KR101175893B1 - 판형 열교환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 판형 열교환기는 소정 간격으로 적층하여 배치되어 그들 사이에 작동 유체가 유동하도록 하며, 각각의 표면에는 돌출부 및 함몰부로 이루어지는 엠보싱 패턴이 형성된 복수의 전열판을 포함하며, 상기 엠보싱 패턴은 상기 전열판 표면에서 작동 유체가 유출되는 출구부 쪽 소정 폭만큼의 공간에는 형성되지 않음으로써, 상기 출구부 쪽에는 상기 전열판들 사이에 공간부가 형성되는 것을 특징으로 하여, 열교환기 내의 생성되거나 유입되는 불응축 가스의 원활한 배출을 가능하게 한다.

Description

판형 열교환기{PLATE-TYPE HEAT EXCHANGER}
본 발명은 판형 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 흡수식 냉동기의 열교환기 내부 자체에서 발생되거나 외부로부터 유입된 불응축 가스의 원활한 배출에 특히 적합한 판형 열교환기에 관한 것이다.
흡수식 냉동기에서의 열교환기는 저온의 묽은 용액과 고온의 진한 용액을 열교환하여 재생기로 가는 묽은 용액을 가열하여 재생기에서 용액의 가열에 필요한 가열량을 줄여주고, 흡수기로 들어가는 고온의 진한 용액의 온도를 낮게 하여 흡수기에서의 냉각 열량을 줄여줌으로써 연료 소비율을 절감하고 열효율을 향상시켜준다.
종래에는 흡수식 냉동기용 열교환기로서 주로 쉘&튜브(shell and tube) 방식을 사용하였다. 그러나 쉘&튜브 방식의 열교환기는 흡수식 냉동기의 특성상 열교환 효율이 떨어지므로, 최근에는 판형 열교환기를 채용하는 경우가 늘고 있다.
이러한 판형 열교환기의 일례로서, PCT 국제공개 WO 2006/024340호에 개시된 브레이징 판형 열교환기를 들 수 있다. 상기 공보에 개시된 브레이징 판형 열교환기는 연속적인 요철의 헤링본 패턴(Herringbone pattern)이 형성된 한 쌍의 전열판들이 서로 적층된 상태에서, 전열판들의 외측 둘레가 용접에 의하여 접합된다. 또한, 상기 전열판들의 내측의 헤링본 패턴들이 서로 교차하면서 생성되는 접촉면들이 브레이징 접합됨으로써 제조된다. 고온의 작동 유체와 저온의 작동 유체는 전열판들 사이에 형성되는 공간을 통하여 유동하면서 열교환된다.
도 1을 참조하면, 종래의 판형 열교환기는 전열판(2), 스페이서(4) 및 헤더(3)를 구비한다. 상기 헤더(3)로부터 유입되는 작동 유체는 열교환기 내부의 전열판(2) 사이를 통과하고 출구로 유출된다. 상기 전열판들(2) 사이는 스페이서(4)에 의해 소정 간격 이격된다. 상기 전열판(2)은 다른 작동 유체가 통과하는 공간들(5, 6)을 구획한다.
한편, 이러한 열교환기 작동시, 불응축 가스가 열교환기 내부 자체에서 발생되거나 외부로부터 유입된다. 특히, 판형 열교환기의 하나 이상의 전열판들이 적층되어 형성될 때, 전열판들이 서로 맞닿는 부분에서, 이 불응축 가스가 배출되지 않고 잔류하는 경우가 많으며, 이 불응축 가스는 판형 열교환기의 내부에 잔존하여 부식을 발생시킨다. 이를 방지 또는 저감하기 위해서, 전열판의 핀의 모양과 높이를 일정하게 하거나 둥글게 함으로써 불응축 가스가 잔존하는 것을 방지한다. 핀의 높이가 불균일할 경우, 이를 균일하게 하기 위해서 전체적으로 외력으로 압착할 수 있는데, 이 과정에서 높이가 상대적으로 높은 핀은 맞닿는 면적이 증가되어 불응축 가스의 흐름을 막을 수 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 판형 열교환기의 전열판에서 입구와 출구 측에 유로 가이드 또는 불응축 가스가 잘 모이게 하기 위한 공간을 설치함으로써, 자체적으로 발생되거나, 내부에 잔존 또는 외부에서 유입되는 불응축 가스를 원활하게 열교환기 내부에서 외부로 방출할 수 있도록 하여, 부식을 방지하고, 흡수식 냉온수기/냉동기가 안정적인 성능을 발휘할 수 있도록 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 판형 열교환기는 소정 간격으로 적층하여 배치되어 그들 사이에 작동 유체가 유동하도록 하며, 각각의 표면에는 돌출부 및 함몰부로 이루어지는 엠보싱 패턴이 형성된 복수의 전열판을 포함하며, 상기 엠보싱 패턴은 상기 전열판 표면에서 작동 유체가 유출되는 출구부 쪽 소정 폭만큼의 공간에는 형성되지 않음으로써, 상기 출구부 쪽에는 상기 전열판들 사이에 공간부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
작동 유체가 유입되는 입구부는 상기 전열판의 장방향 측면에 형성되고, 상기 출구부는 상기 전열판의 단방향 측면에 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 공간부에는 상기 작동 유체를 상기 출구부로 가이드하기 위한 유로 가이드가 더 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 유로 가이드는 상기 전열판의 표면을 프레싱 가공하여 형성되는 홈 또는 돌기인 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명에 따르면, 판형 열교환기의 전열판 열교환기 내부에 발생할 수 있는 불응축 가스를 원활하게 배출하여 열교환기 내부의 부식을 방지하고 냉동기/냉온수기의 안정적 성능을 발휘할 수 있도록 한다.
도 1은 종래의 판형 열교환기의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전열판이 적층되어 있는 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전열판이 적층되어 있는 구조를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 판형 열교환기의 개략적인 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 판형 열교환기의 개략적인 평면도이다.
이하, 도면들을 참조하여, 본 발명에 따른 판형 열교환기의 구조에 관하여 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면 및 상세한 설명에서는 편의상, 하나의 헤더로부터 판형 열교환기로 하나의 작동 유체가 유입 및 유출되는 모습을 도시하고 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전열판이 적층되어 있는 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전열판이 적층되어 있는 구조를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 판형 열교환기는 복수의 전열판(10)을 포함한다. 상기 복수의 전열판(10)은 소정 간격으로 적층하여 배치되어 그들 사이에 작동 유체가 유동하도록 한다. 상기 전열판(10) 각각의 표면에는 돌출부(16) 및 함몰부(18)로 이루어지는 엠보싱 패턴이 형성된다. 그리고, 상기 엠보싱 패턴은 상기 전열판(10) 표면에서 작동 유체가 유출되는 출구부(50) 쪽 소정 폭만큼의 공간에는 형성되지 않음으로써, 상기 출구부(50) 쪽에는 상기 전열판들 사이에 공간부가 형성된다. 상기 복수의 전열판(10)은 소정 간격으로 적층하여 배치되어 그들 사이에 작동 유체가 유동하도록 하는데, 상기 복수의 전열판(10)은 그들 사이에 작동 유체가 유입 및 유출되도록 복수의 유동 경로(12, 14)를 형성한다.
작동 유체가 유입되는 입구부(40)는 상기 전열판(10)의 장방향 측면에 형성되고, 상기 출구부(50)는 상기 전열판(10)의 단방향 측면에 형성된다.
한편, 상기 복수의 전열판(10)은 용접에 의해 양 쪽이 서로 결합될 수 있다. 상기 복수의 전열판(10) 사이는 복수의 유동 경로 즉, 제1 유동 경로(12)와 제2 유동 경로(14)가 형성된다. 상기 제1 유동 경로(12)와 제2 유동 경로(14)에는 열적 상태가 상이한 작동 유체들이 대향류(counter flow)를 형성하면서, 열교환이 이루어진다. 한편, 도시되지는 않았으나, 상기 복수의 전열판(10)의 측부면에 외벽 플레이트가 전체적으로 용접될 수 있다. 상기 외벽 플레이트가 배치되면, 상기 작동 유체들이 전열판(10)과 용접 부위 사이의 미세한 간격을 통해 유출되는 것이 방지되어, 내부 유동 공간을 균일한 상태로 유지할 수 있다.
상기 전열판(10)은 금형에 의한 프레싱 가공을 통해 각각 절곡 형성된 후, 상호 높이가 일정하게 용접에 의해 접합되는 구조를 가질 수 있다. 상기 전열판들(10)은 용접에 의해 접합되고, 전열판(10) 양단부가 절곡되어 형성됨으로써 전열판들(10) 사이의 간격은 일정하게 유지될 수 있다. 도 2에서는 상기 전열판(10)들 사이의 간격이 과장되게 도시되었으나, 그 간격은 도 2에 도시된 것보다 훨씬 더 작다. 상기 전열판(10)들은 상기 전열판(10)의 양측면을 따라서 용접 부착된다. 한편, 헤더(30)는 복수의 작동 유체를 분리하여 서로 다른 유동 경로 즉, 상기 제1 유동 경로(12)와 제2 유동 경로(14)로 유입 및 유출시킨다.
상기 복수의 전열판(10)의 각각의 표면에는 돌출부(16) 및 함몰부(18)로 이루어지는 엠보싱 패턴이 형성되어 있는데, 상기 돌출부(16)는 높이가 일정하게 형성될 수 있다. 또한, 상기 함몰부(18)도 깊이가 일정하게 형성될 수 있다. 그리고, 상기 돌출부(16)는 끝이 둥글게 형성될 수 있다. 이러한 엠보싱 패턴을 형성함으로써, 작동 유체의 유동 경로 상에서 대향류의 접촉 면적이 넓어지면서, 더 우수한 열교환 특성을 가질 수 있다. 그리고, 상기 돌출부(16)의 끝을 둥글게 형성함으로써 2개의 전열판(10)이 적층될 때, 정확성이 향상되고, 접촉 면적이 최소화되어 불응축 가스의 발생이 최소화될 수 있다.
한편, 상기 엠보싱 패턴은 상기 전열판(10) 표면에서 작동 유체가 유출되는 출구부(50) 쪽 소정 폭 만큼의 공간에는 형성되지 않음으로써, 상기 출구부(50) 쪽에는 상기 전열판들(10) 사이에 공간부(60)가 형성될 수 있다. 상기 전열판들(10) 사이의 공간부(60)는 상기 복수의 전열판(10) 사이에서 생성되는 불응축 가스가 잘 모이기 위한 공간이며, 모이는 불응축 가스를 작동 유체와 함께 상기 출구부(50)를 통해 외부로 원활하게 배출되게 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 판형 열교환기의 개략적인 평면도이다. 도 4를 살펴보면, 작동 유체는 헤더(30)로부터 판형 열교환기의 입구부(40)로 유입되고, 복수의 전열판(10) 사이의 유동 통로(12)를 거쳐 공간부(60)로 흘러간다. 상기 입구부(40)는 상기 전열판(10)의 장방향 측면에 형성되고, 상기 출구부(50)는 상기 전열판(10)의 단방향 측면에 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 판형 열교환기의 개략적인 평면도이다. 도 5를 참조하면, 상기 공간부(60)에는 상기 작동 유체를 상기 출구부(50)로 가이드하기 위한 유로 가이드(70)가 더 형성될 수 있다. 상기 유로 가이드(70)는 헤더(30)로부터 전열판(10)으로 유입된 작동 유체의 흐름을 출구부(50) 쪽으로 원활하게 유출될 수 있도록 유도한다. 상기 유로 가이드(70)는 상기 작동 유체를 출구부(50) 쪽으로 유도되도록 설치될 수 있으며, 열교환기의 상기 공간부(60)의 전열판(10)의 상부면 또는 하부면에 복수 개로 형성될 수 있다. 상기 유로 가이드(70)는 열교환기로 유입되는 작동 유체 뿐만 아니라, 전열판(10)에서 형성되거나 외부에서 유입되는 불응축 가스를 출구부(50)를 통해 외부로 원활하게 유출되도록 유도하는 역할도 한다.
한편, 상기 유로 가이드(70)는 상기 전열판의 표면을 프레싱(pressing) 가공하여 형성되는 홈 또는 돌기인 것을 특징으로 할 수 있다.
이와 같이, 전열판(10) 사이의 높이를 일정하게 하고, 전열판(10)의 면을 돌출부(16) 및 함몰부(18)로 이루어지는 엠보싱 패턴을 구비하는 구조로 형성함으로써 전열판(10)의 압착시 접촉 면적을 최소화시키고, 정확성을 높일 수 있다. 또한, 복수의 전열판들(10) 사이에 작동 유체가 유출되는 출구부(50) 쪽에 공간부(60)를 마련하고, 또한 유로 가이드(70)를 형성함으로써, 생성되거나 유입되는 불응축 가스의 원활한 배출을 가능하게 한다.
이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 전열판 12: 제1 유동 경로
14: 제2 유동 경로 16: 돌출부
18: 함몰부 30: 헤더
40: 입구부 50: 출구부
60: 공간부 70: 유로 가이드

Claims (4)

  1. 소정 간격으로 적층하여 배치되어 그들 사이에 작동 유체가 유동하도록 하며, 각각의 표면에는 돌출부 및 함몰부로 이루어지는 엠보싱 패턴이 형성된 복수의 전열판을 포함하며,
    상기 엠보싱 패턴은 상기 전열판 표면에서 작동 유체가 유출되는 출구부 쪽 소정 폭만큼의 공간에는 형성되지 않음으로써, 상기 출구부 쪽에는 상기 전열판들 사이에 공간부가 형성되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    작동 유체가 유입되는 입구부는 상기 전열판의 장방향 측면에 형성되고, 상기 출구부는 상기 전열판의 단방향 측면에 형성되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공간부에는 상기 작동 유체를 상기 출구부로 가이드하기 위한 유로 가이드가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유로 가이드는 상기 전열판의 표면을 프레싱 가공하여 형성되는 홈 또는 돌기인 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
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