KR101356474B1 - 기체용 판형 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소형 박판의 전열판재를 다수개 나열하여 서로 교차되는 가로통로와 세로통로가 반복 형성되도록 하되, 상기 전열판재의 상단 및 하단을 안정되게 고정하는 끼움자리가 마련된 상부틀 및 하부틀을 구비함으로써, 압력 및 온도차로 인하여 전열판재의 팽창변화가 방지되고 전열판재를 상부틀 및 하부틀에 꼽으면 가로 및 세로통로의 간격이 일정하게 유지되고 또한 전열판재가 꼽힌 끼움자리는 브레이징으로 쉽게 용접할 수 있으므로 조립성이 편리한 기체용 판형 열교환기에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 사각 형태의 전열판재를 구비하되, 상기 전열판재는 가로변의 상측에 한쪽으로 직각 절곡된 가로변접합부가 구비되고, 상기 양쪽의 세로변에는 상기 가로변접합부의 반대쪽으로 직각 절곡된 세로측벽이 구비되며, 상기 각 세로측벽에는 세로변과 나란하게 외향으로 직각 절곡된 세로변접합부가 구비되고; 상기 두 개의 전열판재가 상기 세로변접합부들이 마주 접한 상태로 이들 사이에 세로통로가 형성되도록 한 조를 이뤄서 끼워지게 다수의 끼움자리를 갖는 상부틀 및 하부틀을 구비하되, 상기 끼움자리들은 서로 이웃한 각 조의 전열판재들 사이로 가로통로가 형성되는 간격만큼 떨어져 구비되며, 각 끼움자리에는 길이방향 양단으로 상기 마주 접한 세로변접합부들이 억지끼움식으로 조립되는 세로변접합부끼움홈이 형성되고; 상기 각 조의 가로변접합부들은 상기 상부틀의 끼움자리들 사이에 겹쳐져 놓여 브레이징으로 용접되고, 상기 마주접하는 세로변접합부들도 브레이징으로 용접된 특징이 있다.

Description

기체용 판형 열교환기{The plate heat exchanger}

본 발명은 기체용 판형 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 소형 박판의 전열판재를 다수개 나열하여 서로 교차되는 가로통로와 세로통로가 반복 형성되도록 하되, 상기 전열판재의 상단 및 하단을 안정되게 고정하는 끼움자리가 마련된 상부틀 및 하부틀을 구비함으로써, 압력 및 온도차로 인하여 전열판재의 팽창변화가 방지되고 전열판재를 상부틀 및 하부틀에 꼽으면 가로 및 세로통로의 간격이 일정하게 유지되므로 조립성이 편리한 기체용 판형 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 기체용 판형 열교환기는 폐 가스 및 배기 가스 등의 고온 가스를 이용하여 차가운 공기 등의 급기 유체를 뜨겁게 데우는 열교환기를 의미하는 것으서 데우고자하는 공기와 열 매개 가스는 전열판재가 형성하는 가로통로와 세로통로에서 교차되면서 열교환되는 구조이다. 이러한 판형 열교환기는 전열판재를 적층하여 가로통로와 세로통로가 교차되는 구조를 형성하는데, 상기 전열판재의 사방 모서리부는 상기 가로통로와 세로통로의 끝단이 서로 엇갈리게 마주 접하는 부분이다. 상기 모서리부는 가로측의 가로통로와 세로측의 세로통로가 직각으로 교차되며 상하 엇갈리는 입체적인 형태로 개방된 부분이므로 이 모서리부분을 막아 열교환 중인 가스의 누설을 막을 필요가 있다.

종래에는 직각으로 절곡된 모서리밀폐수단을 상기 전열판재의 사방 모서리에 대고 세로통로 또는 가로통로의 안쪽에서 용접하는 방법을 사용하였다. 따라서 작업자가 용접봉을 가로통로 및 세로통로의 내부로 넣고 작업하다 보니 작업자세가 불편하고 용접부위가 안쪽으로 향하여 직접 확인하기 어려운 단점이 있었다. 특히 가로통로 및 세로통로가 1mm 이내의 소형이고, 전열판재 역시 0.1mm ∼ 0.15mm의 두께를 갖는 소형 박판일 경우 용접으로 모서리부를 밀폐시킨다는 것은 불가능하였다.

그리고 열교환과정에서 전열판재는 수축 및 팽창을 반복하게 되는데, 이때 모서리부의 용접부 터짐을 막고자 종래에는 열충격을 완화시키는 다양한 구조들이 제안된 바 있다. 국내실용 제136278호 및 국내특허 제848329호에는 적층된 전열판재의 사방 모서리에 완충재를 갖는 칼럼을 설치하여 전열판재들이 수축 및 팽창되더라도 그 변형이 완화되도록 한 구성이 제안된 바 있다. 국내실용 제403611호에는 전열판재의 모서리부를 코킹재로 밀봉한 기술이 제안된 바 있다.

그러나 이들 종래의 기술들은 전열판재의 모서리부를 용접한 뒤 별도의 수단을 이용하여 열팽창에 따른 용접부의 균열이나 터짐을 방지한 것이므로 구조가 복잡하고 제작이 어려운 등의 기술적인 단점이 있으며, 특히 소형 박판의 기체용 판형열교환기에서는 이를 구현하는데 기술적인 한계가 있었다.

본 발명은 종래의 문제점을 감안하여 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 소형 박판의 전열판재를 다수개 나열하여 서로 교차되는 가로통로와 세로통로가 반복 형성되도록 하되, 상기 전열판재의 상단 및 하단을 안정되게 고정하는 끼움자리가 마련된 상부틀 및 하부틀을 구비함으로써, 압력 및 온도차로 인하여 전열판재의 팽창변화가 방지되고 전열판재를 상부틀 및 하부틀에 꼽으면 가로 및 세로통로의 간격이 일정하게 유지되고 또한 전열판재가 꼽힌 끼움자리는 브레이징 또는 레이저로 쉽게 용접할 수 있으므로 조립성이 편리한 기체용 판형 열교환기를 제공함에 있다.

이를 위하여 본 발명은 사각 형태의 전열판재를 구비하되, 상기 전열판재는 가로변의 상측에 한쪽으로 직각 절곡된 가로변접합부가 구비되고, 상기 양쪽의 세로변에는 상기 가로변접합부의 반대쪽으로 직각 절곡된 세로측벽이 구비되며, 상기 각 세로측벽에는 세로변과 나란하게 외향으로 직각 절곡된 세로변접합부가 구비되고; 상기 두 개의 전열판재가 상기 세로변접합부들이 마주 접한 상태로 이들 사이에 세로통로가 형성되도록 한 조를 이뤄서 끼워지게 다수의 끼움자리를 갖는 상부틀 및 하부틀을 구비하되, 상기 끼움자리들은 서로 이웃한 각 조의 전열판재들 사이로 가로통로가 형성되는 간격만큼 떨어져 구비되며, 각 끼움자리에는 길이방향 양단으로 상기 마주 접한 세로변접합부들이 억지끼움식으로 조립되는 세로변접합부끼움홈이 형성되고; 상기 각 조의 가로변접합부들은 상기 상부틀의 끼움자리들 사이에 겹쳐져 놓여 브레이징으로 용접되고, 상기 마주접하는 세로변접합부들도 브레이징으로 용접된 특징이 있다.

본 발명에 따르면 두께가 0.1mm ∼ 0.15mm의 소형 박판인 전열판재를 다수개 나열하고 가로 또는 세로통로 중 어느 한쪽이 1mm 이내의 간격을 유지하도록 하기 위하여는 종래의 전열판재 적층구조로는 구현하기 불가능하였다.

본 발명은 상부틀 및 하부틀을 마련하고 이들 상,하부틀에는 전열판재가 꼽히는 끼움자리를 마련하였다. 상기 끼움자리는 전열판재가 상부틀 및 하부틀에 수직으로 꼽히는 통로 역할을 하는데, 상기 전열판재의 세로변에 직각으로 절곡 형성된 세로변측벽 및 세로변접합부들의 상,하단이 상기 상부틀 및 하부틀의 끼움자리에 들어가 각각 밀착되고, 또한 상기 전열판재의 가로변에 형성된 가로변접합부가 상부틀의 끼움자리에 놓인 상태에서 상기 세로변접합부 및 가로변접합부들이 상부틀 및 하부틀의 외부로 노출되어 쉽게 브레이징하거나 또는 레이저로 용접할 수 있으므로 작업이 쉬워진다.

또한 상부틀 및 하부틀은 상기 전열판재보다 두껍게 제작되므로 열교환과정에서 고온 및 고압으로 인하여 소형 박판의 전열판재가 휨변형되는 것을 막아주는 등의 이점이 있다.

도 1은 본 발명 한 실시예의 판형 열교환기의 분리 사시도
도 2는 본 발명 한 실시예의 판형 열교환기의 조립 사시도
도 3은 본 발명 한 실시예의 판형 열교환기의 정면도
도 4는 본 발명 한 실시예의 판형 열교환기의 평면도
도 5는 본 발명 다른 실시예의 판형 열교환기의 정면도

도 1 내지 도 4에서 본 발명 한 실시예의 판형 열교환기는 0.1mm ∼ 0.15mm의 소형 박판인 전열판재(10)를 구비한다. 상기 전열판재(10)는 사각 형태로써, 가로변의 상단에는 한쪽으로 직각 절곡된 가로변접합부(11)를 갖는다. 그리고 세로변의 양단에는 상기 가로변접합부(11)와 반대쪽으로 직각 절곡된 세로변측벽(12)이 구비되며, 각 세로변측벽(12)의 단부에는 세로변과 나란하게 외향으로 직각 절곡된 세로변접합부(13)가 구비된다. 상기 두 개의 전열판재(10)를 세로변접합부(13)들이 마주 접하도록 하여 한 조를 구성하면, 이들 전열판재(10)의 사이로 기체가 흐르는 세로통로(40)가 만들어 진다. 또한 한 조의 전열판재(10)들을 다수열 나열하여 서로 대응되는 가로변접합부(11)들을 포개면 한 조와 다른 조의 전열판재(10)들의 사이로 가로통로(30)가 만들어진다.

열교환과정에서 고온고압에 견딜 수 있도록 상기 전열판재(10)보다 두꺼운 상부틀(20) 및 하부틀(21)이 구비된다. 상기 상,하부틀(20)(21)은 상기 전열판재(10)가 수직으로 끼워지도록 다수의 끼움자리(22)가 관통 형성된다. 상기 각 끼움자리(22)는 상기 두 개의 전열판재(10)가 상기 세로변접합부(13)들이 마주 접한 상태에서 한 조를 이루며 들어갈 수 있는 폭을 갖는다. 그리고 끼움자리(22)의 길이방향 양단 중앙에는 상기 마주접한 두 개의 세로변접합부(13)들이 끼워져 고정되도록 세로변접합부끼움홈(24)이 구비된다.

상기 상,하부틀(20)(21)의 끼움자리(22)들은 상기 세로통로(40)와 연통되며, 끼움자리(22)들의 사이사이는 상기 가로통로(30)의 간격만큼 떨어진 가로변접합부받침(23)이 구비된다. 그리고 상기 전열판재(10)의 가로변접합부(11)는 상기 상부틀(20)의 각 가로변접합부받침(23)에 놓인다. 각 끼움자리(22)마다 세로변접합부(13)들이 마주 접한 한 조의 전열판재(10)들이 들어가면 상기 가로변접합부받침(23)에는 서로 이웃한 한 조의 전열판재(10)들의 가로변접합부(11)들이 포개진 상태로 적층된다.

상기 전열판재(10)는 가로변 방향으로 다수의 간격유지구(14)가 반원호형으로 돌출 구비된다. 간격유지구(14)는 상기 가로통로(30) 쪽으로 돌출되며 그 높이는 통로 간격의 절반으로 하여 마주 접하는 다른 전열판재(10)의 간격유지구(14)와 중간지점에서 접하도록 하는 것이 바람직하다. 상기 간격유지구(14)는 0.7mm ∼ 1mm의 좁은 가로통로(30)로 고온고압의 기체가 통과할 때 전열판재(10)의 휨변형을 막아주고 또한 기체의 흐름을 일정하게 하여 열교환이 원활해지도록 하는 역할을 한다. 미설명부호 는 세로통로(40)에 끼워지는 주름판으로써, 세로통로(40)의 간격을 유지하고 또한 열교환효율을 높인다.

이처럼 구성된 본 발명 한 실시예는 두개의 전열판재(10)를 세로변접합부(13)가 마주 접하도록 하여 한 조를 만든 뒤 상부틀(20)의 끼움자리(22)로 끼운다. 가로변접합부(11)들이 상부틀(20)의 가로변접합부받침(23)에 놓이면 하부틀(21)의 끼움자리(22)를 한 조의 전열판재(10) 하단에 끼워 상,하부틀(20)(21)의 사이로 한 조의 전열판재(10)가 결합되도록 한다. 이때 한 조의 전열판재(10)들의 양단에 있는 서로 마주 접한 두개의 세로변접합부(13)들은 끼움자리(22)의 양단 중앙에 형성된 세로변접합부끼움홈(24)으로 억지끼움식으로 들어가 상,하부틀(20)(21) 및 한 조의 전열판재(10)를 고정시킨다.

계속해서 다른 한 조의 전열판재(10)를 위와 같은 방법으로 다른 끼움자리(22)에 연속으로 끼워 넣는다. 이때 먼저 끼워졌던 한 조의 가로변접합부(11)에 다른 조의 가로변접합부(11)가 포개져 상부틀(20)의 가로변접합부받침(23)에는 두개의 가로변접합부(11)가 놓인다. 전열판재(10)는 두께가 매우 얇기 때문에 서로 포개진 가로변접합부(11)들로 인하여 서로 이웃한 전열판재(10)들의 높이편차가 발생될 수 있으나, 열교환기의 성능에는 영향을 미치지 않는다.

위의 방법으로 한 조 및 다른 조의 전열판재(10) 다수를 상,하부틀(20)(21)에 조립하면 가로통로(30) 및 세로통로(40)가 만들어진다. 이때 세로통로(40)에는 지그재그 형태로 절곡된 주름판(50)을 끼워넣어 열교환 성능을 개선한다. 그리고 가로통로(30)에는 서로 이웃한 전열판재(10)들에 가로변 방향으로 형성된 간격유지구(14)가 마주 접하여 가로통로(30)의 간격을 일정하게 유지시킨다.

상,하부틀(20)(21) 및 다수의 전열판재(10)들의 조립이 완료되면 상부틀(20)의 위쪽으로 다수의 가로변접합부(11)들이 노출되고, 또한 상,하부틀(20)(21)의 전,후방에는 서로 마주 접한 한 조의 세로변접합부(13)들이 노출되어 있으므로 두께가 얇은 이들 접합부(11)(13)들을 브레이징 또는 레이저로 쉽게 용접할 수 있다. 브레이징 또는 레이저 용접과정에서 가로변접합부(11)는 상부틀(20)의 가로변접합부받침(23)에 직접 브레이징이나 레이저로 용접 고정되기 때문에 상,하부틀(20)(21)과 전열판재(10)들의 체결력이 한층 강화된다.

도 5는 본 발명 다른 실시예로써, 본 발명 한 실시예와 동일 구성을 갖는다. 단지 가로변접합부(11)가 상부틀(20)의 가로변접합부받침(23) 및 하부틀(21)의 가로변접합부받침(23)에 엇갈리게 놓이도록 다수의 전열판재(10)들을 끼움자리(22)에 조립한 차이가 있다.

10 : 전열판재 11 : 가로변접합부
12 : 세로변측벽 13 : 세로변접합부
14 : 간격유지구 20 : 상부틀
21 : 하부틀 22 : 끼움자리
23 : 가로변접합부받침 24 : 세로변접합부끼움홈
30 : 가로통로 40 : 세로통로

Claims (3)

1. 사각 형태의 전열판재를 구비하되, 상기 전열판재는 가로변의 상측에 한쪽으로 직각 절곡된 가로변접합부가 구비되고, 상기 양쪽의 세로변에는 상기 가로변접합부의 반대쪽으로 직각 절곡된 세로측벽이 구비되며, 상기 각 세로측벽에는 세로변과 나란하게 외향으로 직각 절곡된 세로변접합부가 구비되고;
   상기 두 개의 전열판재가 상기 세로변접합부들이 마주 접한 상태로 이들 사이에 세로통로가 형성되도록 한 조를 이뤄서 끼워지게 다수의 끼움자리를 갖는 상부틀 및 하부틀을 구비하되, 상기 끼움자리들은 서로 이웃한 각 조의 전열판재들 사이로 가로통로가 형성되는 간격만큼 떨어져 구비되며, 각 끼움자리에는 길이방향 양단으로 상기 마주 접한 세로변접합부들이 억지끼움식으로 조립되는 세로변접합부끼움홈이 형성되고;
   상기 각 조의 가로변접합부들은 상기 상부틀의 끼움자리들 사이에 겹쳐져 놓여 브레이징 또는 레이저 용접되고, 상기 마주접하는 세로변접합부들도 브레이징 또는 레이저로 용접됨을 특징으로 하는 기체용 판형 열교환기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 각 전열판재에는 상기 가로통로 쪽으로 돌출된 간격유지구를 다수개 형성하되, 상기 간격유지구들은 상기 가로통로 간격의 절반으로 하여 마주 접하는 다른 전열판재의 간격유지구들과 중간지점에서 접하도록 한 것을 특징으로 하는 기체용 판형 열교환기.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 전열판재는 두께 0.1mm ∼ 0.15mm의 박판이고,
   상기 가로통로는 0.7mm ∼ 1mm 의 간격으로 구성됨을 특징으로 하는 기체용 판형 열교환기.

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