KR100862380B1 - 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수의 열교환판을 적층시켜 밀착부를 용접하여 한조의 열교환부로 구성하고, 이러한 조단위 열교환부들을 적층시키되 조단위 열교환부 사이에는 이들을 고정시키는 고정부재를 구비하여 작업이 용이하고, 밀폐력이 향상되며, 높은 압력에도 견딜 수 있도록 한 열교환기에 관한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 열교환기에 있어서,상기 열교환기는 열교환판을 여러장 겹치되, 서로 겹쳐진 테두리부를 용접하여 고정시켜 한조를 이루는 열교환부가 구비되고, 이러한 조단위 열교환부를 적층시켜 소정의 크기를 갖도록 열교환기가 구성되는 것을 특징으로 한다.

열교환기, 열교환판

Description

열교환기{A heat exchanger}

도 1은 본 발명에 따른 열교환기를 보인 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 열교환기의 열교환부를 보인 분리사시도.

도 3은 본 발명에 따른 열교환기를 보인 측단면도.

도 4는 본 발명에 따른 열교환기를 보인 평단면도.

도 5는 본 발명에 따른 열교환기의 작용관계를 보인 분리사시도.

도 6은 본 발명에 따른 열교환기의 작용관계를 보인 평단면도.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

100 ; 열교환기 101a, 101b : 커버부재

102 : 케이스 103a, 103b : 가열포트관

104a, 104b : 피가열포트관 105 : 관통공

110 : 열교환부 120 : 열교환판

121a, 121b : 가열플로우홀 122a, 122b : 피가열플로우홀

123 : 테두리부 124 : 단턱부

125 : 차단부재 130 : 고정부재

132 : 라우딩부 A, A' : 유로공간부

본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열교환판을 여러장 적층시키고, 적층되어 밀착된 밀착부를 용접하여 한조로 하고 이러한 조단위 열교환부를 적층시키되 적층된 열교환부 사이에는 이들을 연결 고정시키는 고정부재를 구비하여 작업이 용이하고, 밀폐력이 향상되며, 높은 압력에도 견딜 수 있는 강도를 가지는 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기는 온도가 높은 유체(통상 열매체라하며, 가열된 가스, 유체가 사용된다.)에서 온도가 낮은 유체로 열을 전달하여 온도가 낮은 유체의 에너지를 증가 또는 높은 온도의 유체의 에너지를 감소시키는 장치로서, 다양한 산업분야에서 널리 설치되어 사용되고 있고, 사용 목적에 따라 열교환의 대상이 되는 유체를 가온시키거나 냉각시키게 되는데, 대상유체를 가온시키고자 할 때는 고온의 스팀과 같은 가열유체가 열매체로 사용되고, 상기 대상유체를 냉각시키고자 할 때는 냉각수와 같은 피가열유체가 열매체로 공급되게 된다.

이러한 열교환기를 통해 열 교환이 이루어지도록 종래의 열교환기는 다중으로 적층된 열교환판과 이들 전후에 장착되어 내부로 순환하는 가열유체와 피가열유체를 밀폐하는 커버로 구성되어 있다.

그리고, 상기 열교환판은 전열유로(Herringbone)가 다중으로 형성되어 있고, 외곽으로는 가열플로우홀과 피가열플로우홀이 관통되어 있으며, 커버에는 가열유체와 피가열유체가 유입 또는 유출되도록 가열포트홀과 피가열포트홀이 형성되어 있다.

따라서, 열교환판에 다중으로 형성된 전열유로 사이로 가열유체 또는 피가열유체가 순환되고, 가열,피가열포트홀과 연통된 가열,피가열플로우홀을 통해 유입되거나 유출되게 된다.

이렇게 유입 또는 유출되는 가열유체 또는 피가열유체는 적층된 열교환판 사이에 서로 엇갈리면서 순환하게 되고, 이때 가열유체의 열을 피가열유체로 전달시켜 열 교환이 이루어지게 된다.

여기서, 가열유체 또는 피가열유체의 흐름은 가열, 피가열포트홀에 유입된 후 열교환판의 가열, 피가열플로우홀을 통과 한 다음 다른 열교환판 또는 후방에서 마감된 커버의 내측에 부딪히게 되고, 여기서 흐름이 바뀌어 다시 가열,피가열포트홀로 유출된다.

이때, 가열유체 또는 피가열유체는 가열, 피가열포트홀을 통과하면서 열교환판 또는 커버와 수직으로 충돌하거나, 가열유체 또는 피가열유체의 진행에 따른 충격파에 의해서 수격현상 즉, 워터 해머(Water hammer) 현상이 발생한다.

이러한 가열, 피가열유체의 충돌 및 수격현상에 의해 유로내의 유체 속도 변화로 인한 유체의 압력이 상승하는 현상으로 인해 가열유체 및 피가열유체의 흐름에 악영향을 미치게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 열교환기 내의 압력손실이 발생하게 되고, 반복되는 충격 또는 충격파에 의해 용접으로 다수개가 적층된 열교환판의 용접부에 균열 또는 변형이 발생 하게 되며, 특정부위의 용접부에 크랙이 나타나는 문제점이 있었다.

또한, 순환되는 가열유체 및 피가열유체의 압력에 의해 열교환판의 특정부에 배불림 현상이 일어나게 되어 압력이 강하게 작용하게 되면 열교환판이 찌그러지는 등의 파손되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 열교환판을 여러장으로 하여 테두리부를 용접하여 한조의 열교환부를 구성 하고, 이러한 열교환부를 적층시키되 적층된 여려 조의 열교환부 사이에는 테두리부가 안착 고정되는 고정부재가 구비되도록 하여 열교환판을 적층하여 설치하는 작업 공정이 간편하게 이루어지도록 하는데 그 목적이 있다.

또한, 용접 고정된 열교환판의 테두리부를 고정부재로 지지함으로써, 가열유체 및 피가열유체의 공급에 따른 압력에 의해 열교환판의 용접부가 파손되는 것을 방지할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

그리고, 열교환판을 커버와 케이스의 밀착부를 용접하여 고정시킴으로써, 가열유체 및 피가열유체의 공급에 따른 압력에 의해 열교환판의 특정부에 발생하는 배불림현상을 방지하게 되어 이로 인한 열교환판의 파손을 방지하고, 밀폐력이 향상되며 높은 압력에도 견딜 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 열교환기에 있어서,열교환판를 적층하여 이루어지는 열교환기에 있어서, 상기 열교환기는 다수의 열교환판을 겹치되, 서로 겹쳐진 테두리부를 용접하여 고정시켜 한조를 이루는 열교환부가 구비되고, 상기 열교환부를 적층시켜 구성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 다수의 열교환부 사이에 설치되는 고정부재가 더 구비된 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 고정부재는 링형상으로 형성되되, 단부가 "ㄷ"자 형상으로 형성되어 개방부가 외측을 향하도록 된 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 고정부재는 "ㄷ"자 형상의 모서리부가 라운딩 처리된 라운딩부가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열교환부는 중앙부를 기준하여 양측으로 대응되게 하여 테두리부를 용접하여 고정하되, 외측에 구비된 열교환판에는 상기 안쪽의 열교환판이 안착되도록 테두리부에 큰 단턱부가 형성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 열교환부와 접하는 커버부재와 케이스의 접촉부를 용접하여 고정된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 열교환기에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 열교환기를 보인 분리 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 열교환기를 보인 결합상태 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 열교환기를 보 인 측단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 열교환기를 보인 평단면도이다.

도 1 내지 도 4에서와 같이 본 발명에 따른 열교환기(100)는 가열플로우홀(121a)(121b)과 피가열플로우홀(122a)(122b)이 각각 한쌍씩 상,하부에 서로 대응되게 형성된 다수개의 열교환판(120)이 구비되고, 상기 열교환판(120)의 가열플로우홀(121a)(121b)과 피가열플로우홀(122a)(122b)에 각각 연통되게 가열포트관(103a)(103b)과 피가열포트관(104a)(104b)이 결합된 전면커버부재(101a)와 다수개의 열교환판(120)이 적층된 열교환기(100)의 후면에서 지지하는 후면커버부재(101b)가 구비되며, 상기 전,후커버부재(101a)(101b)와 열교환판(120)을 커버하는 케이스(102)로 구성된다.

여기서, 상기 다수개의 열교환판(120)은 여러장 겹치되, 서로 겹쳐진 테두리부(123)를 용접하여 견고하게 서로 고정시켜 한조의 열교환부(110)가 형성되고, 이 열교환부(110)는 다수도가 적층되게 구비되어 이를 통과하는 가열유체 및 피가열유체에 의해 열교환이 이루어지게 된다.

나아가, 상기 다수개로 이루어진 열교환부(110)는 열교환판(120)을 4개를 한조로하여 중앙부를 기준하여 양측으로 각각 2개가 위치되도록 하되, 외측에 위치하는 열교환판(120)은 내측에 위치하는 열교환판(120)이 안착될 수 있도록 단턱부(124)가 형성되게 된다.

여기서, 상기 열교환부(110)를 구성하는 열교환판(120)은 4개에 한정되는 것이 아니라 짝수가 되게 하여 더 많은 열교환판(120)을 겹쳐 용접 고정시킬 수도 있다.

그러나, 너무 많은 열교환판(120)을 겹치게 되면 외측에 위치하는 열교환판(120)의 단턱부(124)가 깊게 형성되어야 하므로 가공 및 조립상의 어려움이 있게 된다.

그리고, 상기 열교환부(110)의 열교환판(120)은 가장전면에 위치한 열교환판(120)의 가열플로우홀(121a)(121b)은 후면으로 돌출되게 연장형성하고, 이웃하는 열교환판(120)은 반대로 피가열플로우홀(122a)(122b)을 후면으로 돌출되게 돌기(127)가 연장형성되어 이들을 서로 용접 등에 의해 체결 고정시키게 된다.

이렇게 상기 열교환판(120)을 적층하여 형성한 열교환부(110) 다수개 연결시키게 되면 상기 가열플로우홀(121a)(121b)과 피가열플로우홀(122a)(122b)은 각각 동일 축선상에 위치되게 된다.

이때, 상기 열교환판(120)과 이웃하는 열교환판(120)은 상호 교차하게 되어 외부로부터 유입되는 가열유체와 피가열유체가 각각 순환될 수 있도록 칸이 구획되어 유로공간부(A)(A')가 형성되게 된다.

또한, 상기 다수개의 열교환부(110)가 설치되는 사이에는 상기 열교환부(110)의 외측에 위치하는 열교환판(120)의 테두리부(124)가 용접 고정되는 고정부재(130)가 더 구비된다.

여기서, 상기 고정부재(130)는 상기 열교환판(120)의 테두리부(124)와 동일한 형상의 사각형 링으로 형성되되, 그 단부가 "ㄷ"자 형상으로 형성되고, "ㄷ"자 형상의 모서리부는 라운딩 처리된 라운딩부(132)가 형성되어 외부로부터 공급되는 가열유체 및 피가열유체의 압력에 의해 변형되지 않고 동일 형상을 유지시킬 수 있 도록 강도가 향상되게 된다.

그리고, 상기 열교환부(110)와 이웃하는 열교환부(110)가 결합될 때 상호간에 견고하게 고정될 수 있도록 서로 맞닿는 가열플로우홀(121a)(121b)과 피가열플로우홀(122a)(122b)을 용접하여 고정시키게 되어 압력에 의해 상기 열교환판(120)이 분리되지 않고, 상기 열교환판(120)이 적층된 열교환기(100)는 열교환부(110)의 외부에 형성되는 케이스(102)에 의해 배불림현상이 방지되게 된다.

또한, 상기 열교환부(110)의 제일 전면부에 구비된 열교환판(120)의 가열플로우홀(121a)(121b)과 피가열플로우홀(122a)(122b)에 용접 고정되는 가열포트관(103a)(103b)과 피가열포트관(104a)(104b)이 구비되되, 상기 가열포트관(121a)(121b)과 피가열포트관(122a)(122b)은 상기 전면커버부재(101a)에 관통공(105)이 형성되어 이 관통공(105)에 끼워지게 되고 끝단부가 상기 열교환판(120)의 가열플로우홀(121a)(121b)과 피가열플로우홀(122a)(122b)에 용접에 의해 고정되게 된다.

그리고, 상기 다수개의 열교환부(110)에 상기 열교환부(110)와 밀착되는 전,후커버부재(101a)(101b) 및 케이스(102)의 접촉부를 용접하여 고정시켜 가열유체 및 피가열유체의 공급에 따른 압력에 열교환판(120)이 변형되지 않게 된다.

또한, 가장 후면에 구비된 상기 열교환판(120)은 도 4에서와 같이 가열유체와 피가열유체가 교차하여 순환할 수 있도록 상기 가열프로우홀(121a)(121b) 또는 피가열플로우홀(122a)(122b) 중 어느 하나만 형성하고, 이 형성된 홀에는 상기 이웃하는 열교환판(120)의 홀을 고정시킨 후에 차단부재(125)를 이용하여 차단하게 된다.

따라서, 가장 후단부에 위치한 열교환판(120)에 의해 형성된 유로공간부(A)로는 가열유체 또는 피가열유체 중 어느 하나의 유체만 유입되어 순환한 후에는 다시 유출되고, 또 다른 유체는 다음 칸에 형성된 유로공간부(A)로 유입되어 순환한 후에는 다시 유출되게 된다.

그러므로, 가열유체와 피가열유체는 서로 다른 유로공간부(A)(A')를 이용하여 순차적으로 유입됨과 동시에 유출되게 된다.

이때, 가열유체와 피가열유체가 교차되게 순환될 때 열교환이 이루어지게 된다.

한편, 상기 열교환판(120)에는 "V"자형 패턴 모양의 전열유로(126)가 프레스 가공되어 일정한 간격을 유지하며 형성되어 더욱 효과적으로 열교환이 이루어지게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 열교환기에 대한 작용관계를 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 따른 열교환기의 작용관계를 보인 분리사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 열교환기의 작용관계를 보인 평단면도이다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명은 먼저, 상기 가열포트관(102a)을 통하여 유입된 가열유체는 순차적으로 적층된 열교환판(120)의 가열플로우홀(121a)과 피가열플로우홀(122a)을 차례로 통과하여 유로공간부(A)로 흐르거나 제일 후면부에 구비된 열교환판(120)과 충돌하게 된다.

이때, 상기 열교환기(100)의 열교환판(120)과 전,후커버부재(101a)(101b) 및 케이스(102)가 용접에 의해 견고하게 고정되어 있어 상기 가열유체의 충돌에 의해 발생하는 충격하중에 견디면서 가열유체가 유로공간부(A)를 순환되도록 안내하고, 상기 가열유체는 유로공간부(A)를 순환하면서 가열유체가 유입된 가열포트관(103a) 상부에 형성된 또 다른 가열포트관(103b)과 연계되는 가열플로우홀(121b)을 통하여 유출되게 된다.

또한, 상기 피가열유체의 흐름을 살펴보면, 상기 피가열포트관(104a)을 통하여 유입된 피가열유체는 순차적으로 적층된 열교환판(120)의 피가열플로우홀(122a)과 가열플로우홀(121a)을 통과하게 되고, 통과한 파가열유체는 가열유체와 동일하게 상기 피가열유체가 유입된 피가열포트관(104a)의 상부에 형성된 또 다른 피가열포트관(104b)과 연계되는 피가열플로우홀(122b)을 통하여 유출된다.

이렇게 상기 피가열플로우홀(122a)(122b)과 가열플로우홀(121a)(121b)을 통과하여 순환하면서 유출될 때 선행하여 통과되는 가열유체의 열은 열교환판(120)을 통해 전열되고, 전열된 열은 피가열유체에 다시 전열되어 피가열유체는 이러한 열교환에 의해 온도가 상승하게 된다.

즉, 반복되는 열교환을 통하여 피가열유체는 열교환된 온도를 가지고 열교환전의 피가열유체가 유입된 피가열포트관(104b)과 연계되는 피가열프로우홀(122b)을 통하여 유출된다.

이때, 상기 열교환기(100)의 내부로 유입되는 가열유체 및 피가열유체는 고압으로 유입되게 됨으로써, 상기 열교환기(100)의 내부에 구비된 열교환판(120)과 충돌에 의한 충격파가 발생하게 된다.

그러나, 본 발명은 상기 열교환기(100)를 구성하는 부품들, 즉 열교환판(120)과 전,후커버부재(101a)(101b) 및 케이스(102)가 상호간에 용접에 의해 견고하게 고정되어 있고, 또한 열교환부(110)의 사이에 고정부재(130)를 구비함과 동시에 용접에 의해 고정되어 그 결합강도를 더욱 상승시켜 외부로부터 유입되는 가열유체 및 피가열유체의 충격하중에 의해 열교환판(120)의 파손 및 변형되는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한, 유입되는 가열유체 및 피가열유체에 의해 발생하는 압력에 의한 변형은 열교환판(120)이 적층된 열교환부(110)의 외부에 형성되는 케이스(1020)에 의해 배불림현상이 발생되는 것을 방지하게 된다.

상기에서는 본 발명에 따른 열교환기에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 열교환판을 여러장 적층하여 테두리부를 용접하여 한조의 열교환부를 이루고, 이러한 열교환부를 적층시키되 적층된 열교환부 사이에는 테두리부가 안착 고정되는 고정부재가 구비되도록 함으로써 열교환판을 적층하여 열교환기를 형성하는 작업 공정이 간편하게 이루어질 수 있도록 한 효과가 있다.

또한, 용접 고정된 열교환판의 테두리부를 고정부재로 지지함으로써, 가열유체 및 피가열유체의 공급에 따른 압력에 의해 열교환판의 용접부가 파손 및 변형되는 되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 열교환판을 커버와 케이스의 밀착부를 용접하여 고정시킴으로써, 가열유체 및 피가열유체의 유입에 따른 압력에 의해 열교환판의 특정부에 발생하는 배불림현상을 방지하게 되어 이로 인한 열교환판의 파손을 방지하고, 밀폐력이 향상되며 높은 압력에도 견딜 수 있는 강도가 향상되도록 하는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 열교환판을 적층하여 이루어지는 열교환기에 있어서,

   상기 열교환기는 다수개의 열교환판을 겹치되, 서로 겹쳐진 테두리부를 용접하여 고정시켜 한조로 형성된 열교환부가 구비되고,

   상기 열교환부를 적층시켜 구성되고 열교환부 사이에 설치되되, 링형상으로 형성되어 단부가 "ㄷ"자 형상으로 형성되어 개방부가 외측을 향하도록 형성된 고정부재가 구비된 것을 특징으로 하는 열교환기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 고정부재는 "ㄷ"자 형상의 모서리부가 라운딩 처리된 것을 특징으로 하는 열교환기.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 열교환부와 이웃하는 열교환부가 밀착되는 밀착부를 용접하여 고정시키는 것을 특징으로 하는 열교환기.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 열교환부와 접하는 커버부재와 케이스의 접촉부를 용접하여 고정된 것을 특징으로 하는 열교환기.

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