KR101987599B1 - 용접식 판형 열교환기 - Google Patents

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KR101987599B1
KR101987599B1 KR1020180135221A KR20180135221A KR101987599B1 KR 101987599 B1 KR101987599 B1 KR 101987599B1 KR 1020180135221 A KR1020180135221 A KR 1020180135221A KR 20180135221 A KR20180135221 A KR 20180135221A KR 101987599 B1 KR101987599 B1 KR 101987599B1
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조형석
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Abstract

본 발명은 복수 개의 단위전열플레이트가 상하방향으로 적층되어 형성되는 전열조립체를 포함하는 용접식 판형 열교환기에 관한 것으로, 단위전열플레이트는 제1전열면과 제2전열면이 서로 대향배치되며, 제1전열면에는 인접한 상측의 제2전열면을 향해 제1차단부가 제1, 2전열면 사이의 수직거리보다 길게 돌출 형성되고, 상기 제1차단부는 일측 단부의 끝단부터 타측으로 연장되되 타측의 단부와는 이격되고, 제2전열면에는 인접한 상측의 제1전열면을 향해 제2차단부가 제1, 2전열면 사이의 수직거리보다 길게 돌출 형성되고, 상기 제2차단부는 상기 제1차단부에 대응되도록 일측 단부의 끝단부터 타측으로 연장되되 타측의 단부와는 이격되고, 단위전열플레이트를 적층할 때, 제1차단부의 상부는 인접한 상측의 제2차단부의 하부에 서로 면접촉되도록 끼움결합되고, 제2차단부의 상부는 인접한 상측의 제1차단부의 하부에 서로 면접촉되도록 끼움결합되어, 적층된 단위전열플레이트들이 고정됨으로써, 서로 면접촉되어 마찰력을 극대화할 수 있고, 열교환 효율을 높일 수 있다.

Description

용접식 판형 열교환기{The plate heat exchanger of welding type}
본 발명은 판형 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 심 용접 등을 통해 접합된 전열판을 적층하여 형성된 용접식 판형 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로 열교환기는 하나의 유체로부터 다른 유체로 물리적인 접촉이 없이 열을 전달하기 위한 것이다. 즉, 유체가 서로 섞이지 않고 열만 전달하기 위한 장치로, 하나의 유체를 간접적으로 가열하거나 냉각하고자 할 때 사용되는 장치이다.
열교환기는 과거에 shell & tube 타입이 주로 사용되었지만, 최근에는 컴팩트하고, 열전달 성능이 우수한 판형 열교환기가 주로 사용되고 있다.
판형 열교환기의 중류 중 가스켓 타입 열교환기나 브레이징 타입 열교환기는 위와 같은 환경에서 누설, 부식, 열변형 등의 문제가 많기 때문에, shell & tube 타입 열교환기를 대체하기 위한 판형 열교환기로 용접식 판형 열교환기가 요구된다.
판형 열교환기는 열교환효율을 높이기 위해 허용되는 압력손실 범위 내에서 가능한 패스(pass)수를 늘리는 것이 좋다.
도 1은 종래의 용접식 판형 열교환기를 개략적으로 나타낸 것으로, 열교환효율을 높이기 위해 2패스를 갖되, 제1유체의 유·출입구가 일측에 위치하고, 제2유체의 유·출입구가 타측에 반대로 구비되어 있다.
이 경우, 도 2에서 보듯이, 제1유체와 제2유체가 완전한 대향류로 흐르면서 열교환되지 않기 때문에, 낮은 온도의 제1유체가 유출구에서 제2유체의 1패스를 지난 후의 온도보다 높게 될 수 없는 단점이 존재하게 된다.
따라서 판형 열교환기에서 제1, 2유체를 완전한 대향류로 만들어, 낮은 온도의 제1유체의 유출구에서의 온도가 제2유체의 1패스를 지난 후의 온도보다 높게 열교환이 되도록 열교환효율을 높일 필요가 있다.
또한, 전열면 내에서 패스를 분리하기 위해 구비되는 차단부는 막대형상으로 전열면에 부착되는 형상이기 때문에, 부착부분에 누설이 생길 수 있으며, 차단부를 추가하는 비용 및 시간이 늘어나는 단점이 존재하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 종래의 용접식 판형 열교환기에 비해 열교환 효율이 향상되고, 조립성이 용이한 개선된 구조를 갖는 용접식 판형 열교환기를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1실시예에 따른 고압용 용접식 판형 열교환기는, 복수 개의 단위전열플레이트(110)가 상하방향으로 적층되어 형성되는 전열조립체(100)를 포함하는 용접식 판형 열교환기에 있어서, 상기 단위전열플레이트(110)는 제1전열면(111)과 제2전열면(112)이 서로 대향배치되며, 제1전열면(111)에는 인접한 상측의 제2전열면(112)을 향해 제1차단부(300)가 제1, 2전열면(111, 112) 사이의 수직거리보다 길게 돌출 형성되고, 상기 제1차단부(300)는 일측 단부의 끝단부터 타측으로 연장되되 타측의 단부와는 이격되고, 제2전열면(112)에는 인접한 상측의 제1전열면(111)을 향해 제2차단부(400)가 제1, 2전열면(111, 112) 사이의 수직거리보다 길게 돌출 형성되고, 상기 제2차단부(400)는 상기 제1차단부(300)에 대응되도록 일측 단부의 끝단부터 타측으로 연장되되 타측의 단부와는 이격되고, 단위전열플레이트(110)를 적층할 때, 제1차단부(300)의 상부는 인접한 상측의 제2차단부(400)의 하부에 서로 면접촉되도록 끼움결합되고, 제2차단부(400)의 상부는 인접한 상측의 제1차단부(300)의 하부에 서로 면접촉되도록 끼움결합되어, 적층된 단위전열플레이트(110)들이 고정되는 것을 특징으로 한다.
이때, 인접한 단위전열플레이트(110) 사이로 제2유체가 흐르고, 일측에 상기 제2차단부(400)를 기준으로 구분된 제2유입구(116) 및 제2유출구(117)가 양측으로 구비되어 ‘ㄷ’자 형태의 제2유로(118)를 형성하고, 제1, 2전열면(111, 112) 사이로 제1유체가 흐르고, 상기 제2유출구(117)에 인접하는 제1, 2전열면(111, 112)의 길이방향 가장자리의 일측에 제1유입구(113)가 구비되고 상기 제2유입구(116)에 인접하는 제1, 2전열면(111, 112)의 길이방향 가장자리의 일측에 제1유출구(114)가 구비되어 ‘ㄷ’자 형태의 제1유로(115)를 형성하여, 제1, 2유체가 서로 대향하여 흐르는 것을 특징으로 한다.
또한, 다른 실시예로, 인접한 단위전열플레이트(110) 사이로 제2유체가 흐르며, 제1, 2전열면(111, 112) 사이로 제1유체가 흐르고, 일측에 상기 제1, 2차단부(300, 400)를 기준으로 구분된 제1유입구(113) 및 제2유입구(116)가 양측으로 구비되고, 상기 제2유입구(116)에 인접하는 제1, 2전열면(111, 112)의 길이방향 가장자리의 일측에 제1유출구(114)가 구비되며, 상기 제1유입구(113)에 인접하는 인접한 단위전열플레이트(110) 사이의 길이방향 가장자리의 일측에 제2유출구(117)가 구비되어, 인접한 단위전열플레이트(110) 사이로 제2유체가 ‘ㄷ’자 형태의 제2유로(118)를 형성하며 흐르고, 제1, 2전열면(111, 112) 사이로 제1유체가 ‘ㄷ’자 형태의 제1유로(115)를 형성하며 흘러, 제1, 2유체가 서로 대향하여 흐르는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1실시예에 따른 용접식 판형 열교환기에서, 상기 제1차단부(300)는 측면을 이루는 제1측면부(310)와 상기 제1측면부(310)의 끝단을 연결하는 제1상면부(320)를 포함하되, 상기 제1측면부(310)는 중심을 향해 일정 각도 기울어져 제1, 2전열면(111, 112) 사이의 수직거리보다 길게 돌출 형성되며, 상기 제2차단부(400)는 측면을 이루는 제2측면부(410)와 상기 제2측면부(410)의 끝단을 연결하는 제2상면부(420)를 포함하되, 상기 제2측면부(410)는 중심을 향해 일정 각도 기울어져 제1, 2전열면(111, 112) 사이의 수직거리보다 길게 돌출 형성되고, 단위전열플레이트(110)를 적층할 때, 제1측면부(310)의 상부의 외측면이 인접한 상측의 제2측면부(410)의 하부의 내측면과 면접촉을 하며, 제2측면부(410)의 상부의 외측면이 인접한 상측의 제1측면부(310)의 하부의 내측면과 면접촉을 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제2실시예에 따른 용접식 판형 열교환기는, 상기 제1, 2측면부(310, 410) 사이의 수직방향 길이가 제1, 2전열면(111, 112) 사이의 수직거리의 2배보다 길게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제3실시예에 따른 용접식 판형 열교환기에서, 상기 제1차단부(300)는 측면을 이루는 제1측면부(310)와 상기 제1측면부(310)의 끝단을 연결하는 제1상면부(320)를 포함하되, 상기 제1측면부(310)는 수직으로 제1, 2전열면(111, 112) 사이의 수직거리만큼 돌출 형성되며, 상기 제1상면부(320)에는 수직으로 일정 길이만큼 돌출 형성된 제1돌출부(330)를 구비하고, 상기 제2차단부(400)는 측면을 이루는 제2측면부(410)와 상기 제2측면부(410)의 끝단을 연결하는 제2상면부(420)를 포함하되, 상기 제2측면부(410)는 수직으로 제1, 2전열면(111, 112) 사이의 수직거리보다 길게 돌출 형성되고, 단위전열플레이트(110)를 적층할 때, 제2전열면(112)은 상기 제1돌출부(330)를 제외한 제1상면부(320)에 의해 지지되며, 상기 제1돌출부(330)의 외측면은 인접한 상측의 제2측면부(410)의 하부의 내측면과 면접촉을 하고, 제2측면부(410)의 상부의 외측면은 인접한 상측의 제1측면부(310)의 하부의 내측면과 면접촉을 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1돌출부(330)의 외측면 사이의 수평거리(a)는 상기 제1측면부(310)의 외측면 사이의 수평거리(b)보다 제1전열면(111)의 두께(t)의 4배만큼 짧고, 상기 제2측면부(410)의 내측면 사이의 수평거리(a)와 동일한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제4실시예에 따른 용접식 판형 열교환기는, 상기 제1돌출부(330)의 외측면의 수직방향 길이가 제1, 2전열면(111, 112) 사이의 수직거리보다 길게 형성되며, 상기 제2측면부(410)의 수직방향 길이는 상기 제1돌출부(330)의 외측면의 수직방향 길이보다 길게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 용접식 판형 열교환기는, 내부에 상기 전열조립체(100)가 배치되는 케이스(200)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 실시예에 따르면, 2패스를 갖는 용접식 판형 열교환기에서, 전열조립체(100) 내에서 이웃하는 두 전열면 사이로 제1유로(115)와 제2유로(118)가 교대로 형성되고, 제1유입구(113)와 제2유출구(117)가 서로 인접해 있고, 제2유입구(116)와 제1유출구(114)가 서로 인접해 있어, 제1, 2유체가 처음부터 끝까지 서로 대향하여 ‘ㄷ’자 형태의 상대적으로 긴 유로를 흐르면서 열교환을 할 수 있기 때문에, 열교환 효율을 높일 수 있다.
또한, 종래 용접식 판형 열교환기와 달리, 낮은 온도의 제1유체의 제1유출구(114)에서의 온도를 제2유체의 1패스를 지난 후의 온도보다 높게 형성시킬 수도 있게 된다.
또한, 제1, 2차단부(300, 400)가 서로 삽입되어 끼움결합이 되고, 서로 면접촉되어 마찰력을 극대화 함으로써, 제1, 2전열면(111, 112) 사이 또는 인접한 단위전열플레이트(110) 사이가 벌어지는 것을 막아 내압성이 강화되며, 용접 부분이 없기 때문에 누설의 위험이 없으며 제작 비용과 시간을 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 용접식 판형 열교환기를 나타낸 개략도.
도 2는 종래의 용접식 판형 열교환기와 본 발명에 따른 용접식 판형 열교환기의 길이방향에 따른 유체 온도 변화를 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명에 따른 용접식 판형 열교환기를 나타낸 개략도.
도 4는 본 발명에 따른 용접식 판형 열교환기를 나타낸 개략도.
도 5는 도 3의 A-A' 선을 따라 도시한 본 발명의 제1실시예에 따른 전열조립체의 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 전열조립체의 제조 과정을 나타낸 개략도.
도 7은 도 3의 A-A' 선을 따라 도시한 본 발명의 제2실시예에 따른 전열조립체의 단면도.
도 8은 도 3의 A-A' 선을 따라 도시한 본 발명의 제3실시예에 따른 전열조립체의 단면도.
도 9는 도 3의 A-A' 선을 따라 도시한 본 발명의 제4실시예에 따른 전열조립체의 단면도.
이하, 상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 용접식 판형 열교환기를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 용접식 판형 열교환기는 크게 전열조립체(100) 및 내부에 전열조립체(100)가 배치되는 케이스(200)를 포함하여 형성된다.
먼저, 도 3 내지 도 5에서 보듯이, 전열조립체(100)는 복수 개의 단위전열플레이트(110)가 적층되어 형성된다. 이때 단위전열플레이트(110)는 전열면에 수직방향으로 적층되는데, 위 방향을 도 5에서와 같이 상하방향으로 정한다.
단위전열플레이트(110)는 제1전열면(111)과 제2전열면(112)을 구비하며, 제1전열면(111)과 제2전열면(112) 사이에 공간이 형성되도록 서로 대향배치된다. 이때, 제1, 2전열면(111, 112) 사이의 공간으로 제1유체가 흐르는 제1유로(115)가 형성되고, 인접한 단위전열플레이트(110) 사이의 공간으로 제2유체가 흐르는 제2유로(118)가 형성된다.
단위전열플레이트(110)의 전열면은 산부와 골부가 반복적으로 구비되는 엠보싱 패턴으로 형성될 수 있다. 이때, 서로 대향배치된 후 제1전열면(111)과 제2전열면(112) 사이에 공간, 즉 제1, 2전열면(111, 112) 사이의 수직거리는 상기 엠보싱 패턴(500)의 높이만큼 형성될 수 있다.
전열조립체(100)는 복수 개의 단위전열플레이트(110)가 상하방향으로 적층되는데, 이때 인접한 단위전열플레이트(110) 사이에 공간이 형성되도록 적층되어, 상기 공간 사이마다 제2유체가 흐르게 된다.
각 단위전열플레이트(110) 내부마다 제1유체가 흐르고, 인접한 단위전열플레이트(110) 사이마다 제2유체가 흐르게 하여, 제1유체와 제2유체가 흐르는 유로가 서로 교번되어 형성되어 있어, 제1유체와 제2유체 사이의 열전달 면적을 최대로 할 수 있다.
인접한 단위전열플레이트(110) 사이의 공간은, 구체적으로 인접한 2개의 단위전열플레이트(110)에서 하측에 위치한 단위전열플레이트(110)에서 상측에 위치한 제1전열면(111)과 상측에 위치한 단위전열플레이트(110)에서 하측에 위치한 제2전열면(112) 사이에 형성된다.
인접한 단위전열플레이트(110) 사이의 가장자리에 유로형성부재가 구비됨으로써, 유로형성부재의 두께를 조절하여, 인접한 단위전열플레이트(110) 사이의 거리, 즉 제1, 2전열면(111, 112) 사이의 수직거리를 조절할 수 있다. 또한, 제1유로(115)에서와 마찬가지로 단위전열플레이트(110)의 전열면에 형성된 엠보싱 패턴의 높이를 이용해서도 그 거리를 조절할 수도 있다.
도 3에서 보듯이, 용접식 판형 열교환기의 유체의 유로를 상하 2패스로 나누는 경우, 전열면 상에 패스를 분리하기 위해 차단부가 구비된다. 차단부는 전열면의 중앙에 위치하여 상·하패스의 유량 분포를 동일하게 할 수 있고, 중앙에서 상하방향으로 일정 간격 이격되도록 위치하여 상·하패스의 유량 분포를 변경하여 열교환 효율을 최적화할 수도 있다.
종래의 차단부는 단순 막대형상으로 전열면에 용접 등에 의해 부착되는 형상이기 때문에, 부착부분에 누설이 생겨 패스가 분리되지 않아 열교환 효율이 낮아질 수 있으며, 차단부를 추가 설치하는 비용 및 시간이 늘어나는 단점이 존재하게 되어, 차단부의 구조를 개선할 필요가 있다.
또한, 길이방향으로 긴 용접식 판형 열교환기의 내부에 고압의 유체가 흐를 경우, 제1, 2전열면(111, 112) 사이 또는 인접한 단위전열플레이트(110) 사이가 벌어지고, 전열면의 중심부가 팽창 변형되어, 제1, 2차단부(300, 400)에서 누설이 발생할 수 있고, 최악의 경우 패스 분리가 제대로 이루어지지 않을 수 있다.
도 3 내지 도 6에서 보듯이, 제1전열면(111)에는 인접한 상측의 제2전열면(112)을 향해 제1차단부(300)가 제1, 2전열면(111, 112) 사이의 수직거리보다 길게 돌출 형성되고, 제1차단부(300)는 일측 단부의 끝단부터 타측으로 연장되되 타측의 단부와는 이격되도록 형성될 수 있다.
제2전열면(112)에는 인접한 상측의 제1전열면(111)을 향해 제2차단부(400)가 제1, 2전열면(111, 112) 사이의 수직거리보다 길게 돌출 형성되고, 제2차단부(400)는 상기 제1차단부(300)에 대응되도록 일측 단부의 끝단부터 타측으로 연장되되 타측의 단부와는 이격되도록 형성될 수 있다.
이때, 단위전열플레이트(110)들을 적층하면, 제1차단부(300)의 상부는 인접한 상측의 제2차단부(400)의 하부에 삽입되어 끼워지고, 2차단부(400)의 상부는 인접한 상측의 제1차단부(300)의 하부에 삽입되어 끼워져, 제1, 2차단부(300, 400)에 의해 제1, 2유로(115, 118)가 상하로 분리되어 2패스를 형성하게 될 뿐만 아니라 적층된 단위전열플레이트(110)들이 서로 단단하게 고정된다.
제1차단부(300)와 제2차단부(400)는 서로 면접촉되도록 끼움결합되는 것이 바람직하다. 면접촉을 통하여 제1, 2차단부(300, 400) 사이의 마찰력을 높임으로써 누설의 위험을 줄이고, 단위전열플레이트(110)들을 서로 단단하게 고정할 수 있다.
제1, 2차단부(300, 400)는 일측 단부의 끝단부터 타측으로 연장되도록 형성되어, 제1, 2유로(115, 118)를 상하로 분리시키되, 타측의 단부와는 일정 간격 이격되도록 형성되어 상하로 분리된 제1, 2유로(115, 118)를 연결시켜주는 유로를 형성할 수 있다.
종래와 같이, 제1, 2전열면(111, 112) 상에 막대형상의 차단부가 용접되어 고정되는 경우, 그 사이의 간격이 벌어지는 것을 막을 수 있다고 하더라도, 전열조립체(100)가 적층된 상태에서 용접이 이루어져야 하는 어려움이 있고, 용접 부분에 누설의 위험성 및 제작비용과 시간이 많이 소요된다는 단점이 있다.
하지만, 본 발명에 따른 제1, 2차단부(300, 400)에 의하면, 제1, 2차단부(300, 400)가 서로 삽입되어 끼움결합이 되고, 서로 면접촉되어 마찰력을 극대화 함으로써, 제1, 2전열면(111, 112) 사이 또는 인접한 단위전열플레이트(110) 사이가 벌어지는 것을 막을 수 있으며, 용접 부분이 없기 때문에 누설의 위험이 없으며 제작비용과 시간을 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 3에서 보듯이, 제2유입구(116) 및 제2유출구(117)는 인접한 단위전열플레이트(110) 사이에서, 단위전열플레이트(110)의 일측에 제2차단부(400)를 기준으로 양측에 구비되어, ‘ㄷ’자 형태의 제2유로(118)를 형성할 수 있다.
제1유입구(113)는 제1, 2전열면(111, 112) 사이에서, 제2유출구(117)에 인접하는 제1, 2전열면(111, 112)의 길이방향 가장자리의 일측에 구비되고, 제1유출구(114)는 제1, 2전열면(111, 112) 사이에서, 제2유입구(116)에 인접하는 제1, 2전열면(111, 112)의 길이방향 가장자리의 일측에 구비되어, ‘ㄷ’자 형태의 제1유로(115)를 형성할 수 있다.
전열조립체(100) 내에서 이웃하는 두 전열면 사이로 제1유로(115)와 제2유로(118)가 교대로 형성되고, 제1유입구(113)와 제2유출구(117)가 서로 인접해 있고, 제2유입구(116)와 제1유출구(114)가 서로 인접해 있어, 제1, 2유체가 처음부터 끝까지 서로 대향하여 ‘ㄷ’자 형태의 상대적으로 긴 유로를 흐르면서 열교환을 할 수 있기 때문에, 열교환 효율을 높일 수 있다.
또한, 도 2에서 보듯이, 종래 용접식 판형 열교환기와 달리, 낮은 온도의 제1유체의 제1유출구(114)에서의 온도를 제2유체의 1패스를 지난 후의 온도보다 높게 형성시킬 수도 있게 된다.
제1유로(115)를 위해 제1전열면(111)과 제2전열면(112)에서 제1유,출입구(113, 114)를 제외한 나머지 가장자리를 용접하여 형성될 수 있다.
상기 용접은 심 용점, CO2 용접 또는 Tig 용접에 의해 이루어질 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 단위전열플레이트(110)의 제1전열면(111)과 제2전열면(112)은, 일체로 형성된 하나의 전열면을 그 중심선을 기준으로 180도 절곡하여, 서로 마주보게 하여 형성되는 2개의 면일 수 있다. 이때, 단위전열플레이트(110)의 제1유로(115)는 제1전열면(111)과 제2전열면(112)에서 제1유,출입구(113, 114) 및 절곡된 부분을 제외한 나머지 가장자리를 용접하여 형성될 수 있고, 이를 통해, 용접 부분을 최소화할 수 있다.
제2유로(118)를 위해, 단위전열플레이트(110)의 제1, 2전열면(111, 112)의 가장자리를 용접하여 형성되는 제1유로와 같이, 인접한 단위전열플레이트(110)끼리 가장자리를 전체적으로 용접할 수도 있으나, 이는 제작공정이 어렵고, 시간과 노력을 많이 필요로 하기 때문에, 인접한 단위전열플레이트(110)에서 제2유,출입구(116, 117)를 제외한 나머지에 가장자리 사이에 일정 두께를 갖는 유로형성부재를 구비하여, 제2유로(118)을 형성할 수 있다.
앞서 제1, 2전열면(111, 112) 사이에 제1유로(115)가 형성되고, 인접한 단위전열플레이트(110) 사이에 제2유로(118)가 형성되는 구조로 설명하였지만, 이와 반대로 형성될 수도 있으며, 더불어, 제1, 2전열면(111, 112) 사이에서, 제1, 2차단부(300,400)를 기준으로 양측에 제1유·출입구(113, 114)가 구비되고, 인접한 단위전열플레이트(110) 사이에서 제2유·출입구(116, 117)가 구비될 수도 있다.
전열조립체(100)는 케이스(200) 내부에 배치되며, 케이스(200)는 제1, 2유입구(113, 116) 및 제1, 2유출구(114, 117)에 대응하는 위치에 헤더가 구비되어 배관과 연결될 수 있다.
유·출입구를 포함한 제1, 2유로(115, 118)의 형상이 차이로 인해 제1, 2유로(115, 118)에서 걸리는 제1, 2유체의 차압이 차이가 발생할 수 있는데, 이 차압의 차이를 줄이기 위해, 유·출입구를 포함한 제1, 2유로(115, 118)의 형상을 동일하게 형성할 필요가 있고, 이를 위해 유·출입구의 위치를 변경할 필요가 있다.
도 4에서 보듯이, 인접한 단위전열플레이트(110) 사이로 제2유체가 흐르며, 제1, 2전열면(111, 112) 사이로 제1유체가 흐르고, 전열조립체(100)의 일측에 상기 제1, 2차단부(300, 400)를 기준으로 구분된 제1유입구(113) 및 제2유입구(116)가 양측으로 구비되고, 제2유입구(116)에 인접하는 제1, 2전열면(111, 112)의 길이방향 가장자리의 일측에 제1유출구(114)가 구비되며, 제1유입구(113)에 인접하는 인접한 단위전열플레이트(110) 사이의 길이방향 가장자리의 일측에 제2유출구(117)가 구비되어, 인접한 단위전열플레이트(110) 사이로 제2유체가 ‘ㄷ’자 형태의 제2유로(118)를 형성하며 흐르고, 제1, 2전열면(111, 112) 사이로 제1유체가 ‘ㄷ’자 형태의 제1유로(115)를 형성할 수 있다.
제1유입구(113)와 제2유출구(117)가 서로 인접해 있고, 제2유입구(116)와 제1유출구(114)가 서로 인접해 있어, 제1, 2유체가 처음부터 끝까지 서로 대향하여 흐르면서 열교환을 할 수 있기 때문에, 열교환 효율을 높일 수 있으며, 종래 용접식 판형 열교환기와 달리, 낮은 온도의 제1유체의 제1유출구(114)에서의 온도를 제2유체의 1패스를 지난 후의 온도보다 높게 형성시킬 수도 있게 된다.
이하에서는, 제1, 2차단부(300, 400)의 세부 구조에 대해서 설명한다.
도 5에서 보듯이, 제1차단부(300)는 측면을 이루는 제1측면부(310)와, 제1측면부(310)의 끝단을 연결하는 제1상면부(320)를 포함하되, 제1측면부(310)는 중심을 향해 일정 각도 기울어져 제1, 2전열면(111, 112) 사이의 수직거리보다 길게 돌출 형성될 수 있다. 또한, 제2차단부(400)는 측면을 이루는 제2측면부(410)와, 제2측면부(410)의 끝단을 연결하는 제2상면부(420)를 포함하되, 제2측면부(410)는 중심을 향해 일정 각도 기울어져 제1, 2전열면(111, 112) 사이의 수직거리보다 길게 돌출 형성될 수 있다.
이때, 단위전열플레이트(110)를 적층하면, 제1측면부(310)의 상부의 외측면이 인접한 상측의 제2측면부(410)의 하부의 내측면에 끼워져 면접촉을 하면서 서로 고정되고, 마찬가지로, 제2측면부(410)의 상부의 외측면이 인접한 상측의 제1측면부(310)의 하부의 내측면에 끼워져 면접촉을 하면서 서로 고정될 수 있다.
제1, 2측면부(310, 410)는 제1, 2전열면(111, 112) 사이의 수직거리보다 길게 돌출 형성되어, 서로 삽입 시 면접촉되는 부분을 크게 하여 마찰력을 늘려, 제1, 2전열면(111, 112) 사이 또는 인접한 단위전열플레이트(110) 사이가 벌어지거나 누설이 발생하는 것을 막을 수 있다.
추가로, 제1측면부(310)는 제2측면부(410)의 하부에 끼워지는 상부와 그렇지 않은 하부로 구분될 수 있는데, 제1측면부(310) 상부의 기울어진 각도를 하부의 기울어진 각도보다 작게 하여 제1, 2차단부(300, 400)가 서로 끼움결합 시 결합력을 극대화할 수 있다. 이는 다른 실시예에도 적용이 가능하다.
도 7의 제2실시예에 따른 제1, 2차단부(300, 400)의 형상을 보면, 제1실시예의 형상과 유사하나, 제1, 2측면부(310, 410) 사이의 수직방향 길이(d)가 제1, 2전열면(111, 112) 사이의 수직거리(c)의 2배보다 길게 형성되는 것을 특징으로 한다.
제2실시예에 따른 제1, 2차단부(300, 400)는 제1실시예에 따른 제1, 2차단부(300, 400) 보다 서로 삽입되어 고정되어 면접촉되는 부분이 크게 늘어났으며, 제1전열면(111)의 제1차단부(300)가 인접한 상측의 제2전열면(112)의 제2차단부(400) 뿐만 아니라 상기 제2전열면(112)의 인접한 상측의 제1전열면(111)의 제1차단부(300)와 서로 삽입 고정되어 면접촉이 이루어지고 있기 때문에, 제1, 2팽창방지부(300, 400) 사이의 결합력이 극대화되어, 고압에 의해 제1, 2전열면(111, 112) 사이 또는 인접한 단위전열플레이트(110) 사이가 벌어지거나 누설이 발생하는 것을 막을 수 있다.
제1유체와 제2유체의 압력이 상이한 경우, 예를 들면, 제2유체의 압력이 제1유체의 압력보다 큰 경우, 인접한 단위전열플레이트(110) 사이에서, 제2유체의 압력에 의해 제2측면부(410)가 제1측면부(310)를 더욱 압축하게 되어 서로의 결합력이 증대되고, 또한, 제2측면부(410)가 제1측면부(310)를 압축하면서 상기 제1측면부(310)가 면접촉하는 내부의 제2측면부(410)를 더욱 압축하게 되어, 제1, 2전열면(111, 112) 사이 및 인접한 단위전열플레이트(110) 사이가 벌어지거나 누설이 발생하는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
도 8의 제3실시예에 따른 제1, 2차단부(300, 400)의 형상을 보면, 제1, 2실시예에 따른 사다리꼴 형상의 제1, 2차단부(300, 400)와 달리, 요철 형상을 가지고 있다.
구체적으로, 제1차단부(300)는 측면을 이루는 제1측면부(310)와 제1측면부(310)의 끝단을 연결하는 제1상면부(320)를 포함하되, 제1측면부(310)는 수직으로 제1, 2전열면(111, 112) 사이의 수직거리만큼 돌출 형성되며, 제1상면부(320)에는 수직으로 일정 길이만큼 돌출 형성된 제1돌출부(330)를 구비할 수 있다.
제2차단부(400)는 측면을 이루는 제2측면부(410)와 제2측면부(410)의 끝단을 연결하는 제2상면부(420)를 포함하되, 제2측면부(410)는 수직으로 제1, 2전열면(111, 112) 사이의 수직거리보다 길게 돌출 형성될 수 있다.
이때, 단위전열플레이트(110)를 적층하면, 제2전열면(112)은 제1돌출부(330)를 제외한 제1상면부(320)에 의해 지지되며, 제1돌출부(330)의 외측면은 인접한 상측의 제2측면부(410)의 하부에 삽입되어 끼워지고, 제2측면부(410)의 상부의 외측면은 인접한 상측의 제1측면부(310)의 하부에 삽입되어 끼워져, 적층된 단위전열플레이트(110)들이 서로 단단하게 고정된다.
제1돌출부(330)의 외측면과 인접한 상측의 제2측면부(410)의 하부의 내측면은 서로 면접촉되도록 끼움결합되는 것이 바람직하고, 마찬가지로, 제2측면부(410)의 상부의 외측면과 인접한 상측의 제1측면부(310)의 하부의 내측면은 서로 면접촉되도록 끼움결합되는 것이 바람직하다. 면접촉을 통하여 제1, 2차단부(300, 400) 사이의 마찰력을 높임으로써 단위전열플레이트(110)들의 결합력을 높일 수 있다.
제1돌출부(330)의 외측면이 인접한 상측의 제2측면부(410)의 하부에 끼워져 고정되도록, 도 8에서 보듯이, 제1돌출부(330)의 외측면 사이의 수평거리(a)는 제1측면부(310)의 외측면 사이의 수평거리(b)보다 제1전열면(111)의 두께(t)의 4배만큼 짧게 형성되고, 제2측면부(410)의 내측면 사이의 수평거리(a)와 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.
도 9의 제4실시예에 따른 제1, 2차단부(300, 400)의 형상을 보면, 제3실시예의 형상과 유사하나, 제1돌출부(330)의 외측면의 수직방향 길이(e)가 제1, 2전열면(111, 112) 사이의 수직거리(c)보다 길게 형성되며, 제2측면부(410)의 수직방향 길이(f)는 상기 제1돌출부(330)의 외측면의 수직방향 길이(e)보다 길게 형성되는 것을 특징으로 한다.
제4실시예에 따른 제1, 2차단부(300, 400)는 제3실시예에 따른 제1, 2차단부(300, 400) 보다 서로 삽입 고정되어 면접촉되는 부분이 크게 늘어났으며, 제1전열면(111)의 제1차단부(300)가 인접한 상측의 제2전열면(112)의 제2차단부(400) 뿐만 아니라 상기 제2전열면(112)의 인접한 상측의 제1전열면(111)의 제1차단부(300)와 서로 삽입 고정되어 면접촉이 이루어지고 있기 때문에, 제1, 2차단부(300, 400) 사이의 결합력이 극대화되어, 고압에 의해 제1, 2전열면(111, 112) 사이 또는 인접한 단위전열플레이트(110) 사이가 벌어지거나 누설이 발생하는 것을 막을 수 있다.
제1유체와 제2유체의 압력이 상이한 경우, 특히 제1유체의 압력이 제2유체의 압력보다 큰 경우, 제1, 2전열면(111, 112) 사이에서, 제1유체의 압력에 의해 제1측면부(310)가 제2측면부(410)를 더욱 압축하게 되어 서로의 결합력이 증대되고, 또한, 제1측면부(310)가 제2측면부(410)를 압축하면서 상기 제2측면부(410)가 면접촉하는 내부의 제1돌출부(330)의 외측면을 더욱 압축하게 되어, 제1, 2전열면(111, 112) 사이 및 인접한 단위전열플레이트(110) 사이가 벌어지는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명의 제1, 2차단부(300, 400)는 3개 이상의 패스를 형성하는 경우 복수 개가 구비될 수 있다.
본 발명은 용접식 판형 열교환기 뿐만 아니라 일반 판형 열교환기에도 적용이 가능하며, 발전소, 플랜트 시설에서 사용되는 고압용 판형 열교환기에도 적용이 가능하다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
또한, 각 실시예에 기재된 특징적 기술 구성은 다른 실시예에 적용할 수 있음은 물론이다.
100 : 전열조립체 110 : 단위전열플레이트
111 : 제1전열면 112 : 제2전열면
113 : 제1유입구 114 : 제1유출구
115 : 제1유로 116 : 제2유입구
117 : 제2유출구 118 : 제2유로
200 : 케이스
300 : 제1차단부 310 : 제1측면부
320 : 제1상면부 330 : 제1돌출부
400 : 제2차단부 410 : 제2측면부
420 : 제2상면부

Claims (9)

  1. 복수 개의 단위전열플레이트(110)가 상하방향으로 적층되어 형성되는 전열조립체(100)를 포함하는 용접식 판형 열교환기에 있어서,
    상기 단위전열플레이트(110)는 제1전열면(111)과 제2전열면(112)이 서로 대향배치되며,
    제1전열면(111)에는 인접한 상측의 제2전열면(112)을 향해 제1차단부(300)가 제1, 2전열면(111, 112) 사이의 수직거리보다 길게 돌출 형성되고, 상기 제1차단부(300)는 일측 단부의 끝단부터 타측으로 연장되되 타측의 단부와는 이격되고,
    제2전열면(112)에는 인접한 상측의 제1전열면(111)을 향해 제2차단부(400)가 제1, 2전열면(111, 112) 사이의 수직거리보다 길게 돌출 형성되고, 상기 제2차단부(400)는 상기 제1차단부(300)에 대응되도록 일측 단부의 끝단부터 타측으로 연장되되 타측의 단부와는 이격되고,
    단위전열플레이트(110)를 적층할 때, 제1차단부(300)의 상부는 인접한 상측의 제2차단부(400)의 하부에 서로 면접촉되도록 끼움결합되고, 제2차단부(400)의 상부는 인접한 상측의 제1차단부(300)의 하부에 서로 면접촉되도록 끼움결합되어, 적층된 단위전열플레이트(110)들이 고정되되,
    상기 제1차단부(300)는 측면을 이루는 제1측면부(310)와 상기 제1측면부(310)의 끝단을 연결하는 제1상면부(320)를 포함하되,
    상기 제1측면부(310)는 수직으로 제1, 2전열면(111, 112) 사이의 수직거리만큼 돌출 형성되며,
    상기 제1상면부(320)에는 수직으로 일정 길이만큼 돌출 형성된 제1돌출부(330)를 구비하고,
    상기 제2차단부(400)는 측면을 이루는 제2측면부(410)와 상기 제2측면부(410)의 끝단을 연결하는 제2상면부(420)를 포함하되,
    상기 제2측면부(410)는 수직으로 제1, 2전열면(111, 112) 사이의 수직거리보다 길게 돌출 형성되고,
    단위전열플레이트(110)를 적층할 때, 제2전열면(112)은 상기 제1돌출부(330)를 제외한 제1상면부(320)에 의해 지지되며, 상기 제1돌출부(330)의 외측면은 인접한 상측의 제2측면부(410)의 하부의 내측면과 면접촉을 하고, 제2측면부(410)의 상부의 외측면은 인접한 상측의 제1측면부(310)의 하부의 내측면과 면접촉을 하는 것을 특징으로 하는 용접식 판형 열교환기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1돌출부(330)의 외측면 사이의 수평거리(a)는 상기 제1측면부(310)의 외측면 사이의 수평거리(b)보다 제1전열면(111)의 두께(t)의 4배만큼 짧고, 상기 제2측면부(410)의 내측면 사이의 수평거리(a)와 동일한 것을 특징으로 하는 용접식 판형 열교환기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1돌출부(330)의 외측면의 수직방향 길이가 제1, 2전열면(111, 112) 사이의 수직거리보다 길게 형성되며, 상기 제2측면부(410)의 수직방향 길이는 상기 제1돌출부(330)의 외측면의 수직방향 길이보다 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 용접식 판형 열교환기.
  7. 제1항에 있어서,
    인접한 단위전열플레이트(110) 사이로 제2유체가 흐르고, 일측에 상기 제2차단부(400)를 기준으로 구분된 제2유입구(116) 및 제2유출구(117)가 양측으로 구비되어 ‘ㄷ’자 형태의 제2유로(118)를 형성하고,
    제1, 2전열면(111, 112) 사이로 제1유체가 흐르고, 상기 제2유출구(117)에 인접하는 제1, 2전열면(111, 112)의 길이방향 가장자리의 일측에 제1유입구(113)가 구비되고 상기 제2유입구(116)에 인접하는 제1, 2전열면(111, 112)의 길이방향 가장자리의 일측에 제1유출구(114)가 구비되어 ‘ㄷ’자 형태의 제1유로(115)를 형성하여, 제1, 2유체가 서로 대향하여 흐르는 것을 특징으로 하는 용접식 판형 열교환기.
  8. 제1항에 있어서,
    인접한 단위전열플레이트(110) 사이로 제2유체가 흐르며, 제1, 2전열면(111, 112) 사이로 제1유체가 흐르고,
    일측에 상기 제1, 2차단부(300, 400)를 기준으로 구분된 제1유입구(113) 및 제2유입구(116)가 양측으로 구비되고,
    상기 제2유입구(116)에 인접하는 제1, 2전열면(111, 112)의 길이방향 가장자리의 일측에 제1유출구(114)가 구비되며,
    상기 제1유입구(113)에 인접하는 인접한 단위전열플레이트(110) 사이의 길이방향 가장자리의 일측에 제2유출구(117)가 구비되어,
    인접한 단위전열플레이트(110) 사이로 제2유체가 ‘ㄷ’자 형태의 제2유로(118)를 형성하며 흐르고, 제1, 2전열면(111, 112) 사이로 제1유체가 ‘ㄷ’자 형태의 제1유로(115)를 형성하며 흘러, 제1, 2유체가 서로 대향하여 흐르는 것을 특징으로 하는 용접식 판형 열교환기.
  9. 제1항에 있어서,
    내부에 상기 전열조립체(100)가 배치되는 케이스(200)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용접식 판형 열교환기.
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NL2026943B1 (nl) * 2020-11-20 2022-07-01 Level Holding Ii B V Recuperator met verbeterde kanaalconfiguratie

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