KR20120083599A - 판형 열교환기 - Google Patents

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KR20120083599A
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안맹익
강동욱
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주식회사 신우오에스
안맹익
강동욱
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Abstract

본 발명은 다수의 열교환판들이 적층 결합되는 판형 열교환기에 관련되는 기술로서, 보다 구체적으로는 상부커버와 하부커버 사이에 다수의 열교환판들이 적층 결합되는 판형 열교환기에 있어서 : 상기 열교환판에, 적층 결합된 열교환판들을 지나는 유체간의 열교환을 위한 제1채널형성홈부가 상기 열교환판의 길이방향을 따라 형성되며 ; 상기 제1채널형성홈부를 지난 유체가 서로 혼합되도록 상기 열교환판의 상기 제1채널형성홈부의 후단에 상기 열교환판을 폭방향으로 가로지르는 형태로 믹싱홈부가 형성되며 ; 상기 열교환판의 상기 믹싱홈부의 후단에, 적층 결합된 열교환판들을 지나는 유체간의 열교환을 위한 제2채널형성홈부가 상기 열교환판의 길이방향을 따라 형성되는 것 ; 을 특징으로 한다.

Description

판형 열교환기{PLATE HEAT EXCHANGER}
본 발명은 다수의 열교환판들이 적층 결합되는 판형 열교환기에 관련되는 기술이다.
다양한 종류의 열교환기가 있지만 판형 열교환기는 비교적 소형이면서도 열교환 효율이 뛰어난 것으로 알려져 있어 여러 분야에서 사용된다.
판형 열교환기는 자동차나 냉매시스템 등에 사용될 수 있고 보통 제1유체와 제2유체간에 열교환이 이루어지도록 한다.
판형 열교환기, 특히 냉매시스템용 판형 열교환기의 가장 큰 문제점은 액상의 제1유체(냉매)가 열교환 과정에서 부분적(국부적)으로 증발됨에 따라 기체에 의하여 제1유체의 흐름이 전체적으로 고르게 분배되지 않으며, 아울러 제1유체가 기체로 변한 부위에서는 액상의 제1유체보다 열교환 능력이 현격히 저하되어 전체적으로 열교환기의 효율을 떨어뜨리게 된다는 것이다.
첨부되는 도 1은 일반적인 판형 열교환기의 개략적인 구성을 보여주는 개념도이다.
통상적으로 상부커버(100)와 하부커버(200) 사이에 다수개의 열교환판(300)들이 적층되며, 각 열교환판(300)들에는 유체의 흐름을 위한 채널형성홈(310)들이 형성된다. 채널형성홈(310)들은 다양한 형상이 될 수 있지만 어느 일측에서 타측을 향하는 화살표 형상이 될 수 있다.
그리고 상부커버(100)의 네 모서리 부근에 하나씩의 구멍이 형성되고 각 열교환판(300)들의 네 모서리 부근에도 하나씩의 구멍이 형성된다. 상하 적층되는 열교환판(300)들은 서로 180도 회전된 상태로 결합이 되며 채널형성홈(310)이 이루는 화살표 방향은 반대가 된다.
상부커버(100)의 구멍 중 어느 하나가 제1유입포트(110)가 되고 제1유입포트(110)와 대각선방향의 구멍이 제2유입포트(120)가 된다. 제1유입포트(110)와 인접한 수평방향에 형성되는 구멍은 제2배출포트(140)가 되고 제2배출포트(140)와 대각선을 이루는 구멍이 제1배출포트(130)가 된다.
제1유입포트(110)와 연통되는 열교환판(300)의 구멍들은 제1유체가 하향되는 제1하향홀(H1)이며, 제1배출포트(130)와 연통되는 구멍들은 제1상향홀(H2)이되고, 제2유입포트(120)와 연통되는 구멍들은 제2유체가 하향되는 제2하향홀(H3)이 되고, 제2배출포트(140)와 연통되는 구멍들은 제2상향홀(H4)이 된다.
제1유체는 제1하향홀(H1)을 따라 이동하되 제1열교환판(300a)과 제2열교환판(300b) 사이에서 제1상향홀(H2)을 향해 수평흐름이 발생된다. 반면 제2열교환판(300b)과 제3열교환판(300c) 사이에서는 제2유체의 수평흐름이 발생된다. 즉, 열교환판들 사이 사이에서 서로 반대되는 방향으로 제1유체와 제2유체의 수평흐름이 발생됨에 따라 열교환이 이루어질 수 있다.
한편, 열교환판들(300) 사이에 형성되는 채널들은 복잡한 유로를 이루게 되기 때문에 유체는 넓게 퍼지면서 이동된다.
본 발명과 관련되는 종래기술로 대한민국 공개특허번호 제10-1999-0066955호의 기술이 알려져 있으며, 도 2는 이에 따른 채널 형성 플레이트의 평면도이고, 도 3은 도 2에서 Ⅵ-Ⅵ의 단면도를 나타낸 것이다.
도시된 바와 같이 종래기술은 유입포트와 유출포트 사이를 가로지르는 분배채널(18)을 형성시킴으로써 유체의 분배가 보다 잘 이루어질 수 있도록 하고자 한다.
하지만 실질적으로 유체가 유입포트(10)에서 유출포트(11)를 향해 이동되는 과정 중에 흐름의 장애가 발생되기 때문에 분배채널(18)은 그다지 큰 효과가 없다할 것이다.
1. 대한민국 공개특허번호 제10-1999-0066955호(1999.08.16 공개)
따라서 본 발명에서는 열교환판들 사이로 유체가 흐르는 중간 부분에서 제1열교환 과정을 통하여 국부적으로 기체로 변한 유체와 아직 기체로 변화되지 않은 유체를 강제로 혼합시킨 후 다시 제2열교환 과정을 거치도록 하여 열교환 효율이 향상될 수 있는 판형 열교환기를 제공하고자 한다.
제시한 바와 같은 과제 달성을 위한 본 발명의 판형 열교환기는, 상부커버와 하부커버 사이에 다수의 열교환판들이 적층 결합되는 판형 열교환기에 있어서 : 상기 열교환판에, 적층 결합된 열교환판들을 지나는 유체간의 열교환을 위한 제1채널형성홈부가 상기 열교환판의 길이방향을 따라 형성되며 ; 상기 제1채널형성홈부를 지난 유체가 서로 혼합되도록 상기 열교환판의 상기 제1채널형성홈부의 후단에 상기 열교환판을 폭방향으로 가로지르는 형태로 믹싱홈부가 형성되며 ; 상기 열교환판의 상기 믹싱홈부의 후단에, 적층 결합된 열교환판들을 지나는 유체간의 열교환을 위한 제2채널형성홈부가 상기 열교환판의 길이방향을 따라 형성되는 것 ; 을 특징으로 한다.
상기에 있어서, 상기 믹싱홈부는, 상기 제1채널형성홈부 및 상기 제2채널형성홈부에 대하여 함몰된 평판 형태이며, 적층된 열교환판 사이를 폭방향으로 가로지르는 형태의 믹싱공간을 형성하는 것이 바람직하다.
상기에 있어서, 상기 믹싱홈부에, 상부로 돌출 형성된 제1믹싱돌기가 열교환판의 폭방향을 따라 다수 형성된 믹싱플레이트가 마련될 수 있다.
상기에 있어서, 상기 평판 형태의 믹싱홈부에, 상부 또는 하부로 돌출 형성된 제2믹싱돌기가 열교환판의 폭방향을 따라 다수 형성될 수 있다.
상기에 있어서, 상기 믹싱공간에 대하여 상부에 위치한 열교환판은 하부로 돌출 형성된 제2믹싱돌기가 형성되며, 상기 믹싱공간에 대하여 하부에 위치한 열교환판은 상부로 돌출 형성된 제2믹싱돌기가 형성되며, 상부에 위치한 열교환판의 제2믹싱돌기와 하부에 위치한 열교환판의 제2믹싱돌기는 서로 엇갈리도록 배치될 수 있다.
본 발명에 의한 판형 열교환기는 열교환판들 사이로 유체가 흐르는 중간 부분에서 제1열교환 과정을 통하여 국부적으로 기체로 변한 유체와 아직 기체로 변화되지 않은 유체를 강제로 혼합시킨 후 다시 제2열교환 과정을 거치도록 하여 열교환 효율이 향상될 수 있는 판형 열교환기를 제공하게 된다.
도 1은 일반적인 판형 열교환기의 개략적인 구성을 보여주는 개념도.
도 2는 종래기술에 따른 채널 형성 플레이트의 평면도.
도 3은 도 2에서 Ⅵ-Ⅵ의 단면도.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 판형 열교환기의 열교환판에 대한 평면도,
도 5는 제1실시예에 따른 판형 열교환기에 대한 도 4에서의 A-A선을 따른 단면도,
도 6은 믹싱플레이트에 대한 개념도,
도 7은 제2실시예에 따른 판형 열교환기에 대한 도 4에서의 A-A선을 따른 단면도를 나타낸 것,
도 8은 제3실시예에 따른 제2열교환판의 평면도,
도 9는 제3실시예에 따른 판형 열교환기의 중간부분에 대한 단면도,
도 10은 제4실시예에 따른 제1열교환판의 평면도,
도 11은 제4실시예에 따른 판형 열교환기의 중간부분에 대한 단면도.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 제1실시예를 설명한다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 판형 열교환기의 열교환판에 대한 평면도이며, 도 5는 제1실시예에 따른 판형 열교환기에 대한 도 4에서의 A-A선을 따른 단면도를 나타낸 것이다.
본 발명에 의한 판형 열교환기는 두 유체 사이에 열교환이 이루어질 수 있도록 하기 위한 것이며, 상부커버(100)와 하부커버(200)가 마련되고 상부커버(100)와 하부커버(200) 사이에 다수의 열교환판(300)들이 적층 결합되는 구조를 갖는다.
적층되는 열교환판(300)들에는 적층 결합된 열교환판들을 지나는 유체간의 열교환을 위한 프레스된 채널형성홈부(310)들이 형성되며, 채널형성홈부(310)의 형태는 다양하게 변화될 수 있으며, 본 실시예의 경우는 어느 일측 방향을 향하는 화살표 형상을 이루는 것으로 한다.
상이한 경로를 통해 두 유체의 흐름이 이루어져야 하기 때문에 종래기술에서 언급한 바와 같이 두개의 유입포트(101)와 두개의 유출포트(102)가 상부커버(100)에 마련된다.
적층되는 각 열교환판(300)들에는 제1하향홀(H1), 제1상향홀(H2), 제2하향홀(H3), 제2상향홀(H4)이 각각 형성되고, 열교환판(300)의 길이방향을 따라, 즉 일측 단부에서 타측 단부를 향하여 채널형성홈부(310)가 형성된다.
특히, 본 발명의 제1실시예에서는 채널형성홈부(310)가 믹싱홈부(320)에 의하여 제1채널형성홈부(310a) 및 제2채널형성홈부(310b)로 구분된다.
즉, 믹싱홈부(320)가 제1채널형성홈부(310a)의 후단에 형성되며, 믹싱홈부(320)의 후단에 제2채널형성홈부(310b)가 형성되는 구조이다.
믹싱홈부(320)는 열교환판(300)을 폭방향으로 가로지르는 형태로 형성된다.
즉, 열교환판(300)의 중간 부분은 연속되던 채널형성홈부(310) 대신에 폭방향을 따라 일직선을 이루도록 함몰되는 믹싱홈부(320)가 자리하게 된다. 믹싱홈부(320)는 열교환판(300)의 폭방향을 가로질러, 상하 적층 결합되는 열교환판(300)들의 접합부를 제외한 전 영역에 걸쳐서 형성된다.
본 실시예의 믹싱홈부(320)는 채널형성홈부(310)에 대하여 함몰된 평판 형태이며, 따라서 열교환판(300)이 적층된 구조에서 적층된 열교환판을 폭방향으로 가로지르는 형태의 빈 공간인 믹싱공간(340)이 형성된다.
따라서 제1채널형성홈부(310a)에서 열교환 과정을 거친 유체는 믹싱공간(340)으로 유입된 후 믹싱공간(340)에서 다시 제2채널형성홈부(310b)를 통과하면서 재차 열교환 과정을 거치게 된다.
이때 제1채널형성홈부(310a)에서 열교환 과정에 의하여 국부적으로 기체가 다량 발생되는 경우에도 이 기체들은 믹싱공간(340)에서 아직 기체로 변화되지 않은 액체 상태의 유체와 혼합되어 균질화되며, 이와 같이 균질화된 상태에서 제2채널형성홈부(310b)로 유입되어 열교환을 하게 된다. 따라서 제2채널형성홈부(310b)에서의 열교환은 기액이 균질화된 상태에서 열교환이 이루어지므로 열교환 효율이 향상된다.
즉, 제1채널형성홈부(310a)에 형성된 복잡하고 좁은 채널을 통해 유체가 넓게 퍼지면서 유동되는 과정에 열교환에 의하여 증발된 증기가 일부분에 많이 편재되어 유체의 특성이 비균질화되며, 이러한 유체가 믹싱공간(340)으로 유입되어 혼합이 되게 함으로써 유체를 보다 균질화시킬 수 있으며, 이와 같이 균질화된 유체는 제2채널형성홈부(310b)를 지나면서 열교환을 하게 되어 열교환 효율이 상승되는 것이다.
도 4, 도 6, 및 도 7을 참조하여 본 발명의 제2실시예를 설명한다.
도 6은 믹싱플레이트에 대한 개념도를 나타낸 것으로, 도 6의 에이(a)는 횡단면도이고, 비(b)는 평면도이고, 씨(c)는 종단면도를 나타낸 것이다.
도 7은 제2실시예에 따른 판형 열교환기에 대한 도 4에서의 A-A선을 따른 단면도를 나타낸 것이다.
제2실시예는 제1실시예의 믹싱홈부(320)에 믹싱플레이트(330)를 마련하는 것으로 한다.
믹싱플레이트(330)는 띠 형태의 평판이되, 상부로 돌출 형성된 제1믹싱돌기(331)가 열교환판의 폭방향을 따라 다수 형성되어 있다.
제1믹싱돌기(331)들의 전체적인 형태는 도 6의 (a)에서 확인되는 바와 같이 올록볼록하게 골과 산이 연속되게 프레스 성형된 것이다.
이와 같은 제1믹싱돌기(331)는 믹싱공간(340)에서 발생되는 기체-액체간의 혼합을 더욱 왕성하게 하여 보다 균질한 상태의 유체를 제2채널형성홈부(310b)로 보낼 수 있도록 한다.
즉 유동되는 유체는 믹싱공간(340)에서 제1믹싱돌기(331)와 부딪혀 혼합되며, 이동되는 유체가 제1믹싱돌기(331)에 의하여 인위적으로 강제 혼합됨으로써 유체는 보다 전체적으로 균질화될 수 있다.
다음으로 본 발명의 판형 열교환기의 제3실시예에 대해 설명하도록 하며, 도 8은 제3실시예에 따른 제2열교환판의 평면도를 나타낸 것이며, 도 9는 제3실시예에 따른 판형 열교환기의 중간부분에 대한 단면도를 보여준다.
도시된 바와 같이 제3실시예에 의한 판형 열교환기에서는 각 열교환판(300)의 중간부분에 폭방향으로 믹싱홈부(320)가 형성되되, 상하 적층되는 어느 하나의 열교환판(300)의 믹싱홈부(320)는 평판 형태를 이루되 평판 형태의 믹싱홈부(320)에 상부로 돌출 형성된 제2믹싱돌기(321)가 열교환판(300)의 폭방향을 따라 다수 형성되어 잇다.
즉, 도면과 같이 제1열교환판(300a)과 제2열교환판(300b)이 교대로 반복 적층되며, 제1열교환판(300a)의 믹싱홈부(320)는 전체가 완전한 평판 형태로 이루어지나, 제2열교환판(300b)의 믹싱홈부(320)는 기본적으로 평판 형태를 이루되 상부로 볼록하게 다수의 제2믹싱돌기(321)가 돌출 형성되어 제2믹싱돌기(321)들은 전체적으로 올록볼록한 요철 형상을 가지게 된다.
물론 제2믹싱돌기(321)는 제2열교환판(300b)의 프레스 성형에 의하여 형성된다.
이와 같은 제3실시예는, 제2실시예에서의 믹싱플레이트를 구비하지 않으면서도, 제2실시예와 동일한 효과를 가지게 된다.
다음으로 본 발명의 제4실시예에 대하여 설명한다.
도 10은 제4실시예에 따른 제1열교환판의 평면도이고, 도 11은 제4실시예에 따른 판형 열교환기의 중간부분에 대한 단면도이다.
제4실시예에서는 적층되는 열교환판(300)의 제2믹싱돌기(321)가 서로 엇갈리면서 배치되도록 한다.
즉, 제1열교환판(300a)의 중간부분에 하부로 돌출 형성된 다수의 제2믹싱돌기(321)가 형성되도록 하고, 제2열교환판(300b)의 중간부분에도 상부로 돌출 형성된 다수의 제2믹싱돌기(321)가 형성되게 하되 제1열교환판(300a)과 제2열교환판(300b)의 각 제2믹싱돌기(321)의 위치가 서로 엇갈리게 하여 유체가 보다 잘 혼합될 수 있도록 한다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 판형 열교환기는 기존에 알려진 판형 열교환기와 달리 열교환판(300)의 중간 부분에 믹싱홈부(320)를 마련해 둠으로써 유체가 이동 중에 믹싱홈부(320)에서 혼합되기 때문에 열교환 효율을 높이는데 도움이 된다.
상기에서 믹싱홈부는 하나의 열교환판에 대하여 한 개가 형성되는 것으로 설명하였지만, 이는 실시예에 불과하며 믹싱홈부는 다수 형성될 수도 있다.
상기에서 채널형성홈부의 형태는 다양하게 변형될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에 의한 판형 열교환기는 각종 산업분야의 열교환 수단으로 사용될 수 있다.
100 : 상부커버 101 : 유입포트
102 : 유출포트 110 : 제1유입포트
120 : 제2유입포트 130 : 제1배출포트
140 : 제2배출포트 200 : 하부커버
300 : 열교환판 300a: 제1열교환판
300b: 제2열교환판
310 : 채널형성홈부 310a : 제1채널형성홈부
310b: 제2채널형성홈부
320 : 믹싱홈부 321 : 제2믹싱돌기
330 : 믹싱플레이트 331 : 제1믹싱돌기
340 : 믹싱공간
H1 : 제1하향홀 H2 : 제1상향홀
H3 : 제2하향홀 H4 : 제2상향홀

Claims (5)

  1. 상부커버와 하부커버 사이에 다수의 열교환판들이 적층 결합되는 판형 열교환기에 있어서 :
    상기 열교환판에, 적층 결합된 열교환판들을 지나는 유체간의 열교환을 위한 제1채널형성홈부가 상기 열교환판의 길이방향을 따라 형성되며 ;
    상기 제1채널형성홈부를 지난 유체가 서로 혼합되도록 상기 열교환판의 상기 제1채널형성홈부의 후단에 상기 열교환판을 폭방향으로 가로지르는 형태로 믹싱홈부가 형성되며 ;
    상기 열교환판의 상기 믹싱홈부의 후단에, 적층 결합된 열교환판들을 지나는 유체간의 열교환을 위한 제2채널형성홈부가 상기 열교환판의 길이방향을 따라 형성되는 것 ; 을 특징으로 하는 판형 열교환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 믹싱홈부는, 상기 제1채널형성홈부 및 상기 제2채널형성홈부에 대하여 함몰된 평판 형태이며, 적층된 열교환판 사이를 폭방향으로 가로지르는 형태의 믹싱공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 믹싱홈부에, 상부로 돌출 형성된 제1믹싱돌기가 열교환판의 폭방향을 따라 다수 형성된 믹싱플레이트가 마련되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 평판 형태의 믹싱홈부에, 상부 또는 하부로 돌출 형성된 제2믹싱돌기가 열교환판의 폭방향을 따라 다수 형성되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 믹싱공간에 대하여 상부에 위치한 열교환판은 하부로 돌출 형성된 제2믹싱돌기가 형성되며, 상기 믹싱공간에 대하여 하부에 위치한 열교환판은 상부로 돌출 형성된 제2믹싱돌기가 형성되며, 상부에 위치한 열교환판의 제2믹싱돌기와 하부에 위치한 열교환판의 제2믹싱돌기는 서로 엇갈리도록 배치되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102100320B1 (ko) 2019-10-14 2020-04-13 주식회사 에이치앤씨시스템 판형 열교환기

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