KR100880454B1 - 스파이럴 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스파이럴 열교환기에 관한 것으로, 각 적층된 열교환셀의 상부 및 하부 외측 둘레를 따라서 각각 앵글을 설치하고, 상부 또는 하부에 설치된 열교환셀의 앵글을 볼트에 의하여 조립함으로써 어느 하나의 열교환셀의 유지보수시에 해당 앵글만을 분해함으로써 시간과 인력의 소모가 줄어들도록 하는 효과를 가지며, 또한 앵글과 앵글 사이에 플랜지와 가스켓을 설치하고, 플렌지와 가스켓이 돌기와 홈에 의하여 상호간 결합되도록 하여 가스켓이 밀리거나 접히는 경우를 방지함으로써 정확하게 기밀을 유지하도록 한다.

이를 위하여 본 발명은 전열판체에 의해 한 쌍의 스파이럴 유로가 형성된 열교환셀들이 적층되어, 전열판체로 된 각 스파이럴 유로를 통해 따뜻한 유체와 차가운 유체가 흐르면서 열교환하도록 형성된 스파이럴 열교환기에 있어서,

상기 각 열교환셀의 상부 및 하부를 각각 수용하고, 외측 둘레로는 복수개의 고정공이 형성된 한 쌍의 앵글; 원판형으로 형성되고, 상기 열교환셀들의 유로와 연결되는 유입 및 유출공이 형성되며, 가장자리 둘레로는 상부 및 하부면에 각각 복수개의 고정돌기가 형성되며, 그 고정돌기의 외측으로는 복수개의 고정공이 형성되어 상기 앵글의 사이에 장착되는 플랜지; 원판형으로 형성되고, 상기 열교환셀들의 유로와 연결되는 유입 및 유출공이 형성되며, 가장자리 둘레로는 상기 플랜지의 고정돌기와 대응되는 위치에 복수개의 끼움홈이 형성되어 상기 플랜지의 상부면 및 하부면에 위치하면서 고정돌기와 끼움홈이 상호간 끼워져 결합되도록 장착되는 가 스켓; 원판형으로 형성되고, 상기 열교환셀들의 유로와 연결되도록 가운데 부분에 중앙 유출입공이 형성되며, 가장자리 둘레로는 상기 가스켓의 끼움홈에 대응되는 위치에 복수개의 고정돌기가 형성되어 고정돌기와 패킹의 끼움홈이 상호간 끼워져 결합되도록 장착되면서 상기 적층된 열교환셀의 최상단 및 최하단에 각각 장착되는 커버; 상기 한 쌍의 앵글과 플랜지, 그리고 커버의 고정공에 볼트가 체결되어 상호간 결합되도록 구성된다.

스파이럴 열교환기, 열교환셀, 분리, 가스켓, 플랜지, 앵글

Description

스파이럴 열교환기{SPIRAL HEAT EXCHANGER}

본 발명은 스파이럴 열교환기에 관한 것으로, 특히 다수개의 열교환셀이 적층되어 구성된 스파이럴 열교환기의 조립과 해체가 수월하도록 하여 유지보수가 용이하도록 한 스파이럴 열교환기에 관한 것이다.

스파이럴 열교환기는 두 개의 긴 판을 원통형으로 말아서 한 쌍의 스파이럴 유로를 만들어 주고, 두 개의 커버로 양끝을 막아 따뜻한 유체와 차가운 유체가 각각 독립적으로 흐르도록 하는 유로를 가진다.

뜨거운 유체와 차가운 유체가 스파이럴 유로를 형성하는 판의 양쪽 면을 흐르면서 상호간에 열교환이 이루어지는 구조를 갖는다.

이러한 종래의 스파이럴 열교환기는 도 1에 도시한 바와 같이 스파이럴 유로를 갖는 다수개의 열교환셀(100-150)이 상하 방향으로 적층되고, 그 다수의 열교환셀(100-150)의 사이에는 결합판체(160)가 각각 장착되며, 각 결합판체(160)의 측면 둘레로는 다수개의 볼트(180)가 결합되어 각 열교환셀(100-150)을 고정시키게 된 다.

또한, 결합판체(160)와 열교환셀(100)의 사이에는 고무판으로 된 패킹(170,171)이 장착되어 기밀을 유지하게 된다.

그런데, 종래의 스파이럴 열교환기는 다음과 같은 문제점을 갖는다.

1) 상기의 열교환셀을 적층된 상태로 고정하기 위하여 상하방향으로 길이가 긴 볼트로서 체결하게 되므로, 볼트가 결합력을 유지하기 위해서는 그 길이가 충분히 길어져야 하고, 직경은 커져야 하는 문제점이 있다.

2) 상하 방향으로 길이가 긴 볼트 하나에 의하여 다단으로 적층된 열교환셀을 결합하므로, 어느 하나의 하부에 위치한 열교환셀을 보수하거나 교체 또는 청소를 하고자 하는 경우 상부의 열교환셀 모두를 해체하여야 하므로 시간과 인력 부담이 크다.

3) 하나의 볼트에 의하여 결합되므로 각 열교환셀마다 상하측으로 유체안내와 기밀을 유지하는 패킹이 장착되어 있으므로, 이러한 패킹의 탄력을 이기려면 여러개의 패킹 전체의 탄력 제압에 필요한 큰 너트를 이용하여 볼트를 죄어주거나 이중너트를 사용하여야 하며, 이 경우 중간의 장력분산 구조가 없어 약간의 탄력차이가 나는 패킹은 과도한 힘에 의하여 지속적으로 파이게 되는 손상을 입게 되므로 기밀유지 및 유체의 안내 역할을 하지 못하게 된다.

4) 결합판체와 패킹이 단순히 면접촉에 의하여 고정되므로, 패킹이 한쪽으로 밀리거나 접힐 수 있어서 기밀이 유지되지 못하는 경우가 발생한다.

본 발명은 종래의 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 각 적층된 열교환셀의 상부 및 하부 외측 둘레를 따라서 각각 앵글을 설치하고, 상부 또는 하부에 설치된 열교환셀의 앵글을 볼트에 의하여 조립함으로써 어느 하나의 열교환셀의 유지보수시에 해당 앵글만을 분해함으로써 시간과 인력의 소모가 줄어들도록 하는 스파이럴 열교환기를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 앵글과 앵글 사이에 플랜지와 가스켓을 설치하고, 플렌지와 가스켓이 돌기와 홈에 의하여 상호간 결합되도록 하여 가스켓이 밀리거나 접히는 경우를 방지함으로써 정확하게 기밀을 유지하도록 하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 스파이럴 열교환기는,
전열판체에 의해 한 쌍의 스파이럴 유로가 형성된 열교환셀들이 다단으로 적층되어, 전열판체로 된 각 스파이럴 유로를 통해 따뜻한 유체와 차가운 유체가 흐르면서 열교환하도록 형성된 스파이럴 열교환기에 있어서,
상기 각 열교환셀의 상부 및 하부를 각각 수용하고, 외측 둘레를 따라 복수개의 고정공이 형성된 한 쌍의 앵글;
원판형으로 형성되고, 상기 열교환셀들의 유로와 연결되는 유입 및 유출공이 형성되며, 가장자리 둘레로는 상부 및 하부면에 각각 복수개의 고정돌기가 형성되며, 그 고정돌기의 외측 방향으로는 상기 앵글의 고정공 위치와 대응되도록 복수개의 고정공이 형성되어 상기 앵글의 사이에 장착되는 플랜지;
원판형으로 형성되고, 상기 열교환셀들의 유로와 연결되는 유입 및 유출공이 형성되며, 가장자리 둘레로는 상기 플랜지의 고정돌기와 대응되는 위치에 복수개의 끼움홈이 형성되어 상기 플랜지의 상부면 및 하부면에 각각 위치하면서 고정돌기와 끼움홈이 상호간 끼워져 결합되도록 장착되는 가스켓;
원판형으로 형성되고, 상기 열교환셀들의 유로와 연결되도록 가운데 부분에 중앙 유출입공이 형성되며, 가장자리 둘레로는 상기 가스켓의 끼움홈에 대응되는 위치에 복수개의 고정돌기가 형성되어 그 고정돌기와 상기 가스켓의 끼움홈이 상호간 끼워져 결합되도록 장착됨과 아울러 상기 앵글의 고정공 위치와 대응되도록 외측 둘레를 따라 복수개의 고정공이 형성되어 상기 적층된 열교환셀의 최상단 및 최하단에 각각 장착되는 커버;
상기 각 열교환셀들은 상부 또는 하부에 이웃하는 열교환셀들의 앵글에 형성된 고정공 및 플랜지의 고정공을 통해 각 단 단위로 단볼트로 결합됨과 아울러 상기 최상단 열교환셀의 상측 및 최하단 열교환셀의 하측에 장착된 커버 또한 열교환셀의 최상단 및 최하단의 앵글과 고정공을 통해 단볼트로 각각 결합되며,
상기 전열판체에는 복수개의 엠보싱이 형성되고, 상기 스파이럴 유로의 간격을 유지하도록 그 단면이 마름모 또는 나선형으로 된 지지바가 형성되며, 상기 플랜지의 유입공 및 유출공의 가장자리는 경사지도록 형성된 것을 특징으로 한다.

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이와 같이 구성된 본 발명은, 다음과 같은 효과가 있다.

1) 각 열교환셀이 각각 독립적으로 적층되어 결합되므로 쉽게 해체가 가능하여 유지보수가 수월함으로 인한 시간 및 인력 소모가 절감된다.

2) 절연판체에 엠보싱이 형성되므로 인해 단위 면적당 전열면적이 커서 열회수 효과가 크며, 또한 엠보싱의 깊이만큼 전열판체의 두께가 두꺼워지는 효과가 있어 두께가 얇아도 강도가 커지는 효과가 있다.

3) 스파이럴 유로의 간격을 유지하도록 하는 지지바가 마름모 또는 유선형으로 되어 유체의 저항이 적으므로 유체의 흐름이 원활하게 이루어져 유체 이송을 위한 동력을 절감할 수 있다.

4) 열교환셀의 결합을 위하여 플랜지가 케이싱에 부가되므로 강도가 높아 굽힘이나 절단이 방지된다.

5) 가스켓와 플랜지가 돌기와 홈에 의하여 고정되므로 밀리거나 접히지 않아서 안정적으로 고정된다.

6) 플랜지에 의하여 볼트 체결 압력이 과도한 힘을 받지 않으므로 가스켓이 손상되지 않아 기밀이 유지되면서 수명이 길어진다.

7) 플랜지의 유입공 및 유출공의 가장자리를 경사지게 함으로써 유체흐름의 저항을 줄여 유체 이송의 동력을 절감시키며, 또한 유입공 및 유출공의 주변에서 슬러지의 침적을 방지한다.

이와 같이 구성된 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에서 적용된 열교환셀(200)의 구조를 보인 평면도로서, 기본적인 구조는 종래와 동일하다.

즉, 상하부가 개방된 원통체의 하우징(201)의 내부에 금속성의 전열판체(210)를 나선형으로 말려서 한 쌍의 스파이럴 유로가 형성되어, 각각 독립적으로 제 1 유입로(211), 제 2 유입로(212), 제 1 유출로(213), 제 2 유출로(214)가 형성된다.

물론, 이런 열교환셀(200)이 상하로 적층되므로, 제 1 유입로(211)와 제 2 유입로(212)는 유출로로 사용될 수 있으며, 제 1 유출로(213), 제 2 유출로(214)는 유입로로 사용될 수 있다.

또한, 스파이럴 유로의 간격을 유지하기 위하여 다수개의 지지바(220)가 스파이럴 유로상에서 횡방향으로 설치되는데, 이때 상기 지지바(220)의 단면은 마름모 또는 유선형으로 형성되어 있으므로 유체의 저항을 최소화시키게 된다.

이로 인해, 유체를 이송시키기 위한 펌프의 동력이 그만큼 줄어들게 되는 것이다.

또한, 스파이럴 유로를 형성하는 전열판체(210)에 다수개의 엠보싱(211)이 형성되어 있어서, 표면적이 그만큼 커지므로 이로 인한 열교환면적이 커지게 되어 열회수 효율이 증가된다.

도면부호 '254' 및 '255'는 이후에 설명한 플랜지(250)의 유입구(254) 및 유출구(255)로서 제 1 유출로(213)와 제 2 유출로(214)의 상부 또는 하부에 위치하도 록 플랜지(250)가 장착된다.

이때, 상기 유입구(254) 및 유출로(255)의 가장자리는 경사지도록 경사부(255-1)가 형성되어 있어서, 유체가 하부 방향으로 저항없이 유도되어 유체 이동을 위한 동력의 손실이 크지 않으며, 또한 원할한 유체 흐름으로 인한 슬러지 등의 침적이 발생하지 않게 되어 이 또한 동력의 손실을 유발시키지 않는다.

하우징(201)의 상부 및 하부 외측 둘레로는 도 3에 도시한 바와 같이 각각 앵글(202,203)이 부착되는데, 상기 상부 앵글(202)과 하부 앵글(203)의 가장자리 둘레로는 복수개의 고정공(204,205)이 형성되어 있다.

상기 도 2와 도 3에서 도시한 열교환셀(200)이 상하로 적층되는데, 이때 상하측으로 적층된 각 열교환셀(200)이 도 4에서와 같이 앵글(202,203), 가스켓(230), 플랜지(250)가 단볼트(260)에 의하여 고정 결합된다.

각 열교환셀(200)의 하우징(201) 상하측에는 상부 앵글(202)과 하부 앵글(203)이 부착되고 있으며, 도 4에서는 상하로 적층된 2개의 열교환셀(200)의 결합관계를 보여준다.

상부의 열교환셀과 하부의 열교환셀에는 각각 가스켓(230)이 삽입되어 장착되는데, 이때 가스켓(230)의 변형과 손상을 방지하기 위하여 가스켓(230)의 사이에는 금속판 형태의 플랜지(250)가 장착된다.

상기 플랜지(250)는 도 5에 도시한 바와 같이 원판 형태로 되어 가장자리 둘레로는 복수개의 유입구(254)와 유출구(255)가 형성되어 있으며, 가운데 부분에는 중앙유출입구(256)가 형성되어 있으며, 상기 중앙유출입구(256)는 따뜻한 유체와 차가운 유체를 분리하기 위하여 두 개의 구멍으로 형성된다.

이때, 상기 플랜지(250)의 유입구(254)와 유출구(255)가 형성된 경우에는 중앙유출입구(256)는 형성되지 않고, 반대로 중앙유출입구(256)가 형성된 경우에는 유입구(254)와 유출구(255)가 형성되지 않게 되어 도 7에 도시한 바와 같이 유체의 흐름(화살표로 표시)이 이루어진다.

유입구(254)와 유출구(255)의 외측 둘레로는 가장자리를 따라서 상부 및 하부면에 각각 복수개의 고정돌기(251,252)가 형성되어 있으며, 또한 고정돌기(251,252)의 외측으로는 가장자리를 따라서 볼트 결합을 위한 복수개의 고정공(253)이 형성되어 있다.

가스켓(230)은 도 6에 도시한 바와 같이, 플랜지(250)와 마찬가지로 원판 형태로 되어 가장자리 둘레로는 복수개의 유입구(234)와 유출구(235)가 형성되어 있으며, 가운데 부분에는 중앙유출입구(236)가 형성되어 있으며, 상기 중앙유출입구(236)는 따뜻한 유체와 차가운 유체를 분리하기 위하여 두 개의 구멍으로 형성된다.

또한 플랜지(250)와 마찬가지로 유입구(234)와 유출구(235), 또는 중앙유출입구(236)가 선택적으로 형성된다.

유입구(234)와 유출구(235)의 외측 둘레로는 가장자리를 따라서 상기 플랜지(250)의 고정돌기(251,252)와 대응되는 위치와 크기를 갖는 복수개의 끼움공(231)이 형성되어 있어 서로 끼워져 결합된다.

따라서, 도 4에 도시한 바와 같이 열교환셀(200)의 사이에서 가스켓(230)이 장착되고, 그 가스켓(230)의 사이에 플랜지(250)가 장착되며, 앵글(202,203)과 플랜지(250)의 고정공(204,205,253)을 통해 단볼트(260)가 삽입되고, 너트(261)에 의하여 조여짐으로써 앵글(202,203)이 가스켓(230)의 상하로 압박하여 기밀상태를 유지하게 된다.

이때, 단볼트(260)와 너트(261)에 의하여 앵글(202,203)의 간격이 좁혀지게 되므로, 가스켓(230)의 두께가 플랜지(250)의 고정돌기(251,252)의 높이보다 커야지만 가스켓(230)의 두께가 압력에 의하여 낮아질 때 플랜지(250)의 고정돌기(251,252)와 앵글(202,203)의 간섭이 발생하지 않게 된다.

결국, 플랜지(250)에 의하여 가스켓(230)이 밀리지 않도록 안정적으로 장착되며, 또한, 열교환셀(200)의 압력을 가스켓(230)이 버틸 수 있어서 변형이나 손상이 발생하지 않아 기밀 상태를 오랫동안 유지할 수 있는 것이다.

도 7은 이러한 각 단위 열교환셀(200)이 적층되어 결합된 상태를 보여주는 도로서, 열교환셀(200)의 유지보수시에는 해당 열교환셀(200)의 앵글(202,203)과 플랜지(250)에 결합된 단볼트(260)만을 제거하게 되면 손쉽게 어느 하나의 열교환셀(200)을 분리할 수 있게 된다.

이때, 상기 적층된 열교환셀(200)의 최상부와 최하부는 도 8에 도시한 커버(270)에 의하여 막아야 하며, 이때 상기 커버(270)는 플랜지(250)와 유사하게 형성되는데, 원판 형태로 되어 가운데 부분에는 중앙유출입구(272)가 형성되어 있으며, 상기 중앙유출입구(272)는 따뜻한 유체와 차가운 유체를 분리하기 위하여 두 개의 구멍으로 형성된다.

즉, 외부로부터 유입되는 따뜻한 물과 차가운 물은 중앙유출입구(272)를 통해서 유입 또는 유출되므로 커버(270)에는 중앙유출입구(272)만이 형성된다.

또한 외측 둘레로는 가장자리를 따라서 상부 또는 하부면에 복수개의 고정돌기(271)가 형성되어 있으며, 또한 고정돌기(271)의 외측으로는 가장자리를 따라서 볼트 결합을 위한 복수개의 고정공(273)이 형성되어 있다.

따라서, 커버(270)는 도 4에서 이미 설명한 바와 같이 열교환셀에 부착된 앵글의 상부 또는 하부에서 볼트에 의하여 결합 고정된다.

도 1은 종래의 스파이럴 열교환기의 구조를 보인 도.

도 2는 본 발명에서 적용된 열교환셀의 구조를 보인 도.

도 3은 열교환셀의 측면을 보인 도.

도 4는 열교환셀들의 상호 결합 구조를 보인 도.

도 5는 플랜지의 구조를 보인 도.

도 6은 가스켓의 구조를 보인 도.

도 7은 본 발명의 스파이럴 열교환기의 조립된 형태를 보인 도.

도 8은 상부 및 하부 커버의 구조를 보인 도.

Claims (4)

1. 전열판체에 의해 한 쌍의 스파이럴 유로가 형성된 열교환셀들이 다단으로 적층되어, 전열판체로 된 각 스파이럴 유로를 통해 따뜻한 유체와 차가운 유체가 흐르면서 열교환하도록 형성된 스파이럴 열교환기에 있어서,

   상기 각 열교환셀의 상부 및 하부를 각각 수용하고, 외측 둘레를 따라 복수개의 고정공이 형성된 한 쌍의 앵글;

   원판형으로 형성되고, 상기 열교환셀들의 유로와 연결되는 유입 및 유출공이 형성되며, 가장자리 둘레로는 상부 및 하부면에 각각 복수개의 고정돌기가 형성되며, 그 고정돌기의 외측 방향으로는 상기 앵글의 고정공 위치와 대응되도록 복수개의 고정공이 형성되어 상기 앵글의 사이에 장착되는 플랜지;

   원판형으로 형성되고, 상기 열교환셀들의 유로와 연결되는 유입 및 유출공이 형성되며, 가장자리 둘레로는 상기 플랜지의 고정돌기와 대응되는 위치에 복수개의 끼움홈이 형성되어 상기 플랜지의 상부면 및 하부면에 각각 위치하면서 고정돌기와 끼움홈이 상호간 끼워져 결합되도록 장착되는 가스켓;

   원판형으로 형성되고, 상기 열교환셀들의 유로와 연결되도록 가운데 부분에 중앙 유출입공이 형성되며, 가장자리 둘레로는 상기 가스켓의 끼움홈에 대응되는 위치에 복수개의 고정돌기가 형성되어 그 고정돌기와 상기 가스켓의 끼움홈이 상호간 끼워져 결합되도록 장착됨과 아울러 상기 앵글의 고정공 위치와 대응되도록 외측 둘레를 따라 복수개의 고정공이 형성되어 상기 적층된 열교환셀의 최상단 및 최하단에 각각 장착되는 커버;

   상기 각 열교환셀들은 상부 또는 하부에 이웃하는 열교환셀들의 앵글에 형성된 고정공 및 플랜지의 고정공을 통해 각 단 단위로 단볼트로 결합됨과 아울러 상기 최상단 열교환셀의 상측 및 최하단 열교환셀의 하측에 장착된 커버 또한 열교환셀의 최상단 및 최하단의 앵글과 고정공을 통해 단볼트로 각각 결합되며,

   상기 전열판체에는 복수개의 엠보싱이 형성되고, 상기 스파이럴 유로의 간격을 유지하도록 그 단면이 마름모 또는 나선형으로 된 지지바가 형성되며, 상기 플랜지의 유입공 및 유출공의 가장자리는 경사지도록 형성된 것을 특징으로 하는 스파이럴 열교환기.
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