KR20170140338A - 적층 판을 갖는 열교환기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 판(3)과 접촉할 때 제 1 및 제 2 순환 유체 사이의 열교환을 가능하게 하기 위한 복수의 적층 판(3)을 포함하는 열교환기에 관한 것이며, 상기 교환기는 제 1 유체용 병(11)을 포함하고, 상기 판(3)에는 제 1 유체가 상기 판(3)과 상기 병(11) 사이에서 순환할 수 있게 하는 중간 포트(69b, 75)가 제공되며, 상기 중간 포트(69b, 75)는 각 판(3)의 종방향 주 연장 방향을 실질적으로 횡단하는 방향을 따라서 배치된다.
Description
본 발명은 적층 판(stacked-plate) 열교환기에 관한 것이며, 특히 냉매와 액상 냉각제 사이에서 열교환이 가능한 응축기에 관한 것이다.
이 분야에는, 서로 평행하게 적층된 일련의 판을 포함하는 열교환 번들을 포함하는 열교환기가 공지되어 있다. 판 적층체(stack)는 열교환 표면을 형성하며, 이들 열교환 표면 사이에서 냉매와 냉각제가 유체 이동 회로를 통해서 교대로 유동한다. 따라서, 판 적층체는 두 개의 상이한 회로, 즉 냉매 회로와 냉각제 회로를 형성하는 방식으로 구성된다.
이 종류의 공지된 교환기는 냉매용 병(bottle)과 상기 병의 하류에 배치되는 과냉(subcooling) 부분이 추가로 제공되는 교환기를 포함한다.
이 경우에, 적층 판은 냉각 부분과 과냉 부분의 두 부분으로 분리되며, 적층 판에는 병과 연통하는 두 개 이상의 냉매 유동 포트가 제공된다. 이들 포트를 상기 적층 판의 종방향 연장 방향에 평행한 방향으로 배치하는 것이 공지되어 있다.
그러나, 유동 포트를 이런 식으로 배치하는 것은 상기 판의 표면 상에, 냉매의 유동 및 그에 따른 냉매와 냉각제 사이의 열교환이 낮거나 실제로 존재하지 않는 영역이 생성되는 단점을 갖는다.
본 발명의 목적 중 하나는, 판과 접촉하여 유동하는 제 1 유체와 제 2 유체 사이의 열교환을 가능하게 하도록 의도된 복수의 적층 판을 포함하는 열교환기로서, 상기 교환기는 제 1 유체용 병을 포함하고, 상기 판에는 제 1 유체가 상기 판과 상기 병 사이에서 유동할 수 있게 하는 중간 포트가 제공되며, 상기 중간 포트는 판의 종방향 주 연장 방향을 실질적으로 횡단하는 방향으로 배치되는, 열교환기를 제안함으로써 전술한 문제를 해결하는 것이다.
따라서, 상기 냉매의 유동 방향은 중간 포트가 정렬되는 방향에 대해 횡방향이며, 열교환이 낮은 영역이 제한된다.
함께 또는 개별적으로 취할 수 있는 상이한 실시예에 따르면:
- 상기 판은 각각 두 개의 부분, 즉 제 1 유체가 병 안으로 이동하기 전에 제 1 유체와 제 2 유체 사이의 열교환을 가능하게 하기 위한 제 1 부분 및 제 1 유체가 병 안으로 이동한 후에 제 1 유체와 제 2 유체 사이의 열교환을 가능하게 하기 위한 제 2 부분을 형성하도록 구성되며, 상기 중간 포트는 상기 제 1 및 제 2 부분 사이에 배치되고,
- 상기 판의 상기 제 1 부분은 응축 영역을 형성하며 상기 제 2 부분은 과냉 영역을 형성하고,
- 상기 중간 포트 중 제 1 중간 포트는 제 1 유체가 응축 영역으로부터 병으로 유동할 수 있게 하며, 상기 중간 포트 중 제 2 중간 포트는 제 1 유체가 병으로부터 과냉 영역으로 유동할 수 있게 하고,
- 상기 판은 제 1 및 제 2 중간 포트와 정렬되는, 패스 유동 포트로 지칭되는 추가 포트를 추가로 포함하며,
- 상기 판들 중 이차 판으로 지칭되는 하나 이상의 판의 패스 유동 포트는 상기 제 1 유체가 응축 영역에서 여러 개의 패스를 통해서 유동할 수 있게 하기 위해 밀봉되고,
- 상기 병은 판의 상기 주 방향으로 연장되며,
- 상기 열교환기에는 유입(inlet) 매니폴드 및 유출(outlet) 매니폴드가 제공되고, 상기 병 및 상기 매니폴드는 상측으로 지칭되는 열교환기의 동일한 측에 배치되며,
- 상기 중간 포트는 상기 제 2 유체의 유동 방향으로 타원형 및/또는 세장형 형상이고,
- 상기 중간 포트의 각각은 상기 종방향 주 연장 방향을 횡단하는 방향으로 측정되며 상기 제 2 유체의 유동 방향으로 포트의 거의 전체 길이에 걸쳐서 감소되는 폭을 갖는다.
순전히 예시적이고 비제한적인 예로서 제공되는 본 발명의 하나 이상의 실시예의 하기 상세한 설명을 첨부 도면을 참조하여 숙독함으로써 본 발명이 더 명확히 이해될 것이고 그 기타 목적, 세부 사항, 특징 및 장점이 더 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 열교환기의 측면도이다.
도 2는 제 1 실시예에서의 본 발명에 따른 열교환기의 A-A 단면을 따른 단면도이다.
도 3은 제 2 실시예에서의 본 발명에 따른 열교환기의 A-A 단면을 따른 단면도이다.
도 4는 제 1 실시예에서의 본 발명에 따른 제 1 형태의 판의 앞면의 일부의 사시도이다.
도 5는 제 1 실시예에서의 본 발명에 따른 제 2 형태의 판의 앞면의 일부의 사시도이다.
도 6은 제 1 실시예에서의 본 발명에 따른 제 3 형태의 판의 앞면의 일부의 사시도이다.
도 7은 격벽이 제공된, 본 발명에 따른 제 4 형태의 판의 앞면의 일부의 사시도이다.
도 8은 제 1 실시예에서의 본 발명에 따른 제 2 형태의 판의 앞면의 사시도이다.
도 9는 제 1 실시예에서의 제 4 형태의 판의 앞면의 사시도이다.
도 10은 제 2 실시예에서의 본 발명에 따른 제 1 형태의 판의 사시도이다.
도 11은 제 2 실시예에서의 본 발명에 따른 제 2 형태의 판의 앞면의 일부의 사시도이다.
도 1은 본 발명에 따른 열교환기의 측면도이다.
도 2는 제 1 실시예에서의 본 발명에 따른 열교환기의 A-A 단면을 따른 단면도이다.
도 3은 제 2 실시예에서의 본 발명에 따른 열교환기의 A-A 단면을 따른 단면도이다.
도 4는 제 1 실시예에서의 본 발명에 따른 제 1 형태의 판의 앞면의 일부의 사시도이다.
도 5는 제 1 실시예에서의 본 발명에 따른 제 2 형태의 판의 앞면의 일부의 사시도이다.
도 6은 제 1 실시예에서의 본 발명에 따른 제 3 형태의 판의 앞면의 일부의 사시도이다.
도 7은 격벽이 제공된, 본 발명에 따른 제 4 형태의 판의 앞면의 일부의 사시도이다.
도 8은 제 1 실시예에서의 본 발명에 따른 제 2 형태의 판의 앞면의 사시도이다.
도 9는 제 1 실시예에서의 제 4 형태의 판의 앞면의 사시도이다.
도 10은 제 2 실시예에서의 본 발명에 따른 제 1 형태의 판의 사시도이다.
도 11은 제 2 실시예에서의 본 발명에 따른 제 2 형태의 판의 앞면의 일부의 사시도이다.
본 발명은 제 1 및 제 2 유체 사이에서 열을 교환하기 위한 열교환기, 특히 보다 구체적으로 자동차에서의, 공조 회로의 응축기에 관한 것이다.
상기 제 1 유체는 예를 들어 명칭 R134a로 공지되어 있거나 명칭 R1234yf로 공지되어 있는 유체와 같은 냉매이다. 열교환기는 상기 제 1 유체가 기체상으로 유입되고 액체상으로 유출되도록 구성된다. 제 2 유체는 예를 들어, 글리콜과 같은 부동액과 혼합되는 물일 수 있는 냉각제이다. 다시 말해서, 냉각제는 물과 글리콜의 혼합물일 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시되어 있듯이, 상기 교환기는 상기 제 1 유체 및 상기 제 2 유체를 위한 통로(7, 9)를 형성하도록 적층 방향(5)으로 적층된 판(3)의 번들(1)을 포함하며, 상기 유체는 서로 열을 교환한다. 유리하게, 특정 판(3)은 다른 인접한 판(3)과 함께 제 1 유체를 위한 통로(7)를 형성하고 다른 인접한 판(3)과 함께 제 2 유체를 위한 통로(9)를 형성한다. 다시 말해서, 제 1 유체 통로(7)와 제 2 유체 통로(9)는 교대로 서로 따라간다. 이 경우에, 상기 번들(1)은 평행육면체 형상이다.
다시 말해서, 상기 적층 판(3)은 제 1 유체의 유동을 위한 제 1 회로 및 제 2 유체의 유동을 위한 제 2 회로를 함께 형성하도록 설계되며, 상기 회로는 제 1 유체가 제 2 회로를 피해서 유동하고 제 2 유체가 제 1 회로를 피해서 유동할 수 있도록 설계된다. 상기 제 1 및 제 2 회로는 각각 제 1 유체 통로(7) 및 제 2 유체 통로(9)를 포함한다.
도 1에 도시되어 있듯이, 상기 교환기는 상기 제 1 유체용 병(11)을 추가로 포함한다. 응축기의 경우에, 상기 병(11)은 액체상만 병(11)의 하류에서 유동할 수 있도록 상기 냉매의 기체상 및 액체상을 분리하도록 설계된다. 상기 병(11)은 또한 상기 제 1 유체를 여과 및/또는 건조시키기 위해 필터 및/또는 건조기를 포함할 수 있다.
상기 판(3)은 각각 두 개의 부분(130, 150)을 포함하며, 제 1 부분(130)은 제 1 유체가 병(11) 안으로 이동하기 전에 제 1 유체와 제 2 유체 사이의 열교환이 가능하도록 설계되고, 제 2 부분(150)은 제 1 유체가 병(11) 안으로 이동한 후에 제 1 유체와 제 2 유체 사이의 열교환이 가능하도록 설계된다.
판(3)의 상기 제 1 부분(130) 및 제 2 부분(150)은 번들 내에 제 1 영역(13) 및 제 2 영역(15)을 각각 형성한다. 응축기의 경우에, 상기 제 1 영역(13)은 응축 영역이고 상기 제 2 영역(15)은 과냉 영역이다. 번들(1)은 제 1 유체가 제 1 영역(13)의 제 1 유체 통로(7)와 제 2 영역(15)의 제 1 유체 통로 사이에서 직접 유동할 수 없도록 구성되는 것을 알아야 한다.
도 8 및 도 9에 도시되어 있듯이, 상기 적층 판(3)은 예를 들어 직사각형 형상이다. 상기 판(3)은 각각 하부 에지(31) 및 상부 에지(32)를 포함하고 유리하게 상기 에지(31, 32) 사이에서 종방향 주 연장 방향으로 연장되며, 상기 종방향 연장 방향은 유리하게 병의 종방향 연장 방향과 평행하다. 상기 하부 에지(31) 및 상부 에지(32)는 상기 종방향 주 연장 방향을 따라서 상호 대향한다. 상기 판(3)은 또한 상기 하부 에지(31)와 상기 상부 에지(32) 사이에서 종방향으로 연장되는 두 개의 종방향 에지(34)를 포함한다. 상기 판(3)은 또한 그 주위에 융기(raised) 에지(30)를 포함한다. 상기 판(3)은 상호 접촉하여 배치되도록, 예를 들어 상기 융기 에지(30)에서 브레이징 접합되도록 설계된다. 상기 판(3)은 두 개의 면, 즉 앞면과 뒷면을 가지며, 상기 융기 에지(30)는 각 판(3)의 상기 앞면에 배치된다. 다시 말해서, 상기 융기 에지(30)는 각각의 판(3)의 앞면 측으로부터 돌출한다.
상기 판(3)은 예를 들어, 압연된 금속 시트, 예를 들어 알루미늄 및/또는 알루미늄 합금을 체이싱(chasing), 펀칭 및/또는 몰딩함으로써 얻어진다.
상기 제 1 유체와 관련하여, 상기 병(11)은 상류에서 번들(1)의 상기 제 1 영역(13)과 연결되고 하류에서 번들(1)의 상기 제 2 영역(15)과 연결된다. 다시 말해서, 상기 열교환기는 상기 제 1 유체가 번들(1)의 상기 제 1 영역(13), 상기 병(11), 및 번들(1)의 상기 제 2 영역(15)을 연속적으로 유동하도록 구성된다.
상기 열교환기는 제 1 유체용 유입 매니폴드(19i), 제 1 유체용 유출 매니폴드(19o), 제 2 유체용 유입 매니폴드(18i) 및 제 2 유체용 유출 매니폴드(18o)를 포함한다.
도 1에 도시되어 있듯이, 유리하게, 상기 매니폴드와 병(11)은 열교환기의 동일한 측에 배치된다. 이 경우에, 상기 유입 및 유출 매니폴드는 상측(17)에, 예를 들어 상기 상측(17)의 대향 코너에 근접하여 배치된다.
유리하게, 열교환기는 상기 제 1 유체가 상기 제 1 유체 유입 매니폴드(19i)를 통해서 번들(1)에 진입하도록 구성된다. 상기 제 1 유체는 다음으로 제 1 영역(13)을 통해서 유동하고, 이후 병(11)을 통해서 유동하며 번들(1)로 복귀하고, 이 번들에서는 제 2 영역(15)을 통해서 유동한다. 상기 제 1 유체는 최종적으로 제 1 유체 유출 매니폴드(19o)를 통해서 상기 번들(1)을 빠져나간다.
유리하게, 제 1 유체에 대해서와 달리, 상기 번들(1)은 상기 제 2 유체가 병(11)을 통과하지 않고 번들(1)을 통해서 상기 제 1 영역(130) 및 제 2 영역(150) 중 하나의 영역으로부터 다른 영역으로 직접 유동하도록 구성된다. 이 경우에, 제 2 유체의 유동 방향은 전체 번들(1)에서 실질적으로 동일하다.
병(11)은 유리하게 번들(1)의 상기 상측(17)에 평행하게 연장된다. 상기 병(11)은 이 경우에 상기 매니폴드(19i, 19o) 사이에 위치된다. 따라서, 병(11)의 유효 길이에 따라서, 병(11)의 횡단면은 소정 체적을 얻도록 적응된다. 병의 횡단면을 변화시킴으로써 병(11)의 체적을 변화시킬 이 가능성은 매니폴드(19i, 19o)가 보다 쉽게 접근 가능함을 의미한다. 이 구성은 높은 수준의 통합을 가능하게 하며 제조하기 쉬운 병(11)의 사용을 가능하게 한다.
상기 열교환기는 또한 예를 들어 상기 상측(17)에 보강 판(49)을 포함할 수 있다.
도 2에 도시되어 있듯이, 상기 번들(1)은 유리하게 상기 제 1 영역(13)에서의 상기 제 1 유체에 대해 몇 개의 패스를, 이 경우에 세 개의 패스(25a, 25b, 25c)를 형성한다. 상기 패스(25a, 25b, 25c)는 상기 제 1 유체가 이 순서로 하나의 패스에서 다음 패스로 연속적으로 유동하고, 각각의 패스 사이에서 방향을 바꾸도록 구성된다. 제 1 유체의 이러한 유동은, 특히 상기 제 1 영역(13)이 예를 들어 제 1 유체의 응축 영역인 경우에 각각의 패스와 연관된 통과 횟수가 제 1 유체의 유동 방향으로 하나의 패스에서 다음 패스로 감소할 때, 헤드 손실을 제한하면서 열교환을 증가시키는데 도움이 된다.
유리하게, 상기 패스(25a, 25b, 25c)의 개수는 병(11)과 제 1 유체 유입 매니폴드(19i)의 상대 위치를 최적화하기 위해 홀수이다.
상기 열교환기는 이 경우에, 상기 제 1 유체가 제 2 유체 회로를 피해서 상기 제 1 유체 통로(7) 중 하나로부터 다음 제 1 유체 통로(7)로 유동할 수 있게 하도록 구성된 제 1 유체용 콜렉터를 포함한다. 마찬가지로, 상기 열교환기(1)는 상기 제 2 유체가 제 1 유체 회로를 피해서 상기 제 2 유체 통로(9) 중 하나로부터 다음 제 2 유체 통로(9)로 유동할 수 있게 하도록 구성된 제 2 유체용 콜렉터를 포함한다.
상기 콜렉터들은 상기 판(3)에 제공되는 포트에 의해 형성된다. 각각의 콜렉터는 판(3)을 통해서 배치된다. 특히, 각각의 콜렉터는 유리하게 판(3)의 적층 방향(5)에 평행한 종방향 주 연장 방향을 갖는다. 다시 말해서, 상기 콜렉터들은 판(3)의 적층 방향(5)에 평행하게 배치된다. 보다 구체적으로, 상기 번들(1)은 제 1 유체가 제 1 영역(13)에 진입하기 위한, 메인 유입 콜렉터(51a)로 지칭되는 유입 콜렉터를 포함하며, 상기 메인 유입 콜렉터(51a)는 제 1 유체 유입 매니폴드(19i)에 연결된다. 상기 번들(1)은 또한 제 1 유체가 제 1 영역(13)을 빠져나가기 위한, 제 1 중간 콜렉터(55)로 지칭되는 유출 콜렉터를 포함하며, 이 콜렉터는 병(11)에 연결된다. 상기 번들(1)은 또한 제 2 유체가 제 1 영역(13)에 진입하기 위한 유입 콜렉터를 포함하며, 이 콜렉터는 제 2 유체 유입 매니폴드(18i)에 연결된다.
상기 번들(1)은 제 1 유체가 병(11)으로부터 제 2 영역(15)에 진입하기 위한, 제 2 중간 콜렉터(51b)로 지칭되는 유입 콜렉터를 추가로 포함하며, 이 콜렉터는 병(11)에 연결된다. 상기 번들(1)은 또한 제 1 유체가 제 2 영역(15)을 빠져나가기 위한, 메인 유출 콜렉터(51c)로 지칭되는 유출 콜렉터(51c)를 포함하며, 이 콜렉터는 제 1 유체 유출 매니폴드(19o)에 연결된다. 상기 번들(1)은 또한 제 2 유체 유출 매니폴드(18o)에 연결되는 제 2 유체용 유출 콜렉터를 포함한다.
제 1 중간 콜렉터(55) 및 제 2 중간 콜렉터(51b)는 번들(1)에서 제 1 영역(13)과 제 2 영역(15) 사이에 배치된다.
메인 유입 콜렉터(51a), 메인 유출 콜렉터(51c), 제 2 유체가 제 1 영역에 진입하기 위한 유입 콜렉터, 및 제 1 유체가 제 2 영역을 빠져나가기 위한 유출 콜렉터는 모두 판(3)의 적층 방향(5)에 평행하게, 번들(1)의 측부 에지(18)를 따라서 배치된다.
메인 유입 콜렉터(51a)는 제 1 유체 유입 매니폴드(19i)에 연결될 뿐 아니라 번들(1)의 제 1 영역(13) 내부의 제 1 유체 통로(7)의 각각에 연결되는 것을 알아야 한다. 메인 유출 콜렉터(51c)는 제 1 유체 유출 매니폴드(19o)에 연결될 뿐 아니라 제 2 영역(15) 내부의 제 1 유체 통로(7)의 각각에 연결된다.
또한 제 1 중간 콜렉터(55)는 제 1 유체가 번들(1)의 제 1 영역(13)으로부터 병(11)으로 유동할 수 있게 하는 것을 알아야 한다. 제 2 중간 콜렉터(51b)는 제 1 유체가 번들(1)의 제 2 영역(15)에서 병(11)으로부터 제 1 유체 통로(7)의 각각으로 유동할 수 있게 한다.
도 2에 도시되어 있듯이, 교환기가 여러 개의 패스를 갖는 경우, 상기 번들(1)은 제 1 유체가 여러 개의 패스를 통해서 유동하기 위해 제 3 중간 콜렉터(53)를 추가로 포함한다. 상기 제 3 중간 콜렉터(53)는 제 1 유체가 상기 제 3 중간 콜렉터(53)와 제 1 영역(13) 내부의 제 1 유체 통로(7)의 각각 사이에서 직접 유동할 수 있도록 설계된다.
따라서 제 1, 제 2 및 제 3 중간 콜렉터(55, 51b, 53)는 번들(1)에서 서로 평행한 제 1 영역(13)과 제 2 영역(15) 사이에 배치된다.
유리하게, 제 1 유체가 제 1 영역(13)에서 여러 개의 패스를 통해서, 이 경우에 보다 구체적으로 세 개의 패스를 통해서 유동할 수 있도록 하기 위해서, 메인 유입 콜렉터(51a)와 중간 콜렉터(53)는 각각 분리 격벽(57)을 포함한다. 상기 분리 격벽(57)은 예를 들어 상기 콜렉터의 종방향 주 연장 방향을 횡단하는 배향으로 상기 콜렉터 내에 배치되는 평탄한 벽이다. 상기 분리 격벽(57)은 상기 콜렉터의 내부 공간을 상기 콜렉터의 종방향 주 연장 방향으로 서로 대향하는 종방향 부분으로 분리하도록 구성된다. 상기 분리 격벽(57)은 콜렉터의 상기 두 부분 사이에서 제 1 유체의 유동을 제한하거나 실제로 방지하도록 구성되며, 상기 부분들은 상기 분리 격벽(57)에 의해 서로 분리된다.
상기 분리 격벽(57)은 상기 메인 유입 콜렉터(51a) 내의 분리 격벽(57) 중 하나의 위치와 제 3 중간 콜렉터(53) 내의 분리 격벽(57) 중 다른 것의 위치 사이의 적층 방향으로의 오프셋의 결과로서 여러 개의 패스(25a, 25b, 25c)를 통한 상기 유동을 발생시키기 위해 각각의 콜렉터(51a, 53)에 배치된다. 각각의 분리 격벽(57)은 번들(1)의 제 1 영역(13)에서 상기 제 1 유체의 유동 방향을 변경하도록 구성된다.
도 4 내지 도 9에 도시되어 있듯이, 판(3)은 각각 다수의 포트를 포함하며, 각각의 포트는 번들(1)의 콜렉터 중 하나에 대응한다. 상기 다수의 포트는 여러 개의 판(3)이 상하로 적층될 때 각 판(3)의 상기 포트의 중첩이 번들(1)의 콜렉터 각각을 형성하도록 각각의 판(3) 상에 동일하게 배치되는 것을 알아야 한다.
특히, 상기 판(3)은 제 1 중간 포트(75)와 제 2 중간 포트(69b)를 포함하며, 이들 포트는 둘 다 제 1 유체가 상기 판(3)과 상기 병(11) 사이에서 유동할 수 있게 한다. 상기 제 1 중간 포트(75)는 콜렉터(55)에 대응하고 상기 제 2 중간 포트(69b)는 콜렉터(51b)에 대응한다.
본 발명에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 중간 포트(75, 69b)는 판(3)의 종방향 주 연장 방향에 대해 실질적으로 횡단하거나 및/또는 직교하는 방향으로 정렬된다. 다시 말해서, 상기 제 1 및 제 2 포트(75, 69b)는 제 1 유체의 유동의 일반적 및/또는 평균 방향에 실질적으로 횡단하거나 및/또는 직교하는 직선 상에 중심맞춤된다.
여러 개의 패스를 갖는 열교환기의 경우에, 판(3)은 제 3 중간 포트(73)로 지칭되는 추가 포트(73)를 추가로 포함하며, 상기 제 3 중간 포트(73)는 여러 개의 패스를 통한 유동을 가능하게 하고 상기 제 1 중간 포트(75) 및 제 2 중간 포트(69b)와 정렬된다. 상기 제 3 중간 포트(73)는 이 경우에 제 3 중간 콜렉터(53)에 대응한다.
제 1 유체의 일반적인 유동 방향에 대해 실질적으로 횡단하거나 직교하는 직선을 따른 상기 중간 포트(69b, 75, 73)의 정렬은 유동 및 그에 따른 열교환이 낮거나 실제로 존재하지 않는 단수 또는 실제로 복수의 영역의 생성을 피하는데 도움이 된다. 상기 중간 포트(69b, 75, 73)의 이 배열은 열교환 영역을 최대화함으로써 공간의 보다 양호한 사용을 가능하게 한다.
상기 중간 포트(69b, 73, 75)는 유리하게 판(3)의 종방향 연장 방향으로 타원형 및 세장형 형상이다. 상기 중간 포트(69b, 73, 75)의 각각은 유리하게 판의 상기 종방향 주 연장 방향으로 서로 대향하는 상기 포트의 두 개의 종방향 단부 사이에서 연장된다. 상기 중간 포트(69b, 73, 75)는 상기 종방향 주 연장 방향을 횡단하는 방향으로 측정되며 두 개의 종방향 단부 사이에서 포트의 거의 전체 길이에 걸쳐서 감소되는 폭을 갖는다. 최대 폭을 갖는 포트의 부분은 제 2 유체의 유동 방향으로, 최소 폭을 갖는 포트의 부분으로부터 상류에 위치된다.
다시 말해서, 상기 중간 포트(69b, 75, 73)는 전구-형상이며, 가장 넓은 부분은 상기 제 2 유체의 유동 방향으로 가장 좁은 부분으로부터 상류에 위치한다.
상기 중간 포트(69b, 75, 73)의 이 형상은 상기 중간 포트(69b, 75, 73)에서 판(3) 위에서의 제 2 유체의 유동에 의해 발생되는 헤드 손실을 감소시키는데 도움이 된다.
상기 판(3)은 도 4, 도 6 및 도 9에 도시된 일차 판(3a) 및 도 5, 도 7 및 도 8에 도시된 이차 판(3b)을 구비하는 여러 형태의 판(3)을 포함한다. 상기 일차 판(3a)은 제 1 유체가 그 앞면 위로 유동하고 제 2 유체가 그 뒷면 위로 유동하도록 설계된다. 상기 이차 판(3b)은 제 2 유체가 그 앞면 위로 유동할 수 있고 제 1 유체가 그 뒷면 위로 유동할 수 있도록 설계된다. 일차 판(3a) 중 하나를 이차 판(3b) 중 하나와 교대시키는 것은 판 적층체가 상기 제 1 유체 및 제 2 유체 회로를 생성할 수 있게 한다.
상기 판(3)은 쌍으로 사용되며, 각각의 판(3) 쌍은 일차 판(3a) 중 하나와 이차 판(3b) 중 하나를 포함한다.
특히, 제 1 유체 회로와 관련하여, 각각의 제 1 유체 통로(7)는 일차 판(3a) 중 하나의 앞면과 이차 판(3b) 중 하나의 뒷면 사이의 유동 공간에 의해 형성되며, 상기 두 개의 일차 판(3a)과 이차 판(3b)은 서로 인접해 있다. 제 2 유체 회로와 관련하여, 각각의 제 2 유체 통로(9)는 이차 판(3b) 중 하나의 앞면과 일차 판(3a) 중 하나의 뒷면 사이의 유동 공간에 의해 형성되며, 상기 두 개의 일차 판(3a)과 이차 판(3b)은 서로 인접해 있다.
이차 판(3b)의 경우에, 제 1 중간 포트(73), 제 2 중간 포트(69b) 및 제 3 중간 포트(75)의 각각은 돔형(domed) 구역(73', 69b', 75')을 형성하는 압축된 영역에 각각 배치되며, 상기 돔형 구역(73', 69b', 75')의 각각은 판의 저부를 형성하는 평탄한 구역(67) 내부에 배치된다. 또한, 각각의 이차 판(3b)은 상기 제 2 유체가 상기 판의 앞면에서, 각각의 포트(73, 69b, 65)를 둘러싸는 상기 돔형 구역(73', 69b', 75') 사이의 평탄한 구역(67)에서 상기 이차 판(3b)의 제 1 부분(130)으로부터 제 2 부분(150)으로 직접 유동할 수 있음을 알아야 한다. 다시 말해서, 상기 이차 판(3b)은 상기 제 2 유체가 그 앞면에서 포트(73, 69b, 75)의 각각을 우회하고 콜렉터(51b, 55, 53) 내로 유동하지 않으면서 상기 판의 제 1 부분(130)으로부터 제 2 부분(150)으로 유동할 수 있도록 설계된다.
이차 판의 상기 세 개의 돔형 구역(69b', 75', 73')은 인접한 일차 판(3a)의 평탄한 구역(69b", 75", 73")과 각각 대응하도록 의도된다. 다시 말해서, 상기 돔형 구역(69b', 75', 73') 및 상기 평탄한 구역(69b", 75", 73")은 판(3)이 상호 적층될 경우에 접촉하도록 의도된다.
일차 판(3a)의 각각에서, 상기 중간 포트(69b, 75, 73)는 각각 상기 평탄한 구역(69b", 75", 73") 내부에 각각 배치된다. 유리하게, 상기 평탄한 영역(69b", 75", 73") 각각은 각각의 중간 포트와 거의 동일한 형상 및 그보다 약간 더 큰 치수를 갖는다. 다시 말해서, 일차 판(3a) 상에서, 상기 평탄한 구역(69b", 75", 73")의 각각은 대응 중간 포트(69b, 75, 73)를 둘러싼다.
일차 판(3a)의 상기 평탄한 구역(69b", 75", 73")은 평탄한 구역(69b", 75", 73")과 돔형 구역(69b', 75', 73')의 접합을 촉진하기 위해 이차 판(3b)의 돔형 구역(69b', 75', 73')과 실질적으로 동일한 형상 및 치수를 갖는다.
특히, 각각의 이차 판(3b)의 상기 돔형 구역(69b', 75', 73')의 앞면은 인접한 일차 판(3a)의 평탄한 구역(69b", 75", 73")의 뒷면과 접촉하도록 구성된다.
일차 판(3a)은 추가로, 도 4에 도시된 제 1 형태의 일차 판(3a') 및 도 6에 도시된 제 2 형태의 일차 판(3a")과 구별될 수 있다. 이차 판(3b) 중 하나를 제 1 형태의 일차 판(3a') 중 하나와 조합하면 제 1 형태의 쌍을 형성할 수 있다. 이차 판(3b) 중 하나를 제 2 형태의 일차 판(3a") 중 하나와 조합하면 제 2 형태의 쌍을 형성할 수 있다.
제 1 형태의 판 쌍은 제 1 유체가 패스(25a, 25b)를 통해서, 실제로 패스(25c)를 통해서 유동할 수 있도록 구성된다. 제 2 형태의 판 쌍은 제 1 유체가 패스(25c)에서 제 1 및 제 3 중간 콜렉터(53, 55) 사이를 유동할 수 있도록 구성된다. 다시 말해서, 패스(25a, 25b)는 제 1 형태의 판(3) 쌍을 포함하고, 패스(25c)는 제 2 형태의 적어도 한 쌍의 판(3)을 포함하며, 경우에 따라서 제 1 형태의 판 쌍을 포함한다.
이차 판(3b)은 유리하게 모든 패스에서 동일하고 따라서 판(3) 쌍의 형태는 이하에서 더 상세히 논의되는 격벽(57)이 제공되지 않는 한 중요하지 않다는 것을 알아야 한다.
두 형태의 쌍에서, 일차 판(3a)의 앞면에는 이차 판의 상기 평탄한 구역(67)에서 이차 판(3b)의 뒷면과 접촉하도록 의도된 돔형 구역(65)으로 형성되는 압축 영역이 제공된다. 일차 판(3a)의 상기 돔형 구역(65)은 중간 포트(69b, 75, 73)에서 상기 판(3a)의 제 1 부분(130)과 제 2 부분(150) 사이에 배치된다. 마찬가지로, 이차 판(3b)의 평탄한 구역(67)은 부분(130)과 부분(150) 사이에 배치된다.
특히, 상기 돔형 구역(65)은 일차 판(3a)의 측부 에지(34) 중 하나로부터 다른 측부 에지(34)로 실질적으로 횡방향으로 연장되며, 따라서 상기 제 1 유체는 제 1 영역(13)으로부터 제 2 영역(15)으로 직접 통과하는 것이 방지된다.
제 1 형태의 쌍에서, 제 1 형태의 일차 판(3a')의 상기 돔형 구역(65) 및 이차 판의 상기 평탄한 구역(67)은, 함께 결합될 때 제 1 유체가 제 1 부분(13)과 제 2 중간 포트(69b) 및 제 1 중간 포트(75) 사이로 유동하는 것을 방지하고 제 1 유체가 제 1 영역(13)과 포트(73) 사이로 및 제 2 중간 포트(69b)와 제 2 영역(13) 사이로 유동하는 것을 허용하도록 설계된다.
다시 말해서, 제 1 형태의 일차 판(3a')의 상기 돔형 구역(65) 및 이차 판(3b)의 상기 평탄한 구역(67)은, 함께 결합될 때 제 1 유체가 번들(1)의 제 1 영역(13)과 제 1 및 제 2 중간 콜렉터(55, 51b) 사이로 유동하는 것을 방지하도록 설계된다.
보다 구체적으로, 제 1 형태의 판 쌍(3)에서, 상기 돔형 구역(65)은 먼저 상기 제 2 중간 포트(69b)를 제 1 부분(13)으로부터 격리시키는 방식으로 평탄한 구역(69b") 및 상기 제 2 중간 포트(69b)를 우회한다. 포트(75)와 평탄한 구역(75")은 이후 상기 포트(75)가 제 1 부분(13) 및 제 2 부분(15) 양자로부터 격리되도록 설계되도록 돔형 구역(65)에 의해 완전히 둘러싸인다. 마지막으로, 돔형 구역(65)은 상기 제 3 중간 포트(73)를 제 1 형태의 일차 판(3a')의 제 2 부분(15)으로부터 분리시키는 방식으로 평탄한 구역(73") 및 제 3 중간 포트(73)를 우회한다.
제 2 형태의 쌍, 즉 최종 패스(25c)에 배치된 쌍은, 이 경우에 제 2 형태의 일차 판(3a")의 돔형 구역(65)이 이번에 이차 판(3b)의 평탄한 구역(67)과 결합될 때 제 1 유체가 제 1 영역(13)과 제 1 중간 콜렉터(55) 사이에서 직접 유동할 수 있도록 설계된다는 점에서 제 1 형태의 쌍과 다르다. 다시 말해서, 제 2 형태의 일차 판(3a")은 제 1 영역(13)과 병(11) 사이에 통로를 제공하도록 설계된다.
보다 구체적으로, 제 2 형태의 판 쌍에서, 제 2 형태의 일차 판(3a")의 상기 돔형 구역(65)은 먼저 상기 제 2 중간 포트(69b)를 제 1 부분(13)으로부터 격리시키는 방식으로 평탄한 구역(69b") 및 상기 제 2 중간 포트(69b)를 우회한다. 평탄한 구역(75") 및 제 1 중간 포트(75)는 이후 돔형 구역(65)에 의해 제 2 형태의 일차 판(3a")의 제 2 부분(15)으로부터 분리된다. 마지막으로, 평탄한 구역(73") 및 제 3 중간 포트(73)는 또한 상기 돔형 구역(65)에 의해 제 2 형태의 일차 판(3a")의 제 2 부분(15)으로부터 분리된다.
도 7에서, 이차 판(3b)은 포트(73)에 이 경우 상기 분리 격벽(57) 중 하나가 제공된다는 점에서 도 5에 도시된 것과 다르다. 유리하게, 하나 초과의 패스를 갖는 열교환기에서, 번들(1)은 하나 이상의 이러한 판(3)을 포함한다. 분리 격벽(57)은 예를 들어 돔형 구역(73')과 일체형인 것을 알아야 한다.
제 2 유체의 유동은 판(3) 쌍의 형태에 의해 영향을 받지 않는다. 제 2 유체를 제 2 유체 유입 콜렉터로부터 제 2 유체 유출 콜렉터로 안내하는 동일한 형태의 통로가 형성된다.
일반적으로, 한 쌍의 판 내에서의 각 유체의 유동은 판(3)들 중 하나의 돔형 구역의 앞면과 인접한 판(3)의 평탄한 구역의 뒷면 사이의 접합에 의해 구속되며, 상기 유체는 상기 접합부를 우회하도록 강제되는 것이 관찰된다. 다시 말해서, 돔형 구역들 중 하나와 평탄한 표면 사이의 접촉 영역은 상기 제 1 및 제 2 유체가 접근할 수 없다.
또한 상기 돔형 구역(65)은 제 1 유체가 하나의 콜렉터에서 다른 콜렉터로 직접 유동하는 것을 방지하도록 설계된다는 것을 알아야 한다. 다시 말해서, 상기 돔형 구역(65)은 또한 제 1 유체가 특정 쌍의 두 개의 판(3) 사이에서 제 2 형태의 쌍을 제외하고 하나의 중간 포트로부터 다른 중간 포트로 유동하는 것을 방지하도록 설계된다.
상기 판(3)은 또한 유체 중의 방해물 및/또는 판(3) 사이의 접촉점을 생성하도록 구성되는 판 저부 상의 주름(77)을 구비할 수 있다. 상기 주름은 따라서 제 1 유체와 제 2 유체 사이의 열교환을 향상시키는데 도움이 된다.
대안적으로, 도 2에 도시되어 있듯이, 열교환기의 제 1 영역(13)은 싱글-패스 구성을 갖는다. 이 구성은 이 경우에 도 7에 도시된 분리 격벽(57)이 모두 제공된 이차 판(3b), 및 도 6에 도시된 제 2 형태의 일차 판(3a")만을 사용함으로써 얻어진다.
변형예로서, 도 10 및 도 11에 도시되어 있듯이, 제 3 중간 포트가 전혀 제공되지 않는 판(3)이 사용될 수 있다.
유리하게, 싱글-패스 열교환기의 다른 특징은 쓰리-패스 열교환기의 특징과 유사하다.
Claims (10)
- 판(3)과 접촉하여 유동하는 제 1 유체와 제 2 유체 사이의 열교환을 가능하게 하도록 의도된 복수의 적층 판(3)을 포함하는 열교환기에 있어서,
상기 교환기는 제 1 유체용 병(11)을 포함하고, 상기 판(3)에는 제 1 유체가 상기 판(3)과 상기 병(11) 사이에서 유동할 수 있게 하는 중간 포트(69b, 75)가 제공되며, 상기 중간 포트(69b, 75)는 각 판(3)의 종방향 주 연장 방향을 실질적으로 횡단하는 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는
열교환기. - 제 1 항에 있어서,
상기 판(3)은 각각 두 개의 부분(130, 150), 즉 제 1 유체가 병(11) 안으로 이동하기 전에 제 1 유체와 제 2 유체 사이의 열교환을 가능하게 하기 위한 제 1 부분(130) 및 제 1 유체가 병 안(11)으로 이동한 후에 제 1 유체와 제 2 유체 사이의 열교환을 가능하게 하기 위한 제 2 부분(150)을 형성하도록 구성되며, 상기 중간 포트(69b, 75)는 상기 제 1 부분(130)과 제 2 부분(150) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는
열교환기. - 제 2 항에 있어서,
판(3)의 상기 제 1 부분(130)은 응축 영역(13)을 형성하며 상기 제 2 부분(150)은 과냉 영역(15)을 형성하는 것을 특징으로 하는
열교환기. - 제 3 항에 있어서,
상기 중간 포트(69b, 75) 중 제 1 중간 포트는 제 1 유체가 응축 영역(13)으로부터 병(11)으로 유동할 수 있게 하며, 상기 중간 포트(69b, 75) 중 제 2 중간 포트는 제 1 유체가 병(11)으로부터 과냉 영역(15)으로 유동할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는
열교환기. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
판(3)은 상기 제 1 및 제 2 중간 포트(69b, 75)와 정렬되는, 패스 유동 포트로 지칭되는 추가 포트(73)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는
열교환기. - 제 5 항에 있어서,
상기 판(3) 중 이차 판으로 지칭되는 하나 이상의 판의 패스 유동 포트(73)는 상기 제 1 유체가 응축 영역(13)에서 여러 개의 패스를 통해서 유동할 수 있게 하기 위해 밀봉되는 것을 특징으로 하는
열교환기. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 병(11)은 판의 상기 주 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는
열교환기. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열교환기에는 유입 매니폴드(19i) 및 유출 매니폴드(19o)가 제공되고, 상기 병(11) 및 상기 매니폴드(19i, 19o)는 상측으로 지칭되는 열교환기의 동일한 측(17)에 배치되는 것을 특징으로 하는
열교환기. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중간 포트(69b, 75)는 상기 제 2 유체(3)의 유동 방향으로 타원형 및/또는 세장형 형상인 것을 특징으로 하는
열교환기. - 제 9 항에 있어서,
상기 중간 포트(69b, 75, 73)의 각각은 상기 종방향 주 연장 방향을 횡단하는 방향으로 측정되며 상기 제 2 유체의 유동 방향으로 포트의 거의 전체 길이에 걸쳐서 감소되는 폭을 갖는 것을 특징으로 하는
열교환기.
Applications Claiming Priority (3)
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