KR20230115929A - 열교환기 유닛 및 유체가 열교환기를 수동적으로 바이패스하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배기가스 시스템용 열교환기 유닛에 관한 것이다. 열교환기 유닛은 유체 유동이 열교환기 유닛에 들어가는 입구;와 유체 유동이 열교환기 유닛에서 나오는 출구;를 포함한다. 열교환기 유닛은 열교환기를 포함하고, 열교환기는 열교환기를 통과하는 열교환기 도관과 열교환기를 바이패스하는 적어도 하나의 바이패스 도관을 갖고, 적어도 하나의 바이패스 도관은 바이패스 도관을 따라 길이방향으로 배치된 복수의 채널을 갖는 바이패스 코어를 포함한다.

Description

열교환기 유닛 및 유체가 열교환기를 수동적으로 바이패스하는 방법{HEAT EXCHANGER UNIT AND METHOD FOR FLUID TO PASSIVELY BYPASSING A HEAT EXCHANGER}

본 발명은 배기가스 시스템용 열교환기 유닛 및 유체가 열교환기를 수동적으로 바이패스하는 방법에 관한 것이다.

열교환기에서, 가스유동의 일부는 종종 여러 이유로 열교환기를 바이패스하도록 되어 있다. 바이패스를 통과하는 유동량은 예를 들어 밸브나 유동 조절기를 통해서 능동적으로 조절될 수 있다. 움직이는 부품은 바이패스 도관 내에서 이용할 수 없기 때문에 수동적인 바이패스가 바람직할 수 있다. 그러나, 수동적인 바이패스는 일반적으로 특정 온도와 유동에서 유동의 바람직한 부분을 바이패스하도록 구성되어 있어서, 수동적인 바이패스는 종종 적합하지 않다.

따라서, 높은 온도 및/또는 유동범위에서 이용가능한 수동 바이패스를 갖는 열교환기 유닛이 필요하다.

본 발명에 따르면, 배기가스 시스템용 열교환기 유닛이 제공된다. 열교환기 유닛은 유체 유동이 열교환기 유닛에 들어가는 입구와 유체 유동이 열교환기 유닛에서 나오는 출구를 포함한다. 열교환기 유닛은 열교환기를 더 포함하고, 열교환기는 열교환기를 통과하는 열교환기 도관과 열교환기를 바이패스하는 적어도 하나의 바이패스 도관을 갖는다. 적어도 하나의 바이패스 도관은 바이패스 도관을 따라 길이방향으로 배치된 복수의 채널을 갖는 바이패스 코어를 포함한다.

바람직하게, 복수의 채널은 바이패스 코어 내에 서로 평행하게 배열되어 있다. '평행'은 정확하게 평행하는 것이거나, 거의 평행하는 것, 예를 들어 정확하게 평행하는 방향에서 약 20퍼센트정도 편향되는 것일 수 있다.

바이패스 도관에 복수의 채널을 제공함으로써, 바이패스 도관 내의 압력강하가 열교환기 내의 압력강하에 맞추어질 수 있다. 바이패스 코어의 디자인에 의해, 바이패스되는 열교환기의 특성에 바이패스의 물리적 특성을 간단하게 맞출 수 있다. 대안으로, 또는 부가적으로, 바이패스를 유량에 맞추어 열교환기를 바이패스시킬 수 있고, 따라서 예를 들어 특정 온도의 배출 유동의 원하는 혼합으로 맞출 수 있다. 예를 들어, 채널의 수, 채널의 크기 또는 예를 들어 바이패스 코어의 직경을 변경시킴으로써, 열교환기 유닛을 특정 유체 유동과 작동온도의 범위로 디자인하고 맞출 수 있다.

바이패스 도관은 수동적인 도관으로 구성될 수 있고, 따라서 밸브나 유동제어기와 같이 바이패스 도관을 통과하는 유체 유동을 제어하는 능동적이거나 움직이는 부품을 포함하지 않고, 그럼에도 불구하고 넓은 유동 범위 및 온도 범위로 일정한 또는 거의 일정한 특성을 갖는다는 것이 발견되었다. 수동적인 바이패스는 튼튼하고 비용면에서 효율적이고 유지관리비용도 낮은 장점을 더 갖는다.

열교환기 애플리케이션에서, 유동의 일부는 열교환기를 바이패스할 것이다. 이것은 예를 들어, 전체적인 압력강하를 감소시키거나, 열교환기에서 처리되는 유동량을 감소시키거나, 비용이나 공간적인 제약 때문에 더 적은 열교환기를 사용하기 위해, 이루어질 수 있다.

따라서, 열교환기는 열교환기를 통과하는 상이한 유체 유동에 의해 잘 작동하도록 마련될 수 있고, 아니면 특정 유동 범위에서만 작동하도록 마련될 수도 있다. 그러나, 열교환기에서, 유동 저항은 일반적으로 유속의 제곱에 비례하여 증가하지만, 유동저항은 보통 바이패스 내에서 속도에 비례하여 증가한다. 따라서, 유동이 바이패스에 대한 특정 디자인 값보다 높으면, 바이패스 내의 유동저항은 열교환기 내의 유동저항 만큼 빠르게 올라가지 않을 것이다. 따라서, 유동이 바이패스 및 열교환기 조립체의 특정 디자인 값보다 더 높을 때 자동으로 더 많은 유동이 바이패스 도관을 통과하게 될 것이다. 이로써, 유동이 더 높은 속도로 바이패스 도관을 통과하게 될 것이다. 이것은 열교환기를 통과하는 유동과 바이패스를 통과하는 유동 사이의 유동율이 정해진 값을 가져야하는 경우 또는 일정하게 유지되어야 하는 경우에는 바람직하지 않다. 이러한 정해진 유동율은, 예를 들어 열교환기 유닛의 배출 유동이 특정 값으로 설정되어야 하거나 적어도 특정 범위 내에 있어야 하는 경우에 특히 바람직할 것이다. 이것은 바로, 열교환기 유닛을 떠난 후의 배출 유동이 특정온도, 바람직하게는 일정한 온도가 필요한 다른 장치, 예를 들어 연료전지의 유입 유동으로 사용되는 경우라면, 바로 그 경우이다. 연료전지는 최적화된 작동범위를 갖는데, 이 작동범위는 유입 유체의 온도에 상당히 의존한다.

바이패스 도관의 특정 구조는 또한 열교환기 내의 전체적인 압력강하를 감소시키도록 디자인될 수 있다는 것을 알 수 있다.

본 발명에 따른 열교환기의 바람직한 실시예에서, 바이패스 코어는 100 내지 800개의 채널을, 바람직하게는 200 내지 600 개의 채널, 예를 들어 250 내지 450 개의 채널을 포함한다. 이러한 범위의 다수 채널은 열교환기 유닛을 디자인하는데 매우 적합하여 거의 일정한 바이패스 특성을 가지고 넓은 유동과 온도 범위에서 작동할 수 있는 것으로 발견되었다.

바람직하게, 열교환기 유닛은 바이패스 도관 집합체(array)를 포함하고, 집합체의 바이패스 도관들은 각각 복수의 채널을 갖는 바이패스 코어를 포함한다. 바이패스 유동을 몇몇의 바이패스 도관을 통과하는 몇몇의 바이패스 유동으로 분리하는 것은, 열교환기를 통과한 제1 유동과 바이패스 유동을 다운스트림 혼합하는데 특히 바람직하다. 배출 유체 유동의 온도를 보다 빠르고 일정하게 달성할 수 있다.

바이패스 도관 집합체 내의 바이패스 도관은 사용자의 필요에 따라 배열될 수 있다. 바람직하게, 바이패스 도관 중 적어도 일부는 열교환기의 높이를 따라 배열되어 있다. 이로써, 바이패스 유체 유동은 열교환기의 높이에 걸쳐 분포될 수 있고, 제1 유동과 제2 유동의 혼합을 도울 수 있다. 일부 실시예에서, 모든 바이패스 도관이 열교환기의 높이를 따라 배열되어 있다.

바이패스 도관 집합체는 예를 들어 2 내지 14 개의 바이패스 도관, 바람직하게는 3 내지 10 개의 바이패스 도관, 예를 들어 3, 4 또는 6개의 바이패스 도관을 포함한다. 바이패스 도관 집합체의 바이패스 도관들은 바람직하게 간격을 두고 서로 옆에 배열되어 있고, 예를 들어 서로 평행하게 그리고 서로의 위에 배열되어 있다. 바람직하게, 바이패스 도관은 서로 동일한 간격으로 배열되어 있다. 바람직하게, 바이패스 도관은 열교환기 유닛 내에 균일하게 배열되어 있다.

바이패스 코어 내의 복수의 채널은 여러가지 수단으로 실현될 수 있다. 이 채널들은 예를 들어 복수의 튜브, 물질 블록 내의 복수의 관통-보어에 의해 또는 접히거나 포개진 주름진 시트재에 의해 실현될 수 있다.

바람직하게, 바이패스 코어는 주름진 시트재로, 더 바람직하게는 주름진 강철로, 가장 바람직하게는 주름진 스테인리스 강으로 형성된다.

바람직하게, 복수의 채널은 롤링된 주름진 시트재로 형성된다.

바람직하게, 복수의 채널은 바이패스 코어 내에서 서로 옆에 배열된 주름진 플레이트들로 형성된다. 플레이트들은 서로 용접되어 안정적인 바이패스 코어를 형성할 수 있다.

바람직하게, 바이패스 코어는 실린더 형상을 갖거나, 직사각형 박스의 형상을 갖는다.

바이패스 코어는 열교환기 애플리케이션에 적합한 모든 물질로 이루어질 수 있다. 바람직하게, 바이패스 코어는 강철, 바람직하게는 스테인리스 강을 포함하거나 이로 이루어져 있다.

바이패스 코어는 예를 들어 시트나 복수의 시트 또는 복수의 플레이트로 이루어질 수 있다. 시트의 길이 또는 바이패스 코어 내에서 사용되는 다수의 플레이트의 수는 바이패스 코어 내에서 필요한 채널의 크기와 양에 따라 달라질 수 있다. 바이패스 코어는 예를 들어 10 내지 100 개의 플레이트, 더 바람직하게는 20 내지 70 개의 플레이트, 가장 바람직하게는 30 내지 50 개의 플레이트를 포함할 수 있다.

바이패스 코어는 원형, 타원형 또는 직사각형 단면을 갖는 하우징을 포함할 수 있고, 하우징은 개방된 유입 단부와 개방된 배출 단부를 갖는다. 채널을 형성하는 물질이 하우징에 제공되고, 채널은 개방된 유입 단부로부터 개방된 출구 단부쪽으로 배열된다. 바람직하게, 바이패스 코어 하우징은 열교환기 유닛 하우징 내부에 용접되고, 바람직하게는 가스기밀 방식으로 용접된다. 이를 통해, 바이패스 유동이 바이패스 도관 내의 바이패스 코어를 통과하는 것을 보장할 수 있다.

열교환기 유닛은 하나 이상의 열교환기 코어를 포함할 수 있다. 열교환기 코어는 예를 들어 종래의 열교환기 플레이트의 스택일 수 있다. 열교환기 유닛은, 예를 들어 두개, 세개 또는 네개 포함한다. 바람직하게, 하나 이상의 바이패스 도관이, 이웃하는 열교환기 코어 사이에 배치되어 있다.

다수의 열교환기 코어와 바이패스 도관을 제공함으로써, 열교환기 유닛의 작동과 성능을 개선할 수 있다.

본 발명의 열교환기 유닛에서, 바이패스 유동율의 변화는 총 유동의 20 퍼센트 밑으로 유지되는 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 총 유동의 10 퍼센트 밑으로 또는 심지어 총 유동의 5 퍼센트 밑으로 유지되고, 총 유동율은 200 퍼센트 보다 많게, 바람직하게는 300 퍼센트보다 많게, 또는 심지어 400 퍼센트까지 달라진다. 예를 들어, 바이패스 유동율의 변화는, 0.008kg/s 내지 0.8kg/s의 총 유동율로, 특히 0.008kg/s 내지 0.04kg/s의 낮은 총 유동율로, 이러한 낮은 값으로 유지될 수 있다.

상이한 바이패스 유동율의 변화를 달성하기 위해, 바이패스 코어 내의 총 채널 수, 또는 모든 바이패스 코어의 전체 채널의 수를 다르게 해서 맞출 수 있다. 복수의 채널의 채널 개수는, 각 바이패스 코어에 대하여 길이가 10cm이고 단면이 40　cm²인 바이패스 코어 각각에서, 예를 들어 200 채널 내지 600 채널 사이에서 달라질 수 있다.

배출 유동의 온도가 미리정해진 온도를 가져야하는 경우 그리고 소정의 온도 범위 내에 있어야 하는 경우에, 특히 낮은 바이패스 유동 변화가 필요하다. 예를 들어, 예를 들어 연료 전지에 대한 유입 가스로서 섭씨 400도의 배출 가스 온도가 요구된다. 만약, 예를 들어 열교환기를 바이패스하는 배기시스템이 제공하는 고온의 가스가, 약 섭씨 900도의 온도를 갖고, 열교환기를 통과한 고온의 가스가 약 섭씨 200도로 냉각된 경우에는, 두 개의 유동의 비율이 배출 유동의 온도를 정의하고, 따라서 두 유동의 혼합물의 온도를 정의한다. 따라서, 유출 유동의 온도가 정해진 온도로 유지되어야 하는 경우에는, 바이패스 유동율이 안정적으로 유지되어야만 한다.

본 발명에 따르면, 또한, 유체 유동이 수동적으로 열교환기를 바이패스하는 방법을 제공한다. 본 방법은, 유입 유체 유동을 제1 유동 부분과 제2 유동 부분으로 분리하는 단계, 제1 유동 부분이 열교환기를 통과하게 하는 단계, 제2 유동 부분이 바이패스 도관을 경유하여 열교환기를 바이패스 하게 하는 단계, 및 제1 유동 부분이 열교환기를 통과한 후 그리고 제2 유동 부분이 열교환기를 바이패스한 후, 제1 유동 부분과 제2 유동 부분을 혼합하여 유출 유체 유동이 되게 하는 단계를 포함한다. 이 방법에서, 제2 유동 부분이 바이패스 도관 내에 배열된 복수의 채널을 통과하여, 바이패스 도관 내의 제2 유동 부분의 압력 강하가 열교환기 내의 제1 유동 부분의 압력 강하에 맞추어진다.

본 방법은, 제2 유동 부분을 복수의 개별적인 제2 서브-유동으로 분할하고, 복수의 제2 서브-유동이 상기 열교환기를 바이패스하도록 하고, 제1 유동 부분이 열교환기를 통과한 후 제2 서브-유동과 상기 제1 유동 부분을 혼합하는 것을 포함한다.

바람직하게, 제2 서브-유동은 열교환기를 바이패스할 때 각각 복수의 채널을 통과하고, 바람직하게는 바이패스 도관 내에 평행하게 배열된 복수의 채널을 통과한다.

본 방법의 장점과 추가적인 특징은 열교환기 유닛과 관련하여 설명하였고 반복하지 않겠다.

유입 유체 유동, 특히 유입 가스 유동은, 예를 들어 섭씨 400도 내지 섭씨 1000도 사이의 온도를 가질 수 있다. 바람직하게, 유입 가스 유동은 섭씨 400도 보다 높은 온도, 더 바람직하게는 섭씨 600도 보다 높은 온도를 갖는다.

바람직하게, 본 발명의 방법에서, 배출 유체 유동의 온도는 미리 정해진 온도에서 10퍼센트 더하거나 뺀 온도로 유지되고, 유입 유체 유동의 온도는 섭씨 400도 보다 높고, 제2 유동 부분은 유입 유체 유동의 40 퍼센트 내지 85 퍼센트이다. 이는 바람직하게 초당 0.008　킬로그램 내지 초당 0.8　킬로그램 사이의 유동율 범위에서 달성된다.

열교환기를 바이패스하는 제2 유동 부분은 예를 들어 제1 유동 부분의 30 퍼센트 내지 95 퍼센트 사이에, 바람직하게는 50 퍼센트 내지 90 퍼센트 사이에, 또는 60 퍼센트 내지 85 퍼센트 사이에 있을 수 있고, 예를 들어 제1 유동 부분의 65 퍼센트일 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 방법과 열교환기 유닛에서, 열교환기를 바이패스하는 제2 유동 부분은 온도와 유동율의 넓은 작동 범위에 대하여 바람직하게 10 퍼센트 아래의 변화로, 바람직하게는 5 퍼센트 변화로 일정하게 유지된다. 특히, 바이패스 도관의 이러한 일정한 작동 조건은 섭씨 400도 내지 섭씨 1000도 사이의 유체 온도에서, 바람직하게는 섭씨 500도 내지 섭씨 800도 사이의 유체 온도에서 달성된다.

유체 유동의 온도, 특히 열교환기의 입구에서의 가스 온도는, 바람직하게 섭씨 400도와 섭씨 1000도 사이이고, 더 바람직하게는 섭씨 500도 내지 섭씨 800도 사이이다.

일반적인 유동율은 0.008　kg/s 내지 0.8　kg/s이고, 더 바람직하게는 0.03　kg/s 내지 0.6　kg/s이고, 예를 들어 0.04　kg/s 내지 0.5　kg/s이다.

본 발명에 다른 열교환기는 특히 유체 유동이 배기가스인 본 발명에 따른 열교환기 시스템과 방법에서 사용된다. 배기가스는 예를 들어 디젤 엔진, 파워플랜트 또는 연료전지 시스템의 배기가스일 수 있다. 열교환기를 통과하고 바이패스하는 유체 유동은 또한, 예를 들어 메탄, 수소 또는 다른 가스유형일 수 있다. 본 발명은 아래의 도면이 나타내는 실시예와 관련하여 더 구체적으로 설명하도록 한다:

도 1은 열교환기 유닛을 나타낸다;
도 2와 도 3은 부분적으로 분해된 열교환기 유닛의 도면을 나타낸다;
도 4는 도 1 내지 도 3의 열교환기 유닛에서의 전방면이다;
도 5는 바이패스 유닛을 개략적으로 나타낸다;
도 6 및 도 7은 바이패스 유닛 내 바이패스 도관에서의 사시도 및 정면도이다;
도 8 및 도 9는 바이패스 유닛 내 바이패스 도관의 또 다른 실시예에서의 사시도 및 정면도이다;
도 10은 바이패스 코어를 나타낸다;
도 11은 바이패스 코어의 또 다른 실시예를 나타낸다;
도 12는 종래의 바이패스(점선)와 본 발명에 따른 바이패스(실선)의 차이를 나타내는 그래프이다.

도면에서 동일하거나 유사한 요소에 대해 동일한 도면부호를 사용한다.

도 1 및 도 2는 메인 하우징(10) 내의 열 교환기 유닛(1)을 나타낸다. 열교환기 유닛은 고온의 유체, 예를 들어 연소엔진의 배기가스가 열교환기 유닛에 들어가도록 하는 입구(12)를 포함한다. 또한, 열교환기 유닛(1)에서 처리된 유체, 예를 들어 냉각되는 고온 가스를 위한 출구(13)도 포함한다. 출구(13)를 통해서, 배출되는 유체는 다른 장치, 예를 들어 연료전지에 유입되도록 열교환기 유닛(1)을 떠날 수 있다.

도 2에서는, 메인 하우징(10)의 전방벽(11)이 제거되어 있다. 이로써 3개의 평행하게 배열된 열교환기 코어(2), 예를 들어 열교환기 스택과, 하류에 배열된 혼합챔버(14)에 대한 도면을 볼 수 있다. 혼합챔버(14)에서, 3개의 열교환기 코어(2)를 지난 유체흐름과 3개의 열교환기 코어(2)를 우회한 유체흐름이 혼합되며, 이러한 혼합은 혼합된 유체흐름이 출구(13)를 경유하여 열교환기 유닛(1)을 떠나기 전에 이루어진다.

도 3에서, 주요 하우징(10)의 요소들이 좀 더 제거되었고, 이로써 하우징(10)의 두 측벽(15), 그리고 측벽(15) 사이에 배치된 3개의 열교환기 코어(2)를 살펴볼 수 있다. 2개의 바이패스 도관(3)은 열교환기 코어(2) 사이에 배치되어 있다.

입구(12)를 통해 열교환기 유닛(1)에 들어가는 유입 유체 전체 중에서 유체흐름의 일부, 제1 유체흐름이, 3개의 열교환기 코어(2) 중 어느 하나를 통과하게 된다. 이에 의해, 뜨거운 가스로부터 가열될 차가운 유체로 열이 전달될 수 있다. 열교환기 유닛(1)에 들어가는 유체 흐름의 또 다른 부분은 열교환기 코어(2)를 우회하게 된다. 이러한 제2 유체 흐름은 바이패스 도관(3)을 통해 열교환기 코어(2)들 사이에 이르게 된다.

도 3의 도면에서 볼 수 있듯이, 그리고 도 4와 도 5에서도 볼 수 있듯이, 바이패스 도관(3)은, 복수의 채널을 갖는 바이패스 코어(33)를 포함하는 바이패스 도관 집합체(30)를 통과하기 전후에 열교환기 코어(2)의 높이를 따라 뻗어나가는 주로 개방된 공간이고, 이에 대해서는 아래에서 추가로 설명할 것이다. 바이패스 유체 흐름은 바이패스 코어(33)를 통과하도록 이루어진다.

바이패스 도관(3)의 집합체(30)는 바이패스 하우징(35)에 고정식으로 장착되어 있다. 바이패스 하우징(35)은 미리 제조되어 열교환기 코어 사이에서 열교환기 유닛(1)에 장착된다. 이로써, 바이패스 유닛(1)은 특정 용도에 맞추어질 수 있고 특정 열교환 조건에 맞추어질 수 있다. 따라서, 여러 상이한 애플리케이션 또는 작동 조건에 적합한 열교환기 유닛(1)의 구성을 실현할 수 있다. 또한, 예를 들어 바이패스 유닛을 교환함으로써, 기존의 열교환기 유닛을 상이한 작동 조건으로 변형하는 것도 실현할 수 있다.

도 4 및 도 5의 실시예에서, 바이패스 도관(3)의 집합체(30)는 6개의 원형 튜브를 포함하며, 이 6개의 원형 튜브는 3줄의 수평 열로 배열되어 있고, 각각의 수평 열에는 두 개의 바이패스 도관이 있다. 집합체(30)에 있는 바이패스 도관의 열은 열교환기 스택(2)의 높이를 따라 일정하게 배열되어 있다.

도 6 및 도 7의 사시도와 정면도에, 3개의 바이패스 코어(33)를 갖는 바이패스 도관(3)을 포함하는 바이패스 하우징(35)이 도시되어 있다.

실린더 형태의 3개의 바이패스 코어(33)는 직경이 동일하고, 열교환기 코어(2)의 높이를 따라 같은 간격으로 배열되어 있다. 실린더의 길이방향 축들은 서로 평행하고 바이패스 유동의 일반적인 유동방향을 따라 배열되어 있다.

바이패스 코어(33)는 바이패스 도관의 길이를 따라 길이방향으로 배열된 복수의 채널(333)을 포함한다. 바이패스 코어는 롤링(rolled-up)된 주름진 시트재(sheet material)로 형성된 실린더로 구현되어 있다. 시트재의 주름, 예를 들어 주름진 스테인리스 강의 시트는 시트를 롤링할 때 자동으로 채널을 형성하고, 시트재의 외측 와인딩은 시트재의 내측 와인딩와 접촉한다.

도 8 및 도 9의 사시도와 정면도에, 3개의 바이패스 코어(33)를 각각 갖는 바이패스 도관(3)을 포함하는 바이패스 하우징(35)의 또 다른 예가 도시되어 있다. 3개의 바이패스 코어(33)는 직육면체의 형태이고, 동일한 크기를 가지며, 열교환기 코어(2)의 높이를 따라 동일한 간격으로 배열되어 있다. 직육면체의 길이는 그 높이와 폭 보다 더 길다.

직육면체의 길이방향 축들은 서로 평행하게 그리고 바이패스 유체 흐름의 일반적인 유동방향을 따라 배열되어 있다

바이패스 코어(33)는 바이패스 도관의 길이를 따라 길이방향으로 배열된 복수의 채널(333)을 포함한다. 바이패스 코어(33)는 복수의 주름 플레이트, 예를 들어 주름진 스테인리스 강 플레이트로 형성되어 있다. 플레이트는 서로 용접되어 플레이트의 이동을 방지한다. 이웃하는 플레이트의 주름들은 이웃하는 플레이트들이 완전히 꼬이는 것(intertwine)을 방지하도록 서로에 대하여 기울어져 있을 수 있다. 이로써, 복수의 채널이 바이패스 코어(33)의 길이방향으로 뻗어나가지만, 바이패스 도관(2)의 일반적인 유동방향에 정확히 평행하는 것으로부터 몇도 정도 빗나가게 된다.

직사각형 바이패스 코어 내 주름 플레이트의 개수는 바람직하게 30 내지 50 개의 주름 플레이트이다.

도 10은 주름진 강철 재료의 조밀하게 롤링된 시트로 이루어진 실린더 형태의 바이패스 코어(33)를 보여준다. 도면에서 볼 수 있듯이, 길이방향 채널(333)은 롤의 각각의 와인딩 사이의 주름에 의해 형성된다.

도 11에서, 직육면체 형태의 바이패스 코어(33)를 볼 수 있다. 바이패스 코어(33)는 코어 하우징(34)을 포함한다. 주름진 스틸, 바람직하게는 스테인리스 강으로 이루어진 복수의 평행하게 배열된 플레이트(331)는 코어 하우징(34) 내에 배치되어 있다. 채널(333)은 플레이트(331)의 주름에 의해 플레이트(331) 사이에서 형성된다. 플레이트들은 바람직하게 서로 용접되고, 또한 코어 하우징(34)에도 용접된다. 코어 하우징(34)은 또한 강철로 이루어지고 바람직하게는 유체 기밀방식으로 바이패스 하우징(35)에 용접되어 있다. 도 11에 도시된 실시예에서, 유동이 바이패스 코어(33)의 상부로부터 플레이트(331) 내의 채널(333)을 통과하여 바이패스 코어(33)의 바닥부분에서 빠져나간다.

도 12에, 종래의 바이패스의 바이패스 유동율(점선)과 본 발명에 따른 열교환기 유닛 내의 바이패스 유동율(실선)이 도시되어 있다.

도 12의 측정값에 대해, 바이패스 코어는 제곱 인치당 200 채널로 구성되어 있다.

두 바이패스 솔루션은 0.008　kg/s의 유동율에서, 동일한 퍼센트로 약 68퍼센트의 유동이 열교환기를 바이패스하는 것을 알 수 있었다.

그러나, 더 큰 유동에서, 종래의 솔루션의 경우 0.040　kg/s의 유동율에서 약 43퍼센트의 유동만 열교환기를 바이패스한다.

본 발명에 따르면, 여전히 유동의 72퍼센트가 0.040　kg/s의 더 높은 유동율에서도 열교환기를 바이패스한다. 본 발명의 바이패스를 통한 유동율은 0.008　kg/s 내지 0.04　kg/s의 도시된 질량유량 범위에서 단지 약 4퍼센트 정도만 달라진다.

열교환기 유닛 특성에 대한 예들은 다음과 같다:

- 40mm x 100mm x 100mm (폭 x 길이 x 높이) 크기의 바이패스 코어는 300 개의 채널을 포함한다.

- 30 내지 50 개의 플레이트를 포함하는 직사각형 바이패스 코어는 평행하게 배열되어 있다.

- 0.01kg/s 내지 0.04kg/s의 유동 범위에서, 바이패스 유동은 200개의 채널을 갖는 바이패스 코어를 가지고 69 퍼센트 내지 72 퍼센트 사이에 있다; 300개의 채널을 갖는 바이패스 코어를 가지고 59 퍼센트 내지 64 퍼센트 사이에 있다; 400개의 채널을 갖는 바이패스 코어를 가지고 52 퍼센트 내지 58 퍼센트 사이에 있다; 600개의 채널을 갖는 바이패스 코어를 가지고 44 퍼센트 내지 51 퍼센트 사이에 있다.

- 바이패스 채널 내의 압력강하의 변화는 4　mbar 내지 7.2　mbar의 압력 강하 범위에서 0.01　kg/s와 0.04　kg/s의 유동 범위에 대하여 1 mbar 밑에서 유지되고, 바람직하게는 0.5　mbar 밑에서 유지된다.

Claims (15)

1. 배기가스 시스템용 열교환기 유닛으로서,
   유체 유동이 상기 열교환기 유닛에 들어가는 입구;와
   유체 유동이 상기 열교환기 유닛에서 나오는 출구;를 포함하고,
   상기 열교환기 유닛은 열교환기를 포함하고, 상기 열교환기는 상기 열교환기를 통과하는 열교환기 도관과 상기 열교환기를 바이패스하는 적어도 하나의 바이패스 도관을 갖고;
   상기 적어도 하나의 바이패스 도관은 상기 바이패스 도관을 따라 길이방향으로 배치된 복수의 채널을 갖는 바이패스 코어를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기 유닛.
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 채널은 상기 바이패스 코어 내에 서로 평행하게 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기 유닛.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 바이패스 코어는 100 내지 800 개의 채널을, 바람직하게는 200 내지 600 개의 채널, 예를 들어 250 내지 450 개의 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기 유닛.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   바이패스 도관 집합체를 포함하고, 상기 집합체의 상기 바이패스 도관은 각각 복수의 채널을 갖는 바이패스 코어를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기 유닛.
5. 제4항에 있어서,
   상기 바이패스 도관 중 적어도 일부는 상기 열교환기의 높이를 따라 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기 유닛.
6. 제4항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 바이패스 도관 집합체는 2 내지 14 개의 바이패스 도관, 바람직하게는 3 내지 10 개의 바이패스 도관, 예를 들어 3, 4 또는 6개의 바이패스 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기 유닛.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 바이패스 코어 내의 상기 복수의 채널은 주름진 시트재로 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기 유닛.
8. 제7항에 있어서,
   상기 복수의 채널은 롤링된 주름진 시트재 또는 서로 옆에 배열된 주름진 플레이트로 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기 유닛.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 바이패스 코어는 강철을 포함하거나 이로 이루어진, 바람직하게는 스테인리스 강을 포함하거나 이로 이루어진 것을 특징으로 하는 열교환기 유닛.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바이패스 코어는 원형 또는 직사각형 단면을 갖는 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기 유닛.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    열교환기 코어를 하나 보다 많이 예를 들어 두개, 세개 또는 네개 포함하고, 이웃하는 열교환기 코어 사이에 배치된 적어도 하나의 바이패스 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기 유닛.
12. 유체 유동이 수동적으로 열교환기를 바이패스하는 방법으로서,
    유입 유체 유동을 제1 유동 부분과 제2 유동 부분으로 분리하는 단계;
    상기 제1 유동 부분이 열교환기를 통과하게 하는 단계;
    상기 제2 유동 부분이 바이패스 도관을 경유하여 열교환기를 바이패스 하게 하는 단계; 및
    상기 열교환기를 통과한 후의 상기 제1 유동 부분과 상기 열교환기를 바이패스한 후의 상기 제2 유동 부분을 혼합하여 유출 유체 유동이 되게 하는 단계;를 포함하고,
    상기 제2 유동 부분이 상기 바이패스 도관 내에 배열된 복수의 채널을 통과하여, 상기 바이패스 도관 내의 상기 제2 유동 부분의 압력 강하가 상기 열교환기 내의 상기 제1 유동 부분의 압력 강하에 맞추어지는 것을 특징으로 하는 유체 유동이 수동적으로 열교환기를 바이패스하는 방법.
13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 유동 부분을 복수의 제2 서브-유동으로 분할하고;
    복수의 제2 서브-유동이 상기 열교환기를 바이패스하도록 하고,
    상기 제1 유동 부분이 상기 열교환기를 통과한 후 상기 제2 서브-유동과 상기 제1 유동 부분을 혼합하는 것을 특징으로 하는 유체 유동이 수동적으로 열교환기를 바이패스하는 방법.
14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 서브-유동은 각각, 상기 열교환기를 바이패스할 때 복수의 채널을 통과하는 것을 특징으로 하는 유체 유동이 수동적으로 열교환기를 바이패스하는 방법.
15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배출 유체 유동의 온도는 미리 정해진 온도에서 10퍼센트 더하거나 뺀 온도로 유지되고, 유입 유체 유동의 온도는 섭씨 400도 보다 높고, 제2 유동 부분은 상기 유입 유체 유동의 40 퍼센트 내지 85 퍼센트인 것을 특징으로 하는 유체 유동이 수동적으로 열교환기를 바이패스하는 방법.