KR101640905B1 - 열교환기용 확장형 플레이트 팩 및 이를 이용한 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 확장형 플레이트 팩은 열매체 채널이 삽입되는 포트홀이 형성된 플레이트와, 플레이트의 모서리 및 포트홀의 일측에 연접하여 배치된 개스킷을 포함하는 복수 개의 플레이트 팩에 있어서, 플레이트 팩은 일 플레이트의 하부에 타 플레이트를 배치하고, 일 플레이트팩의 하부와 타 플레이트의 상부에 결합되는 커넥팅플레이트를 특징으로 하며, 확장형 플레이트 팩을 이용한 열교환기는 일 플레이트 팩과 타 플레이트 팩의 하부와 상부에 결합된 커네팅플레이트를 포함하는 확장형 플레이트 팩이 중첩배치된 플레이트 팩 어셈블리과, 플레이트 팩 어셈블리의 일측과 타측에 배치된 제1고정플레이트와 제2고정플레이트와, 제1고정플레이트와 제2고정플레이트에 고정된 가이더를 포함하고, 플레이트 팩에는 플레이트의 모서리에 연접하여 일면 방향으로 볼록하게 돌출된 절곡부가 형성되어, 확장형 플레이트 팩이 적층시 절곡부는 상호 중첩되어 폐공간을 형성하는 것이 바람직하다.

Description

열교환기용 확장형 플레이트 팩 및 이를 이용한 열교환기{EXPANDABLE PLATE PACK AND HEAT EXCHANGER HAVING THE SAME}

본 발명은 용량 및 운전조건에 따라 확장 가능한 플레이트 팩 및 이를 이용한 열교환기에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 조립형 판형 열교환기에 사용되는 열교환기용 확장형 플레이트 팩 및 이를 이용한 열교환기에 관한 것이다.

열교환기는 형태별로 구분하면 shell & tube 형 열교환기， fin & tube 열 교환기, 판형 열교환기, 이중관 열교환기, Spiral 열교환기 및 lamella 열교환기 등이 있다.

이중 판형 열교환기는 플레이트에 주름을 형성하여 열전달 효과를 향상시킨 형태와 전열판과 전열판 사이에 내부 핀을 넣어 열전달 효과를 향상시킨 형태가 있으며, 이러한 판형 열교환기는 아주 낮은 Reynolds 수에서도 난류를 유도할 수 있기 때문에 열전달 계수는 shell & tube 열교환기에 비해 2-4배 정도로 크며, 구조상 by-pass와 혼수가 없어 항상 향류 형태로 구성할 수 있는 장점이 있다. 즉 shell & tube 열교환기는 실제 온도차가 약 5도 이상이 되는 조건에서만 사용이 가능하나 판형 열교환기는 그 온도차가 1도 정도의 적은 온도차에서도 사용 가능한 장점이 있다.

이러한 장점에도 판형 열교환기는 플레이트로 구성되어 있어 고압에 취약하며, 플레이트에 장착된 개스킷의 장착 방법과 재질에 따라 사용이 제한되는 문제가 있다.

또한, 판형 열교환기는 용량에 따라 플레이트의 수를 증가시키거나 플레이트의 크기를 증가시켜야 하는데, 플레이트의 수를 증가시키는 경우 플레이트를 통과하는 열매체의 유속을 감소시켜 열전달 성능의 저하를 가져오는 문제를 발생시키며, 플레이트의 크기를 증가시키는 경우 용량에 따른 별도의 플레이트를 제작하여야하므로 크기에 따른 다양한 금형 및 프레스 설비 보유 필요, 재고 증가 등 많은 추가적인 비용이 소요되는 문제를 발생시킨다.

한국 공개특허 10-2013-0101531

본 발명에 따른 확장형 플레이트 팩 및 이를 이용한 열교환기는 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.

첫째, 열교환기의 용량에 따라 다양한 크기의 플레이트의 제작을 하지 않고도 몇 개의 표준 크기의 플레이트 조합을 통해 다양한 용량의 플레이트 열교환기를 구성할 수 있도록 하고자 한다. 그렇게 함으로서 현재까지는 주문제작 형태로 제작되던 것을 표준 크기의 플레이트에 대하여 대량 생산이 가능하고, 이를 조합하여 주문 용량에 맞추어 조립 납품이 가능해 짐으로서 재고를 줄이고 생산가격을 낮출 수 있어 경쟁력을 높일 수 있다.

둘째, 플레이트 팩의 개스킷이 열화현상에 의하여 쉽게 손상되는 것을 방지할 수 있도록 하고자 한다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 확장형 플레이트 팩은 열매체 채널이 삽입되는 포트홀이 형성된 플레이트와, 플레이트의 모서리 및 포트홀의 일측에 연접하여 배치된 개스킷을 포함하는 복수 개의 플레이트 팩에 있어서, 플레이트 팩은 일 플레이트의 하부에 타 플레이트를 배치하고, 일 플레이트팩의 하부와 타 플레이트의 상부에 결합되는 커넥팅플레이트를 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 확장형 플레이트 팩의 플레이트는 플레이트의 모서리에 연접하여 일면 방향으로 볼록하게 돌출된 절곡부가 형성되며, 절곡부는 확장형 플레이트 팩이 적층시 상호 중첩되어 폐공간을 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 확장형 플레이트 팩의 플레이트에는 절곡부에 인접하여 개스킷이 배치되며, 개스킷은 절곡부를 기준으로 플레이트의 모서리 방향에 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 확장형 플레이트 팩의 절곡부에 인접하여 배치된 개스킷의 경우 커넥팅플레이트에 대응된 개스킷 부분은 커넥팅플레이트가 삽입되도록 '⊃'자 형상으로 슬릿이 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 확장형 플레이트 팩의 플레이트의 상단부와 하단부에는 가이더삽입홈이 형성되고, 커넥팅플레이트에는 일 플레이트 하단부의 가이더삽입홈과 타 플레이트 상단부의 가이더삽입홈에 대응하여 리딩바삽입구가 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 확장형 플레이트 팩의 커넥팅플레이트의 리딩바삽입구 주변에는 개스킷삽입홈이 일면 방향으로 오목하게 형성되고, 개스킷삽입홈에는 커넥팅플레이트개스킷이 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 확장형 플레이트 팩을 이용한 열교환기는 일 확장형 플레이트 팩과 타 확장형 플레이트 팩이 중첩배치된 플레이트 팩 어셈블리와, 플레이트 팩 어셈블리의 일측과 타측에 배치된 제1고정플레이트와 제2고정플레이트와, 제1고정플레이트와 제2고정플레이트에 고정된 가이더를 포함하고, 플레이트 팩에는 플레이트의 모서리에 연접하여 일면 방향으로 볼록하게 돌출된 절곡부가 형성되어, 확장형 플레이트 팩이 적층시 절곡부는 상호 중첩되어 폐공간을 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 확장형 플레이트 팩의 절곡부에 인접하여 개스킷이 배치되며, 개스킷은 절곡부를 기준으로 플레이트의 모서리 방향에 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 확장형 플레이트 팩 및 이를 이용한 열교환기의 확장형 프레이트 팩은 커넥팅플레이트를 이용하여 플레이트와 플레이트를 결합시킬 수 있도록 함으로써 열교환기의 용량에 따라 플레이트 팩의 장 수를 증가시키는데 한계가 있는 문제점과 별도의 공정을 통하여 다양한 크기의 플레이트를 새로 제작하는 문제점을 해결함으로써 용량에 적합한 모듈 형태의 플레이트 열교환기를 구성할 수 있는 효과가 있다. 그렇게 함으로써 현재까지는 주문 제작형태로 제작되던 것을 표준크기의 플레이트에 대하여 대량 생산이 가능하고, 이를 조합하여 주문용량에 맞추어 조립 납품이 가능해 짐으로서 재고를 줄이고 생산 가격을 낮출 수 있어 제품 경쟁력을 높일 수 있다.

또한, 개스킷이 배치되는 플레이트 팩에 유체가 정체될 수 있는 유동정체부를 개스킷 안측으로 형성하여 개스킷으로 전달되는 열을 줄일 수 있도록 구성함으로써 개스킷이 열화현상에 의하여 쉽게 손상되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 확장형 플레이트 팩의 정면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 확장형 플레이트 팩에 상요되는 플레이트의 정면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 확장형 플레이트 팩의 커넥팅플레이트가 삭제된 상태의 정면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 확장형 플레이트 팩의 커넥팅플레이트가 도시된 정면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 확장형 플레이트 팩을 이용한 열교환기의 사시도이다.

이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시예에 따른 확장형 플레이트 팩 및 이를 이용한 열교환기에 관하여 구체적으로 설명하겠다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 확장형 플레이트 팩의 정면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 확장형 플레이트 팩에 상요되는 플레이트의 정면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 확장형 플레이트 팩의 커넥팅플레이트가 삭제된 상태의 정면도이다.

또한, 도 4는 도 1에 도시된 확장형 플레이트 팩의 커넥팅플레이트가 도시된 정면도이며, 도 5는 도 1에 도시된 확장형 플레이트 팩을 이용한 열교환기의 사시도이다.

열교환기에 사용되는 플레이트 팩은 일반적으로 포트홀이 형성된 플레이트, 플레이트에 모서리 및 포트홀에 인접하여 배치된 개스킷으로 구성된다. 이러한 플레이트 팩은 앞에서 설명한 바와 같이 열교환기의 용량에 따라 플레이트 팩의 크기를 변경시켜야 하므로 한계가 있었다.

그러나 본 발명에 따른 확장형 플레이트 팩은 도 1과 같이 열매체 채널이 삽입되는 포트홀(12)이 형성된 일 플레이트(10)의 하부에 타 플레이트(10')를 배치하고, 개스킷(20)을 일 플레이트(10)와 타 플레이트(10')에 배치하며, 일 플레이트(10)의 하부와 타 플레이트(10')의 상부에 커넥팅플레이트(30)를 결합시켜 플레이트 자체를 확장시켜 열교환기의 용량에 따라 다양한 크기 및 형상으로 변형을 시킬 수 있다.

이때, 일 플레이트(10)와 타 플레이트(10') 사이에 배치된 개스킷(20)은 커넥팅플레이트(30)가 삽입될 수 있도록 도 1의 A-A'에 따른 단면 확대도와 같이 '⊃'자 형태로 슬릿이 형성된다. 이러한 형상은 일 플레이트(10)의 하부와 타 플레이트(10')의 상부만 그러하며 그 외의 부분에는 사각 단면의 형상을 갖는다.

'⊃'자 형상의 개스킷 부분에 커넥팅플레이트(30)가 삽입되는 슬릿의 높이는 도 3의 C-C'에 따른 확대도와 같이 커넥팅 플레이트(30)의 단면 높이보다 낮도록 구성되어 커넥팅플레이트(30)가 삽입되는 경우 보다 효과적으로 기밀을 유지할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 커넥팅플레이트(30)가 삽입되지 않는 개스킷(20) 부분의 높이는 도 3의 A-A'에 따른 확대도와 같이 일 프레이트(10) 및 타 플레이트(20)의 높이보다 높게 형성되어 확장형 플레이트가 중첩되는 경우 도 5의 확대도와 같이 개스킷(20)과 인접한 플레이트가 밀착될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이러한 개스킷(20)은 모두 일체로 형성되며, 플레이트(10, 10')의 모서리에서 플레이트(10, 10')의 중앙 방향으로 연장된 개스킷은 도 3의 C-C'에 도시된 바와 같이 슬릿의 하부에서 연장형성된다.

이러한 확장형 플레이트 팩의 플레이트(10, 10')에는 도 2와 같이 플레이트(10, 10')의 모서리에 연접하여 일면 방향으로 볼록하게 돌출된 절곡부(14)가 형성되는 것이 바람직하다. 절곡부(14)는 복수 개의 확장형 플레이트 팩(100)이 적층되어 열교환기를 형성하는 경우 상호 맞닿는 절곡부(14)가 인접한 절곡부에 삽입되어 밀착됨으로서 폐공간을 형성하게 된다. 즉, 도 5의 확대도와 같이 절곡부(14)와 절곡부(14)가 삽입되어 형성된 폐공간은 열교환의 매체가 되는 유체의 이동이 제한되므로 단열이 효과적으로 이루어지게 된다.

이때, 절곡부(14)는 도 5의 확대도를 기준으로 돌출된 부분의 상부가 하부보다 좁게 형성되어 확장형 플레이트 팩이 적층되는 경우 절곡부(14)와 인접한 절곡부(14)가 밀착되어 효과적인 단열구간을 형성할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

이러한 플레이트(10, 10')에는 도 3에 도시된 바와 같이 절곡부(14)에 인접하여 개스킷(20)이 배치되며, 개스킷(20)은 상기 절곡부(14)를 기준으로 상기 플레이트(10, 10')의 모서리 방향에 배치되는 것이 바람직하다.

앞에서 설명한 바와 같이 개스킷(20)은 열화현상 등에 의하여 손상이 빈번하게 이루어지므로 확장형 플레이트 팩(100)이 적층되어 열교환기를 구성하는 경우, 절곡부(14)가 구성하는 폐공간에 의하여 단열될 수 있도록 절곡부(14)를 기준으로 모서리 방향에 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 도 4와 같이 플레이트(10, 10')의 상단부와 하단부에는 가이더삽입홈(16)이 형성되고, 커넥팅플레이트(30)에는 일 플레이트(10) 하단부의 가이더삽입홈(16)과 타 플레이트(10') 상단부의 가이더삽입홈(16)에 대응하여 리딩바삽입구(34)를 형성하여 플레이트(10, 10') 및 커넥팅플레이트(30)가 확장형 플레이트 팩(100)을 구성하고, 적층되어 플레이트 팩 어셈블리(200) 및 열교환기를 형성하는 경우 도 5와 같이 리딩바삽입구(34)에 리딩바(350)가 삽입되어 플레이트 팩 어셈블리(200)을 견고하게 고정시킬 뿐만 아니라 기밀을 유지할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

이때, 리딩바삽입구(34) 주위로 누설이 발생되는 것을 방지하기 위하여 커엑팅플레이트(30)의 리딩바삽입구(34) 주변에는 개스킷삽입홈(32)이 일면 방향으로 오목하게 형성되고, 개스킷삽입홈(32)에는 커넥팅플레이트개스킷(36)을 배치하는 것이 바람직하며, 커넥팅 플레이트(30)와 일 플레이트(10) 및 타 플레이트(10') 기밀이 보다 효과적으로 이루어지도록 커넥팅플레이트(30)가 삽입되는 '⊃'자 형상의 개스킷(20)의 단면높이보다 낮게 이루어지는 것이 바람직하다.

확장형 플레이트 팩을 이용한 열교환기는 도 5와 같이 상술한 확장형 플레이트 팩을 중첩배치하여 플레이트 팩 어셈블리(200)를 형성하고, 플레이트 팩 어셈블리(200)를 고정시켜 구성한다.

이때, 플레이트 팩 어셈블리(200)를 고정하는 구성으로, 도 5와 같이 플레이트 팩 어셈블리(200)의 전면과 타면에 배치된 제1고정플레이트(310)와 제2고정플레이트(320)가 있으며, 제1고정플레이트(310)와 제2고정플레이트(320)의 상부와 하부에는 가이더(330)가 결합된다. 이러한 가이더(330)는 가이더(330)의 측면이 도 5와 같이 플레이트 팩 어셈블리(200)의 상부와 하부에 형성된 가이더갑입홈(16)에 삽입되어 맞닿을 수 있도록 배치되고, 가이더(330)는 서포트(340)에 결합되어 전체적으로 플레이트 팩 어셈블리(200), 제1고정플레이트(310), 제2고정플레이트(320)가 밀착될 수 있도록 구성하며 최종적으로 제1고정플레이트(310)와 제2고정플레이트(320) 측면에 형성된 다수 개의 홈에 조립 밀착용 보울트를 끼워 제1고정플레이트(310)와 제2고정플레이트(320)를 앞뒤로 밀착 조여 줌으로서 플레이트 사이의 개스킷이 눌려 열매체의 누설이 없도록 압착하여 준다. 또한, 리딩바(350)에는 볼트(도면 미도시)가 체결될 수 있도록 나사산이 형성되어 볼트의 방향에 따라 플레이트 팩 어셈블리(200)를 고정할 수 있도록 구성될 수도 있다.

확장형 플레이트 팩이 중첩된 플레이트 팩 어셈블리(200)에 있어서, 하나의 확장형 플레이트 팩(100)과 인접한 확장형 플레이트 팩(100')의 절곡부(14)가 형성한 폐공간은 유동정체부를 형성하여 유체의 유동을 구속하게 된다. 따라서 인접한 개스킷(20)에 전달되는 열 에너지를 감소시킬 수 있게 되어 개스킷(20)이 열화현상에 의하여 쉽게 손상되는 것을 방지할 수 있으며, 사용 가능한 온도와 압력 범위를 기존 제품에 비해 넓힐 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10, 10' : 플레이트 12 : 포트홀
14 : 절곡부 16 : 가이더삽입홈
20 : 개스킷 30 : 커넥팅플레이트
32 : 개스킷삽입홈 34 : 리딩바삽입구
36 : 커텍딩플레이트개스킷 100 : 플레이트 팩
200 : 플레이트 팩 어셈블리 310 : 제1고정플레이트
320 : 제2고정플레이트 330 : 가이더
340 : 서포트 350 : 리딩바

Claims (9)

1. 열매체 채널이 삽입되는 포트홀(12)이 형성된 플레이트(10)와, 상기 플레이트(10)의 모서리 및 포트홀(12)의 일측에 연접하여 배치된 개스킷(20)을 포함하는 복수 개의 플레이트 팩(100)에 있어서,
   상기 플레이트 팩(100)은
   일 플레이트(10)의 하부에 타 플레이트(10')를 배치하고, 일 플레이트(10)의 하부와 타 플레이트(10')의 상부에 결합되는 커넥팅플레이트(30)가 구비되고,
   상기 플레이트(10, 10')는 상기 플레이트(10, 10')의 모서리에 연접하여 일면 방향으로 볼록하게 돌출된 절곡부(14)가 형성되며,
   상기 절곡부(14)는 상기 플레이트 팩(100)이 적층시 상호 중첩되어 열매체 유동이 정체되는 폐공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환기용 확장형 플레이트 팩.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 플레이트(10, 10')에는
   상기 절곡부(14)에 인접하여 개스킷(20)이 배치되며,
   상기 개스킷(20)은 상기 절곡부(14)를 기준으로 상기 플레이트(10, 10')의 모서리 방향에 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 확장형 플레이트 팩.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 절곡부(14)에 인접하여 배치된 개스킷(20) 부분 중
   상기 커넥팅플레이트(30)에 대응된 개스킷(20) 부분은 상기 커넥팅플레이트(30)가 삽입되도록 '⊃'자 형상으로 슬릿이 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 확장형 플레이트 팩.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 플레이트(10, 10')의 상단부와 하단부에는 가이더삽입홈(16)이 형성되고,
   상기 커넥팅플레이트(30)에는 일 플레이트(10) 하단부의 가이더삽입홈(16)과 타 플레이트(10') 상단부의 가이더삽입홈(16)에 대응하여 리딩바삽입구(34)가 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 확장형 플레이트 팩.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 커넥팅플레이트(30)의 가이더삽입홈(16) 주변에는 개스킷삽입홈(32)이 일면 방향으로 오목하게 형성되고, 상기 개스킷삽입홈(32)에는 커넥팅플레이트개스킷(36)이 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 확장형 플레이트 팩.
   
7. 일 확장형 플레이트 팩(100)과 타 확장형 플레이트 팩(100')이 중첩배치된 플레이트 팩 어셈블리(200);
   상기 플레이트 팩 어셈블리(200)의 일측과 타측에 배치된 제1고정플레이트(310)와 제2고정플레이트(320);
   상기 제1고정플레이트(310)와 제2고정플레이트(320)에 고정된 가이더(330)를 포함하고,
   상기 플레이트 팩(100, 100')은
   열매체 채널이 삽입되는 포트홀(12)이 형성된 일 플레이트(10)와, 상기 일 플레이트(10)의 하부에 배치되는 타 플레이트(10')를 포함하며,
   상기 플레이트(10, 10')의 모서리에 연접하여 일면 방향으로 볼록하게 돌출된 절곡부(14)가 형성되어, 상기 확장형 플레이트 팩이 적층시 상기 절곡부(14)는 상호 중첩되어 폐공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 확장형 플레이트 팩을 이용한 열교환기.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 절곡부(14)에 인접하여 개스킷(20)이 배치되며,
   상기 개스킷(20)은 상기 절곡부(14)를 기준으로 상기 플레이트(10, 10')의 모서리 방향에 배치되는 것을 특징으로 하는 확장형 플레이트 팩을 이용한 열교환기.
   
9. 제7항에 있어서,
   상기 제1고정플레이트(310)와 제2고정플레이트(320) 사이에는 상기 플레이트 팩 어셈블리를 관통하여 배치되는 리딩바(350)가 배치되고,
   상기 리딩바(350)에는 볼트가 결합될 수 있도록 나사산이 형성되어, 상기 볼트의 회전방항에 따라 상기 플레이트 팩 어셈블리(200)를 고정시키는 것을 특징으로 하는 확장형 플레이트 팩을 이용한 열교환기.

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