◆출원일자 2009년06월11일                     ◆공고일자 2010년01월27일
◆출원번호 10-2009-0051898                    ◆출원번호 10-2009-0051898

◆특허권자 국방과학연구소
◆발명자 민성기/ 유영준/ 박근홍/ 진상욱/ 오광윤

■ 기 술 분 야
본 발명은 미세가공 기술에 의하여 마이크로 채널을 형성시킨 열교환기에 관한 것이다.

■ 배 경 기 술
특수한 용도에 사용되는 열교환기는 다른 일반적인 열교환기와는 달리 고온 고압이라는 환경에 사용되거나, 중량 또는 공간 등과 같은 제한 조건을
만족시키기 위해 소형화와 내구성이 요구되는 경우도 있다.
기체 대 기체(Gas-to-Gas)만의 열교환은 총 열전달 계수가 낮아 동일한 열교환을 위해서 더 큰 전열면적을 필요로 하게 되며, 이는 중량 및 공간 제
한조건이 있는 상황에는 채택이 어려운 점이 있다.
마이크로 채널 열교환기의 일종인 Printed Circuit Heat Exchanger(PCHE)는 식각가공하여 유로를 형성한 서로 다른 판을 격판을 사이에 두고 교대로 접합하여 만든 열교환기로서, 밀리미터급의 작은 유로를 형성시킬 수 있으며, 기체 뿐만 아니라 액체도 자유롭게 흐르면서도 큰 전열 면적을 갖게 함으로써 사용 공간 대비 큰 전열 면적을 갖는 장점이 있다. 또한, PCHE는 고온, 고압 사용 환경에 유리한 열교환기를 구성할 수 있는 장점이 있으며, 미세 전자기기 시스템(Micro electro mechanical system;MEMS) 분야의 발전으로 다양한 미세 가공 기술들을 활용하여 다양한 형상으로 제작할 수 있다.
소형성과 우수한 성능을 갖는 PCHE는 컴퓨터, 반도체를 비롯한 정보 기술 분야에서 뿐만 아니라 에너지 관련 산업 등의 에너지 기술(Energy Technology)분야에서도 다양하게 적용되고 있다.
나아가 고온, 고압, 마이크로채널 열교환기를 필요로 하는 석유 화학 플랜트로부터 연료 전지 반응기 및 폐열회수장치, CO2 히트펌프 및 온수기의 냉동 공조 산업, 등 타 산업들에 파급 효과가 매우 크다.
일반적인 경우 열교환기는 열 전달이 증가함과 동시에 압력 강하가 증가하지만, 마이크로채널 열교환기의 형상 설계를 통해 압력 강하량은 작게 유지하면서 열 전달량은 크게 발생시킬 수 있다.
그런데, 알려져 있는 종래의 방식에 의한 사각형상의 열교환기의 경우, 유로의 형상과 외형이 단순하기 때문에 유로의 형상을 설계하는 것이 비교적 용이하나, 열교환기가 장착될 장치 내의 공간 조건을 맞추기 어려운 경우가 많다. 특히, 전체 외형이 곡선을 이루는 경우라면 동일한 길이를 갖는 유로의 설계가 더욱 어려운 문제가 있다.

■ 해결하고자하는 과제
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 외형이 곡선을 이루는 경우에 동일한 길이를 갖는 마이크로 채널들을 형성시킴으로써 고 성능을
구현할 수 있는 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.

■ 과제 해결수단
상기와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명과 관련된 마이크로채널 열교환기는, 마이크로 채널을 형성한 복수의 레이어가 적층 형성된 열교환기 몸
체부; 상기 열교환기 몸체부의 일측 단부에 상호 분리되게 부착되는 고온부 입구몸체 및 저온부 출구 몸체; 및 상기 열교환기 몸체부의 타측 단부에 상호
분리되게 부착되는 저온부 입구몸체 및 고온부 출구몸체를 포함하고, 상기 열교환기 몸체부의 폭을 형성하는 양 측면은 제 1곡면 프로파일과 상기 제 1
곡면 프로파일에 평행한 제 2곡면 프로파일을 가질 수 있게 각각 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 열교환기 몸체부는, 고온유체가 흐르기 위한 평행한 복수의 제1마이크로 채널이 형성된 고온부 레이어; 및 저온유
체가 흐르기 위한 평행한 복수의 제 2마이크로 채널이 형성된 저온부 레이어를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제 1마이크로 채널 및 제 2마이크로 채널은 2 이상인 n개의 유로를 포함하고, i번째(i는 자연수) 유로는 Xi의 길이
를 갖는 입구부와, Wi의 길이를 갖는 곡선부 및 Yi의 길이를 갖는 출구부를 포함하며, 상기 Xi, Yi 및 Wi는 다음의 식을 만족시키도록 구성될 수 있다.
Xi + Yi + Wi = 일정

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 곡선부들 어느 하나의 곡선부와 인접된 다른 하나의 곡선부 사이의 폭은 길이 방향을 따라 일정하게 유지되도록 형
성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 곡선부는 파형으로 형성될 수 있다.

■ 효 과
본 발명과 관련된 열교환기에 의하면, 곡면 외형이 적용된 몸체부에 마이크로채널을 형성함으로써 직선 유로를 갖는 종래의 열교환기에 비하여 열교
환 효율을 대폭 향상시킬 수 있다.