KR200343786Y1 - 판형 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 고안의 실시예에 의한 판형 열교환기는, 복수의 전열판(heat conductive plate)이 적층됨으로써 제1유체가 통과하는 제1채널과 제2유체가 통과하는 제2채널이 교대로 형성된 판형 열교환기이고, 상기 전열판의 하나 이상의 표면에는 설정된 제1방향으로 제1홈이 복수개 형성되고, 설정된 제2방향으로 제2홈이 복수개 형성되는 것이 바람직하다.

Description

판형 열교환기{PLATE TYPE HEAT EXCHANGER}

본 고안은 공조시스템(air conditioning system)에 사용되는 배기열 회수장치의 열교환기(heat exchanger)에 관한 것이다.

배기열 회수장치란 건물 내부의 공기를 건물 외부로 배출시키고 건물 외부의 공기를 건물 외부로 유입시키는 과정에서 양자 사이에서 열교환이 이루어지게 하여 건물 내부의 공기에 함유된 열을 회수하는 장치이다. 따라서, 건물 내부의 열이 건물 외부로 누출되는 것을 최대한 억제하는 동시에 쾌적한 외부공기가 건물 내부로 유입되게 된다.

특히, 아파트나 주상 복합빌딩과 같은 밀폐형 창문을 사용하는 고층 건물의 경우 이러한 배기열 회수장치가 구비되는 공조시스템이 더욱 필요하다.

열교환기로는 판형 열교환기가 사용될 수 있는데, 판형 열교환기는 여러 장의 전열판(heat plate)이 적층되어 이루어진다.

이러한 배기열 회수장치에 사용되는 종래의 열교환기는 주로 알루미늄 (aluminium)으로 형성된다.

그러나, 알루미늄은 가격이 비싸며, 장시간 사용되는 경우 부식이 발생할 수 있고, 전열판의 오염도가 심하여 청결유지 및 유지보수가 어려운 단점이 있다.

알루미늄 대신에 플라스틱 재질로 형성된 열교환기도 있으나, 플라스틱 재질의 특성상 효과적인 열전달이 이루어지지 못하는 문제가 있다.

나아가, 알루미늄이나 플라스틱의 특성상 전열판(heat transferring plate)을 통한 물질 전달이 이루어지지 못하므로, 배출공기와 유입공기의 온도차에 의한 현열(sensible heat) 교환 특성만을 가지게 되어 실내 공기의 습도조절이 전혀 이루어지지 못하는 문제가 있다.

본 고안은 전술한 문제점들을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 고안의 목적은 유체의 유동특성 및 열교환 특성을 개선할 수 있는 플라스틱 재질의 전열판을 가지는 열교환기를 제공함에 있다.

도1은 본 고안의 실시예에 의한 열교환기의 사시도이다.

도2는 도 1의 열교환기의 전열판의 구성 및 그 결합방식을 보여주는 분해 사시도이다.

도3은 도1의 열교환기의 일부 단면도이다.

도4 및 도5는 본 고안의 실시예에 의한 열교환기의 열교환 특성에 대한 성능평가 결과를 보여주는 도면이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 실시예에 의한 판형 열교환기는, 복수의 전열판(heat conductive plate)이 적층됨으로써 제1유체가 통과하는 제1채널과 제2유체가 통과하는 제2채널이 교대로 형성된 판형 열교환기이고, 상기 전열판의 하나 이상의 표면에는 설정된 제1방향으로 제1홈이 복수개 형성되고, 설정된 제2방향으로 제2홈이 복수개 형성되는 것이 바람직하다.

상기 제1방향은 상기 전열판 상의 채널방향에 대하여 설정된 각도로 경사진 것이 바람직하다.

상기 제2방향은 상기 전열판 상의 채널방향에 대하여 상기 제1방향과 대칭을 이루는 것이 바람직하다.

상기 설정된 각도는 약 30°인 것이 바람직하다.

상기 복수개의 제1홈과 상기 복수개의 제2홈 사이에는 하나 이상의 전열핀(heat conductive pin)이 구비되는 것이 바람직하다.

상기 전열핀은 이웃하는 전열판들에 접촉하는 높이로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 전열핀은 상기 전열판 상의 채널방향으로 연장된 것이 바람직하다.

상기 전열판은 플라스틱 재질로 형성된 것이 바람직하다.

상기 전열판에는 복수개의 미세통공이 형성되는 것이 바람직하다.

상기 전열판은,

마주보는 두 변을 구비한 사각형 형태의 바탕 플레이트(base plate); 및

상기 마주보는 두 변에서 상기 바탕 플레이트로부터 각각 세워지는 측벽;을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 측벽 각각에는 상기 전열판과 평행하게 형성되는 접합면이 구비되고,

상기 전열판은 상기 접합면을 통하여 이웃하는 전열판에 접합되는 것이 바람직하다.

상기 전열판은 초음파 융착에 의해 상기 이웃하는 전열판에 접합되는 것이 바람직하다.

상기 제1채널과 상기 제2채널이 서로 수직하게 형성된 것이 바람직하다.

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 설명한다.

도1 및 도3에 도시된 바와 같이, 본 고안의 실시예에 의한 판형 열교환기 (plate heat exchanger)(100)는 서로 인접하도록 적층되는 복수의 전열판(heat conductive plate)(101)을 포함한다.

이웃하는 전열판(101) 사이에는 제1유체(예를 들어, 배출공기)가 통과하는 제1채널(first channel)(103)과 제2유치(예를 들어, 유입공기)가 통과하는 제2채널 (second channel)(105)이 교대로 형성된다.

제1유체와 제2유체가 각각 제1채널(103)과 제2채널(105)을 통과하는 과정에서 양 유체 사이에서 열전달이 일어나게 된다.

전열판(101)은 전체적으로 사각형의 형상을 가지는 것이 바람직하나, 전열판(101)의 형상이 이에 한정되지 아니함은 물론이다.

그리고, 전열판(101)은 폴리프로필렌(PP)과 같은 열전도성이 비교적 양호한 플라스틱 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 열전달율을 보다 높이기 위해 그 두께가 1㎜ 이하의 박막으로 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 전열판(101)에는 복수개의 미세통공(도시되지 않음)이 형성된다. 미세통공을 통해서 제1유체와 제2유체 사이에 잠열(latent heat)의 교환이 가능해지므로, 열전달 효율이 높아진다.

즉, 전열판(101)에 미세통공이 형성하여 배출공기와 유입공기 사이의 습도 차이에 의한 잠열교환이 가능하게 함으로써, 공기의 열교환 및 수분의 열교환이 동시에 가능하게 된다.

이때, 전열판(101)은 100㏄의 공기를 통과시키는데 1000초 정도의 시간이 소요되는 공기 투과성을 갖도록 할 수 있다. 따라서, 절대습도 교환량의 면에서 우수한 특성을 가지게 된다.

전열판(101)은, 마주보는 두 변을 구비하는 사각형 형태의 바탕 플레이트 (base plate)와, 상기 마주보는 두 변에서 상기 바탕 플레이트로부터 각각 세워지는 측벽(107)을 포함한다.

즉, 각 전열판(101)의 서로 마주보는 두 변에는 그 길이방향을 따라 형성되는 측벽(107)이 형성된다.

그리고, 각 측벽(107)에는 전열판(101)과 평행하게 형성되는 접합면(109)이 구비된다.

접합면(109)을 이웃하는 전열판(101)의 하면에 부착함으로써, 복수의 전열판(101)이 서로 연결된다. 예를 들어, 초음파 융착 방법을 통하여 접합면(109)과 이웃하는 전열판(101)의 하면을 결합할 수 있다.

그리고, 도1에 도시된 바와 같이, 제1유체가 통과하는 제1채널(103)과 제2유체가 통과하는 제2채널(105)은 서로 직교하도록 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기한 바와 같은 전열판(101)들은 측벽(107)이 형성된 부분이 서로 어긋나도록 상하로 적층된다.

각 전열판(101)의 표면에는 제1방향을 따라 복수의 제1홈(111)이 형성되고, 제2방향을 따라 복수의 제2홈(113)이 형성된다.

즉, 전열판(101)의 표면은 설정된 방향을 따라 형성되는 복수의 홈이 형성되도록 요철의 형태로 이루어진다.

상기한 바와 같이, 전열판(101)의 표면에 요철을 형성하여 물결무늬 모양을 가지도록 함으로써, 유체의 접촉면적이 증가하고 열교환에 필요한 체류시간이 증가하게 된다. 그 결과, 열전달 특성이 개선된다.

제1방향은 전열판(101)의 공기흐름방향(즉, 제1채널의 방향 또는 제2채널의 방향)과 설정된 각도를 이루는 것이 바람직하다. 즉, 제1방향은 전열판(101) 상의 채널방향에 대해 설정된 각도로 경사진다.

그리고, 제2방향은 전열판(101)의 채널방향에 대해 제1방향과 대칭을 이루는 것이 바람직하다.

예를 들어, 제1홈(111)은 전열판(101)의 길이방향(채널방향)과 약 30°의 각도를 이루도록 형성되는 것이 바람직하다.

도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 제1홈(111)과 제2홈(113) 사이에는 하나 이상의 전열핀(heat conductive pin)(115)이 배치된다.

전열핀(115)은 전열판(101)의 공기흐름방향(즉, 채널방향)으로 일정 길이 만큼 연장되며, 판 형상을 가진다.

전열핀(115)은 이웃하는 전열판(101)의 지지할 수 있는 높이로 형성된다. 즉, 전열핀(115)은 이웃하는 전열판들에 접촉하는 높이로 형성되는 것이 바람직하다.

유체가 통과하는 제1채널(103)과 제2채널(105)에 전열핀(115)이 배치됨으로써, 공기의 난류 유동이 촉진되고 그 결과 대류 열전달 특성이 향상된다.

또한, 전열핀(115)이 이웃하는 전열판(101)을 지지함으로써, 열교환기(100)의 전체적인 강도가 향상된다.

도4는 본 고안의 실시예에 의한 열교환기와 종래의 열교환기에서의 공기투과도와 절대습도 교환 특성에 대한 성능평가 결과를 보여준다. 공기 중의 습도에 대한 수분교환 특성은 열교환기의 잠열 교환특성을 나타내는 중요한 인자로서 절대습도 교환량 측정으로 대표될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 고안의 실시예에 의한 통기성 전열판은 여러 가지 재질 중 기능성 페이퍼(paper)를 제외하고 가장 우수한 결과를 보이고 있다. 일반 플라스틱과 비교하여 약 50% 이상 교환량이 증가하는 결과를 나타내고 있으며, 공기투과도 및 수분교환 특성이 기능성 페이퍼에 비하여 크게 떨어지지 아니하므로 고가의 기능성 페이퍼를 대신할 수 있다.

도5는 본 고안의 실시예에 의한 열교환기의 전체 열효율에 대한 성능평가 결과를 보여준다. 전체 열교환 효율은 온도 차이에 의한 현열 교환과 습도차이에 의한 잠열 교환 그리고 이 두 가지를 합한 엔탈피 교환으로 대표되는 전열교환 효율로 표시된다. 전열교환 특성은 사용되는 재질과 전열판의 두께에 의하여 크게 좌우되는데, 성능평가 결과에 의하면 본 고안의 실시예에 의한 열교환기는 알루미늄 대비 약 16% 증가하고 일반 플라스틱 대비 약 20% 정도 증가함을 알 수 있다.

이상에서, 본 고안의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 고안은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 고안의 실시예로부터 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경 및/또는 수정을 포함한다.

본 고안의 실시예에 의하면, 전열판의 표면에 그 방향이 상이한 복수의 제1홈과 복수의 제2홈을 형성함으로써, 유체의 접촉면적 증가 및 열교환 시간이 증가하게 되어 열전달 특성이 개선된다.

제1홈과 제2홈이 만나는 지점에는 전열핀이 구비됨으로써, 유체의 난류유동이 촉진되고 그 결과 대류 열전달 특성이 향상된다.

또한, 전열핀이 이웃하는 전열판을 지지할 수 있는 높이로 형성됨으로써, 열교환기의 전체적인 강도가 향상된다.

나아가, 전열판에 미세통공이 형성됨으로써, 유체의 습도 차이에 의한 잠열 교환이 가능해진다.

Claims (13)

1. 복수의 전열판(heat conductive plate)이 적층됨으로써, 제1유체가 통과하는 제1채널과 제2유체가 통과하는 제2채널이 교대로 형성된 판형 열교환기에 있어서,

   상기 전열판의 하나 이상의 표면에는 설정된 제1방향으로 제1홈이 복수개 형성되고, 설정된 제2방향으로 제2홈이 복수개 형성되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
2. 제1항에서,

   상기 제1방향은 상기 전열판 상의 채널방향에 대하여 설정된 각도로 경사진 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
3. 제2항에서,

   상기 제2방향은 상기 전열판 상의 채널방향에 대하여 상기 제1방향과 대칭을 이루는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
4. 제2항 또는 제3항에서,

   상기 설정된 각도는 약 30°인 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
5. 제1항에서,

   상기 복수개의 제1홈과 상기 복수개의 제2홈 사이에는 하나 이상의 전열핀(heat conductive pin)이 구비되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
6. 제5항에서,

   상기 전열핀은 이웃하는 전열판들에 접촉하는 높이로 형성되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
7. 제5항 또는 제6항에서,

   상기 전열핀은 상기 전열판 상의 채널방향으로 연장된 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
8. 제1항에서,

   상기 전열판은 플라스틱 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
9. 제1항 또는 제8항에서,

   상기 전열판에는 복수개의 미세통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
10. 제1항에서,

    상기 전열판은,

    마주보는 두 변을 구비한 사각형 형태의 바탕 플레이트(base plate); 및

    상기 마주보는 두 변에서 상기 바탕 플레이트로부터 각각 세워지는 측벽;을 포함하는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
11. 제10항에서,

    상기 측벽 각각에는 상기 전열판과 평행하게 형성되는 접합면이 구비되고,

    상기 전열판은 상기 접합면을 통하여 이웃하는 전열판에 접합되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
12. 제11항에서,

    상기 전열판은 초음파 융착에 의해 상기 이웃하는 전열판에 접합되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
13. 제1항에서,

    상기 제1채널과 상기 제2채널이 서로 수직하게 형성된 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.