KR100399169B1 - 이중굴곡 열교환판 및 이를 이용한 열교환기 - Google Patents

이중굴곡 열교환판 및 이를 이용한 열교환기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열교환판 및 열교환기에 관한 것으로, 판형상으로 형성되고, 하측으로 함몰된 연장함몰부(101)가 세로방향으로 연결형성됨과 동시에 인접부에 상측으로 돌출된 연장돌출부(102)가 형성되되, 연장함몰부(101) 및 연장돌출부(102)는 교대로 형성되어 상하로 굴곡된 형상이 되며, 판전체가 웨이브 형상으로 굴곡되어 짐을 특징으로 하는 이중굴곡 열교환판을 기술적 요지로 한다.
그리고, 판형상으로 형성되고, 하측으로 함몰된 연장함몰부(101)가 세로방향으로 연결형성됨과 동시에 인접부에 상측으로 돌출된 연장돌출부(102)가 형성되되, 연장함몰부(101) 및 연장돌출부(102)는 교대로 형성되어 상하로 굴곡된 형상이 되며, 판전체가 웨이브 형상으로 굴곡되어 지는 이중절곡 열교환판(100)이 상하로 적층되어, 열교환판(100) 사이에 유체유동로가 형성된 이중굴곡 열교환기를 또한 기술적 요지로 한다. 이에 따라, 내부에서 주기적인 상하난류가 유도되어 파울링이 줄어들며, 낮은 유속에서도 난류의 형성이 용이함에 의해 열전달효율이 증대되는 이점이 있다.

Description

이중굴곡 열교환판 및 이를 이용한 열교환기{double wave heat plate and heat exchanger using double wave heat plate}
본 발명은 열교환판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 열교환판 자체에 소구경 굴곡부를 등간격으로 형성시킴과 동시에 대구경 굴곡부를 형성시킨 웨이브 형상으로 굴곡시킴에 의해 소구경 굴곡부에서 발생되는 난류에 의한 파울링 현상이 줄어들며, 내부에서의 전압력강하량이 급격히 감소되고, 낮은 유속에서도 난류의 형성에 의한 열전달이 양호한 이중굴곡 열교환판 및 이를 이용한 열교환기에 관한 것이다.
최근 온실가스의 배출 감소를 위한 기후변화협약에 따라 국가적인 에너지의 효율적인 관리 및 고효율 에너지 회수 및 교환 기기의 개발이 절실히 요청되고 있다. 에너지를 사용하는 모든 산업 현장에서 가장 효율적으로 에너지를 관리하고 절약하기 위하여 필수적인 장치는 열교환기(HEX, Heat EXchanger) 이다. 다양한 산업 공정에 따라 어떤 형태의 고효율 열교환기를 선정, 사용하느냐에 따라서 해당 공정뿐 아니라, 전체 에너지 관리비용의 차이가 극명하게 나타난다.
특히 보다 엄격해진 환경규제에 능동적으로 대처하고 에너지의 효율적인 이용, 제작원가의 절감을 통한 경쟁력강화를 위하여 새로운 HEX의 설계기술이 요구되고 있다.
종래의 열교환기는 파이프(Pipe) 또는 핀튜브(Fin Tube) 형(Type) 등이 주로 사용되어 왔으나, 이와 같은 형태의 열교환기는 전열면적 설계기술의 핵심으로 평가되고 있는 관외 열저항이 70% 이상을 차지함으로서 차세대 고효율 HEX로 개발되기에는 어렵다. 최근에는 용접구조로 된 플레이트형(Plate Type) HEX가 개발되어 성능을 획기적으로 향상시키고 있으나, 가스(Gas) 분야에서 사용되는 열교환기는 모두 용접형 구조로 이루어져 있어 용량의 증감이 불가능하고 보수 유지가 어려우며 열교환기가 조금이라도 부식되었을 경우 전체를 다시 제작 설치해야 하므로 비용 및 시간이 많이 투자되는 등의 유지 관리에 어려움이 많았다.
그리고 비교적 최근에 개발된 주름(corrugated) 전열판을 사용한 평판형 열교환기가 개발되었으나, 상기 주름전열판형 열교환기는 파울링현상이 발생됨에 의해 효율감소가 발생됨과 동시에 압력강하가 발생되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 의해 안출된 것으로, 내부에서 주기적인 상하난류가 유도되어 파울링이 줄어드는 이중굴곡 열교환판 및 이를 이용한 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 낮은 유속에서도 난류의 형성이 용이함에 의해 열전달효율이 증대되는 이중굴곡 열교환판 및 이를 이용한 열교환기를 제공하는 것을 또한 목적으로 한다.
도1 - 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환판의 사시도.
도2 - 제1실시예에 따른 열교환기의 개략도.
도1 - 본 발명의 제2실시예에 따른 열교환판의 사시도.
도2 - 제2실시예에 따른 열교환기의 개략도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 열교환판 101 : 연장함몰부
102 : 연장돌출부 110 : 공간부
111 : 제1유체유동로 112 : 제2유체유동로
200 : 열교환판군
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 판형상으로 형성되고, 하측으로 함몰된 연장함몰부가 세로방향으로 연결형성됨과 동시에 인접부에 상측으로 돌출된 연장돌출부가 형성되되, 연장함몰부 및 연장돌출부는 교대로 형성되어 상하로 굴곡된 형상이 되며, 판전체가 웨이브 형상으로 굴곡되어 지는 이중굴곡 열교환판을 기술적 요지로 한다.
그리고, 판형상으로 형성되고, 하측으로 함몰된 연장함몰부가 세로방향으로 연결형성됨과 동시에 인접부에 상측으로 돌출된 연장돌출부가 형성되되, 연장함몰부 및 연장돌출부는 교대로 형성되어 상하로 굴곡된 형상이 되며, 판전체가 웨이브 형상으로 굴곡되어 지는 이중절곡 열교환판이 상하로 적층되어, 열교환판 사이에유체유동로가 형성되어 지는 이중굴곡 열교환기를 또한 기술적 요지로 한다.
여기서, 상기 유체유동로는, 일측방향에서 타측방향으로 흐르는 유체가 유동되게 교대로 형성된 제1유체유동로와; 상기 제1유체유동로와 제1유체유동로 사이 사이에 형성되어 타측방향에서 일측방향으로 유체가 유동되는 제2유체유동로를 포함하여 구성되는 것이 바람짓하다.
이에 따라, 내부에서 주기적인 상하난류가 유도되어 파울링의 제거가 용이하며, 낮은 유속에서도 난류의 형성이 용이함에 의해 열전달효율이 증대되는 이점이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명을 상세히 설명한다.
도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환판의 사시도이고, 도2는 제1실시예의 열교환판을 적층하여 형성시킨 열교환기의 개략도이고, 도3은 본 발명의 제2실시예에 따른 열교환판의 사시도이며, 도4는 제2실시예의 열교환판을 적층하여 형성시킨 열교환기의 개략도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이중굴곡 열교환기는 열교환판을 이용하여 형성시킨다.
먼저 열교환판(100)에 대해 설명한다.
상기 열교환판(100)은 대략 판형상으로 형성되며, 도1 또는 도2와 같이, 세로방향으로 하측으로 함몰되어 연결된 형상의 연장함몰부(101)가 형성된다. 그리고 상기 연장함몰부(101) 인접부에는 상측으로 돌출된 형상이며, 세로방향으로 연결된 연장돌출부(102)가 형성된다. 여기서 상기 연장함몰부(101)와연장돌출부(102)는 일측방향에서 보면 함몰되고, 돌출된 형상으로 구성되어 있는 것으로 판을 뒤집어보면 연장함몰부(101)가 연장돌출부(102)가 되고, 반대로 연장돌출부(102)가 연장함몰부(101)가 되는 것이다.
즉, 연장함몰부(101)는 반대쪽에서는 돌출된 형상으로 형성되는 것이며, 연장돌출부(102)는 반대쪽에서는 함몰된 형상으로 형성된 것이다.
상기와 같이, 연장함몰부(101)와 연장돌출부(102)가 번갈아가며 교대로 형성되어 있게 되어 판전체는 세로방향의 단면을 보았을 때, 상하로 굴곡된 요철형상으로 구성된다.
그리고 상기 열교환판(100)은 열교환판(100) 자체과 상기 굴곡된 요철형상과 동일한 방향으로 크게 웨이브지게 구성된다.
즉, 전체적으로 하측으로 함몰되었다가 점차적으로 상측으로 돌출되었다가 다시 하측으로 함몰되는 형상으로 구성되어 판전체가 소정의 웨이브가 형성되게 구성된다.
상기 열교환판(100)은 상호간에 적층됨에 의해 열교환판군(200)이 형성된다. 상기 열교환판(100)의 적층은 열교환판(100)을 요철이 같은 방향으로 되게 상호간에 적층시키면 된다.
상기와 같이 열교환판(100)이 적층되면 열교환판(100)과 열교환판(100) 사이에는 소정의 공간부(110)가 형성되며 상기의 공간부(110)가 유체가 유동되는 유체유동로가 된다.
여기서 상기 유체유동로는 크게 두가지로 대별되는 바, 제1유체유동로(111)와 제2유체유동로(112)로 구별된다.
상기 제1유체유동로(111)는 상기 열교환판(100)과 열교환판(100) 사이에 형성되며 유체가 일측방향에서 타측방향으로 흐르며, 열교환판(100) 사이에 교대로 형성된다.
그리고 상기 제2유체유동로(112) 또한 열교환판(110) 사이에 형성되며 상기 제1유체유동로(111) 사이 사이에 교대로 형성되어 상기 제1유체유동로(111)의 유체의 유동방향과 다른 방향으로 유동된다.
즉, 상기에서 본 바와 같이, 제1유체유동로(111)와, 제2유체유동로(112)는 번갈아가면서 교대로 형성되어 상기 제1유체유동로(111)를 유동하는 유체와 상기 제2유체유동로(112)를 유동하는 유체 상호간에 열교환이 일어나게 된다.
여기서 상기 유체유동로를 형성시키기 위해서는 상기 열교환판군(200)을 감싸는 형상의 본체가 형성되어야 하며, 본체에 상기 제1유체유동로(111)와 연통되어 제1유체유동로(111)를 유동하는 유체가 출입되는 유출입구가 형성되어야 하며, 또한 상기 제2유체유동로(112)를 유동하는 유체가 유출입되는 유출입구 또한 상기 본체에 형성되어야 하는 것은 자명하며 이는 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.
한편 상기와 같이 이중굴곡된 형상의 열교환판(100)을 적층하여 다른 패스를 가지는 유체유동로를 번갈아 교대로 형성시키면, 유체유동로 내부의 인플렉션 포인트에서 주기적으로 상하로 유동되는 난류가 발생되어 상기 난류가 파울링 현상을 제거,억제시켜 열교환판(100) 사이의 내부전압력 강하량이 최소화된다.
그리고 열교환판(100) 사이의 유속이 크지 않더라도 난류의 형성에 의해 열전달이 원할하게 이루어지게 된다.
또한 상기 유동로 중 제1유체유동로(111)에 과도한 압력이 가해지더라도 상기 제1유체유동로(111)가 등간격으로 교대로 존재함에 의해 압력을 분산시킴에 의해 열교환판이 왜곡되는 것이 방지된다.
본 발명의 제2실시예에 따른 열교환판은 도3 또는 도4에 도시된 바와 같이, 상기의 제1실시예에서 언급한 연장함몰부(101)와 연장돌출부(102)가 번갈아가며 교대로 형성되어 있게 되는 것은 위의 제1실시예와 동일하나, 연장된 연장함몰부(101)와 연장돌출부(102)는 상기 웨이브의 형성방향과 소정 경사지게 형성되어 압력에 의한 강성을 향상시킨다.
그리고, 상기 열교환판(100)을 적층하여 열교환판군(200)을 형성시키는 바, 상하간에 적층되는 열교환판(100)은 열교환판(100)에 형성된 요철이 상하간에 엇갈리게 적층시킨다.
따라서, 하측 열교환판(100)의 연장돌출부(102)와 상측 열교환판(100)의 연장함몰부(101)가 열교환판(100) 적층 시 상호간에 접촉됨에 의해 열교환기를 형성시키는 경우, 제1유체유동로(111) 및 제2유체유동로(112)에 가해지는 압력을 접촉면을 통하여 분산시키게 되어 안정된 열교환기의 구성이 가능하며 나머지 구성은 상기 제1실시예의 구성과 동일하다.
상기의 구성에 의한 본 발명은, 내부에서 주기적인 상하난류가 유도되어 파울링의 제거가 용이하에 이루어져 열교환기 내부의 전압력 강하량이 최소화된다는 효과가 있다.
그리고, 낮은 유속에서도 난류의 형성이 용이함에 의해 열전달효율이 증대되는 효과가 또한 있다.
또한, 굴곡된 큰 웨이브가 내부 열팽창에 의한 스트레스를 해소함에 의해 응력흡수가 가능하다는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 판형상으로 형성되고, 하측으로 함몰된 연장함몰부(101)가 세로방향으로 연결형성됨과 동시에 인접부에 상측으로 돌출된 연장돌출부(102)가 형성되되, 연장함몰부(101) 및 연장돌출부(102)는 교대로 형성되어 상하로 굴곡된 형상이 되며, 판전체가 웨이브 형상으로 굴곡되어 짐을 특징으로 하는 이중굴곡 열교환판.
  2. 판형상으로 형성되고, 하측으로 함몰된 연장함몰부(101)가 세로방향으로 연결형성됨과 동시에 인접부에 상측으로 돌출된 연장돌출부(102)가 형성되되, 연장함몰부(101) 및 연장돌출부(102)는 교대로 형성되어 상하로 굴곡된 형상이 되며, 판전체가 웨이브 형상으로 굴곡되어 지는 이중절곡 열교환판(100)이 상하로 적층되어, 열교환판(100) 사이에 유체유동로가 형성되어 짐을 특징으로 하는 이중굴곡 열교환기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 유체유동로는,
    일측방향에서 타측방향으로 흐르는 유체가 유동되게 교대로 형성된 제1유체유동로(111)와;
    상기 제1유체유동로(111)와 제1유체유동로(111) 사이 사이에 형성되어 타측방향에서 일측방향으로 유체가 유동되는 제2유체유동로(112)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 이중굴곡 열교환기.
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