KR101149983B1 - 용접식 판형 열교환기 - Google Patents

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조형석
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Abstract

본 발명은 용접식 판형 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 적층되는 전열판의 모서리 측에 절개부를 형성하고, 유체가 유,출입되는 개구부를 갖는 유,출입 파이프를 절개부에 직접 용접하여 열교환기를 제작함으로써 열교환기의 제작을 위한 용접량을 줄여 제조공정을 단순화할 수 있는 용접식 판형 열교환기에 관한 것이다.
본 발명은 사각판상의 전열면을 갖는 전열판이 적층되는 판형 열교환기에 있어서, 4개의 모서리에 각각 절개형성되는 절개부를 갖추고 유체통로가 형성되도록 상기 전열면이 서로 대향배치되어 상,하방향으로 적층되는 복수 개의 전열판으로 이루어진 전열조립체; 일측에 길이방향을 따라 절개형성되는 개구부를 갖추고, 상기 개구부를 통해 유체가 상기 유체통로 측으로 유,출입될 수 있도록 개구부 측이 유체통로와 연통되게 상기 절개부에 용접되는 유,출입 파이프; 및 상기 전열조립체의 상,하부에 각각 결합되는 외판;을 포함하는 용접식 판형 열교환기를 제공한다.

Description

용접식 판형 열교환기{A Plate Heat Exchanger of Welding Type}
본 발명은 용접식 판형 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 적층되는 전열판의 모서리 측에 절개부를 형성하고, 유체가 유,출입되는 개구부를 갖는 유,출입 파이프를 절개부에 직접 용접하여 열교환기를 제작함으로써 열교환기의 제작을 위한 용접량을 줄여 제조공정을 단순화할 수 있는 용접식 판형 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로 열교환기는 하나의 유체(또는 가스)로부터 다른 유체로 물리적인 접촉이 없이 열을 전달하기 위한 것이다. 즉, 유체가 서로 섞이지 않고 열만 전달하는 것으로 하나의 유체를 간접적으로 가열하거나 냉각하고자 할 때 사용하는 장치이다.
이러한 열교환기는 크기가 큰 것이 효과적이며, 크기에 비례하여 열교환기의 단가가 높아진다. 따라서, 적은 비용에 의하여 큰 용량의 열교환을 하는 것이 중요한데, 열교환기의 타입 중에 Shell & Tube 타입은 크기에 비하여 아주 적은 열교환이 이루어지기 때문에 열교환 성능이 높은 판형 열교환기에 대한 개발이 많이 이루어지고 있는 실정이다.
이러한 용접식 판형열교환기는 완전용접식과 반용접식으로 구분되며, 제조방식에 따라 진공로에서 제작되는 브레이징 제작방식과 외부에서 용접작업을 수행하는 자동용접(레이저용접, 심용접, CO2용접, Tig용접 등)으로 나뉜다. 이러한 열교환기를 사용하는 환경은 저온/저압에서 고온/고압, 소형용량에서 대형용량까지 제작이 가능하고 다양한 환경에서 적용이 가능하다.
도 1은 종래의 용접식 판형 열교환기(1)의 개략적인 구조를 나타낸 것으로, 복수 개의 전열판(10)을 적층하여 전열조립체를 형성하고, 상기 전열조립체의 상부 및 좌,우 양측에 저온측 입구/축구, 고온측 입구/출구의 역할을 하는 헤더박스(12,14,16,18)가 추가로 구비된다.
이러한 종래의 열교환기는 헤더박스가 추가로 부착되기 때문에 부피가 커질 뿐만 아니라 이를 위한 많은 용접작업이 필요하게 된다. 이에 따라 제조비 상승 및 생산성 저하로 판형 열교환기를 제작하기 위한 생산비용이 증가되고, 열교환기의 부피가 커질 수 밖에 없어 설치면적이 증가하는 문제점이 있었다.
더욱이 많은 용접 작업이 이루어지기 때문에 작업 과정에서 용접불량이 일어나 유체가 외부로 누설되어 안전사고가 발생되는 문제점이 있었다. 또한, 사각박스 형태로 부착되는 헤더박스는 고압에서 사용할 경우 크랙이 발생되는 확률이 높아 전체적인 효율을 저하시키는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 적층되는 전열판의 모서리 측에 절개부를 형성하고, 유체가 유,출입되는 개구부를 갖는 유,출입 파이프를 절개부에 직접 용접하여 열교환기를 제작함으로써 열교환기의 제작을 위한 용접량을 줄여 제조공정을 단순화함으로써 생산비용을 절감하고 생산성을 향상시킬 수 있는 용접식 판형 열교환기를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 사각판상의 전열면을 갖는 전열판이 적층되는 판형 열교환기에 있어서, 4개의 모서리에 각각 절개형성되는 절개부를 갖추고 유체통로가 형성되도록 상기 전열면이 서로 대향배치되어 상,하방향으로 적층되는 복수 개의 전열판으로 이루어진 전열조립체; 일측에 길이방향을 따라 절개형성되는 개구부를 갖추고, 상기 개구부를 통해 유체가 상기 유체통로 측으로 유,출입될 수 있도록 개구부 측이 유체통로와 연통되게 상기 절개부에 용접되는 유,출입 파이프; 및 상기 전열조립체의 상,하부에 각각 결합되는 외판;을 포함하는 용접식 판형 열교환기를 제공한다.
바람직하게는, 상기 전열판은 양 단에 상기 전열면보다 높게 절곡형성되는 제1플랜지와 상기 전열면보다 낮게 절곡형성되는 제2플랜지가 구비되고, 상기 제1플랜지 및 제2플랜지가 서로 교대로 배치되어 상부에 배치되는 전열판의 제1플랜지와 하부에 배치되는 제2플랜지가 상호 용접될 수 있다.
바람직하게는, 상기 절개부는 상기 제1플랜지 및 제2플랜지 상에 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1플랜지 및 제2플랜지의 상호 접합은 심용접, CO2 용접, Tig 용접 또는 자동용접 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 상기 전열조립체와 외판의 사이에는 외부와의 기밀성을 높일 수 있도록 내판이 추가적으로 구비될 수 있다.
바람직하게는, 상기 전열조립체의 상,하부에 배치되는 외판 중 어느 일측에는 상기 유,출입 파이프와 각각 연통되는 유출구 및 유입구가 구비될 수 있다.
바람직하게는, 상기 절개부와 유,출입 파이프는 용접부위가 외부로 노출될 수 있다.
바람직하게는, 상기 유,출입 파이프는 다각단면, 원형단면 및 이들이 조합된 단면을 갖도록 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 전열조립체의 전/후/좌/우에는 유체통로를 통해 이동되는 유체가 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있도록 측판이 추가적으로 구비될 수 있다.
바람직하게는, 상기 전열면은 산부와 골부가 반복적으로 구비되는 엠보싱 패턴으로 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 적층되는 전열판의 모서리 측에 절개부를 형성하고, 유체가 유,출입되는 개구부를 갖는 유,출입 파이프를 절개부에 직접 용접하여 열교환기를 제작함으로써 별도의 헤더박스를 부착할 필요가 없어 열교환기의 제작을 위한 용접량을 줄여 제조공정을 단순화함으로써 생산비용을 절감하고 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 용접식 판형 열교환기를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 용접식 판형 열교환기를 나타낸 결합사시도.
도 3은 도 2의 분리사시도.
도 4는 본 발명에 따른 용접식 판형 열교환기에서 전열조립체를 나타낸 사시도.
도 5는 도 4의 종단면도 및 횡단면도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.
이하에서, 발명의 이해를 돕기 위해 도면부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면에 표시되었다 하더라도 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 용접식 판형 열교환기(100)는 복수 개가 적층되어 전열조립체(A)를 구성하는 각각의 전열판(110)의 네 모서리에 절개부(114a1,114b,114c,114d)를 형성하고, 상기 절개부(114a1,114b,114c,114d)에 유체가 유출입되는 유입파이프(121) 및 유출파이프(122)를 각각 직접 용접하여 열교환기(100)를 구성함으로써 용접부위가 외부로 노출되어 용접작업이 용이하여 유체의 누설불량을 충분히 방지하고 생산성을 향상시킬 수 있다.
이와 같은 용접식 판형 열교환기(100)는 전열조립체(A), 유,출입파이프(121,122) 및 한 쌍의 외판(131,132)을 포함한다.
상기 전열조립체(A)는 복수 개로 구비되는 전열판(110)이 유체통로(S)를 형성하도록 일정간격 이격된 상태로 적층배치되며, 일단부가 지그재그 방식으로 용접되어 서로 다른 두 종류의 유체가 서로 섞이지 않은 상태에서 열교환이 일어날 수 있도록 한다.
즉, 상기 전열조립체(A)를 구성하는 복수 개의 전열판(110)은 전열면(112)을 갖는 대략 사각판상으로 구비되고, 상,하부에 적층 배치되는 다른 전열판(110)과의 접합을 위해 양 단부에 제1플랜지(116) 및 제2플랜지(118)가 구비된다.
상기 전열면(112)은 일정면적을 갖추어 상,하부에 대향 배치되는 전열면(112)과 짝을 이루어 유체가 이동되는 유체통로(S)를 형성하게 되며, 표면에 골부(미도시) 및 산부(미도시)가 반복적으로 형성되는 엠보싱 패턴이 형성되어 전열면적을 넓혀줌으로써 열교환 효율을 극대화시키는 것이 바람직하다.
상기 제1플랜지(116)는 유체통로를 형성하는 전열면(112)보다 높게 절곡형성되고, 상기 제2플랜지(118)는 상기 전열면(112)보다 낮게 절곡형성된다. 이러한 제1,2플랜지는 프레스 가공에 의해 절곡형성된다.
이와 같이 제1플랜지(116) 및 제2플랜지(118)가 각각 형성된 전열판(110)은 유체가 이동하는 유체통로(S)를 형성할 수 있도록 서로 대향 배치된 상태에서 일정간격 이격배치되며, 제1플랜지(116) 및 제2플랜지(118)가 교대로 배치되는 형태로 적층된다.
이에 따라, 도 5b에서 좌측을 기준으로 설명하면, 상부에 배치된 전열판(110)의 제2플랜지(118)는 하부에 배치되는 전열판의 제1플랜지(116)와 서로 면접되어 상호 접합되고, 하부에 배치되는 전열판의 제2플랜지(118)는 그 하부에 배치되는 전열판(110)의 제1플랜지(116)와 서로 면접되어 상호 접합되는 형태를 이루게 된다.
이로 인해, 상기 전열조립체(A)는 전열판(110)의 양단에 각각 구비되는 제1플랜지(116) 및 제2플랜지(118)가 전열면(112)을 기준으로 반대방향으로 절곡 형성되고 제1플랜지(116) 및 제2플랜지(118)가 교대로 배치되는 형태로 적층됨으로써 전체적으로 지그재그 형상으로 상호 접합되어 일측이 개방되고 타측이 상호접합에 의해 밀폐된 유체통로(S)를 형성하게 된다.
이와 같이 복수 개의 전열판(110)이 서로 적층배치되어 상기 제1플랜지(116) 및 제2플랜지(118)가 지그재그 방식의 접합을 통해 유체통로(S)가 형성된 전열조립체(A)의 전,후,좌,우 면에는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 별도의 측판(141,142)이 용접되어 유체통로(S)의 개방된 부분을 밀폐하게 된다.
여기서, 상기 제1플랜지(116) 및 제2플랜지(118)의 상호 접합은 심용접, CO2용접, Tig 용접 또는 자동용접을 통해 접합하게 된다.
한편, 사각판상으로 구비되는 전열판(110)은 4 개의 모서리에 각각 절개형성되는 절개부(114a1,114b,114c,114d)가 마련된다. 이러한 절개부(114a1,114b,114c,114d)에는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상기 유입파이프(121) 및 유출파이프(122)의 측부가 접하여 용접됨으로써 상기 유체통로(S) 측으로 유체가 유출입될 수 있도록 한다.
여기서, 상기 유입파이프(121) 및 유출파이프(122)는 측부에 길이방향을 따라 절개형성되는 개구부(121a,122a)를 갖추어 일정길이를 갖도록 마련된다. 이에 따라, 제1플랜지(116) 및 제2플랜지(118)를 통해 일측이 밀폐된 유체통로(S)를 갖도록 지그재그 방식으로 접합된 전열조립체(A)는 나머지 개방된 부분이 상기 측판(141,142)에 의해 밀폐되어 유체가 누설되는 것이 방지되고, 상기 절개부(114a1,114b,114c,114d)에 상기 유입파이프(121) 및 유출파이프(122)가 직접 용접됨으로써 유입파이프(121) 및 유출파이프(122)의 일측에 마련된 개구부(121a,122a)를 통해 상기 유체통로(S) 측으로 유체가 유입되거나 유출될 수 있도록 한다.
이와 같이 본 발명에 따른 용접식 판형 열교환기(100)는 전열판(110)의 네 모서리에 마련된 절개부(114a1,114b,114c,114d)에 상기 유입파이프(121) 및 유출파이프(122)가 직접 용접되어 열교환기를 구성하기 때문에 용접부위가 외부로 노출되어 작업이 매우 용이하여 생산성을 높일 수 있게 되며, 외부에서 직접 용접이 이루어지기 때문에 용접과정에서 발생되는 용접불량을 방지할 수 있게 된다.
한편, 도면에는 상기 유입파이프(121) 및 유출파이프(122)가 일정높이를 갖는 대략 원통형상으로 구비되고 상기 절개부(114a1,114b,114c,114d)가 이에 대응되는 원호의 형상으로 구비되는 것으로 도시하였지만 이에 한정하는 것은 아니며, 사각기둥이나 삼각기둥과 같은 다각기둥의 형태로 구비될 수도 있음을 밝혀둔다.
상기 외판(131,132)은 상기 전열판(110)보다 더 넓은 면적을 갖는 사각판상으로 구비되어 상기 전열조립체(A)의 상부측과 하부측에 각각 결합된다. 이러한 외판(131,132)은 상대적으로 두꺼운 두께를 갖도록 구비되어 본 발명에 따른 판형 열교환기가 고온/고압에서도 사용될 수 있도록 한다. 이때, 상기 한 쌍의 외판(131,132) 중 어느 일측(131)에는 상기 유입파이프(121) 및 유출파이프(122)와 연통되는 유입구(133a,133b) 및 유출구(134a,134b)를 갖는 형태로 구비된다. 여기서, 상기 유입구(133a,133b) 및 유출구(134a,134b)는 각각 2개로 구비되어 서로 다른 두 종류의 유체가 각각 유입구(133a) 및 유입파이프(121)를 통해 유체통로(S) 측으로 유입되어 다른 유입구(133b) 및 유입파이프(121)를 통해 유체통로(S) 측으로 유입된 유체와 열교환이 일어난 후 서로 다른 유출구(134a,134b)를 통해 외부로 다시 배출되도록 한다.
한편, 상기 외판(131,132)과 전열조립체(A)의 상,하부면 사이에는 외부와의 기밀성을 높일 수 있도록 도 2에 도시된 바와 같이 별도의 내판(150)이 추가적으로 구비될 수 있다. 이러한 내판(150)은 상기 외판(131,132)보다 상대적으로 얇은 두께를 갖도록 구비되며, 엠보싱 패턴으로 전열면(112)이 형성되는 전열판(110)이 외판(131,132)에 용이하게 적층될 수 있도록 지지하는 역할을 한다. 그리고, 상기 내판(150) 역시 네 모서리에 상기 유입파이프 및 유출파이프가 용접될 수 있도록 절개부(154a,154b,154c,154d)가 마련된다.
본 발명에 의하면, 적층되는 전열판의 모서리 측에 절개부를 형성하고, 유체가 유,출입되는 개구부를 갖는 유,출입 파이프를 절개부에 직접 용접하여 열교환기를 제작함으로써 별도의 헤더박스를 부착할 필요가 없어 열교환기의 제작을 위한 용접량을 줄여 제조공정을 단순화함으로써 생산비용을 절감하고 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
상기에서 본 발명의 특정 실시예와 관련하여 도면을 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명을 이와 같은 특정 구조에 한정하는 것은 아니다. 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상을 벗어나지 않고서도 용이하게 수정 또는 변경할 수 있을 것이다. 그러나 이러한 단순한 설계변형 또는 수정사항들은 모두 명백하게 본 발명의 권리범위 내에 속함을 미리 밝혀둔다.
100 : 용접식 판형 열교환기
110 : 전열판 112 : 전열면
114a,114b,114c,114d : 절개부 116 : 제1플랜지
118 : 제2플랜지 A : 전열조립체
S : 유체통로 121 : 유입파이프
121a : 개구부 122 : 유출파이프
122a : 개구부 131,132 : 외판
133a,133b : 유입구 134a,134b : 유출구
141,142 : 측판 150 : 내판

Claims (10)

  1. 사각판상의 전열면을 갖는 전열판이 적층되는 판형 열교환기에 있어서,
    4개의 모서리에 각각 절개형성되는 절개부를 갖추고 유체통로가 형성되도록 상기 전열면이 서로 대향배치되어 상,하방향으로 적층되는 복수 개의 전열판으로 이루어진 전열조립체;
    일측에 길이방향을 따라 절개형성되는 개구부를 갖추고, 상기 개구부를 통해 유체가 상기 유체통로 측으로 유,출입될 수 있도록 개구부 측이 유체통로와 연통되게 상기 절개부에 용접되는 유,출입 파이프; 및
    상기 전열조립체의 상,하부에 각각 결합되는 외판;을 포함하는 용접식 판형 열교환기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전열판은 양 단에 상기 전열면보다 높게 절곡형성되는 제1플랜지와 상기 전열면보다 낮게 절곡형성되는 제2플랜지가 구비되고, 상기 제1플랜지 및 제2플랜지가 서로 교대로 배치되어 상부에 배치되는 전열판의 제1플랜지와 하부에 배치되는 제2플랜지가 상호 용접되는 것을 특징으로 하는 용접식 판형 열교환기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 절개부는 상기 제1플랜지 및 제2플랜지 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 용접식 판형 열교환기.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제1플랜지 및 제2플랜지의 상호 접합은 심용접, CO2 용접, Tig 용접 또는 자동용접 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용접식 판형 열교환기.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 전열조립체와 외판의 사이에는 외부와의 기밀성을 높일 수 있도록 내판이 추가적으로 구비되는 것을 특징으로 하는 용접식 판형 열교환기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 전열조립체의 상,하부에 배치되는 외판 중 어느 일측에는 상기 유,출입 파이프와 각각 연통되는 유출구 및 유입구가 구비되는 것을 특징으로 하는 용접식 판형 열교환기.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 절개부와 유,출입 파이프는 용접부위가 외부로 노출되는 것을 특징으로 하는 용접식 판형 열교환기.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 유,출입 파이프는 다각단면, 원형단면 및 이들이 조합된 단면을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 용접식 판형 열교환기.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 전열조립체의 전/후/좌/우에는 유체통로를 통해 이동되는 유체가 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있도록 측판이 추가적으로 구비되는 것을 특징으로 하는 용접식 판형 열교환기.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 전열면은 산부와 골부가 반복적으로 구비되는 엠보싱 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 용접식 판형 열교환기.
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