KR100334061B1

KR100334061B1 - 디스크형 열교환기

Info

Publication number: KR100334061B1
Application number: KR1019990024440A
Authority: KR
Inventors: 송기택
Original assignee: 송기택; 대원열판(주)
Priority date: 1999-06-26
Filing date: 1999-06-26
Publication date: 2002-04-26
Also published as: KR19990068827A

Abstract

본 발명은 디스크형 열교환기에 관한 것으로서 더욱 상세하게는, 보일러의 예열기나 절탄기 그리고, 냉동기의 증발기나 응축기등에 사용되는 각종 관형 열교환기와 판형 열교환기의 장점만을 취하므로서, 높은 전열효율을 가지면서도 사용온도 및 사용압력의 범위를 획기적으로 넓히고, 동일한 효율과 사용온도 및 사용압력하에서는 설치면적을 최소화하여 제품의 경량화를 가능하게 하며, 전열판과 가스켓 재질의 다양한 선택을 가능하게 하여 하나의 제품만으로도 각종 열교환기에서 필요로하는 기능을 충분히 달성하게 하므로서 호환성을 증대시킴과 동시에 열교환기의 유지 및 보수를 용이하게 할 수 있는 디스크형 열교환기에 관한 것이다.

본 발명에 의한 디스크형 열교환기는, 원통형상의 외통(1) 외측에는 플랜지부(4)가 형성된 유입관(2)과 배출관(3)이 설치되고, 상기 외통(1)의 일측에는 플랜지부(4)가 형성된 유입관(2a)과 배출관(3a)을 구비하는 외통커버(5)가 설치되며, 상기 외통(1)의 내부에는 금속제 원판의 외주연에 2 개의 통공(6a)이 대칭 형성된 전열판을 상기의 통공(6a)이 대응되도록 적층식으로 연결한 전열판 블록(16)이 설치되고, 상기 전열판 블록(16)의 일단에 연결된 전열판의 통공(6a)에는 상기 외통커버(5)의 유입관(2a)과 배출관(3a)을 용접 형성하여 통공(6a)에 의한 내부유로(7)와, 외통(1)과 전열판 블록(16)에 의한 외부유로(8)가 형성되도록 한 것에 있어서, 상기의 전열판은 원판과 통공(6a)의 가장자리 부분을 제외한 원판의 전면(全面)에 사선(斜線)형상의 요철부(6b)가 형성된 제 1전열판(6)으로 이루어지고, 상기 제 1전열판(6)과 통공(6a)의 가장자리 부분은 상기 요철부(6b)의 오목면과 볼록면의 서로 다른 면에서 테두리 형상의 평면으로 이루어지며, 상기 제 1 전열판(6) 2개를 등지게 하여 각각의 통공(6a)을 서로 대응 접촉시키고, 상기 통공(6a)의 내주면 전체를 용접하여 요철부(6b)에 의한 지그재그 형상의 외부유로(8)가 구비되는 하나의 전열판 단위결합체(16a)를 형성하고, 상기 전열판 단위결합체(16a)를 각각의 제 1전열판(6) 외주면이 대응 접촉되도록 적층식으로 연결시키고, 상기 제 1전열판(6)의 외주면 전체를 용접하여 상기의 전열판 블록(16)을 형성시킨 것을 특징으로 한다.

Description

디스크형 열교환기{The disk type heat exchanger}

일반적으로 열교환기는 2개의 유체간에 상호 열교환을 시키므로서 한쪽을 가열함과 동시에 다른 한쪽은 냉각하는 목적에 사용되는 것으로서 그 사용상의 목적에 따라, 유체를 가열하여 소정의 온도까지 유체온도를 상승시키는 목적으로 사용하는 가열기(Heater), 유체를 소정의 온도까지 가열하여 다음의 조작으로 효율을 양호하게 하기 위한 목적으로 사용되는 예열기(Preheater), 일반적으로 유체로서 기체를 사용하며 유체를 재차가열하여 과열상태로 조작하기 위한 목적으로 사용되는 과열기(Super-heater), 액체를 가열하여 잠열(潛熱: 물질에 가해진 열이 온도변화에 사용되지 않고 상태변화에 사용되는 열)을 주므로서 액체를 증발시켜 발생한 증기를 사용하는 목적을 가지는 증발기(Vaporizer), 장치중에 응축한 물질을 재가열하여 증발시킬 목적으로 사용되는 리보일러(Reboiler), 유체를 냉각하여 소정의온도까지 유체온도를 저하시키는 목적으로 사용되는 냉각기(Cooler), 냉매를 사용하여 유체온도를 빙점이하의 저온으로 냉각시키는 목적에 사용되는 심냉기(Chiller), 응축성냉매를 사용하여 잠열을 탈취하므로서 증기를 액화시키는 목적에 사용하는 응축기(Condenser)등이 알려져 있으며, 열교환기의 구조별로 분류하면 유체상호간의 열을 교환하게 되는 전열부의 형상에 따라 크게 관형 열교환기와 판형 열교환기 및 블록형 열교환기로 구별되어지며 가장 보편적으로 사용되어지는 것은 관형 열교환기이다.

상기에 상술한 바와 같이 사용목적별로 다양한 종류의 열교환기가 있고, 그 구조면에 있어서도 상기한 3종류의 열교환기 구조를 임의적으로 선택하여 사용할 수 있기 때문에, 각 열교환기의 종류별로 그 구조 및 작용관계를 하나하나의 적용예를 들어서 일일이 설명하기는 난해한 점이 있으나, 각각의 열교환기가 그 종류별로 상이한 사용목적을 가진다 하더라도 유체간의 열교환 구조는 거의 동일하며, 작동유체의 면에서도 가열유체와 피가열유체의 종류 및 상기의 유체가 유입되고 배출되어지는 순환경로를 제외한 열교환의 원리는 거의 동일하기 때문에, 하기에 설명되어지는 열교환기의 모든 작용관계는 열교환기에 통상적으로 사용되어지는 가열기를 중심으로 설명하기로 한다.

종래의 관형 열교환기는 고온의 보일러 폐가스가 배출되어지는 연도나, 고온으로 가열된 냉각수가 배출되는 배출관 등이 연결되어, 상기 고온의 폐가스나 고온의 냉각수 등을 가열유체로서 열교환기의 내부로 유입하게 되는 유입구와, 상기의 가열유체가 외부로 전열작용을 하고 저온으로 배출되어지는 배출구를 각각 구비한 외통이 형성된다.

그리고, 상기 외통의 내부에는 저온의 피가열 유체가 외통의 외부로부터 유입되는 유입관과, 고온의 폐가스나 고온의 냉각수 등과 같은 가열유체의 전열작용으로 인하여 소정의 온도까지 가열되어진 고온의 피가열 유체를 보일러의 급탕실이나 난방 등의 목적으로 사용하기 위한 장소로 배출하는 배출관으로 이루어지는 전열관이 설치되며, 상기 외통의 내부 양측에는 상기의 전열관을 지지하기 위한 관판이 외통의 내주면에 용접되어 형성된다.그리고, 상기의 전열관은 상기 외통의 좌.우 내측면에 용접된 2개의 관판을 관통하면서 절곡되어지도록 외통의 내부에서 다수 개의 유(∪)자관으로 절곡시키거나, 전열관으로서 다수 개의 직관을 사용하여 상기 2개의 관판을 관통시키고 180°로 굽은 형상의 리턴밴드(Return bend)를 사용하므로서 다수 개의 유(∪)자관으로 절곡시켜 관판과 용접하여 형성된 것이 알려져 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 종래의 관형 열교환기는 접합구조의 대부분이 용접식이기 때문에 작동유체의 종류에 거의 제한을 받지 않으면서도 고온 및 고압에 잘견디는 장점은 있으나, 분해가 사실상 불가능하기 때문에 사용중에 내부에 발생할 수 있는 스케일의 청소가 힘들고 사용중에 전열관이나 용접부위가 부식하므로서 누수등의 문제가 발생하더라도 수리가 곤란한 문제점이 있었으며, 상기 열교환기의 구조자체가 제품의 대형화를 초래하므로 설치면적이 많이 소요되고 제품의 과도한 자체중량으로 인하여 운반 및 취급이 어려운 문제점이 있었다.

또한, 작동유체의 양에 따른 전열면적의 증감이 불가능하므로 작동유체의 양에 따라 다양한 크기와 전열면적을 가지는 열교환기를 따로 제작하여야 하는 번거러움이 있었으며, 작동유체가 화학성이 강한 경우 상기 전열관 및 관판등을 고가의 자재로 제작하게 되어 제품의 제작비용이 상승하게 되며, 고가의 제작비용을 들여 제품을 제작하더라도 상기 열교환기의 전열효율이 매우 낮기 때문에 경제적인 낭비를 초래하는 문제점이 있었다.

그리고, 종래의 판형 열교환기의 경우는 직사각판 형상의 고정플레이트 전방에 고온으로 가열되어진 냉각수 등이 가열유체로서 유입되는 제 1유입관과, 열교환기의 내부를 순환하면서 상기 고온의 냉각수 등과 같은 가열유체가 외부로 전열작용을 하고 저온으로 배출되어지는 제 1배출관이 상하로 관통되어 형성되고, 저온의 피가열 유체가 유입되는 제 2유입관과, 열교환기의 내부를 순환하면서 가열유체의 전열작용으로 인하여 소정의 온도까지 가열되어진 피가열 유체를 난방등을 목적으로 하는 장소로 보내기 위한 제 2배출관이 상기 제 1유입관 및 제 1배출관과 좌우대칭이 되도록 고정플레이트의 전방에 관통되어 형성된다.

그리고, 상기 고정플레이트에 형성된 2쌍의 유입관과 배출관에 대응하는 4개의 통공이 뚫린 직사각판 형상의 몸체 전면(全面)에 여러 가지 형태의 요철부를 구비하는 금속 재질의 전열판을 상기 4개의 통공이 서로 대응되도록 수 십개를 동일방향으로 배치하여 전열판 블록을 형성하고, 상기 전열판 블록을 형성하는 각각의 전열판 사이에는 작동유체의 누출를 방지하고, 유입관 및 배출관을 통하여 순환하는 가열유체와 피가열 유체를 혼합시키지 않고 교대로 순환시키기 위하여 통공과 전열판 외주면에 가스켓을 순차적으로 삽입하여 형성한다.

그리고, 상기와 같이 형성된 전열판 블록을 고정플레이트측으로 가압하기 위하여, 고정플레이트의 외주면에 형성된 다수 개의 삽입공으로 긴 막대형상의 가압볼트를 삽입시킨 다음, 고정플레이트와 동일한 크기와 형상을 가지는 이동플레이트를 상기 가압볼트에 관통시키고, 상기 이동플레이트의 후면으로 돌출되는 가압볼트의 나사부에 너트를 체결하여 이동플레이트를 고정플레이트 방향으로 조임으로서, 각각의 전열판에 삽입된 가스켓에 의하여 전열판 블록 전체를 탄력적으로 밀착되도록 한 구성으로 이루어지며, 작동유체의 양에 따라서 상기의 너트를 풀고 이동플레이트를 후방으로 이동시킨 다음, 가스켓이 삽입된 전열판을 증가시켜 설치하거나, 기존에 설치되어 있던 전열판의 일부를 제거하여 다시 이동플레이트를 고정플레이트측으로 가압고정하게 한 것이 알려져 있다.

상기와 같은 구성과 작용관계를 가지는 종래의 판형 열교환기는, 전열판 사이의 간격이 비교적 좁고, 전열판에 형성된 요철부에 의하여 3차원적인 유로를 제공하므로서, 100 %의 난류흐름을 유도하여 전열효율이 매우 높을 뿐만 아니라, 전열면적이 상대적으로 작아서 고급재질의 판을 사용하더라도 효율에 따른 비용의 상승폭이 적으며, 분해 및 조립이 용이하므로 유지보수와 전열면적의 증감이 쉽다는 장점은 있으나, 사각형의 전열판 둘레를 가스켓으로 싸고 있는 형상이어서 내압이 단면 전체에 균일하게 작용하지 않고 전열판의 모서리 부분에 국부적으로 강한 압력이 작용하므로, 압력의 분배가 고르지 않아 작동유체가 유출될 우려가 있고 16 바아(BAR)이상의 고압에서는 사용하기 힘든 단점이 있었으며, 판의 형상에 적용되어지는 가스켓의 종류가 한정적이고, 고온하에서는 국부적으로 작용하는 압력에 의하여 가스켓의 밀봉성이 저하되므로 180℃이상의 고온에서는 사용하기 힘든 문제점이 있었다.

또한, 가열유체와 피가열유체가 액체와 액체 또는 액체와 증기로 제한되어 사용되어지며 작동유체가 가스켓과 화학반응을 일으키는 액체일 경우에는 사용할 수 없으므로 액체와 증기 및 가스등의 다양한 형태의 작동유체를 가지는 열교환기에는 적용할 수 없는 문제점이 있었으며, 상기의 열교환기를 고온 및 고압에 적용할 경우 전열판 및 플레이트의 두께가 매우 두꺼워지게되므로 운반 및 취급이 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에 의한 디스크형 열교환기는 금속제 원판 재질의 전열판에 상하로 대칭되는 2개의 통공을 형성하고, 상기 전열판과 통공의 가장자리 부분을 제외한 전열판의 전면에 사선형상의 요철부를 형성하되, 전열판과 통공의 가장자리 부분이 각각 요철부의 오목면과 볼록면의 서로 다른 면에서 테두리 형상의 평면으로 형성되도록 하여, 상기의 전열판을 용접방식과 가스켓 삽입방식의 2가지 수단에 의하여 모두 전열판 블록을 형성시킬 수 있도록 함으로서, 판형 열교환기와 같은 높은 전열효율을 가지면서도 사용온도 및 사용압력의 범위를 획기적으로 넓히고, 동일한 효율과 사용온도 및 사용압력하에서는 설치면적을 최소화하여 제품의 경량화를 가능하게 하며, 전열판과 가스켓 재질의 다양한 선택을 가능하게 하여 하나의 제품만으로도 각종 열교환기에서 필요로 하는 기능을 충분히 달성하게 하므로서 호환성을 증대시킴과 동시에 열교환기의 유지 및 보수를 용이하게 하는 것을 본 발명의 기술적 과제로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 디스크형 열교환기의 사시도.

도 2는 본 발명에 의한 디스크형 열교환기의 제 1전열판을 나타내는 정면도.

도 3은 본 발명에 의한 디스크형 열교환기의 제 2전열판을 나타내는 정면도.

도 4는 본 발명에 의한 디스크형 열교환기의 제 3전열판을 나타내는 정면도.

도 5의 (가) 및 (나)는 본 발명의 일실시예를 나타내는 전체단면도 및 일부확대 단면도.

도 6의 (가) 및 (나)는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 전체단면도 및 일부확대 단면도.

도 7의 (가) 및 (나)는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 전체단면도 및 일부확대 단면도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

6 : 제 1전열판 16 : 전열판 블록 16a : 전열판 단위결합체

26 : 제 2전열판 36 : 제 3 전열판 6a : 통공

6b : 요철부 26c,36c : 가스켓 홈 7 : 내부유로

8 : 외부유로 20,30 : 가스켓

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부된 도면을 참고하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 디스크형 열교환기의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 의한 디스크형 열교환기의 제 1전열판을 나타내는 정면도이며, 도 3은 본 발명에 의한 디스크형 열교환기의 제 2전열판을 나타내는 정면도이고, 도 4는 본 발명에 의한 디스크형 열교환기의 제 3전열판을 나타내는 정면도이며, 도 5의 (가) 및 (나)는 본 발명의 일실시예를 나타내는 전체단면도 및 일부확대 단면도이고, 도 6의 (가) 및 (나)는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 전체단면도 및 일부확대 단면도이며, 도 7의 (가) 및 (나)는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 전체단면도 및 일부확대 단면도이고 도면 중 미설명 부호 1은 외통, 2,2a는 유입관, 3,3a는 배출관, 1a,4는 플랜지부, 5는 외통커버, 6c는 용접부, 9는 체결부, 21은 가압플레이트, 21a는 가압봉이다.

본 발명에 의한 디스크형 열교환기의 일실시예를 도 2 및 도 5를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 디스크형 열교환기는 금속제 원판의 외주연에는 중심선에 대하여 서로 대칭되도록 동일한 지름을 가지는 2개의 통공(6a)이 뚫리고, 원판과 통공(6a)의 가장자리 부분을 제외한 원판의 전면(全面)에는 사선(斜線)형상의 요철부(6b)가 구비된 제 1전열판(6)을 형성하되, 상기 제 1전열판(6)과 통공(6a)의 가장자리 부분이 각각 상기 요철부(6b)의 오목면이나 볼록면의 서로 다른 면에서 테두리 형상의 평면으로 형성되도록 하며, 상기와 같이 형성된 제 1전열판(6) 2개를 등지게 하여 각각의 통공(6a)을 서로 대응접촉시키고 상기 통공(6a)의 내주면 전체를 용접하므로서, 각각의 제 1전열판(6) 전면에 구비된 사선 형상의 요철부(6b)가 서로 엇갈리게 배치되어 지그재그 형상의 외부유로(8)를 형성하게 되는 하나의 전열판 단위결합체(16a)가 이루어지게 된다.

상기와 같이 형성된 전열판 단위결합체(16a)를 작동 유체의 양에 따라 적절한 갯수를 선택하여, 상기의 통공(6a)이 서로 연통되도록 각각의 제 1전열판(6) 외주면을 대응접촉시키고, 상기와 같이 대응접촉된 제 1전열판(6)의 외주면 전체를 용접하므로서, 각각의 전열판 단위결합체(16a) 사이에서 사선형상의 요철부(6b)가 서로 엇갈리게 배치되어 형성되는 지그재그 형상의 유로와, 각각의 전열판 단위결합체(16a)를 연통시키는 통공(6a)에 의한 내부유로(7)가 형성되는 원통형상의 전열판 블록(16)이 이루어진게 된다.상기와 같이 형성된 전열판 블록(16)의 일단에는 플랜지부(4)가 형성된 유입관(2a)과 배출관(3a)이 상기 2개의 통공(6a)에 대응되도록 관통되어진 원판 형상의 외통커버(5)를 전열판 블록(16)의 일측단에 설치된 제 1전열판(6)의 통공(6a)에 대응시켜 용접 형성하며, 상기와 같이 외통커버(5)가 용접 형성된 전열판 블록(16)을 플랜지부(4)가 형성된 유입관(2)과 배출관(3)이 원통 형상의 몸체 상부와 하부에 각각 구비된 외통(1)의 내부로 삽입하여, 상기 외통커버(5)를 상기 외통(1)의 일측면에 결합하여 형성한 구성으로 이루어진다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 의한 디스크형 열교환기의 일실시예에 대한 조립 및 작용관계를 도 1 및 도 5를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

상기 제 1전열판(6)의 외주연은 요철부(6b)의 오목면이나 볼록면의 어느 한면에 소정의 폭을 가지는 테두리 형상의 평면으로 형성되어 있고, 통공(6a)의 외주연은 전열판(6)의 외주연과는 다른 한면에 소정의 폭을 가지는 테두리 형상의 평면으로 형성되어 있으므로, 2개의 제 1전열판(6)을 서로 등지게 하여 2개의 통공(6a)을 대응접촉시켜 용접하게 되면, 각각의 제 1전열판(6) 외주연은 소정의 간격을 두고 이격되고, 각각의 제 1전열판(6) 전면에 형성된 사선형상의 요철부(6b)는 서로 엇갈리게 접촉됨으로서, 요철부(6b)에 의한 지그재그 형상의 외부유로(8)가 형성되는 하나의 전열판 단위결합체(16a)가 이루어진다.

상기와 같이 형성된 전열판 단위결합체(16a)의 좌측 또는 우측에 동일하게 형성된 전열판 단위결합체(16a)를 배치하고, 각각의 통공(6a)이 서로 대응되도록 전열판 단위결합체(16a)를 구성하는 제 1전열판(6)의 외주연을 접촉시켜 용접하게 되면, 용접된 전열판 단위결합체(16a)의 내부에는 양측에 각각 2개의 통공(6a)이 뚫리고, 제 1전열판(6)의 전면에 형성된 사선형상의 요철부(6b)가 서로 엇갈리게 접촉됨으로서, 통공(6a)과 지그재그 형상의 유로로 이루어지는 내부유로(7)가 형성되며, 작동유체의 양을 고려하여 용접되는 전열판 단위결합체(16a)의 수를 선택하고, 각각의 통공(6a)이 대응되도록 제 1전열판(6)의 외주연을 접촉시켜 순차적으로 용접하고, 최종적으로 통공(6a)이 뚫리지 않은 제 1전열판(6)을 일측단에 용접하게 되면, 다수 개의 외부유로(8)를 포함하여 관형상의 통공(6a)으로 연결되는 다수 개의 내부유로(7)가 형성된 전열판 블록(16)이 이루어진다.

상기와 같이 제 1전열판(6)의 통공(6a)부위를 먼저 용접하지 않고, 제 1전열판(6)의 외주연을 대응접촉시켜 용접하므로서 하나의 내부유로(7)를 형성하게 되는 전열판 단위결합체(16a)로 전열판 블록(16)을 형성하여도 무방하지만, 후자의 경우에는 상기 전열판 단위결합체(16a)간의 용접시 통공(6a)의 내부로 용접봉을 삽입하여 까다로운 용접작업을 거쳐야 할 뿐만 아니라, 용접시 발생하게 되는 스케일이 지그재그 형상의 복잡한 구조를 가지는 내부유로(7)로 떨어지게 되면, 상기 스케일의 제거가 어려운 문제점이 있으므로 가급적 전자의 용접방식을 택하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 전열판 블록(16)의 내부에 형성된 관형상의 통공(6a)에 대응되도록 플랜지부(4)를 구비한 유입관(2a)과 배출관(3a)이 관통 형성되고, 외주연에는 다수 개의 체결공이 형성된 원판형상의 외통커버(5)를 상기 유입관(2a)과 배출관(3a)이 전열판 블록(16)의 일측단에 설치된 제 1전열판(6)의 통공(6a)에 대응되도록 용접하고, 이와 같이 외통커버(5)가 용접 형성된 전열판 블록(16)을 일측상부에 플랜지부(4)를 구비한 유입관(2)과 타측하부에 플랜지부(4)를 구비한 배출관(3)이 관통되어진 원통형상의 외통(1)의 내부로 삽입시킨 다음, 상기 외통(1)의 일측 외주면에 형성된 플랜지부(1a)에 볼트와 너트를 사용하여 상기 외통커버(5)를 결합시키게 되면, 본 발명에 의한 디스크형 열교환기의 조립이 완료되며, 상기와 같이 볼트와 너트 등의 체결수단을 사용하지 않고 외통(1)의 일측면에 상기 외통커버(5)를 용접하여 결합할 수도 있으나, 유지관리 및 보수를 위하여 분해 조립이 용이하도록 전자의 방법을 사용하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 조립된 디스크형 열교환기의 유입관(2)에 형성된 플랜지부(4)에 도면에 도시되어 있지 않은 보일러의 폐가스가 배출되는 연도나, 고온으로 가열된 냉각수의 배출구 등을 연결하여, 상기 고온의 폐가스나 냉각수를 가열유체로서 열교환기의 내부로 유입시키게 되면, 상기의 가열유체는 원통형상의 외통(1)의 내주면과 전열판 블록(16)의 외주면 사이를 유동하게 되고, 이와 같이 유동하는 가열유체는 전열판(6)과 통공(6a)의 외주면 부분이 용접 형성된 전열판 블록(16)의 내부유로(7)속으로 유입되지 못하고 각각의 전열판 단위결합체(16a)에 형성된 외부유로(8)속으로 유입됨으로서, 지그재그 형상의 외부유로(8)속을 가열유체가 난류와 와류를 형성하면서 유동하게 됨과 동시에 전열판(6)을 통하여 피가열 유체에 전열작용을 하고 외통(1)의 타측하부에 설치된 배출구(3)를 통하여 배출되어진다.

또한, 원판형상의 외통커버(5)에 관통되어진 유입관(2a)을 통하여 저온의 피가열 유체를 유입시키게 되면, 상기의 피가열 유체는 관형상으로 이루어진 통공(6a)을 통하여 전열판 블록(16)의 내부를 유동하게 되고, 이와 같이 유동하는 피가열 유체는 전열판(6)과 통공(6a)의 외주면 부분이 순차적으로 용접 형성되어 외부유로(8)속으로 누출되지 못하게 됨으로서, 전열판 블록(16)의 내부에 형성된 다수의 내부유로(7)속을 난류와 와류를 형성하면서 유동하게 됨과 동시에 전열판(6)을 통한 가열유체의 전열작용으로 소정의 온도까지 가열되고, 이와 같이 가열된 피가열 유체는 배출관(3a)을 통하여 도면에 도시되어 있지 않은 보일러의 급탕실로 보내지거나 난방을 위한 장소로 배출되는 작용관계로 이루어진다.

상기와 같은 조립 및 작용관계로 이루어지는 본 발명에 의한 디스크형 열교환기는, 원판형상의 전열판(6)을 용접 접합하여 전열판 블록(16)을 형성하면서도 그 유로의 구성을 판형 열교환기와 동일한 헤링본(Herring bone: 판 소재에 있어서 압연방향에 대하여 어느 정도의 각도를 이루면서 서로 엇갈리게 형성되어 그 조합이 삼목의 줄기형 복지무늬와 같이 나타나는 모양을 말한다)형의 3차원적 유로를 구성하여 작동유체의 난류 및 와류의 흐름을 유도함으로서, 기존의 관형 열교환기의 4 ~ 5배에 해당하는 높은 전열효율을 가지면서도 용접식구조로 인하여 사용온도의 범위를 -196℃ ~ 450℃, 사용압력의 범위를 완전진공상태에서 100바아(BAR)까지 그 사용범위를 획기적으로 넓힐 수 있다.

그리고, 동일한 전열효율과 사용온도 및 사용압력하에서는 기존 관형 열교환기의 1/10 크기로 제작이 가능하므로 설치면적을 최소화할 수 있게 되고, 원통형상의 외통(1)의 내부에 원통형상의 전열판 블록(16)이 형성된 구조이므로 내압이 원형의 단면전체에 걸쳐 균일하게 작용하게 됨으로서, 기존의 판형 열교환기와 같이 고온 및 고압에 적용하기 위하여 플레이트와 전열판의 두께를 두껍게 할 필요성이 없게 되고, 이로 인하여 제품의 경량화가 가능할 뿐만 아니라 열교환기의 운반과 설치가 용이하며, 기존의 판형 및 관형 열교환기에 비하여 동일한 전열효율에 따른 전열면적이 상대적으로 적기 때문에 고온 및 고압에 적용시키기 위하여 전열판(6)을 고가의 재질로 제작하더라도 제품의 원가가 크게 상승되지 않는다.

그리고, 액체 : 액체, 액체 : 기체 , 기체 : 액체, 기체 : 기체 등과 같은 다양한 종류의 가열유체와 피가열 유체에 적용 가능하고, 상기의 가열유체와 피가열 유체가 모두 심하게 오염되거나, 고점도 또는 고압력과 같은 조건을 가진 유체이더라도 적용이 가능하기 때문에, 하나의 제품만으로도 각종 열교환기에서 필요로 하는 기능을 높은 전열효율과 더불어 충분히 달성하게 함으로서 제품의 호환성을 증대시키며, 상기 외통커버(5)를 외통(1)의 일측면에 용접하지 않고 볼트 및 너트등의 체결수단으로 플랜지 결합한 경우에는, 전열판 블록(16)을 외통커버(5)와 함께 외통(1)의 내부로부터 분리할 수 있기 때문에 작동유체의 양에 따른 전열판 블록(16)의 증감은 다소 힘들지만 전열판 블록(16)의 스케일 청소가 가능하고 작동유체의 누출면에 대한 검사와 유지보수가 용이하다.

본 발명에 의한 디스크형 열교환기의 다른 실시예는 도 3 및 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 제 1전열판(6)의 외주연에 가스켓 홈(26c)을 구비한 제 2 전열판(26)을 형성하고, 상기 제 1전열판(6)과 제 2전열판(26)을 등지게 하여 각각의 통공(6a)을 서로 대응접촉시키고 상기 통공(6a)의 내주면 전체를 용접하므로서 전열판 단위결합체(16a)를 형성하며, 상기와 같이 형성된 전열판 단위결합체(16a)를 작동유체의 양에 따라 적절한 개수를 선택하여, 전열판 단위결합체(16a)를 구성하는 제 2전열판(26)의 가스켓 홈(26c)에 가스켓(20)을 삽입시켜 다른 전열판 단위결합체(16a)의 제 1전열판(6)의 외주면에 순차적으로 대응접촉시킨 다음, 상기 외통커버(5)측으로 가압하여 밀착시키므로서 전열판 블록(16)을 형성하고, 상기와 같이 형성된 전열판 블록(16)을 외통(1)의 내부로 삽입하여 상기 외통커버(5)를 외통(1)의 일측면에서 플랜지 결합하여 형성한 구성으로 이루어진다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 다른 실시예에 의한 디스크형 열교환기의 경우에는 제 2전열판(26)의 외주연에 가스켓(20)을 삽입하여 전열판 블록(16)을 형성하고, 가압수단을 사용하여 제 2전열판(26)의 가스켓(20)이 제 1전열판(6)의 외주연에 탄력적으로 밀착되도록 전열판 블록(16)을 외통커버(5)측으로 가압함으로서, 전열판 블록(16)의 내부에 내부유로(7)가 형성되도록 한 점을 제외하고는 본 발명의 일실시예와 그 조립 및 작용관계에서 동일하므로, 가스켓(20)을 삽입하고 가압수단을 사용하여 전열판 블록(16)을 형성하는 과정에 대해서만 도 6를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

상기 외통커버(5)의 내측 외주연에는 상기의 전열판 블록(16)을 가압하면서 안내하는 역할을 하는 가압봉(21a)의 일단이 삽입되도록 다수의 삽입홈을 형성하고, 상기 외통커버(5)가 결합되는 전열판 블록(16)의 일측단이 제 1전열판(6)이 될 경우에는 외통커버(5)의 유입관(2a)과 배출관(3a)을 제 1전열판(6)의 통공(6a)에 대응시켜 용접하고, 제 2전열판(26)이 될 경우에는 상기 외통커버(5)의 유입관(2a)과 배출관(3a)을 제 2전열판(26)의 통공(6a)과 대응되도록 한 상태에서 제 2 전열판(26)의 가스켓 홈(26c)에 가스켓(20)을 삽입시키며, 상기 전열판 블록(16)의 타측단에는 통공(6a)이 뚫리지 않은 제 2전열판(26)에 가스켓(20)을 삽입하여 제 1전열판(6)의 외주연에 가스켓(20)이 밀착되도록 한다.

그리고, 상기 외통커버(5)에 형성된 삽입홈에 대응되는 다수의 삽입공이 원판형상의 몸체 외주연에 형성된 가압플레이트(21)를 상기 전열판 블록(16)의 타측단에 배치하고, 나사부가 일단에 형성된 다수 개의 가압봉(21a)을 상기 나사부가 가압플레이트(21)의 후방으로 돌출되도록 가압플레이트(21)를 관통시킨 다음, 상기 가압봉(21a)의 타단을 외통커버(5)의 삽입홈에 맞추어 넣고 가압플레이트(21)의 후방으로 돌출된 나사부에 너트를 체결하여 조이게 되면, 각각의 제 2전열판(26)에 삽입된 가스켓(20)이 제 1전열판(6)의 외주연에 탄력적으로 밀착되므로서 통공(6a)과 사선형상의 요철부(6b)에 의하여 내부유로(7)가 형성된 전열판 블록(16)의 조립이 완료되어진다.

상기와 같이 가스켓(20)이 삽입된 제 2전열판(26)을 제 1전열판(6)과 함께 가압하여 밀착시킴으로서 전열판 블록(16)을 형성한다는 관점에서는 상기한 가압봉(21a)이나 가압플레이트(21) 대신에 다른 여러 가지 형태의 가압수단을 사용하여도 무방하나, 상기한 가압수단이 전열판 블록(16)과 함께 외통(1)의 내부에 설치되지 않고 외통(1)의 외부에서 플랜지 등의 가압수단을 사용하여 전열판 블록(16)을 가압할 경우에는, 가압수단과 외통(1)의 사이에 오('○')링 등의 밀봉재료를 사용하여 작동유체의 누출을 방지하여야 한다.

본 발명의 다른 실시예로서 상기에 설명되어진 디스크형 열교환기는 본 발명의 일실시예에서 설명되어진 완전용접식에 비하여 사용온도와 사용압력의 범위가 다소 떨어지는 면이 있으나 완전용접식과 비교하여 큰 차이가 없고, 전열효율 및 동일조건하에서의 설치면적과 설치중량의 관점에서는 완전용접식과 거의 동일하며, 종래의 판형 열교환기에 비하여 전열판이 원판형상으로 제작되므로서 가스켓(20)에 국부적인 내압이 작용하지 않고 가스켓(20) 전면에 걸쳐 균일한 내압이 작용하게 되어, 각종 유체에 대한 가스켓(20)의 재질을 다양하게 선택할 수 있게 되며, 이로 인하여 각종 열교환기에서 필요로 하는 기능을 높은 전열효율과 함께 충분히 달성하게 함으로서 제품의 호환성을 증대시킬 수 있다.또한, 각각의 전열판 단위결합체(16a)가 가스켓(20)으로 연결되어 있으므로 완전용접식에 비하여 전열판 블록(16)의 증감이 용이하여 전열면적을 자유로이 조절할 수 있고, 전열판 블록(16)의 외주면에 형성된 스케일 제거 뿐만 아니라, 내부유로(7)에 형성된 스케일의 제거도 가능하게 됨으로서, 상기 열교환기의 유지관리가 완전용접식에 비하여 용이하다.

본 발명에 의한 디스크형 열교환기의 또 다른 실시예는 도 4 및 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 제 2전열판(26)에 형성된 통공(6a)의 외주연에 가스켓 홈(36c)을 구비한 제 3전열판(36)을 형성하고, 수 십개의 상기 제 2 전열판(26)과 제 3전열판(36)을 동일방향으로 순차적으로 배치하여 제 2전열판(26)에는 외주연에 형성된 가스켓 홈(26c)에 가스켓(20)을 삽입하고, 제 3전열판(36)에는 통공(6a)의 외주연에 형성된 가스켓 홈(36c)에 가스켓(30)을 삽입하여 상기 외통커버(5)측으로 가압하여 밀착시키므로서 전열판 블록(16)을 형성하고, 상기의 전열판 블록(16)을 외통(1)의 내부로 삽입하여 상기 외통커버(5)를 상기 외통(1)의 일측면에서 플랜지 결합하여 형성한 구성으로 된다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 디스크형 열교환기의 경우에는 통공(6a)의 외주연에 가스켓(30)이 삽입되는 제 3전열판(36)과, 전열판의 외주연에 가스켓(20)이 삽입되는 제 2전열판(26)을 동일방향으로 순차적으로 배치하여 가압하므로서, 가스켓(20,30)의 밀봉성에 의하여 내부유로(7)와 외부유로(8)를 형성하게 되는 전열판 블록(16)을 구성하였다는 점을 제외하고는 본 발명의 일실시예에 기재된 조립 및 작용관계와 동일하며, 본 발명의 다른 실시예에서 가스켓이 설치된 전열판 블록(16)을 가압하는 가압수단의 구성에 관하여 구체적인 설명을 기재하였므로 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 조립 및 작용관계와 전열판 블록(16)을 가압하는 가압수단에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

상기와 같이 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 디스크형 열교환기는 본 발명의 일실시예에서 설명되어진 완전용접식에 비하여 최고 사용온도가 350℃로 다소 떨어지지만, 사용압력의 범위나 전열효율 및 동일조건하에서의 설치면적과 설치중량의 관점에서는 완전용접식과 거의 동일하며, 종래의 판형 열교환기에 비하여 전열판이 원판형상으로 제작되므로서 가스켓(20,30)에 국부적인 내압이 작용하지 않고 가스켓(20,30) 전면에 걸쳐 균일한 내압이 작용하게 되고, 이로 인하여 각종 유체에 대한 가스켓(20,30)의 재질을 다양하게 선택할 수 있게 됨으로서, 각종 열교환기에서 필요로 하는 기능을 높은 전열효율과 더불어 충분히 달성하게 하여 제품의 호환성을 증대시키며, 각각의 전열판(26,36)이 모두 가스켓(20,30)으로 연결되어 상기에 설명되어진 완전 용접식과 반 용접식에 비하여 전열면적이 증감이 매우 용이할 뿐만 아니라, 각각의 전열판(26,36)에 대한 스케일의 제거가 가능하므로 상기 열교환기의 유지관리가 매우 용이하다.

본 발명에 의한 디스크형 열교환기의 각종 성능을 기존에 사용되어지는 다른 종류의 열교환기와 비교한 내용을 표 1에 기재하였으며 상기 표 1에 기재된 비교항목중에서 최고 사용온도는 본 발명의 일실시예로서 기재된 완전용접식을 기준으로 한 것이며 다른 비교항목은 상기에 기재되어 있는 본 발명의 모든 실시예에 대하여공통적으로 적용된다.

표 1

비교항목		SHELL &TUBE TYPE	SPIRALTYPE	FIN TUBETYPE	PLATETYPE	BRAZEDTYPE	DISKTYPE
중량	Kg	1000	800	700	500	300	200
체적	m³	1.0	0.7	1.0	0.4	0.2	0.2
최고사용압력	Bar	1000	16	50	16	25	100
최고사용온도	℃	1000	300	400	180	230	450
전열형상		Tube	Plate	Tube &Fin	Plate	Plate	Plate
K value	kcal/m²hr℃	200~1500	600~2500	15~800	Max 6000	Max 6000	Max 6000
판효율	%		100		80	80	100
제작단가	100기준	100	70	80	40	35	30
유지보수비용	100기준	100	60	80	50	분해불가	30

상기와 같이 본 발명에 의한 디스크형 열교환기는 전열판을 원판형상으로 제작하고 용접 및 가스켓의 설치를 가능하게 하므로서 기존의 관형 열교환기의 4 ~ 5배에 해당하는 높은 전열효율을 가지면서도 사용온도와 사용압력의 범위를 획기적으로 넓힐 수 있으며, 동일한 전열효율과 사용온도 및 사용압력하에서 설치면적을 최소화 할 수 있고 제품의 경량화가 가능하게 되어 열교환기의 설치 및 운반을 용이하게 하며, 전열판과 가스켓을 다양한 재질로서 제작할 수 있으므로 액체나 기체 또는 증기와 같은 다양한 작동유체에 적용이 가능하므로 하나의 제품만으로도 높은 전열효율로서 각종 목적에 사용되어지는 열교환기에서 필요로 하는 기능을 충분히 달성하게 하여 제품의 호환성을 증대시킴과 동시에 열교환기의 유지 및 보수를 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.

Claims

(정정)원통형상의 외통(1) 외측에는 플랜지부(4)가 형성된 유입관(2)과 배출관(3)이 설치되고, 상기 외통(1)의 일측에는 플랜지부(4)가 형성된 유입관(2a)과 배출관(3a)을 구비하는 외통커버(5)가 설치되며, 상기 외통(1)의 내부에는 금속제 원판의 외주연에 2개의 통공(6a)이 대칭 형성된 전열판을 상기의 통공(6a)이 대응되도록 적층식으로 연결한 전열판 블록(16)이 설치되고, 상기 전열판 블록(16)의 일단에 연결된 전열판의 통공(6a)에는 상기 외통커버(5)의 유입관(2a)과 배출관(3a)을 용접 형성하여 통공(6a)에 의한 내부유로(7)와, 외통(1)과 전열판 블록(16)에 의한 외부유로(8)가 형성되도록 한 것에 있어서,

상기의 전열판은 원판과 통공(6a)의 가장자리 부분을 제외한 원판의 전면(全面)에 사선(斜線)형상의 요철부(6b)가 형성된 제 1전열판(6)으로 이루어지고,

상기 제 1전열판(6)과 통공(6a)의 가장자리 부분은 상기 요철부(6b)의 오목면과 볼록면의 서로 다른 면에서 테두리 형상의 평면으로 이루어지며,

상기 제 1 전열판(6) 2개를 등지게 하여 각각의 통공(6a)을 서로 대응 접촉시키고, 상기 통공(6a)의 내주면 전체를 용접하여 요철부(6b)에 의한 지그재그 형상의 외부유로(8)가 구비되는 하나의 전열판 단위결합체(16a)를 형성하고,

상기 전열판 단위결합체(16a)를 각각의 제 1전열판(6) 외주면이 대응 접촉되도록 적층식으로 연결시키고, 상기 제 1전열판(6)의 외주면 전체를 용접하여 상기의 전열판 블록(16)을 형성시킨 것을 특징으로 하는 디스크형 열교환기.
제 1항에 있어서, 상기 제 1전열판(6)의 외주연에는 가스켓 홈(26c)을 구비한 제 2전열판(26)을 형성하고,

상기 제 1전열판(6)과 제 2전열판(26)을 등지게 하여 각각의 통공(6a)을 서로 대응접촉시키고 상기 통공(6a)의 내주면 전체를 용접하므로서 전열판 단위결합체(16a)를 형성하고,

상기 전열판 단위결합체(16a)를 제 2전열판(26)에 형성된 가스켓 홈(26c)에 가스켓(20)을 삽입하여 제 1전열판(6)의 외주면에 대응접촉시키고 상기 외통커버(5)측으로 가압하여 밀착시켜서 전열판 블록(16)을 형성한 것을 특징으로 하는 디스크형 열교환기.
제 2항에 있어서, 상기 제 2전열판(26)에 형성된 통공(6a)의 외주연에는 가스켓 홈(36c)을 구비한 제 3전열판(36)을 형성하고,

상기의 제 2전열판(26)과 제 3전열판(36)을 동일 방향으로 순차적으로 배치하여 제 2전열판(26)에는 외주연에 형성된 가스켓 홈(26c)에 가스켓(20)을 삽입하고,

제 3전열판(36)에는 통공(6a)의 외주연에 형성된 가스켓 홈(36c)에 가스켓(30)을 삽입하여 상기 외통커버(5)측으로 가압하여 밀착시켜서 전열판 블록(16)을 형성한 것을 특징으로 하는 디스크형 열교환기.