WO2022010313A1 - 열교환기 - Google Patents

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WO2022010313A1
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hole
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최지훈
신성홍
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger, and more particularly, heat exchange formed so that two different types of fluids and another type of fluid can exchange heat with each other, that is, as a result, three types of fluids can exchange heat with each other. it's about gear.
  • various heat exchangers such as radiators, intercoolers, evaporators, condensers, etc. for cooling each component in the vehicle, such as the engine, or adjusting the air temperature inside the vehicle, as well as parts for driving such as the engine, etc.
  • a heat exchange medium generally circulates therein, and the heat exchange medium inside the heat exchanger and air outside the heat exchanger exchange heat with each other, thereby cooling or dissipating heat.
  • a heat exchanger in which one type of heat exchange medium exchanges heat with external air is sometimes referred to as an air-cooled heat exchanger.
  • heat exchangers through which two types of heat exchange medium are circulated may be integrally formed.
  • coolant for cooling the engine is circulated to the radiator, and oils such as engine oil and transmission oil are circulated to the oil cooler.
  • oils such as engine oil and transmission oil are circulated to the oil cooler.
  • they are each formed as separate devices, but in many cases they are integrally formed, such as for the purpose of increasing the space utilization of the engine room or a water cooling type oil cooler structure for cooling oil using cooling water is introduced.
  • a heat exchanger in which two types of heat exchange media exchange heat with each other may be of a type in which a structure such as a pipe through which another type of heat exchange medium flows is simply inserted into a space through which one type of heat exchange medium flows, or
  • a plate heat exchanger there are various embodiments, such as being formed so that a heat exchange medium of a different type flows through each layer, so that heat exchange occurs at the boundary of each layer.
  • Korean Patent Registration No. 1545648 discloses a heat exchanger technology in which two types of heat exchange media are circulated while exchanging heat with each other.
  • 1 is an exploded perspective view of a conventional two-fluid heat exchanger.
  • the plate heat exchanger consists of two types of plates alternately stacked, and as indicated by 'refrigerant' and 'cooling water' in FIG. have In the example of FIG. 1, both the first and second plates 500a and 500b are depressed to the lower side to form a fluid circulation space.
  • the edge protrudes toward the fluid flow space, that is, upward.
  • the communication holes of the second plate 500b have a structure opposite to this.
  • the first and second plates 500a and 500b are alternately stacked, and as a result, the refrigerant distribution space and the coolant distribution space are alternately stacked. Accordingly, the cooling water and the refrigerant can exchange heat with each other through the plate surface.
  • a heat exchanger formed so that the coolant and the coolant exchange heat with each other to cool the coolant in particular, may be referred to as a chiller.
  • a typical chiller is configured such that one type of coolant and one type of refrigerant exchange heat with each other as in the example of FIG. 1 .
  • An electric vehicle basically has a form in which movement is made by driving a motor using power stored in a battery. At this time, considerable heat is generated from the battery or the motor, and similar to cooling the engine with coolant in an internal combustion engine vehicle, a structure for cooling the battery and motor with coolant has been introduced and used. At this time, since the amount of heat generated by the battery and the motor is different, it is natural that the coolant temperature by cooling the battery and the coolant temperature by cooling the motor are different from each other.
  • the chiller described above is a heat exchanger that cools the coolant by heat-exchanging it with the refrigerant. When the mixtures are mixed and cooled with a single chiller, there are many problems that reduce cooling efficiency, such as not being able to form a low enough temperature to reuse the cooled coolant as coolant for relatively low-temperature components.
  • the simplest method may be a method of separately forming a chiller for a battery and a chiller for a motor.
  • two chillers need to be provided, so space utilization in the engine room is greatly deteriorated, system efficiency decreases due to an increase in vehicle weight, and device complexity and leakage caused by distributing and supplying refrigerant to two chillers A number of problems arise, such as increased risk.
  • a heat exchanger capable of exchanging three types of heat exchange media with one heat exchanger in particular, two types of fluid (even if the medium itself is the same coolant, if the temperature range is different, it can be used as two types, and in the above example, It is urgent to develop a structure of a heat exchanger capable of exchanging heat (corresponding to cooling water and cooling water for motor cooling) with one other type of fluid (corresponding to the refrigerant in the above-described example).
  • Patent Document 1 Korean Patent Registration No. 1545648 (“Plate Heat Exchanger”, 2015.08.12.)
  • an object of the present invention is to form two different types of fluids and another type of fluid to exchange heat with each other, that is, as a result
  • a heat exchanger formed so that three types of fluids can exchange heat with each other More specifically, for example, in an electric vehicle, a heat exchanger formed so as to exchange heat between two types of coolant and one type of refrigerant having different temperature ranges, such as a coolant for battery cooling and a coolant for cooling a motor, as one heat exchanger. is in providing.
  • the heat exchangers 100A and 100B include a first flow part V1 through which a first fluid flows in a plate heat exchanger formed by stacking a plurality of plates. plates 110A and 110B; a second plate (120A) (120B) including a second flow portion (V2) partitioned by a partition wall (125) to one side and the other side in the longitudinal direction to separate the second fluid and the third fluid from each other and flow; Including, the first plates 110A and 110B and the second plates 120A and 120B may be alternately stacked.
  • the barrier rib 125 may have at least one barrier rib hole 125H formed on a surface that is joined to the adjacent first plates 110A and 110B.
  • the heat exchanger 100A has a first inlet hole H1 and a first outlet hole H2 through which a first fluid is introduced and discharged, respectively, and the first inlet hole H1 is formed. and the first discharge holes H2 may be spaced apart from each other in the longitudinal direction and disposed at both ends in the longitudinal direction.
  • heat exchanger 100A protrudes toward the first flow part V1 on the virtual connection line of the first inlet hole H1 and the first outlet hole H2 to control the flow of the first fluid.
  • a fluid distribution structure for dispensing may be formed.
  • the fluid distribution structure may be formed to have a smaller protruding area as it approaches the first inlet hole H1 or the first outlet hole H2. More specifically, the fluid distribution structure may be formed in a shape in which the protruding portion includes a triangle or an arc.
  • the fluid distribution structure may be formed at a position that does not correspond to the partition wall 125 formed on the second plate 120A.
  • the first inlet hole H1 and the first outlet hole H2 may be disposed at a center in the width direction.
  • the heat exchanger 100A includes a second inlet hole (H3) and a second outlet hole (H4) through which the second fluid flows in and out, respectively, and the third fluid flows in and out, respectively.
  • a third inlet hole (H5) and a third outlet hole (H6) are formed, and the second inlet hole (H3) and the second outlet hole (H4) are spaced apart from each other in the width direction and disposed at one end in the longitudinal direction, , the third inlet hole H5 and the third outlet hole H6 may be spaced apart from each other in the width direction and disposed at the other end in the longitudinal direction.
  • the fluid distribution structure is formed in the center of the first plate 110A, and the first inlet hole (H1) or the first outlet hole (H2) is formed in a semi-moon shape with a circular arc and a straight line at the center. It may be a pair of vandal ribs 112A spaced apart from each other to avoid a position corresponding to the partition wall 125 formed on the adjacent second plate 120A.
  • the heat exchanger 100A has a length from one sidewall of the second plate 120A to partition between the second inlet hole H3 and the second outlet hole H4 of the second plate 120A.
  • a second guide wall 121A extending in the direction is provided, and the second plate 120A is provided to partition between the third inlet hole H5 and the third outlet hole H6 of the second plate 120A.
  • the heat exchanger 100A has a second inlet hole H3 and a second outlet hole H4 through which the second fluid flows in and out, respectively, and the third fluid flows in and out, respectively.
  • a third inlet hole (H5) and a third outlet hole (H6) are formed, and the second inlet hole (H3) and the second outlet hole (H4) are spaced apart from each other in the width direction and are deflected from the center in the longitudinal direction to one side.
  • the third inlet hole (H5) and the third outlet hole (H6) are spaced apart from each other in the width direction and may be arranged to be deflected from the center in the longitudinal direction to the other side.
  • the fluid distribution structure is formed adjacent to the first inlet hole H1 or the first outlet hole H2, and the first inlet hole H1 or the first outlet hole H2 is a vertex. and may be a pair of triangular ribs 113A formed in a triangle whose central side is a straight part.
  • the heat exchanger 100A includes a second plate extending in the longitudinal direction from the partition wall 125 to partition between the second inlet hole H3 and the second outlet hole H4 of the second plate 120A.
  • Two guide walls 121A are provided and extend in the longitudinal direction from the partition wall 125 to partition between the third inlet hole H5 and the third outlet hole H6 of the second plate 120A.
  • a third guide wall 122A may be provided.
  • a plurality of beads may be formed on the first plate 110A and the second plate 120A.
  • the bead density formed on the first plate 110A may be lower than the bead density formed on the second plate 110B.
  • the positions of the beads formed on the first plate 110A and the beads formed on the second plate 110B may be shifted from each other.
  • the heat exchanger 100B has a first inlet hole H1 and a first outlet hole H2 through which the first fluid flows in and out, respectively, and the first inlet hole H1 is formed.
  • the first discharge hole (H2) may be formed in any one selected from one side or the other side in the longitudinal direction partitioned by the partition wall (125).
  • the first fluid, the second fluid, and the third fluid may all flow while forming a U-flow.
  • first inlet hole H1 and the first outlet hole H2 are spaced apart from each other in the width direction and disposed at one end in the longitudinal direction, the first plate 110B
  • a first guide wall 111B extending in the longitudinal direction from one sidewall of the first plate 110B to the middle may be provided to partition between the first inlet hole H1 and the first outlet hole H2.
  • the heat exchanger 100B includes a second inlet hole H3 and a second outlet hole H4 through which the second fluid is introduced and discharged, respectively, and a third inlet hole H5 through which the third fluid is introduced and discharged, respectively.
  • a third discharge hole (H6) is formed, the second inlet hole (H3) and the second discharge hole (H4) are spaced apart from each other in the width direction and disposed at the other end in the longitudinal direction, the third inlet hole ( H5) and the third discharge hole H6 are spaced apart from each other in the width direction and disposed in the middle in the length direction, and the second inlet hole H3 and the second discharge hole H4 of the second plate 120B
  • a second guide wall 121B extending in the longitudinal direction from the other side wall of the second plate 120B to the middle is provided to partition the space, and the third inlet hole H5 of the second plate 120B and A third guide wall 122B extending in the longitudinal direction from the partition wall 125 to the middle may be provided to partition between the third discharge holes H6.
  • the heat exchanger (100C) in a plate heat exchanger formed by stacking a plurality of plates, a first plate (110C) including a first flow portion (V1) through which a first fluid flows; a second plate 120C including a second flow portion V2 through which any one selected from the second fluid or the third fluid flows; a diaphragm plate 130 including the second flow part (V2) but blocking the flow in the stacking direction of the second fluid and the third fluid; Including, the first plate (110C) and the second plate (120C) are alternately stacked, one of the stacked second plates (120C) is replaced with the diaphragm plate 130, the diaphragm plate ( 130) It may be formed so that the first and second fluids are circulated on one side and the first and third fluids are circulated on the other side based on the location.
  • the first plate 110C and the second plate 120C have a first inlet hole H1 and a first outlet hole H2 through which the first fluid flows in and out, respectively, the second fluid or the third
  • the first inlet hole H1 and the first outlet hole H2 are spaced apart from each other in the width direction and disposed at one end in the longitudinal direction
  • the second inlet hole H3 and The second discharge holes H4 may be spaced apart from each other in the width direction and disposed at the other end in the longitudinal direction.
  • the heat exchanger 100C is provided in the middle from one side wall of the first plate 110C to partition between the first inlet hole H1 and the first outlet hole H2 of the first plate 110C.
  • a first guide wall 111C extending in the longitudinal direction may be provided.
  • the heat exchanger 100C is disposed in the middle from the other side wall of the second plate 120C to partition between the second inlet hole H3 and the second outlet hole H4 of the second plate 120C.
  • a second guide wall 121C extending in the longitudinal direction may be provided.
  • a diaphragm guide wall 131 extending in the longitudinal direction may be provided.
  • the heat exchangers 100A, 100B, and 100C are provided in electric vehicles or hybrid vehicles, and the first fluid is a refrigerant, and any one of the second fluid and the third fluid is coolant for cooling the battery. and the other one may be cooling water for cooling the motor.
  • two different types of fluids and another type of fluid are formed to exchange heat with each other, that is, as a result, there is an effect that allows three types of fluids to exchange heat with each other by one heat exchanger.
  • two heat exchangers that is, one heat exchanger and two types of heat exchange between one of the two types of fluids and another type of fluid
  • the utility can be maximized by utilizing this structure as a chiller for an electric vehicle.
  • the temperature range of the coolant for cooling the battery and the coolant for cooling the motor are formed differently, so it is difficult to cool the two types of coolant at once in a chiller that cools the coolant with a refrigerant in some cases.
  • the heat exchanger of the present invention is formed so that two different types of fluids and another type of fluid can exchange heat with each other, the heat exchanger of the present invention is very suitable for applying to such a chiller.
  • the cooling water for cooling the battery and the cooling water for cooling the motor are circulated through separate inlets and outlets on one heat exchanger, and can each independently exchange heat with the refrigerant flowing through other separate inlets and outlets.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a conventional two-fluid heat exchanger.
  • FIG. 2 is an assembled perspective view of a heat exchanger 1-1 of the present invention
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of a heat exchanger 1-1 of the present invention.
  • 5 to 7 are detailed views of the first and second plates of the heat exchanger 1-1 of the present invention.
  • FIG. 9 is an assembled perspective view of a heat exchanger 1-2 of the present invention.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view of a heat exchanger 1-2 of the present invention.
  • 11 is a first and second plate of the heat exchanger 1-2 of the present invention.
  • FIG. 15 is an assembly perspective view of a second embodiment of the heat exchanger of the present invention.
  • FIG. 16 is an exploded perspective view of a second embodiment of the heat exchanger of the present invention.
  • 17 is a first and second plate of the second embodiment of the heat exchanger of the present invention.
  • FIG. 18 is an assembled perspective view of a third embodiment of the heat exchanger of the present invention.
  • FIG. 19 is an exploded perspective view of the first and third fluid sides of the third embodiment of the heat exchanger of the present invention.
  • 21 is an exploded perspective view of the diaphragm side of the third embodiment of the heat exchanger of the present invention.
  • Vandal rib 113A Triangular rib
  • first fluid inlet 142 first fluid outlet
  • diaphragm plate 131 diaphragm guide wall
  • first fluid inlet 142 first fluid outlet
  • H3 second inlet hole H4: second outlet hole
  • H5 3rd inlet hole
  • H6 3rd outlet hole
  • the heat exchanger of the present invention is basically a plate-type heat exchanger in which the spaces in which the fluids to be heat exchanged are distributed are alternately stacked in the height direction, similar to the two-fluid heat exchanger as described in FIG. 1 and the prior literature. More specifically, in the conventional two-fluid heat exchanger, the space in which the first fluid flows and the space in which the second fluid flows are alternately stacked in the height direction so that the first fluid and the second fluid exchange heat with each other. . In the heat exchanger of the present invention, the first fluid and the second fluid exchange heat with each other in one device, and the first fluid and the third fluid want to exchange heat with each other.
  • the heat exchanger of the present invention divides the conventional two-fluid heat exchanger in the longitudinal direction or the height direction, so that the second fluid is circulated in the partitioned part as in the prior art, and in the other part instead of the second fluid Allow the third fluid to flow.
  • heat exchange between the first fluid and the second fluid is performed in the partitioned part, and heat exchange between the first fluid and the third fluid is made in the other part, so that three types of fluids can exchange heat at the same time in one heat exchanger. do.
  • the heat exchanger can be very usefully utilized in an electric vehicle or hybrid vehicle in which coolants having different temperature ranges are generated. That is, in the heat exchanger, the first fluid may be a refrigerant, the second fluid may be cooling water, and the third fluid may be coolant having a temperature range different from that of the second fluid. More specifically, the heat exchanger is provided in an electric vehicle or hybrid vehicle, and one of the second fluid and the third fluid may be a coolant for cooling a battery, and the other may be a coolant for cooling a motor.
  • the heat exchanger of the present invention also has a plurality of beads protruding upward or downward on the plate to form turbulence in the flow of the fluid.
  • the heat exchange performance is improved by the formation of turbulence by the beads, and the heat exchange performance can be further improved by making various changes to the bead shape, arrangement shape, batch density, and the like.
  • beads are omitted for the sake of simplification, but the present invention is not limited thereto.
  • the purpose and structure of the bead formation is well known in the field of heat exchanger technology and various prior studies have been conducted.
  • the second and third fluid divisions are formed in the longitudinal direction
  • the second and third fluid divisions are formed in the height direction.
  • the plates included in the heat exchangers 100A, 100B, and 100C of the present invention alternately flow different fluids for each layer, like the plates used in a general plate heat exchanger.
  • the plate including the first flow portion V1 through which the first fluid flows is referred to as the first plate 110A, 110B, 110C, and the second fluid and/or the third fluid
  • the plate including the second flow part V2 through which the is flowed is referred to as second plates 120A, 120B, and 120C. That is, the heat exchangers 100A, 100B, and 100C of the present invention, in all embodiments, alternately the first plates 110A, 110B, 110C and the second plates 120A, 120B, and 120C. It is made in a stacked form.
  • the plates included in the heat exchangers 100A, 100B, and 100C of the present invention all have inlet and outlet holes communicating with each fluid inlet and fluid outlet.
  • inlet holes and outlet holes for all fluids are formed in all plates. That is, 6 holes are formed for each plate.
  • the divisions of the second and third fluids are made in the height direction, only four holes are formed for each plate like a general two-fluid plate heat exchanger.
  • the first plates 110A and 110B and the second plates 120A and 120B have a first inlet hole H1 through which the first fluid is introduced and discharged, respectively. ) and a first discharge hole (H2), a second inlet hole (H3) and a second discharge hole (H4) through which the second fluid is introduced and discharged, respectively, and a third inlet hole (H5) through which the third fluid is introduced and discharged, respectively. ) and a third discharge hole H6 are formed.
  • the second flow part around the first inlet hole H1 and the first outlet hole H2 to block the flow of the second fluid and the third fluid to the first flow part V1.
  • a first junction portion (R1) (R1 ′) protruding in the (V2) direction is formed, and the second inlet hole (H3) and the second inlet hole (H3) and the second inlet hole (H3) are formed to block the flow of the first fluid to the second flow portion (V2).
  • a second junction part R2 (R2') protruding in the direction of the first flow part V1 is formed around the second outlet hole H4, and the third inlet hole H5 and the third outlet hole H6 are formed. ) is formed on the circumference of the third junction portions R3 and R2 ′ protruding in the direction of the first flow portion V1 .
  • the first plate 110C and the second plate 120C have a first inlet/discharge hole H1 (H2) and a second inlet/discharge hole H3 ( H4) is formed.
  • the first and second flow portions V1 and V2, which are spaces in which the fluid flows, are formed inside the upper side by protruding the circumference of the plate toward the upper side.
  • a plurality of the plates are stacked in the height direction, in this case, the adjacent first joint portions R1 and R1′ are joined to each other, and the adjacent second joint portions R2 are joined to each other.
  • the junctions R1 to R3' protrude from the upper plate to the lower side by a portion of the flow space height, and protrude from the lower plate to the upper side by the remaining part of the flow space height, and they are joined to each other. It is shown to be able to form a flow path through which different fluids can alternately flow to different layers.
  • the present invention is not limited thereto, and for example, if the junction protrudes from each plate by the height of the flow space, the junction part and the plate are joined to form a flow path instead of being joined to each other. Since these changes can be appropriately applied as necessary, it is natural that the present invention is not limited to the drawings.
  • the third fluid inlet 145 and the third fluid outlet 146 are The first and second fluid inlets 141 and 143 and the first and second fluid outlets 142 and 144 may be provided on the same surface.
  • the second fluid inlet/outlet 143, 144 pair is spaced apart in the width direction and disposed on one side in the longitudinal direction, and the third fluid inlet/outlet 145, 146 pair is also spaced apart in the width direction.
  • the first fluid inlet 141 is disposed between the second fluid inlet/outlet 143, 144 pair
  • the first fluid outlet 142 is the third fluid inlet/ The outlets 145 and 146 are spaced apart from each other in the longitudinal direction so as to be disposed between the ends.
  • the first, second, and third fluid inlet/outlet 141 to 146 pairs are all spaced apart in the width direction
  • the first, second fluid inlet/outlet 141 to 144 pairs are longitudinally spaced apart. is spaced apart at both ends, and the third fluid inlet/outlet 145, 146 pair is disposed between them, that is, in the middle in the longitudinal direction.
  • the first and second fluid inlets/outlets 141 to 144 pairs are arranged at both ends in the longitudinal direction, spaced apart from each other,
  • the third fluid inlet/outlet 145, 146 pair is positioned at a position corresponding to the second fluid inlet/outlet 143, 144 pair, but is formed on the opposite side.
  • the conventional two-fluid heat exchanger which will be described in more detail later
  • it has the advantage of high compatibility in that it can be changed to a heat exchanger by adding only one component.
  • some of the plurality of second flow parts V2 are partitioned so that the third fluid flows by communicating with the third fluid inlet 145 and the third fluid outlet 146 . It is formed so that heat exchange between the first fluid and the second fluid and heat exchange between the first fluid and the third fluid are simultaneously performed.
  • each embodiment will be described in more detail.
  • FIGS. 2 and 9 are respectively an assembled perspective view of a first embodiment of a heat exchanger of the present invention, wherein the first embodiment is a second embodiment and a third embodiment according to the change of the fluid inlet/outlet position according to the first embodiment 1-1 and the first embodiment 1-2 can be distinguished by example.
  • the second plate 120A in the heat exchanger 100A, is partitioned by a partition wall 125 on one side and the other side in the longitudinal direction, and a second fluid and The third fluid is isolated from each other and flows.
  • one of the second flow parts (V2) selected from one side and the other side forms a second fluid region (M1) through which the second fluid flows, and the second flow part (V2) on the other side is the third A third fluid region M2 through which the fluid flows is formed.
  • the second fluid region M1 is formed on one side and the third fluid region M2 is formed on the other side by way of example.
  • the partitions of the second and third fluids are formed in the longitudinal direction, and the first inlet hole H1 and the first outlet hole H2 are formed by the partition wall 125 ) is an embodiment formed on each of one side and the other side in the longitudinal direction partitioned by.
  • the second inlet/outlet holes H3 and H4 and the third inlet/outlet holes H5 and H6 are formed on both sides with respect to the partition wall 125, and are formed on both sides in the longitudinal direction.
  • Embodiments 1-1 and 1-2 are divided according to whether they are arranged at the end or near the longitudinal center.
  • a part common to both the 1-1 and 1-2 embodiments, that is, the first embodiment as a whole, will be first described as follows.
  • the second and third fluids are partitioned in the longitudinal direction by the partition wall 125 in the second flow portion V2, and the first inflow / Discharge holes H1 and H2 are formed.
  • the first inlet hole H1 and the first outlet hole H2 protrude toward the first flow part V1 on the virtual connection line of the first outlet hole H2.
  • a fluid distribution structure that distributes the flow of 1 fluid is formed.
  • the first flow portion V1 and the second flow portion V2 are arranged to be alternately stacked, while the second flow portion V2 is partitioned in the longitudinal direction by the partition wall 125.
  • the first fluid flows in a straight line in the longitudinal direction, while the second and third fluids flow while forming a U-flow on both sides of the longitudinal direction.
  • the flow speed is slow, and when flowing in the longitudinal direction, the flow speed is increased.
  • the fluid distribution structure is provided for this purpose. As a result, heat exchange performance can be improved by increasing the flow rate of the first fluid that meets the longitudinal direction of the U-flow of the second and third fluids.
  • the first inlet hole H1 and the first outlet hole H2 are spaced apart from each other in the longitudinal direction and disposed at both ends in the longitudinal direction, but disposed at the center in the width direction. Since the fluid distribution structure exists on an extension line from the first inlet hole H1 to the first discharge hole H2, as a result, the fluid distribution structure is disposed at the center in the width direction.
  • FIG. 2 is an assembled perspective view of the heat exchanger 1-1 of the present invention
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the heat exchanger 1-1 of the present invention
  • 4 is a perspective view of the first and second plates of the heat exchanger 1-1 of the present invention separately
  • FIGS. 5 to 7 are the first and second plates of the heat exchanger 1-1 of the present invention. The plate is shown in more detail in top view form.
  • FIG. 9 is an assembled perspective view of the heat exchanger 1-2 of the present invention
  • FIG. 10 is an exploded perspective view of the heat exchanger 1-2 of the present invention
  • 11 is a perspective view of the first and second plates of the second embodiment of the heat exchanger of the present invention in a perspective view
  • FIGS. 12 to 14 are the first and second plates of the first and second embodiments of the heat exchanger of the present invention. The plate is shown in more detail in top view form.
  • the second inlet hole H3 and the second outlet hole H4 are spaced apart from each other in the width direction and in the longitudinal direction. It is disposed at one end, and the third inlet hole H5 and the third outlet hole H6 are spaced apart from each other in the width direction and disposed at the other end in the longitudinal direction. That is, the second pair of inlet/discharge holes H3 and H4 and the third pair of inlet/discharge holes H5 and H6 are disposed at both ends in the longitudinal direction.
  • a guide for forming a U-flow Walls are provided. Specifically, it extends in the longitudinal direction from one side wall of the second plate 120A to the middle to partition between the second inlet hole H3 and the second outlet hole H4 of the second plate 120A.
  • a second guide wall 121A is provided to form a U flow of the second fluid, and to partition between the third inlet hole H5 and the third outlet hole H6 of the second plate 120A.
  • a third guide wall 122A extending in the longitudinal direction from the other side wall of the second plate 120A to the middle is provided to form a U-flow of the third fluid.
  • the second inlet hole H3 and the second outlet hole H4 are spaced apart from each other in the width direction and in the longitudinal direction. It is arranged to be deflected from the center to one side, and the third inlet hole H5 and the third outlet hole H6 are spaced apart from each other in the width direction and deflected from the center in the longitudinal direction to the other side. That is, the second inlet/discharge hole (H3) (H4) pair and the third inlet/outlet hole (H5) (H6) pair are disposed close to the center in the longitudinal direction.
  • the second plate 120A is provided with guide walls as in the 1-1 embodiment.
  • the guide wall positions are also the same as in the 1-1 embodiment.
  • the second guide wall 121A extending in the longitudinal direction from the partition wall 125 to the middle to partition between the second inlet hole H3 and the second outlet hole H4 of the second plate 120A.
  • a third guide wall 122A extending in the longitudinal direction is provided to form a U-flow of the third fluid.
  • the first fluid flows from the first inlet hole H1 to the first outlet hole ( H2) flows in a straight line.
  • the fluid distribution structure is for properly distributing the flow of the first fluid flowing from the first inlet hole H1 to the first outlet hole H2 as described above.
  • the fluid distribution structure is formed so that the protruding area becomes smaller as it approaches the first inlet hole (H1) or the first outlet hole (H2) so that the first fluid can be well distributed and flowed.
  • the fluid distribution structure may be formed in a shape including an arc as shown in FIGS. 5 to 7 of the 1-1 embodiment, and in FIGS. 12 to 14 of the 1-2 embodiment. It may be formed in a triangle as shown.
  • the partition wall 125 is a structure formed on the second plate 120A to protrude toward the second flow part V2, and the first flow part V1 and the second flow part V2 are Since they are alternately stacked, the location of the partition wall 125 when viewed from the side of the first flow part V1 forms a space recessed upward. There is a risk of causing an internal leak in which the fluid partitioned by the partition wall 125 passes from one side to the other side (or from the other side to one side) through the recessed space.
  • the fluid distribution structure is preferably formed at a position that does not correspond to the partition wall 125 formed in the second plate 120A. .
  • the partition wall 125 will be described in more detail as follows. 8 shows several embodiments of the bulkhead of the heat exchanger of the present invention.
  • the upper view of FIG. 8 is the same as the perspective view of the second plate 120A of the 1-1 embodiment shown as the lower view of FIG. 7 .
  • the partition wall 125 is a structure for partitioning the second flow part V2 so that the second fluid flows on one side and the third fluid flows on the other side in isolation from each other.
  • the second and third fluids may be fluids having different operating temperature ranges from each other (for example, one of them is battery cooling water and the other is motor cooling water).
  • the partition wall 125 is substantially one Since it is a structure formed in a bent shape by pressing the plate material, there is a risk of unwanted heat transfer between the second and third fluids along the partition wall 125 .
  • at least one barrier rib hole 125H as shown in the lower view of FIG. 8 may be formed in the barrier rib 125 . More specifically, the barrier rib hole 125H is formed on a surface of the barrier rib 125 that is joined to the adjacent first plates 110A and 110B.
  • the barrier rib hole 125H is formed on a surface of the barrier rib 125 that is joined to the adjacent first plates 110A and 110B.
  • the position or shape of the fluid distribution structures in the 1-1 and 1-2 may be slightly different from each other in order to optimize them.
  • the fluid distribution structure in the 1-1 embodiment is preferably formed in the form of a vandal rib (112A) shown in FIGS. 5 to 7 . More specifically, the vandal rib (112A) is formed in the center of the first plate (110A), the first inlet hole (H1) or the first outlet hole (H2) side is a circular arc, the center side is a straight line It is formed in the shape of a gynecological half-moon.
  • the fluid distribution structure in the 1-1 embodiment may be formed in a triangular shape, but in the case of the 1-1 embodiment, since a large flow of the first fluid must be separated in the center, the fluid flow is distributed rather gently and gently. It is preferable that it is formed so as to do so, and therefore it is advantageous to form it in a semi-moon shape rather than a triangle.
  • the fluid distribution structure is formed in the center of the first plate 110A, there is a possibility that the location of the partition wall 125 and the location of the partition wall 125 formed in the center of the second plate 120A also correspond to each other. Therefore, it is preferable that the pair of vandal ribs 112A be spaced apart from each other at an appropriate distance to avoid a position corresponding to the partition wall 125 formed on the adjacent second plate 120A.
  • the fluid distribution structure in the second embodiment is formed in the shape of the triangular ribs 113A shown in FIGS. 12 to 14 . More specifically, the triangular rib (113A) is formed adjacent to the first inlet hole (H1) or the first outlet hole (H2), the first inlet hole (H1) or the first outlet hole (H1) It is preferable to form a triangle in which the H2) side is a vertex and the center side is a straight line.
  • the fluid distribution structure in the 1-2 embodiment may be formed in a half-moon shape, but in the case of the 1-2 embodiment, immediately after the first fluid is introduced into the first inlet hole H1 or the first outlet hole Since it is necessary to separate a small flow immediately before being discharged to (H2), it is preferable to distribute the fluid flow somewhat sharply, and therefore it is advantageous to form a triangle rather than a half-moon shape.
  • the partition wall formed in the center of the second plate 120A since its position is already far away from 125 , interference with the partition wall 125 is not a concern.
  • the second plate 120A not only the partition wall 125 but also the first and second guide walls 121A and 122A (for forming the U-flow of the second fluid) are formed, and interference with them is also As a part to be considered, the triangular rib 113A is preferably formed at a position that does not overlap the first and second guide walls 121A and 122A.
  • FIGS. 2 to 4 and 9 to 11 beads are not shown on the first plate 110A and the second plate 120A to better show the overall structure
  • a technique for further improving heat exchange performance by forming beads on a plate included in a plate heat exchanger is generally known. Even in the present invention, even if the illustration of the beads is omitted, it is natural that beads can be formed on the plate. That is, in the heat exchanger 100A, a plurality of beads may be formed on the first plate 110A and the second plate 120A.
  • FIG. 5 to 7 and 12 to 14 are top views of the first and second plates 110A and 120A in Examples 1-1 and 1-2, respectively, wherein beads are specifically is shown as 5 of Example 1-1 and FIG. 12 of Example 1-2 show examples in which bead densities formed on the first and second plates 110A and 120A are the same.
  • “bead density” means the number of beads formed in a predetermined plate area.
  • the beads formed on the first and second plates 110A and 120A are formed at the same position as each other, there is a risk of poor fluid flow characteristics due to interference. It is preferable that the positions of the formed beads and the beads formed on the second plate 110B are shifted from each other.
  • the bead density on each plate may be optimal depending on the operating temperature range or viscosity of the first, second, and third fluids.
  • the first fluid may be a refrigerant
  • the second and third fluids may be battery/motor coolant.
  • making the bead densities different than the same can further improve the heat exchange performance. 6 of the 1-1 embodiment and FIG. 13 of the 1-2 embodiment, the bead density formed on the first plate 110A by adding a sub-dimple to the second plate 120A is determined by the second plate 110B.
  • FIG. 7 of the 1-1 embodiment and FIG. 14 of the 1-2 embodiment show an example in which a bead density formed on the first plate 110A is further lowered while adding a sub-dimple to the second plate 120A.
  • the refrigerant the lower the resistance, the lower the temperature of the refrigerant, thereby increasing the temperature difference with the cooling water to increase the heat exchange performance. you can also make it However, if the bead density is too low, a problem in pressure resistance may occur, and the bead density may be determined to an appropriate level in consideration of these matters and the viscosity of the refrigerant.
  • FIG. 15 is an assembled perspective view of a second embodiment of the heat exchanger of the present invention.
  • the second plate 120A is partitioned by a partition wall 125 on one side and the other side in the longitudinal direction, and the second flow part ( In V2), the second fluid and the third fluid are separated from each other and flow.
  • one of the second flow parts (V2) selected from one side and the other side forms a second fluid region (M1) through which the second fluid flows
  • the second flow part (V2) on the other side is the third A third fluid region M2 through which the fluid flows is formed.
  • the other side forms the second fluid region M1 and one side forms the third fluid region M2 by way of example.
  • the second and third fluid divisions are formed in the longitudinal direction, and the first inlet hole H1 and the first outlet hole H2 are formed by the partition wall 125 ) is an embodiment formed on either side selected from one side or the other side in the longitudinal direction partitioned by.
  • the first inlet hole H1 and the first outlet hole H2 are provided on one side and the other side of the partition wall 125, respectively, whereas in the second embodiment, on either one side or the other side It is different from the first embodiment in that it is formed by crowding.
  • the first fluid flows in the first flow portion V1 forming a U-flow, and the second flow portion V2 is connected to the partition wall 125 . is divided into one side and the other side in the longitudinal direction by the In order to implement such a flow, in the heat exchanger 100B according to the second embodiment, the first inlet hole H1 and the first outlet hole H2 are spaced apart from each other in the width direction, and one end of the heat exchanger 100B in the longitudinal direction is spaced apart from each other in the width direction.
  • the second inlet hole (H3) and the second outlet hole (H4) are spaced apart from each other in the width direction and disposed at the other end in the longitudinal direction
  • the third inlet hole (H5) and the third outlet hole (H5) (H6) are spaced apart from each other in the width direction and arranged in the middle in the longitudinal direction.
  • the barrier rib hole 125H in the first embodiment may of course also be formed in the barrier rib 125 in the second embodiment. It is the same as in the first embodiment that unwanted heat transfer between the second and third fluids can be blocked by the partition hole 125H, and internal leaks can be checked if necessary.
  • FIG. 16 is an exploded perspective view of a second embodiment of the heat exchanger of the present invention
  • FIG. 17 shows the first and second plates separately of the second embodiment of the heat exchanger of the present invention.
  • the plate is composed of two types: a first plate 110B and a second plate 120B.
  • the plate is hollow so as to communicate with the third fluid inlet 145 and the third fluid outlet 146 , and the periphery of the third plate protrudes in the opposite direction to the first junction parts R1 and R1 ′.
  • a third inlet hole H5 and a third outlet hole H6 in which the junction portions R3 and R3' are formed are formed. Accordingly, when a plurality of the plates are stacked in the height direction, the adjacent third joint portions R3 and R3' are joined to each other.
  • the protrusion direction of the third joint portions R3 and R3' is the same as that of the second joint portions R2 and R2' (that is, opposite to the first joint portion R1 and R1'). ) is formed.
  • the first junction part R1' protruding downward is formed around the first inlet hole H1 and the first outlet hole H2, and the second inlet hole ( H3) and the second junction portion R2 protruding upwardly around the second discharge hole H4 is formed, and protrudes upwardly around the third inlet hole H5 and the third discharge hole H6.
  • the third junction part R3 is formed. Accordingly, in the fluid flow space inside the upper side of the first plate 110B, the second junction part R2 and the second junction part R2' protruding downward from the neighboring plate are joined to each other, and the second fluid is circulated.
  • the first junction portion R1 protruding upward is formed around the first inlet hole H1 and the first outlet hole H2, and the second inlet hole H3 ) and the second junction part R2' protruding downwardly around the second outlet hole H4 is formed, and protrudes downward around the third inlet hole H5 and the third outlet hole H6.
  • the third junction part R3' is formed.
  • the second plate 120B has a width to partition between the second inlet hole H3 and the second outlet hole H4 and the third inlet hole H5 and the third outlet hole H6.
  • a partition wall 125 extending throughout the direction is formed. The partition wall 125 is also formed to protrude upward so that its upper surface is in contact with the bottom surface of an adjacent upper plate.
  • the space on one side and the other side of the partition wall 125 is completely isolated by the partition wall 125 . Due to this structure, in the fluid flow space inside the upper side of the second plate 120B, the first junction part R1 and the first junction part R1' protruding downward from the neighboring plate are joined to each other to form the first To close the flow of the fluid, thus forming the second flow part V2 in which the second fluid flows in a part of the fluid flow space partitioned by the partition wall 125 and the third fluid flows in the other part do.
  • the heat exchanger 100B is formed such that the second fluid region M1 and the third fluid region M2 are partitioned in the longitudinal direction by the partition wall 125 .
  • the third fluid region M2 is shown to be significantly larger than the second fluid region M1, but this is only an example, and the partition wall 125 is positioned as needed. It goes without saying that the flow rates of the second and third fluids can be adjusted as desired by adjusting the .
  • first and second plates 110B and 120B include first, second, and third guide walls 111B, 121B, and 122B, respectively, to allow fluid to flow more smoothly therein. do.
  • Each of the guide walls has a similar role, and for clarity, each of the guide walls will be described in detail as follows.
  • the first guide wall 111B is formed from one sidewall of the first plate 110B to partition between the first inlet hole H1 and the first outlet hole H2 of the first plate 110B. extends longitudinally to the middle.
  • the first guide wall 111B is formed to protrude upward so that its upper surface is in contact with the bottom surface of an adjacent upper plate. Accordingly, in the first flow part V1, the first fluid introduced from one side through the first inflow hole H1 is guided to the other side by the first guide wall 111B and is distributed, and from the other side A fluid path guided to one side by the first guide wall 111B and discharged through the first discharge hole H2 is formed.
  • the second guide wall 121B is formed from the other side wall of the second plate 120B to partition between the second inlet hole H3 and the second outlet hole H4 of the second plate 120B. extends longitudinally to the middle.
  • the second guide wall 121B is formed to protrude upward so that its upper surface is in contact with the bottom surface of an adjacent upper plate. Accordingly, in the partition space on the other side of the second flow part V2, any one of the second fluid and the third fluid (the second fluid in FIG. 16) introduced from the other side through the second inlet hole H3 is A fluid path is formed that is guided to one side by the second guide wall 121B to be circulated, and is guided from one side to the other side by the second guide wall 121B to be discharged through the second discharge hole H4.
  • the third guide wall 122B extends from the partition wall 125 to the middle in the longitudinal direction to partition between the third inlet hole H5 and the third outlet hole H6 of the second plate 120B. is extended In addition, the third guide wall 122B is formed to protrude upward so that its upper surface is in contact with the bottom surface of an adjacent upper plate. Accordingly, in the partition space on one side of the second flow passage V2, the other one of the second fluid and the third fluid introduced from the other side through the third inlet hole H5 is caused by the third guide wall 122B. A fluid path is formed that is guided to one side and circulated, and is guided from one side to the other side by the third guide wall 122B and discharged through the third discharge hole H6.
  • the heat exchanger 100C is a single unit similar to the first plate 110C (unlike the two types of fluids in the first and second embodiments) in the second plate 120C. Only fluid flows. That is, any one of the second fluid and the third fluid flows in the second flow part V2 formed in the second plate 120C. Meanwhile, in the third embodiment, in the heat exchanger 100C, the plurality of second flow portions V2 stacked in the height direction are partitioned in the height direction. To this end, the heat exchanger 100C includes the second flow part V2, but includes a diaphragm plate 130 that blocks the flow in the stacking direction of the second fluid and the third fluid.
  • the heat exchanger 100C has one side of the stacked second plates 120C replaced with the diaphragm plate 130 on one side based on the position of the diaphragm plate 130 (example of FIG. 18 )
  • the first and second fluids are circulated, and the first and third fluids are circulated on the other side (the lower side in the example of FIG. 18).
  • the upper or lower portions of the second flow portions V2 form a second fluid region M1 through which the second fluid flows, and the remaining portions of the second flow portions V2 have the third fluid flow through them.
  • a third fluid region M2 is formed.
  • the second fluid region M1 is exemplarily formed on the upper side and the third fluid region M2 is formed on the lower side, but of course, the present invention is not limited thereto.
  • the second and third fluid divisions are formed in the height direction. That is, as described above, the number and positions of the inlet/discharge holes H1 to H4 are the same as the conventional two-fluid plate heat exchanger, except that a diaphragm plate for partitioning in the height direction is additionally configured.
  • the first fluid flows in the first flow part V1 forming a U flow
  • the second fluid or the second fluid flows in the second flow part V2. Any one of the three fluids flows to form a U-flow.
  • the first inlet hole H1 and the first outlet hole H2 are mutually identical to the general two-fluid heat exchanger. It is spaced apart in the width direction and disposed at one end in the longitudinal direction, and the second inlet hole H3 and the second outlet hole H4 are spaced apart from each other in the width direction and disposed at the other end in the longitudinal direction.
  • FIG. 19 is an exploded perspective view of the first and third fluid sides of the third embodiment of the heat exchanger of the present invention
  • FIG. 20 is an exploded perspective view of the second and third fluid sides of the third embodiment of the heat exchanger of the present invention
  • FIG. It is an exploded perspective view of the diaphragm side of the third embodiment of the heat exchanger.
  • 22 is a separate view of only the first and second plates and the diaphragm plate of the third embodiment of the heat exchanger of the present invention.
  • the plate is composed of three types: a first plate 110C, a second plate 120C, and a diaphragm plate 130 .
  • the first junction portion R1' protruding downward is formed around the first inlet hole H1 and the first outlet hole H2, and the second inlet hole ( H3) and the second junction portion R2 protruding upwardly around the second discharge hole H4 is formed. Accordingly, in the fluid flow space inside the upper side of the first plate 110C, the second junction part R2 and the second junction part R2' protruding downward from the adjacent plate are joined to each other to form a second fluid or second fluid or second junction part R2'. 3 Closes the flow of the fluid, and thus the fluid flow space forms the first flow part V1 through which the first fluid flows.
  • the first joint portion R1 protruding upward is formed around the first inlet hole H1 and the first outlet hole H2, and the second inlet hole H3 ) and the second junction portion R2' protruding downwardly around the second discharge hole H4 is formed. Accordingly, in the fluid flow space inside the upper side of the second plate 120C, the first junction part (R1) and the first junction part (R1') protruding downward from the neighboring plate are joined to each other to distribute the first fluid and, thus, the fluid flow space forms the second flow part V2 through which the second fluid or the third fluid flows.
  • the heat exchanger 100C is formed by alternately stacking the first plate 110C and the second plate 110B in the height direction.
  • the heat exchanger 100C further includes a diaphragm plate 130 disposed between the second fluid region M1 and the third fluid region M2 to replace the second plate 120C.
  • the diaphragm plate 130 has substantially the same structure as the structure of the second plate 120C as it is disposed to replace the second plate 120C.
  • the diaphragm plate 130 has a structure in which the second inlet hole H3 and the second outlet hole H4 are closed by the diaphragm in the second plate 120C structure. formed into a structure.
  • the second and third fluids cannot flow between the upper and lower sides of the diaphragm plate 130 as explicitly shown in FIG. 21 . That is, in the third embodiment, the heat exchanger 100C is formed such that the second fluid region M1 and the third fluid region M2 are partitioned in the height direction by the diaphragm plate 130 .
  • first, second, and diaphragm plates 110C, 120C, and 130 (similar to the guide walls of the first embodiment described above) each , 2, the diaphragm guide walls 111C, 121C, and 131 .
  • Each of the guide walls has a similar role, and for clarity, each of the guide walls will be described in detail as follows.
  • the first guide wall 111C is formed from one side wall of the first plate 110C to partition between the first inlet hole H1 and the first outlet hole H2 of the first plate 110C. extends longitudinally to the middle.
  • the first guide wall 111C is formed to protrude upward so that its upper surface is in contact with the bottom surface of an adjacent upper plate. Accordingly, in the first flow part V1, the first fluid introduced from one side through the first inflow hole H1 is guided to the other side by the first guide wall 111C and is distributed, and from the other side A fluid path guided to one side by the first guide wall 111C and discharged through the first discharge hole H2 is formed.
  • the second guide wall 121C is formed from the other side wall of the second plate 120C to partition between the second inlet hole H3 and the second outlet hole H4 of the second plate 120C. extends longitudinally to the middle.
  • the second guide wall 121C is formed to protrude upward so that its upper surface is in contact with the bottom surface of an adjacent upper plate. Accordingly, in the second flow part V2, the second fluid or the third fluid introduced from the other side through the second inlet hole H3 is guided to one side by the second guide wall 121C and is distributed. , a fluid path guided from one side to the other side by the second guide wall 121C and discharged through the second discharge hole H4 is formed.
  • the diaphragm guide wall 131 has substantially the same structure as the second guide wall 121C, but for clarity, it will be described again as follows.
  • the diaphragm guide wall 131 is in the middle from the other side wall of the diaphragm plate 130 to partition between the position of the second inlet hole H3 and the position of the second outlet hole H4 of the diaphragm plate 130 . extends longitudinally to
  • the diaphragm guide wall 131 is formed to protrude upward so that its upper surface is in contact with the bottom surface of an adjacent upper plate.
  • the second inlet hole H3 and the second outlet hole H4 are not formed on the diaphragm plate 130, but are formed in the neighboring plate, so that the second inlet hole H3 of the neighboring plate and One of the second fluid or the third fluid (the second fluid in the example of FIG. 21 ) may flow into the fluid flow space of the diaphragm plate 130 through the second discharge hole H4 . That is, as a result, the fluid flow space of the diaphragm plate 130 (even though the second inlet hole H3 and the second outlet hole H4 are blocked by the diaphragm) the second flow part V2.
  • the second fluid or the third fluid introduced from the other side through the second inflow hole H3 of an adjacent plate flows into the second guide wall.
  • a fluid path is formed that is guided to one side by the 121C and is circulated, and is guided from one side to the other side by the second guide wall 121C and discharged through the second discharge hole H4 of the neighboring plate.
  • two different types of fluids and another type of fluid are formed to exchange heat with each other, that is, as a result, three types of fluids can exchange heat with each other by one heat exchanger, and in particular, Utilization can be maximized by using the structure as a chiller for electric vehicles.

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Abstract

본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 서로 다른 2종의 유체 및 또다른 1종의 유체가 서로 열교환할 수 있도록 형성되는, 즉 결과적으로 3종의 유체가 서로 열교환할 수 있도록 형성되는 열교환기를 제공함에 있다. 보다 구체적으로는, 예를 들어 전기차량에서 배터리 냉각용 냉각수 및 모터 냉각용 냉각수와 같이 서로 온도영역이 다른 2종의 냉각수 및 1종의 냉매를 하나의 열교환기로서 열교환시킬 수 있도록 형성되는 열교환기를 제공함에 있다.

Description

열교환기
본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서로 다른 2종의 유체 및 또다른 1종의 유체가 서로 열교환할 수 있도록 형성되는, 즉 결과적으로 3종의 유체가 서로 열교환할 수 있도록 형성되는 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 엔진 룸 내에는 엔진 등과 같은 구동을 위한 부품뿐만 아니라, 엔진 등과 같은 차량 내 각 부품을 냉각하거나 또는 차량 실내의 공기 온도를 조절하기 위한 라디에이터, 인터쿨러, 증발기, 응축기 등과 같은 다양한 열교환기들이 구비된다. 이와 같은 열교환기들은 일반적으로 내부에 열교환매체가 유통하며, 열교환기 내부의 열교환매체와 열교환기 외부의 공기가 서로 열교환함으로써 냉각 또는 방열이 이루어지게 된다. 이처럼 1종의 열교환매체가 외부 공기와 열교환하는 방식의 열교환기를 공랭식 열교환기라고 칭하기도 한다.
많은 경우 열교환기에는 1종의 열교환매체가 유통되지만, 필요에 따라 2종의 열교환매체가 유통되는 열교환기들이 일체로 형성되는 경우도 있다. 예를 들어 자동차의 라디에이터 및 오일쿨러의 경우, 라디에이터에는 엔진을 냉각하기 위한 냉각수가 유통되며 오일쿨러에는 엔진오일, 미션오일 등과 같은 오일이 유통된다. 물론 이들이 각각 별도의 장치로서 형성되는 경우도 있으나, 엔진룸 공간활용성을 높이기 위한 목적으로나, 냉각수를 이용하여 오일을 냉각하는 수랭식 오일쿨러 구조가 도입되는 등과 같이 이들이 일체형으로 형성되는 경우도 많다. 2종의 열교환매체가 유통되는 경우, 2종의 열교환매체가 외부 공기와 열교환하여 각각 냉각되는 방식도 있으며 이러한 경우 역시 공랭식 열교환기에 해당하나, 2종의 열교환매체가 서로 열교환하는 방식도 있으며 특히 2종의 열교환매체 중 하나가 냉각수일 경우 수랭식 열교환기라고 칭하기도 한다. 2종의 열교환매체가 서로 열교환하는 방식의 열교환기는, 단순히 어느 1종의 열교환매체가 흘러가는 공간 내에 다른 1종의 열교환매체가 흘러가는 파이프 등과 같은 구조물이 삽입되어 있는 형태로 될 수도 있고, 또는 판형 열교환기 형태로서 각 층마다 서로 다른 종의 열교환매체가 흘러가도록 형성됨으로써 각 층의 경계에서 열교환이 일어나도록 하는 형태로 될 수도 있는 등, 다양한 실시예가 존재한다.
한국특허등록 제1545648호("판형 열교환기", 2015.08.12., 이하 '선행문헌')에는 2종의 열교환매체가 유통되면서 서로 열교환하는 방식으로 된 열교환기 기술이 개시된다. 도 1은 종래의 2종유체 열교환기의 분해사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 판형 열교환기는 2종의 플레이트가 교번 적층된 형태로 이루어지며, 도 1에서 '냉매', '냉각수'로 표시된 바와 같이 서로 다른 2종의 유체가 각각 유출입되도록 4개의 입출구를 가진다. 도 1의 예시에서 제1, 2플레이트(500a)(500b) 모두 하측으로 함몰되어 유체유통공간을 형성한다. 제1플레이트(500a)는, 냉매입구 및 냉매출구와 연결되는 연통홀(510)(520) 가장자리가 유체유통공간 반대쪽 즉 하측으로 돌출되고, 냉각수입구 및 냉각수출구와 연결되는 연통홀(530)(540) 가장자리가 유체유통공간 쪽 즉 상측으로 돌출된다. 제2플레이트(500b)의 연통홀들은 이와 반대의 구조를 가진다. 제2플레이트(500b) 및 제1플레이트(500a)가 순차적으로 적층될 경우, 하측의 제1플레이트(500a)의 냉각수측 연통홀(530)(540) 가장자리는 상측으로 돌출되고 상측의 제2플레이트(500b)의 냉각수측 연통홀(530)(540) 가장자리는 하측으로 돌출되어 서로 맞닿게 된다. 이에 따라 제2플레이트(500b) 및 제1플레이트(500a)가 순차적으로 적층되어 형성되는 공간, 즉 도 1에서 진한 화살표를 따라 유체가 유통되는 것으로 표시되는 공간으로는 (냉각수측 연통홀들 가장자리들이 서로 맞닿아 막혀버리므로) 냉각수가 흘러들어가지 못하게 되며, 해당 공간에는 냉매만이 유통된다. 반대로 제1플레이트(500a) 및 제2플레이트(500b)가 순차적으로 적층될 경우, 제1플레이트(500a) 및 제2플레이트(500b)가 순차적으로 적층되어 형성되는 공간, 즉 도 1에서 연한 화살표를 따라 유체가 유통되는 것으로 표시되는 공간에는 냉각수만이 유통된다. 상술한 바와 같이 상기 판형 열교환기는 제1, 2플레이트(500a)(500b)가 교번 적층된 형태로 이루어지므로, 결과적으로 냉매유통공간 및 냉각수유통공간이 교번 적층되게 된다. 따라서 플레이트 판면을 통해 냉각수 및 냉매가 서로 열교환할 수 있게 된다. 이처럼 냉각수 및 냉매가 서로 열교환하여 냉매를 냉각하도록 형성되는 열교환기를 특히 칠러(chiller)라고 칭하기도 한다. 일반적인 칠러는 도 1의 예시에서와 같이 1종의 냉각수와 1종의 냉매가 서로 열교환하도록 이루어진다.
한편 최근 환경오염 문제가 점점 심각해짐에 따라 내연기관차량에 대한 규제가 심해지고 있으며, 특정 국가의 경우 향후 수십 년 내로 내연기관차량 자체의 생산이 금지될 전망도 있을 정도의 실정이다. 이에 따라 하이브리드 또는 전기차량의 수요가 크게 증가하고 있으며, 관련 연구도 매우 활발하게 진행되고 있다.
전기차량은 기본적으로 배터리에 저장된 전력을 이용하여 모터를 구동시켜 이동이 이루어지는 형태를 갖는다. 이 때 배터리나 모터에서는 상당한 열이 발생하며, 내연기관차량에서 엔진을 냉각수로 냉각시키는 것과 유사하게 배터리, 모터 역시 냉각수로 냉각시키도록 하는 구조가 도입되어 사용되고 있다. 이 때 배터리와 모터에서 발생되는 열량이 다르기 때문에, 배터리를 냉각하여 고온이 된 냉각수와 모터를 냉각하여 고온이 된 냉각수의 온도가 서로 다른 것이 당연하다. 앞서 설명한 칠러는 이렇게 고온이 된 냉각수를 냉매와 열교환시켜 냉각시키는 열교환기인데, 상술한 바와 같이 2종의 냉각수(배터리 냉각용 냉각수, 모터 냉각용 냉각수) 간의 온도 영역의 차이가 심한 경우, 단순히 냉각수들을 섞어서 하나의 칠러로 냉각시킬 경우 냉각되어 나온 냉각수가 상대적으로 저온인 부품의 냉각수로 재사용하기에 충분한 정도의 저온을 형성하지 못하는 등 냉각효율을 떨어뜨리는 문제가 많다.
이러한 문제를 해소하기 위한 해결책으로서, 가장 단순하게는 배터리용 칠러 및 모터용 칠러를 별도로 형성하는 방식이 있을 수 있다. 그러나 이렇게 할 경우 칠러 2개를 구비해야 함으로써, 엔진룸 내 공간활용성이 크게 불량해지고, 차량 중량이 증가함으로써 시스템효율이 떨어지며, 냉매를 2개의 칠러에 분배하여 공급함에 따라 발생하는 장치 복잡성 및 누출 위험성이 증가하는 등 수많은 문제들이 발생한다.
따라서 하나의 열교환기로 3종의 열교환매체를 열교환할 수 있는 열교환기, 특히 2종의 유체(매체 자체는 똑같이 냉각수라 하더라도 온도 영역이 다를 경우 2종으로 칠 수 있으며, 상술한 예에서 배터리 냉각용 냉각수 및 모터 냉각용 냉각수에 해당한다)를 다른 1종의 유체(상술한 예에서 냉매에 해당한다)와 열교환할 수 있는 열교환기 구조의 개발이 시급하다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 1. 한국특허등록 제1545648호("판형 열교환기", 2015.08.12.)
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 서로 다른 2종의 유체 및 또다른 1종의 유체가 서로 열교환할 수 있도록 형성되는, 즉 결과적으로 3종의 유체가 서로 열교환할 수 있도록 형성되는 열교환기를 제공함에 있다. 보다 구체적으로는, 예를 들어 전기차량에서 배터리 냉각용 냉각수 및 모터 냉각용 냉각수와 같이 서로 온도영역이 다른 2종의 냉각수 및 1종의 냉매를 하나의 열교환기로서 열교환시킬 수 있도록 형성되는 열교환기를 제공함에 있다.
제1, 2실시예에서, 상기 열교환기(100A)(100B)는, 복수 개의 플레이트가 적층되어 형성되는 판형 열교환기에 있어서, 제1유체가 유동되는 제1유동부(V1)를 포함하는 제1플레이트(110A)(110B); 길이방향 일측 및 타측으로 격벽(125)에 의해 구획되어 제2유체 및 제3유체가 서로 격리되어 유동되는 제2유동부(V2)를 포함하는 제2플레이트(120A)(120B); 를 포함하고, 상기 제1플레이트(110A)(110B) 및 상기 제2플레이트(120A)(120B)가 교대로 적층될 수 있다.
이 때 상기 격벽(125)은, 인접한 상기 제1플레이트(110A)(110B)와 접합되는 면 상에 적어도 하나의 격벽홀(125H)이 형성될 수 있다.
제1실시예에서, 상기 열교환기(100A)는, 제1유체가 각각 유입 및 배출되는 제1유입홀(H1) 및 제1배출홀(H2)이 형성되되, 상기 제1유입홀(H1) 및 상기 제1배출홀(H2)은 서로 길이방향으로 이격되며 길이방향 양단에 배치될 수 있다.
또한 상기 열교환기(100A)는, 상기 제1유입홀(H1) 및 상기 제1배출홀(H2)의 가상의 연결선상에 상기 제1유동부(V1)를 향하여 돌출되어 제1유체의 유동을 분배하는 유체분배구조가 형성될 수 있다.
또한 상기 유체분배구조는, 상기 제1유입홀(H1) 또는 상기 제1배출홀(H2)에 가까울수록 돌출면적이 작아지도록 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 유체분배구조는, 돌출된 부분이 삼각형 또는 원호를 포함하는 형태로 형성될 수 있다.
또한 상기 유체분배구조는, 상기 제2플레이트(120A)에 형성되는 상기 격벽(125)과 대응되지 않는 위치에 형성될 수 있다.
또한 상기 열교환기(100A)는, 상기 제1유입홀(H1) 및 상기 제1배출홀(H2)이 너비방향 중앙에 배치될 수 있다.
제1-1실시예에서, 상기 열교환기(100A)는, 제2유체가 각각 유입 및 배출되는 제2유입홀(H3) 및 제2배출홀(H4), 제3유체가 각각 유입 및 배출되는 제3유입홀(H5) 및 제3배출홀(H6)이 형성되되, 상기 제2유입홀(H3) 및 상기 제2배출홀(H4)이 서로 너비방향으로 이격되며 길이방향 일측 끝단에 배치되고, 상기 제3유입홀(H5) 및 상기 제3배출홀(H6)이 서로 너비방향으로 이격되며 길이방향 타측 끝단에 배치될 수 있다.
이 때 상기 유체분배구조는, 상기 제1플레이트(110A) 중앙에 형성되며, 상기 제1유입홀(H1) 또는 상기 제1배출홀(H2) 쪽이 원호이고 중앙 쪽이 직선부인 반달형으로 형성되며 인접한 상기 제2플레이트(120A)에 형성된 상기 격벽(125)에 대응되는 위치를 회피하도록 서로 이격 배치되는 한 쌍의 반달리브(112A)일 수 있다.
또한 상기 열교환기(100A)는, 상기 제2플레이트(120A)의 상기 제2유입홀(H3) 및 상기 제2배출홀(H4) 사이를 구획하도록 상기 제2플레이트(120A)의 일측 측벽으로부터 길이방향으로 연장되는 제2안내벽(121A)이 구비되고, 상기 제2플레이트(120A)의 상기 제3유입홀(H5) 및 상기 제3배출홀(H6) 사이를 구획하도록 상기 제2플레이트(120A)의 타측 측벽으로부터 길이방향으로 연장되는 제3안내벽(122A)이 구비될 수 있다.
제1-2실시예에서, 상기 열교환기(100A)는, 제2유체가 각각 유입 및 배출되는 제2유입홀(H3) 및 제2배출홀(H4), 제3유체가 각각 유입 및 배출되는 제3유입홀(H5) 및 제3배출홀(H6)이 형성되되, 상기 제2유입홀(H3) 및 상기 제2배출홀(H4)이 서로 너비방향으로 이격되며 길이방향 중앙에서 일측으로 편향되게 배치되고, 상기 제3유입홀(H5) 및 상기 제3배출홀(H6)이 서로 너비방향으로 이격되며 길이방향 중앙에서 타측으로 편향되게 배치될 수 있다.
이 때 상기 유체분배구조는, 상기 제1유입홀(H1) 또는 상기 제1배출홀(H2)에 인접 형성되며, 상기 제1유입홀(H1) 또는 상기 제1배출홀(H2) 쪽이 꼭지점이고 중앙 쪽이 직선부인 삼각형으로 형성되는 한 쌍의 삼각리브(113A)일 수 있다.
또한 상기 열교환기(100A)는, 상기 제2플레이트(120A)의 상기 제2유입홀(H3) 및 상기 제2배출홀(H4) 사이를 구획하도록 상기 격벽(125)으로부터 길이방향으로 연장되는 제2안내벽(121A)이 구비되고, 상기 제2플레이트(120A)의 상기 제3유입홀(H5) 및 상기 제3배출홀(H6) 사이를 구획하도록 상기 격벽(125)으로부터 길이방향으로 연장되는 제3안내벽(122A)이 구비될 수 있다.
또한 상기 열교환기(100A)는, 상기 제1플레이트(110A) 및 상기 제2플레이트(120A) 상에 복수 개의 비드가 형성될 수 있다.
이 때 상기 열교환기(100A)는, 상기 제1플레이트(110A)에 형성된 비드 밀도가 상기 제2플레이트(110B)에 형성된 비드 밀도보다 낮게 형성될 수 있다.
또한 상기 열교환기(100A)는, 상기 제1플레이트(110A)에 형성된 비드 및 상기 제2플레이트(110B)에 형성된 비드의 위치가 서로 어긋나게 형성될 수 있다.
제2실시예에서, 상기 열교환기(100B)는, 제1유체가 각각 유입 및 배출되는 제1유입홀(H1) 및 제1배출홀(H2)이 형성되되, 상기 제1유입홀(H1) 및 상기 제1배출홀(H2)이 상기 격벽(125)에 의해 구획된 길이방향 일측 또는 타측 중 선택되는 어느 한쪽에 형성될 수 있다.
또한 상기 열교환기(100B)는, 제1유체, 제2유체, 제3유체가 모두 U플로우를 형성하면서 유동될 수 있다.
또한 상기 열교환기(100B)는, 상기 제1유입홀(H1) 및 상기 제1배출홀(H2)이 서로 너비방향으로 이격되며 길이방향 일측 끝단에 배치되고, 상기 제1플레이트(110B)의 상기 제1유입홀(H1) 및 상기 제1배출홀(H2) 사이를 구획하도록 상기 제1플레이트(110B)의 일측 측벽으로부터 중간까지 길이방향으로 연장되는 제1안내벽(111B)이 구비될 수 있다.
또한 상기 열교환기(100B)는, 제2유체가 각각 유입 및 배출되는 제2유입홀(H3) 및 제2배출홀(H4), 제3유체가 각각 유입 및 배출되는 제3유입홀(H5) 및 제3배출홀(H6)이 형성되되, 상기 제2유입홀(H3) 및 상기 제2배출홀(H4)이 서로 너비방향으로 이격되며 길이방향 타측 끝단에 배치되고, 상기 제3유입홀(H5) 및 상기 제3배출홀(H6)이 서로 너비방향으로 이격되며 길이방향 중간에 배치되고, 상기 제2플레이트(120B)의 상기 제2유입홀(H3) 및 상기 제2배출홀(H4) 사이를 구획하도록 상기 제2플레이트(120B)의 타측 측벽으로부터 중간까지 길이방향으로 연장되는 제2안내벽(121B)이 구비되고, 상기 제2플레이트(120B)의 상기 제3유입홀(H5) 및 상기 제3배출홀(H6) 사이를 구획하도록 상기 격벽(125)으로부터 중간까지 길이방향으로 연장되는 제3안내벽(122B)이 구비될 수 있다.
제3실시예에서, 상기 열교환기(100C)는, 복수 개의 플레이트가 적층되어 형성되는 판형 열교환기에 있어서, 제1유체가 유동되는 제1유동부(V1)를 포함하는 제1플레이트(110C); 제2유체 또는 제3유체 중 선택되는 어느 하나의 유체가 유동되는 제2유동부(V2)를 포함하는 제2플레이트(120C); 상기 제2유동부(V2)를 포함하되 제2유체 및 제3유체의 적층방향으로의 유통을 차단하는 격막플레이트(130); 를 포함하며, 상기 제1플레이트(110C) 및 상기 제2플레이트(120C)가 교대로 적층되되, 적층된 상기 제2플레이트(120C) 중 하나가 상기 격막플레이트(130)로 대체되어 상기 격막플레이트(130) 위치를 기준으로 일측에는 제1, 2유체가 유통되고 타측에는 제1, 3유체가 유통되도록 형성될 수 있다.
이 때 상기 제1플레이트(110C) 및 상기 제2플레이트(120C)는, 제1유체가 각각 유입 및 배출되는 제1유입홀(H1) 및 제1배출홀(H2), 제2유체 또는 제3유체가 각각 유입 및 배출되는 제2유입홀(H3) 및 제2배출홀(H4)이 형성될 수 있다.
또한 상기 열교환기(100C)는, 상기 제1유입홀(H1) 및 상기 제1배출홀(H2)이 서로 너비방향으로 이격되며 길이방향 일측 끝단에 배치되고, 상기 제2유입홀(H3) 및 상기 제2배출홀(H4)이 서로 너비방향으로 이격되며 길이방향 타측 끝단에 배치될 수 있다.
또한 상기 열교환기(100C)는, 상기 제1플레이트(110C)의 상기 제1유입홀(H1) 및 상기 제1배출홀(H2) 사이를 구획하도록 상기 제1플레이트(110C)의 일측 측벽으로부터 중간까지 길이방향으로 연장되는 제1안내벽(111C)이 구비될 수 있다.
또한 상기 열교환기(100C)는, 상기 제2플레이트(120C)의 상기 제2유입홀(H3) 및 상기 제2배출홀(H4) 사이를 구획하도록 상기 제2플레이트(120C)의 타측 측벽으로부터 중간까지 길이방향으로 연장되는 제2안내벽(121C)이 구비될 수 있다.
또한 상기 열교환기(100C)는, 상기 격막플레이트(130)의 상기 제2유입홀(H3) 위치 및 상기 제2배출홀(H4) 위치 사이를 구획하도록 상기 격막플레이트(130)의 타측 측벽으로부터 중간까지 길이방향으로 연장되는 격막안내벽(131)이 구비될 수 있다.
모든 실시예에서, 상기 열교환기(100A)(100B)(100C)는, 전기차량 또는 하이브리드차량에 구비되며, 제1유체가 냉매이고, 제2유체 및 제3유체 중 어느 하나가 배터리 냉각용 냉각수이고, 나머지 하나가 모터 냉각용 냉각수일 수 있다.
본 발명에 의하면, 서로 다른 2종의 유체 및 또다른 1종의 유체가 서로 열교환할 수 있도록 형성되어, 즉 결과적으로 3종의 유체가 하나의 열교환기에 의하여 서로 열교환할 수 있게 해 주는 효과가 있다. 종래에는 이러한 3종의 유체를 냉각효율 또는 시스템효율 저감을 방지하면서 열교환하기 위해서 2개의 열교환기, 즉 2종의 유체 중 하나와 또다른 1종의 유체 간 열교환하는 하나의 열교환기 및 2종의 유체 중 다른 하나와 또다른 1종의 유체 간 열교환하는 다른 하나의 열교환기를 별도로 구비해야 하였으며, 이로 인해 엔진룸 내 공간활용성 저하, 차량 중량 증가로 인한 시스템효율 저하, 냉매 분배 공급에 따른 장치 복잡성 및 누출 위험성 증가 등의 여러 문제가 있었다. 그러나 본 발명에 의하면 3종의 유체가 하나의 열교환기에 의하여 서로 열교환할 수 있게 해 줌으로써 이러한 문제들을 원천적으로 배제하는 큰 효과를 얻을 수 있다.
특히 본 발명에 의하면, 이러한 구조를 전기차량의 칠러로 활용함으로써 활용성을 극대화할 수 있다. 전기차량의 경우 배터리 냉각용 냉각수 및 모터 냉각용 냉각수의 온도영역이 다르게 형성되며, 따라서 냉매로 냉각수를 냉각하는 칠러에서 상술한 2종의 냉각수를 한꺼번에 냉각하기가 난해한 경우가 있었다. 한편 본 발명의 열교환기는 서로 다른 2종의 유체 및 또다른 1종의 유체가 서로 열교환할 수 있도록 형성되므로, 본 발명의 열교환기를 이러한 칠러에 적용하기에 매우 적합하다. 즉 본 발명의 열교환기 적용 시, 하나의 열교환기 상에서 배터리 냉각용 냉각수 및 모터 냉각용 냉각수가 서로 별도의 입출구로 유통되면서 또다른 별도의 입출구로 유통되는 냉매와 각각 독립적으로 열교환할 수 있게 된다.
도 1은 종래의 2종유체 열교환기의 분해사시도.
도 2는 본 발명의 열교환기 제1-1실시예의 조립사시도.
도 3은 본 발명의 열교환기 제1-1실시예의 분해사시도.
도 4는 본 발명의 열교환기 제1-1실시예의 제1, 2플레이트.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 열교환기 제1-1실시예의 제1, 2플레이트 상세도.
도 8은 본 발명의 열교환기의 격벽의 여러 실시예.
도 9는 본 발명의 열교환기 제1-2실시예의 조립사시도.
도 10은 본 발명의 열교환기 제1-2실시예의 분해사시도.
도 11은 본 발명의 열교환기 제1-2실시예의 제1, 2플레이트.
도 12 내지 도 14는 본 발명의 열교환기 제1-2실시예의 제1, 2플레이트 상세도.
도 15는 본 발명의 열교환기 제2실시예의 조립사시도.
도 16은 본 발명의 열교환기 제2실시예의 분해사시도.
도 17은 본 발명의 열교환기 제2실시예의 제1, 2플레이트.
도 18은 본 발명의 열교환기 제3실시예의 조립사시도.
도 19는 본 발명의 열교환기 제3실시예의 제1, 3유체측 분해사시도.
도 20은 본 발명의 열교환기 제3실시예의 제2, 3유체측 분해사시도.
도 21은 본 발명의 열교환기 제3실시예의 격막측 분해사시도.
도 22는 본 발명의 열교환기 제3실시예의 제1, 2플레이트 및 격막플레이트.
** 부호의 설명 **
100A : 열교환기(제1실시예)
110A : 제1플레이트 111A : 제1안내벽
112A : 반달리브 113A : 삼각리브
120A : 제2플레이트 125 : 격벽
121A : 제2안내벽 122A : 제3안내벽
125H : 격벽홀
100B : 열교환기(제2실시예)
110B : 제1플레이트 111B : 제1안내벽
120B : 제2플레이트 125 : 격벽
121B : 제2안내벽 122B : 제3안내벽
141 : 제1유체입구 142 : 제1유체출구
143 : 제2유체입구 144 : 제2유체출구
145 : 제3유체입구 146 : 제3유체출구
100C : 열교환기(제3실시예)
110C : 제1플레이트 111C : 제1안내벽
120C : 제2플레이트 121C : 제2안내벽
130 : 격막플레이트 131 : 격막안내벽
141 : 제1유체입구 142 : 제1유체출구
143 : 제2유체입구 144 : 제2유체출구
145 : 제3유체입구 146 : 제3유체출구
H1 : 제1유입홀 H2 : 제1배출홀
H3 : 제2유입홀 H4 : 제2배출홀
H5 : 제3유입홀 H6 : 제3배출홀
R1, R1' : 제1접합부
R2, R2' : 제2접합부
R3, R3' : 제3접합부
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 열교환기를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
[1] 본 발명의 열교환기
본 발명의 열교환기는, 기본적으로 앞서 도 1 및 선행문헌으로 설명한 바와 같은 2종유체 열교환기와 유사하게, 서로 열교환하고자 하는 유체들이 유통되는 공간이 높이방향으로 교대 적층 배치되도록 한 판형 열교환기 형태이다. 좀더 구체적으로 설명하자면, 종래의 2종유체 열교환기는, 제1유체가 유통되는 공간 및 제2유체가 유통되는 공간이 높이방향으로 교대 적층 배치되어, 제1유체 및 제2유체가 서로 열교환되도록 한다. 본 발명의 열교환기는, 하나의 장치에서 제1유체 및 제2유체가 서로 열교환됨과 동시에 제1유체 및 제3유체가 서로 열교환되게 하고자 한다. 이를 위하여, 거칠게 설명하자면, 본 발명의 열교환기는 종래의 2종유체 열교환기를 길이방향 또는 높이방향으로 구획하여, 구획된 일부에는 종래와 마찬가지로 제2유체가 유통되도록 하고, 나머지 일부에는 제2유체 대신 제3유체가 유통되도록 한다. 이와 같이 함으로써 구획된 일부에서는 제1유체 및 제2유체 간 열교환이, 나머지 일부에서는 제1유체 및 제3유체 간 열교환이 이루어지게 되어, 하나의 열교환기에서 3종의 유체가 동시에 열교환할 수 있게 된다.
앞서 설명한 바와 같이, 이러한 열교환기는 온도영역이 다른 냉각수들이 발생되는 전기차량 또는 하이브리드차량에서 매우 유용하게 활용될 수 있다. 즉 상기 열교환기에서, 제1유체가 냉매이고, 제2유체가 냉각수이고, 제3유체가 제2유체와 온도영역이 다른 냉각수일 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 열교환기는 전기차량 또는 하이브리드차량에 구비되는 것으로서, 제2유체 및 제3유체 중 어느 하나가 배터리 냉각용 냉각수이고, 나머지 하나가 모터 냉각용 냉각수일 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 종래에는 온도영역이 다른 냉각수들을 따로따로 냉각하도록 별도의 칠러를 구비하여야 했으며, 이로 인해 엔진룸 내 공간활용성 저하, 차량 중량 증가로 인한 시스템효율 저하, 냉매 분배 공급에 따른 장치 복잡성 및 누출 위험성 증가 등의 여러 문제가 있었다. 그러나 본 발명에 의하면 3종의 유체가 하나의 열교환기에 의하여 서로 열교환할 수 있게 해 줌으로써 이러한 문제들을 원천적으로 배제할 수 있게 된다.
부연하자면, 도 1 및 선행문헌으로 설명한 바와 같은 2종유체 열교환기에서와 마찬가지로, 본 발명의 열교환기 역시 플레이트 상에 상측 또는 하측으로 돌출되어 유체의 유동에 난류를 형성하는 복수 개의 비드가 형성될 수 있다. 이러한 비드에 의하여 난류가 형성됨으로써 열교환성능이 향상되는 것은 잘 알려진 사실이며, 비드 형상, 배치 형태, 배치 밀도 등에 다양한 변경을 실시함으로써 열교환성능이 보다 향상될 수 있다. 한편 이하의 실시예들 설명을 위한 도면에서는 도면의 간략화를 위해 비드를 생략하여 도시하였으나, 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 상술한 바와 같이 비드 형성 취지 및 구조는 상술한 바와 같이 열교환기 기술분야에 잘 알려지고 다양한 선행연구가 진행되어 있는바, 본 발명의 열교환기에도 얼마든지 비드 형성 구성을 채용할 수 있음은 당연하다.
본 발명의 열교환기는, 제1, 2실시예에서는 제2, 3유체의 구획이 길이방향으로 이루어지고, 제3실시예에서는 제2, 3유체의 구획이 높이방향으로 이루어진다. 이후 길이방향으로 구획되는 제1, 2실시예 및 높이방향으로 구획되는 제3실시예 각각을 설명하기 전에, 제1, 2, 3실시예에서 공통되는 사항, 즉 엄밀하게는 종래의 2종유체 열교환기와 유사한 구조로 된 부분에 대하여 먼저 설명한다.
도 2 내지 도 14는 본 발명의 열교환기 제2실시예를 설명하기 위한 도면들이며, 도 15 내지 도 17은 본 발명의 열교환기 제2실시예를 설명하기 위한 도면들이며, 도 18 내지 도 22는 본 발명의 열교환기 제3실시예를 설명하기 위한 도면들이다. 각 실시예의 조립사시도인 도 2, 도 15, 도 18로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 열교환기는, 복수 개의 플레이트가 적층되어 형성되는 판형 열교환기 형태로 이루어지는 열교환기로서, 제1, 2, 3실시예 공통으로, 제1유체입구(141) 및 제1유체출구(142), 제2유체입구(143) 및 제2유체출구(144), 제3유체입구(145) 및 제3유체출구(146), 그리고 높이방향으로 적층되는 복수 개의 플레이트를 포함한다.
본 발명의 열교환기(100A)(100B)(100C)에 포함되는 플레이트는 일반적인 판형 열교환기에 사용되는 플레이트와 마찬가지로, 층별로 다른 유체가 교대로 유동된다. 본 발명의 모든 실시예에서, 제1유체가 유동되는 제1유동부(V1)를 포함하는 플레이트를 제1플레이트(110A)(110B)(110C)라 하고, 제2유체 및/또는 제3유체가 유동되는 제2유동부(V2)를 포함하는 플레이트를 제2플레이트(120A)(120B)(120C)라 칭한다. 즉 본 발명의 열교환기(100A)(100B)(100C)는, 모든 실시예에서, 제1플레이트(110A)(110B)(110C) 및 제2플레이트(120A)(120B)(120C)rk 교대로 적층되는 형태로 이루어진다.
본 발명의 열교환기(100A)(100B)(100C)에 포함되는 플레이트들은 모두 각각의 유체입구 및 유체출구와 연통되는 유입홀 및 배출홀을 가진다. 제1, 2실시예의 경우 제2, 3유체의 구획이 길이방향으로 이루어지므로 모든 플레이트들에 모든 유체의 유입홀 및 배출홀이 형성된다. 즉 각 플레이트마다 6개의 홀이 형성되는 것이다. 반면 제3실시예의 경우 제 2, 3유체의 구획이 높이방향으로 이루어지므로 일반적인 2종유체 판형 열교환기와 마찬가지로 각 플레이트마다 4개의 홀만 형성된다. 구체적으로는, 제1, 2실시예의 경우, 상기 제1플레이트(110A)(110B) 및 상기 제2플레이트(120A)(120B)는, 제1유체가 각각 유입 및 배출되는 제1유입홀(H1) 및 제1배출홀(H2), 제2유체가 각각 유입 및 배출되는 제2유입홀(H3) 및 제2배출홀(H4), 제3유체가 각각 유입 및 배출되는 제3유입홀(H5) 및 제3배출홀(H6)이 형성된다. 물론 이 때, 상기 제1유동부(V1)로의 제2유체 및 제3유체의 유통을 차단하도록, 상기 제1유입홀(H1) 및 상기 제1배출홀(H2) 둘레에 상기 제2유동부(V2) 방향으로 돌출되는 제1접합부(R1)(R1')가 형성되고, 상기 제2유동부(V2)로의 제1유체의 유통을 차단하도록, 상기 제2유입홀(H3) 및 상기 제2배출홀(H4) 둘레에 상기 제1유동부(V1) 방향으로 돌출되는 제2접합부(R2)(R2')가 형성되고, 상기 제3유입홀(H5) 및 상기 제3배출홀(H6) 둘레에 상기 제1유동부(V1) 방향으로 돌출되는 제3접합부(R3)(R2')가 형성된다. 반면 앞서 설명한 바와 같이 제3실시예의 경우 상기 제1플레이트(110C) 및 상기 제2플레이트(120C)는, 제1유입/배출홀(H1)(H2), 제2유입/배출홀(H3)(H4)만 형성된다. 유체가 유동되는 공간인 상기 제1, 2유동부(V1)(V2)는, 상기 플레이트의 둘레가 상측으로 돌출됨으로써 상측 내부에 형성된다. 제1, 2, 3실시예 공통으로, 상기 플레이트는 높이방향으로 복수 개가 적층되며, 이 때 이웃하는 상기 제1접합부(R1)(R1')가 서로 접합되고, 이웃하는 상기 제2접합부(R2)(R2')가 서로 접합되고, 이웃하는 상기 제3접합부(R3)(R3')가 서로 접합되도록 이루어진다. 이처럼 각 접합부들이 접합됨에 따라, 각각 [제1유체]와 [제2유체 및/또는 제3유체]가 교대로 유동되는 상기 제1유동부(V1) 및 상기 제2유동부(V2)가 형성되게 된다.
부연하자면, 여러 도면에서 접합부(R1)~(R3')는 상측 플레이트에서 하측으로 유동공간 높이의 일부만큼 돌출되고, 하측 플레이트에서 상측으로 유동공간 높이의 나머지 일부만큼 돌출되어, 이들끼리 접합됨으로써 서로 다른 유체가 교대로 다른 층으로 흐를 수 있는 유로를 형성할 수 있게 도시되어 있다. 그러나 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 접합부가 각 플레이트에서 유동공간 높이만큼 돌출되게 하면, 접합부끼리 접합되는 것이 아니라 접합부 및 플레이트가 접합됨으로써 유로를 형성하게 할 수도 있다. 이러한 변경 실시는 필요에 따라 적절하게 적용될 수 있는 것이므로, 본 발명의 도면으로 한정되지 않음은 당연하다.
제1, 2실시예의 경우 길이방향으로 구획이 이루어지므로, 도 2 내지 도 14 또는 도 15 내지 도 17에 도시된 바와 같이, 상기 제3유체입구(145) 및 상기 제3유체출구(146)가 상기 제1, 2유체입구(141)(143) 및 상기 제1, 2유체출구(142)(144)와 같은 면에 구비될 수 있다. 제1실시예의 경우 상기 제2유체입구/출구(143)(144) 쌍이 너비방향으로 이격되어 길이방향 일측에 배치되고, 상기 제3유체입구/출구(145)(146) 쌍이 역시 너비방향으로 이격되어 길이방향 타측에 배치되되, 상기 제1유체입구(141)는 상기 제2유체입구/출구(143)(144) 쌍 사이에 배치되고 상기 제1유체출구(142)는 상기 제3유체입구/출구(145)(146) 사이에 배치되도록 길이방향으로 양단에 이격 배치된다. 제2실시예의 경우 상기 제1, 2, 3유체입구/출구(141)~(146) 쌍이 모두 너비방향으로 이격되되, 상기 제1, 2유체입구/출구(141)~(144) 쌍이 길이방향으로 양단에 이격 배치되고, 상기 제3유체입구/출구(145)(146) 쌍은 이들 사이에, 즉 길이방향으로 중간에 배치된다. 제1, 2실시예의 경우에는 모든 유체입출구들(141)(142)(143)(144)(145)(146)이 모두 동일방향으로 돌출되게 형성할 수 있기 때문에, 엔진룸 내 공간활용성을 더욱 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
제3실시예의 경우 높이방향으로 구획이 이루어지므로, 도 18 내지 21에 도시된 바와 같이, 상기 제1, 2유체입구/출구(141)~(144) 쌍이 길이방향으로 양단에 이격 배치되되, 상기 제3유체입구/출구(145)(146) 쌍은 상기 제2유체입구/출구(143)(144) 쌍에 상응하는 위치이되 반대쪽에 형성된다. 제3실시예의 경우 종래의 2종유체 열교환기와 거의 동일한 구조로 이루어지되(이후 보다 상세히 설명하겠지만) 부품 하나만을 추가함으로써 열교환기로 바꿀 수 있다는 점에서 호환성이 높다는 장점이 있다.
본 발명의 모든 실시예에서, 복수 개의 상기 제2유동부(V2)들 중 일부가 구획되어 상기 제3유체입구(145) 및 상기 제3유체출구(146)와 연통됨으로써 제3유체가 유통되도록 형성되어, 제1유체 및 제2유체 간 열교환 및 제1유체 및 제3유체 간 열교환이 동시에 이루어지도록 형성된다. 이하에서 각 실시예에 대하여 보다 상세히 설명한다.
[1] 본 발명의 열교환기 제1실시예
도 2 및 도 9는 각각 본 발명의 열교환기 제1실시예의 조립사시도로서, 제1실시예는 제2, 3유체입구/출구 위치의 변경에 따라 제1-1실시예 및 제1-2실시예로 구분될 수 있다. 제1실시예에서 상기 열교환기(100A)는, 상기 제2플레이트(120A)가 길이방향 일측 및 타측으로 격벽(125)에 의해 구획되어, 상기 제2유동부(V2) 내에서 제2유체 및 제3유체가 서로 격리되어 유동되게 된다. 이에 따라 일측 및 타측 중 선택되는 한쪽의 상기 제2유동부(V2)는 제2유체가 유통되는 제2유체영역(M1)을 형성하고, 나머지 한쪽의 상기 제2유동부(V2)는 제3유체가 유통되는 제3유체영역(M2)을 형성하게 된다. 도 2 및 도 9에서는 예시적으로 일측이 상기 제2유체영역(M1)을, 타측이 상기 제3유체영역(M2)을 형성하도록 하고 있다.
제1실시예는, 상기 열교환기(100A)에서, 제2, 3유체의 구획이 길이방향으로 이루어지되, 상기 제1유입홀(H1) 및 상기 제1배출홀(H2)이 상기 격벽(125)에 의해 구획된 길이방향 일측 및 타측 각각에 형성되는 실시예이다. 제1실시예에서, 상기 제2유입/배출홀(H3)(H4) 및 상기 제3유입/배출홀(H5)(H6)은 상기 격벽(125)을 기준으로 양쪽에 형성되되, 길이방향 양측 끝단에 배치되느냐 또는 길이방향 중심 부근에 배치되느냐에 따라 제1-1실시예 및 제1-2실시예가 나뉜다.
제1-1실시예 및 제1-2실시예 모두, 즉 제1실시예 전체에서 공통적인 부분을 먼저 설명하면 다음과 같다. 제1실시예에서는, 앞서 설명한 바와 같이 상기 격벽(125)에 의해 상기 제2유동부(V2)에서 제2, 3유체의 구획이 길이방향으로 이루어지며, 구획된 양쪽에 각각 상기 제1유입/배출홀(H1)(H2)이 형성된다. 이 때 제1실시예의 상기 열교환기(100A)에서는, 상기 제1유입홀(H1) 및 상기 제1배출홀(H2)의 가상의 연결선상에 상기 제1유동부(V1)를 향하여 돌출되어 제1유체의 유동을 분배하는 유체분배구조가 형성되도록 한다.
상기 제1유동부(V1) 및 상기 제2유동부(V2)는 교대로 적층되게 배치되는 한편, 상기 제2유동부(V2)는 상기 격벽(125)에 의하여 길이방향으로 구획되어 있으므로, 제1유체는 길이방향으로 일자로 흐르는 한편 제2, 3유체는 길이방향 양쪽에서 U플로우를 형성하면서 흐르게 된다. 이 때 제2, 3유체가 유턴(U-turn)되는 구간에서는 아무래도 유동속도가 느려지며, 길이방향으로 흐를 때 유동속도가 빨라진다. 이러한 점을 고려할 때, 제1유체와 제2유체 / 제1유체와 제3유체가 최대한 열교환을 잘 할 수 있게 하기 위해서는 길이방향으로 제1유체를 좀더 몰아주는 것이 바람직하다. 상기 유체분배구조는 바로 이를 위하여 구비되는 것으로, 제2, 3유체의 U플로우 중에서 길이방향으로 흐르는 부분과 만나는 제1유체의 유량을 늘려줌으로써 결과적으로 열교환성능을 향상시킬 수 있다.
한편 상술한 바와 같은 열교환성능 관점에서 볼 때, 제1유체가 너비방향으로 어느 한쪽으로 몰리게 될 경우 전체적인 열교환성능이 당연히 저하된다. 이러한 문제를 피하기 위하여 상기 제1유입홀(H1) 및 상기 제1배출홀(H2)이 서로 길이방향으로 이격되며 길이방향 양단에 배치되되, 너비방향으로는 중앙에 배치되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 유체분배구조는 상기 제1유입홀(H1)에서 상기 제1배출홀(H2)까지의 연장선상에 존재하므로, 결과적으로 상기 유체분배구조는 너비방향 중앙에 배치되게 된다.
이하에서 제1-1실시예 및 제1-2실시예를 설명하면서 상기 유체분배구조의 보다 구체적인 구성에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 열교환기 제1-1실시예의 조립사시도이며, 도 3은 본 발명의 열교환기 제1-1실시예의 분해사시도이다. 또한 도 4는 본 발명의 열교환기 제1-1실시예의 제1, 2플레이트를 사시도 형태로서 따로 도시한 것이며, 도 5 내지 도 7은 본 발명의 열교환기 제1-1실시예의 제1, 2플레이트를 상면도 형태로서 보다 상세히 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 열교환기 제1-2실시예의 조립사시도이며, 도 10은 본 발명의 열교환기 제1-2실시예의 분해사시도이다. 또한 도 11은 본 발명의 열교환기 제1-2실시예의 제1, 2플레이트를 사시도 형태로서 따로 도시한 것이며, 도 12 내지 도 14는 본 발명의 열교환기 제1-2실시예의 제1, 2플레이트를 상면도 형태로서 보다 상세히 도시한 것이다.
먼저 도 5 내지 도 7을 참조하면, 제1-1실시예의 상기 열교환기(100A)에서, 상기 제2유입홀(H3) 및 상기 제2배출홀(H4)이 서로 너비방향으로 이격되며 길이방향 일측 끝단에 배치되고, 상기 제3유입홀(H5) 및 상기 제3배출홀(H6)이 서로 너비방향으로 이격되며 길이방향 타측 끝단에 배치된다. 즉 상기 제2유입/배출홀(H3)(H4) 쌍 및 상기 제3유입/배출홀(H5)(H6) 쌍이 길이방향 양단에 배치되는 것이다. 이 때 상기 제2플레이트(120A)에는, 각각의 유입/배출홀을 통해 유통되는 제2, 3유체가 홀들 근처에서만 흘러가지 않고 최대한 많은 면적을 통과하면서 흘러갈 수 있도록, U플로우 형성을 위한 안내벽들이 구비된다. 구체적으로는, 상기 제2플레이트(120A)의 상기 제2유입홀(H3) 및 상기 제2배출홀(H4) 사이를 구획하도록 상기 제2플레이트(120A)의 일측 측벽으로부터 중간까지 길이방향으로 연장되는 제2안내벽(121A)이 구비되어 제2유체의 U플로우를 형성하고, 상기 제2플레이트(120A)의 상기 제3유입홀(H5) 및 상기 제3배출홀(H6) 사이를 구획하도록 상기 제2플레이트(120A)의 타측 측벽으로부터 중간까지 길이방향으로 연장되는 제3안내벽(122A)이 구비되어 제3유체의 U플로우를 형성한다.
한편 도 12 내지 도 14를 참조하면, 제1-2실시예의 상기 열교환기(100A)에서, 상기 제2유입홀(H3) 및 상기 제2배출홀(H4)이 서로 너비방향으로 이격되며 길이방향 중앙에서 일측으로 편향되게 배치되고, 상기 제3유입홀(H5) 및 상기 제3배출홀(H6)이 서로 너비방향으로 이격되며 길이방향 중앙에서 타측으로 편향되게 배치된다. 즉 상기 제2유입/배출홀(H3)(H4) 쌍 및 상기 제3유입/배출홀(H5)(H6) 쌍이 길이방향 중앙에 가깝게 배치되는 것이다. 이 때 상기 제2플레이트(120A)에는, 제1-1실시예와 마찬가지로 안내벽들이 구비되는데, 이 경우 홀들 위치가 제1-1실시예와 반대이므로 안내벽 위치도 제1-1실시예와 반대가 된다. 즉, 상기 제2플레이트(120A)의 상기 제2유입홀(H3) 및 상기 제2배출홀(H4) 사이를 구획하도록 상기 격벽(125)으로부터 중간까지 길이방향으로 연장되는 제2안내벽(121A)이 구비되어 제2유체의 U플로우를 형성하고, 상기 제2플레이트(120A)의 상기 제3유입홀(H5) 및 상기 제3배출홀(H6) 사이를 구획하도록 상기 격벽(125)으로부터 중간까지 길이방향으로 연장되는 제3안내벽(122A)이 구비되어 제3유체의 U플로우를 형성한다.
도 5 내지 도 7, 도 12내지 도 14를 참조하면, 제1-1실시예 및 제1-2실시예 모두에서, 제1유체는 상기 제1유입홀(H1)에서 상기 제1배출홀(H2)까지 일자로 흘러간다. 상기 유체분배구조는, 앞서 설명한 바와 같이 상기 제1유입홀(H1)에서 상기 제1배출홀(H2)까지 흘러가는 제1유체의 유동을 적절하게 분배하기 위한 것이다.
이 때 제1유체가 잘 분배되어 흘러갈 수 있도록, 상기 유체분배구조는, 상기 제1유입홀(H1) 또는 상기 제1배출홀(H2)에 가까울수록 돌출면적이 작아지도록 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 형상의 예시로서, 상기 유체분배구조는 제1-1실시예인 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이 원호를 포함하는 형태로 형성될 수도 있고, 제1-2실시예인 도 12 내지 도 14에 도시된 바와 같이 삼각형으로 형성될 수도 있다.
한편 제1유체가 유동되는 공간은 상기 제1유동부(V1), 즉 상기 제1플레이트(110A) 상에 형성된 공간이기 때문에 상기 격벽(125)과 관계없이 제1유체는 상기 제1유입홀(H1)에서 상기 제1배출홀(H2)까지 잘 흘러갈 수 있다. 그런데 상기 격벽(125)은 상기 제2유동부(V2) 쪽으로 돌출되도록 상기 제2플레이트(120A) 상에 형성되는 구조물이며, 상기 제1유동부(V1) 및 상기 제2유동부(V2)는 교대로 적층되게 배치되므로, 상기 제1유동부(V1) 쪽에서 볼 때 상기 격벽(125) 위치는 상측으로 함몰된 공간을 형성하게 된다. 이러한 함몰공간을 통해 상기 격벽(125)에 의해 구획된 유체가 일측에서 타측으로(또는 타측에서 일측으로) 넘어가는 내부 리크(leak)를 유발할 위험이 있다. 이처럼 상기 격벽(125) 위치에서 내부 리크가 발생되는 문제를 방지하기 위해, 상기 유체분배구조는 상기 제2플레이트(120A)에 형성되는 상기 격벽(125)과 대응되지 않는 위치에 형성되는 것이 바람직하다.
더불어, 상기 격벽(125)에 대해 좀더 상세히 설명하자면 다음과 같다. 도 8은 본 발명의 열교환기의 격벽의 여러 실시예를 도시한 것이다. 도 8의 상측도면은 도 7의 하측도면으로 도시된 제1-1실시예의 상기 제2플레이트(120A)의 사시도와 동일한 도면이다. 상기 격벽(125)은 상술한 바와 같이 상기 제2유동부(V2)를 구획하여 어느 한쪽에는 제2유체가, 다른 한쪽에는 제3유체가 서로 격리되어 유동되도록 하기 위한 구조물이다. 이 때 제2, 3유체는 서로 작동온도범위가 다른 유체일 수 있는데(예시적으로 어느 하나는 배터리냉각용 냉각수, 다른 하나는 모터냉각용 냉각수), 이 때 상기 격벽(125)은 실질적으로 하나의 판재가 프레싱되어 구부려진 형태로 형성되는 구조물이기 때문에, 상기 격벽(125)을 따라서 제2, 3유체 간에 원치않은 열전달이 발생될 우려가 있다. 이러한 문제를 방지하기 위하여, 상기 격벽(125)에는 도 8의 하측도면에 도시된 바와 같은 적어도 하나의 격벽홀(125H)이 형성될 수 있다. 구체적으로 설명하자면, 상기 격벽홀(125H)은 상기 격벽(125)의 인접한 상기 제1플레이트(110A)(110B)와 접합되는 면 상에 형성되는 것이다. 상기 격벽홀(125H)이 형성됨으로써, 상술한 바와 같이 상기 격벽(125)을 따라 발생되는 열전달의 열전달면적을 줄여 줌으로써, 제2, 3유체 간의 원치않은 열전달을 저감해 주는 효과를 얻을 수 있다. 더불어 상기 격벽(125)이 인접한 상기 제1플레이트(110A)(110B)와 완전히 접합되지 않을 경우 상기 격벽홀(125H)을 통해 내부 리크가 발생할 수 있으므로, 상기 격벽홀(125H)은 내부 리크가 있는지 확인하는 용도로도 사용될 수 있다.
상술한 바와 같은 조건들을 모두 고려하였을 때, 제1-1실시예 및 제1-2실시예에서의 상기 유체분배구조는 최적화하기 위해서는 그 위치나 형상이 서로 조금 상이하게 이루어질 수 있다.
먼저 제1-1실시예에서의 상기 유체분배구조는, 도 5 내지 도 7에 도시된 반달리브(112A) 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 상기 반달리브(112A)는, 상기 제1플레이트(110A) 중앙에 형성되되, 상기 제1유입홀(H1) 또는 상기 제1배출홀(H2) 쪽이 원호이고 중앙 쪽이 직선부인 반달형으로 형성된다. 물론 제1-1실시예에서의 상기 유체분배구조가 삼각형으로 형성되어도 무방하지만, 제1-1실시예의 경우 제1유체의 큰 흐름을 중앙에서 분리하여 주어야 하기 때문에 다소 부드럽고 완만하게 유체 흐름을 분배해주도록 형성되는 것이 바람직하며, 따라서 삼각형이 아닌 반달형으로 형성하는 것이 유리하다.
또한 제1-1실시예에서는 상기 유체분배구조가 상기 제1플레이트(110A) 중앙에 형성되기 때문에 역시 상기 제2플레이트(120A) 중앙에 형성되는 상기 격벽(125)과 그 위치가 대응될 우려가 있으며, 따라서 인접한 상기 제2플레이트(120A)에 형성된 상기 격벽(125)에 대응되는 위치를 회피하도록 한 쌍의 상기 반달리브(112A)가 서로 적절한 간격으로 이격 배치되도록 하는 것이 바람직하다.
한편 제1-2실시예에서의 상기 유체분배구조는, 도 12 내지 도 14에 도시된 삼각리브(113A) 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 상기 삼각리브(113A)는, 상기 제1유입홀(H1) 또는 상기 제1배출홀(H2)에 인접 형성되되, 상기 제1유입홀(H1) 또는 상기 제1배출홀(H2) 쪽이 꼭지점이고 중앙 쪽이 직선부인 삼각형으로 형성되는 것이 바람직하다. 역시 물론 제1-2실시예에서의 상기 유체분배구조가 반달형으로 형성되어도 무방하지만, 제1-2실시예의 경우 제1유체가 상기 제1유입홀(H1)로 유입된 직후 또는 제1배출홀(H2)로 배출되기 직전의 작은 흐름을 분리하여 주어야 하기 때문에 다소 예리하게 유체 흐름을 분배해주도록 형성되는 것이 바람직하며, 따라서 반달형이 아닌 삼각형으로 형성하는 것이 유리하다.
또한 제1-2실시예에서는 상기 유체분배구조가 상기 제1유입홀(H1) 또는 상기 제1배출홀(H2)에 인접 형성되기 때문에, 상기 제2플레이트(120A) 중앙에 형성되는 상기 격벽(125)과는 이미 그 위치가 많이 떨어져 있으므로 상기 격벽(125)과의 간섭은 우려되지 않는다. 다만 상기 제2플레이트(120A)에는 상기 격벽(125) 뿐만 아니라 (제2유체의 U플로우 형성을 위한) 상기 제1, 2안내벽(121A)(122A)이 형성되어 있으며, 이들과의 간섭 또한 고려해야 할 부분인 바, 상기 삼각리브(113A)는 상기 제1, 2안내벽(121A)(122A)과 겹치지 않는 위치에 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
제1실시예의 여러 도면들 중 도 2 내지 도 4, 도 9 내지 도 11에서는 전체적인 구조를 보다 잘 보이기 위해 상기 제1플레이트(110A) 및 상기 제2플레이트(120A) 상에 비드를 도시하지 않았지만, 앞서도 설명한 바와 같이 판형 열교환기에 포함되는 플레이트에는 일반적으로 비드를 형성하여 열교환성능을 더욱 향상하는 기술이 공지되어 있다. 본 발명에서도, 비드의 도시가 생략되어 있다 하더라도 플레이트 상에 비드를 형성할 수 있음은 당연하다. 즉 상기 열교환기(100A)에서, 상기 제1플레이트(110A) 및 상기 제2플레이트(120A) 상에 복수 개의 비드가 형성될 수 있다.
도 5 내지 도 7, 도 12 내지 도 14는 각각 제1-1실시예 및 제1-2실시예에서의 상기 제1, 2플레이트(110A)(120A)의 상면도로서, 여기에는 비드가 구체적으로 도시되어 있다. 제1-1실시예의 도 5 및 제1-2실시예의 도 12에서는, 상기 제1, 2플레이트(110A)(120A)에 형성된 비드 밀도가 동일한 예시를 보여준다. 여기에서 "비드 밀도"란, 일정 플레이트 면적에 형성된 비드의 개수를 의미한다. 다만 상기 제1, 2플레이트(110A)(120A)에 형성된 비드가 서로 모두 동일한 위치에 형성될 경우 간섭에 의하여 유체 흐름특성이 불량해질 우려가 있으므로, 도시된 바와 같이 상기 제1플레이트(110A)에 형성된 비드 및 상기 제2플레이트(110B)에 형성된 비드의 위치가 서로 어긋나게 형성되는 것이 바람직하다.
한편 제1, 2, 3유체의 작동온도범위나 점도 등에 따라 각각의 플레이트 상의 비드 밀도가 동일하게 형성되는 구조가 최적일 수도 있다. 그런데 앞서, 구체적인 예시로서 제1유체는 냉매, 제2, 3유체는 배터리용/모터용 냉각수일 수 있다고 설명한 바 있다. 이러한 경우, 냉매와 냉각수의 점도에 차이가 있기 때문에, 비드 밀도를 동일하게 하는 것보다는 상이하게 하는 것이 더욱 열교환성능을 향상시킬 수 있다. 제1-1실시예의 도 6 및 제1-2실시예의 도 13에서는, 상기 제2플레이트(120A)에 서브딤플을 추가함으로써 상기 제1플레이트(110A)에 형성된 비드 밀도가 상기 제2플레이트(110B)에 형성된 비드 밀도보다 낮게 형성되도록 하는 예시를 보여준다. 서브딤플이 추가되면 열교환면적이 늘어나기 때문에 열교환성능이 향상되는 경향이 있으나, 냉매의 경우 저항이 커짐으로 인하여 냉매온이 높아지게 되어 오히려 열교환성능에 악영향을 끼칠 우려가 있다. 따라서 제1유체가 냉매 / 제2, 3유체가 냉각수인 경우 상기 제2플레이트(120A)에만 서브딤플이 추가되도록 하는 것이 바람직한 것이다.
제1-1실시예의 도 7 및 도 1-2실시예의 도 14에서는, 상기 제2플레이트(120A)에 서브딤플을 추가함과 동시에 상기 제1플레이트(110A)에 형성된 비드 밀도를 더 낮춘 예시를 보여준다. 냉매의 경우 저항이 작아질수록 냉매온이 낮아지게 되어 냉각수와의 온도차를 더욱 크게 함으로써 열교환성능을 높일 수 있으며, 따라서 도 7 및 도 14처럼 상기 제1플레이트(110A)에 형성된 비드 밀도를 더 낮추도록 할 수도 있다. 다만 비드 밀도가 너무 낮아지면 내압성에 문제가 생길 수 있으며, 이러한 사항 및 냉매의 점도 등을 고려하여 비드 밀도가 적절한 수준으로 결정될 수 있다.
[2] 본 발명의 열교환기 제2실시예
도 15는 본 발명의 열교환기 제2실시예의 조립사시도이다. 제2실시예에서 상기 열교환기(100B)는, 제1실시예에서와 마찬가지로, 상기 제2플레이트(120A)가 길이방향 일측 및 타측으로 격벽(125)에 의해 구획되어, 상기 제2유동부(V2) 내에서 제2유체 및 제3유체가 서로 격리되어 유동되게 된다. 이에 따라 일측 및 타측 중 선택되는 한쪽의 상기 제2유동부(V2)는 제2유체가 유통되는 제2유체영역(M1)을 형성하고, 나머지 한쪽의 상기 제2유동부(V2)는 제3유체가 유통되는 제3유체영역(M2)을 형성하게 된다. 도 15에서는 예시적으로 타측이 상기 제2유체영역(M1)을, 일측이 상기 제3유체영역(M2)을 형성하도록 하고 있다.
제2실시예는, 상기 열교환기(100B)에서, 제2, 3유체의 구획이 길이방향으로 이루어지되, 상기 제1유입홀(H1) 및 상기 제1배출홀(H2)이 상기 격벽(125)에 의해 구획된 길이방향 일측 또는 타측 중 선택되는 어느 한쪽에 형성되는 실시예이다. 제1실시예의 경우 상기 제1유입홀(H1) 및 상기 제1배출홀(H2)이 상기 격벽(125)의 일측 및 타측 각각에 구비되는 반면, 제2실시예의 경우 일측 또는 타측 중 어느 한쪽에 몰려 형성된다는 점에서 제1실시예와는 상이하다.
제2실시예에서는, 일반적인 2종유체 열교환기와 유사하게 상기 제1유동부(V1)에서는 제1유체가 U플로우를 형성하며 흘러가되, 상기 제2유동부(V2)는 상기 격벽(125)에 의해 길이방향 일측 및 타측으로 구획되어 각각 제2, 3유체가 각각 U플로우를 형성하며 흘러간다. 이와 같은 흐름을 구현하기 위하여, 제2실시예에서의 상기 열교환기(100B)는, 상기 제1유입홀(H1) 및 상기 제1배출홀(H2)이 서로 너비방향으로 이격되며 길이방향 일측 끝단에 배치되고, 상기 제2유입홀(H3) 및 상기 제2배출홀(H4)이 서로 너비방향으로 이격되며 길이방향 타측 끝단에 배치되고, 상기 제3유입홀(H5) 및 상기 제3배출홀(H6)이 서로 너비방향으로 이격되며 길이방향 중간에 배치되도록 한다.
한편 도면 상에 도시되지는 않았으나, 앞서 제1실시예에서의 상기 격벽홀(125H)이 제2실시예에서의 상기 격벽(125)에도 물론 형성될 수 있다. 상기 격벽홀(125H)에 의하여 제2, 3유체 간의 원치않은 열전달을 차단하고, 필요 시 내부 리크를 확인할 수도 있음은 제1실시예에서와 마찬가지이다.
도 16은 본 발명의 열교환기 제2실시예의 분해사시도이며, 도 17은 본 발명의 열교환기 제2실시예의 제1, 2플레이트를 따로 도시한 것이다. 이를 통해 본 발명의 열교환기 제2실시예, 특히 상기 플레이트의 구체적인 구성을 상세히 설명한다.
도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 제2실시예에서 상기 플레이트는, 제1플레이트(110B) 및 제2플레이트(120B), 이렇게 2종으로 구성된다. 또한 상기 플레이트는, 상기 제3유체입구(145) 및 상기 제3유체출구(146)와 연통되도록 각각 중공되며 그 둘레가 상기 제1접합부(R1)(R1')와 반대방향으로 돌출되는 제3접합부(R3)(R3')가 형성되는 제3유입홀(H5) 및 제3배출홀(H6)이 형성된다. 따라서 상기 플레이트가 높이방향으로 복수 개가 적층되면 이웃하는 상기 제3접합부(R3)(R3')가 서로 접합되게 된다. 이하 보다 상세히 설명되겠지만, 상기 제3접합부(R3)(R3')의 돌출방향은 상기 제2접합부(R2)(R2')와 동일하게(즉 상기 제1접합부(R1)(R1')와 반대로) 형성된다.
상기 제1플레이트(110B)에서는, 상기 제1유입홀(H1) 및 상기 제1배출홀(H2) 둘레에 하측으로 돌출되는 상기 제1접합부(R1')가 형성되고, 상기 제2유입홀(H3) 및 상기 제2배출홀(H4) 둘레에 상측으로 돌출되는 상기 제2접합부(R2)가 형성되고, 상기 제3유입홀(H5) 및 상기 제3배출홀(H6) 둘레에 상측으로 돌출되는 상기 제3접합부(R3)가 형성된다. 이에 따라 상기 제1플레이트(110B)의 상측 내부의 유체유동공간에서, 상기 제2접합부(R2) 및 이웃하는 플레이트에서 하측으로 돌출되는 제2접합부(R2')가 서로 접합되어 제2유체의 유통을 폐쇄하고, 상기 제3접합부(R3) 및 이웃하는 플레이트에서 하측으로 돌출되는 제3접합부(R3')가 서로 접합되어 제3유체의 유통을 폐쇄하며, 따라서 상기 유체유동공간이 제1유체가 유통되는 상기 제1유동부(V1)를 형성하게 된다.
상기 제2플레이트(120B)에서는, 상기 제1유입홀(H1) 및 상기 제1배출홀(H2) 둘레에 상측으로 돌출되는 상기 제1접합부(R1)가 형성되고, 상기 제2유입홀(H3) 및 상기 제2배출홀(H4) 둘레에 하측으로 돌출되는 상기 제2접합부(R2')가 형성되고, 상기 제3유입홀(H5) 및 상기 제3배출홀(H6) 둘레에 하측으로 돌출되는 상기 제3접합부(R3')가 형성된다. 또한 상기 제2플레이트(120B)에는, 상기 제2유입홀(H3) 및 상기 제2배출홀(H4)과 상기 제3유입홀(H5) 및 상기 제3배출홀(H6) 사이를 구획하도록 너비방향 전체에 걸쳐 연장되는 격벽(125)이 형성된다. 상기 격벽(125)은 또한, 상측으로 돌출되어 그 상면이 이웃하는 상측 플레이트의 바닥면과 접하도록 형성된다. 이에 따라 상기 플레이트들이 높이방향으로 적층될 경우, 상기 격벽(125)의 일측 및 타측 공간은 상기 격벽(125)에 의해 완전히 격리된다. 이러한 구조에 의하여, 상기 제2플레이트(120B)의 상측 내부의 유체유동공간에서, 상기 제1접합부(R1) 및 이웃하는 플레이트에서 하측으로 돌출되는 제1접합부(R1')가 서로 접합되어 제1유체의 유통을 폐쇄하며, 따라서 상기 유체유동공간이 상기 격벽(125)에 의해 구획된 일부에 제2유체가 유통되고 나머지 일부에 제3유체가 유통되는 상기 제2유동부(V2)를 형성하게 된다.
이처럼 제2실시예에서 상기 열교환기(100B)는, 상기 격벽(125)에 의하여 상기 제2유체영역(M1) 및 상기 제3유체영역(M2)이 길이방향으로 구획되도록 형성된다. 도 15 내지 도 17에서는 상기 제3유체영역(M2)이 상기 제2유체영역(M1)보다 상당히 크게 형성되는 형태로 도시되어 있으나, 이는 하나의 예시일 뿐으로, 필요에 따라 상기 격벽(125) 위치를 조절함으로써 제2, 3유체의 유량을 원하는 대로 조절할 수 있음은 당연하다.
부가적으로, 상기 제1, 2플레이트(110B)(120B)는 내부에서 유체가 보다 원활하게 유통될 수 있도록 하기 위해 각각 제1, 2, 3안내벽(111B)(121B)(122B)를 포함한다. 각각의 안내벽들은 거의 유사한 역할을 하는데, 명확하게 하기 위해 각각을 구체적으로 상세히 설명하자면 다음과 같다.
상기 제1안내벽(111B)은, 상기 제1플레이트(110B)의 상기 제1유입홀(H1) 및 상기 제1배출홀(H2) 사이를 구획하도록 상기 제1플레이트(110B)의 일측 측벽으로부터 중간까지 길이방향으로 연장된다. 또한 상기 제1안내벽(111B)은, 상측으로 돌출되어 그 상면이 이웃하는 상측 플레이트의 바닥면과 접하도록 형성된다. 이에 따라 상기 제1유동부(V1)에서는, 상기 제1유입홀(H1)을 통해 일측으로부터 유입된 제1유체가 상기 제1안내벽(111B)에 의해 타측으로 안내되어 유통되고, 타측으로부터 상기 제1안내벽(111B)에 의해 일측으로 안내되어 상기 제1배출홀(H2)을 통해 배출되는 유체경로가 형성된다.
상기 제2안내벽(121B)은, 상기 제2플레이트(120B)의 상기 제2유입홀(H3) 및 상기 제2배출홀(H4) 사이를 구획하도록 상기 제2플레이트(120B)의 타측 측벽으로부터 중간까지 길이방향으로 연장된다. 또한 상기 제2안내벽(121B)은, 상측으로 돌출되어 그 상면이 이웃하는 상측 플레이트의 바닥면과 접하도록 형성된다. 이에 따라 상기 제2유동부(V2) 타측 구획공간에서는, 상기 제2유입홀(H3)을 통해 타측으로부터 유입된 제2유체 및 제3유체 중 어느 하나(도 16에서는 제2유체)가 상기 제2안내벽(121B)에 의해 일측으로 안내되어 유통되고, 일측으로부터 상기 제2안내벽(121B)에 의해 타측으로 안내되어 상기 제2배출홀(H4)을 통해 배출되는 유체경로가 형성된다.
상기 제3안내벽(122B)은, 상기 제2플레이트(120B)의 상기 제3유입홀(H5) 및 상기 제3배출홀(H6) 사이를 구획하도록 상기 격벽(125)으로부터 중간까지 길이방향으로 연장된다. 또한 상기 제3안내벽(122B)은, 상측으로 돌출되어 그 상면이 이웃하는 상측 플레이트의 바닥면과 접하도록 형성된다. 이에 따라 상기 제2유동무(V2) 일측 구획공간에서는, 상기 제3유입홀(H5)을 통해 타측으로부터 유입된 제2유체 및 제3유체 중 나머지 하나가 상기 제3안내벽(122B)에 의해 일측으로 안내되어 유통되고, 일측으로부터 상기 제3안내벽(122B)에 의해 타측으로 안내되어 상기 제3배출홀(H6)을 통해 배출되는 유체경로가 형성된다.
[3] 본 발명의 열교환기 제3실시예
도 18은 본 발명의 열교환기 제3실시예의 조립사시도이다. 제3실시예에서 상기 열교환기(100C)는, 상기 제2플레이트(120C)에서 (제1, 2실시예에서 두 종류의 유체가 유동되는 것과는 달리) 상기 제1플레이트(110C)와 유사하게 단일 유체만이 유동된다. 즉 상기 제2플레이트(120C)에 형성되는 상기 제2유동부(V2)에는 제2유체 또는 제3유체 중 선택되는 어느 하나의 유체가 유동된다. 한편 제3실시예에서 상기 열교환기(100C)는, 높이방향으로 적층된 복수 개의 상기 제2유동부(V2)들이 높이방향으로 구획된다. 이를 위하여 상기 열교환기(100C)는, 상기 제2유동부(V2)를 포함하되 제2유체 및 제3유체의 적층방향으로의 유통을 차단하는 격막플레이트(130)를 포함한다. 구체적으로 설명하자면, 상기 열교환기(100C)는, 적층된 상기 제2플레이트(120C) 중 하나가 상기 격막플레이트(130)로 대체되어 상기 격막플레이트(130) 위치를 기준으로 일측(도 18의 예시에서는 상측)에는 제1, 2유체가 유통되고 타측(도 18의 예시에서는 하측)에는 제1, 3유체가 유통되도록 형성된다. 이에 따라 상측 또는 하측 일부의 상기 제2유동부(V2)들은 제2유체가 유통되는 제2유체영역(M1)을 형성하고, 나머지 일부의 상기 제2유동부(V2)들은 제3유체가 유통되는 제3유체영역(M2)을 형성하게 된다. 도 18에서는 예시적으로 상측이 제2유체영역(M1)을, 하측이 제3유체영역(M2)을 형성하도록 하고 있으나, 물론 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
제3실시예는, 상기 열교환기(100C)에서, 제2, 3유체의 구획이 높이방향으로 이루어지는 실시예이다. 즉 상술한 바와 같이 유입/배출홀(H1)~(H4)들의 개수 및 위치는 종래의 2종유체 판형 열교환기와 동일하되, 다만 높이방향의 구획을 위한 격막플레이트가 추가적으로 구성된다.
제3실시예에서는, 일반적인 2종유체 열교환기와 동일하게, 상기 제1유동부(V1)에서는 제1유체가 U플로우를 형성하며 흘러가고, 상기 제2유동부(V2)에서는 제2유체 또는 제3유체 중 선택되는 어느 하나가 U플로우를 형성하며 흘러간다. 이와 같은 흐름을 구현하기 위하여, 제3실시예에서의 상기 열교환기(100C)는, 일반적인 2종유체 열교환기와 동일하게, 상기 제1유입홀(H1) 및 상기 제1배출홀(H2)이 서로 너비방향으로 이격되며 길이방향 일측 끝단에 배치되고, 상기 제2유입홀(H3) 및 상기 제2배출홀(H4)이 서로 너비방향으로 이격되며 길이방향 타측 끝단에 배치되도록 한다.
도 19는 본 발명의 열교환기 제3실시예의 제1, 3유체측 분해사시도이며, 도 20은 본 발명의 열교환기 제3실시예의 제2, 3유체측 분해사시도이며, 도 21은 본 발명의 열교환기 제3실시예의 격막측 분해사시도이다. 도 22는 본 발명의 열교환기 제3실시예의 제1, 2플레이트 및 격막플레이트만을 따로 도시한 것이다. 이를 통해 본 발명의 열교환기 제3실시예, 특히 상기 플레이트의 구체적인 구성을 상세히 설명한다.
도 19 내지 도 22에 도시된 바와 같이, 제3실시예에서 상기 플레이트는, 제1플레이트(110C), 제2플레이트(120C) 및 격막플레이트(130), 이렇게 3종으로 구성된다.
상기 제1플레이트(110C)에서는, 상기 제1유입홀(H1) 및 상기 제1배출홀(H2) 둘레에 하측으로 돌출되는 상기 제1접합부(R1')가 형성되고, 상기 제2유입홀(H3) 및 상기 제2배출홀(H4) 둘레에 상측으로 돌출되는 상기 제2접합부(R2)가 형성된다. 이에 따라 상기 제1플레이트(110C)의 상측 내부의 유체유동공간에서, 상기 제2접합부(R2) 및 이웃하는 플레이트에서 하측으로 돌출되는 제2접합부(R2')가 서로 접합되어 제2유체 또는 제3유체의 유통을 폐쇄하며, 따라서 상기 유체유동공간이 제1유체가 유통되는 상기 제1유동부(V1)를 형성하게 된다.
상기 제2플레이트(120C)에서는, 상기 제1유입홀(H1) 및 상기 제1배출홀(H2) 둘레에 상측으로 돌출되는 상기 제1접합부(R1)가 형성되고, 상기 제2유입홀(H3) 및 상기 제2배출홀(H4) 둘레에 하측으로 돌출되는 상기 제2접합부(R2')가 형성된다. 이에 따라 상기 제2플레이트(120C)의 상측 내부의 유체유동공간에서, 상기 제1접합부(R1) 및 이웃하는 플레이트에서 하측으로 돌출되는 제1접합부(R1')가 서로 접합되어 제1유체의 유통을 폐쇄하며, 따라서 상기 유체유동공간이 제2유체 또는 제3유체가 유통되는 상기 제2유동부(V2)를 형성하게 된다.
제3실시예에서 상기 열교환기(100C)는, 상기 제1플레이트(110C) 및 상기 제2플레이트(110B)가 높이방향으로 교대로 적층되어 형성된다. 이 때 상기 열교환기(100C)는, 상기 제2유체영역(M1) 및 상기 제3유체영역(M2) 사이에서 상기 제2플레이트(120C)를 대체하여 배치되는 격막플레이트(130)를 더 포함한다. 상기 격막플레이트(130)는 상기 제2플레이트(120C)를 대체하여 배치되는 만큼 기본적으로는 상기 제2플레이트(120C) 구조와 거의 동일한 구조를 갖는다. 다만, 도 22에 잘 도시된 바와 같이, 상기 격막플레이트(130)는 상기 제2플레이트(120C) 구조에서 상기 제2유입홀(H3) 및 상기 제2배출홀(H4)이 격막에 의해 폐쇄된 구조로 형성된다. 이에 따라 상기 격막플레이트(130)의 상측 및 하측 간에는 도 21에 명시적으로 도시된 바와 같이 제2, 3유체의 유통이 이루어질 수 없게 된다. 즉 제3실시예에서 상기 열교환기(100C)는, 상기 격막플레이트(130)에 의하여 상기 제2유체영역(M1) 및 상기 제3유체영역(M2)이 높이방향으로 구획되도록 형성되는 것이다.
또한 상기 제1, 2, 격막플레이트(110C)(120C)(130)는 (앞서 설명된 제1실시예의 안내벽들과 유사하게) 내부에서 유체가 보다 원활하게 유통될 수 있도록 하기 위해 각각 제1, 2, 격막안내벽(111C)(121C)(131)을 포함한다. 각각의 안내벽들은 거의 유사한 역할을 하는데, 명확하게 하기 위해 각각을 구체적으로 상세히 설명하자면 다음과 같다.
상기 제1안내벽(111C)은, 상기 제1플레이트(110C)의 상기 제1유입홀(H1) 및 상기 제1배출홀(H2) 사이를 구획하도록 상기 제1플레이트(110C)의 일측 측벽으로부터 중간까지 길이방향으로 연장된다. 또한 상기 제1안내벽(111C)은, 상측으로 돌출되어 그 상면이 이웃하는 상측 플레이트의 바닥면과 접하도록 형성된다. 이에 따라 상기 제1유동부(V1)에서는, 상기 제1유입홀(H1)을 통해 일측으로부터 유입된 제1유체가 상기 제1안내벽(111C)에 의해 타측으로 안내되어 유통되고, 타측으로부터 상기 제1안내벽(111C)에 의해 일측으로 안내되어 상기 제1배출홀(H2)을 통해 배출되는 유체경로가 형성된다.
상기 제2안내벽(121C)은, 상기 제2플레이트(120C)의 상기 제2유입홀(H3) 및 상기 제2배출홀(H4) 사이를 구획하도록 상기 제2플레이트(120C)의 타측 측벽으로부터 중간까지 길이방향으로 연장된다. 또한 상기 제2안내벽(121C)은, 상측으로 돌출되어 그 상면이 이웃하는 상측 플레이트의 바닥면과 접하도록 형성된다. 이에 따라 상기 제2유동부(V2)에서는, 상기 제2유입홀(H3)을 통해 타측으로부터 유입된 제2유체 또는 제3유체가 상기 제2안내벽(121C)에 의해 일측으로 안내되어 유통되고, 일측으로부터 상기 제2안내벽(121C)에 의해 타측으로 안내되어 상기 제2배출홀(H4)을 통해 배출되는 유체경로가 형성된다.
상기 격막안내벽(131)은 실질적으로 상기 제2안내벽(121C)과 동일한 구조로 되나 명확하게 하기 위해 다시 설명하자면 다음과 같다. 상기 격막안내벽(131)은, 상기 격막플레이트(130)의 상기 제2유입홀(H3) 위치 및 상기 제2배출홀(H4) 위치 사이를 구획하도록 상기 격막플레이트(130)의 타측 측벽으로부터 중간까지 길이방향으로 연장된다. 또한 상기 격막안내벽(131)은, 상측으로 돌출되어 그 상면이 이웃하는 상측 플레이트의 바닥면과 접하도록 형성된다.
상기 격막플레이트(130) 상에는 상기 제2유입홀(H3) 및 상기 제2배출홀(H4)이 형성되어 있지 않으나, 이웃하는 플레이트에는 형성되어 있으므로, 이웃하는 플레이트의 제2유입홀(H3) 및 제2배출홀(H4)을 통해 제2유체 또는 제3유체 중 하나(도 21의 예시에서는 제2유체)가 상기 격막플레이트(130)의 유체유동공간 내로 흘러들어올 수 있다. 즉 결과적으로 상기 격막플레이트(130)의 유체유동공간은 (격막에 의해 상기 제2유입홀(H3) 및 상기 제2배출홀(H4)이 막혀있음에도 불구하고) 상기 제2유동부(V2)를 형성할 수 있다. 이처럼 상기 격막플레이트(130)에 형성된 상기 제2유동부(V2)에서는, 이웃하는 플레이트의 상기 제2유입홀(H3)을 통해 타측으로부터 유입된 제2유체 또는 제3유체가 상기 제2안내벽(121C)에 의해 일측으로 안내되어 유통되고, 일측으로부터 상기 제2안내벽(121C)에 의해 타측으로 안내되어 이웃하는 플레이트의 상기 제2배출홀(H4)을 통해 배출되는 유체경로가 형성된다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
본 발명에 의하면, 서로 다른 2종의 유체 및 또다른 1종의 유체가 서로 열교환할 수 있도록 형성되어, 즉 결과적으로 3종의 유체가 하나의 열교환기에 의하여 서로 열교환할 수 있게 해 주며, 특히 이러한 구조를 전기차량의 칠러로 활용함으로써 활용성을 극대화할 수 있다.

Claims (28)

  1. 복수 개의 플레이트가 적층되어 형성되는 판형 열교환기에 있어서,
    제1유체가 유동되는 제1유동부를 포함하는 제1플레이트;
    길이방향 일측 및 타측으로 격벽에 의해 구획되어 제2유체 및 제3유체가 서로 격리되어 유동되는 제2유동부를 포함하는 제2플레이트;
    를 포함하고,
    상기 제1플레이트 및 상기 제2플레이트가 교대로 적층되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 열교환기는,
    제1유체가 각각 유입 및 배출되는 제1유입홀 및 제1배출홀이 형성되되,
    상기 제1유입홀 및 상기 제1배출홀은 서로 길이방향으로 이격되며 길이방향 양단에 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 열교환기는,
    상기 제1유입홀 및 상기 제1배출홀의 가상의 연결선상에 상기 제1유동부를 향하여 돌출되어 제1유체의 유동을 분배하는 유체분배구조가 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 유체분배구조는,
    상기 제1유입홀 또는 상기 제1배출홀에 가까울수록 돌출면적이 작아지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 유체분배구조는,
    상기 제2플레이트에 형성되는 상기 격벽과 대응되지 않는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 유체분배구조는,
    돌출된 부분이 삼각형 또는 원호를 포함하는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  7. 제 3항에 있어서, 상기 열교환기는,
    상기 제1유입홀 및 상기 제1배출홀이 너비방향 중앙에 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  8. 제 3항에 있어서, 상기 열교환기는,
    제2유체가 각각 유입 및 배출되는 제2유입홀 및 제2배출홀,
    제3유체가 각각 유입 및 배출되는 제3유입홀 및 제3배출홀이 형성되되,
    상기 제2유입홀 및 상기 제2배출홀이 서로 너비방향으로 이격되며 길이방향 일측 끝단에 배치되고,
    상기 제3유입홀 및 상기 제3배출홀이 서로 너비방향으로 이격되며 길이방향 타측 끝단에 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 유체분배구조는,
    상기 제1플레이트 중앙에 형성되며,
    상기 제1유입홀 또는 상기 제1배출홀 쪽이 원호이고 중앙 쪽이 직선부인 반달형으로 형성되며 인접한 상기 제2플레이트에 형성된 상기 격벽에 대응되는 위치를 회피하도록 서로 이격 배치되는 한 쌍의 반달리브인 것을 특징으로 하는 열교환기.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 열교환기는,
    상기 제2플레이트의 상기 제2유입홀 및 상기 제2배출홀 사이를 구획하도록 상기 제2플레이트의 일측 측벽으로부터 길이방향으로 연장되는 제2안내벽이 구비되고,
    상기 제2플레이트의 상기 제3유입홀 및 상기 제3배출홀 사이를 구획하도록 상기 제2플레이트의 타측 측벽으로부터 길이방향으로 연장되는 제3안내벽이 구비되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  11. 제 3항에 있어서, 상기 열교환기는,
    제2유체가 각각 유입 및 배출되는 제2유입홀 및 제2배출홀,
    제3유체가 각각 유입 및 배출되는 제3유입홀 및 제3배출홀이 형성되되,
    상기 제2유입홀 및 상기 제2배출홀이 서로 너비방향으로 이격되며 길이방향 중앙에서 일측으로 편향되게 배치되고,
    상기 제3유입홀 및 상기 제3배출홀이 서로 너비방향으로 이격되며 길이방향 중앙에서 타측으로 편향되게 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 유체분배구조는,
    상기 제1유입홀 또는 상기 제1배출홀에 인접 형성되며,
    상기 제1유입홀 또는 상기 제1배출홀 쪽이 꼭지점이고 중앙 쪽이 직선부인 삼각형으로 형성되는 한 쌍의 삼각리브인 것을 특징으로 하는 열교환기.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 열교환기는,
    상기 제2플레이트의 상기 제2유입홀 및 상기 제2배출홀 사이를 구획하도록 상기 격벽으로부터 길이방향으로 연장되는 제2안내벽이 구비되고,
    상기 제2플레이트의 상기 제3유입홀 및 상기 제3배출홀 사이를 구획하도록 상기 격벽으로부터 길이방향으로 연장되는 제3안내벽이 구비되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  14. 제 3항에 있어서, 상기 열교환기는,
    상기 제1플레이트 및 상기 제2플레이트 상에 복수 개의 비드가 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 열교환기는,
    상기 제1플레이트에 형성된 비드 밀도가 상기 제2플레이트에 형성된 비드 밀도보다 낮게 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  16. 제 14항에 있어서, 상기 열교환기는,
    상기 제1플레이트에 형성된 비드 및 상기 제2플레이트에 형성된 비드의 위치가 서로 어긋나게 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  17. 제 1항에 있어서, 상기 열교환기는,
    제1유체가 각각 유입 및 배출되는 제1유입홀 및 제1배출홀이 형성되되,
    상기 제1유입홀 및 상기 제1배출홀이 상기 격벽에 의해 구획된 길이방향 일측 또는 타측 중 선택되는 어느 한쪽에 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 열교환기는,
    제1유체, 제2유체, 제3유체가 모두 U플로우를 형성하면서 유동되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 열교환기는,
    상기 제1유입홀 및 상기 제1배출홀이 서로 너비방향으로 이격되며 길이방향 일측 끝단에 배치되고,
    상기 제1플레이트의 상기 제1유입홀 및 상기 제1배출홀 사이를 구획하도록 상기 제1플레이트의 일측 측벽으로부터 중간까지 길이방향으로 연장되는 제1안내벽이 구비되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  20. 제 18항에 있어서, 상기 열교환기는,
    제2유체가 각각 유입 및 배출되는 제2유입홀 및 제2배출홀, 제3유체가 각각 유입 및 배출되는 제3유입홀 및 제3배출홀이 형성되되,
    상기 제2유입홀 및 상기 제2배출홀이 서로 너비방향으로 이격되며 길이방향 타측 끝단에 배치되고, 상기 제3유입홀 및 상기 제3배출홀이 서로 너비방향으로 이격되며 길이방향 중간에 배치되고,
    상기 제2플레이트의 상기 제2유입홀 및 상기 제2배출홀 사이를 구획하도록 상기 제2플레이트의 타측 측벽으로부터 중간까지 길이방향으로 연장되는 제2안내벽이 구비되고,
    상기 제2플레이트의 상기 제3유입홀 및 상기 제3배출홀 사이를 구획하도록 상기 격벽으로부터 중간까지 길이방향으로 연장되는 제3안내벽이 구비되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  21. 복수 개의 플레이트가 적층되어 형성되는 판형 열교환기에 있어서,
    제1유체가 유동되는 제1유동부를 포함하는 제1플레이트;
    제2유체 또는 제3유체 중 선택되는 어느 하나의 유체가 유동되는 제2유동부를 포함하는 제2플레이트;
    상기 제2유동부를 포함하되 제2유체 및 제3유체의 적층방향으로의 유통을 차단하는 격막플레이트;
    를 포함하며,
    상기 제1플레이트 및 상기 제2플레이트가 교대로 적층되되,
    적층된 상기 제2플레이트 중 하나가 상기 격막플레이트로 대체되어 상기 격막플레이트 위치를 기준으로 일측에는 제1, 2유체가 유통되고 타측에는 제1, 3유체가 유통되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 제1플레이트 및 상기 제2플레이트는,
    제1유체가 각각 유입 및 배출되는 제1유입홀 및 제1배출홀,
    제2유체 또는 제3유체가 각각 유입 및 배출되는 제2유입홀 및 제2배출홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  23. 제 22항에 있어서, 상기 열교환기는,
    상기 제1유입홀 및 상기 제1배출홀이 서로 너비방향으로 이격되며 길이방향 일측 끝단에 배치되고,
    상기 제2유입홀 및 상기 제2배출홀이 서로 너비방향으로 이격되며 길이방향 타측 끝단에 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  24. 제 23항에 있어서, 상기 열교환기는,
    상기 격막플레이트의 상기 제2유입홀 위치 및 상기 제2배출홀 위치 사이를 구획하도록 상기 격막플레이트의 타측 측벽으로부터 중간까지 길이방향으로 연장되는 격막안내벽이 구비되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  25. 제 23항에 있어서, 상기 열교환기는,
    상기 제1플레이트의 상기 제1유입홀 및 상기 제1배출홀 사이를 구획하도록 상기 제1플레이트의 일측 측벽으로부터 중간까지 길이방향으로 연장되는 제1안내벽이 구비되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  26. 제 23항에 있어서, 상기 열교환기는,
    상기 제2플레이트의 상기 제2유입홀 및 상기 제2배출홀 사이를 구획하도록 상기 제2플레이트의 타측 측벽으로부터 중간까지 길이방향으로 연장되는 제2안내벽이 구비되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  27. 제 1항에 있어서, 상기 열교환기는,
    전기차량 또는 하이브리드차량에 구비되며,
    제1유체가 냉매이고, 제2유체 및 제3유체 중 어느 하나가 배터리 냉각용 냉각수이고, 나머지 하나가 모터 냉각용 냉각수인 것을 특징으로 하는 열교환기.
  28. 제 1항에 있어서, 상기 격벽은,
    인접한 상기 제1플레이트와 접합되는 면 상에 적어도 하나의 격벽홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
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