KR101777482B1 - 안전장치가 구비된 판형 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 안전장치가 구비된 판형 열교환기에 관한 것으로, 특히 판형 열교환기의 인입 측으로 유입되는 열매체의 압력에 신속히 반응하면서 안정적으로 동작할 수 있게 되는 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 전열유로를 가지는 열교환판, 상기 열교환판의 상면과 하면에 결합되는 커버플레이트, 상기 커버플레이트에 구비되는 유입구 및 유출구, 판형 열교환기의 과부하를 방지하기 위해 안전수단으로 된 안전장치가 구비된 판형 열교환기에 있어서, 상기 유입구가 있는 플로우홀의 반대 측 커버플레이트에 결합하여 일체화되며 내부 챔버를 통해 플로우홀이 개통되는 실린더형 밸브하우징; 상기 챔버의 하단부에 투입되어 플로우홀을 차단하며 중앙의 밴트홀을 통해 플로우홀 내의 압력이 작용하도록 된 밸브시트; 상기 밸브시트의 상면에 안착하여 밴트홀을 차단하는 밸브헤드; 상기 밸브헤드의 상면에 밀착하여 탄력적으로 가압력이 작용하는 스프링; 상기 밸브하우징의 챔버 상부에 결합하여 밀폐하고 스프링을 가압하며 중앙에는 감압구멍을 가지는 플러그; 로 구성됨을 특징으로 하는 안전장치가 구비된 판형 열교환기를 제안한다.

Description

안전장치가 구비된 판형 열교환기{Plate type heat exchanger having a safety valve}

본 발명은 안전장치가 구비된 판형 열교환기에 관한 것으로, 특히 판형 열교환기의 인입 측으로 유입되는 가열 또는 피가열 열매체의 압력에 신속히 반응하면서 안정적으로 동작할 수 있게 되는 안전장치가 구비된 판형 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 판형 열교환기는 얇은 금속판들을 다중으로 적층하여 가열 열매체와 피가열 열매체가 각 층의 전열유로를 통과하면서 상호 열교환하게 된다.

상기 판형 열교환기는 사용되는 열매체에 따라 고온 또는 고압이 작용하며, 내부 압력이 ~50kg/㎠G 이상으로 고압이 작용하게 되면 누설이나 파손의 위험성이 높다. 이에 상기 판형 열교환기에는 안전밸브를 구비하여 내부의 사용압력이 허용압력을 넘어서게 되면 자동으로 안전밸브가 개방되면서 과압을 해제시켜 과부하를 방지하게 된다.

상기 안전밸브는 고압을 수용하는 고압용기나 고압장치 등의 내부 압력이 규정 이상으로 상승하게 되면 자동적으로 작동하면서 압력을 방출시킴에 따라 장치의 과부하나 손상 및 파손을 방지하게 된다.

상기의 판형 열교환기에 널리 사용되고 있는 통상의 안전밸브는 도 1에서 예시하고 있는 것처럼, 밸브몸체의 상부에 탄성체 및 하우징이 결합된 복잡다단한 구성이고, 규격이 크고 무겁기 때문에 기존의 압력장치에 비해 비교적 콤팩트한 구성을 가지는 판형 열교환기에 부착시 부피가 비대해지고 설치 공간을 많이 차지하는 단점이 있었다.

여기서 상기의 안전밸브에 관한 종래의 선행기술(특허문헌)을 살펴보면, 국내등록특허공보 제821658호(2008년4월14일자, 등록공고)의 '이중 안전기능의 안전밸브' 또는 국내공개특허공보 제2006-0002206호(2006년09월27일자, 공개)의 '고압가스용 밸브의 안전변 보호캡' 등이 공지된 바에 있으며, 이를 참조하면 더욱 용이하게 이해가 될 것이다. 그런데 그 구성이 복잡다단하여 제작 및 생산이 어렵고 제조원가 및 제품의 가격이 비싸며 고장의 발생위험성이 높아서 비효율적인 문제점이 있었다.

한편, 본원 발명의 출원인은 앞서, 국내 공개특허공보 제2005-0098370호(2005년10월19일자, 출원), '압축천연가스의 연소를 위한 에어 드라이어용 판형 열교환기의 제조방법' 및 국내등록특허공보 제1094469호(2011년12월08일자, 등록)의 '분배구가 구비된 판형 열교환기' 이외에도 다수 건을 제안하여 공지된 바에 있으며, 이미 공지된 바에 따라 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 이처럼 본원 발명의 출원인은 해당분야에 지속적인 기술개발을 통해 산업발전에 이바지하고 있으며, 특히 판형 열교환기의 안전성 개선 및 품질향상을 통한 국내 내수시장의 발전을 위해 지속적으로 노력하고 있다.

국내 등록특허공보 제821658호(2008년4월14일, 등록공고), '이중 안전기능의 안전밸브' 국내 공개특허공보 제2006-0002206호(2006년09월27일, 공개), '고압가스용 밸브의 안전변 보호캡' 국내 공개특허공보 제2005-0098370호(2005년10월19일자, 출원), '압축천연가스의 연소를 위한 에어 드라이어용 판형 열교환기의 제조방법' 국내 등록특허공보 제1094469호(2011년12월08일자, 등록, 본원과 출원인이 동일한 발명) '분배구가 구비된 판형 열교환기'

본 발명의 목적은 판형 열교환기의 인입 측 플로우홀에 소형화되고 콤팩트한 구성의 안전밸브를 구비하여 열매체의 허용압력을 넘거나 유입압력이 불규칙하게 투입되는 등의 긴급상태가 발생시 신속히 반응하여 과압을 방출시키고 내압을 안정화할 수 있게 되는 안전장치가 구비된 판형 열교환기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 유입 측의 플로우홀에 삽입되는 버퍼필터를 안전밸브의 밸브하우징을 통해 플로우홀에 삽입하고 유입구의 열매체가 이 버퍼필터를 거쳐 플로우홀로 투입되므로, 내부 압력이 안정화되고 에어밴팅현상 또는 맥동현상 등을 방지할 수 있는 안전장치가 구비된 판형 열교환기를 제공하는 데에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 전열유로를 가지는 열교환판, 상기 열교환판의 상면과 하면에 결합되는 커버플레이트, 상기 커버플레이트에 구비되는 유입구 및 유출구, 판형 열교환기의 과부하를 방지하기 위해 안전수단으로 된 안전장치가 구비된 판형 열교환기에 있어서, 상기 유입구가 있는 플로우홀의 반대 측 커버플레이트에 구비되며, 하단 확관부를 커버플레이트의 밸브구멍에 삽입한 채 브레이징 접합시켜 일체화되어 져 내부 챔버를 통해 플로우홀이 개통된 실린더형 밸브하우징; 상기 챔버의 하단부에 투입되어 플로우홀을 차단하며 중앙의 밴트홀을 통해 플로우홀 내의 압력이 작용하도록 된 밸브시트; 상기 밸브시트의 상면에 안착하여 밴트홀을 차단하는 밸브헤드; 상기 밸브헤드의 상면에 밀착하여 탄력적으로 가압력이 작용하는 스프링; 상기 밸브하우징의 챔버 상부에 결합하여 밀폐하고 스프링을 가압하며 중앙에는 감압구멍을 가지는 플러그; 로 구성이 되되, 상기 밸브하우징의 내측 챔버를 통해서 실린더형의 버퍼필터가 플로우홀에 투입되며, 상기 버퍼필터는 하단부가 상기 유입구에 결합되고 상단부의 테두리가 챔버 하단부의 걸림턱에 안착한 채 상기 밸브시트에 의해 고정되며; 상기 밸브시트는 윗면에 깔때기 형태의 시트홈을 형성하고 상기 밸브헤드의 밑면이 시트홈에 대응하는 콘 형태로 형성되며, 상기 밸브하우징의 내면에 형성된 암나사에 나사 조립되며, 중앙의 밴트홀이 다각형으로 형성함에 따라 이에 대응하는 다각형의 회전공구를 사용하여 조립 및 분리하도록 구성된 것을 특징으로 하는 안전장치가 구비된 판형 열교환기를 제안한다.

삭제

삭제

삭제

삭제

본 발명은 판형 열교환기의 커버플레이트에 부착시켜 소형화가 가능하도록 일체화되는 콤팩트한 구조로, 그 구조가 간단하면서도 커버플레이트에 접합시켜 일체화된 견고한 구성이며, 판형 열교환기의 소형화와 내구성이 한층 더 향상되는 효과가 있다. 더욱이 인입 측 플로우홀의 유입구 반대편에 안전밸브를 구비하여 이 플로우홀로 유입되는 열매체의 압력이 안전밸브에 작용하고 밸브헤드가 신속 정확히 반응하면서 탄력적으로 감압이 이루어지게 된다.

본 발명은 플로우홀로 유입되는 열매체가 버퍼필터를 거쳐 일정하게 전열유로로 공급이 되므로, 상기 버퍼필터에 의해 열매체가 파쇄되고 플로우홀 내에 골고루 분산되기 때문에 플로우홀의 내부 압력이 균일해지고 국부적인 열 정체현상이나 열 집중현상 등을 방지하여 열교환효율이 극대화된다. 특히, 에어밴팅현상 또는 맥동현상과 같은 과부하를 방지하고 안전성이 뛰어나며 열교환판의 손상 및 파손을 방지하여 수명이 매우 연장되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 안전장치가 구비된 판형 열교환기의 구성을 분리하여 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 주요부인 안전밸브를 단면으로 확대하여 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 안전밸브의 동작상태를 나타낸 도면.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략한다.

상기 도면에 따르는 본 발명의 안전장치가 구비된 판형 열교환기는, 전열유로를 가지는 열교환판(12), 상기 열교환판(12)의 상면과 하면에 결합되는 커버플레이트(14), 상기 커버플레이트(14)에 구비되는 유입구(16) 및 유출구(18), 판형 열교환기의 과부하를 방지하기 위해 안전수단으로 된 안전장치가 구비된 판형 열교환기에 있어서, 상기 유입구(16)가 있는 플로우홀(13)의 반대 측 커버플레이트(14)에 결합하여 일체화되며 내부 챔버(22)를 통해 플로우홀(13)이 개통되는 실린더형 밸브하우징(20); 상기 챔버(22)의 하단부에 투입되어 플로우홀(13)을 차단하며 중앙의 밴트홀(44)을 통해 플로우홀(13) 내의 압력이 작용하도록 된 밸브시트(40); 상기 밸브시트(40)의 상면에 안착하여 밴트홀(44)을 차단하는 밸브헤드(50); 상기 밸브헤드(50)의 상면에 밀착하여 탄력적으로 가압력이 작용하는 스프링(60); 상기 밸브하우징(20)의 챔버(22) 상부에 결합하여 밀폐하고 스프링(60)을 가압하며 중앙에는 감압구멍(72)을 가지는 플러그(70); 로 구성됨을 특징으로 한다.

위를 더욱 자세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 안전장치가 구비된 판형 열교환기(100)는 열교환판(12)들과 상면 및 하면의 커버플레이트(14), 그리고 가열 열매체 또는 피가열 열매체가 출입하기 위한 통로인 유입구(16) 및 유출구(18)가 구비되며, 판형 열교환기 내부의 과부하를 방지하기 위한 안전수단으로 안전밸브(10)가 구비된다. 복수 개의 열교환판(12)들이 다중으로 적층해서 이 열교환판 사이에 전열유로가 형성된다. 그리고 가장자리의 일측 플로우홀(13)에 가열 열매체가 통과하는 유입구 및 유출구가 결합되고, 타측의 플로우홀에는 피가열 열매체가 통과하는 유출구 및 유출구가 구비된다. 이에 상기 가열 열매체 및 피가열 열매체가 플로우홀를 통해서 각 층(채널)의 전열유로를 따라 흐르게 되면서 상호 열교환된다. 상기 열교환판(12)은 일정한 패턴(V자 또는 빗살무늬 등)의 전열유로(Herringbone)를 가지는 A타입의 열교환판과 B타입의 열교환판이 서로 번갈아 적층되며 상면과 하면에는 커버플레이트(14)가 결합하여 브레이징 방식으로 접합시켜 일체화된다. 상가 커버플레이트(14)에는 플로우홀(13)이 있는 위치에 밸브구멍(15)을 형성하고 이 밸브구멍에 안전밸브(10)가 결합된다.

상기 안전밸브(10)는 유입구(16)가 있는 커버플레이트(14)의 반대편 커버플레이터의 플로우홀(13)에 구비되며, 상기 유입구를 통해 유입되는 열매체 또는 피가열 열매체의 압력에 의해 신속 정확히 반응하게 된다. 이를 위한 상기 안전밸브(10)는 밸브하우징(20), 밸브시트(40), 밸브헤드(50), 스프링(60)으로 구성된다.

상기 밸브하우징(20)은 유입구(16)가 있는 플로우홀(13)의 반대 측 밸브구멍(15)에 결합되며 상기 플로우홀이 내측 챔버(22)를 통해 외부로 개통되는 실린더형으로 형성된다. 상기 밸브하우징(20)은 내면에 나사부(24)가 형성되고 이 나사부의 하단에 걸림턱(26)을 형성하여 밸브시트(40)가 안착된다.

여기서 본 발명에 따르면, 상기 밸브하우징(20)은 하단 확관부(28)를 커버플레이트(14)의 밸브구멍(15)에 삽입한 채 브레이징 접합시켜 일체화된 것을 특징으로 한다. 다시 말해 상기 밸브하우징(20)은 외측 하단부에 형성된 확관부(28)룰 밸브구멍(15)에 삽입하고 단부를 확관시켜 커버플레이트의 내면에 밀착시킨 상태로 브레이징 방식에 의해 접합시켜 견고히 고정한다.

상기 밸브시트(40)는 챔버(22)의 안쪽 하단부에 삽입하여 걸림턱(26)에 도달되며 그 위에 밸브헤드(50)가 안착된다. 상기 밸브시트의 중앙에 형성된 밴트홀(44)이 밸브헤드에 의해 차단되어 플로우홀(13)의 내부 압력이 작용하도록 된다.

본 발명에 따르면, 상기 밸브시트(40)는 윗면에 깔때기 형태의 시트홈(42)을 형성하고 상기 밸브헤드(50)의 밑면이 시트홈(42)에 대응하는 콘 형태로 구성된 것을 특징으로 한다. 좀더 구체적으로 상기 시트홈(42)와 밸브헤드(50)은 접촉면의 단면이 도면에서처럼 'V'형태이고 접촉면의 각도(내각)가 100~170도 범위 이내로 형성되는 것이 바람직하다. 한편 밸브시트와 밸브헤드의 접촉면에는 씰링이나 가스켓과 같은 누설방지부재(46)를 구비하여 긴밀하게 차단된다.

또 본 발명은, 상기 밸브하우징(20)의 내면에 암나사(24)를 형성하여 밸브시트(40)가 나사 조립되며, 상기 밸브시트(40)는 밴트홀(44)이 다각형으로 형성함에 따라 이에 대응하는 다각형의 회전공구를 사용하여 조립 및 분리하도록 구성된 것을 특징으로 한다. 즉 상기 밸브시트(40)는 밸브하우징의 내면 나사부(24)를 따라 나사 조립되며, 이때 밴트홀(44)에 회전공구를 끼워 나사부를 따라 용이하게 나사 조립하게 된다. 이를 위해 상기 밴트홀(44)을 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 등의 다각형으로 형성하고 이에 대응하는 회전공구를 사용하여 나사를 용이하게 풀거나 조일 수 있는 조립식으로 구성된다.

다음, 상기 밸브헤드의 상부에는 스프링(60)과 플러그(70)가 순서대로 결합되며, 상기 스프링의 탄성 복원력에 의해 밸브헤드를 가압하여 탄력적으로 밸브시트에 밀착된다. 상기 플러그(70)는 나사부(24)로 조립되어 챔버를 밀폐함과 동시에 스프링(60)을 가압시켜 밸브가 차단된다. 이때 플러그의 나사를 회전시켜 풀거나 조이는 방향에 따라 밸브헤드를 누르는 스프링의 가압력이 가변되며 상기 밴트홀을 차단하고 있는 밸브헤드의 개방압력이 용이하게 조절된다. 즉 상기 플로우홀에 허용압력 이상으로 과압이 작용하게 되면 안전밸브가 개방되도록 허용압력을 설정하는 것이다.

상기 플러그(70)는 중앙에 감압구멍(72)을 형성하여 밸브가 개방시 챔버의 압력을 방출하게 되며, 이때 상기 플러그(70)에는 이송관체(80)가 결합하여 압력용기 등의 수용공간으로 이동된다.

상기 이송관체(80)의 말단에는 압력용기(82)가 결합하여 과압으로 배출되는 가열 또는 피가열 열매체를 수용하여 안전하게 회수된다. 상기 압력용기(82)는 내장된 튜브 등에 열매체가 담기고 이후 펌프나 콤프레서와 같은 열매체공급수단(90)에 의해 공급관체를 따라 유입구로 다시 순환 공급하도록 구성된다.

다음 본 발명에 따른 안전장치가 구비된 판형 열교환기(10)는 인입 측의 플로우홀에 버퍼필터(30)를 삽입하여, 상기 유입구(16)를 통해 인입되는 가열 또는 피가열 열매체의 압력이 안전밸브(10)로 전달되므로 신속 정확하게 반응하고 정밀하게 동작이 된다.

이를 위해 본 발명은, 상기 밸브하우징(20)의 내측 챔버(22)를 통해서 버퍼필터(30)가 플로우홀(13)에 투입되고, 상기 버퍼필터(30)는 중공의 실린더형으로 형성되며 상단부의 테두리(34)가 챔버(22) 하단부의 걸림턱(26)에 안착한 채 상기 밸브시트(40)에 의해 고정되고 하단부가 상기 유입구(16)에 결합된 것을 특징으로 한다. 상기 버퍼필터(30)는 밸브시트를 조립하기 전 미리 챔버를 통해 플로우홀에 삽입시켜 밸브시트를 조립시켜 고정이 되며 하단부를 유입구의 확장부 내측 홈에 삽입시킴에 따라 흔들리지 않도록 고정된다. 이때 상단 테두리(34)가 걸림턱(26)에 안착한 채 밸브시트(40)로 고정되며, 접촉부위에 씰링이나 가스켓과 같은 누설방지부재(46)가 구비된다. 상기 버퍼필터(30)는 스크린이나 매시(Mesh), 타공판 등으로 구성되어 열매체의 찌꺼기나 이물질 등을 여과하며, 바스켓 형태의 금속 프레임(32)으로 보강되어 변형 또는 손상되지 않도록 충분한 내구성을 가진다.

상기 버퍼필터(30)는 유입구를 통해 인입되는 열매체의 압력이 밸브시트에 그대로 밴트홀에 작용하면서 안전밸브가 신속 정확히 반응하게 되며 열교환기 내부에 발생할 과부하를 미리 방지하게 된다. 또한 상기 버퍼필터(30)에 의해 열매체가 파쇄되고 플로우홀 내에 골고루 분산되기 때문에 플로우홀의 내부 압력이 균일해지고 안정되며 국부적인 열 정체현상이나 열 집중현상 등을 방지하여 열교환 효율이 극대화되며 특히, 에어밴팅현상 또는 맥동현상과 같은 과부하를 방지하여 안정성이 우수하다.

10:안전밸브, 12:열교환판, 13:플로우홀, 14:커버플레이트, 16:유입구, 18:유출구, 20:밸브하우징, 22:챔버, 24:테두리, 26:걸림턱, 28:확관부, 30:버퍼필터, 32:프레임, 34:테두리, 40:밸브시트, 42:시트홈, 44:밴트홀, 46:씰링, 50:밸브헤드, 52:씰링, 60:스프링, 70:플러그, 72:감압구멍, 80:이송관체, 82:압력용기, 90:열매체 공급수단, 100:판형 열교환기

Claims (5)

1. 전열유로를 가지는 열교환판(12), 상기 열교환판(12)의 상면과 하면에 결합되는 커버플레이트(14), 상기 커버플레이트(14)에 구비되는 유입구(16) 및 유출구(18), 판형 열교환기의 과부하를 방지하기 위해 안전수단으로 된 안전장치가 구비된 판형 열교환기에 있어서,
   상기 유입구(16)가 있는 플로우홀(13)의 반대 측 커버플레이트(14)에 구비되며, 하단 확관부(28)를 커버플레이트(14)의 밸브구멍(15)에 삽입한 채 브레이징 접합시켜 일체화되어 져 내부 챔버(22)를 통해 플로우홀(13)이 개통된 실린더형 밸브하우징(20); 상기 챔버(22)의 하단부에 투입되어 플로우홀(13)을 차단하며 중앙의 밴트홀(44)을 통해 플로우홀(13) 내의 압력이 작용하도록 된 밸브시트(40); 상기 밸브시트(40)의 상면에 안착하여 밴트홀(44)을 차단하는 밸브헤드(50); 상기 밸브헤드(50)의 상면에 밀착하여 탄력적으로 가압력이 작용하는 스프링(60); 상기 밸브하우징(20)의 챔버(22) 상부에 결합하여 밀폐하고 스프링(60)을 가압하며 중앙에는 감압구멍(72)을 가지는 플러그(70); 로 구성이 되되,
   상기 밸브하우징(20)의 내측 챔버(22)를 통해서 실린더형의 버퍼필터(30)가 플로우홀(13)에 투입되며, 상기 버퍼필터(30)는 하단부가 상기 유입구(16)에 결합되고 상단부의 테두리(34)가 챔버(22) 하단부의 걸림턱(26)에 안착한 채 상기 밸브시트(40)에 의해 고정되며;
   상기 밸브시트(40)는 윗면에 깔때기 형태의 시트홈(42)을 형성하고 상기 밸브헤드(50)의 밑면이 시트홈(42)에 대응하는 콘 형태로 형성되며, 상기 밸브하우징(20)의 내면에 형성된 암나사(24)에 나사 조립되며, 중앙의 밴트홀(44)이 다각형으로 형성함에 따라 이에 대응하는 다각형의 회전공구를 사용하여 조립 및 분리하도록 구성된 것을 특징으로 하는 안전장치가 구비된 판형 열교환기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제

Images