KR101808697B1 - 격벽이 구비된 판형 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열 교환을 위해 경유하는 유체의 이동거리가 증가되며, 설치장소에 적합한 형태로 제작이 가능한 판형 열교환기에 관한 것이다. 본 발명은 제1 유체가 흐르는 제1 유로, 제2 유체가 흐르는 제2 유로, 상기 제1 유로와 상기 제2 유로가 경유하며 열 교환하도록 순차적으로 적층되어 복수 개의 영역을 형성하는 복수 개의 전열판; 및상기 제1 및 제2 유체가 경유하는 이동거리가 증가되도록 상기 전열판에 형성된 하나 이상의 격벽을 포함하며, 복수 개의 상기 전열판 중 외측에 위치하는 상기 전열판에는 상기 제1 및 제2 유체가 유입 및 유출되도록 입구포트와 출구포트가 각각 형성되며, 상기 격벽이 둘 이상 형성될 경우 각각의 상기 격벽은 상기 전열판의 상하측 또는 좌우측에 교번하여 형성되되, 상기 입구포트에 가까운 상기 영역으로부터 상기 입구포트로부터 멀어지는 방향을 따라 상기 격벽의 개수가 감소하는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기를 제공한다. 따라서 열 교환을 위해 경유하는 유체의 이동거리가 증가되므로 열 교환 성능이 향상되고, 입, 출구포트의 위치가 설치장소에 적합하게 형성되므로 설치가 용이하다는 이점이 있다.

Description

격벽이 구비된 판형 열교환기{PLATE TYPE HEAT EXCHANGER HAVING BARRIER RIB}

본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 더 상세하게는 냉매와 냉각수가 경유하며 열 교환하는 이동거리를 증가시켜서 열 교환 성능을 향상되도록 격벽이 구비된 판형 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 차량에는 차량 난방을 위한 히터 코어, 차량 엔진 냉각을 위한 라디에이터, 차량 냉방을 위한 응축기 및, 증발기 등 다양한 유형의 열교환기가 구비된다.

특히, 판형 열교환기는 상이한 두 종류의 유체가 열교환기 내부로 유입되어 상호 열 교환한 후 각각 유출되도록 유로가 구성되어 있는 열교환기로서, 설치면적을 적게 차지하면서도 일반 쉘 앤드 튜브(shell and tube) 방식의 열교환기에 비해 4 배 이상의 전열면적 확보가 가능하기 때문에 많이 사용되고 있다.

도 1은 종래의 판형 열교환기를 도시한 분해사시도이고, 도 2는 A-A 부분의 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 판형 열교환기는 제1 유체가 흐르는 제1 유로(10)와 제2 유체가 흐르는 제2 유로(20)가 형성되어 있다. 이러한 제1 및 제2 유체는 나란하게 배열된 복수 개의 전열판(30)에 의해 구획되는 영역(31)으로 경유하며 상호 열 교환하도록 구성된다.

그러나 종래의 판형 열교환기는 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 유체가 열 교환 영역(31)을 경유할 때 단순히 상향 또는 하향 이동하도록 구성된다. 즉, 열 교환을 위해 경유하는 이동거리가 짧아서 열 교환이 충분하게 이루어지지 않는다는 문제가 있었다.

또한, 제1 및 제2 유체가 유입되는 입구포트(30a)와 출구포트(30b)가 외측에 위치하는 전열판(30)에 형성되는데, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 유체 각각의 입구포트(30a)와 출구포트(30b)가 상호 상이한 전열판(30)에만 형성 가능하도록 구성되어 있으므로 설치장소에 적합한 판형 열교환기를 제공할 수 없다는 문제도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 열 교환을 위해 경유하는 이동거리가 증가된 판형 열교환기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 설치장소에 적합한 형태로 제작이 가능한 판형 열교환기를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 제1 유체가 흐르는 제1 유로, 제2 유체가 흐르는 제2 유로, 상기 제1 유로와 상기 제2 유로가 경유하며 열 교환하도록 순차적으로 적층되어 복수 개의 영역을 형성하는 복수 개의 전열판; 및상기 제1 및 제2 유체가 경유하는 이동거리가 증가되도록 상기 전열판에 형성된 하나 이상의 격벽을 포함하며, 복수 개의 상기 전열판 중 외측에 위치하는 상기 전열판에는 상기 제1 및 제2 유체가 유입 및 유출되도록 입구포트와 출구포트가 각각 형성되며, 상기 격벽이 둘 이상 형성될 경우 각각의 상기 격벽은 상기 전열판의 상하측 또는 좌우측에 교번하여 형성되되, 상기 입구포트에 가까운 상기 영역으로부터 상기 입구포트로부터 멀어지는 방향을 따라 상기 격벽의 개수가 감소하는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기를 제공한다.

상기 입구포트와 상기 출구포트는 동일한 상기 전열판에 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 입구포트와 상기 출구포트는 상기 전열판의 상측 또는 하측에 나란히 형성될 수 있다.

상기 입구포트와 상기 출구포트는 상기 전열판의 상측과 하측에 대향되도록 각각 형성될 수도 있다.

상기 입구포트와 상기 출구포트는 상이한 상기 전열판에 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 입구포트와 상기 출구포트는 상기 전열판의 상측 또는 하측에 나란히 형성될 수 있다.

상기 입구포트와 상기 출구포트는 상기 전열판의 상측과 하측에 대향되도록 각각 형성될 수도 있다.

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본 발명에 따른 판형 열교환기의 효과는 다음과 같다.

첫째, 열 교환을 위해 경유하는 이동거리가 증가되므로 열 교환 성능이 향상되는 이점이 있다.

둘째, 설치장소에 따라 입, 출구포트의 위치를 용이하게 변경할 수 있으므로 설치가 용이하다는 이점이 있다.

도 1은 종래의 판형 열교환기를 도시한 분해사시도이다.
도 2는 A-A 부분의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 판형 열교환기를 도시한 분해사시도이다.
도 4는 B-B 부분의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 판형 열교환기의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 판형 열교환기의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 판형 열교환기를 도시한 분해사시도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 판형 열교환기의 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 판형 열교환기를 도시한 분해사시도이고, 도 4는 B-B 부분의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 판형 열교환기의 단면도이며, 도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 판형 열교환기의 단면도이다.

본 실시예에 따른 판형 열교환기는 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 유체가 흐르는 제1 유로(100), 제2 유체가 흐르는 제2 유로(200), 및 제1 및 제2 유체 상호 간에 열 교환이 이루어지도록 제1 및 제2 유체가 경유하는 영역(310)이 구비된다. 이러한 복수 개의 영역(310)은 복수 개의 전열판(300)에 의해 형성된다.

종래의 판형 열교환기는 전술한 바와 같이, 제1 및 제2 유체가 열 교환을 위해 열 교환 영역(31)을 경유할 때 이동거리가 짧게 형성되어 충분한 열 교환이 이루어지지 않는다는 문제가 있었으나, 본 실시예에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 전열판(300)에 하나 이상의 격벽(400)을 설치한다.

이러한 격벽(400)은 인접한 전열판(300)에 의해 형성되는 열 교환 영역(310)을 추가적으로 구획하여 제1 및 제2 유체의 이동거리를 증가시키는 역할을 한다. 즉, 종래 판형 열교환기는 열 교환 영역(31)에서 제1 및 제2 유체의 흐름이 단순히 상향 또는 하향 이동하도록 구성되어 제1 및 제2 유체의 이동거리(L)가 짧게 형성된 반면, 본 실시예에 따른 판형 열교환기는 열 교환을 위해 제1 및 제2 유체가 열 교환 영역(310)을 경유할 때 진행방향이 변경되도록 격벽(400)을 형성함으로써 결국 제1 및 제2 유체의 열 교환 영역(310) 내에서의 이동거리(2L)가 증가되도록 구성한다.

이와 같이 이동거리가 증가되도록 구성하면 제1 및 제2 유체가 열 교환 영역에서 머무르게 되는 시간이 증가하게 되어 열 교환 성능이 향상된다는 이점이 있다.

도 3 및 도 4에는 전열판(300)에 하나의 격벽(400)이 구비된 경우가 도시되어 있으나, 이러한 격벽(400)은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 복수 개 구비될 수 있다. 하나의 격벽(400)이 구비된 경우 제1 및 제2 유체의 이동거리(2L)는 종전 이동거리(L)의 2 배가 되나, 도 5에 도시된 바와 같이, 격벽(400)이 두 개 구비된 경우에는 제1 및 제2 유체의 이동거리(3L)가 종전 이동거리(L)의 3 배가 된다.

즉, 격벽(400)의 개수를 늘리면 제1 및 제2 유체가 열 교환 영역(310) 내에서 머무르는 시간이 증가하게 된다.

다만, 격벽(400)이 증가함으로 인해 열 교환 영역(310)이 구획되는 개수도 증가하게 되는데, 이는 곧 제1 및 제2 유체가 경유하는 유로면적이 축소되는 것을 의미한다. 유로면적이 지나치게 축소되면 제1 및 제2 유체가 원활하게 흐르지 못하는 다른 문제가 발생할 수 있기 때문에 격벽(400)의 개수는 제1 및 제2 유체가 흐르는 유로면적을 고려하여 결정하는 것이 바람직하다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 격벽(400)은 전열판(300)의 상하방향으로 형성될 수 있으나, 도 6에 도시된 바와 같이, 전열판(300)의 좌우방향을 따라 형성될 수도 있다. 도 6과 같이 구성하면 제1 및 제2 유체가 열 교환을 위해 경유하는 이동거리는 4ℓ이 된다.

격벽(400)이 둘 이상이 형성되는 경우에는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 전열판(300)의 상하측 또는 좌우측에 교번하여 형성되는 것이 바람직하다. 도 5는 전열판(300)의 상하측에 교번하여 격벽(400)이 형성되고, 도 6은 전열판(300)의 좌우측에 교번하여 격벽(400)이 형성된다. 이와 같이 구성하면 열 교환 영역(310)을 경유하는 제1 및 제2 유체가 특정 부분에 정체되지 않고 열 교환 영역(310)을 고르게 이동하기 때문에 열 교환 성능이 향상된다.

복수 개의 상기 전열판(300) 중 외측에 위치하는 전열판(300)에는 제1 및 제2 유체가 각각 유입, 유출되도록 도 3에 도시된 바와 같이, 입구포트(301)와 출구포트(302)가 각각 형성된다.

이러한 입구포트(301)와 출구포트(302)는 동일한 전열판(300)에 형성될 수 있다. 즉, 제1 유체가 유입, 유출되는 입구포트(301)와 출구포트(302)를 동일한 전열판(300)에 형성하고, 제2 유체가 유입, 유출되는 입구포트(301)와 출구포트(302)도 동일한 전열판(300)에 형성하는 것이 가능하다.

전술한 바와 같이, 입구포트(301)와 출구포트(302)가 동일한 전열판(300)에 형성된 경우에도 입구포트(301)와 출구포트(302)의 형성위치가 달라질 수 있다. 즉, 입구포트(301)와 출구포트(302)가 전열판(300)의 상측 또는 하측에 나란히 형성(도 4 참조)되거나, 또는 입구포트(301)와 출구포트(302)가 상호 대향되도록 전열판(300)의 상측과 하측에 각각 형성(도 5 및 도 6 참조)될 수 있는 것이다.

도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 판형 열교환기를 도시한 분해사시도이다.

제1 및 제2 유체가 각각 유입, 유출되는 입구포트(301)와 출구포트(302)를 도 7에 도시된 바와 같이, 상이한 전열판(300)에 형성하는 것도 가능하다. 이러한 경우에도 입구포트(301)와 출구포트(302)를 전열판(300)의 상측 또는 하측에 나란히 형성하거나, 상호 대향되도록 전열판(300)의 상측과 하측에 각각 형성하는 것도 가능하다.

이와 같이 입구포트(301)와 출구포트(302)의 형성위치를 변경 가능하도록 제1 및 제2 유로(100, 200)를 형성하면 판형 열교환기의 설치장소에 적합한 형태의 판형 열교한기를 설치할 수 있다는 이점이 있다.

전열판(300)에 격벽(400)이 형성될 경우 제1 및 제2 유체가 이동하는 이동거리가 증가하게 되며, 이로 인해 열 교환 영역(310)에서 제1 및 제2 유체가 머무르는 시간이 증가되어 판형 열교환기의 열 교환 성능이 향상된다.

격벽(400)은 제1 및 제2 유체의 이동방향을 전환시켜서 제1 및 제2 유체가 열 교환 영역(310)에서 머무르는 시간을 증가시켜주는 역할을 한다. 즉, 이는 격벽(400)이 제1 및 제2 유체의 흐름에 대하여 저항으로 작용하는 것이다. 입구포트(301)에 가까운 열 교환 영역(310)으로 유입되는 제1 및 제2 유체는 운동량이 크므로 격벽(400)의 개수가 많아도 원활하게 이동이 가능하다.

하지만, 입구포트(301)로부터 멀리 떨어진 열 교환 영역(310)으로 유입되는 제1 및 제2 유체는 제1 및 제2 유로(100, 200)의 저항으로 인해 운동량이 감소된 상태이므로 상대적으로 적은 개수의 격벽(400)이 구비되는 것이 바람직하다. 즉, 전열판(300)에 형성되는 격벽(400)의 개수가 입구포트(301)로부터 멀어지는 방향을 따라 감소하도록 구성하는 것이다. 격벽(400)의 개수가 적어서 열 교환 영역(310) 내의 이동거리가 감소하지만, 제1 및 제2 유로(100, 200)의 저항으로 인해 제1 및 제2 유체의 속도도 감소하기 때문에 결과적으로 열 교환을 위한 충분한 시간을 확보할 수 있다.

물론, 격벽(400)의 개수가 적으므로 제1 및 제2 유체에 가해지는 저항도 감소하게 되어 제1 및 제2 유체는 원활하게 이동 가능하다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

10 : 제1 유로 20 : 제2 유로
30 : 전열판 30a : 입구포트
30b : 출구포트 31 : 영역
100 : 제1 유로 200 : 제2 유로
300 : 전열판 301 : 입구포트
302 : 출구포트 310 : 열교환 영역
400 : 격벽

Claims (8)

1. 제1 유체가 흐르는 제1 유로(100);
   제2 유체가 흐르는 제2 유로(200);
   상기 제1 유로(100)와 상기 제2 유로(200)가 경유하며 열 교환하도록 순차적으로 적층되어 복수 개의 영역(310)을 형성하는 복수 개의 전열판(300); 및
   상기 제1 및 제2 유체가 경유하는 이동거리가 증가되도록 상기 전열판(300)에 형성된 하나 이상의 격벽(400);
   을 포함하며,
   복수 개의 상기 전열판(300) 중 외측에 위치하는 상기 전열판(300)에는 상기 제1 및 제2 유체가 유입 및 유출되도록 입구포트(301)와 출구포트(302)가 각각 형성되며,
   상기 격벽(400)이 둘 이상 형성될 경우 각각의 상기 격벽(400)은 상기 전열판(300)의 상하측 또는 좌우측에 교번하여 형성되되, 상기 입구포트(301)에 가까운 상기 영역으로부터 상기 입구포트(301)로부터 멀어지는 방향을 따라 상기 격벽(400)의 개수가 감소하는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 입구포트(301)와 상기 출구포트(302)는 동일한 상기 전열판(300)에 형성되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 입구포트(301)와 상기 출구포트(302)는 상기 전열판(300)의 상측 또는 하측에 나란히 형성되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
4. 제2항에 있어서,
   상기 입구포트(301)와 상기 출구포트(302)는 상기 전열판(300)의 상측과 하측에 대향되도록 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
5. 제1항에 있어서,
   상기 입구포트(301)와 상기 출구포트(302)는 상이한 상기 전열판(300)에 형성되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
6. 제5항에 있어서,
   상기 입구포트(301)와 상기 출구포트(302)는 상기 전열판(300)의 상측 또는 하측에 나란히 형성되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
7. 제5항에 있어서,
   상기 입구포트(301)와 상기 출구포트(302)는 상기 전열판(300)의 상측과 하측에 대향되도록 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
8. 삭제

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