KR200255179Y1 - 공기용 대향류 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 상면돌출부와 하면돌출부가 교호히 평행하게 다수 성형된 전열판을 돌출부가 서로 맞닿도록 다수 적층하여 유동통로를 형성하고 상기 유동통로를 고온공기와 저온공기가 혼합되지 않고 각각의 유동통로를 반대방향으로 유동하면서 온도차에 의해 열교환하는 공기용 대향류 열교환기에 관한 것이다. 본 고안의 구성은 박판소재에 상면돌출부(10)와 하면돌출부(11)를 교호히 평행하게 소성변형하여 다수 형성된 전열판(1)과, 상기 전열판(1)을 돌출 높이에 의해 일정간격 이격되어 유동통로를 형성되도록 돌출부끼리 대면하여 다수 적층한 적층부재(2)와, 상기 적층부재(2)의 공기의 입출구가 형성되는 장축방향의 경사진 측면을 입출구의 공기가 상호 혼합되지 않도록 하는 우측접합부(4a)와 좌측접합부(4b)와, 상기 적층부재(2)의 측면을 구성하는 좌우측면부재(3a,3b)와, 상기 적층부재(2)의 장축방향의 선단에 구성되는 전후측면부재(5a,5b)와, 상기 좌우측면부재(3a,3b)와 전후측면부재(5a,5b)에 형성된 결합공에 의해 결합되는 상판(6a)과 하판(6b)으로 구성된다. 이와같은 본 고안은 상기 돌출부가 유동통로의 형성을 위한 종래의 이격부재와 전열핀의 역할을 동시에 함과 더불어 유동가이드의 기능도 부가되어 구조가 간단하고 접촉저항이 없어 열교환기의 효율을 증대시키는 효과가 있다.

Description

공기용 대향류 열교환기{Counter flow air-to-air heat exchanger}

본 고안은 상면돌출부와 하면돌출부가 교호히 평행하게 다수 성형된 전열판을 돌출부가 서로 맞닿도록 다수 적층하여 유동통로를 형성하고 상기 유동통로를고온공기와 저온공기가 혼합되지 않고 각각의 유동통로를 반대방향으로 유동하면서 온도차에 의해 열교환하는 공기용 대향류 열교환기에 관한 것이다.

공기용 대향류 열교환기는 고온공기와 저온공기가 다수 적층된 전열판 사이에 형성된 유로를 상호 혼합되지 않고 대향유동하면서 열교환하는 것으로, 냉각 또는 가열 공간의 오염없이 열교환이 요구되는 분야에 사용되고 있으며, 그 예로는 전자기기 냉각으로서 이동통신 중계기용 함체 냉각장치와 배전반 냉각장치가 있으며, 또한 실내 공기의 환기용으로 배열을 회수하여 에너지를 절약을 도모하는 환기장치가 있다.

종래기술에서는 요철부를 갖지 않는 평탄한 박판 전열판을 측면의 지지대에 의해 일정 간격 이격하여 다수 적층하여 구성하거나, 삼각형이나 반원형으로 접은 전열핀을 상하판 사이에 형성한 전열판을 다수 적층하여 구성하거나, 이격부재를 상하판 사이에 구성한 전열판을 적층하여 형성한 공기용 대향류 열교환기가 있다.

그러나 상기의 종래기술에서 요철부를 갖지 않는 박판 전열판을 측면의 지지대에 의해 일정 간격 이격하여 다수 적층하여 구성된 것은 전열면적이 적어 열교환 효율이 적고 동일 열교환량에 대해 크기가 커지게 되는 문제가 있고, 삼각형이나 반원형으로 접은 전열핀을 상하판 사이에 형성한 전열판을 다수 적층하여 구성한 것은 제조공정이 복잡하고 열교환기의 압력강하가 크고 적층부재의 접촉열저항이 커서 제조단가가 높고 송풍기의 전력소모가 크고 열효율이 저하되는 문제가 있으며, 이격부재를 상하판 사이에 구성한 전열판을 적층하여 형성한 것은 이격부재와 상하판이 일체형으로 구성되지 않아 접촉면에서의 열저항이 크게 되어 열교환 효율이 저하 되는 문제점이 있다.

본 고안의 목적은 상기한 바와같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 공기용 대향류 열교환기의 전열판에 다수의 상면돌출부와 하면돌출부를 일체로 구성하여 유동통로의 형성과 전열핀과 유동가이드의 역활을 하도록 하여 구조가 간단하고 접촉열저항을 제거하여 열교환기의 효율을 향상시키는 것이다.

도 1은 본 고안의 공기용 대향류 열교환기의 바람직한 실시예의 분리사시도.

도 2는 본 고안의 공기용 대향류 열교환기의 바람직한 실시예의 사시도.

도 3은 본 고안의 전열판의 부분 상세도.

도 4는 본 고안의 전열판의 적층과 공기유동을 나타내는 A-A부분 단면도.

도 5는 본 고안의 공기 입출구의 접합부의 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1,15 : 전열판 2 : 적층부재

3: 좌우측면부재 4: 전후측면부재

5: 전후측면부재 6: 상판과 하판

10,16 : 상면돌출부 11,17 : 하면돌출부

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 특징에 따르면, 본 고안은 박판소재에 상면돌출부(10)와 하면돌출부(11)를 소성변형하여 교호히 평행하게 형성한 전열판(1)과, 상기 전열판(1)을 돌출 높이에 의해 일정간격 이격되어 유동통로를 형성되도록 돌출부끼리 대면하여 다수 적층한 적층부재(2)와 상기 적층부재(2)의 측면을 마감하는 좌우측면부재(3a,3b)와, 공기 입출구의 선단을 마감하는 전후측면부재(5a,5b)와, 상기 좌우측면부재(3a,3b)와 전후측면부재(5a,5b)와 결합되는 상판(6a)과 하판(6b)으로 구성된다.

상기 전열판(1)에 대한 특징을 보다 상세히 살펴보면, 상기 전열판(1)에 소성변형하여 일체형으로 형성된 상기 상면돌출부(10)와 상기 하면돌출부(11)는 전열판(1)의 전열면적을 증가시킬 뿐만 아니라 일체형이므로 접촉저항이 없으며 동시에 상기 전열판(1)을 돌출부끼리 대면하도록 적층하면 상기 대면된 돌출부에 의해 전열판 사이는 유동통로를 형성하고 전열핀 역할을 하여 열전달을 증대시키고 또한 각각의 공기 유동층에 대해서 유동가이드의 역할을 하여 열전달 효율을 증대시키게 된다.

이하 본 고안에 의한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안의 공기용 대향류 열교환기의 바람직한 실시예의 분리사시도이고, 도 2는 본 고안의 공기용 대향류 열교환기의 바람직한 실시예의 사시도로서, 전열판(1)이 다수 적층된 적층부재(2)의 측면을 마감하는 좌우측면부재(3a,3b)를 부착하고 공기 입출구의 선단을 마감하는 전후측면부재(5a,5b)를 부착하고 상기 좌우측면부재(3a,3b)와 전후측면부재(5a,5b)를 상판(6a)과 하판(6b)과 결합하여 조립되어 도 2와 같은 외형이 완성된다.

상기 적층부재(2)에 대해 보다 상세히 설명하면, 도 3의 본 고안의 전열판(1)의 부분 상세도에 도시한 바와같이 다수의 상면돌출부(10)과 하면돌출부(11)가 교호되어 평행하게 형성된 전열판(1)을 도 4의 본 고안의 전열판의 적층과 공기유동을 나타내는 A-A부분 단면도에 도시한 바와같이 돌출부끼리 상호 대면하도록 이하에 설명하는 방법에 의해 다수 적층하여 구성된다.

도 4에서 전열판을 뒤집은 제2 전열판(15b)을 제1 전열판(15a)에 맞대면 제1 전열판(15a)의 상면돌출부(16a)와 제2 전열판의 상면돌출부(16b)가 상호 대면하게 되고 다른 상면돌출부도 모두 대면하게 된다. 이러한 방법으로 제3 전열판(15c)과 제4 전열판(15d)를 맞대고 제2 전열판(15b)에 적층하면 제3 전열판(15c)의 하면돌출부(17c)와 제2 전열판(15b)의 하면돌출부(17b)가 대면하게 된다. 이와같은 적층방법에 의해 형성된 적층부재(2)는 최하층과 최상층에 놓이는 전열판을 제외하고 모든 전열판의 상면돌출부와 상면돌출부는 서로 맞닿아 대면하게 되고 상기 돌출부에 의해 이격되어 유동통로를 형성한다.

전열판(1)에 대해 보다 상세히 설명하면, 도 1에서와 같이 전열판(1)의 외형은 직사각형의 장축방향의 선단의 일부 남기고 삼각형태로 경사지게 양측이 형성되어 있다. 돌출부는 도 3에서와 같이 상면돌출부(10)과 하면돌출부(11)가 서로 교호되어 전체적으로 장축방향으로 평행하게 일체형으로 형성되어 있다. 이러한 형상은 일예로 암수의 금형으로 프레스가공에 의한 소성변형으로 달성될 수 있다. 상면과 하면 돌출부의 성형 개수는 도 3에 국한된 것은 아니고 본 고안의 열교환기의 용량별 크기에 따라 다양한 개수의 돌출부를 갖는 전열판(1)의 구성이 가능하다. 또한, 돌출부의 형상이 도 3에서는 가는 폭과 긴 길이를 갖는 타원형 기둥형상을 갖으나 이에 국한된 것은 아니고 도면에 도시하지는 않았으나 가는 폭과 긴 길이를 갖는 직사각형의 길이방향의 양단을 유동저항이 적도록 반원형태로 둥굴게 형성된 기둥형태로도 변형이 가능하다.

또한, 상기의 돌출부는 유동통로의 형성과 더불어 유동가이드의 역할을 수행하므로서 각각의 유동층을 흐르는 공기는 잘 섞이지 않고 열교환하게 된다.

한편, 상기 적층부재(2)와 좌우측면부재(3a,3b)의 결합에 관해서는 상기 적층방법에 의해 형성된 각 층의 유동통로를 고온공기와 저온공기가 서로 교호되어 반대방향으로 유동하게 된다. 이를 위해 서로 상기의 공기가 측면부위에서 섞이지않도록 적층부재(2)의 측면부와 좌우측면부재(3a,3b)를 결합시켜야 한다. 결합방법은 접착재에 의한 방법과 접기공정에 의한 시임결합방법과 용접방법 모두가 사용가능하다. 일례로 섭씨 80도 이하의 사용온도 조건에서는 실리콘소재를 이용 접합하고, 80도 이상 200도 미만에서는 열경화성 합성수지를 사용 열접착하고 그 이상의 온도에서는 시임접합 또는 용접에 의해 밀봉한다.

그리고, 공기의 입출구가 형성되는 상기 적층소재(2)의 장축방향의 경사진 측면은 상호 지그재그로 접합이 되어 입출구의 공기가 상호 혼합되지 않아야 한다. 이를 위해 도 5에 도시한 바와 같이 우측접합부(4a)와 좌측접합부(4b)가 서로 어긋나게 지그재그로 측면을 접합한다. 접합방법은 상기의 적층부재(2)의 측면부 방법과 동일하다.

상기 공기의 입출구부의 지그재그 접합이 완성되면 전후측면부재(5a,5b)를 부착하고 상판(6a)과 하판(6b)를 상기 전후측면부재(5a,5b)와 좌우측면부재(3a,3b)에 형성된 결합공에 의해 나사등의 결합부재로 체결 완성한다.

상기의 완성된 공기용 대향류 열교환기는 도 2에 도시한 바와 같이 화살표 방향으로 공기를 유동하도록 하면 열교환기 내부에서는 대향류의 열교환이 이루어지게 된다. 통상 열교환 유체의 유동형태는 대향류, 직교류, 병행류로 나뉘어 지는데 대향류가 가장 열교환 효율이 높은 것으로 알려져 있다.

본 고안의 작동은 전열판(1)을 사이에 두고 고온공기와 저온공기가 대향유동하면서 고온공기의 열이 고온측 대류열전달에 의해 전열판(1)에 전달되고 전열판 (1)내에서는 열전도에 의해 전달되고 이 열은 저온측 대류열전달에 의해 저온공기로 이동하여 전체적으로 열교환을 하게 된다.

본 고안의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 고안의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

이상과 같은 본 고안의 공기용 대향류 열교환기는 전열판(1)에 상면돌출부(10)와 하면돌출부(11)를 소성변형에 의해 일체로 형성하고 돌출부끼리 맞대어지도록 다수 적층구성하므로서 상기 돌출부가 종래의 유동통로의 형성을 위한 이격부재와 전열핀의 역할을 동시에 함과 더불어 유동가이드의 기능도 부가되어 구조가 간단하고 접촉저항이 없어 열교환기의 효율을 증대시키는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 박판소재에 상면돌출부(10)와 하면돌출부(11)를 교호히 평행하게 소성변형하여 다수 형성된 전열판(1)과,

   상기 전열판(1)을 돌출 높이에 의해 일정간격 이격되어 유동통로를 형성되도록 돌출부끼리 대면하여 다수 적층한 적층부재(2)와,

   상기 적층부재(2)의 공기의 입출구가 형성되는 장축방향의 경사진 측면을 입출구의 공기가 상호 혼합되지 않도록 하는 우측접합부(4a)와 좌측접합부(4b)와,

   상기 적층부재(2)의 측면을 구성하는 좌우측면부재(3a,3b)와,

   상기 적층부재(2)의 장축방향의 선단에 구성되는 전후측면부재(5a,5b)와,

   상기 좌우측면부재(3a,3b)와 전후측면부재(5a,5b)에 형성된 결합공에 의해 결합되는 상판(6a)과 하판(6b)으로 형성된 것을 특징으로 하는 공기용 대향류 열교환기.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 상면돌출부(10)와 하면돌출부(11)의 형상이 가는 폭과 긴 길이를 갖는 타원형 기둥형상을 갖는 것을 특징으로 하는 공기용 대향류 열교환기.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 상면돌출부(10)와 하면돌출부(11)의 형상이 가는 폭과 긴 길이를 갖는 직사각형의 길이방향의 양단을 유동저항이 적도록 반원형태로둥굴게 형성된 기둥형상을 갖는 것을 특징으로 하는 공기용 대향류 열교환기.