KR100478022B1 - 판형 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉방설비 또는 난방설비에 범용적으로 적용할 수 있도록 된 판형 열교환기에 관한 것으로, 내부에 격설된 다수의 칸막이에 의하여 구획 형성된 다수의 순환통로와, 상기한 다수의 순환통로들 중 유입측 순환통로 및 유출측 순환통로에는 외부로 돌출되게 연결된 유압구 및 유출구가 형성된 복수의 열교환판들과; 상기 열교환판들이 양측 열교환면이 서로 맞닿도록 겹쳐지게 배열된 것을 일체적으로 묶어진 상태로 결합시켜주는 결속부재와; 상기 열교환판들의 배열순서를 기준하여 홀수순번 및 짝수순번으로 구분한 다음 홀수순번에 배열된 열교환판과 짝수순번에 배열된 열교환판 각각에 열매체와 유체를 따로따로 공급할 수 있도록 홀수순번의 열교환판들의 유입구 및 짝수순번의 열교환판들의 유입구 각각에 열결되는 열매체 공급라인 및 유체 공급라인과; 상기 홀수순번의 열교환판과 짝수순번의 열교환판 각각에 공급된 열매체 및 유체를 따로따로 회수할 수 있도록 홀수순번의 열교환판의 유출구 및 짝수순번의 열교환판의 유출구 각각에 연결되는 열매체 회수라인 및 유체 회수라인;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 발명이다.

Description

판형 열교환기{Plate heat exchange}

본 발명은 냉방설비 또는 난방설비에 범용적으로 적용할 수 있도록 된 판형 열교환기에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 두께가 얇은 판형의 열교환판들이 서로 맞닿은 상태로 겹쳐지게 묶어놓고 그 겹쳐있는 판형의 열교환판들 각각의 내부에 열매체와 유체를 선택적으로 공급 순환시키되, 열매체가 공급 순환되는 열교환판와 유체가 공급 순환되는 열교환판들이 서로 교대적으로 겹쳐지도록 구성한 것이다.

상기에서의 열매체는 판형 열교환기의 사용용도에 따라 열을 빼앗는 냉매(冷媒) 또는 열을 가열하는 열매(熱媒)를 포함하는 것으로 상기한 냉매와 열매 중에서 어느 하나를 선택하여 사용하는 것을 말하는 것이며, 또한 상기에서의 유체는 공기 또는 물을 포함하는 것으로 그 중에서 어느 하나를 선택하여 사용하는 것을 말하는 것이다.

일반적으로 냉방설비에서 더운 공기를 차가운 공기로 냉각시키는 열교환기(증발기)는 비교적 작은 직경으로 된 파이프를 지그재그상으로 배열시킨 다음 그 파이프를 통해 냉매가 순환되게 하는 구조로 되어 있으며, 난방설비에서의 열교환기(가열기)는 아주 큰 직경을 갖는 원통형의 열교환통 내부에 비교적 큰 직경의 파이프를 다수 형성한 다음 그 다수의 파이프를 수개로 분할 구획하여 연소열이 지그재그상으로 배출되게 하는 구조로 되어 있다.

상기에서와 같이 냉방설비의 열교환기와 난방설비의 열교환기들은 사용도중 어느 일부분에 이상이 발생될 경우에는 열교환기 전체를 수리해야하기 때문에 ㅅ리하는 동안에는 열교환기를 가동할 수 없게 된다.

예로서, 냉방설비의 열교환기의 경우 냉매가 순환하는 파이프가 막혀 냉매의 순환이 원활하지 않거나 또는 냉매가 누설되는 고장이 발생되면 열교환기의 가동을 중지하고 열교환기 전체를 수리하거나 교체하여야 하며, 난방설비의 열교환기의 경우에도 연소열의 이동이 원활하지 않거나 또는 연소가스가 누설되는 고장이 발생되면 난방설비의 가동을 중지하고 열교환기 전체를 수리 또는 교체하여야 한다.

따라서 냉방설비 및 난방설비에 있어 열교환기에 이상이 생기면 그 이상부위를 수리하는 시간동안에는 반드시 열교환기의 가동을 중지하여야 하기 때문에 그 시간동안에는 냉방 또는 난방을 하지 못하게 되며, 또는 고장부위를 수리할 수 없을 때에는 열교환기 전체를 교체하여야 하기 때문에 교체비용이 많이 들게 된다.

그리고 상기와 같은 종래의 냉방설비용 열교환기와 난방설비용 열교환기는 구조가 서로 다르기 때문에 정해진 용도 이외의 용도로는 적용될 수 없다.

본 발명은 상기와 같이 냉방설비 및 난방설비에 적용되고 있는 열교환기에서 나타나는 제반 사항을 감안하여 제안된 것으로, 냉방설비 또는 난방설비를 가동하는 도중에 열교환기의 일부 부품에 이상이 생길 경우에도 열교환기를 계속적으로 가동시킬 수 있으며, 또 그 고장이 발생된 일부 부품만을 수리 또는 교체할 수 있도록 하므로서 열교환기의 수리 또는 교체가 용이한 열교환기를 제공하는데 목적을 두고 있으며, 또한 냉방설비와 난방설비에 범용적으로 적용할 수 있게 하는 열교환기를 제공하는데 다른 목적을 두고 고안한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

내부에 격설된 다수의 칸막이에 의하여 구획 형성된 다수의 순환통로와, 상기한 다수의 순환통로들 중 유입측 순환통로 및 유출측 순환통로에는 외부로 돌출되게 연결된 유압구 및 유출구가 형성된 복수의 열교환판들과;

상기 열교환판들이 양측 열교환면이 서로 맞닿도록 겹쳐지게 배열된 것을 일체적으로 묶어진 상태로 결합시켜주는 결속부재와;

상기 열교환판들의 배열순서를 기준하여 홀수순번 및 짝수순번으로 구분한 다음 홀수순번에 배열된 열교환판과 짝수순번에 배열된 열교환판 각각에 열매체와 유체를 따로따로 공급할 수 있도록 홀수순번의 열교환판들의 유입구 및 짝수순번의 열교환판들의 유입구 각각에 열결되는 열매체 공급라인 및 유체 공급라인과;

상기 홀수순번의 열교환판과 짝수순번의 열교환판 각각에 공급된 열매체 및 유체를 따로따로 회수할 수 있도록 홀수순번의 열교환판의 유출구 및 짝수순번의 열교환판의 유출구 각각에 연결되는 열매체 회수라인 및 유체 회수라인;

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 것이며,

또한 상기 열교환판들 각각의 양측 열교환면들은 전열면적을 확대시키기 위하여 산형의 요철면으로 형성된 것임을 특징으로 하는 것이다.

또한 상기 열교환판 각각의 내부에 형성된 다수의 순환통로에는 전열면적을 확장시키기 위하여 요철면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 실시예를 첨부한 도면에 따라서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 판형 열교환기의 사용상태도이며, 도 2는 본 발명의 일실시예의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예의 단면도이며, 도 4는 본 발명의 열원용 및 간접열원용으로 공통 사용되는 열교환판의 평단면도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예의 단면도이며, 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예의 판형 열교환기의 사용상태도를 도시한 것이다.

도면부호 1은 열교환판을 대표적으로 나타내는 것으로, 상기 열교환판(1)은 재질은 비교적 저렴하고 열전도율이 좋은 알루미늄으로 제작된다.

상기 열교환판(1)은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 두께(t)는 얇고 양측 열교환면(11)은 넓은 단면적을 갖는 판형으로 제조된다.

또한 상기 열교환판(1)의 내부에는 다수의 칸막이(12)에 의하여 다수의 순환통로(2a,2b,2c...2_n-1,2_n)가 형성되어 있으며, 상기한 각 순환통로들은 지그재그상으로 서로 연결되는 구조로 형성되어 있다.

즉, 도면(도 4 참조)에 도시된 바와 같이 각 순환통로들을 구획하는 칸막이(12)들은 양측 끝부분 중 일측 끝부분들이 서로 교대적으로 개구된 상태로 형성되어 유입구(13)를 통해 유입되는 열매체 또는 유체가 첫번째의 유입측 순환통로(2a)를 통해 유입된 후 다음번째의 각 순환통로(2b,2c...2_n-1,2_n)를 지그재그상으로 차례대로 이동한 후 마지막번째의 유출측 순환통로(2_n)의 일측에 형성된 유출구(14)를 통해 유출되는 것이다.

본 발명에서는 복수개의 열교환판(1)들의 열교환면이 서로 맞닿은 상태로 겹쳐지게 배열하여 열교환기를 구성하되, 배열된 순서에 따라 열매체와 유체가 따로따로 공급되는데 따른 설명의 편의상 홀수순번에 배열되는 각 열교환판들은 부호 '1a'을 사용하고, 짝수순번에 배열되는 각 열교환판들은 부호 '1b'를 사용하여 설명한다.

본 발명의 특징 중 하나는, 상기 열교환판(1) 복수개를 양측 열교환면(11)들이 서로 맞닿은 상태로 겹쳐지게 배열한 다음 결속부재(3)로 묶음한 것과, 상기 결속부재(3)에 의해 묶음된 각 열교환판(1)들 중 홀수순번에 배열된 열교환판(1a)들 각각에는 열매체(냉매 또는 열매)를 공급 및 회수할 수 있도록 각 유출구(13)에는 열매체 공급라인(4a)를 연결하고, 각 유출구(14)에는 열매체 회수라인(4b)을 연결하는 한편, 짝수순번에 배열된 열교환판(1b)들 각각에는 유체(공기 또는 물)를 공급 및 회수할 수 있도록 각 유출구(13)에는 유체 공급라인(5a)을, 각 유출구(14)에는 유체 회수라인(5b)을 각각 연결한 것에 있다.

상기에서의 결속부재(3)는 열교환면(11)이 서로 맞닿게 겹쳐지게 배열된 복수개의 열교환판(1)들을 일체로 묶음하여 결속하는 것이면 만족한 구성이나, 복수개의 열교환판들의 결합 및 분리를 용이하게 하기 위하여 본 발명의 실시예에서는 차곡차곡 배열(적층)된 복수개의 열교환판(1)들을 결속시키는 결속부재(3a)또는(3b)는 다음과 같은 구성으로 되어 있다.

도 1 내지 도 3에 도시된 실시예의 결속부재(3a)의 경우는 첫번째에 배열된 홀수순번의 열교환판(1a)의 노출된 일측(도면상 상측) 열교환면(11)과 마지막번째에 배열된 짝수순번의 열교환판(1b)의 노출된 일측(도면상 하측)을 가로지르는 결속바(31)와 이 결속바의 양쪽 끝부분을 관통하는 결속봉(32) 및 이 결속봉의 양단에 형성된 나사부에 나사조립되는 너트(33)로 체결하는 구조로 구성되어 있으며, 도 6에 도시된 실시예의 결속부재(3b)의 경우는 홀수순번 및 짝수순번의 열교환판(1a)들 각각의 양측에 고정 부착된 "ㄷ"자형의 부착구(34)를 볼트(35)와 너트(36)로 체결하는 구조로 구성되어 있다.

본 발명의 다른 특징은, 상기 열교환판(1)들 각각의 양측 열교환면(11)을 산형의 요철형상으로 형성하되, 상기한 열교환면(11)들은 서로 맞닿게 배열(적층)되는 홀수순번의 열교환판(1a)과 짝수순번의 열교환판(1b)들이 서로 맞물린 상태로 겹쳐지게 배열(적층)되는 구조로 구성한 것에 있다.(도 5 참조)

본 발명의 또 다른 특징은, 상기 열교환판(1) 내부에 형성된 다수의 순환통로(2a,2b,2c...2_n-1,2_n)들의 내면에 열교환 단면적을 확대시켜주기 위하여 요철면(21)을 형성한 것이 있다.(도 3 및 도 5 참조)

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하기로 한다.

상기 열교환판(1) 복수개를 상,하로 적층 배열한 다음 결속부재(3a)또는(3b)로서 결합하여 열교환기를 구성하는데, 상기 열교환판(1)들을 적층 배열하는 갯수는 열교환기의 용량에 따라 가감하여 구성한 다음 결속부재에 의해 일체로 묶음된 복수개의 열교환판(1)들을 단열재 또는 보온재가 충진된 커버체(6)로 감싸주는데, 이때 각 열교환판(1)들의 유입구(13)와 유출구(14)는 상기한 커버체(6)에 노출되게 하므로서, 상기한 커버체(6)에서 노출된 홀수순번의 열교환판(1a)의 유입구(13) 및 유출구(14)와 짝수순번의 열교환판(1b)의 유입구(13) 및 유출구(14)들 각각에 열매체 공급 및 회수 라인(4a)(4b)과 유체 공급 및 회수 라인(5a)(5b)들의 연결작업이 용이해진다.

상기와 같이 홀수순번의 열교환판(1a)들 각각의 유입구(13)에 연결된 열매체 공급라인(4a)을 통해서는 열매체를 공급하는 한편, 짝수순번의 열교환판(1b)들 각각의 유입구(13)에 연결된 유체 공급라인(5a)을 통해서는 유체를 공급하게 되면 홀수순번의 열교환판(1a)들과 짝수순번의 열교환판(1b)들은 서로 맞닿고 있는 열교환면(11)을 통해 상호간에 열교환작용을 하게 된다.

예를 들어, 열매체 공급라인(4a)으로 공급되는 열매체는 냉매가스이고 유체 공급라인(5a)으로 공급되는 유체는 공기라고 가정하면, 열매체 공급라인(4a)을 통해 홀수순번의 각 열교환판(1a)들 내부로 공급된 냉매가스는 유입측 순환통로(2a)로 유입되어 다음 순번의 순환통로(2b,2c...2_n-1)를 차례로 통과하여 유출측 순환통로(2n)를 통해 유출구(14)로 유출되는 동안 홀수순번의 각 열교환판(1a)들 사이사이에 맞닿은 상태로 배열된 짝수순번의 각 열교환판(1b)에서 열을 빼앗는 열교환작용을 하게 되며, 이와 반대로 유체 공급라인(5a)을 통해 짝수순번의 각 열교환판(1b)들 내부로 공급된 공기는 유입측 순환통로(2a)로 유입되어 다음 순번의 순환통로(2b,2c...2_n-1) 및 유출측 순환통로(2n)를 차례로 이동하는 과정에서 홀수순번의 각 열교환판(1a)에게 열을 빼앗기는 상태가 되므로서 짝수순번의 각 열교환판(1b)의 유출구(14)로는 열을 빼앗긴 차가운 공기가 유출되는 것이며, 이와 같이 상기의 유출구(14)로 유출되는 차가운 공기를 유체 회수라인(5b)을 통해서 원하는 장소로 공급할 수 있게 되는 것이다.

그리고, 상기에서 홀수순번의 각 열교환판(1a)들 내부의 순환통로를 이동하면서 열교환작용을 했던 냉매가스는 열매체 회수라인(4b)을 통해서 냉동장치의 압축기로 순환되는 것이다.

상기예와 같이 열매체 공급라인(4a)을 통해서 홀수순번의 열교환판(1a)들 각각에 외부의 열을 빼앗는 냉매가스 또는 외부로 열을 가열하는 스팀이나 온수 중 어느 하나를 선택하여 공급함에 따라서 짝수순번의 열교환판(1b)들 각각의 순환통로를 이동하는 유체(공기, 물)를 차갑게 냉각시키거나 또는 뜨겁게 가열시킬 수 있게 되는 것이다.

한편, 상기와 같이 복수개의 열교환판(1)을 적층 배열시킨 구조로 구성된 열교환기는 홀수순번의 각 열교환판(1a)들 및 짝수순번의 각 열교환판(1b)들이 각기 개별적으로 열매체 및 유체를 순환시키는 구조를 가지고 있으므로 사용도중에 홀수순번의 열교환판(1a) 또는 짝수순번의 열교환판(1b)들 중 어느 하나의 열교환판의 순환통로가 이물질에 의해 막히는 이상이 생기게 되더라도 그 이상이 생긴 열교환판만 열교환작용을 하지 않게 될 뿐 그 외의 각 열교환판들은 열교환작용을 수행하게 된다. 따라서 복수의 열교환판(1)으로 구성된 열교환기는 어느 하나의 열교환판에 이상이 생기게 되더라도 열교환작동이 계속적으로 이루어지는 것이며, 또한 이상이 발생된 열교환판(1)을 수리 및 교체하고자 할 때에는 결속부재(3a)또는(3b)를 풀어서 고장난 열교환판만을 분리해 낼 수 있어 수리 및 교체가 용이해진다.

상기와 같은 본 발명에 의하면 판형으로 된 복수개의 열교환판을 서로 맞닿게 적층 배열하고, 홀수순번에 배열된 열교환판과 짝수순번에 배열된 열교환판을 구분하여 열매체와 유체를 따로따로 공급할 수 있도록 조립하는 구조로서 열교환기를 구성할 수 있으므로 냉방설비의 증발기 또는 난방설비의 가열기에 범용적으로 적용할 수 있는 효과가 있으며, 또한 각 열교환판들은 각기 개별적으로 열매체 또는 유체가 순환되는 구조를 가지고 있으므로 어느 하나의 열교환판에 이상이 생기게 되더라도 그외의 다른 열교환판들은 열교환작용을 수행하게 되므로서 고장난 열교환판을 수리 또는 교체하기까지 계속하여 열교환기를 가동할 수 있게 하는 효과가 있으며, 또 고장난 열교환판만을 분리하여 수리 및 교체할 수 있으므로 열교환기의 고장수리 및 교체작업이 용이한 이점을 제공하게 되는 것이다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 판형 열교환기의 사용상태도.

도 2는 본 발명의 일실시예의 사시도.

도 3은 본 발명의 일실시예의 단면도.

도 4는 본 발명의 열원용 및 간접열원용으로 공통 사용되는 열교환판의

평단면도.

도 5는 본 발명의 다른 실시예의 단면도.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예의 판형 열교환기의 사용상태도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 열교환판 1a : 홀수순번의 열교환판

1b : 짝수순번의 열교환판 2,2b,2c...2_n-1,2n : 순환통로

3a,3b : 결속부재 4a : 열매체 공급라인

4b : 열매체 회수라인 5a : 유체 공급라인

5b : 유체 회수라인 6 : 커버체

11 : 열교환면 12 : 칸막이

13 : 유입구 14 : 유출구

31 : 결속바 32 : 결속봉

34 : 부착구 35 : 볼트

Claims (3)

1. 내부에 격설된 다수의 칸막이에 의하여 구획 형성된 다수의 순환통로와, 상기한 다수의 순환통로들 중 유입측 순환통로 및 유출측 순환통로에는 외부로 돌출되게 연결된 유압구 및 유출구가 형성된 복수의 열교환판들과;

   상기 열교환판들이 양측 열교환면이 서로 맞닿도록 겹쳐지게 배열된 것을 일체적으로 묶어진 상태로 결합시켜주는 결속부재와;

   상기 열교환판들의 배열순서를 기준하여 홀수순번 및 짝수순번으로 구분한 다음 홀수순번에 배열된 열교환판과 짝수순번에 배열된 열교환판 각각에 열매체와 유체를 따로따로 공급할 수 있도록 홀수순번의 열교환판들의 유입구 및 짝수순번의 열교환판들의 유입구 각각에 열결되는 열매체 공급라인 및 유체 공급라인과;

   상기 홀수순번의 열교환판과 짝수순번의 열교환판 각각에 공급된 열매체 및 유체를 따로따로 회수할 수 있도록 홀수순번의 열교환판의 유출구 및 짝수순번의 열교환판의 유출구 각각에 연결되는 열매체 회수라인 및 유체 회수라인;

   을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 열교환판들 각각의 양측 열교환면들은 전열면적을 확대시키기 위하여 산형의 요철면으로 형성된 것임을 특징으로 하는 판형 열교환기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 열교환판 각각의 내부에 형성된 다수의 순환통로에는 전열면적을 확장시키기 위하여 요철면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.