KR101663268B1

KR101663268B1 - 강화된 열교환기

Info

Publication number: KR101663268B1
Application number: KR1020117016579A
Authority: KR
Inventors: 스벤 안데르손; 스반테 호베르그; 토마스 달버그
Original assignee: 스웹 인터네셔널 에이비이
Priority date: 2008-12-17
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2016-10-06
Also published as: MY166666A; JP5882740B2; US9341415B2; KR20110116133A; CN102245992B; WO2010069874A1; EP2370773B1; US20110290461A1; EP2370773A1; JP2012512381A; CN102245992A

Abstract

이웃하는 플레이트들 사이에 매개체가 열교환 하기 위한 유로가 형성되도록 배열되는 릿지와 그루브의 가압 패턴을 구비하는 복수의 열교환기 플레이트(100, 210, 310)를 포함하는 브레이징 열교환기가 개시된다. 상기 플레이트들은 상기 유로와 선택적으로 연통되는 포트 구멍들과, 서로 오버랩 되는 이웃하는 플레이트들(100, 210, 310)의 스커트(130, 240, 330)에 의해 형성되는 외주 에지를 구비한다. 상기 브레이징 열교환기는 스커트(130, 240, 330) 밖으로 연장되고, 금속 시트 리본을 포함하는 강화부(140, 250, 340)를 포함한다.

Description

강화된 열교환기{REINFORCED HEAT EXCHANGER}

본 발명은, 매개체가 열교환을 하기 위한 유로(flow channel)가 이웃하는 플레이트들 사이에 형성되도록 배열된 릿지(ridge)와 그루브(groove)의 가압 패턴(pressed pattern)을 구비한 복수의 열교환기 플레이트를 포함하는 브레이징 열교환기에 관한 것으로서, 상기 플레이트는 상기 유로와 연통되는 포트 구멍과, 이웃하는 플레이트의 스커트와 오버랩 되는 스커트에 의해 형성되는 외주 에지를 구비한다.

브레이징 열교환기는 복수의 열교환 적용품에 이용된다. 다른 타입의 열교환기와 비교하여, 브레이징 열교환기는 비용 효율적이며, 컴팩트하다.

브레이징 열교환기는 이웃하는 플레이트들이 서로 적층됨에 따라 그들 사이에 매개체가 열교환 하기 위한 유로가 형성되도록 배열되는 가압된 릿지와 그루브 패턴들을 구비하는 복수의 플레이트를 포함한다. 포트 구멍은 유로와 선택적인 유체 전달(liquid communication)이 이루어지도록 배열된다.

일반적으로, 플레이트는 그 주변부 주위에서 수직 방향으로부터 조금 오프셋된 각도로 연장되는 스커트를 구비한다. 이웃하는 두 플레이트의 스커트들은 서로 오버랩되어 플레이트를 둘러싸는 브레이징 에지를 형성할 것이며, 이 에지는 플레이트들에 의해 형성되는 유로를 봉인한다.

플레이트들이 서로 적층된 다음, 플레이트의 표면에 공급된 브레이징 물질과 함께, 전체 열교환기가 완전히 브레이징 되기 위해 퍼니스(furnace) 안에 놓여진다. 이웃하는 플레이트들의 가압 패턴들은 서로 브레이징 되는 접촉점(contact point)을 제공할 것이다.

브레이징 열교환기가 고압을 견뎌내도록 하기 위하여, 지금까지는 열교환기가 구부러지거나 상하로 이동하지 않도록 하기 위해 경성 플레이트(rigid plate)로 열교환기를 둘러싸는 것이 필수적이었다. 그러한 경성 플레이트는 주로 포트 구멍 주변 영역을 강화시키는데, 포트 홀에 작용하는 압력이 포트 구멍의 아래 부분으로부터 포트 구멍의 위 부분으로 전달될 수밖에 없는 외력을 발생시키기 때문에, 이는 고압에 의한 손상에 특히 민감하다. 경성 플레이트가 없으면, 전체 외력은 플레이트의 가압 패턴의 릿지와 그루브 사이에 형성된 브레이징 포인트에 의해 전달될 것이다. 당연한 이유로, 그러한 포인트의 밀도는 포트 구멍의 영역 내에서 낮다.

그러나, 경성 플레이트를 구비하는 열교환기는 에지, 즉 오버랩되는 스커트들에 의해 구비되는 봉인부 부근에서 파열되기 쉽다.

또한, 제조 기술에 있어 잘 알려진 문제점은 열교환기 적층체가 브레이징 공정 중에 축소하는 것이다. 이 축소는 브레이징 물질이 브레이징 중에 녹은 결과이며, 이런 이유로 적층된 열교환기 플레이트들이 서로 밀착할 수 있도록 공간을 남겨둔다. 이 축소는 포트 구멍 부근에서 제일 심하다.

본 발명은 브레이징 열교환기의 에지의 강도를 향상시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따르면, 이웃하는 플레이트들 사이에 매개체가 열교환 하기 위한 유로가 형성되도록 배열되는 릿지와 그루브의 가압 패턴을 구비하는 복수의 열교환기 플레이트(100, 210, 310)를 포함하되, 상기 플레이트들은 상기 유로와 선택적으로 연통되는 포트 구멍들과, 서로 오버랩 되는 이웃하는 플레이트들(100, 210, 310)의 스커트(130, 240, 330)에 의해 형성되는 외주 에지를 구비하고, 상기 스커트(130, 240, 330) 밖으로 연장되고, 금속 시트 리본을 포함하는 강화부(140, 250, 340)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 브레이징 열교환기(HE, 200, 300)가 제공된다.

상기 강화부는 상면과 하면을 포함하는 가압 패턴을 구비할 수 있다.

제1 열교환기 플레이트의 상기 강화부의 상면이 상기 제1 열교환기 플레이트의 상측에 적층된 열교환기 플레이트의 강화부의 하면과 접촉하도록 상기 상면과 상기 하면이 배열될 수 있다.

이웃하는 플레이트들의 상기 상면과 하면이 정렬되도록 상기 상면과 상기 하면이 배열될 수 있다.

상기 강화부는 상기 열교환기 플레이트의 평면에서 연장될 수 있다.

상기 강화부는 상기 열교환기 플레이트의 주변부 전체에 걸쳐 연장될 수 있다.

상기 스커트의 밖으로 연장되는 상기 금속 시트 리본은, 상기 리본 및 상기 스커트가 끝이 잘린 V자를 형성하도록 하는 방향으로 상기 리본의 적어도 일부가 연장되도록 가압될 수 있다.

본 발명에 따르면, 브레이징 열교환기의 에지의 강도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른, 에지가 강화된 열교환기 플레이트를 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른, 에지가 강화된 열교환기 플레이트를 나타내는 부분적으로 절개된 사시도.
도 3은 본 발명의 제3 실시예를 나타내는 부분적으로 절개된 도면.
도 4는 도 1에 따른 열교환기 플레이트로 제작된 열교환기를 나타내는 사시도.

도 1에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 열교환기 플레이트(100)가 도시되어 있다. 플레이트(100)는 일반 평면으로 연장되며, 릿지(100a)와 그루브(100b)의 가압 패턴을 구비한다. 또한, 플레이트(100)는 포트 구멍들(120a~d, 120a와 120b만 도시되어 있음)을 구비하며, 이웃하는 구멍들은 다른 높이에 구비된다. 도면에서는, 참조번호 120b의 포트 구멍은 릿지(110a)와 동일한 높이에 구비되고, 참조번호 120a의 포트 구멍은 그루브(110b)와 동일한 높이에 구비된다.

스커트(130)는 기본적으로 평면(P)에 대해 수직 방향으로 구비된다. 스커트(130)는 릿지(110a)와 그루브(120b)를 구비하는 영역과 포트 구멍(120a~d)을 둘러싼다. 이웃하는 플레이트들의 스커트는 플레이트들 사이에 봉인이 이루어지도록 서로 오버랩된다. 가압 패턴과 포트 구멍의 다른 편의 스커트 단부에는, 강화부(reinforcement portion, 140)가 구비된다. 강화부는 일반 평면(P)에 평행한 바깥쪽 방향으로 연장된다.

제1 실시예의 강화부(140)는 상측영역(145)과 하측영역(145)을 포함하는 가압 패턴을 구비한다. 본 발명의 제1 측면에서는, 제1 플레이트(100)의 상측영역(145)이 이웃하는 상측 플레이트(100)의 하측영역(150)과 접촉하도록 배열되는 한편, 제1 플레이트의 강화부(140)의 하측영역(150)은 이웃하는 하측 플레이트의 강화부(140)의 상측영역(145)과 접촉하도록 배열된다.

제1 실시예에 따른 플레이트 열교환기를 제조하기 위하여, 열교환기 플레이트들(100)은 열교환기 플레이트의 적층체를 형성하기 위하여 서로 적층된다. 브레이징 물질은 플레이트들 사이에 공급된다. 브레이징 물질은 액상 억제제(liquid depressant) 예를 들면, 실리카(silica), 붕소(boron) 또는 이들의 혼합물과 혼합된 임의의 적합한 브레이징 물질, 예를 들면 구리(copper), 주석(tin), 납(lead), 은(silver) 또는 스테인리스스틸(stainless steel)일 수 있다. 스테인리스스틸 재질의 열교환기 플레이트가 이용된 경우에는 스테인리스스틸 브레이징 물질이 특히 적합하다.

어떤 경우에는, 열교환기 플레이트의 전체 적층체를 위해 완전히 동일한 열교환기 플레이트들이 사용될 수도 있다. 이 경우, 두 열교환기 플레이트마다 하나씩은 이웃하는 플레이트와 비교하여 180도 회전된다. 이러한 회전은 어느 한 포트 구멍에서 봤을 때 두 유로마다 하나씩은 포트에 개방되고 두 유로마다 하나씩은 차단되도록, 이웃하는 플레이트의 포트영역(120a, b)이 상호작용하는 결과를 가져온다. 이러한 제조방법은 브레이징 열교환기의 기술 분야에서 당업자에게 널리 알려진 것이다.

제1 측면에 따르면, 제1 플레이트의 강화부(140)의 상측영역(145)은 이웃하는 상측 플레이트의 강화부(140)의 하측영역(150)과 접촉하도록 배열된다. 이는 강화 효과 말고도 브레이징 동안의 열교환기 플레이트의, 특히 포트 구멍(120a~d) 주위에서의 축소를 상당히 감소시킨다는 유익한 효과를 준다. 제1 측면에 따른 열교환기 플레이트(100)로 만들어진 열교환기가 도 4에 도시되어 있다.

제2 측면에 따르면, 제1 플레이트의 강화부(140)의 상측영역(145)이 이웃하는 플레이트의 상측영역(145)과 정렬되도록 배열된다. 그리고 나서, 이웃하는 플레이트의 강화부들(140)은 상측영역(145)과 하측영역(150) 사이의 영역을 따라 서로 접촉하게 될 것이다. 제2 측면은 이웃하는 강화 패턴들 사이의 연결이 강화될 수 있다는 장점이 있으나, 제1 측면과 비교하여 축소에 대한 긍정적인 효과는 작다. 이하에서는 도 3을 참조하여 제2 측면이 보다 상세하게 설명될 것이다.

도 2에 도시된 본 발명의 제2 실시예는, 매개체가 열교환을 하기 위한 채널의 형상 하에서, 열교환 플레이트들이 서로 소정 거리 이격되어 유지되도록 배열되는 릿지(210)와 그루브(220)의 가압 패턴을 구비하는 복수의 열교환기 플레이트(200)를 포함한다. 열교환기 플레이트는 또한 포트 구멍들(230, 도 2에는 하나만이 부분적으로 도시됨)을 구비한다. 유로를 봉인하기 위하여, 스커트(240)는 열교환기 플레이트의 에지를 따라 배열되며, 스커트(240)는 제1 열교환기 플레이트의 스커트의 상측이 제1 플레이트 상에 적층된 제2 열교환기 플레이트의 스커트의 하측과 접촉하도록 배열된다.

스커트(240)의 외측 상에는 강화 리본(reinforcement ribbon, 250)이 구비된다. 강화 리본은 스커트(240)에 대응하여 끝이 잘린 V자 형상을 갖게 외측면이 연장되도록 가압된다.

바람직하게, 이웃하는 플레이트들의 스커트들과 같은 방식으로, 열교환기의 외측면(260)은 이웃하는 플레이트의 외측면(260)과 협력한다.

그리하여 스커트(240)와 외측면(260) 모두 열교환기 플레이트(200)의 평면(P)과 수직하도록 구비되지 않을 수도 있다. 만일 그렇다면, 열교환기 플레이트를 서로 적층하는 것이 불가능할 것이다. 대신, 스커트와 평면(P) 사이, 외측면과 평면(P) 사이에는 소정의 경사가 있어야 한다.

그 결과, 이웃하는 플레이트의 외측면(260)은 이웃하는 플레이트의 스커트가 서로 접촉하는 것과 같은 방식으로 서로 접촉하게 될 것이다. 이것은, 에지의 강도를 증가시키는 것 외에 누설에 대한 추가적인 예방책을 제공한다. 만일 이웃하는 플레이트의 스커트(240) 사이의 결합이 새더라도, 외측면(260)이 봉인할 수 있는 가능성이 여전히 존재하게 되는 것이다.

도 3에는, 상술한 제2 측면과 동등한, 본 발명의 제3 실시예에 따른 열교환기(300)가 도시되어 있다. 이 열교환기는 복수의 열교환기 플레이트들(310)을 포함하며, 이들 모두는 매개체가 열을 교환하기 위한 유로를 형성하는 릿지(320)와 그루브(330), 포트 구멍(미도시) 및 열교환기 플레이트를 둘러싸며 이웃하는 플레이트(300)의 스커트들(335) 간의 접촉에 의해 유로를 위한 봉인을 제공하는 스커트(335)를 구비한다.

또한, 제3 실시예에 따른 열교환기 플레이트(300)는 강화부(340)를 포함하는데, 이는 가압된 릿지(350)와 그루브(360)를 포함하는 점에서 제1 실시예에 따른 열교환기 플레이트의 강화부(140)와 비슷하다. 그러나, 제3 실시예의 어느 한 열교환기 플레이트의 릿지 및 그루브가 이웃하는 플레이트의 릿지 및 그루브와 직렬로 놓이도록 위치하는 점에서, 제3 실시예의 릿지 및 그루브는 제1 실시예의 릿지 및 그루브와 차이가 있다. 그 결과, 제3 실시예에 따른 열교환기 플레이트의 릿지 및 그루브는 서로 접촉하지 않을 것이다.

대신, 이웃하는 열교환기 플레이트의 강화부들(340) 간의 접촉이 상기 릿지 및 그루브를 연결하는 벽(370) 사이에서 발생한다.

도 4에는, 제1 실시예에 따른 열교환기 플레이트를 포함하는 열교환기(HE)가 도시되어 있다. 여기서, 이웃하는 플레이트의 강화부(140)의 상측영역(145)과 하측영역(150) 사이의 상호작용이 명확하게 나타난다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 강화부는 열교환기 플레이트의 긴 측면을 따라 연장되지 않고 오직 포트영역 주위에서만 연장된다. 이 실시예는 포트를 강화시키고, 열교환기 플레이트 스택의 축소를 감소시킬 수도 있으나, 측면의 강도는 약간만 증가하게 된다. 상술한 바와 같이, 포트 주변 영역은 특히 깨지기 쉽다.

해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 존재함을 이해할 수 있을 것이며, 이는 첨부된 청구항에 의해 명확해진다.

100, 210, 310: 열교환기 플레이트
130, 240, 330: 스커트
140, 250, 340: 강화부
HE, 200, 300: 브레이징 열교환기

Claims

이웃하는 플레이트들 사이에 매개체가 열교환 하기 위한 유로가 형성되도록 배열되는 릿지와 그루브의 가압 패턴을 구비하는 복수의 열교환기 플레이트(100, 210, 310)를 포함하되, 상기 플레이트들은 상기 유로와 선택적으로 연통되는 포트 구멍들과, 서로 오버랩 되는 이웃하는 플레이트들(100, 210, 310)의 스커트(130, 240, 330)에 의해 형성되는 외주 에지를 구비하고,
상기 스커트(130, 240, 330) 밖으로 연장되고, 금속 시트 리본을 포함하는 강화부(140, 250, 340)를 포함하고,
상기 강화부는 상면과 하면을 포함하는 가압 패턴을 구비하며,
제1 열교환기 플레이트의 상기 강화부의 상면이 상기 제1 열교환기 플레이트의 상측에 적층된 열교환기 플레이트의 강화부의 하면과 접촉하도록 상기 상면과 상기 하면이 배열되는 것을 특징으로 하는, 브레이징 열교환기(HE, 200, 300).
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제1항에 있어서,
상기 강화부는 상기 열교환기 플레이트의 평면에서 연장되는, 브레이징 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 강화부는 상기 열교환기 플레이트의 주변부 전체에 걸쳐 연장되는, 브레이징 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 스커트의 밖으로 연장되는 상기 금속 시트 리본은, 상기 리본 및 상기 스커트가 끝이 잘린 V자를 형성하도록 하는 방향으로 상기 리본의 적어도 일부가 연장되도록 가압되는, 브레이징 열교환기.