KR102031978B1 - 기액 분리 구조를 포함하는 인쇄기판형 열교환기 - Google Patents

기액 분리 구조를 포함하는 인쇄기판형 열교환기

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KR102031978B1
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Abstract

기액 분리 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, 평면상으로 보았을 때 서로 교차하는 방향으로 형성된 A유체 유로와 B유체 유로가 각각 형성된 A채널 플레이트와 B채널 플레이트가 둘 이상 일방향으로 적층된 구조를 포함하고, A유체 유로를 통과한 A유체가 열교환된 후 기화되어 기액 분리부로 유동되는 기화기; 기화기와 과열기 사이에 장착되고, 기화기를 통해 전달된 A유체 중 기화된 기체를 과열기로 전달하는 기체출구가 일측에 형성되고, 기화기를 통해 전달된 A유체 중 기화되지 못한 액체를 외부로 배출하는 액체출구가 일측에 형성된 기액 분리부; 및 평면상으로 보았을 때 서로 교차하는 방향으로 형성된 A유체 유로와 B유체 유로가 각각 형성된 A채널 플레이트와 B채널 플레이트가 둘 이상 일방향으로 적층된 구조를 포함하고, 기액 분리부로부터 전달된 기체가 A유체 유로를 통과하며 열교환되어 과열된 후 외부로 배출되는 기체 배출구가 일측에 형성된 과열기;를 포함하는 것 구성의 요지로 한다. 본 발명의 인쇄기판형 열교환기에 따르면, 기액분리 기능을 함께 수행할 수 있는 구조의 인쇄기판형 열교환기를 제공할 수 있다.

Description

기액 분리 구조를 포함하는 인쇄기판형 열교환기{Printed Circuit Type Heat Exchanger Having Gas-Liquid Separating Structure}
본 발명은 인쇄기판형 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기액 분리를 동시에 수행할 수 있는 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.
주입되는 유체에 열을 가하여 액체와 기체를 분리할 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 언급한 쉘-튜브 타입의 열교환기를 사용하기도 한다.
앞서 설명한 바와 같이, 종래 기술에 따른 쉘-튜브 타입의 열교환기를 이용하여, 액체와 기체를 분리할 경우, 열교환기 자체의 부피가 매우 크기 때문에 열교환기 내에서 기체 액체 분리가 매우 용이하며, 일체형으로 제작 가능하다. 그러나, 쉘-튜브 타입의 열교환기를 이용하여 액체와 기체를 분리하는 구조를 구성할 경우, 부피가 크기 때문에 공간 제약이 따르면 환경에서는 사용이 곤란하다는 문제점을 가지고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 도 2에 도시된 바와 같이 작은 부피로 설계 가능한 인쇄기판형 열교환기를 이용할 수 있다.
그러나, 인쇄기판형 열교환기를 이용하여 액체와 기체를 분리하는 구조를 구성할 경우, 기화기, 과열기 및 기액분리기를 각각 별도로 제작해야 하므로, 배관 연결이 매우 복잡해진다는 문제점이 발생한다.
따라서, 상기 언급한 종래 기술에 따른 문제점을 해결할 수 있는 인쇄기판형 열교환기에 대한 기술이 필요한 실정이다.
대한민국등록실용신안 20-0479402 (2016년 01월 19일 등록)
본 발명의 목적은, 기액분리 기능을 함께 수행할 수 있는 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, 평면상으로 보았을 때 서로 교차하는 방향으로 형성된 A유체 유로와 B유체 유로가 각각 형성된 A채널 플레이트와 B채널 플레이트가 둘 이상 일방향으로 적층된 구조를 포함하고, A유체 유로를 통과한 A유체가 열교환된 후 기화되어 기액 분리부로 유동되는 기화기; 기화기와 과열기 사이에 장착되고, 기화기를 통해 전달된 A유체 중 기화된 기체를 과열기로 전달하는 기체출구가 일측에 형성되고, 기화기를 통해 전달된 A유체 중 기화되지 못한 액체를 외부로 배출하는 액체출구가 일측에 형성된 기액 분리부; 및 평면상으로 보았을 때 서로 교차하는 방향으로 형성된 A유체 유로와 B유체 유로가 각각 형성된 A채널 플레이트와 B채널 플레이트가 둘 이상 일방향으로 적층된 구조를 포함하고, 기액 분리부로부터 전달된 기체가 A유체 유로를 통과하며 열교환되어 과열된 후 외부로 배출되는 기체 배출구가 일측에 형성된 과열기;를 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 기화기와 기액분리부 사이에는 제 1 중간 플레이트가 장착되고, 상기 제 1 중간 플레이트는, 기화기를 기액분리부와 분리하고, 상기 제 1 중간 플레이트의 일측에는 A유체 배출구와 기액분리부를 서로 연통시키는 유체 연통로가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 기액분리부와 과열기 사이에는 제 2 중간 플레이트가 장착되고, 상기 제 2 중간 플레이트는, 과열기를 기액분리부와 분리하고, 상기 제 2 중간 플레이트의 일측에는 기화된 A유체 인입구와 기액분리부를 서로 연통시키는 유체 연통로가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 기액 분리부는, 기화기와 과열기를 소정 거리만큼 이격시키도록 소정 길이의 폭으로 형성되고 내부에 기체와 액체를 분리할 수 있는 공간을 포함하는 구조일 수 있다.
이 경우, 상기 기액 분리부의 내부 공간의 상부에는 기체 분리용 배플이 장착될 수 있다.
또한, 상기 기체 분리용 배플은 기체출구와 인접하여 장착될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 기화기는 기액 분리부의 일측에 탈부착이 가능한 구조로 결속되는 구조일 수 있다. 또한, 상기 과열기는 기액 분리부의 타측에 탈부착이 가능한 구조로 결속되는 구조일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 A채널 플레이트에 형성된 A유체 유로는, 다수의 절곡구조를 포함하는 구조일 수 있다. 이때, 상기 절곡구조는 평면상으로 보았을 때 연속되는 "ㄹ"자 형상일 수 있다. 또한, 상기 유로는 좌우 대칭 구조를 형성하고, 각각의 절곡구조가 서로 맞닿아 인접하도록 배치될 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 쉘앤튜브 열교환기를 이용하여 기액분리를 수행하는 것을 나타내는 모식도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 인쇄기판형 열교환기를 이용하여 기액분리를 수행하는 것을 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기를 나타내는 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기를 나타내는 분해조립도이다.
도 5는 도 4에 도시된 인쇄기판형 열교환기의 기화기, 기액 분리부 및 과열기 부분만을 발췌하여 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 4 및 도 5에 도시된 기화기 부분만을 발췌하여 나타낸 분해도이다.
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 구성도가 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기를 나타내는 분해조립도가 도시되어 있으며, 도 5에는 도 4에 도시된 인쇄기판형 열교환기의 기화기, 기액 분리부 및 과열기 부분만을 발췌하여 나타낸 사시도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기(100)는, A유체와 B유체가 서로 열교환될 수 있도록 내부에 A유체 유로 및 B유체 유로가 형성된 구조로서, 특정 구조의 기화기(110), 기액 분리부(130) 및 과열기(120)를 구비함으로써, 기액분리 기능을 함께 수행할 수 있는 구조의 인쇄기판형 열교환기를 제공할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기(100)를 구성하는 각 구성에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 6에는 도 4 및 도 5에 도시된 기화기 부분만을 발췌하여 나타낸 분해도가 도시되어 있다
도 6을 도 3 내지 도 5와 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기(100)는, 기화기(110), 기액 분리부(130) 및 과열기(120)가 일체형으로 결합된 구조로서, 협소한 환경에도 적절히 적용될 수 있는 콤팩트한 구조이다.
기화기(110)와 과열기(120)는 A채널 플레이트(101)와 B채널 플레이트(102)가 둘 이상 일방향으로 적층된 구조로서, 내부로 유입된 유체들의 열교환을 이용하여 각각의 기능을 수행한다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 기화기(110), 기액 분리부(130) 및 과열기(120) 결속구조의 양측면에는 제 1 커버(151)와 제 2 커버(152)가 각각 장착될 수 있다. 이때, 제 1 커버(151)는 기화기(110)의 일측면을 밀폐하는 판상형 구조로서, 기화기(110)의 A유체 유로(103) 내부로 A유체를 제공할 수 있는 유입 통로를 제공하는 A유체 인입구(151-1) 일측에 형성된 구조이다. 또한, 제 2 커버(152)는 과열기(120)의 일측면을 밀폐하는 판상형 구조로서, 과열기(120)로부터 과열된 기체가 외부로 배출될 수 있는 과열기체 배출구(152-1)가 일측에 형성된 구조이다.
한편, A채널 플레이트(101)에 형성된 A유체 유로(103)는, 평면상으로 보았을 때 좌우 대칭구조로 서로 인접하여 형성된 구조로서, 열교환 효율을 극대화 시킬 수 있도록 유체간의 접촉 면적을 최대한 넓힐 수 있는 구조임이 바람직하다. 구체적으로, 본 실시예에 따른 유로는, 다수의 절곡구조를 포함하는 구조로서, 평면상으로 보았을 때, 연속되는 "ㄹ"자 형상임이 바람직하다. 이때, 유로는 좌우 대칭 구조를 형성하고, 각각의 절곡구조가 서로 맞닿아 인접하도록 배치되어 유체간의 접촉 면적을 극대화 시킬 수 있으며, 결과적으로 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
기화기(110)는, A유체 유로(103)를 통과한 A유체를 열교환에 의해 기화시켜 기액 분리부(140)로 유동시킬 수 있는 구조이다. 과열기(120) 역시, 기화기(110)와 동일한 적층구조를 포함하는 구성으로서, 입입되는 유체와 배출되는 유체의 물리적 특성이 상이하다.
기화기(110)와 과열기(130) 사이에 장착되는 기액 분리부(130)는, 기화기(110)로부터 전달된 A유체 중 기화된 기체를 과열기(130)로 전달할 수 있다. 이와 동시에, 기액 분리부(130)는, 기화기(110)를 통해 전달된 A유체 중 기화되지 못한 액체를 외부로 배출할 수 있다.
구체적으로, 본 실시예에 따른 기액 분리부(130)는, 기화기(110)를 통해 전달된 A유체 중 기화된 기체를 과열기(130)로 전달하는 기체출구(131)가 일측에 형성되고, 기화기(110)를 통해 전달된 A유체 중 기화되지 못한 액체를 외부로 배출하는 액체출구(132)가 일측에 형성된 구조이다.
이때, 기액 분리부(130)는, 기화기(110)와 과열기(120)를 소정 거리만큼 이격시키도록 소정 길이의 폭으로 형성되고 내부에 기체와 액체를 분리할 수 있는 공간을 포함하는 구조임이 바람직하다.
이 경우, 기액 분리부(130)의 내부 공간의 상부에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 기체 분리용 배플(133)이 장착되어 기액 분리 효율을 현저히 향상시킬 수 있다. 이때, 기체 분리용 배플(133)은 기체출구(131)와 인접하여 장착됨이 바람직하다.
경우에 따라서, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 기화기(110)와 기액분리부(140) 사이에는 제 1 중간 플레이트(141)가 장착될 수 있다.
이때, 제 1 중간 플레이트(141)는, 기화기(110)를 기액분리부(140)와 분리할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 제 1 중간 플레이트(141)의 일측에는 A유체 배출구(112)와 기액분리부(140)를 서로 연통시키는 유체 연통로(141-1)가 형성될 수 있다.
또한, 기액분리부(130)와 과열기(120) 사이에는 제 2 중간 플레이트(142)가 장착될 수 있다. 이때, 제 2 중간 플레이트(142)는, 과열기(120)를 기액분리부(140)와 분리할 수 있으며, 제 2 중간 플레이트(142)의 일측에는 기화된 A유체 인입구(114)와 기액분리부(130)를 서로 연통시키는 유체 연통로(142-1)가 형성될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 기화기(110) 및 과열기(120)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 기액 분리부(130)의 양측에 탈부착이 가능한 구조로 결속될 수 있다.
이 경우, 문제가 발생된 기화기(110) 또는 과열기(120)에 대해서 기액 분리부(130)로부터 손쉽게 분리시킬 수 있어, 유지 관리가 용이하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 인쇄기판형 열교환기에 따르면, 특정 구조의 기화기, 기액 분리부 및 과열기를 구비함으로써, 기액분리 기능을 함께 수행할 수 있는 구조의 인쇄기판형 열교환기를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 인쇄기판형 열교환기에 따르면, 특정 구조의 제 1 중간 플레이트, 제 2 중간 플레이트 및 기액 분리부를 구비함으로써, 기화기를 통해 전달된 B유체 중 기화된 기체를 효과적으로 분리할 수 있고, 분리된 기체를 과열기로 안정적으로 전달할 수 있어, 기액 분리 효율을 현저히 향상시킨 인쇄기판형 열교환기를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 인쇄기판형 열교환기에 따르면, 특정 구조의 배플과기체 배출구를 포함하는 기액 분리부를 구비함으로써, 기화기를 통해 전달된 B유체 중 기화된 기체를 효과적으로 분리할 수 있고, 분리된 기체를 과열기로 안정적으로 전달할 수 있어, 기액 분리 효율을 현저히 향상시킨 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.
100: 인쇄기판형 열교환기
101: A채널 플레이트
102: B채널 플레이드
103: A유체 유로
104: B유체 유로
110: 기화기
111: A유체 인입구
112: A유체 배출구
113: A유체 인입구
114: 기화된 A유체 인입구
115: 과열된 A유체 인입구
120: 과열기
121: 기체 배출구
130: 기액 분리부
131: 기체출구
132: 액체출구
133: 기체 분리용 배플
141: 제 1 중간 플레이트
141-1: 유체 연통로
142: 제 2 중간 플레이트
142-1: 유체 연통로
151: 제 1 커버
151-1: A유체 인입구
152: 제 2 커버
152-1: 과열기체 배출구

Claims (11)

  1. A유체와 B유체가 서로 열교환될 수 있도록 내부에 A유체 유로 및 B유체 유로가 형성된 인쇄기판형 열교환기(100)로서,
    평면상으로 보았을 때 서로 교차하는 방향으로 형성된 A유체 유로(103)와 B유체 유로(104)가 각각 형성된 A채널 플레이트(101)와 B채널 플레이트(102)가 둘 이상 일방향으로 적층된 구조를 포함하고, A유체 유로(103) 를 통과한 A유체가 열교환된 후 기화되어 기액 분리부(140)로 유동되는 기화기(110);
    기화기(110)와 과열기(130) 사이에 장착되고, 기화기(110)를 통해 전달된 A유체 중 기화된 기체를 과열기(130)로 전달하는 기체출구(131)가 일측에 형성되고, 기화기(110)를 통해 전달된 A유체 중 기화되지 못한 액체를 외부로 배출하는 액체출구(132)가 일측에 형성되며, 기화기(110)와 과열기(120)를 소정 거리만큼 이격시키도록 소정 길이의 폭으로 형성되고 내부에 기체와 액체를 분리할 수 있는 공간을 포함하는 구조의 기액 분리부(130); 및
    평면상으로 보았을 때 서로 교차하는 방향으로 형성된 A유체 유로(103)와 B유체 유로(104)가 각각 형성된 A채널 플레이트(101)와 B채널 플레이트(102)가 둘 이상 일방향으로 적층된 구조를 포함하고, 기액 분리부(130)로부터 전달된 기체가 A유체 유로(103)를 통과하며 열교환되어 과열된 후 외부로 배출되는 기체 배출구(121)가 일측에 형성된 과열기(120);
    를 포함하고,
    상기 기화기(110)와 기액분리부(140) 사이에는 제 1 중간 플레이트(141)가 장착되고, 상기 제 1 중간 플레이트(141)는, 기화기(110)를 기액분리부(140)와 분리하고, 상기 제 1 중간 플레이트(141)의 일측에는 A유체 배출구(112)와 기액분리부(140)를 서로 연통시키는 유체 연통로(141-1)가 형성되고,
    상기 기액분리부(130)와 과열기(120) 사이에는 제 2 중간 플레이트(142)가 장착되고, 상기 제 2 중간 플레이트(142)는, 과열기(120)를 기액분리부(140)와 분리하고, 상기 제 2 중간 플레이트(142)의 일측에는 기화된 A유체 인입구(114)와 기액분리부(130)를 서로 연통시키는 유체 연통로(142-1)가 형성되고,
    상기 기액 분리부(130)의 내부 공간의 상부에는 기체 분리용 배플(133)이 장착되고, 상기 기체 분리용 배플(133)은 기체출구(131)와 인접하여 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 인쇄기판형 열교환기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기화기(110)는 기액 분리부(130)의 일측에 탈부착이 가능한 구조로 결속되는 것을 특징으로 하는 인쇄기판형 열교환기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 과열기(120)는 기액 분리부(130)의 타측에 탈부착이 가능한 구조로 결속되는 것을 특징으로 하는 인쇄기판형 열교환기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 A채널 플레이트(101)에 형성된 A유체 유로(103)는, 다수의 절곡구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄기판형 열교환기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 절곡구조는 평면상으로 보았을 때 연속되는 "ㄹ"자 형상인 것을 특징으로 하는 인쇄기판형 열교환기.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 유로는 좌우 대칭 구조를 형성하고, 각각의 절곡구조가 서로 맞닿아 인접하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 인쇄기판형 열교환기.
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