KR101102433B1 - 판형 열교환기 - Google Patents

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KR101102433B1
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박자연
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한국신발피혁연구소
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Abstract

본 발명은 금형이나 사출성형기의 냉각시스템, 유압장치의 오일 냉각시스템 등에 적용되어 열을 흡수하거나, 전자산업, 식품산업, 의료기산업을 포함하는 다양한 산업분야에 적용되어 가열, 냉각, 폐열회수의 기능을 수행하게 되는 판형 열교환기를 제공한다. 이와 같은 본 발명에 따른 판형 열교환기는 요부와 철부가 패턴을 이루며 형성되어 적층시 간격을 가지며 서로 이웃하게 되는 다수개의 채널 플레이트가 점접촉이 아닌 정해진 구간에서 연속적으로 접촉하게 되는 형상의 요부와 철부를 가지도록 한 것으로, 이에 따라 서로 이웃하게 되는 채널 플레이트 간의 접촉면적 및 접합면적이 증대되어 채널 플레이트 간의 접합작업이 안정되게 이루어지고, 채널 플레이트 간의 접합력도 증대되게 된다. 또한, 본 발명에 따른 판형 열교환기는 물결 무늬(∼)가 연속해서 형성된 요부와 철부를 가진 채널 플레이트가 구비되어 채널 플레이트와 열을 교환하게 되는 유체와 채널 플레이트의 열교환 면적이 증대됨에 따라 열교환효율이 증대되게 된다.
본 발명에 따른 판형 열교환기는 플레이트 패키지(plate package)와, 플레이트 패키지의 전면에 부착되는 전면프레임 및, 플레이트 패키지의 후면에 부착되는 후면프레임을 포함한 구성으로 이루어지는데, 플레이트 패키지는 요부(凹部)와 철부(凸部)가 패턴을 이루며 형성된 다수개의 채널 플레이트(channel plate)가 서로 이웃하는 채널 플레이트 사이에 간격이 생기도록 서로 이웃하는 채널 플레이트의 요부와 철부가 서로 접하면서 적층되어 이루어지는 것이다. 여기서, 본 발명에 따 른 판형 열교환기에서 채널 플레이트의 표면에 형성된 요부와 철부는 요부의 골과 철부의 마루에 해당하는 부위가 정해진 면적의 평면으로 이루어진 것과 요부의 골과 철부의 마루에 해당하는 부위에 각각 요홈이 형성된 것 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지도록 하여 플레이트 패키지를 이루며 서로 이웃하게 되는 채널 플레이트에 형성된 각각의 요부와 철부는 서로 정해진 구간에서 연속적으로 접촉하면서 브레이징 접합되는 것을 특징으로 한다.
열교환기, 채널 플레이트, 플레이트 패키지, 브레이징

Description

판형 열교환기{Heat exchanger with plate}
본 발명은 판형 열교환기에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 유체가 유동하며 열교환이 이루어지게 되는 플레이트 패키지를 이루는 서로 이웃하는 채널 플레이트 간 접촉면적 및 접합면적이 증대되어 채널 플레이트 간의 접합력이 증대될 뿐만 아니라, 유체와 채널 플레이트의 열교환 면적이 증대될 수 있는 형상의 요부와 철부를 가진 채널 플레이트를 구비한 판형 열교환기에 관한 것이다.
판형 열교환기는 다수개의 채널 플레이트가 서로 간격을 가지며 적층되어 플레이트 패키지를 이루고, 플레이트 패키지를 이루는 채널 플레이트 사이를 유체가 유동하면서 유체와 채널 플레이트 간의 열교환이 이루어지도록 하는 것으로, 금형이나 사출성형기의 냉각시스템, 유압장치의 오일 냉각시스템 등에 적용되어 열을 흡수하거나, 전자산업, 식품산업, 의료기산업을 포함하는 다양한 산업분야에 적용되어 가열, 냉각, 폐열회수의 기능을 수행하게 된다.
이와 같은 판형 열교환기와 관련한 기술로는 대한민국 등록특허공보 등록번 호 제10-0376653호 "열교환기용 코어", 등록번호 제10-0388321호 "온도조절장치용 열교환장치", 공개특허공보 공개번호 제10-2008-0045146호 "판형 열교환기용 단부 판" 등이 안출되어 있다.
여기서, 상기와 같은 종래 판형 열교환기를 이루는 채널 플레이트는 요부와 철부가 어골 형태(fish-bone)의 패턴을 비롯한 다양한 형태의 패턴을 이루며 형성되어 있는데, 이에 따라 다수개의 채널 플레이트가 서로 적층될 시 채널 플레이트가 간격을 가지며 서로 이웃하게 되고, 서로 이웃하는 채널 플레이트는 주로 브레이징(brazing)에 의한 방법으로 접합되게 된다.
이와 같은 판형 열교환기에 있어서 채널 플레이트 간의 접합과 관련된 기술로는 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0274039호 "열교환기용 플레이트간의 접합방법" 이 안출되어 있는데, 상기 "열교환기용 플레이트간의 접합방법"은 열교환기를 제조하기 위하여 다수의 냉각핀과 분리판을 교대로 적층시킨 후 브레이징 접합을 통해 일체로 형성시키는 열교환기용 플레이트간의 접합방법에 있어서, 상기 냉각핀과 분리판을 각각 가공하는 제 1 과정과, 상기 분리판의 상, 하면에 필러메탈(Filler Metal)을 소정의 두께로 무전해 코팅시키는 제 2 과정과, 상기 냉각핀과 분리판을 교대로 적층시켜 냉각핀과 분리판의 조립체를 형성시키는 제 3 과정과, 상기 냉각핀과 분리판의 조립체를 브레이징 접합시킨 후 취출하는 제 4 과정으로 이루어진 것을 특징으로 한 것이다.
그런데, 상기와 같은 종래의 판형 열교환기에서는 서로 이웃하는 채널 플레이트의 요부나 철부가 서로 교차되면서 점접촉하게 되거나, 요부나 철부가 반구(半球)형으로 이루어져 요부의 골이나 철부의 마루가 서로 점접촉하면서 서로 접합되는 것이 일반적이었는데, 이에 따라 채널 플레이트 간의 접촉면적이 최소화되어 서로 적층된 채널 플레이트를 정위치시키는데 번거로움이 많았으며, 서로 이웃하는 채널 플레이트가 브레이징 접합되더라도 접합면적이 협소하여 접합력이 낮아 판형 열교환기의 사용과정에서 접합된 채널 플레이트가 서로 분리되어 버리는 현상이 발생하게 되었다.
따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하여, 서로 이웃하는 채널 플레이트가 점접촉이 아닌 정해진 구간에서 연속적으로 접촉하게 되는 형상의 요부와 철부를 가진 채널 플레이트가 구비되어 서로 이웃하게 되는 채널 플레이트 간의 접촉면적 및 접합면적이 증대됨에 따라 채널 플레이트 간 접합작업이 안정되게 이루어지고, 채널 플레이트 간의 접합력도 증대될 수 있는 새로운 형태의 판형 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 물결 무늬(∼)가 연속해서 형성된 요부와 철부를 가진 채널 플레이트가 구비되어 채널 플레이트와 열을 교환하게 되는 유체와 채널 플레이트의 열교환 면적이 증대됨에 따라 열교환효율이 증대될 수 있는 새로운 형태의 판형 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 판형 열교환기에 있어서, 요부(凹部)와 철부(凸部)가 패턴을 이루며 형성된 다수개의 채널 플레이트(channel plate)가 서로 이웃하는 채널 플레이트 사이에 간격이 생기도록 서로 이웃하는 채널 플레이트의 요부와 철부가 서로 접하면서 적층되어 이루어지는 플레이트 패키지(plate package)와; 상기 플레이트 패키지의 전면에 부착되는 전면 프레임 및; 상기 플레이트 패키지의 후면에 부착되는 후면프레임을 포함하되, 상기 채널 플레이트의 표면에 형성된 요부와 철부는 요부의 골과 철부의 마루에 해당하는 부위가 정해진 면적의 평면으로 이루어진 것과 요부의 골과 철부의 마루에 해당하는 부위에 각각 요홈이 형성된 것 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지도록 하여 상기 플레이트 패키지를 이루며 서로 이웃하게 되는 채널 플레이트에 형성된 각각의 요부와 철부는 서로 정해진 구간에서 연속적으로 접촉하면서 브레이징 접합되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 판형 열교환기에서 상기 채널 플레이트의 표면에 형성된 요부와 철부는 각각 반구(半球)형상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 판형 열교환기에서 상기 채널 플레이트의 표면에 형성된 요부와 철부는 반구의 전체 외곽 표면을 따라 물결 무늬(∼)가 연속해서 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 판형 열교환기에 의하면, 서로 이웃하게 되는 채널 플레이트 간의 접촉면적 및 접합면적이 증대되어 채널 플레이트 간의 접합작업이 안정되게 이루어질 수 있음에 따라 판형 열교환기의 제조공정이 원활해져 판형 열교환기의 생산성이 향상되고 불량률이 낮아지는 효과를 가지게 된다. 또한, 채널 플레이트 간의 접합력도 증대되어 판형 열교환기의 내구성이 증대되는 효과를 가지게 된다.
그리고, 본 발명의 판형 열교환기는 유체와 채널 플레이트의 열교환 면적이 증대되어 열교환 효율도 증대되는 효과도 동시에 가지게 된다.
본 발명에 따른 판형 열교환기(100)는 금형이나 사출성형기의 냉각시스템, 유압장치의 오일 냉각시스템 등에 적용되어 열을 흡수하거나, 전자산업, 식품산업, 의료기산업을 포함하는 다양한 산업분야에 적용되어 가열, 냉각, 폐열회수의 기능을 수행하게 되는 장치로서 다양한 크기로 제작되는데, 특히 초소형으로 제작됨으로써 전자산업 및 의료기산업 등에 적용될 수 있게 된다.
이와 같은 본 발명에 따른 판형 열교환기(100)는 요부(32)와 철부(34)가 패턴을 이루며 형성되어 적층시 간격을 가지며 서로 이웃하게 되는 다수개의 채널 플레이트(30)가 점접촉이 아닌 정해진 구간에서 연속적으로 접촉하게 되는 형상의 요부(32)와 철부(34)를 가지도록 한 것을 기술적 특징으로 한다. 이에 따라, 본 발명에 따른 판형 열교환기(100)에서는 서로 이웃하게 되는 채널 플레이트(30) 간의 접촉면적 및 접합면적이 증대되어 채널 플레이트(30) 간의 접합작업이 안정되게 이루어지고, 채널 플레이트(30) 간의 접합력도 증대된다.
또한, 본 발명에 따른 판형 열교환기(100)는 채널 플레이트(30)의 요부(32)와 철부(34)가 물결 무늬(∼)가 연속해서 형성된 형상으로 이루어진 것을 기술적 특징으로 한다. 이에 따라, 본 발명에 따른 판형 열교환기(100)에서는 채널 플레이 트(30)와 열을 교환하게 되는 유체와 채널 플레이트(30)의 열교환 면적이 증대됨에 따라 열교환효율이 증대된다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 4에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 도면과 상세한 설명에서 일반적인 판형 열교환기로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기의 외형도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기의 분리 사시도이며, 도 3의 (a)와 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기를 이루는 채널 플레이트가 서로 접합된 상태를 보여주기 위한 수직단면도이며, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 판형 열교환기를 이루는 채널 플레이트가 서로 접합된 상태를 보여주기 위한 수직단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기(100)는 도 1과 도 2에서와 같이 플레이트 패키지(plate package)(20)와, 전면프레임(40), 후면프레임(64)을 포함하는 구성으로 이루어진다.
플레이트 패키지(20)는 다수개의 채널 플레이트(channel plate)(30)가 적층되어 이루어지는 것으로, 플레이트 패키지(20)를 통과하는 열매체와 플레이트 패키지(20)를 이루는 다수개의 채널 플레이트(30) 사이를 유동하게 되는 유체(기체, 액체) 사이에 열교환이 이루어지면서 본 발명의 판형 열교환기(100)가 적용되는 시스템의 가열, 냉각, 폐열회수가 수행되게 된다.
플레이트 패키지(20)를 이루는 채널 플레이트(30)는 요부(凹部)(32)와 철부(凸部)(34)가 패턴을 이루며 형성되어 있는데, 이와 같은 채널 플레이트(30)는 도 2에서와 같이 요부(凹部)(32)와 철부(凸部)(34)가 엠보싱(embossing) 형태의 패턴을 이루는 것이거나, 이와 달리 요부(凹部)(32)와 철부(凸部)(34)가 상하방향으로 '∨'형태가 반복되는 패턴을 이루는 채널 플레이트와 상하방향으로 '∧'형태가 반복되는 패턴을 이루는 채널 플레이트가 쌍을 이루는 것일 수 있다.
이와 같은 플레이트 패키지(20)는 다수개의 채널 플레이트(30)가 적층될 시 서로 이웃하는 채널 플레이트(30)의 요부(32)와 철부(34)가 서로 접하게 되면서 서로 이웃하는 채널 플레이트(30) 사이에 간격이 생기게 된다. 이와 같이 서로 이웃하는 채널 플레이트(30) 사이에 생긴 간격을 통해 유체의 유동이 이루어지게 된다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 채널 플레이트(30)는 도 3의 (a)와 (b)에서와 같이 표면에 형성된 요부(32)의 골(322)과 철부(34)의 마루(342)에 해당하는 부위에 각각 요홈(36)이 형성되도록 하여 요부(32)의 골(322)에 해당하는 부위와 철부(34)의 마루(342)에 해당하는 부위가 옴폭 파인 형상으로 이루어지게 되는데, 이와 같은 요홈(36)은 도 3의 (a)에서와 같이 곡률을 가진 홈 형상으로 이루어질 수도 있고, 이와 달리 도 3의 (b)에서와 같이 사각단면형상을 포함한 다양한 단면형상으로 이루어질 수도 있다.
이에 따라 서로 이웃하게 되는 채널 플레이트(30)에 형성된 각각의 요부(32)와 철부(34)는 서로 정해진 구간에서 연속적으로 접촉하게 된다.
즉, 도 5에서와 같이 종래의 판형 열교환기의 채널 플레이트는 요부와 철부가 파형(波形)의 단순한 패턴을 형성시킴에 따라 서로 이웃한 일측 채널 플레이트의 요부의 골과 서로 이웃한 타측 채널 플레이트의 철부의 마루가 서로 점접촉하게 되는데, 본 발명의 실시예에 따른 채널 플레이트(30)는 이와 달리 요부(32)의 골(322)과 철부(34)의 마루(342)에 해당하는 부위에 각각 요홈(36)이 형성됨에 따라 서로 이웃하는 채널 플레이트(30)는 요홈(36)을 둘러싸며 요부(32)의 골(322) 부위와 철부(34)의 마루(342) 부위가 정해진 구간 내에서 연속해서 접촉하게 되는 것이다.
이에 따라, 채널 플레이트(30) 간의 접촉면적이 최대화된다. 따라서, 플레이트 패키지(20)를 형성시키기 위하여 다수개의 채널 플레이트(30)를 적층시켜 접합할 시 다수개의 채널 플레이트(30)가 안정되게 정위치를 유지할 수 있게 되어 채널 플레이트(30)의 접합작업이 원활하게 수행되고, 더불어 판형 열교환기(100)의 제조공정이 원활해져 판형 열교환기의 생산성이 향상되고 불량률이 낮아지게 되는 것이다.
또한, 상기와 같이 채널 플레이트(30) 간의 접촉면적이 증대됨에 따라 서로 이웃하는 채널 플레이트(30)가 서로 접합될 시 접합면적도 증대되어 채널 플레이트(30) 간의 접합력이 높아지게 되므로, 본 발명의 판형 열교환기(100)는 사용과정에서 서로 접합되는 채널 플레이트(30)가 분리되는 일없이 장기간 제기능을 유지할 수 있게 되어 내구성이 증대되는 것이다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기(100)에서 채널 플레이트(30)를 이루는 다수개의 채널 플레이트(30)는 99.9% 순도의 구리(copper)로 이루어진 필러 메탈(filler metal)(80)이 서로 이웃하는 채널 플레이트(30) 사이에 위치되면서 브레이징 접합되는데, 이와 같은 필러 메탈(80)은 상기와 같이 서로 이웃하는 채널 플레이트(30)의 요부(32)의 골(322) 부위에 형성된 요홈(36)과 철부(34)의 마루(342) 부위에 형성된 요홈(36) 사이에 형성된 정해진 크기의 공간부에 충진되면서 서로 이웃하는 채널 플레이트(30)를 접합시킴에 따라 브레이징 접합력과 접합강도가 증대되게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기(100)는 채널 플레이트(30)의 표면에 형성된 요부(32)와 철부(34)가 각각 반구(半球)형상으로 이루어져 엠보싱 형태의 패턴을 이루는데, 이와 같은 요부(32)와 철부(34)는 반구의 전체 외곽 표면을 따라 물결 무늬(∼)가 연속해서 형성된 형상으로 이루어질 수 있는데, 이와 같은 요부(32)와 철부(34)의 전체 외곽 표면을 따라 물결 무늬(∼)가 연속해서 형성될 경우 채널 플레이트(30)의 전체 표면적이 증대되어 플레이트 패키지(20)를 이루는 다수개의 채널 플레이트(30) 사이를 유동하는 유체와 채널 플레이트(30) 간 열교환 면적이 증대되어 열교환 효율도 증대되게 된다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 채널 플레이트(30)와 달리 본 발명의 다른 실시예에 따른 채널 플레이트(30)가 도시된 도 4에서와 같이 채널 플레이트(30)에 형성된 요부(32)의 골(322) 부위와 철부(34)의 마루(342) 부위가 정해진 면적의 평면으로 이루어지도록 할 수 있는데, 이와 같은 요부(32)의 골(322) 부위와 철부(34)의 마루(342) 부위가 정해진 면적의 평면으로 이루어질 경우 서로 이웃하는 채널 플레이트(30)의 요부(32)와 철부(34)는 서로 면접촉되면서 접촉면적 및 접합면적을 증대시키게 된다.
한편, 판형 열교환기(100)를 이루는 전면프레임(40)은 플레이트 패키지(20)의 전면에 부착되는 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 전면프레임(40)은 커버 플레이트(cover plate)(42)와 실링 플레이트(sealing plate)(44)로 이루어진다.
그리고, 후면프레임(64)은 플레이트 패키지(20)의 후면에 부착되는 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 후면프레임(64)은 엔드 플레이트(end plate)(62)와 커버 플레이트(cover plate)(64)로 이루어진다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 판형 열교환기(100)는 요부(32)의 골(322) 부위와 철부(34)의 마루(342) 부위에 요홈(36)이 형성되어 적층시 간격을 가지며 서로 이웃하게 되는 다수개의 채널 플레이트(30)가 점접촉이 아닌 요홈(36) 둘레를 따라 정해진 구간에서 연속적으로 접촉하게 됨에 따라, 서로 이웃하게 되는 채널 플레이트(30) 간의 접촉면적 및 접합면적이 증대되어 채널 플레이트(30) 간의 접합작업이 안정되게 이루어져 판형 열교환기(100)의 제조생산성은 향상되고 불량률은 낮아지게 된다. 또한, 채널 플레이트(30) 간의 접합력도 증대되어 판형 열교환기(100)의 내구성도 증대되는 것이다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기를 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기의 외형도;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기의 분리 사시도;
도 3의 (a)와 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기를 이루는 채널 플레이트가 서로 접합된 상태를 보여주기 위한 수직단면도;
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 판형 열교환기를 이루는 채널 플레이트가 서로 접합된 상태를 보여주기 위한 수직단면도;
도 5는 종래 판형 열교환기를 이루는 채널 플레이트가 서로 접합된 상태를 보여주기 위한 수직단면도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
20 : 플레이트 패키지 30 : 채널 플레이트
32 : 요부 322 : 골
34 : 철부 342 : 마루
36 : 요홈 40 : 전면프레임
42 : 커버 플레이트 44 : 실링 플레이트
60 : 후면프레임 62 : 엔드 플레이트
64 : 커버 플레이트 80 : 필러 메탈
100 : 판형 열교환기

Claims (3)

  1. 판형 열교환기에 있어서,
    요부(凹部)와 철부(凸部)가 패턴을 이루며 형성된 다수개의 채널 플레이트(channel plate)가 서로 이웃하는 채널 플레이트 사이에 간격이 생기도록 서로 이웃하는 채널 플레이트의 요부와 철부가 서로 접하면서 적층되어 이루어지는 플레이트 패키지(plate package)와;
    상기 플레이트 패키지의 전면에 부착되는 전면프레임 및;
    상기 플레이트 패키지의 후면에 부착되는 후면프레임을 포함하되,
    상기 채널 플레이트의 표면에 형성된 요부와 철부는 요부의 골과 철부의 마루에 해당하는 부위에 각각 요홈이 형성되도록 하여 상기 플레이트 패키지를 이루며, 서로 이웃하게 되는 채널 플레이트에 형성된 각각의 요부와 철부는 서로 정해진 구간에서 연속적으로 접촉하면서 브레이징 접합되고,
    상기 채널 플레이트의 표면에 형성된 요부와 철부는 각각 반구(半球)형상으로 이루어지며,
    상기 채널 플레이트의 표면에 형성된 요부와 철부는 반구의 전체 외곽 표면을 따라 물결 무늬(∼)가 연속해서 형성되고,
    상기 채널 플레이트의 요부의 골 부위에 형성된 요홈과 철부의 마루 부위에 형성된 요홈 사이에 형성된 정해진 크기의 공간부에 99.9% 순도의 구리(copper)로 이루어진 필러 메탈(filler metal)이 충진되어 서로 이웃하는 채널 플레이트를 접합시키는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
  2. 삭제
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