KR100290864B1 - 일체형 플레이트 열교환기 - Google Patents

일체형 플레이트 열교환기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일체형 플레이트 열교환기에 관한 것으로서, 특히 일체형 플레이트 열교환기를 구성하는 플레이트에 형성된 분리막의 배치를 개선하여 분리막 주위에서 유체 흐름이 정지하는 사영역을 제거하는 목적을 갖으며 이 목적은: 내부에 복수의 공간부를 갖도록 서로 겹쳐져 결합된 제1-6플레이트(111)(112)(113)(114) (115)(116)와; 제2, 4, 6플레이트에 설치되어 상기 공간부중 최소 하나의 공간부를 이종의 유체가 섞이지 않도록 유밀되게 분리하는 분리막(140)과; 상기 복수의 공간부 및 상기 분리된 공간부 각각에 동종의 유체가 유출입할수 있도록 상기 복수의 플레이트(111)(112)(113)(114)(115)에 제공되어 제1, 2, 3유체(a)(b)(c)가 유출입하는 복수의 유출입 포트(121)(122)(123)(131)(132)(133)를 구비하고, 특히 상기 분리막(140)은 유체의 흐름 방향으로 경사지게 설치된 일체형 플레이트 열교환기를 제공함으로서 달성된다.

Description

일체형 플레이트 열교환기{integrated Plate Heat-exchanger}
본 발명은 공기조화기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수개의 플레이트가 서로 겹쳐지게 결합된 일체형 플레이트 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로 열교환기는 온도가 서로 다른 각 유체가 직접 또는 간접적으로 접촉하여 열교환을 행하는 기기이다. 이중에서 일체형 플레이트 열교환기는 유체가 통과하는 복수개의 포트(port)를 갖으며 일측에 공간부를 갖도록 성형된 복수개의 플레이트(plate)를 서로 겹쳐 결합함으로서 완성된다.
종래의 일체형 플레이트 열교환기를 도 1 과 같이 3 종류의 유체가 사용되는 멀티(Multi)형으로 예를 들어 간단히 설명하면 다음과 같다.
성형에 의해 일측에 개방된 공간부를 갖는 각각의 제1-6플레이트(11)(12)(13)(14)(15)(16)가 서로 겹쳐져서 일체형으로 결합된다. 이 결합에 의해 각 플레이트(11)(12)(13)(14)(15)(16)가 갖는 공간부는 상기 제2-5플레이트(12) (13)(14)(15)의 양측으로 유체가 채워질 수 있는 공간을 형성하게 된다. 한편, 상기 제1, 2플레이트(11)(12)와 제3, 4플레이트(13)(14)와 제5, 6 플레이트(15)(16)에 형성되는 공간은 상기 제2, 4, 6플레이트(12)(13)(14)의 타측에 수평 방향으로 설치된 분리막(40)에 의해 상하로 분리된 공간을 형성하게 된다. 따라서, 상기 제1, 2플레이트(11)(12)와 제3, 4플레이트(13)(14)와 제5, 6 플레이트(15)(16)사이의 공간을 유동하는 유체의 이동은 분리막(40)을 기준으로 하여 상하로 제한한다.
또한, 상기 제1-5플레이트(11)(12)(13)(14)(15)에는 3종류의 유체(a)(b)(c)가 각각 유출입할 수 있도록 3개의 제1, 2, 3유출입 포트(21)(22)(23)(31)(32)(33)가 제1-5플레이트(11)(12)(13)(14)(15)의 상중하부에 각각 제공되어 있고, 이들 제1, 2, 3유출입 포트(21)(22)(23)(31)(32)(33)는 각 포트별로 연통되어 있다. 보다 상세하게는, 상기 제1-4플레이트(11)(12)(13)(14)에는 제1유입포트(21) 및 제2유출 포트와(32)가 제공되어 있고, 중앙부에는 제2유입포트(22) 및 제3유출포트(33)가 제공되어 있으며, 하부에는 제3유입포트(23) 및 제1유출포트(31)가 제공되어 있다. 상기 제5플레이트(15)에는 제1유출입 포트(21)(31)가 생략되어 그 상하부에 단일의 제3유입 포트(23) 및 제2유출포트(32)만이 제공되어 있고, 그 중앙부에는 제2유입포트(22) 및 제3유출포트(33)가 제공되어 있다. 상기 제6플레이트(16)에는 유출입 포트(21)(22)(23)(31)(32)(33)가 제공되어 있지 않고 단지 일체형 플레이트 열 교환기의 외부 덮개로서의 역할을 수행한다.
여기서, 상기 플레이트(11)(12)(13)(14)의 상하부에 제공된 유출입 포트(21)(22)(23)(31)(32)(33)는 수평으로 배치되어 있고, 상기 플레이트(11)(12)(13)(14)(15)의 중앙부에 제공된 유출입 포트(21)(22)(23)(31)(32)(33)는 각 플레이트의 수평 중앙을 기준으로하여 상하로 서로 어긋나게 배치되어 있다.
이하, 상기 제1, 2, 3유출입 포트(21)(22)(23)(31)(32)(33)와 상기 플레이트(11)(12)(13)(14)(15)(16)사이에 형성되는 공간과의 구체적인 연통 관계를 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1유출입 포트(21)(31)는 제1, 2 플레이트(11)(12)와 제3, 4플레이트(13, 14) 사이의 공간에 대해 폐쇄되어 있고, 제2, 3플레이트(12)(13)와 4, 5플레이트(14, 15) 사이의 공간으로는 개방되어 있다. 반면에, 나머지 제2, 3유출입 포트(22)(23)(32)(33)는 상기 제1, 2플레이트(11)(12)와 제3, 4플레이트(13,14)와 제5, 6플레이트(15, 16)사이의 공간에 대하여 개방되어 있고, 제2, 3플레이트(12)(13)와 제4, 5플레이트 사이의 공간에 대하여서는 폐쇄되어 있다.
이와 같은 구성에 의하여 제1유출입 포트(21)(31)를 흐르는 제1유체(a)는 나머지 제2, 3유출입 포트(22)(23)(32)(33)를 흐르는 제2, 3유체(b)(c)와 서로 섞이는 것이 방지된다. 또한 분리막(40)에 의해서 제1, 2플레이트(11)(12)사이와 제3, 4플레이트(13)(14)사이 및 제5, 6플레이트(15)(16)사이의 공간이 상하로 분리되므로 상기 공간내의 상부에서 유동하는 제2유체(b)와 하부에서 유동하는 제3유체(c)가 서로 섞이게 되는 것이 방지된다.
이와 같이 구성된 일체형 플레이트 열교환기내로 제1, 2, 3유체(a)(b)(c)가 유출입되는 과정은 다음과 같다.
먼저, 제1유체(a)는 각 플레이트(11)(12)(13)(14)의 제1유입포트(21)를 통해 열교환기의 공간에로 유입되어 상기 각 플레이트(11)(12)(13)(14)를 차례로 거친 후 상기 각 플레이트(11)(12)(13)(14)의 제1유출포트(31)를 통해 유출된다. 또한, 제1유체(a)는 제2, 3플레이트(12)(13) 사이의 공간이 상기 제1유출입 포트(21, 31)에 대해 개방되어 있으므로, 상기 제1유입포트(21)를 통해 제2, 3플레이트(12)(13) 사이의 공간에 유입된 제1유체(a)중 그 일부는 대각선 하방향으로 유동하여 상기 제1유출포트(31)를 통해 열교환기 외부로 유출되고, 나머지 제1유체(a)는 제1유입포트(21)를 통과하여 상기 제4, 5플레이트(14)(15) 사이에 형성된 공간내로 유입된후 대각선 하방향으로 유동하여 제1유출포트(31)를 통해 열교환기 외부로 빠져나가게 된다.
다음, 제2유체(b)는 제1-5플레이트(11)(12)(13)(14)(15)의 제2유입포트(22)를 통해 열교환기의 공간에 유입되어 상기 각 플레이트를 거친 후 제2유출포트(32)를 통해 유출된다. 또한, 제2유체(b)는 제1, 2플레이트(11)(12) 사이와, 제3, 4플레이트(13)(14)사이와, 제5, 6플레이트(15)(16) 사이의 공간이 상기 제2유출입 포트(22)(32)에 대해서 개방되어 있으므로, 상기 제2유입포트(22)를 통해 제1, 2플레이트(11)(12) 사이의 공간에 유입된 제2유체(b)중 일부는 대각선 상방향으로 유동하여 상기 제2유출포트(32)를 통해 열교환기 외부로 유출되고, 나머지의 제2유체(b)중 그 일부는 제2유입포트(22)를 통과하여 상기 제3, 4플레이트(13)(14) 사이의 공간에 유입된후 대각선 상방향으로 유동하여 상기 제2유출포트(32)를 통해 열교환기 외부로 빠져나가며, 나머지 제2유체(b)는 제2유입포트(22)를 통과하여 상기 제5, 6플레이트(15)(16)사이의 공간에 유입된후 대각선 상방향으로 유동하여 제2유출포트(32)를 통해 열교환기 외부로 빠져나간다. 이 때, 상기 제2유체(b)는 분리막(40)에 의해 각 플레이트 사이에 형성된 공간의 상부에서만 유동하게 된다.
마지막으로, 제3유체(c)는 제1-5플레이트(11)(12)(13)(14)(15)의 제3유입포트(23)를 통해 일체형 플레이트 열교환기의 공간에 유입되어 상기 플레이트를 거친후 제3유출포트(33)통해 유출된다. 제3유체(c)의 유동방법은 전술한 제2유체(b)와 동일하므로 그 상세한 설명은 생략한다. 다만, 제3유체(b)는 분리막(40)에 의해 각 플레이트 사이에 형성된 공간의 하부에서만 유동하게 된다.
이와 같이 일체형 플레이트 열교환기 내를 유동하는 제1유체(a)는 상기 일체형 플레이트 열교환기내의 상부를 통과하면서 제2유체(b)와 열교환을 행하게 되고, 또한 하부를 통과하면서 제3유체(c)와 열교환을 행하게 된다.
하지만, 상기 제2, 4, 6플레이트(12)(14)(16) 중앙에 형성된 분리막(40)은 상술한 바와 같이 제2, 3유체(b)(c)가 서로 섞이는 것을 방지하는 역할 외에도 상기 제2, 3유체(b)(c)의 흐름을 제어하는 역할을 행하는데, 이러한 제2, 3유체(b)(c)의 흐름을 제어하는 과정을 도 2를 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
우선 제1, 2플레이트(11)(12)사이와, 제3, 4플레이트(13)(14)사이와, 제5, 6플레이트(15)(16)사이에 형성된 공간의 상하부를 각각 유동하는 제2, 3유체(b)(c)는 상기 제2, 3유입포트(22)(23)와 그에 대응하는 각 제2,3 유출포트(32)(33)의 위치가 서로 대각선 방향으로 배치되어 있기 때문에, 제2, 3유체(b)(c)의 흐름은 대각선 방향으로 흐른게 된다. 그러나, 분리막(40)은 수평방향으로 설치되어 있으므로, 제2유입 포트(22)와 제3유출 포트(33)의 주변에서는 제2, 3유체(b)(c)의 흐름이 제대로 이루어지지 못하여 정체되는 사영역에 발생하게 된다.
이러한 사영역은 열교환기의 열교환 효율을 저하시켜 열교환기의 성능을 저하시키는 원인으로 작용하는 문제점을 갖는다.
본 발명은 일체형 플레이트 열교환기의 전체적인 열교환 효율을 증가시킬수 있도록 분리막을 재배치하여 분리막 주위의 사영역을 제거하고자 하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면: 내부에 복수의 공간부를 갖도록 서로 겹쳐져 결합된 복수의 플레이트와; 상기 복수의 플레이트중 최소 하나의 플레이트에 설치되어 상기 공간부중 최소 하나의 공간부를 이종의 유체가 섞이지 않도록 유밀되게 분리하는 분리막과; 상기 복수의 공간부 및 상기 분리된 공간부 각각에 동종의 유체가 유출입할 수 있도록 상기 복수의 플레이트에 제공된 복수의 유체가 유출입하는 복수의 유출입 포트를 구비한 일체형 플레이트 열교환기에 있어서, 상기 분리막은 유체의 흐름 방향으로 경사지게 설치되어져서, 상기 유입 포트를 통해 상기 분리된 공간부내로 유입된 유체를 상기 유출 포트로 안내하는 일체형 플레이트 열교환기가 제공된다.
도 1 은 종래 일체형 플레이트 열교환기의 일반적인 구조 및 유체의 흐름를 나타낸 분해사시도
도 2 는 종래의 일체형 플레이트 열교환기의 분리막에 의해 상하로 분리된 공간내에서 유체의 유동과정을 나타낸 예시도
도 3 은 본 발명에 따른 일체형 플레이트 열교환기의 분리막에 의해 상하로 분리된 공간내에서 유체의 유동 과정을 나타내는 예시도
도 4 는 본 발명에 따른 일체형 플레이트 열교환기의 구조를 나타낸 분해사시도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
111. 제1플레이트 112. 제2플레이트
113. 제3플레이트 114. 제4플레이트
115. 제5플레이트 116. 제6플레이트
121, 122,123. 제1, 2, 3유입포트 131, 132, 133. 제1, 2, 3유출포트
a, b, c. 제1, 2, 3유체 140. 분리막
도 3 은 본 발명에 따른 일체형 플레이트 열교환기의 분리막에 의해 상하로 분리된 공간내에서 제2, 3유체(b)(c)의 유동 과정을 나타내는 예시도이고, 도 4 는 본 발명에 따른 일체형 플레이트 열교환기의 구조를 나타낸 분해사시도이다. 제3, 4도를 통해 알수 있듯이 본 발명은 종래의 일체형 열교환기와 동일한 구성부품을 갖는다. 그러나, 분리막이 경사진 점이 종래의 기술과 상이한 점이다. 이와 같은 구성에 의해 본 발명의 특징적 구성과 이에 따른 작용은 상세히 후술하겠지만, 본 발명의 구성 및 작용중 종래의 구성 및 작용과 중복되는 부분은 그 설명을 생략하며, 동일한 구성부품에 대해서는 종래의 일체형 플레이트 열교환기와 구별하기 위해서 종래의 도면부호에 100을 더한 값을 본 발명의 도면 부호로 표시하였다.
이하, 본 발명의 구성을 도 3 및 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일체형 플레이트 열교환기는: 내부에 복수의 공간부를 갖도록 서로 겹쳐져 결합된 제1-6플레이트(111)(112)(113)(114)(115)(116)와; 제2, 4, 6플레이트에 설치되어 상기 공간부중 최소 하나의 공간부를 이종의 유체가 섞이지 않도록 유밀되게 분리하는 분리막(140)과; 상기 복수의 공간부 및 상기 분리된 공간부 각각에 동종의 유체가 유출입할 수 있도록 상기 복수의 플레이트(111)(112)(113)(114)(115)에 제공된 제1, 2, 3유체(a)(b)(c)가 유출입하는 복수의 유출입 포트(121)(122)(123)(131)(132)(133)를 구비하고 있으며, 특히 상기 분리막(140)은 유체의 흐름 방향으로 경사지게 설치되어져 있다. 본 발명의 실시예에서는 플레이트(112)(114)(116)의 중간부에 설치된 유출입 포트(122)(132)(132)(133)가 도 3에 도시된 바와 같이 거의 수평으로 배치된다. 보다 상세하게, 이와 같은 유출입 포트(122)(132)(132)(133)의 배치에 따라, 상기 분리막(140)의 상단부의 하부 근처와 하단부의 상부 근처에 제3유출 포트(133)와 제2유입 포트(122)가 배치되게 된다. 그러나, 이는 본 발명을 한정하는 것이 아니며 당연히 상기 분리막(140)의 상단부의 하부 근처와 하단부의 상부 근처에 제3유입 포트(123)와 제2유출 포트(132)로 바꿔 설치할수도 있다.
이와 본 발명의 작용을 설명한다.
우선, 제1유체(a)가 제1유입포트(121)를 통해 유입되어 제1유출포트(131)를 통해 유출되는 흐름은 종래와 동일하므로 그 설명은 생략한다.
제1, 2플레이트(111)(112) 사이에 형성된 공간내를 유동하는 제2, 3유체(b)(c)의 흐름은 제3, 4플레이트(113)(114)와, 제5, 6플레이트(115)(116) 사이의 공간내를 유동하는 제2, 3유체(b)(c)의 흐름과 동일하기 때문에 상기 제1, 2플레이트(111)(112)의 사이에 형성된 공간내를 유동하는 제2, 3유체(b)(c)의 흐름에 대해서만 상세히 설명히 설명한다.
우선, 제2유체(b)는 제2유입포트(122)를 통해 열교환기내로 유입됨과 동시에 제2유체(b)의 흐름 방향으로 경사져 있는 분리막(140)의 안내에 따라 상방향으로 유동하여 제2유출포트(132)를 통해 그 일부가 빠져나간다. 반면에 제3유체(c)는 제3유입포트(123)를 통해 열교환기내로 유입된 후 상방향으로 유동하다가 제3유체의(c)의 흐름방향으로 경사져 있는 분리막(140)의 안내에 따라 유동하여 제3유출포트(133)를 통해 그 일부가 빠져나간다.
이와 같이 제2, 3유체(b)(c)는 분리막의 안내에 따라 유동하므로 분리막의 주변에서는 사영역이 거의 없다. 특히, 상기 제2유입포트(122)는 상기 분리막(140)의 하단에 근접되게 위치되어 있고, 제3유출포트(133)는 상기 분리막(140)의 상단에 근접되게 위치되어 있음에 따라 상기 제2유입포트(122)와 제3유출포트(133)의 주변에서는 사영역의 형성이 최대한 방지되게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 각 플레이트에 형성된 분리막을 유체의 흐름방향과 동일하게 기울여 형성함에 따라 상기 분리막 주위에 유체의 흐름이 정지되는 사영역의 생성을 방지하여 전체적인 일체형 플레이트 열교환기의 열교환효율이 증가된 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 내부에 복수의 공간부를 갖도록 서로 겹쳐져 결합된 복수의 플레이트와; 상기 복수의 플레이트중 최소 하나의 플레이트에 설치되어 상기 공간부중 최소 하나의 공간부를 이종의 유체가 섞이지 않도록 유밀되게 분리하는 분리막과; 상기 복수의 공간부 및 상기 분리된 공간부 각각에 동종의 유체가 유출입할수 있도록 상기 복수의 플레이트에 제공된 복수의 유체가 유출입하는 복수의 유출입 포트를 구비한 일체형 플레이트 열교환기에 있어서,
    상기 분리막은 유체의 흐름 방향으로 경사지게 설치되어져서, 상기 유입 포트를 통해 상기 분리된 공간부내로 유입된 유체를 상기 유출 포트로 안내하는 것을 특징으로 하는 일체형 플레이트 열교환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리막의 하단 상부에는 유입 포트가 근접하게 위치되어 있고, 그 상단 하부에는 유출 포트가 근접하게 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 일체형 플레이트 열교환기.
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KR101109718B1 (ko) * 2010-04-23 2012-02-09 한국에너지기술연구원 콤팩트 설비 유니트용 일체형 열교환기

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