KR100618186B1 - 열교환기를 위한 열교환 플레이트 및 그의 제조방법 - Google Patents

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송민호
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Abstract

본 발명은 각종 난방기구, 폐열회수기구, 선박의 오일 히팅장치 등의 열교환기에서 열매체와 대상 매체간에 열교환되도록 하는 열교환기를 위한 열교환 플레이트 및 그 제조방법을 제공한다. 이 열교환 플레이트는 상면과 하면 및 좌우측면을 갖고, 좌우측면에 서로 대응되는 열매체 유입구와 유출구가 형성되며, 상면과 하면 사이의 주위 테두리가 밀폐되어 열매체 유입구 및 유출구와 연통되는 열매체 흐름공간이 내부에 형성되고, 열매체 유입구로부터 열매체 유출구 방향으로 나열되도록 상면과 하면 중 적어도 어느 한 면으로부터 열매체 흐름공간 방향으로 융기되도록 형성되는 다수개의 엠보싱을 구비한다. 본 발명에 따른 열교환기를 위한 열교환 플레이트의 제조방법은 제 1 플레이트, 제 2 플레이트, 제 1 실링바 및 제 2 실링바를 준비한 후, 서로 대응되는 다수개의 엠보싱이 맞닿도록 제 1 플레이트와 제 2 플레이트를 맞대고, 맞닿은 엠보싱이 서로 부착되도록 용접한 다음, 제 1 플레이트와 제 2 플레이트의 각 측면으로 제 1 실링바와 제 2 실링바를 삽입시켜 결합시키고, 제 1 실링바 및 제 2 실링바를 제 1 플레이트와 제 2 플레이트에 용접하므로써 이루어진다.

Description

열교환기를 위한 열교환 플레이트 및 그의 제조방법{HEAT EXCHANGING PLATE FOR HEAT EXCHANGER AND MANUFACTURING METHOD OF THE PLATE}
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 열교환기를 위한 열교환 플레이트의 기술적 사상을 설명하기 위한 열교환 플레이트의 사시도 및 단면도;
도 2는 본 발명에 따른 열교환기를 위한 열교환 플레이트의 변형된 기술적 사상을 설명하기 위한 열교환 플레이트의 횡방향 단면도;
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 열교환 플레이트의 조립과정을 순차적으로 보여주는 도면들;
도 4는 도 3c에서 라인 B-B'을 따라 절취하여 보여주는 단면도;
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 열교환 플레이트의 조립과정을 순차적으로 보여주는 도면들;
도 6은 도 5e에서 라인 C-C'을 따라 절취하여 보여주는 단면도;
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열교환 플레이트를 사용하여 구성되는 열교환 유니트를 보여주는 사시도;
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열교환 플레이트를 사용하여 구성되는 수평형 열교환기의 일례를 보여주는 도면;
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열교환 플레이트를 사용하여 구성되는 수직형 열교환기의 일례를 보여주는 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 열교환 플레이트 12 : 상면
13 : 열매체 흐름공간 14 : 하면
16 : 좌측면 17 : 열매체 유입구
18 : 우측면 19 : 열매체 유출구
20 : 엠보싱 22 : 제 1 엠보싱
23, 25 : 대상 매체 흐름홀 24 : 제 2 엠보싱
30 : 제 1 플레이트 32, 42 : 바디
34 : 열매체 유입구 제 1 연장부 36 : 열매체 유출구 제 1 연장부
40 : 제 2 플레이트 44 : 열매체 유입구 제 2 연장부
46 : 열매체 유출구 제 2 연장부
52 : 제 1 실링바 54, 64 : 플레이트 측면부
56, 66 : 열매체 유입구 연장부 58, 68 : 열매체 유출구 연장부
62 : 제 2 실링바 70 : 실링 부싱
80 : 열교환 유니트
81, 91, 102 : 열매체 유입관 82, 92 : 열매체 유입 매니폴드
84, 94 : 열매체 유출 매니폴드 85, 95, 108 : 열매체 유출관
90 : 수평형 열교환기 96 : 서포터
100 : 수직형 열교환기
104 : 하부 매니폴드 106 : 상부 매니폴드
110 : 대상 매체 유입관 112 : 대상 매체 유출관
본 발명은 열교환기를 위한 열교환 플레이트 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 각종 난방기구, 폐열회수기구, 선박의 오일 히팅장치 등의 열교환기에서 두 매체간에 효과적으로 열교환할 수 있도록 하기 위한 열교환기를 위한 열교환 플레이트 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
열교환기를 구성하기 위해서는 두 매체{통상 선박 오일 히팅장치에서는 가열된 기체와 오일탱크의 오일이 된다}간에 열교환이 일어나도록 하기 위한 열교환 요소가 필요하다. 이때 두 매체간에 열교환이 이루어지도록 하는 열교환 요소로 열교환 플레이트를 적용하는 형태에 대해 다음과 같이 다양한 기술이 제안되어 있다.
대한민국 공개실용신안공보 공개번호 제86-3047호 "플레이트 핀 타입 열 교환기"는 단순히 사각형태로 형성되는 판형 플레이트핀을 연결튜브에 다수개 순차적으로 결합시켜 구성되는 열교환 플레이트를 보이고 있다.
대한민국 공개실용신안공보 공개번호 제91-3046호 "열교환기의 열교환판"은 요철판과 평판형의 격판이 상호접합되도록 하고, 요철판의 요철방향이 직교되도록 여러 겹으로 중첩되어 구성되는 열교환 플레이트를 제안하고 있다.
대한민국 등록특허공보 공고번호 제10-0215129호 "판형열 교환기용 다층플레이트"는 가스킷을 이용해 밀봉효과를 얻고, 2개의 플레이트 요소 사이에 형성된 홈 이 유체의 입구와 출구 셋트와 연통하도록 된 열교환 플레이트를 제안하고 있다.
한편 본 출원인은 대한민국 등록실용신안공보 등록번호 제20-0336146호 "선박의 오일탱크 히팅장치", 등록번호 제20-0387794호 "선박용 히팅 튜브를 고정하기 위한 장치" 및 등록번호 제20-0384813호 "선박의 오일 탱크 히팅 장치"를 통해 선박의 오일탱크의 오일내에 설치하여 오일의 점성을 일정하게 유지할 수 있도록 하기 위한 다양한 형태의 히팅장치를 제안한 바 있다.
이와 같이 본 출원인이 선행기술을 통해 제안한 바 있는 선박의 오일 탱크를 위한 히팅장치는 그 장치적인 구조면에서는 우수한 점이 있으나, 열효율 문제에 있어서는 개선의 필요성이 대두되었다. 즉 본 출원인이 제안한 선박의 오일 히팅장치는 가열된 기체(이하 '열매체'라 한다)가 순환되는 히팅튜브가 오일내에 장입된 상태에서 오일에 접촉는 구조를 가지고 있지만, 열매체의 열원이 효과적으로 오일에 작용하도록 하여 열효율을 높일 필요가 있는 것이다.
따라서 본 발명은 이와 같은 점을 고려하여 제안된 것으로, 각종 난방기구, 폐열회수기구, 선박의 오일 탱크를 위한 히팅장치 등의 열교환기의 열효율을 극대화시킬 수 있는 새로운 형태의 열교환기를 위한 열교환 플레이트 및 그의 제조방법를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 각종 난방기구, 폐열회수기구, 선박의 오일 히팅장치 등의 열교환기에서 열매체와 대상 매체간에 열교환되도록 하는 열교환기를 위한 열교환 플레이트를 제공한다. 이와 같은 본 발명에 따른 열교환기를 위한 열교환 플레이트는 상면과 하면 및 좌우측면을 갖고, 상기 좌우측면에 서로 대응되는 열매체 유입구와 유출구가 형성되며, 상면과 하면 사이의 주위 테두리가 밀폐되어 상기 열매체 유입구 및 유출구와 연통되는 열매체 흐름공간이 내부에 형성되고, 상기 열매체 유입구로부터 상기 열매체 유출구 방향으로 나열되도록 상기 상면과 하면 중 적어도 어느 한 면으로부터 상기 열매체 흐름공간 방향으로 융기되도록 형성되는 다수개의 엠보싱을 포함한다.
이와 같은 본 발명에 따른 열교환기를 위한 열교환 플레이트에서 상기 다수개의 엠보싱 각각은 상기 열매체 흐름공간내에서 타면의 내면에 맞닿아 사이에 틈이 발생되지 않도록 결합되고, 주변둘레가 밀폐되어 상기 상면과 하면을 관통하는 대상 매체 흐름홀이 각각 형성되도록 할 수 있다.
이와 같은 청구항 1의 본 발명에 따른 열교환기를 위한 열교환 플레이트에서 상기 다수개의 엠보싱 각각은 상기 상면으로부터 상기 열매체 흐름공간 방향으로 융기되도록 형성되는 제 1 엠보싱 및, 상기 제 1 엠보싱과 대응되어 상기 하면으로부터 상기 열매체 흐름공간 방향으로 융기되도록 형성되는 제 2 엠보싱을 구비하고, 상기 제 1 엠보싱과 제 2 엠보싱은 서로 맞닿아 사이에 틈이 발생되지 않도록 결합될 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 본 발명은 각종 난방기구, 폐열회수기구, 선박의 오일 히팅장치 등의 열교환기에서 열매체와 대상 매체간에 열교환되도록 하는 열교환기를 위한 열교환 플레이트에 있어서, 일측 으로부터 타측으로 나열되면서 하방향으로 융기되도록 형성되는 다수개의 제 1 엠보싱을 갖는 제 1 플레이트와; 상기 제 1 플레이트의 제 1 엠보싱과 대응되도록 일측으로부터 타측으로 나열되면서 상방향으로 융기되도록 형성되는 다수개의 제 2 엠보싱을 갖는 제 2 플레이트 및; 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트의 테두리를 이루도록 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트에 결합되므로써, 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트 사이에 열매체 흐름공간이 형성되도록 하고, 상기 제 1 플레이트 및 제 2 플레이트의 양측에 서로 대응되고 상기 열매체 흐름공간과 연통되는 열매체 유입구와 열매체 유출구가 형성되도록 하는 사이드 실링바를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 따른 열교환기를 위한 열교환 플레이트에서 상기 제 1 플레이트의 제 1 엠보싱과 제 2 플레이트의 제 2 엠보싱은 서로 맞닿아 사이에 틈이 발생되지 않도록 결합되고, 주변둘레가 밀폐되어 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트를 관통하는 대상 매체 흐름홀이 각각 형성되도록 할 수 있다. 이때 상기 대상 매체 흐름홀상에는 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트에 압착되어 결합되는 실링 부싱이 결합될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 열교환기를 위한 열교환 플레이트에서 상기 제 1 플레이트는 양측에 형성되어 상기 열매체 유입구 및 열매체 유출구의 상면을 이루는 제 1 연장부를 구비하고, 상기 제 2 플레이트는 상기 제 1 연장부와 대응되도록 양측에 형성되어 상기 열매체 유입구 및 열매체 유출구의 하면을 이루는 제 2 연장부를 구비하며, 상기 사이드 실링바는 상기 열매체 유입구로부터 열매체 유출구로 연속되는 형상을 갖도록 형성되어 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트의 사이에 삽입되어 결합되므로써 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트의 일측면의 테두리 및 상기 제 1 연장부와 제 2 연장부의 일측면의 테두리를 이루는 제 1 실링바 및, 상기 제 1 실링바의 반대측에서 상기 열매체 유입구로부터 열매체 유출구로 연속되는 형상을 갖도록 형성되어 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트의 사이에 삽입되어 결합되므로써 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트의 타측면의 테두리 및 상기 제 1 연장부와 제 2 연장부의 타측면의 테두리를 이루는 제 2 실링바를 구비할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 본 발명은 각종 난방기구, 폐열회수기구, 선박의 오일 히팅장치 등의 열교환기에서 열매체와 대상 매체간에 열교환되도록 하는 열교환기를 위한 열교환 플레이트의 제조방법을 제공한다. 이와 같은 본 발명에 따른 열교환기를 위한 열교환 플레이트의 제조방법은 평탄한 금속판을 프레스가공하여 일측으로부터 타측으로 나열되면서 융기되는 다수개의 엠보싱을 서로 대응되도록 성형하므로써 제 1 플레이트와 제 2 플레이트를 준비하는 단계와; 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트를 맞대었을 때 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트의 양측면에 삽입되어 결합되므로써 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트의 내측의 열매체 흐름공간이 형성되도록 하고, 상기 열매체 흐름공간과 연통되는 열매체 유입구와 열매체 유출구가 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트의 양측에 서로 대응되어 형성되도록 하는 제 1 실링바와 제 2 실링바를 준비하는 단계와; 서로 대응되는 다수개의 엠보싱이 맞닿도록 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트를 맞대고, 상기 맞닿은 엠보싱이 서로 부착되도록 용접하는 단계 및; 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트의 각 측면으로 상기 제 1 실링바와 제 2 실링바를 삽입시켜 결합시키고, 상기 제 1 실링바 및 제 2 실링바를 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트에 용접하는 단계를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 따른 열교환기를 위한 열교환 플레이트의 제조방법에서 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트를 준비하는 단계는 상기 다수개의 엠보싱을 성형할 때 상기 엠보싱의 중심에 대상 매체 흐름홀이 서로 맞닿는 엠보싱에 서로 대응되도록 형성하는 단계를 포함하고, 상기 맞닿은 엠보싱이 서로 부착되도록 용접하는 단계는 상기 매체 흐름홀 주위를 용접할 수 있다. 이때 상기 대상 매체 흐름홀상에 파이프 형상의 실링 부싱을 삽입하고, 상기 실링 부싱의 양단부가 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트에 압착되도록 리벳팅하는 단계를 더 구비할 수 있다.
본 발명은 각종 열교환기에 설치하여 열매체와 대상 매체간에 열교환되도록 하기 위한 열교환 플레이트 및 그의 제조방법을 제공한다. 특히 본 발명은 스팀(steam)을 열매체로 하여 대상 매체인 오일의 온도를 적정하게 유지하기 위해 사용되는 선박의 오일 히팅장치를 위한 열교환 플레이트 및 그의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 열교환 플레이트는 열매체가 열교환 플레이트내에 형성되는 열매체 흐름공간상에서 종래에 비해 상대적으로 긴 지체시간을 갖도록 하여 대상 매체와의 접촉시간을 증가시키므로써 열효율을 높이도록 한다. 즉 본 발명에 따른 열교환 플레이트는 기존 열매체의 특성을 변화시키지 않고, 그 구조적인 특징으로 열매체와 대상 매체간의 열교환 효율을 높이도록 하므로 다양한 열교환기에 쉽게 적용할 수 있도록 하는 것이다. 또한 본 발명에 따른 열교환 플레이트의 제조방법은 본 발명에 따른 열교환 플레이트를 용이하게 제작할 수 있도록 하고, 구조적으로 안정되게 형성되도록 한다. 즉 본 발명에 따른 열교환 플레이트의 제조방법은 열매체 흐름공간상에서 열매체의 흐름을 지연시키기 위한 구성을 가장 쉽게 형성할 수 있도록 하는 방법을 제공하고, 열교환 플레이트를 구성하는 각 요소 사이에서 발생될 수 있는 누출문제를 해결하도록 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 열교환 플레이트는 본 출원인이 선출원을 통해 제안한 바 있는 다양한 형태의 오일 히팅장치의 열효율을 극대화하기 위해 제안된 것이지만, 다른 목적의 열교환기에도 매우 용이하게 적용할 수 있는 것이다. 예컨대 후술하는 본 발명의 바람직한 실시예와 같이 본 발명에 따른 열교환 플레이트는 다양한 형태의 열교환 유니트(도 7 참조)로 구성할 수 있고, 수평형 열교환기 및 수직형 열교환기(도 8 및 도 9 참조)에 적용할 수 있는 것이다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 열교환기를 위한 열교환 플레이트의 기술적 사상을 설명하기 위한 열교환 플레이트의 사시도 및 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 열교환기를 위한 열교환 플레이트의 변형된 기술적 사상을 설명하기 위한 열교환 플레이트의 횡방향 단면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명에 따른 열교환 플레이트(10)는 열매체 유입구(17)를 통해 유입되는 열매체가 엠보싱(20)에 의해 지체되면서 열매체 유출 구(19)로 빠져나가도록 하므로써 열매체와 대상 매체의 접촉시간이 증가되도록 한다.
이와 같은 열교환 플레이트(10)는 상면(12)과 하면(14) 및 좌우측면(16, 18)을 갖도록 형성된다. 좌우측면(16, 18)에는 서로 대응되는 열매체 유입구(17)와 유출구(19)가 형성된다. 이와 같은 열교환 플레이트(10)는 상면(12)과 하면(14) 사이의 주위 테두리가 밀폐되어 열매체 유입구(17) 및 유출구(19)와 연통되는 열매체 흐름공간(13)이 내부에 형성된다. 그리고 본 발명에 따른 열교환 플레이트(10)는 열매체 흐름공간(13) 방향으로 융기되도록 형성되므로써 열매체가 난류를 형성하면서 흐르도록 하는 다수개의 엠보싱(20)을 갖는 것을 기술적 특징으로 한다. 이와 같은 엠보싱(20)은 열매체 유입구(17)로부터 열매체 유출구(19) 방향으로 나열되도록 상면과 하면 중 적어도 어느 한 면으로부터 형성된다. 이때 다수개의 엠보싱(20) 각각은 열매체 흐름공간(13)내에서 타면의 내면에 맞닿아 사이에 틈이 발생되지 않도록 결합되고, 도 2에서 보는 바와 같이, 주변둘레가 밀폐되어 상면(12)과 하면(14)을 관통하는 대상 매체 흐름홀(23, 25)이 각각 형성되도록 하여 열교환 플레이트(10)의 상하면(12, 14)으로 대상 매체가 흐르도록 하므로써 열매체와 대상 매체 사이의 접촉면적을 증가시키고, 그 흐름이 더욱 난류화되도록 할 수 있다. 특히 본 발명에 따른 열교환 플레이트(10)는 제조의 용이성을 감안하여 다수개의 엠보싱(20)이 상면(12)으로부터 열매체 흐름공간(13) 방향으로 융기되도록 형성되는 제 1 엠보싱(22)과 이 제 1 엠보싱(22)과 대응되어 하면(14)으로부터 열매체 흐름공간(13) 방향으로 융기되도록 형성되는 제 2 엠보싱(24)으로 이루어지도록 하여, 제 1 엠보싱(22)과 제 2 엠보싱(24)이 서로 맞닿아 사이에 틈이 발생되지 않도록 할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 열교환 플레이트(10)는 열매체 흐름공간(13)상으로 엠보싱(20)이 융기되어 형성되도록 하므로써 열매체 흐름공간(13)을 흐르는 열매체가 우회되어 흐르도록 하여 열교환 플레이트(10)내에서 열매체의 지체시간을 증가시켜 대상 매체와의 접촉시간을 증가시키는 것이다. 이와 같은 열교환 플레이트(10)는 통상 열매체와 대상 매체를 고려하여 사용재료를 선택하게 되는데, 통상 선박의 오일 히팅장치에서는 스테인레스계열을 적용하게 된다. 물론 이와 같은 재질의 선택은 사용되는 열매체와 대상 매체를 고려하여 각종 합금계의 금속재질 또는 특수합금을 코팅한 금속재질이 사용될 수 있을 것이다.
한편 열매체 흐름공간(13)상에 엠보싱(20)이 형성되도록 하기 위해 다양한 형태의 가공법 또는 요소의 설계가 적용될 수 있을 것이다. 예컨대 후술하는 본 발명의 바람직한 실시예는 특수 가공법을 적용하지 않고도 통상의 가공법인 프레스공법으로 용이하게 제조할 수 있는 형태의 기술적 구성을 갖는 열교환 플레이트(10)를 제공하고, 그의 제조방법을 제공하고 있지만, 이외의 제조공법이 적용되는 형태도 상술한 본 발명의 기술적 사상아래에 있다 할 것이다. 특히 후술하는 본 발명의 바람직한 실시예는 열교환 플레이트의 제조의 용이성뿐만아니라 구조적인 안정을 위해 제시된 것이다. 즉 후술하는 본 발명의 바람직한 실시예는 구조적인 안정을 위해 프레스공법에 의해 두 플레이트를 성형하고, 이 두 플레이트의 주위 테두리를 밀폐시키는 사이드 실링바를 구성하여 열교환 플레이트가 이루어지도록 하므로써 제조를 용이하게 할뿐만아니라 구성간 밀폐를 용이하게 실시할 수 있도록 하였다. 물론 엠보싱(20)의 구성은 본 발명의 기술적 사상과 같이 열교환 플레이트(10)를 이루는 상면(12) 또는 하면(14) 중 어느 한 면으로부터 형성되어 타면에 부착되도록 하는 구성{예컨대 상면(12)으로부터 엠보싱(20)을 형성하고, 하면(14)은 평판으로 구성할 수 있을 것이다}도 가능한 것이다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 열매체 유입구를 통해 유입되는 열매체가 열매체 흐름공간상에 형성되는 엠보싱에 의해 지체되면서 열매체 유출구로 빠져나가도록 하므로써, 열매체가 열매체 흐름공간상에서 종래에 비해 상대적으로 긴 지체시간을 가지므로 대상 매체와의 접촉시간이 증가되어 종래에 비해 높은 열효율을 얻을 수 있다. 또한 본 발명에 따른 열교환 플레이트는 기존 열매체의 특성을 변화시키지 않고, 그 구조적인 특징으로 열매체와 대상 매체간의 열교환 효율을 높이도록 하므로 다양한 열교환기에 쉽게 적용할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 열교환 플레이트의 제조방법은 특수가공법을 도입하지 않고도 통상의 프레스공법과 용접법을 적용하여 열교환 플레이트를 제조할 수 있도록 하므로 효과적으로 구조적인 안정을 얻으면서도 비교적 낮은 비용으로 용이하게 제작할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도 3a 내지 도 9에 의거하여 상세히 설명하며, 도 1a 내지 도 9에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다. 한편, 각 도면에서 일반적인 열교환기를 위한 열교환 플레이트 및 그의 제조방법의 기술적 내용에 대한 도시 및 상세한 설명은 이 분야의 종사자들이 용이하게 이해할 수 있는 부분들이므로 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 도시하였다. 또한 도면의 도시에 있어서 용접부분을 포함한 조립부분 또는 연결부분의 크기와 형상이 약간 차이나 보이거나 다른 도면과의 치수차이는 단지 도시상 차이일뿐 본 발명의 기술적 사상을 한정하거나 변경하는 것은 아니다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 열교환 플레이트의 조립과정을 순차적으로 보여주는 도면들이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 열교환 플레이트의 횡방향 단면도이다.
도 3a 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 열교환 플레이트(10)는 제 1 플레이트(30), 제 2 플레이트(40) 및 제 1 실링바(52)와 제 2 실링바(62)로 이루어지는 사이드 실링바를 구비하여 이루어진다. 이와 같은 구성은 제조를 편리하게 하고, 안정된 구조를 갖도록 하면서 쉽게 조립할 수 있도록 제안된 것이다.
제 1 플레이트(30)는 일측으로부터 타측으로 나열되면서 하방향으로 융기되도록 형성되는 다수개의 제 1 엠보싱(22)을 갖고, 제 2 플레이트(40)는 제 1 플레이트(30)의 제 1 엠보싱(22)과 대응되도록 일측으로부터 타측으로 나열되면서 상방향으로 융기되도록 형성되는 다수개의 제 2 엠보싱(24)을 갖는다. 이때 제 1 엠보싱(22)과 제 2 엠보싱(24)은 나열되는 방향으로 열매체의 흐름이 지그재그로 이루어지도록 서로 엇갈려서 형성되도록 한다. 즉, 도 3c에서 보는 바와 같이, 제 1 플레이트(30)와 제 2 플레이트(40)가 조립된 상태에서 두번째 라인의 엠보싱(20')은 2개로 이루어져 첫번째 라인의 3개로 이루어지는 엠보싱(20)의 각 사이에 배치 되도록 형성되므로써, 첫번째 라인의 엠보싱(20)에서 갈라져 흐르는 열매체가 두번째 엠보싱(20')에서 다시 흐름경로가 바뀌어 흐르게 되고, 이와 같은 과정이 계속 반복되어 열매체 유출구(19)로 흐르게 되는 것이다.
한편 본 실시예에 따른 열교환 플레이트(10)는 추후 열교환기에 쉽게 적용할 수 있도록 열매체 유입구(17)와 열매체 유출구(19)가 외부로 돌출되는 형태를 갖도록 한다. 이를 위해 제 1 플레이트(30)에는 제 1 플레이트(30)의 바디(32)로부터 양측으로 돌출되는 제 1 연장부(34, 36)가 형성되고, 제 2 플레이트(40)에는 제 1 연장부(34, 36)와 대응되도록 제 2 플레이트(40)의 바디(42)로부터 양측으로 돌출되는 제 2 연장부(44, 46)가 형성된다. 이때 제 1 플레이트(30)에 형성되는 제 1 연장부(34, 36)는 열매체 유입구(17)의 상면을 이루는 열매체 유입구 제 1 연장부(34)와 열매체 유출구(19)의 상면을 이루는 열매체 유출구 제 1 연장부(36)로 이루어진다. 그리고 제 2 플레이트(40)에 형성되는 제 2 연장부(44, 46)는 열매체 유입구(17)의 하면을 이루는 열매체 유입구 제 2 연장부(44)와 열매체 유출구(19)의 하면을 이루는 열매체 유출구 제 2 연장부(46)로 이루어진다.
이와 같은 구성을 갖는 제 1 플레이트(30)와 제 2 플레이트(40)의 테두리는 사이드 실링바에 의해 밀폐되도록 한다. 이와 같은 사이드 실링바는 제 1 플레이트(30)와 제 2 플레이트(40)의 측면에 결합되어 제 1 플레이트(30)와 제 2 플레이트(40) 사이에 열매체 흐름공간(13)이 형성되도록 밀폐하는 기능과 함께 제 1 플레이트(30)와 제 2 플레이트(40)를 지지하여 강도를 보강하는 기능도 한다. 기본적으로 이 사이드 실링바는 제 1 플레이트(30)와 제 2 플레이트(40)의 테두리를 이루 도록 제 1 플레이트(30)와 제 2 플레이트(40)에 결합되므로써, 제 1 플레이트(30)와 제 2 플레이트(40) 사이에 열매체 흐름공간(13)이 형성되도록 하고, 제 1 플레이트(30) 및 제 2 플레이트(40)의 양측에 서로 대응되고 열매체 흐름공간(13)과 연통되는 열매체 유입구(17)와 열매체 유출구(19)가 형성되도록 한다.
한편 본 실시예에서 사이드 실링바는 제 1 실링바(52)와 제 2 실링바(62)로 분할하여 구성하므로써 제조를 쉽게 하고 조립을 편리하게 할 수 있도록 한다. 제 1 실링바(52)는 열매체 유입구(17)로부터 열매체 유출구(19)로 연속되는 형상을 갖도록 형성되어 제 1 플레이트(30)와 제 2 플레이트(40)의 사이에 삽입되어 결합되므로써 제 1 플레이트(30)와 제 2 플레이트(40)의 일측면의 테두리 및 제 1 연장부(34, 36)와 제 2 연장부(44, 46)의 일측면의 테두리를 이룬다. 제 2 실링바(62)는 제 1 실링바(52)의 반대측에서 열매체 유입구(17)로부터 열매체 유출구(19)로 연속되는 형상을 갖도록 형성되어 제 1 플레이트(30)와 제 2 플레이트(40)의 사이에 삽입되어 결합되므로써 제 1 플레이트(30)와 제 2 플레이트(40)의 타측면의 테두리 및 제 1 연장부(34, 36)와 제 2 연장부(44, 46)의 타측면의 테두리를 이룬다. 즉 제 1 실링바(52)와 제 2 실링바(62)는 제 1 및 제 2 플레이트(30, 40)의 측면, 열매체 유입구 제 1 연장부(34)와 열매체 유입구 제 2 연장부(44)와 각각 대응되어 형성되는 플레이트 측면부(54, 64), 열매체 유입구 연장부(56, 66)와 열매체 유출 연장부(58, 68)을 구비하여 형성되므로써, 제 1 플레이트(30)와 제 2 플레이트(40)의 측면 테두리를 이루게 되는 것이다. 이와 같은 제 1 실링바(52)와 제 2 실링바(62)는 기계절단 또는 봉재의 벤딩을 통해 형성할 수 있을 것이다.
이와 같은 본 발명에 따른 열교환 플레이트(10)의 제조는 먼저 평탄한 금속판을 프레스가공하여 상술한 바와 같은 제 1 플레이트(30)와 제 2 플레이트(40)를 준하고, 기계가공을 통해 상술한 바와 같은 제 1 실링바(52)와 제 2 실링바(62)를 준비한다(도 3a 참조). 다음, 도 3b와 같이, 제 1 플레이트(30)와 제 2 플레이트(40)를 서로 대응되는 다수개의 엠보싱(22, 24)이 맞닿도록 맞대고, 맞닿은 엠보싱(22, 24)이 서로 부착되도록 용접{스폿(spot)용접, 레이저 용접이 대표적으로 사용될 수 있다}한다. 그리고, 도 3c과 같이, 제 1 플레이트(30)와 제 2 플레이트(40)의 각 측면으로 제 1 실링바(52)와 제 2 실링바(62)를 삽입시켜 결합시키고, 제 1 실링바(52) 및 제 2 실링바(62)를 제 1 플레이트(30)와 제 2 플레이트(40)에 용접하여 완성하게 된다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 열교환 플레이트의 조립과정을 순차적으로 보여주는 도면들이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 열교환 플레이트의 횡방향 단면도이다.
도 5a 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 열교환 플레이트(10)는 제 1 플레이트(30)와 제 2 플레이트(40)의 제 1 엠보싱(22)과 제 2 엠보싱(24)상에 대상 매체 흐름홀(23, 25)을 형성하므로써 열교환 플레이트(10)의 상하방향으로도 대상 매체가 흐를 수 있도록 하여 열매체와 대상 매체간에 열교환이 더욱 효과적으로 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 본 실시예에 따른 열교환 플레이트(10)는 제 1 플레이트(30)의 제 1 엠보싱(22)과 제 2 플레이트(40)의 제 2 엠보싱(24)이 서로 맞닿아 사이에 틈이 발생되지 않도록 결합시켜 주변둘레가 밀폐되도록 한다. 그리고 제 1 엠보싱(22)과 제 2 엠보싱(24)에 형성되는 매체 흐름홀(23, 25)상에는 실링 부싱(70)을 넣어 제 1 플레이트(30)와 제 2 플레이트(40)에 압착시켜 결합시키므로써 더욱 안정적인 밀폐구조를 형성한다. 이와 같은 실링 부싱(70)은 파이프 형상의 금속관을 사용하여 리벳팅으로 결합시킨다. 그리고 본 실시예에서 추가되는 매체 흐름홀(23, 25)은 제 1 플레이트(30)와 제 2 플레이트(40)를 프레스공정으로 형성할 때 즉, 금속판상에 다수개의 엠보싱(20)을 성형할 때 엠보싱(20)의 중심에 대상 매체 흐름홀(23, 25)이 형성되도록 한다. 그리고 맞닿은 엠보싱이 서로 부착되도록 용접할 때 레이저 용접 등을 통해 대상 매체 흐름홀(23, 25) 주위를 용접하고, 실링 부싱(70)을 결합시킨다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열교환 플레이트를 사용하여 구성되는 열교환 유니트를 보여주는 사시도이고, 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열교환 플레이트를 사용하여 구성되는 수평형 열교환기의 일례를 보여주는 도면이며, 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열교환 플레이트를 사용하여 구성되는 수직형 열교환기의 일례를 보여주는 도면이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 열교환 플레이트(10)는 다양한 형태의 열교환기에 적용할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 열교환 플레이트(10)를 가장 간단한 형태로 사용하여 구성되는 열교환 유니트(80)를 보여주고 있다. 이와 같은 열교환 유니트(80)는 본 발명에 따른 다수개의 열교환 플레이트(10)를 배열하여 구성된 것으로, 원하는 열 교환기에 장착하여 사용할 수 있도록 하는 것이다. 이 열교환 유니트(80)는 열교환 플레이트(10)의 열매체 유입구(17)에 다수개의 열교환 플레이트(10)와 접속되는 열매체 유입 매니폴드(82)를 설치하고, 열매체 유출구(19)에 열매체 유출 매니폴드(84)를 설치하여, 열교환기의 열매체 유입관(81)과 열매체 유출관(85)에 접속되도록 구성된다.
도 8은 수평형 열교환기(90)의 일례를 보여주는 도면으로, 선박의 오일 탱크에 설치하여 사용할 수 있도록 한다. 물론 여기서 수평형이란 열교환 플레이트(10)의 설치상태를 기준으로 지칭된 것이다. 이와 같은 수평형 열교환기(90)는 전술한 열교환 유니트(80)와 유사하게 열교환 플레이트(10)의 열매체 유입구(17)에 다수개의 열교환 플레이트(10)와 접속되는 열매체 유입 매니폴드(92)를 설치하고, 열매체 유출구(19)에 열매체 유출 매니폴드(94)를 설치하여, 열매체 유입관(91)과 열매체 유출관(95)에 접속되도록 구성되며, 열매체 유입 매니폴드(92)와 열매체 유출 매니폴드(94)에 서포터(96)가 설치된다.
도 9는 대상 매체를 내부 순환시키도록 구성되는 수직형 열교환기(100)를 보여주는 도면으로, 이와 같은 수직형 열교환기(100)는 전술한 수평형 열교환기(90)와 달리 열매체와 대상 매체를 동시에 순환시키면서 열교환이 이루어지도록 한다. 이와 같은 수직형 열교환기(100)는, 상세히 도시하지는 않았지만, 하부 매니폴드(104)와 상부 매니폴드(106) 사이에 수직으로 본 발명에 따른 열교환 플레이트(10)를 설치하여 구성된다. 이와 같은 수직형 열교환기(100)에서 열매체는 열매체 유입관(102)을 통해 하부 매니폴드(104)에 공급되고, 하부 매니폴드(104)에서 일정한 수(통상 반 정도)의 열교환 플레이트(10)를 통해 상부 매니폴드(106)로 흐르고, 상부 매니폴드(106)에서 다시 나머지 열교환 플레이트(10)를 타고 하부 매니폴드(104)로 흘러 내려와 열매체 유출관(108)을 통해 외부로 유출된다. 그리고 대상 매체는 대상 매체 유입관(110)을 통해 하부 매니폴드(104)에 공급되고, 하부 매니폴드(104)에서 열교환 플레이트(10)들에 중심에 형성되는 유로를 따라 상부로 흘러 상부 매니폴드(106)를 통과해 열교환 플레이트(10)들의 외측으로 형성되는 유로를 따라 하부로 흘러 대상 매체 유출관(112)을 통해 외부로 유출된다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열교환기를 위한 열교환 플레이트 및 그의 제조방법을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 열교환기를 위한 열교환 플레이트 및 그의 제조방법에 의하면, 열매체 유입구를 통해 유입되는 열매체가 열매체 흐름공간상에 형성되는 엠보싱에 의해 지체되면서 열매체 유출구로 빠져나가도록 하므로써, 열매체가 열매체 흐름공간상에서 종래에 비해 상대적으로 긴 지체시간을 가지므로 대상 매체와의 접촉시간이 증가되어 종래에 비해 높은 열효율을 얻을 수 있다. 또한 본 발명에 따른 열교환 플레이트는 기존 열매체의 특성을 변화시키지 않고, 그 구조적인 특징으로 열매체와 대상 매체간의 열교환 효율을 높이도록 하므로 다양한 열교환기에 쉽 게 적용할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 열교환 플레이트의 제조방법은 특수가공법을 도입하지 않고도 통상의 프레스공법과 용접법을 적용하여 열교환 플레이트를 제조할 수 있도록 하므로 효과적으로 구조적인 안정을 얻으면서도 비교적 낮은 비용으로 용이하게 제작할 수 있다.

Claims (10)

  1. 각종 난방기구, 폐열회수기구, 선박의 오일 히팅장치 등의 열교환기에서 열매체와 대상 매체간에 열교환되도록 하는 열교환기를 위한 열교환 플레이트에 있어서,
    상면과 하면 및 좌우측면을 갖고, 상기 좌우측면에 서로 대응되는 열매체 유입구와 유출구가 형성되며, 상기 상면과 하면 사이의 주위 테두리가 밀폐되어 상기 열매체 유입구 및 유출구와 연통되는 열매체 흐름공간이 내부에 형성되고, 상기 열매체 유입구로부터 상기 열매체 유출구 방향으로 나열되도록 상기 상면과 하면 중 적어도 어느 한 면으로부터 상기 열매체 흐름공간 방향으로 융기되도록 형성되는 다수개의 엠보싱을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기를 위한 열교환 플레이트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수개의 엠보싱 각각은 상기 열매체 흐름공간내에서 타면의 내면에 맞닿아 사이에 틈이 발생되지 않도록 결합되고, 주변둘레가 밀폐되어 상기 상면과 하면을 관통하는 대상 매체 흐름홀이 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기를 위한 열교환 플레이트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수개의 엠보싱 각각은 상기 상면으로부터 상기 열매체 흐름공간 방향 으로 융기되도록 형성되는 제 1 엠보싱 및,
    상기 제 1 엠보싱과 대응되어 상기 하면으로부터 상기 열매체 흐름공간 방향으로 융기되도록 형성되는 제 2 엠보싱을 구비하고, 상기 제 1 엠보싱과 제 2 엠보싱은 서로 맞닿아 사이에 틈이 발생되지 않도록 결합되는 것을 특징으로 하는 열교환기를 위한 열교환 플레이트.
  4. 각종 난방기구, 폐열회수기구, 선박의 오일 히팅장치 등의 열교환기에서 열매체와 대상 매체간에 열교환되도록 하는 열교환기를 위한 열교환 플레이트에 있어서,
    일측으로부터 타측으로 나열되면서 하방향으로 융기되도록 형성되는 다수개의 제 1 엠보싱을 갖는 제 1 플레이트와;
    상기 제 1 플레이트의 제 1 엠보싱과 대응되도록 일측으로부터 타측으로 나열되면서 상방향으로 융기되도록 형성되는 다수개의 제 2 엠보싱을 갖는 제 2 플레이트 및;
    상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트의 테두리를 이루도록 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트에 결합되므로써, 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트 사이에 열매체 흐름공간이 형성되도록 하고, 상기 제 1 플레이트 및 제 2 플레이트의 양측에 서로 대응되고 상기 열매체 흐름공간과 연통되는 열매체 유입구와 열매체 유출구가 형성되도록 하는 사이드 실링바를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기를 위한 열교환 플레이트.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 플레이트의 제 1 엠보싱과 제 2 플레이트의 제 2 엠보싱은 서로 맞닿아 사이에 틈이 발생되지 않도록 결합되고, 주변둘레가 밀폐되어 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트를 관통하는 대상 매체 흐름홀이 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기를 위한 열교환 플레이트.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 대상 매체 흐름홀상에는 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트에 압착되어 결합되는 실링 부싱이 결합되는 것을 특징으로 하는 열교환 플레이트.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 플레이트는 양측에 형성되어 상기 열매체 유입구 및 열매체 유출구의 상면을 이루는 제 1 연장부를 구비하고,
    상기 제 2 플레이트는 상기 제 1 연장부와 대응되도록 양측에 형성되어 상기 열매체 유입구 및 열매체 유출구의 하면을 이루는 제 2 연장부를 구비하며,
    상기 사이드 실링바는 상기 열매체 유입구로부터 열매체 유출구로 연속되는 형상을 갖도록 형성되어 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트의 사이에 삽입되어 결합되므로써 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트의 일측면의 테두리 및 상기 제 1 연장부와 제 2 연장부의 일측면의 테두리를 이루는 제 1 실링바 및,
    상기 제 1 실링바의 반대측에서 상기 열매체 유입구로부터 열매체 유출구로 연속되는 형상을 갖도록 형성되어 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트의 사이에 삽입되어 결합되므로써 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트의 타측면의 테두리 및 상기 제 1 연장부와 제 2 연장부의 타측면의 테두리를 이루는 제 2 실링바를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기를 위한 열교환 플레이트.
  8. 각종 난방기구, 폐열회수기구, 선박의 오일 히팅장치 등의 열교환기에서 열매체와 대상 매체간에 열교환되도록 하는 열교환기를 위한 열교환 플레이트의 제조방법에 있어서,
    평탄한 금속판을 프레스가공하여 일측으로부터 타측으로 나열되면서 융기되는 다수개의 엠보싱을 서로 대응되도록 성형하므로써 제 1 플레이트와 제 2 플레이트를 준비하는 단계와;
    상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트를 맞대었을 때 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트의 양측면에 삽입되어 결합되므로써 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트의 내측의 열매체 흐름공간이 형성되도록 하고, 상기 열매체 흐름공간과 연통되는 열매체 유입구와 열매체 유출구가 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트의 양측에 서로 대응되어 형성되도록 하는 제 1 실링바와 제 2 실링바를 준비하는 단계와;
    서로 대응되는 다수개의 엠보싱이 맞닿도록 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트를 맞대고, 상기 맞닿은 엠보싱이 서로 부착되도록 용접하는 단계 및;
    상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트의 각 측면으로 상기 제 1 실링바와 제 2 실링바를 삽입시켜 결합시키고, 상기 제 1 실링바 및 제 2 실링바를 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트에 용접하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기를 위한 열교환 플레이트의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트를 준비하는 단계는 상기 다수개의 엠보싱을 성형할 때 상기 엠보싱의 중심에 대상 매체 흐름홀이 서로 맞닿는 엠보싱에 서로 대응되도록 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 맞닿은 엠보싱이 서로 부착되도록 용접하는 단계는 상기 매체 흐름홀 주위를 용접하는 것을 특징으로 하는 열교환기를 위한 열교환 플레이트의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 대상 매체 흐름홀상에 파이프 형상의 실링 부싱을 삽입하고, 상기 실링 부싱의 양단부가 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트에 압착되도록 리벳팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기를 위한 열교환 플레이트의 제조방법.
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