하는 예를 나타내고 있다. 그 때문에, 도 6의 코어(1)에서는 3개의 유로 블록(40)의 사이를 각각 구획하도록 2개의 격벽층(50)이 마련되어 있다. 유로 블록(40)은 적층 방향의 높이 H1을 갖는다. 각각의 격벽층(50)은 2매의 제2 전열판(22)에 의하여 구성되어 있다.

코어(1)의 치수의 일례로서, 코어(1)의 장변의 길이 L0(도 1 참조)이 약 500mm, 단변의 폭 W0(도 1 참조)이 약 200mm이다. 전열판(HP)(제1 전열판(21) 및 제2 전열판(22))은 두께 t=2mm를 갖고, 유로층(30)은 두께(유로(FP), 홈부(23)의 높이 치수) t1=1mm를 갖는다. 그 때문에, 적층 방향으로 나열되는 유로(FP) 간의 간격 t2=1mm이며, 유로층(30)의 피치 PC=2mm이다. 격벽층(50)의 두께 t3은 2매의 제2 전열판(22)의 두께 (2×t)+최외부의 제1 전열판(21)의 유로층(30) 이외의 부분의 두께 (t2)가 되기 때문에, 두께 t3=5mm를 갖는다. 도 6의 코어(1)에서는, 코어(1)의 Z방향의 높이가 약 80mm~100mm 정도가 된다. 코어(1)는, 예를 들면 7층×15블록 정도가 될 수 있다. 그 경우, 유로층(30)의 총수는 105층이 되고, 코어(1)의 Z방향의 높이가 약 300mm가 된다.

열교환기의 작용

다음으로, 제1 실시 형태의 열교환기(100)의 작용을 설명한다. 도 6에 나타낸 코어(1)의 구조는 도 7에 나타내는 바와 같이 모식화할 수 있다. 도 7은 유로(FP)와 직교하는 단면에 있어서의 코어(1)의 구조를 모식화한 것이다. 즉, 코어(1)는 복수의 유로 블록(40)과 유로 블록(40)의 사이를 구획하는 격벽층(50)을 적층 방향으로 나열한 구조를 갖는다. 유로 블록(40)은 유로(FP)를 포함한 복수의 유로층(30)에 의하여 구성되어 있기 때문에, 유로(FP)의 집합으로 이루어지는 중공 영역 A2의 주위가 중실의 벽부(24)에 둘러싸인 구조라고 생각한다. 격벽층(50)은 전체가 중실부(51)로서 생각해도 된다.

제1 실시형태와 같이 고온 유체(HF)와 저온 유체(LF)의 열교환에 의하여 저온 유체(LF)의 냉열을 고온 유체(HF) 측으로 회수하는 열교환기(100)에서는, 처음에 고온 유체(HF)인 부동액(브라인)이 코어(1) 내에 공급되고, 그 후에 저온 유체(LF)인 극저온의 액화 수소가 공급된다. 이 때문에, 코어(1)는 중실부도 포함하는 전체가 고온 유체(HF)의 온도 부근에 있는 상태에서 저온 유체(LF)에 의하여 급격하게 냉각되는 것이 된다.

그 때문에, 저온 유체(LF)가 유입되면 각 유로 블록(40)에서는, 온도 저하에 따라 급격하게 수축 변형된다. 즉, 각 유로 블록(40)에서는 유로(FP)를 둘러싸는 중실부(벽부(24))가 중앙의 중공 영역 A2를 향하여 수축하고자 하는 인장(引張) 응력이 발생한다. 한편, 코어(1) 중에서 격벽층(50)의 부분은 중공 구조의 유로 블록(40)과 비교하여 높은 강성을 가져 변형량이 유로 블록(40)과 비교하여 상대적으로 작다. 그 때문에, 격벽층(50)의 상하에서 각각의 유로 블록(40)에 수축 변형이 발생하는 경우에서도 격벽층(50)이 Y방향의 양단 간을 지지하는 지지 구조로서 기능하며, 인장 응력에 저항하여 유로 블록(40)의 수축 변형을 억제한다.

또한, 제1 실시 형태에서는, 각 유로 블록(40)의 최외층이 모두 고온 유체(HF)가 흐르는 제1 유로(11)를 포함한 유로층(30a)에 의하여 구성되어 있기 때문에, 격벽층(50)은 일방의 유로 블록(40)의 제1 유로(11)와 타방의 유로 블록(40)의 제1 유로(11)에 끼워진다. 이 때문에, 유로 블록(40)에 저온 유체(LF)가 유입되어도 격벽층(50)의 일방 측과 타방 측에서는 동일한 고온 유체(HF)가 흐름으로써 큰 온도차가 발생하지 않아, 격벽층(50)에 있어서 수축 변형이 효과적으로 억제된다.

이들의 결과, 제1 실시 형태의 열교환기(100)에서는, 각각의 저온 유체(LF)의 유입에 의하여 코어(1)가 수축 변형되는 경우에서도 격벽층(50)은 코어(1) 내에서 수축 변형이 발생하는 영역을 분단시키도록 작용하고, 각각의 유로 블록(40)의 부분에서 별개로 수축 변형이 발생한다고 간주할 수 있다. 유로 블록(40)에 있어서의 열변형량의 크기는 유로 블록(40)이 포함하는 유로층(30)의 수(Z방향의 높이)에 비례한다. 격벽층(50)이 유로층(30)의 총수(21층)보다 적은 적층수(7층)의 유로 블록(40)으로 구획하기 때문에, 개개의 유로 블록(40)의 열변형량이 억제된다.

여기서, 예를 들면 도 8에 나타내는 비교예로서, 도 6 및 도 7과 동일하게 합계 21층의 유로층(30)이 형성된 코어(501)이며, 격벽층(50)을 마련하지 않는 구성을 생각한다. 이 경우, 코어(501)에는 도 7의 3개의 유로 블록(40)을 합계한 큰 중공 영역 A3이 형성된다. 이 경우에, 저온 유체(LF)의 유입에 의하여 수축 변형이 발생하면 21층분의 높이 H501에 비례한 큰 수축 변형이 발생한다.

한편, 도 7에 나타낸 제1 실시 형태의 코어(1)에서는, 개개의 유로 블록(40)에 있어서, 각각 7층분의 높이 H1에 비례한 수축 변형이 발생할 뿐이며, 유로 간에 발생하는 열응력이 억제된다.

도 9는 유로층(30)의 총수(적층수)에 따라 발생하는 평균 응력의 변화를 구조 해석에 의하여 산출한 그래프이다. 그래프의 세로축은 평균 응력의 크기를 나타내고, 그래프의 가로축은 유로층의 적층수를 나타낸다. 평균 응력은 하나의 유로층(30)에 있어서 인접하는 유로(FP)끼리의 사이의 벽부(24)에 있어서의 응력의 평균값이다.

도 9로부터 알 수 있는 바와 같이, 유로층의 적층수가 커질수록 평균 응력은 커진다. 평균 응력은 적층수가 증대함에 따라 증가량이 감소하고, 포화하는 경향이 있다. 도 9에서는, 적층수가 7층, 13층, 19층, 25층, 50층에 대하여 평균 응력을 산출하고 있지만, 도 8에 나타낸 21층의 코어(501)(비교예)의 평균 응력은 19층과 25층의 사이의 값이 된다(파선부 참조). 한편, 도 6 및 도 7에 나타낸 제1 실시 형태의 코어(1)에서는, 합계 21층의 유로층(30)이 격벽층(50)에 의하여 7층×3블록으로 구획된 결과, 평균 응력은 7층만의 코어와 동등한 값까지 저감되는 것을 알 수 있다.

이와 같이, 제1 실시 형태의 코어(1)에서는 격벽층(50)에 의하여 구획된 각 유로 블록(40)이 독립적으로 열변형을 발생한다고 간주할 수 있는 경우, 유로 블록(40)에 포함되는 유로층(30)의 적층수에 따라 유로 블록(40) 내부의 벽부(24)에 있어서의 응력의 크기가 정해진다. 그 때문에, 유로 블록(40)에 포함되는 유로층(30)의 적층수는, 예를 들면 설계 사양에 있어서 설정되는 허용값 VA를 하회하는 평균 응력이 되는 범위 내에서 최대의 값으로 결정되고, 격벽층(50)의 수는 결정된 유로층(30)의 적층수와 코어(1)에 마련하는 유로층(30)의 총수에 따라 결정된다.

열교환기의 제조 방법

다음으로, 도 10을 참조하여 제1 실시 형태의 열교환기(100)의 제조 방법을 설명한다.

스텝 S1에 있어서, 홈부(23)를 갖는 제1 전열판(21)이 형성된다. 홈부(23)가 형성되어 있지 않은 소정 치수의 전열판(HP)이 복수 준비되고, 전열판(HP)에 대하여, 예를 들면 에칭 등에 의하여 유로 형상에 맞춰 홈부(23)가 형성된다. 이로써, 도 3 및 도 4에 나타낸 제1 전열판(21a) 및 제1 전열판(21b)이 각각 소정 매수 형성된다. 도 6의 예의 경우, 12매의 제1 전열판(21a)과 9매의 제1 전열판(21b)이 형성된다.

또한, 일부의 전열판(HP)은 홈부(23)가 형성되지 않고, 그대로 제2 전열판(22)이 된다. 도 6의 예에서는, 1층의 격벽층(50)이 2매의 제2 전열판(22)에 의하여 구성되기 때문에, 합계 4매의 제2 전열판(22)이 준비된다. 이 외에, 코어(1)의 최외부에 마련되는 사이드 플레이트(4)가 한 쌍 준비된다. 사이드 플레이트(4)에 대해서도 동일한 전열판(HP)을 소정 매수 적층함으로써 구성될 수 있다.

스텝 S2에 있어서, 각각의 제1 전열판(21)과 제2 전열판(22)이 적층된다. 예를 들면 도 6에 나타낸 순서로 적층 방향 하측으로부터, 사이드 플레이트(4), 유로 블록(40)을 구성하는 제1 전열판(21a 및 21b), 격벽층(50)을 구성하는 제2 전열판(22), 유로 블록(40)을 구성하는 제1 전열판(21a 및 21b), 격벽층(50)을 구성하는 제2 전열판(22), 유로 블록(40)을 구성하는 제1 전열판(21a 및 21b), 사이드 플레이트(4)와 같이 각 부재가 적층된다.

스텝 S3에 있어서, 스텝 S2에서 형성된 각 부재의 적층체에 대하여 확산 접합이 행해진다. 확산 접합은 진공 또는 불활성 가스 중 등의 분위기 중에서 적층체를 가열함과 함께, 적층체를 적층 방향으로 가압(압축)함으로써 행해진다. 이에 따라, 각 부재의 접합면에 발생하는 원자의 확산에 의하여, 각 부재가 일체화되어 접합된다. 이 결과, 복수의 유로 블록(40)이 격벽층(50)에 의하여 구획된 코어(1)가 형성된다.

제1 실시 형태에서는, 격벽층(50)이 제2 전열판(22)에 의하여 코어(1)의 일부로서 구성되고, 확산 접합에 의하여 다른 유로층(30)과 일괄하여 동일 공정에서 일체화된다. 그 때문에, 예를 들면 1개의 유로 블록(40)을 포함하는 코어를 3개 형성하고, 코어와 코어의 사이에 격벽층(50)에 상당하는 부재를 접합하는 경우와 비교하여 공정수가 저감된다. 또한, 확산 접합에 의하여 격벽층(50)과 각 유로 블록(40)이 강고하게 접합(일체화)된다.

도 10에서는 생략하지만, 코어(1)가 형성되면 도 1에 나타낸 헤더부(5)가 코어(1)의 단부면에 각각 접합되고, 코어(1)의 단부면으로부터 노출되는 제1 유로(11) 및 제2 유로(12)의 개구가 각각 덮인다. 헤더부(5)는, 예를 들면 용접에 의하여 코어(1)에 접합된다. 이에 따라, 각 유로 블록(40)에 포함되는 제1 유로(11)가 각각 한 쌍의 헤더부(5)를 통하여 제1 입구(2a) 및 제1 출구(2b)와 접속한다. 각 유로 블록(40)에 포함되는 제2 유로(12)가 각각 한 쌍의 헤더부(5)를 통하여 제2 입구(3a) 및 제2 출구(3b)와 접속한다.

이상에 의하여, 제1 실시 형태의 열교환기(100)가 제조된다.

제1 실시 형태의 효과

제1 실시 형태에서는, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.

제1 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이, 복수의 유로층(30)을 각각 포함하여 구성된 복수의 유로 블록(40)의 사이를 구획하도록 격벽층(50)을 배치하므로, 전열 면적을 확보하기 위하여 전열판(HP)의 적층수를 많게 하여 유로층(30)의 총수를 많게 한 경우이더라도 그들 유로층(30)을 격벽층(50)에 의하여 보다 적층수가 적은 복수의 유로 블록(40)으로 구분할 수 있다. 그리고, 격벽층(50)이 적층 방향으로 나열되는 유로(FP) 간의 간격 t2보다 큰 두께 t3을 가지므로, 격벽층(50)에서는 단순하게 유로층(30)을 적층했을 뿐인 경우보다 높은 강성을 확보할 수 있다. 그 때문에, 격벽층(50)에서는 유체의 온도차에 기인하는 열변형(열팽창 또는 열수축)을 유로층(30)보다 작게 할 수 있다. 이 결과, 코어(1) 전체에서 보면, 유로 블록(40)의 사이의 격벽층(50)이 유로 블록(40)의 변형을 억제하는 지지 구조로서 기능하여 적층 방향으로 나열되는 복수의 유로 블록(40)의 각각이 열변형을 발생해도 열변형의 영향이 근처의 유로 블록(40)에 미치는 것을 억제할 수 있다. 열변형의 크기는 변형되는 부분의 길이에 비례하기 때문에, 격벽층(50)에 의하여 유로층(30)의 총수보다 적은 적층수로 구획된 개개의 유로 블록(40)에서는 열변형량을 저감시킬 수 있고, 그 분만큼 열응력을 저감시킬 수 있다. 이상의 결과, 전열판(HP)의 적층수를 많게 한 경우에도 큰 온도차를 갖는 유체 간의 열교환에 따라 발생하는 열응력을 저감시킬 수 있다.

또한, 유로(FP)와 직교하는 단면에 있어서, 격벽층(50)에 있어서의 중실부(51)의 비율이 유로층(30)에 있어서의 중실부(벽부(24))의 비율보다 크므로, 유로 블록(40)을 구성하는 개개의 유로층(30)보다 격벽층(50)의 강성을 용이하게 높게 할 수 있다. 그 결과, 유로 블록(40) 간의 열변형을 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 격벽층(50)이 유로(FP)와 직교하는 단면 중 유로층(30)을 따른 방향에 있어서, 유로층(30)에 있어서의 유로(FP)가 형성된 범위의 일단부터 타단까지의 범위에 걸쳐 연속된 중실부(51)를 포함하므로, 격벽층(50)의 중실부(51)에 의하여 유로 블록(40)의 사이의 격벽층(50)의 영역에 있어서, 유로(FP)가 형성된 범위의 일단부터 타단까지를 지지하는 지지 구조를 형성할 수 있다. 예를 들면, 유로 블록(40) 내의 유로(FP)에 극저온의 유체가 유통하여 유로 블록(40)이 수축 변형되는 경우에, 격벽층(50)에서는 중실부(51)에 의하여 유로층(30)을 따른 방향의 수축 변형에 대항하여 지지할 수 있다. 이에 따라, 유로 블록(40)의 열변형량을 저감시켜 열응력을 효과적으로 저감시킬 수 있다.

또한, 유로층(30)이 확산 접합에 의하여 유로(FP)를 구성하는 홈부(23)가 형성된 전열판(HP)으로 이루어지는 제1 전열판(21)에 의하여 구성되고, 격벽층(50)이 홈부(23)가 형성되지 않은 전열판(HP)으로 이루어지는 제2 전열판(22)에 의하여 구성되므로, 유로층(30)과 격벽층(50)을 공통 사양의 전열판(HP)(판 부재)으로 형성할 수 있다. 이 때문에, 제1 전열판(21)과 제2 전열판(22)을 각각 별개의 사양의 전열판(HP)(판 부재)으로 형성하는 경우와 비교하여 코어(1)를 구성하는 부품 종별의 수를 저감시킬 수 있으므로, 코어(1)에 격벽층(50)을 마련하는 경우에서도 용이하게 열교환기(100)를 제조할 수 있다.

또한, 격벽층(50)이 적층된 복수의 제2 전열판(22)에 의하여 구성되어 있으므로, 제1 전열판(21)과 제2 전열판(22)을 각각 공통 사양의 전열판(HP)(판 부재)으로 형성하는 경우에서도 제2 전열판(22)을 적층함으로써 격벽층(50)의 두께 t3을 확보할 수 있다. 또한, 제2 전열판(22)의 적층수에 의하여 격벽층(50)의 두께 t3을 용이하게 조절할 수 있다.

또한, 적층 방향에 있어서의 격벽층(50)의 두께 t3이 유로 블록(40)을 구성하는 유로층(30)의 피치 PC보다 크기 때문에, 격벽층(50)의 강성을 확보할 수 있어 유로 블록(40)의 열변형(열팽창 또는 열수축) 및 열변형에 기인하는 열응력을 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 유로 블록(40)을 구성하는 각 유로층(30)과 격벽층(50)이 동일 재료에 의하여 구성되며, 접합재를 통하지 않고 확산 접합되어 있으므로, 동일 재료에 의하여 구성된 유로층(30)과 격벽층(50)의 사이에서 선팽창 계수가 일치하여 접합 부분에 있어서의 열변형량의 차에 기인하는 응력의 발생을 저감시킬 수 있다. 또한, 확산 접합에서는 접합면의 재료끼리가 원자 레벨에서 일체화되므로, 유로층(30)과 격벽층(50)이 땜납 등의 접합재를 통하여 접합하는 경우와 비교하여 보다 강고하게 접합할 수 있다. 그 결과, 열변형에 기인하여 접합 부분에 피로 파괴 등이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 가령 땜납 등의 접합재에 의하여 유로 블록(40)을 구성하는 각층(유로층(30), 격벽층(50))을 접합한 경우, 코어(1)의 측면에 헤더부(5)를 용접할 때의 열의 영향에 의하여 각층 간의 땜납 접합부에 결함이 발생하여 유로 블록(40) 간에 유체(고온 유체(HF), 저온 유체(LF))의 누출이 발생하기 쉬워진다. 이에 대하여, 본 실시 형태의 상술한 구성에 의하면, 유로 블록(40)을 구성하는 각층이 보다 강고하게 접합되므로, 헤더부(5)의 용접 시에 열의 영향이 있었다고 해도 결함이 발생하기 어려워 유로 블록(40) 간에서의 유체의 누출을 억제할 수 있다.

제2 실시 형태

다음으로, 도 11을 참조하여 제2 실시 형태에 대하여 설명한다. 이러한 제2 실시 형태에서는, 홈부(23)가 형성되지 않은 전열판(HP)으로 이루어지는 제2 전열판(22)에 의하여 격벽층(50)을 구성한 상기 제1 실시 형태와는 달리 홈부(23)가 형성된 제3 전열판(25)에 의하여 격벽층(50)을 구성한 예에 대하여 설명한다. 또한, 제2 실시 형태에 있어서, 상술한 제1 실시 형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용함과 함께 설명을 생략한다.

도 11에 나타내는 바와 같이, 제2 실시 형태의 열교환기(200)의 코어(101)에서는, 유로층(30)은 확산 접합에 의하여 유로(FP)를 구성하는 홈부(23)가 형성된 제1 전열판(21) 및 홈부(23)가 형성되며 제1 전열판(21)보다 큰 두께를 갖는 제3 전열판(25)에 의하여 구성되고, 격벽층(50)은 제3 전열판(25) 중 홈부(23) 이외의 부분에 의하여 구성되어 있다. 또한, 도 11에서는, 편의적으로 코어(101)를 구성하는 각 전열판(HP)의 경계면을 실선으로 나타내고 있다.

유로층(30)을 구성하는 제1 전열판(21)의 구성은 상술한 제1 실시 형태와 동일하다. 제1 전열판(21)은 제1 유로(11)가 형성된 유로층(30a)을 구성하는 제1 전열판(21a)과 제2 유로(12)가 형성된 유로층(30b)을 구성하는 제1 전열판(21b)을 포함한다. 제2 실시 형태에서는, 제1 전열판(21)의 두께를 t4(t4=t1+t2)로 한다.

격벽층(50)을 구성하는 제3 전열판(25)은 상술한 제1 실시 형태의 제2 전열판(22)과는 달리 격벽층(50)을 구성함과 함께, 유로 블록(40)에 포함되는 최외부(최하부)의 유로층(30)을 구성한다.

제3 전열판(25)은 일방 표면(상면)에 홈부(23)가 형성되어 있으며, 타방 표면(하면)은 평탄면으로 되어 있다. 제3 전열판(25)은 제1 유로(11) 또는 제2 유로(12)를 구성하는 홈부(23)와 유로를 구획하는 벽부(24)를 포함한다.

유로 블록(40)의 최외부에 제1 유로(11)를 포함하는 유로층(30a)이 배치되는 경우, 제3 전열판(25)에는 제1 유로(11)를 구성하는 홈부(23)가 형성된다. 유로 블록(40)의 최외부에 제2 유로(12)를 포함하는 유로층(30b)이 배치되는 경우, 제3 전열판(25)에는 제2 유로(12)를 구성하는 홈부(23)가 형성된다.

제3 전열판(25)의 두께 t5는 제1 전열판(21)의 두께 t4보다 크다. 제3 전열판(25)의 두께 t5는 유로층(30)의 두께 t1과 격벽층(50)의 두께 t3의 합계에 상당한다. 격벽층(50)은 적층 방향으로 나열되는 유로(FP) 간의 간격 t2보다 큰 두께 t3을 갖는다. 격벽층(50)의 두께 t3은 유로 블록(40)을 구성하는 유로층(30)의 피치 PC보다 크다. 제3 전열판(25) 중에서 두께 t3의 부분은 중실부(51)에 의하여 구성되어 있다.

제2 실시 형태에서는, 제1 전열판(21)을 형성하기 위한 두께 t4의 전열판(HP)과 제3 전열판(25)을 형성하기 위한 두께 t5의 전열판(HP)이 별개로 준비된다. 각각의 전열판(HP)에 대하여, 에칭 등에 의하여 유로 형상에 맞춘 홈부(23)가 형성된다. 그리고, 도 11에 나타낸 바와 같이 소정의 순서로 각각의 제1 전열판(21)과 제3 전열판(25)이 적층되고, 형성된 적층체에 대하여 확산 접합이 행해진다. 이에 따라, 제1 전열판(21)과 제3 전열판(25)이 일체화되어, 복수의 유로 블록(40)이 격벽층(50)에 의하여 구획된 코어(101)가 형성된다.

제2 실시 형태의 그 외의 구성은 상술한 제1 실시 형태와 동일하다.

제2 실시 형태의 효과

제2 실시 형태에서도, 상술한 제1 실시 형태와 동일하게 복수의 유로층(30)을 각각 포함하여 구성된 복수의 유로 블록(40)의 사이를 구획하도록 격벽층(50)을 배치하고, 격벽층(50)이 적층 방향으로 나열되는 유로(FP) 간의 간격 t2보다 큰 두께 t3을 가지므로, 전열판(HP)의 적층수를 많게 한 경우에도 큰 온도차를 갖는 유체 간의 열교환에 따라 발생하는 열응력을 저감시킬 수 있다.

또한, 제2 실시 형태에서는, 유로층(30)을 제1 전열판(21) 및 제3 전열판(25)에 의하여 구성하고, 격벽층(50)을 제3 전열판(25) 중 홈부(23) 이외의 부분에 의하여 구성하였으므로, 제3 전열판(25)에 의하여 유로 블록(40)을 구성하는 유로층(30) 중 적층 방향의 최외부에 배치되는 유로층(30)과 그 유로층(30)에 인접하는 격벽층(50)을 일괄하여 구성할 수 있다.

제2 실시 형태의 그 외의 효과는 상술한 제1 실시 형태와 동일하다.

변형예

또한, 개시된 본 발명의 실시 형태는 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 할 것이다. 본 발명의 범위는, 상술한 실시 형태의 설명이 아닌 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경(변형예)이 더 포함된다.

예를 들면, 상술한 제1 및 제2 실시 형태에서는, 고온 유체(HF)가 입구 온도에서 환경 온도(약 20℃)와 대략 동일하고, 저온 유체(LF)가 입구 온도에서 약 -253℃의 극저온인 예를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지는 않는다. 예를 들면, 고온 유체(HF)가 극고온이며, 저온 유체(LF)가 환경 온도 부근이어도 되고, 고온 유체(HF)가 극고온이며, 저온 유체(LF)가 극저온이어도 된다. 본 발명은 유체 간의 온도차에 기인하는 열응력을 저감시키는 것이 가능하므로, 유체 간의 온도차가 큰 경우에 특히 유효하다.

또한, 상술한 제1 및 제2 실시 형태에서는, 제1 유로(11)를 포함하는 유로층(30a)과 제2 유로(12)를 포함하는 유로층(30b)을 번갈아 적층한 예를 나타냈지만, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 본 발명에서는, 유로층(30a)과 유로층(30b)을 반드시 번갈아 적층하지 않아도 된다. 예를 들면, Z방향을 따라 유로층(30a), 유로층(30b), 유로층(30a), 유로층(30a), 유로층(30b)…이 되도록, 1층의 유로층(30b)에 대하여 2층(복수 층)의 유로층(30a)을 적층시켜도 된다. 반대로, 2층(복수 층)의 유로층(30b)에 대하여 1층의 유로층(30a)을 적층시켜도 된다.

또한, 상술한 제1 및 제2 실시 형태에서는, 고온 유체(HF)를 유통시키는 유로층(30a)과 저온 유체(LF)를 유통시키는 유로층(30b)을 코어(1)에 마련한 예를 나타냈지만, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 본 발명에서는, 3종류 이상의 유체를 유통시키도록 3종류 이상의 유로층(30)을 마련해도 된다.

또한, 도 3 및 도 4에 있어서, 유로(FP)(제1 유로(11), 제2 유로(12))의 평면 형상의 예를 나타냈지만, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 본 발명에서는, 유로(FP)(제1 유로(11), 제2 유로(12))의 평면 형상은 도시한 형상에 한정되지 않고, 임의적이다.

일예로서, 유로(FP)(제1 유로(11), 제2 유로(12))가 도 3 및 도 4와 같이 전열판(HP)의 대략 전체 범위에 마련되어 있는 경우에 한정되지 않고, 유로(FP)(제1 유로(11), 제2 유로(12))가 전열판(HP)의 일부만(예를 들면 편측(片側) 절반분만)의 범위에 마련되어 있어도 된다.

또한, 상술한 제1 및 제2 실시 형태에서는, 두께 t3을 갖는 격벽층(50)의 전체가 중실부(51)에 의하여 구성되는 예를 나타냈지만, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 도 12에 나타내는 변형예와 같이, 격벽층(50)이 중공부를 포함하고 있어도 된다. 도 12에 나타내는 코어(201)에서는, 격벽층(50)이 제2 전열판(122)에 의하여 구성되어 있다. 그리고, 제2 전열판(122)의 일방 표면에 홈부(123)가 형성되어 있다. 각 전열판이 확산 접합된 결과, 격벽층(50)에 홈부(123)에 의하여 구성된 중공부가 형성되어 있다. 홈부(123)는, 예를 들면 위치 맞춤용의 홈 등이다. 도 12에 있어서도, 격벽층(50)은 유로(FP)가 형성된 범위 RE의 일단부터 타단까지에 걸쳐 연속된 중실부(51)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 실시 형태에서는, 격벽층(50)이 유로(FP)가 형성된 범위 RE의 일단부터 타단까지에 걸쳐 연속된 중실부(51)를 포함하는 예를 나타냈지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 중실부(51)가 범위 RE의 일단부터 타단에 걸쳐 연속되어 있지 않아도 된다.

또한, 상술한 제1 및 제2 실시 형태에서는, 유로(FP)와 직교하는 단면에 있어서, 격벽층(50)에 있어서의 중실부(51)의 비율이 유로층(30)에 있어서의 중실부(벽부(24))의 비율보다 큰 예를 나타냈지만, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 본 발명에서는, 격벽층(50)과 유로층(30)에서 중실부의 비율이 동일해도 된다.

또한, 상술한 제1 및 제2 실시 형태에서는, 유로층(30)을 제1 전열판(21)에 의하여 구성하고, 격벽층(50)을 제2 전열판(22)(및 최외부의 제1 전열판(21)의 일부)에 의하여 구성한 예를 나타냈지만, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 본 발명에서는, 격벽층(50)을 제2 전열판(22) 대신에 제1 전열판(21)에 의하여 구성해도 된다. 이 경우, 코어(1)의 유로 블록(40) 및 격벽층(50)의 양방을 모두 제1 전열판(21)에 의하여 구성할 수 있다. 이 경우에, 격벽층(50)에 있어서 홈부(23)에 의하여 형성되는 중공부는 입구 및 출구를 막아 고온 유체(HF)나 저온 유체(LF)가 유입되지 않도록 하면 된다.

또한, 상술한 제1 실시 형태에서는, 적층된 복수(2매)의 제2 전열판(22)에 의하여 격벽층(50)을 구성한 예를 나타냈지만, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 본 발명에서는, 1매 또는 3매 이상의 제2 전열판(22)에 의하여 격벽층(50)을 구성해도 된다.

또한, 상술한 제1 및 제2 실시 형태에서는, 격벽층(50)의 두께 t3이 유로 블록(40)을 구성하는 유로층(30)의 피치 PC보다 큰 예를 나타냈지만, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 격벽층(50)의 두께 t3은 유로층(30)의 피치 PC 이하여도 된다.

또한, 상술한 제1 및 제2 실시 형태에서는, 유로 블록(40) 내에 포함되는 유로층(30(30a, 30b))이 적층 방향으로 소정의 피치 PC로 배열되어 있는 예를 나타냈지만, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 각 유로층(30)의 피치 PC는 일정하지 않아도 된다. 예를 들면, 제1 전열판(21a)과 제1 전열판(21b)에서 두께 t가 달라도 되고, 그 경우에 유로층(30)의 피치 PC는 일정하게 되지 않는다. 동일하게, 유로 간의 (최소)간격 t2의 크기도 일정하지 않아도 된다. 즉, 두께가 다른 복수 종류의 전열판(HP)을 이용하는 경우나, 홈부(23)의 깊이 t1이 다른 복수 종류의 전열판(HP)을 이용하는 경우 등에서는 간격 t2의 크기는 일정하게 되지 않는다.

또한, 상술한 제1 실시 형태에서는, 제1 유로(11)에 대한 제1 입구(2a) 및 제1 출구(2b)와 제2 유로(12)에 대한 제2 입구(3a) 및 제2 출구(3b)를 각각 입구 측과 출구 측의 쌍(페어)으로 마련한 예를 나타냈지만, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 각 유로에 대한 유체의 입구 및 출구는 일대일의 페어로 마련하지 않아도 된다. 예를 들면, 입구(2a 또는 3a)가 하나이며, 출구(2b 또는 3b)가 복수여도 되고, 입구(2a 또는 3a)가 복수이며, 출구(2b 또는 3b)가 하나여도 된다. 입구(2a 또는 3a) 및 출구(2b 또는 3b)가 모두 복수여도 되며, 그 경우에 입구의 개수와 출구의 개수는 동일해도 되고 달라도 된다. 또한, 입구 또는 출구가 형성되는 헤더부(5)에 대해서도 동일하며, 입구 측의 헤더부(5)와 출구 측의 헤더부(5)가 다른 수로 마련되어 있어도 된다. 입구 측 및 출구 측의 헤더부(5)의 수는 각각 하나여도 되고 복수여도 된다.

또한, 상술한 제1 실시 형태에서는, 각 유로층(30)과 격벽층(50)이 동일 재료에 의하여 구성된 예를 나타냈지만, 각 유로층(30)과 격벽층(50)은 확산 접합 가능하면 이종(異種) 재료에 의하여 구성되어 있어도 된다. 상술한 바와 같이, 전열판(HP)은 스테인리스강재 외에, 알루미늄계 금속, 구리계 금속 등의 스테인리스강재 이외의 금속 재료에 의하여 형성되어도 된다. 또한, 스테인리스강재에서도, 예를 들면 제1 전열판(21)이 SUS316이며, 제2 전열판(22)이 SUS304로 구성되는 등과 같이 함유 성분(조성)이 다른 복수 종류의 스테인리스강재가 이용되어도 된다. 각 유로층(30)을 구성하는 제1 전열판(21a)과 제1 전열판(21b)에 대해서도 동일하며, 서로 다른 종류의 재료, 또는 동일 재료로 분류되지만 함유 성분(조성)이 다른 재료에 의하여 구성되어 있어도 된다.

1, 101, 201: 코어
11: 제1 유로(유로)
12: 제2 유로(유로)
21(21a, 21b): 제1 전열판
22, 122: 제2 전열판
23, 123: 홈부
25: 제3 전열판
30(30a, 30b): 유로층
40: 유로 블록
50: 격벽층
51: 중실부
100, 200: 열교환기
FP: 유로
HF: 고온 유체
HP: 전열판
LF: 저온 유체
RE: 유로가 형성된 범위
t2: 유로 간의 간격
t3: 격벽층의 두께

Claims (8)

1. 복수의 전열판이 적층되어 확산 접합된 코어를 구비하고,
   상기 코어는 유로가 형성된 복수의 유로층을 각각 포함하여 구성된 복수의 유로 블록과 복수의 상기 유로 블록의 사이를 구획하도록 배치된 격벽층을 포함하며,
   적층 방향에 있어서의 상기 격벽층의 두께가 적층 방향으로 나열되는 상기 유로 간의 간격보다 큰 것을 특징으로 하는 확산 접합형 열교환기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 유로와 직교하는 단면에 있어서, 상기 격벽층에 있어서의 중실부의 비율은 상기 유로층에 있어서의 중실부의 비율보다 큰 것을 특징으로 하는 확산 접합형 열교환기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 격벽층은 상기 유로와 직교하는 단면 중 상기 유로층을 따른 방향에 있어서, 상기 유로층에 있어서의 상기 유로가 형성된 범위의 일단부터 타단까지에 걸쳐 연속된 중실부를 포함하는 것을 특징으로 하는 확산 접합형 열교환기.
4. 제1항에 있어서,
   상기 유로층은 확산 접합에 의하여 상기 유로를 구성하는 홈부가 형성된 상기 전열판으로 이루어지는 제1 전열판에 의하여 구성되고,
   상기 격벽층은 상기 홈부가 형성되지 않은 상기 전열판으로 이루어지는 제2 전열판에 의하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 확산 접합형 열교환기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 격벽층은 적층된 복수의 상기 제2 전열판에 의하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 확산 접합형 열교환기.
6. 제1항에 있어서,
   상기 유로층은 확산 접합에 의하여 상기 유로를 구성하는 홈부가 형성된 제1 전열판 및 상기 홈부가 형성되며 상기 제1 전열판보다 큰 두께를 갖는 제3 전열판에 의하여 구성되고,
   상기 격벽층은 상기 제3 전열판 중 상기 홈부 이외의 부분에 의하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 확산 접합형 열교환기.
7. 제1항에 있어서,
   적층 방향에 있어서의 상기 격벽층의 두께가 상기 유로 블록을 구성하는 상기 유로층의 피치보다 큰 것을 특징으로 하는 확산 접합형 열교환기.
8. 제1항에 있어서,
   상기 유로 블록을 구성하는 각 상기 유로층과 상기 격벽층이 동일 재료에 의하여 구성되며, 접합재를 통하지 않고 확산 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 확산 접합형 열교환기.

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