KR101987850B1 - 사공간을 삭제한 구조를 포함하는 인쇄기판형 열교환기 - Google Patents

사공간을 삭제한 구조를 포함하는 인쇄기판형 열교환기 Download PDF

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KR101987850B1
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Abstract

사공간을 삭제한 구조를 포함하는 인쇄기판형 열교환기가 제시된다. 본 발명의 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기는, A유체와 B유체가 서로 열교환될 수 있도록 내부에 A유체 유로 및 B유체 유로가 형성된 인쇄기판형 열교환기로서, 내부에 채널 플레이트 적층부를 수납하고, 일측과 타측에 A유체 유입 헤더 및 A유체 배출 헤더가 각각 형성되며, A유체 유입헤더를 통해 내부로 유입된 A유체가 채널 플레이트 적층부를 지나며 열교환이 이뤄진 후 A유체 배출 헤더를 통해 외부로 배출되는 열교환기 하우징; 및 상기 열교환기 하우징 내부에 장착되고, B유체가 유동하는 복수의 B유체 유로가 평면상으로 보았을 때 좌우 대칭구조로 서로 인접하여 형성된 둘 이상의 채널 플레이트가 일방향으로 적층된 채널 플레이트 적층부;를 포함하는 것을 구성의 요지로 한다.
본 발명의 인쇄기판형 열교환기에 따르면, 열교환이 이루어지지 않는 사공간을 삭제하여 열교환 효율을 향상시킨 구조를 포함하는 인쇄기판형 열교환기를 제공할 수 있다.

Description

사공간을 삭제한 구조를 포함하는 인쇄기판형 열교환기{Printed Circuit Type Heat Exchanger Having Structure Of Elimination Dead Zone}
본 발명은 인쇄기판형 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사공간을 삭제한 구조를 포함하는 인쇄기판형 열교환기에 관한 것이다.
종래 기술에 따른 쉘-튜브 타입의 열교환기의 경우, 단위 부피당 전열 면적의 측면에서 불리하여 열 팽창이 발생하더라도 수용이 가능할 정도로 하우징의 크기를 충분히 크게 마련해야 하며 일정 수준의 열 교환 용량을 처리하기 위해서 매우 크고 무거운 설비를 요구하는 문제가 있었다.
특히 LNG 선박에 적용되는 열교환기의 경우, 일정 수준의 열 교환 용량을 가지면서 이와 동시에 차지하는 부피가 작아야 바람직하다.
따라서, 종래 기술에 따른 쉘-튜브 타입의 열교환기는 차지하는 부피가 크고 중량이 무겁기 때문에, LNG 선박 등에 활용되기 매우 곤란하다.
또한, 종래 기술에 따른 쉘-튜브 타입의 열교환기는 유지 보수 역시 용이하지 않으며 장치 이동을 위한 크레인이나 핸들링 디바이스 등의 요구 용량도 커져야 하는 문제가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 인쇄기판형 열교환기가 제작되어 활용되고 있다.
도 1에는 종래 기술에 따른 인쇄기판형 열교환기를 나타내는 부분절단 사시도가 도시되어 있고, 도 2는 도 1에 도시된 인쇄기판형 열교환기의 채널 플레이트의 채널구조를 나타내는 평면도가 도시되어 있다.
인쇄기판형 열교환기(PCHE)를 고압 시스템에 적용 시 헤더(header)의 필요한 두께가 매우 커지기 때문에 빌트인 헤더(Built In Header) 설계가 유리하다.
빌트인 헤더(Built In Header) 적용 시 헤더(header) 간 거리 및 헤더(header)와 외벽 사이 거리는 허용 응력 및 시스템 압력에 따라 일정 거리 이상이 되어야 한다.
이러한 조건을 만족시키기 위해, 종래 기술에 따른 인쇄기판형 열교환기의 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 열교환기 이루어지지 않는 사공간(S)이 형성되어 있어, 열교환 효율이 저하되는 문제점을 가지고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 채널 플레이트의 평면상 넓이를 늘릴 경우, 열교환 용량을 커지나 유속이 저하되어 오히려 열교환 효율이 저하되는 문제점이 발생한다.
더 나아가, 인쇄기판형 열교환기에 적용되는 채널 간 거리를 채널 직경, 허용 응력 및 시스템 압력에 부합하는 조건으로 설계하며, 채널 수는 헤더의 직경에 따라 결정되기 때문에 많은 채널 수를 배치할 수 없다.
따라서, 이러한 다양한 조건들을 만족할 수 있는 채널 유로를 배치할 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 채널 유로가 지나가지 않는 사공간(S)가 발생하여, 열교환 효율을 저하시키고 있다.
이러한 문제점을 해결할 수 있는 또 다른 방법으로서 다수의 인쇄기판형 열교환기 모듈을 병렬로 연결할 수 있으나, 이경우 역시, 연결 배관 및 이로 인한 열 손실과 압력 손실이 발생하게 된다.
따라서, 상기 언급한 종래 기술에 따른 문제점을 해결할 수 있는 연소로에 대한 기술이 필요한 실정이다.
대한민국등록실용신안 20-0479402 (2016년 01월 19일 등록)
본 발명의 목적은, 열교환이 이루어지지 않는 사공간을 삭제하여 열교환 효율을 향상시킨 구조를 포함하는 인쇄기판형 열교환기를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 인쇄기판형 열교환기는, A유체와 B유체가 서로 열교환될 수 있도록 내부에 A유체 유로 및 B유체 유로가 형성된 인쇄기판형 열교환기로서, 내부에 채널 플레이트 적층부를 수납하고, 일측과 타측에 A유체 유입구 및 A유체 배출구가 각각 형성되며, A유체 유입헤더를 통해 내부로 유입된 A유체가 채널 플레이트 적층부를 지나며 열교환이 이뤄진 후 A유체 배출 헤더를 통해 외부로 배출되는 열교환기 하우징; 및 상기 열교환기 하우징 내부에 장착되고, B유체가 유동하는 복수의 B유체 유로가 평면상으로 보았을 때 좌우 대칭구조로 서로 인접하여 형성된 둘 이상의 채널 플레이트가 일방향으로 적층된 채널 플레이트 적층부;를 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 채널 플레이트는, 평면상을 보았을 때 채널 방향으로 폭이 넓어지는 다각형 구조 또는 반원 구조인 B유체 유입구 및 B유체 배출구를 포함하는 구성일 수 있다.
이 경우, 상기 B유체 유입구 및 B유체 배출구는, 채널 플레이트의 폭 방향으로 둘 이상 쌍으로 배치되는 구조일 수 있다.
또한, 기 B유체 유입구 및 B유체 배출구는 채널 플레이트가 적층되어 하나의 다각형 기둥 또는 반원 기둥 구조를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 채널 플레이트에 형성된 B유체 유로는, 다수의 절곡구조를 포함하는 구성일 수 있다.
이 경우, 상기 절곡구조는 평면상으로 보았을때 연속되는 "ㄹ"자 형상일 수 있다.
또한, 상기 B유체 유로는 좌우 대칭 구조를 형성하고, 각각의 절곡구조가 서로 맞닿아 인접하도록 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 B유체 유로의 양단에는 각각 B유체 유입구 및 B유체 배출구가 형성되어 있고, 상기 B유체 유로의 평면상 구조는, B유체 유입구로부터 양측방향으로 두 방향으로 분기되어 서로 대칭을 이루는 구조일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 채널 플레이트에는 세 개의 B유체 유로가 서로 인접하여 형성되어 있고, 중앙에 배치되는 B유체 유로를 기준으로 양측에 배치되는 B유체 유로의 평면상 형상이 대칭을 이루는 구조일 수 있다.
이 경우, 상기 B유체 유로의 양단에는 각각 B유체 유입구 및 B유체 배출구가 형성되어 있고, 중앙에 배치되는 B유체 유로의 평면상 구조는, B유체 유입구로부터 양측방향으로 두 방향으로 분기되어 서로 대칭을 이루는 구조이고, 양측에 배치되는 B유체 유로의 평면상 구조는, 채널 플레이트의 정중앙 선을 중심으로 서로 대칭을 이루는 구조일 수 있다.
이 경우, 상기 양측에 배치되는 B유체 유로는, B유체 유입구로부터 분기되지 않고 하나의 방향으로 형성된 구조일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 인쇄기판형 열교환기에 따르면, 특정 구조의 열교환기 하우징, B유체 유로, 채널 플레이트 및 채널플레이트 적층부를 구비함으로써, 열교환이 이루어지지 않는 사공간을 삭제하여 열교환 효율을 향상시킨 구조를 포함하는 인쇄기판형 열교환기를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 인쇄기판형 열교환기에 따르면, 특정 구조의 B유체 유입구 및 B유체 배출구를 포함하는 채널 플레이트를 구비함으로써, B유체 유로의 내부로 인입되는 B유체를 안정적으로 수용한 후 효과적으로 배출할 수 있어, 안정적으로 구동되는 인쇄기판형 열교환기를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 인쇄기판형 열교환기에 따르면, 특정 구조의 채널 플레이트 적층부 및 채널구조를 구비함으로써, 고압 시스템에 효과적으로 적용할 수 있고, 빌트인 헤더(Built In Header) 설계에 있어 유리하며, 빌트인 헤더(Built In Header) 적용 시 헤더(header) 간 거리 및 헤더(header)와 외벽 사이 거리는 허용 응력 및 시스템 압력에 따라 일정 거리 이상이 되어야 하는 조건을 손쉽게 만족할 수 있다.
또한, 본 발명의 인쇄기판형 열교환기에 따르면, 특정 구조의 채널 플레이트 적층부 및 채널구조를 구비함으로써, 채널 간 거리를 채널 직경, 허용 응력 및 시스템 압력에 부합하는 조건으로 안정적으로 설계할 수 있어, 의도하는 열교환 효율을 달성할 수 있는 인쇄기판형 열교환기를 제공할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 인쇄기판형 열교환기를 나타내는 부분절단 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 인쇄기판형 열교환기의 채널 플레이트의 채널구조를 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기를 나타내는 부분절단 사시도이다.
도 5는 도 3의 A부분 확대도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기의 채널 플레이트 적층부를 나타내는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 채널 플레이트 적층부의 B유체 유로 구성을 나타내는 모식도이다.
도 8은 도 7에 도시된 B유체 유로 구성에 의해 형성된 인쇄기판형 열교환기의 채널 플레이트 적층부를 나타내는 평면도이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. 본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기를 나타내는 평면도가 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기를 나타내는 부분절단 사시도가 도시되어 있으며, 도 5에는 도 3의 A부분 확대도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기(100)는, 특정 구조의 열교환기 하우징(110), B유체 유로(122), 채널 플레이트(121) 및 채널 플레이트 적층부(120)를 구비함으로써, 열교환이 이루어지지 않는 사공간을 삭제하여 열교환 효율을 향상시킨 구조를 포함하는 인쇄기판형 열교환기를 제공할 수 있다.
이하에서는, 본 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기(100)를 구성하는 각 구성에 대해 상세히 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 열교환기 하우징(110)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 내부에 채널 플레이트 적층부(120)를 수납하는 구조로서, 일측과 타측에 A유체 유입구(111) 및 A유체 배출구(112)가 각각 형성되어 있다. 이때, A유체 유입구(111)를 통해 내부로 유입된 A유체가 채널 플레이트 적층부(120)를 지나며 열교환이 이뤄진 후 A유체 배출구(112)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
열교환기 하우징(110) 내부에 장착되는 채널 플레이트 적층부(120)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, B유체가 유동하는 복수의 B유체 유로(122)가 평면상으로 보았을 때 좌우 대칭구조로 서로 인접하여 형성된 둘 이상의 채널 플레이트(121)가 일방향으로 적층된 구조일 수 있다.
본 실시예에 따른 채널 플레이트(121)에 형성된 B유체 유입구(123) 및 B유체 배출구(124)는, 평면상을 보았을 때 채널 방향으로 폭이 넓어지는 다각형 구조 또는 반원 구조일 수 있다. 이때, B유체 유입구(123) 및 B유체 배출구(124)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 채널 플레이트(121)가 적층되어 하나의 다각형 기둥 또는 반원 기둥 구조를 형성할 수 있다.
B유체 유입구(123) 및 B유체 배출구(124)의 형상은, 설계자의 의도 및 인쇄기판형 열교환기의 설치 환경에 따라 적절히 변경 가능함은 물론이다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, B유체 유입구(123) 및 B유체 배출구(124)는, 채널 플레이트(121)의 폭 방향으로 둘 이상 쌍으로 배치될 수 있다. 경우에 따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 세 개의 B유체 유로(122)를 채널 플레이트(121)에 형성할 수 있다. B유체 유로(122)의 형성 개수 또한, 설계자의 의도 및 인쇄기판형 열교환기의 설치 환경에 따라 적절히 변경 가능함은 물론이다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 채널 플레이트(121)에 형성된 B유체 유로(122)는, 다수의 절곡구조를 포함하는 구조일 수 있다. 본 실시예에 따른 B유체 유로(122)는 좌우 대칭 구조를 형성하고 각각의 절곡구조가 서로 맞닿아 인접하도록 배치됨이 바람직하다.
상기 언급한 B유체 유로(122)의 구조는, 채널 플레이트(121)의 평면상 면적을 효율적으로 모두 사용할 수 있도록 배치됨이 바람직하며, 이러한 조건을 만족하는 절곡구조로서, 평면상으로 보았을때 연속되는 "ㄹ"자 형상일 수 있다.
더욱 구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 B유체 유로(122)의 양단에는 각각 B유체 유입구(123) 및 B유체 배출구(124)가 형성되어 있으며, 이때, B유체 유로(122)의 평면상 구조는, 도 5에 도시된 바와 같이, B유체 유입구(123)로부터 양측방향으로 두 방향으로 분기되어 서로 대칭을 이루는 구조일 수 있다.
경우에 따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 비대칭 구조의 B유체 유로를 대칭 구조의 B유체 유로의 양측에 배치하여 도 8에 도시된 구조의 B유체 유로를 구성할 수 있다.
구체적으로, 도 7을 살펴보면, 채널 플레이트(121)에는 세 개의 B유체 유로(122)가 서로 인접하여 형성되어 있고, 중앙에 배치되는 B유체 유로를 기준으로 양측에 배치되는 B유체 유로의 평면상 형상이 대칭을 이루는 구조일 수 있다.
이때, 중앙에 배치되는 B유체 유로(122)의 평면상 구조는, B유체 유입구(123)로부터 양측방향으로 두 방향으로 분기되어 서로 대칭을 이루는 구조이고, 양측에 배치되는 B유체 유로(122)의 평면상 구조는, 채널 플레이트(121)의 정중앙 선(C)을 중심으로 서로 대칭을 이루는 구조일 수 있다.
더욱 구체적으로, 양측에 배치되는 B유체 유로(122)는, B유체 유입구(123)로부터 분기되지 않고 하나의 방향으로 형성된 구조일 수 있다.
이 경우, 다양한 구조의 B유체유로를 인쇄기판형 열교환기의 설치 환경에 따라 적절히 조합함으로써, 열교환 효율을 현저히 향상시킬 수 있는 인쇄기판형 열교환기를 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 인쇄기판형 열교환기에 따르면, 특정 구조의 열교환기 하우징, B유체 유로, 채널 플레이트 및 채널플레이트 적층부를 구비함으로써, 열교환이 이루어지지 않는 사공간을 삭제하여 열교환 효율을 향상시킨 구조를 포함하는 인쇄기판형 열교환기를 제공할 수 있다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
즉, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.
10: 종래 기술에 따른 인쇄기판형 열교환기
11: B유체 유입구
12: B유체 배출구
13: 채널 유로
14: 채널구조
100: 인쇄기판형 열교환기
110: 열교환기 하우징
111: A유체 유입구
112: A유체 배출구
120: 채널 플레이트 적층부
121: 채널 플레이트
122: B유체 유로
123: B유체 유입구
124: B유체 배출구
C: 채널 플레이트의 중심선

Claims (11)

  1. A유체와 B유체가 서로 열교환될 수 있도록 내부에 A유체 유로 및 B유체 유로가 형성된 인쇄기판형 열교환기(100)로서,
    내부에 채널 플레이트 적층부(120)를 수납하고, 일측과 타측에 A유체 유입구(111) 및 A유체 배출구(112)가 각각 형성되며, A유체 유입구(111)를 통해 내부로 유입된 A유체가 채널 플레이트 적층부(120)를 지나며 열교환이 이뤄진 후 A유체 배출구(112)를 통해 외부로 배출되는 열교환기 하우징(110);
    상기 열교환기 하우징(110) 내부에 장착되고, B유체가 유동하는 복수의 B유체 유로(122)가 평면상으로 보았을 때 좌우 대칭구조로 서로 인접하여 형성된 둘 이상의 채널 플레이트(121)가 일방향으로 적층된 채널 플레이트 적층부(120);
    상기 B유체 유로(122)의 양단에 각각 형성된 B유체 유입구(123) 및 B유체 배출구(124);
    를 포함하고,
    상기 채널 플레이트(121)에 형성된 상기 B유체 유로(122)의 평면상 구조는, 다수의 절곡구조를 포함하는 좌우 대칭 구조의 연속되는 “ㄹ”자 형상을 이루고, 각각의 절곡구조가 서로 맞닿아 인접하도록 배치되고, B유체 유입구(123)로부터 양측방향으로 두 방향으로 분기되어 서로 대칭을 이루는 구조이며,
    상기 채널 플레이트(121)에는 세 개의 B유체 유로(122)가 서로 인접하여 형성되어 있고, 중앙에 배치되는 B유체 유로를 기준으로 양측에 배치되는 B유체 유로의 평면상 형상이 대칭을 이루며,
    중앙에 배치되는 B유체 유로(122)의 평면상 구조는, B유체 유입구(123)로부터 양측방향으로 두 방향으로 분기되어 서로 대칭을 이루는 구조이고,
    양측에 배치되는 B유체 유로(122)의 평면상 구조는, 채널 플레이트(121)의 정중앙 선(C)을 중심으로 서로 대칭을 이루는 구조이며,
    상기 양측에 배치되는 B유체 유로(122)는, B유체 유입구(123)로부터 분기되지 않고 하나의 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 인쇄기판형 열교환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 채널 플레이트(121)는, 평면상을 보았을 때 채널 방향으로 폭이 넓어지는 다각형 구조 또는 반원 구조인 B유체 유입구(123) 및 B유체 배출구(124)를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄기판형 열교환기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 B유체 유입구(123) 및 B유체 배출구(124)는, 채널 플레이트(121)의 폭 방향으로 둘 이상 쌍으로 배치되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 인쇄기판형 열교환기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 B유체 유입구(123) 및 B유체 배출구(124)는 채널 플레이트(121)가 적층되어 하나의 다각형 기둥 또는 반원 기둥 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 인쇄기판형 열교환기.
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