KR20170063651A - 플레이트 적층형 열교환기 - Google Patents

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KR20170063651A
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고이치 미즈시타
성희 홍
현준 김
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미츠비시 쥬고 콘푸렛사 가부시키가이샤
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Abstract

플레이트 적층형 열교환기는, 복수의 플레이트들 (3) 을 적층함으로써 형성된 플레이트 적층체 (30); 및 상기 플레이트 적층체 (30) 의 외부로부터 유체 (G) 가 유입되는 제 1 헤더 (4) 및 상기 플레이트 적층체 (30) 의 외부로 유체 (G) 가 유출되는 제 2 헤더 (4) 를 포함하고, 상기 제 1 헤더 및 상기 제 2 헤더는 상기 플레이트 적층체 (30) 에 연결되는, 열교환기 본체 (2) 를 포함한다. 상기 복수의 플레이트들 (3) 각각은 제 1 표면 (38a) 과 제 2 표면 (38b) 을 가지는 평평한 플레이트 형상으로 형성된다. 제 1 표면 (38a) 은, 상기 유체가 유동하는 내벽들 (42) 에 의해 규정된 복수의 그루브들 (39) 을 구비한다. 상기 복수의 플레이트들 (3) 중 하나의 제 1 표면 (38a) 이 상기 복수의 플레이트들 (3) 중 다른 하나의 제 2 표면 (38b) 에 브레이징되도록 상기 복수의 플레이트들 (3) 은 서로 연결된다.

Description

플레이트 적층형 열교환기{PLATE LAMINATED TYPE HEAT EXCHANGER}
본 발명은 플레이트 적층형 열교환기에 관한 것이다.
상호 적층되어 본딩되는 복수의 파형 플레이트들을 포함하는 종래의 플레이트 적층형 열교환기가 있다. 각각의 파형 플레이트는 그것의 표면에 유체의 유동 채널들로서 복수의 리세스 가공부를 갖는다 (예를 들어, 일본 공개 특허 공보 제 2002-62085 호 참조). 게다가, 확산 본딩에 의해 상호 본딩된 평평한 플레이트들로부터 형성되는 종래의 플레이트 적층형 열교환기가 있다 (예를 들어, 일본 공개 특허 공보 소 61-62795 호 및 일본 공개 특허 공보 (PCT 출원 번역본) 제 2008-535261 호).
일본 공개 특허 공보 제 2002-62085 호 일본 공개 특허 공보 소 61-62795 호 일본 공개 특허 공보 (PCT 출원 번역본) 제 2008-535261 호
파형 플레이트들이 플레이트 적층형 열교환기에서 사용될 때, 플레이트들의 강성을 충분히 얻지 못할 수도 있다. 게다가, 플레이트들이 브레이징에 의해 서로 본딩될 때, 각각의 플레이트 사이에서 본딩력을 충분히 얻지 못할 수도 있다. 또한, 인접한 플레이트에 브레이징될 본딩부가 클 때, 브레이징 재료는 본딩부 전체에 충분히 확산되지 않을 수도 있고, 즉, 본딩부에서 중간부는 브레이징 재료에 의해 커버되지 않을 수도 있고 각각의 플레이트 사이에서 본딩력을 충분히 얻지 못할 수도 있다. 따라서, 종래의 플레이트 적층형 열교환에서, 유동 채널 내 압력이 작동 중 100 bar 이상으로 될 때 플레이트들은 벗겨지거나 손상될 수도 있다.
이런 이유로, 종래의 플레이트 적층형 열교환기 중 일부에서, 각각의 플레이트는 그 사이에 충분한 본딩력을 얻도록 확산 본딩에 의해 인접한 플레이트에 본딩된다. 하지만, 확산 본딩을 사용함으로써 플레이트 적층형 열교환기를 생산하는 생산 비용이 증가할 수도 있다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 플레이트 적층형 열교환기는 복수의 플레이트들을 적층함으로써 형성된 플레이트 적층체; 및 상기 플레이트 적층체의 외부로부터 유체가 유입되는 제 1 헤더 및 상기 플레이트 적층체의 외부로 유체가 유출되는 제 2 헤더를 포함하고, 상기 제 1 헤더 및 상기 제 2 헤더는 상기 플레이트 적층체에 연결되는, 열교환기 본체를 포함한다. 상기 복수의 플레이트들 각각은 제 1 표면과 제 2 표면을 가지는 평평한 플레이트 형상으로 형성된다. 상기 복수의 플레이트들 중 적어도 하나의 제 1 표면은, 상기 유체가 유동하는 내벽들에 의해 규정된 복수의 그루브들을 구비한다. 상기 복수의 플레이트들 중 하나의 제 1 표면이 상기 복수의 플레이트들 중 다른 하나의 제 2 표면에 브레이징되도록 상기 복수의 플레이트들은 브레이징에 의해 서로 본딩된다.
이 구성에 따르면, 복수의 그루브들은 평평한 플레이트 형상으로 형성된 플레이트에 형성되므로, 각각의 플레이트는 파형 플레이트를 사용하는 것과 비교해 충분한 강성을 얻을 수 있다. 그러므로, 플레이트 적층형 열교환기 내부 압력이 높아질지라도, 플레이트 적층형 열교환기가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 플레이트 적층형 열교환기는 고압 환경 하에 사용될 수 있다.
더욱이, 복수의 플레이트들 각각은 브레이징에 의해 서로 본딩되므로, 플레이트 적층형 열교환기는 저비용으로 생산될 수 있다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 제 1 양태에 따른 플레이트 적층형 열교환기에서, 복수의 그루브들은, 제 1 그루브 그룹 및 상기 제 1 그루브 그룹의 그루브 폭보다 좁은 그루브 폭을 가지는 제 2 그루브 그룹의 적어도 2 개의 그루브 그룹들을 포함한다.
이 구성에 따르면, 제 2 그루브 그룹에 형성된 그루브들 및 내벽들의 수가 증가한다. 그러므로, 내벽들이 형성되는 제 1 표면의 부분들이 인접한 플레이트에 본딩될 본딩부들로서 사용되므로, 제 2 그루브 그룹에 형성된 내벽들의 수가 증가함에 따라 복수의 플레이트들은 서로 더 강하게 본딩된다. 게다가, 내벽들이 형성되는 각각의 본딩부는 좁기 때문에, 각각의 본딩부는 브레이징 재료에 의해 충분히 커버될 수 있다. 따라서, 브레이징 재료의 부족에 의해 유발되는 본딩 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 플레이트 적층형 열교환기 내부 압력이 높아질 때, 각각의 플레이트에 가해진 응력이 증가되고 복수의 플레이트는 응력에 의해 벗겨질 수도 있다. 하지만, 제 2 그루브 그룹의 그루브 폭이 좁기 때문에, 응력은 제 2 그루브 그룹에서 각각의 그루브에 분배되고 플레이트에 가해진 응력은 감소한다. 그러므로, 각각의 플레이트가 브레이징에 의해 본딩될지라도 복수의 플레이트들은 응력에 의해 벗겨지는 것이 방지될 수 있다.
결과적으로, 플레이트 적층형 열교환기가 고압 환경 하에 사용될 수 있다.
본 발명의 제 3 양태에 따르면, 제 1 양태 또는 제 2 양태에 따른 플레이트 적층형 열교환기에서, 합류부는 상기 제 1 그루브 그룹과 상기 제 2 그루브 그룹 사이에 제공되고, 적어도 2 개의 내벽들은 유체의 유동 방향과 교차하는 방향으로 상기 제 2 그루브 그룹의 양측에 대한 위치들에 제공된다.
이 구성에 따르면, 제 1 그루브 그룹의 폭이 제 2 그루브 그룹과 상이할지라도 제 1 그루브 그룹으로부터 유동하는 유체는 합류부에서 합쳐지고 제 2 그루브 그룹으로 균일하게 분리될 수 있다. 그러므로, 유체는 복수의 그루브들 각각에서 원활하고 균일하게 흐를 수 있다. 결과적으로, 플레이트 적층형 열교환기에서 압력 손실이 방지될 수 있고 열교환 효율이 개선될 수 있다.
본 발명의 제 4 양태에 따르면, 제 2 양태 또는 제 3 양태에 따른 플레이트 적층형 열교환기에서, 상기 제 2 그루브 그룹의 그루브 폭이 W 일 때, 폭 (W) 은 2 ㎜ ~ 4 ㎜ 로 설정된다. 상기 복수의 플레이트 중 적어도 하나의 두께는 폭 (W) 미만으로 설정된다.
이 구성에 따르면, 제 2 그루브 그룹의 그루브 폭 (W) 이 2 ㎜ ~ 4 ㎜ 로 설정되므로, 유체의 압력은 제 2 그루브 그룹에서 추가로 증가된다. 그러므로, 열교환 속도가 증가될 수 있고 열교환 효율이 개선될 수 있다. 게다가, 이 구성에 따르면, 적어도 플레이트의 두께는 폭 (W) 미만으로 설정되므로, 플레이트 적층형 열교환기는 플레이트를 형성하는 재료들을 줄이기 위해서 콤팩트하고 저비용으로 제조될 수 있다.
본 발명의 제 5 양태에 따르면, 제 1 양태 내지 제 4 양태 중 어느 하나에 따른 플레이트 적층형 열교환기에서, 상기 복수의 플레이트들 중 적어도 하나는 상기 복수의 플레이트들 중 다른 하나의 제 2 표면에 본딩하도록 상기 복수의 그루브들 둘레에 형성된 본딩부를 포함하고, 상기 본딩부는 보조 본딩부를 포함한다.
본 발명의 제 6 양태에 따르면, 제 5 양태에 따른 플레이트 적층형 열교환기에서, 상기 보조 본딩부는 그루브 형상으로 형성된다.
이 구성에 따르면, 보조 본딩부는 본딩부에 형성되므로, 본딩부에서 평평한 영역은 보조 본딩부에 의해 분할된다. 따라서, 본딩부에서 평평한 영역의 전체 면적을 감소시키지 않으면서 브레이징될 본딩부에서 전체 평평한 영역에 브레이징 재료가 충분히 확산될 수 있다. 그러므로, 복수의 플레이트들 각각은 강한 본딩력으로 본딩할 수 있고 플레이트 적층형 열교환기의 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 제 7 양태에 따르면, 제 5 양태에 따른 플레이트 적층형 열교환기에서, 상기 제 2 그루브 그룹의 그루브 폭이 W 일 때, 상기 제 2 그루브 그룹에 직교하는 방향으로 플레이트의 제 1 단부로부터, 상기 플레이트의 제 1 단부에 더 가까운 상기 제 2 그루브 그룹에서 최외측 그루브까지 거리는 상기 폭 (W) 의 10 배 이하로 설정된다.
이 구성에 따르면, 복수의 그루브들 둘레에 형성된 본딩부가 감소될 수 있고 제 2 그루브 그룹의 유효 면적이 충분히 클 수 있다. 그러므로, 열교환 속도가 증가될 수 있고 열교환 효율이 개선될 수 있다.
전술한 플레이트 적층형 열교환기에 따르면, 플레이트 적층형 열교환기가 고압 환경 하에 사용될지라도 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 플레이트 적층형 열교환기의 생산 비용이 감소될 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시형태에 따른 플레이트 적층형 열교환기를 도시한 사시도이다.
도 2 는 본 발명의 실시형태에 따른 플레이트 적층형 열교환기를 도시한 측면도이다.
도 3 은 플레이트 적층체의 분해 사시도이다.
도 4 는 본 발명의 실시형태에 따른 플레이트에 형성된 유동 채널의 패턴을 도시한 상면도이다.
도 5 는 도 4 의 A 부분의 확대도이다.
도 6 은 도 4 의 Ⅵ-Ⅵ' 선을 따라서 본 단면도이다.
도 7 은 도 5 의 Ⅶ-Ⅶ'-Ⅶ" 선을 따라서 본 단면도이다.
도 8 은 도 5 의 Ⅷ-Ⅷ'-Ⅷ"-Ⅷ"' 선을 따라서 본 단면도이다.
(플레이트 적층형 열교환기의 구성)
이하, 본 발명의 실시형태에 따른 플레이트 적층형 열교환기 (1) 는 도면들을 참조하여 설명될 것이다.
도 1 은 플레이트 적층형 열교환기 (1) 를 도시한 사시도이다.
도 2 는 플레이트 적층형 열교환기 (1) 를 도시한 측면도이다.
도 3 은 본 발명의 실시형태에 따른 플레이트 적층체 (30) 의 분해 사시도이다.
도 1 에 도시된 대로, 플레이트 적층형 열교환기 (1) 는 플레이트 적층체 (30) 및 헤더 (4) 로 구성된 열교환기 본체 (2) 를 포함한다.
도 3 에 도시된 대로, 플레이트 적층체 (30) 는, 고온 유체 (G1) 를 유동시키는 고온 유체 유동 채널 (39a) 을 가지는 제 1 플레이트 (3a) 및 저온 유체 (G2) 를 유동시키는 저온 유체 유동 채널 (39b) 을 가지는 제 2 플레이트 (3b) 를 교대로 적층함으로써 형성된다. 이하, 제 1 플레이트 (3a) 및 제 2 플레이트 (3b) 는 통틀어 플레이트 (3) 로서 지칭될 것이다. 고온 유체 유동 채널 (39a) 및 저온 유체 유동 채널 (39b) 은 통틀어 유동 채널 (39) 로서 지칭될 것이다. 고온 유체 (G1) 및 저온 유체 (G2) 는 통틀어 유체 (G) 로서 지칭될 것이다.
플레이트 (3) 는 폭 방향과 길이 방향의 2 개의 방향들을 갖는다. 폭 방향은, 고온 유체 (G1) 가 도 3 에서 고온 유체 유동 채널 (39a) 에 대해 유입 및 유출되는 방향에 대응한다.
하기 설명에서, 플레이트 (3) 의 폭 방향은 X 방향으로 지칭된다. 플레이트 (3) 의 길이 방향은 Y 방향으로 지칭된다. 플레이트 (3) 의 적층 방향은 Z 방향으로 지칭된다.
도 2 에 도시된 대로, 플레이트 (3) 는, X 방향 (-X 방향) 으로 일측에 위치결정된 제 1 측면 (38c), X 방향 (+X 방향) 으로 타측에 위치결정된 제 2 측면 (38d), Y 방향 (+Y 방향) 으로 일측에 위치결정된 제 3 측면 (38e), 및 Y 방향 (-Y 방향) 으로 타측의 제 4 측면 (38f) 의 4 개의 측면들을 갖는다.
플레이트 (3) 를 적층함으로써 형성된 플레이트 적층체 (30) 의 4 개의 측면들은 플레이트 (3) 의 제 1 측면 (38c), 제 2 측면 (38d), 제 3 측면 (38e) 및 제 4 측면 (38f) 과 동일한 명칭으로 지칭될 것이다.
이 실시형태에서, 도 2 에 도시된 대로, 헤더 (4) 는 제 1 입구 헤더 (4a), 제 2 입구 헤더 (4b), 제 1 출구 헤더 (4c), 및 제 2 출구 헤더 (4d) 의 4 개의 헤더들로 구성된다.
도 2 에 도시된 대로, 제 1 입구 헤더 (4a) 는 제 3 측면 (38e) 에 가까운 플레이트 적층체 (30) 의 제 1 측면 (38c) 에 배치된다. 제 1 입구 헤더 (4a) 는 제 1 입구 (4e) 를 가지고 상기 입구를 통하여 고온 유체 (G1) 는 플레이트 적층체 (30) 의 외부로부터 유입된다.
제 2 입구 헤더 (4b) 는 제 3 측면 (38e) 에 가까운 플레이트 적층체 (30) 의 제 2 측면 (38d) 에 배치된다. 제 2 입구 헤더 (4b) 는 제 2 입구 (4f) 를 가지고 상기 입구를 통하여 저온 유체 (G2) 는 플레이트 적층체 (30) 의 외부로부터 유입된다.
제 1 출구 헤더 (4c) 는 제 4 측면 (38f) 에 가까운 플레이트 적층체 (30) 의 제 2 측면 (38d) 에 배치된다. 제 1 출구 헤더 (4c) 는 제 1 출구 (4g) 를 가지고 상기 출구를 통하여 고온 유체 (G1) 는 플레이트 적층체 (30) 의 외부로 유출된다.
제 2 출구 헤더 (4d) 는 제 4 측면 (38f) 에 가까운 플레이트 적층체 (30) 의 제 1 측면 (38c) 에 배치된다. 제 2 출구 헤더 (4d) 는 제 2 출구 (4h) 를 가지고 상기 출구를 통하여 저온 유체 (G2) 는 플레이트 적층체 (30) 의 외부로 유출된다.
도 3 에 도시된 대로, 플레이트 (3) 는 평평한 플레이트 형상으로 형성되고 제 1 표면 (38a) 및 제 2 표면 (38b) 을 갖는다.
도 3 에 도시된 대로, 고온 유체 (G1) 가 통과하는 고온 유체 유동 채널 (39a) 은 에칭에 의해 제 1 플레이트 (3a) 의 제 1 표면 (38a) 에서 그루브 형상으로 형성된다. 저온 유체 (G2) 가 통과하는 저온 유체 유동 채널 (39b) 은 에칭에 의해 제 2 플레이트 (3b) 의 제 1 표면 (38a) 에서 그루브 형상으로 형성된다.
도 4 는 제 1 플레이트 (3a) (플레이트 (3)) 의 제 1 표면 (38a) 에 형성된 고온 유체 유동 채널 (39a) 의 패턴을 도시한 상면도이다.
도 5 는 도 4 의 A 부분의 확대도이다.
도 6 은 도 4 의 Ⅵ-Ⅵ' 선을 따라서 본 단면도이다.
도 3 및 도 4 에 도시된 대로, 고온 유체 유동 채널 (39a) 은 제 1 입구 채널 (31a), 제 1 중간 채널 (33a), 메인 채널 (34a), 제 2 중간 채널 (33b) 및 제 1 출구 채널 (32a) 의 4 개의 부분들을 갖는다. 저온 유체 유동 채널 (39b) 은 제 2 입구 채널 (31b), 제 1 중간 채널 (33a), 메인 채널 (34b), 제 2 중간 채널 (33b) 및 제 2 출구 채널 (32b) 의 4 개의 부분들을 갖는다.
제 1 입구 채널 (31a) 및 제 2 입구 채널 (31b) 은 통틀어 입구 채널 (31) 로서 지칭될 것이다. 제 1 중간 채널 (33a) 및 제 2 중간 채널 (33b) 은 통틀어 중간 채널 (33) 로서 지칭될 것이다. 메인 채널 (34a) 및 메인 채널 (34b) 은 통틀어 메인 채널 (34) 로서 지칭될 것이다. 제 1 출구 채널 (32a) 및 제 2 출구 채널 (32b) 은 통틀어 출구 채널 (32) 로서 지칭될 것이다. 게다가, 입구 채널 (31), 중간 채널 (33) 및 출구 채널은 통틀어 제 1 그루브 그룹으로서 지칭될 것이다. 메인 채널 (34) 은 제 2 그루브 그룹으로서 지칭될 것이다.
기본 구성은 동일하므로, 제 1 플레이트 (3a) 의 고온 유체 유동 채널 (39a) 을 기반으로 하기 설명이 제공될 것이다.
도 4 에 도시된 대로, 제 1 입구 채널 (31a) 은 (+Z 방향으로 본) 평면도에서 선형 그루브 형상을 가지는 복수의 그루브들로 구성되고 복수의 그루브들이 Y 방향으로 정렬되도록 Y 방향으로 범위 (L3; 도 5 에 도시됨) 에 형성된다.
제 1 입구 채널 (31a) 은 제 1 플레이트 (3a) 의 제 3 측면 (38e) 으로부터 이격된 위치에서 제 1 플레이트 (3a) 의 제 1 측면 (38c) 으로 (-X 방향으로) 개방되는 제 1 입구 개구 (40a) 를 갖는다.
제 1 입구 채널 (31a) 은 제 1 플레이트 (3a) 의 제 1 입구 채널 (31a) 과 제 2 측면 (38d) 사이에 배치된 미리 정해진 거리를 가지는 위치까지 제 1 플레이트 (3a) 의 제 3 측면 (38e) 과 평행한 제 1 플레이트 (3a) 의 제 2 측면 (38d) 측을 향해 (+X 방향을 향해) 연장된다.
게다가, X 방향으로 길이가 제 1 플레이트 (3a) 의 제 4 측면 (38f) 측으로 접근함에 따라 더 짧아지도록 제 1 입구 채널 (31a) 이 형성된다.
도 4 에 도시된 대로, 제 1 중간 채널 (33a) 은 (+Z 방향으로 본) 평면도에서 선형 그루브 형상을 가지는 복수의 그루브들로 구성된다.
제 1 중간 채널 (33a) 은, Y 방향으로 범위 (L3) 및 X 방향으로 범위 (L1) 에서, 제 1 측면 (38c) 가까이에 배열된 제 1 중간 채널 (33a) 의 최외측 그루브로부터 제 2 측면 (38d) 가까이에 배열된 제 1 중간 채널 (33a) 의 최외측 그루브까지 (도 5 에 도시된) 범위 (L2) 에 형성된다.
제 1 중간 채널 (33a) 은 (+X 방향으로) 제 2 측면 (38d) 에 가까운 제 1 입구 채널 (31a) 의 말단부에 근접한 부분으로부터 형성되고 그 사이에 형성된 (후술될) 합류부 (37) 를 개재한다.
제 1 중간 채널 (33a) 은, (-Y 방향으로) 제 4 측면 (38f) 가까이에 배열된 제 1 입구 채널 (31a) 의 최외측 그루브의 위치와 Y 방향으로 동일한 위치까지 제 1 플레이트 (3a) 의 제 4 측면 (38f) 을 향해 연장되고 기울어진다.
도 4 에 도시된 대로, 복수의 그루브들이 X 방향으로 정렬되도록 메인 채널 (34a) 은 (+Z 방향에서 본) 평면도에서 파형을 가지는 복수의 그루브들로 형성되고 X 방향으로 (도 5 에 도시된) 범위 (L1) 에 형성된다.
메인 채널 (34a) 은 (-Y 방향으로) 제 4 측면 (38f) 에 가까운 제 1 중간 채널 (33a) 의 말단부에 근접한 부분으로부터 형성되고 그 사이에 형성된 합류부 (37) 를 개재하고, (-X 방향으로) 제 1 측면 (38c) 가까이 배열된 메인 채널 (34a) 의 최외측 그루브는 (-Y 방향으로) 제 4 측면 (38f) 가까이 배열된 제 1 입구 채널 (31a) 의 최외측 그루브에서 (+X 방향으로) 제 2 측면 (38d) 에 근접한 말단부에 연결된다.
메인 채널 (34a) 은 X 방향으로 메인 채널 (34a) 의 양측에서 (도 6 에 도시된) 미리 정해진 폭 (W4) 을 가지는 제 1 플레이트 (3a) 의 실질적으로 중심에 배열된다.
메인 채널 (34a) 은 제 1 플레이트 (3a) 의 제 1 측면 (38c) 에 평행한 제 4 측면 (38f) 을 향해 (-Y 방향을 향해) 연장된다.
중간 채널 (33b) 의 구성은 중간 채널 (33a) 의 구성과 유사하다. 즉, 도 3 에 도시된 대로, 제 2 중간 채널 (33b) 은 복수의 그루브들로 구성된다.
제 2 중간 채널 (33b) 은 (-Y 방향으로) 제 4 측면 (38f) 에 가까운 메인 채널 (34a) 의 말단부에 근접한 부분으로부터 형성되고 그 사이에 형성된 합류부 (37) 를 개재한다.
제 2 중간 채널 (33b) 은 제 1 플레이트 (3a) 의 제 2 측면 (38d) 을 향해 연장되어 기울어진다.
제 1 출구 채널 (32a) 의 구성은 제 1 입구 채널 (31a) 의 구성과 유사하다. 즉, 도 4 에 도시된 대로, 복수의 그루브들이 Y 방향으로 정렬되도록 제 1 출구 채널 (32a) 은 복수의 그루브들로 구성된다.
제 1 출구 채널 (32a) 은 (+X 방향으로) 제 2 측면 (38d) 에 가까운 제 2 중간 채널 (33b) 의 말단부에 근접한 부분으로부터 형성되고 그 사이에 형성된 합류부 (37) 를 개재하고, (+Y 방향으로) 제 3 측면 (38e) 가까이에 배열된 제 1 출구 채널 (32a) 의 최외측 그루브는 (+X 방향으로) 제 2 측면 (38d) 가까이 배열된 메인 채널 (34a) 의 최외측 그루브에서 (-Y 방향으로) 제 4 측면 (38f) 에 근접한 말단부에 연결된다.
제 1 출구 채널 (32a) 은 제 1 플레이트 (3a) 의 제 4 측면 (38f) 과 평행한 제 1 플레이트 (3a) 의 제 2 측면 (38d) 을 향해 (+X 방향을 향해) 연장된다.
제 1 출구 채널 (32a) 은 제 1 플레이트 (3a) 의 제 4 측면 (38f) 으로부터 이격된 위치에서 제 1 플레이트 (3a) 의 제 2 측면 (38d) 으로 (+X 방향으로) 개방되는 제 1 출구 개구 (41a) 를 갖는다.
도 5 에 도시된 대로, 메인 채널 (34a) 은 그루브 폭 (W1) 을 가지고, 제 1 중간 채널 (33a) 은 그루브 폭 (W2) 을 가지고, 제 1 입구 채널 (31a) 은 그루브 폭 (W3) 을 갖는다. 제 2 중간 채널 (33b) 은 제 1 중간 채널 (33a) 과 동일한 그루브 폭을 가지고, 제 1 출구 채널 (32a) 은 제 1 입구 채널 (31a) 과 동일한 그루브 폭을 갖는다.
그루브 폭 W1 내지 W3 은 다음 관계를 충족한다:
W1 < W2 < W3
이 실시형태에서, 도 6 에 도시된 대로, 메인 채널 (34a) 의 그루브 폭 (W1) 은 2 ㎜ ~ 4 ㎜ 로 설정된다. 보다 바람직하게, 그루브 폭 (W1) 은 3 ㎜ 로 설정된다.
플레이트 (3) 의 두께 (T) 는 바람직하게 폭 (W1) 미만으로 설정된다. 보다 바람직하게, 플레이트 (3) 의 두께는 2 ㎜ 이하로 설정된다.
제 1 입구 채널 (31a), 중간 채널 (33), 메인 채널 (34a) 및 제 1 출구 채널 (32a) 의 그루브 깊이 (D) 는 바람직하게 대략 1.5 ㎜ 로 설정된다.
더욱이, 범위 L1 내지 L3 은 다음 관계를 충족한다:
L3 < L2 < L1
게다가, 메인 채널 (34a) 에서 그루브들의 수는 중간 채널 (33) 보다 많고, 중간 채널 (33) 에서 그루브들의 수는 제 1 입구 채널 (31a) 및 제 1 출구 채널 (32a) 보다 많다.
도 7 은 도 5 의 Ⅶ-Ⅶ'-Ⅶ" 선을 따라서 본 단면도이다.
도 8 은 도 5 의 Ⅷ-Ⅷ'-Ⅷ"-Ⅷ"' 선을 따라서 본 단면도이다.
도 7 에서, 제 1 중간 채널 (33a) 은 Ⅶ-Ⅶ' 사이 구역에 의해 나타나 있고, 합류부 (37) 는 Ⅶ'-Ⅶ" 사이 구역에 의해 나타나 있다.
도 7 에 도시된 대로, 제 1 중간 채널 (33a) 과 메인 채널 (34a) 사이 합류부 (37) 는, 예를 들어, 제 1 중간 채널 (33a) 의 그루브 폭보다 넓은 그루브 폭을 가지는 1 개의 그루브를 가지도록 구성된다.
보다 구체적으로, 제 1 중간 채널 (33a) 은, 도 7 에서 Ⅶ-Ⅶ' 사이 구역에 도시된 대로, 폭 (W2) 의 간격으로 내벽들 (42) 에 의해 규정된 복수의 그루브들을 구비한다. 그러므로, 고온 유체 (G1) 는 분리되어 제 1 중간 채널 (33a) 에서 각각의 그루브에서 유동한다.
하지만, 제 1 중간 채널 (33a) 과 메인 채널 (34a) 사이 합류부 (37) 는, 도 7 에서 Ⅶ'-Ⅶ" 사이 구역에 도시된 대로, X 방향으로 범위 (L1) 의 양측에 제공된 2 개의 내벽들 (42) 을 갖는다. 합류부 (37) 의 2 개의 내벽들 (42) 중 하나는, 제 1 측면 (38c) 가까이 배열된 메인 채널 (34a) 과 제 1 중간 채널 (33a) 의 최외측 그루브들이 연결되는 부분이다. 합류부 (37) 의 2 개의 내벽들 (42) 중 다른 하나는, 제 2 측면 (38d) 가까이 배열된 메인 채널 (34a) 과 제 1 중간 채널 (33a) 의 최외측 그루브들이 연결되는 부분이다. 그러므로, 제 1 중간 채널 (33a) 로부터 유동하는 고온 유체 (G1) 는 합류부에서 합쳐진다.
도 8 에서, 제 1 중간 채널 (33a) 은 Ⅷ-Ⅷ'-Ⅷ" 사이 구역에 의해 나타나 있고, 합류부 (37) 는 Ⅷ"-Ⅷ"' 사이 구역에 의해 나타나 있다.
도 8 에 도시된 대로, 제 1 입구 채널 (31a) 과 제 1 중간 채널 (33a) 사이 합류부 (37) 는, 예를 들어, 복수의 그루브들을 가지도록 구성된다.
보다 구체적으로, 제 1 입구 채널 (31a) 과 제 1 중간 채널 (33a) 사이 합류부 (37) 는, 도 8 에서 Ⅷ"-Ⅷ"' 사이 구역에 도시된 대로, 범위 (L2) 의 양측에 제공된 2 개의 내벽들 (42) 을 포함하는 중간 채널 (33) 의 폭 (W2) 보다 넓은 간격으로 내벽들 (42) 에 의해 규정된 복수의 그루브들을 구비한다. 이 구성으로, 제 1 입구 채널 (31a) 로부터 흐르는 고온 유체 (G1) 는 여전히 합류부 (37) 에서 합쳐질 수 있다.
이 실시형태에서, 2 가지 유형의 합류부 (37), 즉, 합류부 (37) 가 1 개의 그루브를 가지는 제 1 유형 및 합류부 (37) 가 복수의 그루브들을 가지는 제 2 유형이 설명된다. 하지만, 제 1 중간 채널 (33a) 과 메인 채널 (34a) 사이 합류부 (37) 는 제 2 유형으로 형성될 수도 있다. 제 1 입구 채널 (31a) 과 제 1 중간 채널 (33a) 사이 합류부 (37) 는 제 1 유형으로 형성될 수도 있다.
메인 채널 (34a) 과 제 2 중간 채널 (33b) 사이, 및 제 2 중간 채널 (33b) 과 제 1 출구 채널 (32a) 사이 합류부 (37) 는 또한 제 1 유형 및 제 2 유형 중 어느 하나로 형성된다.
도 4 에 도시된 대로, 본딩부 (35) 는, 플레이트 적층체 (30) 를 형성하도록 제 2 플레이트 (3b) 의 제 2 표면 (38b) 에 본딩하도록 구성된 제 1 플레이트 (3a) 의 고온 유체 유동 채널 (39a) 둘레에 형성된다.
도 6 에 도시된 대로, 본딩부 (35) 는 제 1 측면 (38c) 에 근접한 제 1 표면 (38a) 의 말단 가장자리로부터 제 1 측면 (38c) 에 가까운 메인 채널 (34a) 의 최외측 그루브까지 X 방향으로 폭 (W4) 을 갖는다.
이 실시형태에서, 폭 (W4) 은 바람직하게 메인 채널 (34a) 의 폭 (W1) 의 10 배 이하로 설정된다.
도 4 에 도시된 대로, 본딩부 (35) 는 미리 정해진 공간을 가지고 +X 방향으로 제 1 중간 채널 (33a) 측과 미리 정해진 공간을 가지고 -X 방향으로 제 2 중간 채널 (33b) 측에서 2 개의 위치에 형성된 보조 본딩부 (36) 를 갖는다.
이 실시형태에서, 제 1 중간 채널 (33a) 측에 형성된 보조 본딩부 (36) 는, 예를 들어, 제 3 측면 (38e) 가까이 배열된 제 1 입구 채널 (31a) 의 최외측 그루브의 위치와 X 방향으로 동일한 위치에 배열된 제 1 측면, 제 2 측면 (38d) 가까이 배열된 메인 채널 (34a) 의 최외측 그루브의 위치와 Y 방향으로 동일한 위치에 배열된 제 2 측면, 및 제 2 측면 (38d) 가까이 배열된 제 1 중간 채널 (33a) 의 최외측 그루브와 평행한 제 3 측면을 가지고 그 사이에 미리 정해진 공간을 개재하는 직각 삼각형 형상을 갖는다.
복수의 그루브들은 보조 본딩부 (36) 내부에 형성된다. 이 실시형태에서, 복수의 그루브들이 X 방향으로 연장하도록 보조 본딩부 (36) 의 복수의 그루브들은 미리 정해진 간격으로 형성된다. 보조 본딩부 (36) 의 복수의 그루브들은 다른 방향으로, 예를 들어, Y 방향 등으로 연장하도록 형성될 수도 있다.
이 실시형태에서, 제 2 플레이트 (3b) 의 저온 유체 유동 채널 (39b) 은 제 1 플레이트 (3a) 의 고온 유체 유동 채널 (39a) 과 유사한 형상을 갖는다. 하지만, 저온 유체 유동 채널 (39b) 은 X 방향으로 고온 유체 유동 채널 (39a) 의 측방향으로 반전된 형상을 가지도록 형성된다.
제 2 플레이트 (3b) 의 저온 유체 유동 채널 (39b) 과 제 1 플레이트 (3a) 의 고온 유체 유동 채널 (39a) 간 차이점들만 하기 설명에 제공될 것이다.
도 3 에 도시된 대로, 제 2 입구 채널 (31b) 은 제 2 플레이트 (3b) 의 제 3 측면 (38e) 으로부터 이격된 위치에서 제 2 플레이트 (3b) 의 제 2 측면 (38d) 으로 (+X 방향으로) 개방되는 제 2 입구 개구 (40b) 를 갖는다. 제 2 입구 채널 (31b) 은, 제 2 플레이트 (3b) 의 제 2 입구 채널 (31b) 과 제 1 측면 (38c) 사이에 배치된 미리 정해진 거리를 가지는 위치까지 제 2 플레이트 (3b) 의 제 3 측면 (38e) 과 평행한 제 2 플레이트 (3b) 의 제 1 측면 (38c) 측을 향해 (-X 방향을 향해) 연장된다.
도 3 에 도시된 대로, 제 1 중간 채널 (33a) 은 (-X 방향으로) 제 1 측면 (38c) 에 가까운 제 2 입구 채널 (31b) 의 말단부에 근접한 부분으로부터 형성되고 그 사이에 형성된 합류부 (37) 를 개재한다.
제 1 중간 채널 (33a) 은, (-Y 방향으로) 제 4 측면 (38f) 가까이에 배열된 제 2 입구 채널 (31b) 의 최외측 그루브의 위치와 Y 방향으로 동일한 위치까지 제 2 플레이트 (3b) 의 제 4 측면 (38f) 을 향해 연장되어 기울어진다.
도 3 에 도시된 대로, 메인 채널 (34b) 은 (-Y 방향으로) 제 4 측면 (38f) 에 가까운 제 1 중간 채널 (33a) 의 말단부에 근접한 부분으로부터 형성되고 그 사이에 형성된 합류부 (37) 를 개재하고, (+X 방향으로) 제 2 측면 (38d) 가까이 배열된 메인 채널 (34b) 의 최외측 그루브는 (-Y 방향으로) 제 4 측면 (38f) 가까이 배열된 제 1 입구 채널 (31a) 의 최외측 그루브에서 (-X 방향으로) 제 1 측면 (38c) 에 근접한 말단부에 연결된다.
이 실시형태에서, 메인 채널 (34b) 은 (Y 방향으로) 메인 채널 (34a) 과 동일한 방향으로 배열된다.
도 3 에 도시된 대로, 제 2 중간 채널 (33b) 은 (-Y 방향으로) 제 4 측면 (38f) 에 가까운 메인 채널 (34b) 의 말단부에 근접한 부분으로부터 형성되고 그 사이에 형성된 합류부 (37) 를 개재한다.
제 2 중간 채널 (33b) 은 제 2 플레이트 (3b) 의 제 1 측면 (38c) 을 향해 연장되고 기울어진다.
도 3 에 도시된 대로, 제 2 출구 채널 (32b) 은 (-X 방향으로) 제 1 측면 (38c) 측에 가까운 제 2 중간 채널 (33b) 의 말단부에 근접한 부분으로부터 형성되고 그 사이에 형성된 합류부 (37) 를 개재하고, (+Y 방향으로) 제 3 측면 (38e) 가까이 배열된 제 2 출구 채널 (32b) 의 최외측 그루브는 (-X 방향으로) 제 1 측면 (38c) 가까이 배열된 메인 채널 (34a) 의 최외측 그루브에서 (-Y 방향으로) 제 4 측면 (38f) 에 근접한 말단부에 연결된다.
제 2 출구 채널 (32b) 은 제 2 플레이트 (3b) 의 제 4 측면 (38f) 과 평행한 제 1 플레이트 (3a) 의 제 1 측면 (38c) 을 향해 (-X 방향을 향해) 연장된다.
제 2 출구 채널 (32b) 은 제 2 플레이트 (3b) 의 제 4 측면 (38f) 으로부터 이격된 위치에서 제 2 플레이트 (3b) 의 제 1 측면 (38c) 으로 (-X 방향으로) 개방하는 제 2 출구 개구 (41b) 를 갖는다.
도 4 에 도시된 대로, 제 2 플레이트 (3b) 의 본딩부 (35) 는 플레이트 적층체 (30) 를 형성하도록 제 1 플레이트 (3a) 의 제 2 표면 (38b) 에 본딩하도록 구성된다. 본딩부 (35) 는 -X 방향으로 제 1 중간 채널 (33) 측과 +X 방향으로 제 2 중간 채널 (33b) 측에서 2 개의 위치에 형성된 보조 본딩부 (36) 를 갖는다.
(플레이트 적층형 열교환기의 조립 방법)
다음에, 플레이트 적층형 열교환기 (1) 의 조립 방법이 도 1 내지 도 3 을 참조하여 설명될 것이다.
먼저, 도 3 에 도시된 대로, 제 1 플레이트 (3a) 와 제 2 플레이트 (3b) 의 제 1 표면 (38a) 은 동일한 방향 (도 3 에서 +Z 방향) 을 향하도록 제 1 플레이트 (3a) 와 제 2 플레이트 (3b) 가 교대로 배열되고, 제 1 입구 개구 (40a) 는 X 방향으로 제 2 플레이트 (3b) 에 형성된 제 2 입구 채널 (31b) 의 제 2 입구 개구 (40b) 의 대향 측에 위치결정된다.
그 후, 제 1 플레이트 (3a) 와 제 2 플레이트 (3b) 의 본딩부는 브레이징 재료에 의해 코팅되고 플레이트 적층체 (30) 를 형성하도록 각각 제 1 플레이트 (3a) 와 제 2 플레이트 (3b) 의 제 2 표면 (38b) 에 브레이징된다.
다음에, 도 2 에 도시된 대로, 제 1 입구 (4e) 가 제 1 입구 채널 (31a) 의 제 1 입구 개구 (40a) 에 대해 배열되도록 제 1 입구 헤더 (4a) 는 플레이트 적층체 (30) 의 제 1 측면 (38c) 의 제 3 측면 (38e) 측에 부착된다.
제 2 입구 (4f) 가 제 2 입구 채널 (31b) 의 제 2 입구 개구 (40b) 에 대해 배열되도록 제 2 입구 헤더 (4b) 는 플레이트 적층체 (30) 의 제 2 측면 (38d) 의 제 3 측면 (38e) 측에 부착된다.
제 1 출구 (4g) 가 제 1 출구 채널 (32a) 의 제 1 출구 개구 (41a) 에 대해 배열되도록 제 1 출구 헤더 (4c) 는 플레이트 적층체 (30) 의 제 2 측면 (38d) 의 제 4 측면 (38f) 에 부착된다.
제 2 출구 (4h) 가 제 2 출구 채널 (32b) 의 제 2 출구 개구 (41b) 에 대해 배열되도록 제 2 출구 헤더 (4d) 는 플레이트 적층체 (30) 의 제 1 측면 (38c) 의 제 4 측면 (38f) 에 부착된다.
이런 식으로, 제 1 입구 헤더 (4a), 제 2 입구 헤더 (4b), 제 1 출구 헤더 (4c), 및 제 2 출구 헤더 (4d) 는 (도 1 에 도시된) 열교환기 본체 (2) 를 형성하도록 플레이트 적층체 (30) 에 부착된다.
그 후, 열교환기 본체 (2) 로 고온 유체 (G1) 및 저온 유체 (G2) 를 공급하는 파이프들 (미도시) 은 제 1 입구 (4e) 및 제 2 입구 (4f) 에 각각 연결된다. 게다가, 열교환기 본체 (2) 로부터 고온 유체 (G1) 및 저온 유체 (G2) 를 배출하는 파이프들 (미도시) 은 제 1 출구 (4g) 및 제 2 출구 (4h) 에 각각 연결된다.
그리하여, 플레이트 적층형 열교환기 (1) 의 조립이 완료된다.
(플레이트 적층형 열교환기의 작동)
다음에, 플레이트 적층형 열교환기 (1) 의 작동은 도 2 및 도 3 을 참조하여 설명될 것이다.
먼저, 도 2 에 도시된 대로, 고온 유체 (G1) 는 열교환기 본체 (2) 의 외부로부터 제 1 입구 헤더 (4a) 의 제 1 입구 (4e) 로 공급된다.
도 3 에 도시된 대로, 고온 유체 (G1) 는 제 1 입구 헤더 (4a) 로부터 제 1 입구 개구 (40a) 를 통하여 고온 유체 유동 채널 (39a) 의 제 1 입구 채널 (31a) 로 유입한다. 제 1 입구 채널 (31a) 에서, 고온 유체 (G1) 는 제 1 입구 채널 (31a) 의 연장 방향을 따라 +X 방향으로 유동한다.
그 후, 고온 유체 (G1) 는 제 1 입구 채널 (31a) 로부터 합류부 (37) 로 유입한다. 제 1 입구 채널 (31a) 로부터 유동된 고온 유체 (G1) 는 합류부 (37) 에서 합쳐진다. 그 후, 고온 유체 (G1) 는 제 1 중간 채널 (33a) 로 유입되도록 분리된다.
제 1 중간 채널 (33a) 에서, 고온 유체 (G1) 는 제 1 중간 채널 (33a) 의 경사에 따른 방향으로 유동한다.
그 후, 고온 유체 (G1) 는 제 1 중간 채널 (33a) 로부터 합류부 (37) 로 유동한다. 제 1 중간 채널 (33a) 로부터 유동된 고온 유체 (G1) 는 합류부 (37) 에서 합쳐진다. 그 후, 고온 유체 (G1) 는 메인 채널 (34a) 로 유입되도록 분리된다.
메인 채널 (34a) 에서, 고온 유체 (G1) 는 메인 채널 (34a) 의 연장 방향을 따라 -Y 방향으로 유동한다.
그 후, 고온 유체 (G1) 는 메인 채널 (34a) 로부터 합류부 (37) 로 유입된다. 메인 채널 (34a) 로부터 유동된 고온 유체 (G1) 는 합류부 (37) 에서 합쳐진다. 그 후, 고온 유체 (G1) 는 제 2 중간 채널 (33b) 로 유입되도록 분리된다.
제 2 중간 채널 (33b) 에서, 고온 유체 (G1) 는 제 2 중간 채널 (33b) 의 경사에 따른 방향으로 유동한다.
그 후, 고온 유체 (G1) 는 제 2 중간 채널 (33b) 로부터 합류부 (37) 로 유입된다. 제 2 중간 채널 (33b) 로부터 유동된 고온 유체 (G1) 는 합류부 (37) 에서 합쳐진다. 그 후, 고온 유체 (G1) 는 제 1 출구 채널 (32a) 로 유입되도록 분리된다.
제 1 출구 채널 (32a) 에서, 고온 유체 (G1) 는 제 1 출구 채널 (32a) 의 연장 방향을 따라 +X 방향으로 유동한다. 고온 유체 (G1) 는 제 1 출구 개구 (41a) 를 통하여 제 1 출구 채널 (32a) 로부터 제 1 출구 헤더 (4c) 로 유동한다.
그 후, 도 2 에 도시된 대로, 고온 유체 (G1) 는 제 1 출구 헤더 (4c) 의 제 1 출구 (4g) 를 통하여 열교환기 본체 (2) 의 외부로 배출된다.
더욱이, 도 2 에 도시된 대로, 저온 유체 (G2) 는 열교환기 본체 (2) 의 외부로부터 제 2 입구 헤더 (4b) 의 제 2 입구 (4f) 로 공급된다.
도 3 에 도시된 대로, 저온 유체 (G2) 는 제 2 입구 헤더 (4b) 로부터 제 2 입구 개구 (40b) 를 통하여 저온 유체 유동 채널 (39b) 의 제 2 입구 채널 (31b) 로 유입된다. 제 2 입구 채널 (31b) 에서, 저온 유체 (G2) 는 제 2 입구 채널 (31b) 의 연장 방향을 따라 -X 방향으로 유동한다.
그 후, 저온 유체 (G2) 는 제 2 입구 채널 (31b) 로부터 합류부 (37) 로 유입된다. 제 2 입구 채널 (31b) 로부터 유동된 저온 유체 (G2) 는 합류부 (37) 에서 합쳐진다. 그 후, 저온 유체 (G2) 는 제 1 중간 채널 (33a) 로 유입되도록 분리된다.
제 1 중간 채널 (33a) 에서, 저온 유체 (G2) 는 제 1 중간 채널 (33a) 의 경사에 따른 방향으로 유동한다.
그 후, 저온 유체 (G2) 는 제 1 중간 채널 (33a) 로부터 합류부 (37) 로 유입된다. 제 1 중간 채널 (33a) 로부터 유동된 저온 유체 (G2) 는 합류부 (37) 에서 합쳐진다. 그 후, 저온 유체 (G2) 는 메인 채널 (34b) 로 유입되도록 분리된다.
메인 채널 (34b) 에서, 저온 유체 (G2) 는 메인 채널 (34b) 의 연장 방향을 따라 -Y 방향으로 유동한다.
그 후, 저온 유체 (G2) 는 메인 채널 (34b) 로부터 합류부 (37) 로 유입된다. 메인 채널 (34b) 로부터 유동된 저온 유체 (G2) 는 합류부 (37) 에서 합쳐진다. 그 후, 저온 유체 (G2) 는 제 2 중간 채널 (33b) 로 유입되도록 분리된다.
제 2 중간 채널 (33b) 에서, 저온 유체 (G2) 는 제 2 중간 채널 (33b) 의 경사에 따른 방향으로 유동한다.
그 후, 저온 유체 (G2) 는 제 2 중간 채널 (33b) 로부터 합류부 (37) 로 유입된다. 제 2 중간 채널 (33b) 로부터 유동된 저온 유체 (G2) 는 합류부 (37) 에서 합쳐진다. 그 후, 고온 유체 (G1) 는 제 2 출구 채널 (32b) 로 유입되도록 분리된다.
제 2 출구 채널 (32b) 에서, 저온 유체 (G2) 는 제 2 출구 채널 (32b) 의 연장 방향을 따라 -X 방향으로 유동한다.
저온 유체 (G2) 는 제 2 출구 개구 (41b) 를 통하여 제 2 출구 헤더 (4d) 로 유동한다.
그 후, 도 2 에 도시된 대로, 저온 유체 (G2) 는 제 2 출구 헤더 (4d) 의 제 2 출구 (4h) 를 통하여 열교환기 본체 (2) 의 외부로 배출된다.
이런 식으로, 메인 채널 (34a) 을 통하여 유동하는 고온 유체 (G1) 및 메인 채널 (34b) 을 통하여 유동하는 저온 유체 (G2) 는 동일한 방향 (도 3 에서 -Y 방향) 으로 유동한다.
이 때, 고온 유체 (G1) 의 열은 저온 유체 (G2) 에 전달되고 그 사이에서 열교환이 수행된다.
(효과)
이런 식으로, 전술한 실시형태에서, 메인 채널 (34) 의 그루브 폭 (W1), 중간 채널 (33) 의 그루브 폭 (W2) 및 입구 채널 (31) 과 출구 채널 (32) 의 그루브 폭 (W3) 이 관계 W1 < W2 < W3 을 충족하도록 유동 채널 (39) 이 형성되므로, 메인 채널 (34) 에 형성된 그루브들 및 내벽들 (42) 의 수는 증가한다. 내벽들 (42) 이 형성된 제 1 표면 (38a) 의 부분들이 인접한 플레이트 (3) 에 본딩될 본딩부들로서 사용되므로, 메인 채널 (34) 에 형성된 내벽들 (42) 의 수가 증가함에 따라 플레이트들 (3) 은 서로 더 강하게 본딩된다. 더욱이, 내벽들 (42) 이 형성된 각각의 본딩부는 좁기 때문에, 각각의 본딩부는 브레이징 재료에 의해 충분히 커버될 수 있다. 따라서, 브레이징 재료의 부족에 의해 유발된 본딩 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
게다가, 플레이트 적층형 열교환기 (1) 내부 압력이 높아질 때, 각각의 플레이트 (3) 에 가해진 응력이 증가되고 복수의 플레이트들 (3) 은 응력에 의해 벗겨질 수도 있다. 하지만, 메인 채널 (34) 의 그루브 폭 (W1) 이 좁기 때문에, 응력은 메인 채널 (34) 에서 각각의 그루브에 분배되고 플레이트 (3) 에 가해진 응력은 감소된다. 그러므로, 복수의 플레이트들 (3) 이 벗겨지는 것을 방지할 수 있다.
결과적으로, 플레이트 적층형 열교환기 (1) 는, 예를 들어, 압력이 100 bar 보다 높은 고압 환경 하에 사용될 수 있다.
각각의 플레이트 (3) 사이 본딩력이 전술한 구성으로 증가되므로, 플레이트 적층형 열교환기 (1) 가 고압 환경 하에 사용될지라도 각각의 플레이트 (3) 는 브레이징에 의해 서로 본딩될 수 있다. 또한, 각각의 플레이트 (3) 는 브레이징에 의해 본딩되므로, 플레이트 적층형 열교환기 (1) 는 저비용으로 생산될 수 있다.
게다가, 메인 채널 (34) 의 폭 (W1) 은 2 ㎜ ~ 4 ㎜ 로 설정되므로, 유체 (G) 의 압력은 메인 채널 (34) 에서 추가로 증가되고, 고온 유체 (G1) 와 저온 유체 (G2) 사이 열교환 속도가 증가될 수 있고 열교환 효율이 개선될 수 있다.
또한, 플레이트 (3) 의 두께 (T) 가 메인 채널 (34) 의 폭 (W1) 미만으로 설정되므로, 플레이트 (3) 를 형성하는데 얇은 플레이트가 사용될 수 있다. 그러므로, 플레이트 적층형 열교환기 (1) 는 플레이트 (3) 를 형성하는 재료를 감소시키도록 콤팩트하게 저비용으로 제조될 수 있다.
게다가, 유동 채널 (39) 은 평평한 플레이트 형상을 가지는 플레이트 (3) 의 제 1 표면 (38a) 에서 에칭함으로써 그루브 형상으로 형성되므로, 플레이트 (3) 가 얇은 플레이트로 형성될지라도 파형 플레이트를 사용하는 것과 비교해 메인 채널 (34) 의 그루브 폭 (W1) 이 좁아질 수 있고 플레이트 (3) 는 충분한 강성을 얻을 수 있다. 그러므로, 플레이트 적층형 열교환기 (1) 내부 압력이 100 bar 보다 높아질지라도 플레이트 적층형 열교환기 (1) 가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 플레이트 적층형 열교환기 (1) 는 고압 환경 하에 사용될 수 있다.
또한, 메인 채널 (34) 이 형성되는 범위 (L1), 중간 채널 (33) 이 형성되는 범위 (L2), 및 입구 채널 (31) 과 출구 채널 (32) 이 형성되는 범위 (L3) 가 관계 L3 < L2 < L1 을 충족하도록 유동 채널 (39) 이 형성되므로, 열교환이 수행되는 메인 채널 (34) 의 유효 면적은 증가할 수 있고 중간 채널 (33), 입구 채널 (31) 및 출구 채널 (32) 의 면적들이 감소될 수 있다. 그러므로, 열교환은 효과적으로 수행될 수 있다.
게다가, 합류부 (37) 는 입구 채널 (31) 과 중간 채널 (33) 사이, 중간 채널 (33) 과 메인 채널 (34) 사이, 메인 채널 (34) 과 중간 채널 (33) 사이 및 중간 채널 (33) 과 출구 채널 (32) 사이에 형성되므로, 입구 채널 (31) 로부터 유동하는 유체 (G) 는 합류부 (37) 에서 합쳐지고 중간 채널 (33) 로 균일하게 분리되고, 중간 채널 (33) 로부터 유동하는 유체 (G) 는 합류부 (37) 에서 합쳐지고 메인 채널 (34) 로 균일하게 분리되고, 메인 채널 (34) 로부터 유동하는 유체 (G) 는 합류부 (37) 에서 합쳐지고 중간 채널 (33) 로 균일하게 분리되고, 중간 채널 (33) 로부터 유동하는 유체 (G) 는 합류부 (37) 에서 합쳐지고 출구 채널 (32) 로 균일하게 분리된다.
전술한 구성으로, 입구 채널 (31) 및 출구 채널 (32) 에 형성된 그루브들의 수, 중간 채널 (33) 에 형성된 그루브들의 수, 및 메인 채널 (34) 에 형성된 그루브들의 수가 상이할지라도, 유체 (G) 는 각각의 합류부 (37) 에서 합쳐질 수 있고 각각의 채널로 균일하게 분리될 수 있다. 그러므로, 유체 (G) 는 유동 채널 (39) 의 각각의 채널로 원활하고 균일하게 유동할 수 있다. 결과적으로, 플레이트 적층형 열교환기 (1) 에서 압력 손실이 방지될 수 있고 열교환 효율이 개선될 수 있다.
브레이징될 본딩부의 전체 면적이 작을 때, 각각의 플레이트 사이 본딩력은 충분히 획득되지 못할 수도 있다. 게다가, 본딩부가 브레이징될 큰 평평한 면적을 가질 때, 브레이징 재료는 본딩부에서 평평한 영역 전체에 걸쳐 충분히 확산되지 않을 수도 있고 본딩부에서 평평한 영역의 중간은 브레이징 재료에 의해 커버되지 않을 수도 있다. 결과적으로, 각각의 플레이트 사이 본딩력은 약화될 수도 있고 플레이트 적층형 열교환기의 불량이 발생할 수도 있다.
하지만, 전술한 실시형태에서, 보조 본딩부 (36) 가 본딩부 (35) 에 형성되므로, 본딩부 (35) 는 커지고 본딩부 (35) 에서 평평한 영역은 보조 본딩부 (36) 에 의해 분할된다. 따라서, 본딩부 (35) 의 전체 면적을 감소시키지 않으면서 브레이징 재료는 브레이징될 본딩부 (35) 에서 평평한 영역 전체에 걸쳐 충분히 확산될 수 있다. 그러므로, 각각의 플레이트 (3) 는 강한 본딩력으로 본딩할 수 있고 플레이트 적층형 열교환기의 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 전술한 대로, 중간 채널 (33), 입구 채널 (31) 및 출구 채널 (32) 의 면적들이 감소되면서 열교환이 수행되는 메인 채널 (34) 의 유효 면적은 증가할 수 있으므로, 보조 본딩부 (36) 를 형성하기 위해서 본딩부 (35) 의 면적이 증가될지라도 메인 채널 (34) 은 충분한 유효 면적을 가질 수 있다.
각각의 구성요소의 형상 또는 조합이 상기 실시형태에서 예시로 설명되었지만, 그것에 특정 구성이 제한되지 않고 본 발명의 원리 및 정신으로부터 벗어나지 않으면서 알맞게 설계 수정이 이루어질 수도 있다.
메인 채널 (34a) 을 통하여 유동하는 고온 유체 (G1) 및 메인 채널 (34b) 을 통하여 유동하는 저온 유체 (G2) 가 동일한 방향 (도 3 에서 -Y 방향) 으로 유동하는 구성이 상기 실시형태에서 설명되었지만, 본 발명은 그것에 제한되지 않는다.
메인 채널 (34a) 을 통하여 유동하는 고온 유체 (G1) 는 메인 채널 (34b) 을 통하여 유동하는 저온 유체 (G2) 와 반대 방향으로, 또는 메인 채널 (34b) 을 통하여 유동하는 저온 유체 (G2) 와 수직 방향으로 유동할 수도 있다. 이 구성에서, 열교환은 충분히 수행될 수 있다.
하지만, 이 경우에, 고온 유체 유동 채널 (39a) 및 저온 유체 유동 채널 (39b) 에 형성된 그루브들은, 고온 유체 (G1) 및 저온 유체 (G2) 가 유동될 방향을 기반으로 알맞게 배열될 필요가 있다.
에칭에 의해 평평한 플레이트 형상을 가지는 플레이트 (3) 의 제 1 표면 (38a) 에서 그루브 형상으로 유동 채널 (39) 이 형성되는 구성이 상기 실시형태에서 설명되었지만, 본 발명은 그것에 제한되지 않는다.
유동 채널 (39) 은 기계가공에 의해 그루브 형상으로 형성될 수도 있다.
메인 채널 (34) 은 파형 형상으로 형성되고 중간 채널 (33), 입구 채널 (31) 및 출구 채널 (32) 이 선형 그루브 형상으로 형성된 구성이 상기 실시형태에서 설명되었지만, 본 발명은 그것에 제한되지 않는다.
메인 채널 (34) 은 선형 그루브 형상으로 형성될 수도 있다. 메인 채널 (34) 의 유효 면적이 충분히 크기 때문에, 열교환은 메인 채널 (34) 에서 효과적으로 수행될 수 있다.
중간 채널 (33), 입구 채널 (31) 및 출구 채널 (32) 은 파형 형상으로 형성될 수도 있다. 그러므로, 중간 채널 (33), 입구 채널 (31) 및 출구 채널 (32) 에서 열교환 효율이 증가할 수 있다.
비록 보조 본딩부 (36) 가 직각 삼각형 형상으로 형성된 구성이 상기 실시형태에서 설명되었지만, 본 발명은 그것에 제한되지 않는다.
본딩부 (35) 에서 평평한 영역이 분할될 수 있을 때 보조 본딩부 (36) 는 직각 삼각형 형상 이외의 임의의 형상으로 형성될 수도 있다.
게다가, 보조 본딩부 (36) 는 복수의 그루브들을 가지도록 제한되지 않는다. 보조 본딩부 (36) 는 엠보스 (emboss) 패턴 또는 너얼링 (knurling) 패턴을 가질 수도 있다. 이 구성들로 본딩력을 충분히 획득할 수 있다.
본 발명에 따르면, 플레이트 적층형 열교환기가 고압 환경 하에 사용될지라도 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 플레이트 적층형 열교환기의 생산 비용이 감소될 수 있다.
1 플레이트 적층형 열교환기
2 열교환기 본체
3 플레이트
4 헤더
4a 제 1 입구 헤더 (입구 헤더)
4b 제 2 입구 헤더 (입구 헤더)
4c 제 1 출구 헤더 (출구 헤더)
4d 제 2 출구 헤더 (출구 헤더)
4e 제 1 입구 (입구)
4f 제 2 입구 (입구)
4g 제 1 출구 (출구)
4h 제 2 출구 (출구)
30 플레이트 적층체
3a 제 1 플레이트 (플레이트)
3b 제 2 플레이트 (플레이트)
31 입구 채널 (제 1 그루브 그룹)
31a 제 1 입구 채널 (입구 채널)
31b 제 2 입구 채널 (입구 채널)
32 출구 채널 (제 1 그루브 그룹)
32a 제 1 출구 채널 (출구 채널)
32b 제 2 출구 채널 (출구 채널)
33 중간 채널 (제 1 그루브 그룹)
33a 제 1 중간 채널 (중간 채널)
33b 제 2 중간 채널 (중간 채널)
34 메인 채널 (제 2 그루브 그룹)
35 본딩부
36 보조 본딩부
37 합류부
38a 제 1 표면
38b 제 2 표면
38c 제 1 측면
38d 제 2 측면
38e 제 3 측면
38f 제 4 측면
39 유동 채널
39a 고온 유체 유동 채널 (유동 채널)
39b 저온 유체 유동 채널 (유동 채널)
40 입구 개구
40a 제 1 입구 개구
40b 제 2 입구 개구
41 출구 개구
41a 제 1 출구 개구
41b 제 2 출구 개구
42 내벽
G 유체
G1 고온 유체
G2 저온 유체
W1, W2, W3 그루브 폭
W4 본딩부의 폭
T 플레이트 두께
D 그루브 깊이
L1, L2, L3 유동 채널이 형성되는 범위

Claims (7)

  1. 플레이트 적층형 열교환기로서,
    복수의 플레이트들을 적층함으로써 형성된 플레이트 적층체; 및
    상기 플레이트 적층체의 외부로부터 유체가 유입되는 제 1 헤더 및 상기 플레이트 적층체의 외부로 유체가 유출되는 제 2 헤더를 포함하고, 상기 제 1 헤더 및 상기 제 2 헤더는 상기 플레이트 적층체에 연결되는, 열교환기 본체를 포함하고,
    상기 복수의 플레이트들 각각은 제 1 표면과 제 2 표면을 가지는 평평한 플레이트 형상으로 형성되고,
    상기 복수의 플레이트들 중 적어도 하나의 제 1 표면은, 상기 유체가 유동하는 내벽들에 의해 규정된 복수의 그루브들을 구비하고,
    상기 복수의 플레이트들 중 하나의 제 1 표면이 상기 복수의 플레이트들 중 다른 하나의 제 2 표면에 브레이징되도록 상기 복수의 플레이트들은 브레이징에 의해 서로 본딩되는, 플레이트 적층형 열교환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 그루브들은, 제 1 그루브 그룹 및 상기 제 1 그루브 그룹의 그루브 폭보다 좁은 그루브 폭을 가지는 제 2 그루브 그룹의 적어도 2 개의 그루브 그룹들을 포함하는, 플레이트 적층형 열교환기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 그루브 그룹과 상기 제 2 그루브 그룹 사이에는 합류부가 제공되고,
    적어도 2 개의 내벽들은 유체의 유동 방향과 교차하는 방향으로 상기 제 2 그루브 그룹의 양측에 대한 위치들에 제공되는, 플레이트 적층형 열교환기.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 그루브 그룹의 그루브 폭이 W 일 때, 폭 (W) 은 2 ㎜ ~ 4 ㎜ 로 설정되고,
    상기 복수의 플레이트 중 적어도 하나의 두께는 폭 (W) 미만으로 설정되는, 플레이트 적층형 열교환기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 플레이트들 중 적어도 하나는 상기 복수의 플레이트들 중 다른 하나의 제 2 표면에 본딩하도록 상기 복수의 그루브들 둘레에 형성된 본딩부를 포함하고,
    상기 본딩부는 보조 본딩부를 포함하는, 플레이트 적층형 열교환기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 보조 본딩부는 그루브 형상으로 형성되는, 플레이트 적층형 열교환기.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 그루브 그룹의 그루브 폭이 W 일 때, 상기 제 2 그루브 그룹에 직교하는 방향으로 플레이트의 제 1 단부로부터, 상기 플레이트의 제 1 단부에 더 가까운 상기 제 2 그루브 그룹에서 최외측 그루브까지 거리는 상기 폭 (W) 의 10 배 이하로 설정되는, 플레이트 적층형 열교환기.
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