KR200305350Y1 - 배기열 회수용 플라스틱 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 배기열 회수용 플라스틱 열교환기에 관한 것으로서, 박막의 플라스틱으로 이루어진 전열판(10)이 형성되고, 상기 전열판(10)의 대향하는 어느 한쌍의 테두리부가 돌출되어 접합면(14)으로 형성되고, 나머지의 다른 한쌍의 대향되는 테두리부는 접합면(14)에 대해서 함몰된 요입면(16)으로 형성되며, 상기 접합면(14)과 요입면(16) 사이의 전열면(12)상에는 이의 전열면적을 극대화함과 아울러 와류와 난류를 발생시키도록 된 다수의 돌기가 전열면(12)상에 일체로 성형되고, 상기 전열판(10)을 90도 방향으로 회전시킨 상태로 교번시켜 적재하여서 열교환기(2)를 구성하되, 어느 하나의 전열판에 형성된 접합면과, 이에 대응하는 다른 전열판의 요입면을 상호 접합시켜서 일체로 열융착시켜 구성하여서, 기존의 알루미늄 열교환기에 비해 저가이면서 전열성능이 좋고, 그로 인해서 공기조화장치 또는 환기장치에서 배기되는 에너지를 획기적으로 회수할 수 있게 된다.

Description

배기열 회수용 플라스틱 열교환기{Plastic Heat Exchanger For Exhaust Heat Recovery}

본 고안은 산업체와 상업용 건물의 공기조화장치 또는 아파트, 지하상가, 지하철 등의 환기장치에서 배출되는 배기열을 회수함으로써 냉난방 에너지를 절약할 수 있는 열교환기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열교환기를 이루는 전열판이 박막의 플라스틱으로 성형되고, 열전달이 일어나는 전열면에 다수의 돌기가 일체로 성형되어서, 전열면적이 극대화되고, 대류열전달이 촉진되도록 한 배기열 회수용 플라스틱 열교환기에 관한 것이다.

근래에는 쾌적한 환경의 추구로 인하여 냉난방을 위한 공조시스템과 환기장치의 사용이 확대되고 있으며, 이로 인해 여름 및 겨울의 에너지 사용량이 급증하고 있다.

특히, 공조시스템과 환기장치에서 나오는 배기열은 온도는 낮지만, 그 양이 대단히 많음은 물론, 도입되는 외기를 가열 또는 냉각하는데 직접 사용할 수 있기 때문에 배기열 회수에 대한 대책이 시급한 실정이다.

게다가, 에너지 절약의 일환으로 실내 공간은 더욱더 밀폐와 단열을 요구하게 되었고, 결과적으로 환기량이 적게 됨에 따라 실내 공기의 질은 악화되었고, 이를 해결하고자 적절한 배기열 회수장치가 부착된 환기시설의 설치가 요구되어 왔으며, 이와 같은 배기열 회수장치를 사용할 경우 50∼70％의 배기열을 회수하여 냉난방에 소요되는 에너지를 상당부분 절약할 수 있게 된다.

종래의 공조시스템에서는 회전축열식 열교환기, 히트파이프식 열교환기, 알루미늄 판형 열교환기 등이 배기열 회수용으로 주로 사용되고 있으나, 이들 열교환기는 유지,관리가 어렵고, 고가이기 때문에 건축설계자나 건물주가 사용을 기피하여 일부 상업용 건물에만 적용되고 있다. 따라서, 가격이 저렴하고, 설치가 쉬우며, 열전달 성능이 뛰어난 열교환기의 개발이 필요하다.

지금까지는 알루미늄이 배기열 회수용 열교환기의 재료로 주로 이용되어 왔으나, 알루미늄은 가격이 고가이고, 알루미늄을 이용하여 제작한 다수의 전열판을 적층하여 열교환기로 제작함에 있어 많은 어려움이 있었다. 즉, 종래에는 다수의 전열판을 적층한 후, 이 전열판을 상호간 접착할 경우, 두 전열판의 테두리부를 절곡하여 어느 하나의 전열판 테두리부가 다른 전열판의 테두리부를 감싼채 접철시킴으로써 작업공정이 매우 복잡하고, 추가적인 인력이 소요되어 생산성이 저하되는 단점이 있었다.

따라서, 현재는 플라스틱이나 종이 등의 다양한 비금속 재질의 사용이 증대되고 있다. 비금속 재질의 열교환기는 저가로 제작할 수 있으며, 경량화할 수 있고, 부식의 위험이 적다는 장점을 가지고 있다. 그러나, 열전도계수가 알루미늄에 비해 매우 낮기 때문에 열전달 성능이 저하되는 문제점이 있었다.

즉, 비금속 재료를 이용한 종래의 플라스틱 열교환기는 아직 연구가 미비하고, 무엇보다 열전달을 촉진시키기 위한 많은 연구가 수행되지 않아 일반적으로 평판-핀형의 단순한 형상으로 이루어진 것으로, 낮은 열교환 효율을 보이고 있어 배기열 회수를 통한 에너지 절약효과가 알루미늄 열교환기에 비해서 미약한 실정인 것이다.

이에, 본 고안은 전술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 박막의 플라스틱으로 열교환기를 구성하는 단위전열판을 형성하고, 이 전열판의 전열면에 일체로 성형된 다수의 돌기를 형성하여서, 전열면적을 극대화함과 동시에 대류열전달을 촉진시켜 전열성능을 향상시키고, 가격이 저가인 배기열 회수용 플라스틱 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 전열판의 전열면을 웨이브지게 형성하여서, 전열면적을 극대화하여 열전달 성능을 극대화하도록 한 배기열 회수용 플라스틱 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 전열판의 사방 테두리부에 요철면을 교대로 성형하여서, 이 전열판을 90도 방향으로 교번시켜 적재한 후, 상호 밀착되는 요부와 철부를 열융착하는 간단한 공정으로 열교환기를 제작할 수 있도록 한 배기열 회수용 플라스틱 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 고안에 따른 열교환기를 구성하는 전열판을 도시한 도면으로서, 도 1a는 전열판의 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 A-A선 단면도이며, 도 1c는 도 1a의 B-B선 단면도

도 2는 본 고안에 따른 열교환기를 도시한 분리사시도

도 3은 본 고안의 열교환기에 의한 배기열 회수상태를 개략적으로 도시한 평면도

도 4는 본 고안에 따른 열교환기를 도시한 단면도

도 5는 본 고안에 따른 열교환기의 성능평가 실시도

도 6은 본 고안의 다른 실시예에 따른 열교환기를 도시한 분리사시도

도 7은 본 고안의 다른 실시예에 따른 열교환기를 도시한 단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

2 : 열교환기 10 : 전열판

12 : 전열면 14 : 접합면

16 : 요입면 18 : 입구

20 : 출구 30 : 지지돌기

40 : 난류성형돌기

상술한 목적을 달성하기 위한 본 고안의 배기열 회수용 플라스틱 열교환기는, 박막의 플라스틱으로 이루어진 전열판이 형성되고, 상기 전열판의 대향하는 어느 한쌍의 테두리부가 돌출되어 접합면으로 형성되고, 나머지의 다른 한쌍의 대향되는 테두리부는 접합면에 대해서 함몰된 요입면으로 형성되며, 상기 접합면과 요입면 사이의 전열면상에는 이의 전열면적을 극대화함과 아울러 와류와 난류를 발생시키도록 된 다수의 돌기가 전열면상에 일체로 성형되고, 상기 전열판을 90도 방향으로 회전시킨 상태로 교번시켜 적재하여서 열교환기를 구성하되, 어느 하나의 전열판에 형성된 접합면과, 이에 대응하는 다른 전열판의 요입면을 상호 접합시켜서 일체로 열융착시켜 구성하여서, 저가이면서 전열성능이 좋고, 배기되는 에너지를 획기적으로 절약할 수 있는 것이다.

이하 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 도 1 내지 도 7은 본 고안에 따른 열교환기를 도시한 도면으로서, 본 고안의 열교환기(2)는 박막의 플라스틱으로 이루어진 다수의 전열판(10)이 적재/적층되어서 구성된다.

상기한 전열판(10)은 그 전체적인 형상이 사각형상으로서 형성되어, 적재 및 적층이 용이하게 이루어지되, 상기한 전열판(10)은 사각형상에 한정되지 않고 다양한 형태의 다각형상으로 형성되어도 무방함은 자명하다.

또한, 상기한 전열판(10)은, 서로 대향되는 어느 한쌍의 테두리부가 돌출되어 접합면(14)으로 형성되고, 이 접합면(14)에 인접한 나머지 다른 한쌍의 대향되는 테두리부는 접합면(14)에 대해서 함몰된 요입면(16)으로 형성된다.

상기와 같은 접합면(14)과 요입면(16)을 갖는 전열판(10)은, 어느 하나의 전열판에 형성된 접합면과, 이에 대응하는 다른 전열판의 요입면을 상호 접합시키면서 일체로 열융착시켜 적재/적층시킴으로써 열교환기(2)를 구성하고, 이와 같이 구성된 열교환기(2)는 전열판(10)의 접합면(14)과, 요입면(16)에 의해서 개구된 입구(18)와 출구(20)가 동일선상으로 형성되어서, 외부의 공기가 유입되어 통과되면서 배출될 수 있도록 구성된다.

상기한 전열판(10)의 중앙부에는 요입면(16)과 동일면으로 이루어진 전열면(12)이 형성된다.

상기한 전열면(12)상에는 이의 전열면적을 극대화함과 아울러 와류와 난류를 발생시키도록 된 다수의 돌기(30)(40)가 전열면(12)상에 일체로 성형된다. 즉, 상기한 돌기(30)(40)는 전열면(12)상에서 이 전열면(12) 자체가 직접 함몰.성형된 엠보싱(Embossing) 내지는 딤플(Dimple)과 같은 형태로 사출성형됨이 바람직하다.

또한, 상기한 돌기(30)(40)는, 전열면상에 접합면(14)의 높이에 대응되게 성형되어서 그 상면으로 적재 및 적층되는 다른 전열판의 전열면의 하면을 지지하면서 동시에 와류를 형성하도록 된 다수의 지지돌기(30)와, 이 지지돌기(30)와 이격된 전열면상에는 전열면상을 흐르는 유체에 난류를 형성하도록 된난류성형돌기(40)로 이루어진다.

상기한 난류성형돌기(40)는, 전열판(10)의 전열면(12)상에 여러개로 형성되어서 전열면적을 극대화하고, 그 크기 및 높이가 다르게 성형됨이 열전달 측면에서는 바람직하다.

따라서, 상기와 같이 형성된 전열판(10)은 단위판당 전열면적이 극대화됨과 아울러, 유체에 와류와 난류의 흐름을 제공하여서, 전열성능을 최대한으로 향상시키게 된다.

한편, 상기한 전열판(10)은, 폴리프로필렌(PP : Poly-Propylene)과 같은 플라스틱재로 이루어지되, 기존의 알루미늄에 비해 열전도계수가 낮아 전열성능이 저하됨을 방지하기 위한 돌기(30)(40)를 구성하여서, 전열면과 유동공기 사이의 대류열저항을 감소시킴으로써 열전달 성능을 기존의 알루미늄 열교환기에 비해서 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

또한, 상기와 같은 전열판(10)이 90도 방향으로 회전된 상태로 교번되면서 적재/적층되어, 열교환기(2)를 구성하되, 다수의 전열판(10)이 접합면(14)과, 이에 대응한 요입면(16)을 열융착하여 구성함으로써 열교환기(2)의 생산공정이 간소화되어 작업성 및 생산성이 향상된다.

또한, 상기와 같이 구성된 열교환기(2)는 이의 입구(18)와 출구(20)가 각 전열판(10)의 층간에 서로 직교하도록 형성되어서, 각 전열판(10)의 층간을 유동하는 공기는 서로 교차하는 형태를 취하게 된다.

한편, 상기와 같이 구성된 열교환기(2)의 성능평가를 실시한 결과를 첨부도면 도 5에 도시하였다.

도시된 바와 같이, 성능평가 결과에 따르면, 열전달 성능과 압력손실을 동시에 고려한 동일 송풍기 동력에서의 성능을 비교한 결과, 면풍속 2.5㎧에서 본 고안의 전열판이 일반적인 평판형 전열판에 비해서 열전달 성능이 33％ 향상되었고, 풍속이 증가함에 따라 열전달 성능이 더욱더 향상됨을 알 수 있다.

또한, 첨부도면 도 6 및 도 7은 본 고안의 다른 실시예에 따른 열교환기의 전열판을 도시한 도면으로서, 상기한 전열판(10)의 전열면(12)이 유체의 유동방향과 동일한 방향으로 일정한 파형의 물결모양을 갖는 웨이브(Wave)형태로 형성되어서, 상기한 전열판(10)의 돌기(30)(40) 구성과 더불어서 전열판(10)의 전열면적을 더욱 극대화하여, 전열성능을 더욱더 향상시킨 것이다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 고안의 배기열 회수용 플라스틱 열교환기는, 기존의 알루미늄 열교환기에 비해 저가이면서 전열성능이 좋고, 그로 인해서 공기조화장치 환기장치에서 배기되는 에너지를 획기적으로 회수할 수 있게 된다.

Claims (4)

1. 박막의 플라스틱으로 이루어진 전열판(10)이 형성되고,

   상기 전열판(10)의 대향하는 어느 한쌍의 테두리부가 돌출되어 접합면(14)으로 형성되고, 나머지의 다른 한쌍의 대향되는 테두리부는 접합면(14)에 대해서 함몰된 요입면(16)으로 형성되며,

   상기 접합면(14)과 요입면(16) 사이의 전열면(12)상에는 이의 전열면적을 극대화함과 아울러 와류와 난류를 발생시키도록 된 다수의 돌기가 전열면(12)상에 일체로 성형되고,

   상기 전열판(10)을 90도 방향으로 회전시킨 상태로 교번시켜 적재하여서 열교환기(2)를 구성하되, 어느 하나의 전열판에 형성된 접합면과, 이에 대응하는 다른 전열판의 요입면을 상호 접합시켜서 일체로 열융착시켜 구성한 것을 특징으로 하는 배기열 회수용 플라스틱 열교환기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 돌기는, 전열면(12)상에 접합면(14)의 높이에 대응되게 성형되어서 다른 전열판의 전열면을 지지하면서 동시에 와류를 형성하도록 된 다수의 지지돌기(30)와, 이 지지돌기(30)와 이격된 전열면(12)상에는 전열면(12)상을 흐르는 유체에 난류를 형성하도록 된 난류성형돌기(40)로 이루어진 것을 특징으로 하는배기열 회수용 플라스틱 열교환기.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 난류성형돌기(40)는 그 크기 및 높이가 다르게 성형된 것을 특징으로 하는 배기열 회수용 플라스틱 열교환기.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 전열판(10)의 전열면(12)은 이의 전열면적을 극대화하도록 웨이브지게 성형된 것을 특징으로 하는 배기열 회수용 플라스틱 열교환기.