KR20000051820A - 플레이트 핀형 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플레이트 핀형 열교환기에 관한 것으로 플레이트 구조를 변경시켜 플레이트 핀형 열교환기의 제조공정을 간단하게 하여 저비용 제작과 제품 경량화가 가능한 플레이트 핀형 열교환기를 제작할 수 있게 하는 것이다.

본 발명의 열교환기는, 돌출된 접합부를 가지며 이웃하는 다른 플레이트는 이 접합부와 만나는 다른 접합부를 만들어 이 접합부를 제외한 옆 공간을 하나의 유체 통로로 형성하고, 상기 유체 통로가 가지는 접합부의 다른 공간에서 새로운 접합부를 만들어 또 다른 유체 통로로 형성하여, 한조의 플레이트 사이는 막히고 다른 한조의 플레이트 사이는 열리도록 접합부를 교대로 플레이트에 형성한 것을 특징으로 한다. 이에따라 열교환기 부품수를 줄여 경량화와 저비용 제작이 가능하다.

Description

플레이트 핀형 열교환기{Plate-Fin type heat exchanger}

본 발명은 플레이트 핀형 열교환기에 관한 것으로 더 상세하게는 플레이트 구조를 변경시켜 플레이트 핀형 열교환기의 제조공정을 간단하게 하여 저비용 제작과 제품 경량화가 가능한 플레이트 핀형 열교환기를 제작할 수 있게 하는 것이다.

일반적으로 흡수식 히트펌프는 기본적으로 도 1 과 같이 재생기(1),응축기(2),증발기(3),흡수기 유니트(4) 등의 4개의 콤포넌트로 구성되고, 그밖에 정류기(15),버너(16),용액펌프(17) 등으로 이루어지며, 사용되는 열교환기로는 쉘 및 튜브형 열교환기나 플레이트 핀형 열교환기 등을 열교환기의 한 형식으로 사용하고 있다.

플레이트 핀형 열교환기는 경량, 고효율의 액대액 열교환기로서 널리 사용되고 있으며, 흡수식 히트펌프에서 흡수기 유니트(4)의 경우 도 2와 같은 플레이트 핀형 열교환기를 쓰고 있다.

이 열교환기는 각각의 열교환 플레이트(5) 사이에 열교환 핀(6)이 설치되어 있고, 한 개의 열교환기가 시스템의 GAX흡수기(7)와 용액냉각흡수기(8),수냉각흡수기(9) 기능을 모두 수행 하는데, 하단부의 측면에는 과냉각기(10)로 부터 유입되는 냉매증기 유입구(11)가 있고, 상단에는 노즐(12)이 장착되어 있어 이 노즐(12)을 통해 용액열교환기로 부터 유출되는 약용액이 GAX흡수기(7)로 유입되어 노즐(12)에서 분사된다.

GAX흡수기(7) 상부에 분사된 약용액은 냉매 증기와 상부 공간에서 믹싱된 뒤 플레이트(5) 사이에 형성된 유로를 따라 플레이트(5) 표면에 막을 형성함과 동시에 하부로 흐르면서 냉매 증기를 흡수하게 되는데 이때 발생되는 흡수열은 반대편 유로로 흐르는 강용액에 의하여 제거된다.

즉 첫 번째 플레이트와 두 번째 플레이트 사이로 냉매증기와 약용액의 혼합 유체가 흐른다면, 두 번째 플레이트와 세 번째 플레이트 사이 로는 강용액이 흐르고 다시 세 번째 플레이트와 네 번째 플레이트 사이로는 혼합 유체가 흐르는데 이와같은 흐름이 반복적으로 다른 플레이트 사이에서 생긴다.

흡수기 유니트(4)의 약용액-냉매증기가 믹싱되는 상부 공간은 첫 번째 플레이트와 두 번째 플레이트 사이, 세 번째 플레이트와 네 번째 플레이트 사이에 형성된 유로와 연통되고 이와같이 격번순으로 연속해서 형성된 유로와 연통되며, 강용액 유입구(13)와 유출구(14)는 두 번째 플레이트와 세 번째 플레이트 사이, 네 번째 플레이트와 다섯 번째 플레이트 등, 마찬가지로 격번순으로 연통된 유로를 따라 흐르게 된다. 흡수 용액은 하부로 계속 연결된 유로를 따라 GAX흡수기(7)와 용액냉각흡수기(8)를 거쳐 흐르면서 계속해서 냉매 증기를 흡수하여 농도가 높아지며, 이때 발생되는 흡수열은 용액냉각흡수기(8) 하부에 설치된 강용액 유입구(13)로 유입된 강용액이 용액냉각흡수기(8)와 GAX흡수기(7)의 반대편 유로를 상부로 흐르면서 제거해 준다.

따라서 흡수기 유니트(4)는 약용액과 냉매 증기간 접촉을 플레이트(5)를 통해 유도하기 위해 유로를 격번으로 구분하게 된다. 예를들어 액이 1.3.5...의 플레이트 사이 유로를 흐른다면 냉매 증기는 2.4.6...의 플레이트 사이로 흐르게 하는 것이다.

도 3은 위와같은 플레이트 핀형 열교환기의 유로 구조를 층상으로 구분하여 도식적으로 나타낸 것이고, 도 4는 플레이트 핀 열 교환기의 단면 구조이다.

열교환기를 지나는 유체를 유체1과 유체2로 구분하여 각 유체의 유동 경로를 살펴보면, 유체 P는 화살표 방향으로 유입되어 열교환기 핀(6)을 통과하여 그 반대쪽 출구로 나오는 경로를 가질 때 유체 P는 1번째와 2번째 플레이트 사이, 3번째와 4번째 플레이트 사이를 지나가도록 2번째와 3번째 플레이트 사이 그리고 4번째와 5번째 플레이트 사이는 에지-바(18)로 막혀진 경우에 한해 그 흐름을 정해진 공간을 따라 유지시킨다.

이에 대하여 유체 P1을 화살표 방향으로 유입시켜 열교환기 핀(6)을 통과하여 출구로 나오는 경로로 할 경우 이때 유체 P1은 유체 P가 흐르지 않는 플레이트 통로 즉 2번째와 3번째 플레이트 사이, 4번째와 5번째 플레이트 사이가 에지-바(18)로 막혀져 있는 조건에서 주어진 통로를 따라 흐른다.

따라서 유체 P와 유체 P1은 서로 다른 플레이트(5)를 통하여 열교환을 하며 각 플레이트(5)들 사이에 설치된 핀(6)은 열전달을 촉진하는 역할을 하게 된다.

또한 유체 P.P1을 유입하기 위하여 각각의 입출구는 5와 같은 헤더(19)가 설치되어 있으며 유체는 헤더(19)로 유입되어 헤더(19)에서 각각의 플레이트(5) 안으로 패스(Path)된다.

이와같은 플레이트 핀형 열교환기는 플레이트(5)와 핀(6)은 브레이징(Brazing) 작업으로 한 번에 제작이 가능하지만 유체를 분배하기 위하여 필요한 헤더(19)는 동시에 브레이징이 불가능하여 브레이징 작업이 끝난 뒤 용접을 통하여 별도로 접합한다.

플레이트(5)와 헤더(19)의 동시 브레이징이 불가능한 이유는 브레이징 작업중 고열에 의해 모재가 녹으면서 플레이트(5)와 핀(6) 사이의 간격이 열변형으로 좁아지지만 헤더 (19)부분의 길이는 이에 따라 변하지 않고 그대로 유지 되기 때문에 플레이트(5)와 헤더(19)에 주어진 패스의 경로가 맞지 않게 되는데 따른 것이며, 이렇게 플레이트(5)와 헤더(19)를 통해 액대액 유체 패스를 구성하기 위해서는 플레이트(5)와 이웃하는 플레이트(5) 사이에 에지-바(18)가 필요하고, 유체의 외부 누설을 막기 위하여 모든 플레이트(5) 사이 에는 에지-바(18)가 필요하다.

플레이트 핀형 열교환기는 경량, 고효율의 액대액 열교환기로서 널리 사용되고 있으며, 최근에는 전체 열교환기를 브레이징 하여 제조하는 방법이 소형의 열교환기에서 주류를 이루게 되었다.

그러나 이와같은 플레이트 핀형 열교환기는 플레이트와 핀 그리고 헤더로 이루어지고 플레이트와 핀 그리고 헤더를 통해 유체의 패스를 만들게 됨으로서 제작과정중 비교적 간단한 작업 방법에 해당하는 브레이징 작업은 플레이트와 핀의 접합에만 제한적으로 적용되고 헤더의 동시 접합은 불가능 하여 제조공정의 단순화에 따르지 못하고 전체적으로 제조공정을 증가시키는 문제점이 있었고, 플레이트와 플레이트 사이에 에지-바가 추가되고 헤더가 들어가 열교환기의 무게를 가중 시키는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 플레이트 핀형 열교환기의 제조공정을 단순화 시키는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 플레이트 핀형 열교환기의 구성 부품을 줄여 제품을 경량화 시키는 것이다.

도 1은 흡수식 히트펌프 사이클 개략도.

도 2는 종래 플레이트 흡수기를 보인 것으로,

(가)는 흡수기 유니트,

(나)는 (가)의 A-A'선 단면도.

도 3은 플레이트 핀형 열교환기의 단층 도식도.

도 4는 도 3의 A-A'선 단면도.

도 5는 종래의 열교환기 헤더 구조를 보인 도면.

도 6은 본 발명에 따른 플레이트 핀형 열교환기의 구조를 보인 도면.

도 7은 도 6의 A-A'선 단면도.

도 8의 (가)(나)는 도 6에서 유체의 흐름상태를 설명하기 위한 것으로,

(가)는 B-B'선 단면도,

(나)는 C-C'선 단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

5:플레이트 6:핀

18:에지-바(Edge bar) 19:헤더(Header)

20.20a:접합부 21:접합면

22.22a:입출구

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 플레이트와 플레이트 사이에 핀을 삽입하고 그 사이를 격번으로 나눠 유체를 배분 시키기 위해 에지를 플레이트와 플레이트 사이에 가지는 액대액 플레이트 핀형 열교환기에 있어서;

상기 플레이트는,

돌출된 접합부를 가지며 이웃하는 다른 플레이트는 이 접합부와 만나는 다른 접합부를 만들어 이 접합부를 제외한 옆 공간을 하나의 유체 통로로 형성하고,

상기 유체 통로가 가지는 접합부의 다른 공간에서 새로운 접합부를 만들어 또 다른 유체 통로로 형성하여,

한조의 플레이트 사이는 막히고 다른 한조의 플레이트 사이는 열리도록 접합부를 교대로 플레이트에 둔 것을 특징으로 한다.

바람직하기로는, 상기 플레이트의 사이드는 대칭적인 접합면으로 가공하고, 유체의 입출구는 플레이트 전면에 가공하는 것을 특징으로 한다.

선택적으로 상기 접합부는,

플레이트 면부로 부터 반원형 돌출부로 성형된 것을 특징으로 한다.

이렇게 플레이트 핀형 열교환기를 구성하면 플레이트와 플레이트 사이에서 액대액 패스를 형성하는 에지-바가 필요없고, 플레이트 공간으로 유체의 유동경로를 만드는 헤더 없이 플레이트 핀형 열교환기의 구성을 완성 할 수 있는데, 이로부터 플레이트와 핀의 브레이징만으로 플레이트 핀형 열교환기의 제작이 가능해 진다.

본 발명의 실시예를 도면을 참고로 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 열교환기의 형태를 나타낸 것이고, 도 7은 열교환기의 횡단면도 이며, 도 8은 열교환기 유체 입구 중심의 종단면을 나타낸다.

본 발명의 실시예에서 플레이트 핀형 열교환기는 유체의 액대액 열교환을 위해 유체를 서로 다른 공간으로 유동 시키기 위한 통로를 별도의 에지-바를 쓰지 않고 플레이트의 성형 가공에서 조성한다.

주요 부분은 플레이트(5)에 형성되는 접합부(20)로서, 접합부(20)는 돌출된 형태로 이루어지며 이웃하는 다른 플레이트(5)는 이 접합부(20)와 만나는 다른 접합부(20)를 만들어 이 접합부(20)를 제외한 옆 공간을 하나의 통로로 하고, 상기 통로가 가지는 접합부(20)의 다른 공간에서 새로운 접합부(20a)를 만들어 또 다른 유체 통로로 형성하여, 한조의 플레이트(5) 사이는 막히고 다른 한조의 플레이트(5) 사이는 열리도록 접합부(20)(20a)를 교대로 플레이트(5)에 형성한 부분이다. 상기 접합부는, 플레이트(5) 면부로 부터 반원형 돌출부로 성형된다.

그리고 낱장의 플레이트(5) 사이드는 대칭적인 접합면(21)으로 가공하고, 유체의 입출구(22)(22a)는 플레이트(5) 전면에 가공한다.

낱장의 플레이트(5)에 형성되는 입출구(22)(22a), 접합부(20)(20a), 접합면(21)은 플레이트(5)를 프레스 성형으로 가공할 때 한 번의 프레스 가공으로 완성된다.

낱장의 프레이트(5)를 적층시켜 접합하는 방법은, 여러장의 플레이트(5)를 접합부(20)(20a)를 기준으로 맞추고 각 유체 통로에 핀(6)을 넣은 뒤 사이드 접합면(21)을 나란히 밀착시켜 한 번의 브레이징 처리로 플레이트 핀형 열교환기로 만든다.

이렇게 플레이트를 브레이징 처리하여 만들면 입출구 그리고 유체 통로가 구분되어 주어지며 입구부를 따라 들어오는 유체가 바로 유체 통로로 흐르게 됨으로서 헤더를 따로 필요로 하지 않고, 또한 유체 통로를 구분하기 위한 에지-바 없이 액대액 유체 통로를 조성할 수 있는데, 구체적인 작용을 도 8의 유체 흐름을 통해 보면 다음과 같다.

(가)에서 입출구(22)를 따라 흐르는 유체 P는 연속적으로 플레이트(5)에 있는 입출구(22)를 따라 첫 번째, 세 번째, 다섯 번째, 일곱 번쩨 공간으로 흐르고 나머지 짝수 공간은 접합부(20)에 막혀 흐르지 못한다.

(나)에서 또 다른 입출구(22a)를 따라 흐르는 유체 P1은 두 번째, 네 번째, 여섯 번째 공간으로 흐르고 나머지 홀수 공간은 접합부(20a)에 막혀 흐르지 못한다.

여기서 각 플레이트(5)에 형성된 접합부(20)(20a)는 유체를 공간으로 구분시켜 흐르도록 하는 역할을 하게 되는데 중요한 것은 이러한 공간 구분을 위해서 따로 에지-바와 같은 인위적 부재에 의하지 않고 접합부에 의해 직접 유체 흐름 공간을 만들어 에지-바의 소요를 없애는 것이다.

마찬가지로 플레이트 전면에 형성되는 입출구(22)(22a)는 유체를 주어진 경로대로 받아들이고 유체가 흐르는 패스가 되므로 헤더 없이도 유체를 구분시켜 보낼 수 있게 된다.

헤더가 있으면 제품 경량화가 어려운 문제도 있지만 플레이트를 접합하여 열교환기를 구성할 때 드는 작업성 문제가 더 크다. 즉 헤더와 플레이트의 접합 작업으로 브레이징 처리가 불가능 하다.

이와같이 본 발명은 플레이트 핀형 열교환기를 구성하는데 있어서 플레이트의 프레스 가공에서 유체 유동공간을 구분 시키고 유체 패스를 만들어 줌으로서 에지-바와 헤더를 사용하지 않는데 따른 제품 경량화가 가능하고, 상대적으로 제조공정이 간단해져 생산성을 향상 시켜 전체적으로 저비용으로 플레이트 핀형 열교환기를 제작할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 플레이트와 플레이트 사이에 핀을 삽입하고 그 사이를 격번으로 나눠 유체를 배분 시키기 위해 에지를 플레이트와 플레이트 사이에 가지는 액대액 플레이트 핀형 열교환기에 있어서;

   상기 플레이트는,

   돌출된 접합부를 가지며 이웃하는 다른 플레이트는 이 접합부와 만나는 다른 접합부를 만들어 이 접합부를 제외한 옆 공간을 하나의 유체 통로로 형성하고,

   상기 유체 통로가 가지는 접합부의 다른 공간에서 새로운 접합부를 만들어 또 다른 유체 통로로 형성하여,

   한조의 플레이트 사이는 막히고 다른 한조의 플레이트 사이는 열리도록 접합부를 교대로 플레이트에 형성한 것을 특징으로 하는 플레이트 핀형 열교환기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 플레이트의 사이드는 대칭적인 접합면으로 가공하고, 유체의 입출구는 플레이트 전면에 가공하여 패스를 형성하는 것을 특징으로 하는 플레이트 핀형 열교환기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 접합부는,

   플레이트 면부로 부터 반원형 돌출부로 성형된 것을 특징으로 하는 플레이트 핀형 열교환기.