KR200489250Y1 - 수냉식 열교환기 - Google Patents

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KR200489250Y1
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윤희남
최춘길
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(주) 대산플랜트
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Abstract

본 고안은 수냉식 열교환기에 관한 것으로서, 순환라인에 연결되어 물의 연속적인 이동흐름을 갖게 하기 위한 물유입구와 물유출구가 길이방향의 상대위치에 구비되는 원통형 몸체로서, 금속재 또는 폴리머소재로 구비되는 본체; 상기 본체의 양측단면에 각각 결합되고, 다수 냉매관의 삽입 배치 및 지지를 위한 삽입지지홀이 대응하는 개수 및 위치로 형성되며, 금속재 또는 폴리머소재로 구비되는 냉매관지지판; 상기 본체의 내부에 삽입 배치되고, 양측단부가 상기 냉매관지지판에 삽입되어 지지되며, 냉매의 이송에 사용되는 다수의 냉매관; 상기 각 냉매관지지판의 외측면에 결합되고, 양측부의 어느 일측에 냉매유입구와 냉매유출구가 구비되는 금속재 또는 폴리머소재로 구비되는 커버판;을 포함하는 수냉식 열교환기에 있어서, 상기 본체와 냉매관지지판과의 사이에 개재되어 양측부에 배치되고, 상기 냉매관의 관통 배치를 위한 관통홀이 대응하는 개수 및 위치로 형성되며, 가격이 저렴하면서도 고내식성 및 강도를 갖는 내식성 폴리머소재 또는 내식성 금속재로 구비되는 부식방지판; 상기 본체의 내부에 간격 배치하여 고정하되 내측 상측방향과 하측방향으로 교번하여 위치 및 순차 배열함에 의해 물의 이동흐름이 지그재그식 형태로 진행되게 유도함으로써 물의 체류시간이 길어지도록 유도하고, 상기 냉매관의 관통 배치 및 지지를 위한 타공이 다수 형성되는 물흐름유도판;을 포함하며, 상기 부식방지판은 상기 냉매관지지판의 내측면에 삽입배치홈을 형성하여 그 내부에 삽입 배치하는 것으로서, 상기 본체의 내경과 동일하거나 큰 직경을 갖되 상기 본체의 외경보다는 적은 직경을 갖는 크기로 구성하고; 상기 냉매관은 나선형 구조의 스크류형 몸체로 구비하여 냉매의 체류시간을 길게 유도함으로써 물과 냉매와의 접촉면적 및 접촉시간을 넓혀 열교환효율을 높일 수 있도록 구성하며; 상기 물흐름유도판은 원의 지름과 만나지 않는 일측 현(弦)을 절개함에 의해 형성된 현(弦)파단면을 갖는 원형파단플레이트로서, 상기 현(弦)파단면이 본체의 내측 상측방향과 하측방향으로 교번하여 위치하도록 순차 배열시키며; 상기 물흐름유도판은 가벼우면서도 강도 및 내수성이 우수하고 고내식성을 갖는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 고결정성 폴리프로필렌(HCPP) 중에서 선택된 1종이 사용되는 폴리머소재와, 내오염성 및 물과의 접촉시 자기정화기능을 갖는 폴리알킬실리케이트를 포함하는 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 고안에 따르면, 본체와 냉매관 및 물흐름유도판의 유기적인 결합구성 및 구조 개선에 의해 물과 냉매의 체류시간을 길게 유도할 수 있어 이들 상호간에 접촉면적과 접촉시간을 넓힘에 따라 기존에 비해 열교환효율을 향상시킬 수 있고, 부식 방지 및 녹물 발생을 방지할 수 있으며, 내오염성의 물성과 자기정화기능을 발휘함에 의해 스케일 발생을 줄일 수 있다.

Description

수냉식 열교환기{WATER COOLING TYPE HEAT EXCHANGER}
본 고안은 수냉식 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 물의 이동흐름에 따른 잦은 접촉에 의해 발생될 수 있는 부식 및 녹물을 방지하도록 하면서 원가 및 제작시간을 절감할 수 있도록 하며 열교환효율을 높일 수 있도록 한 수냉식 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로 열교환기는 두 개의 유체 간에 열을 주고받도록 하는 장치로서, 열의 회수를 목적으로 하며, 고온측 유체의 냉각을 목적으로 하는 냉각기, 저온측 유체의 가열을 목적으로 하는 가열기, 증기의 응축을 목적으로 하는 응축기, 저온측 유체의 증발을 목적으로 하는 증발기를 포함한다.
이와 같은 열교환기는 공기를 이용하여 냉각하는 공냉식과 물을 이용하여 냉각하는 수냉식으로 크게 분류할 수 있다.
여기서, 수냉식 열교환기는 본체의 내부로 물이 유입 및 유출되어 순환되는 구조를 갖는 것으로서, 물과의 접촉에 의해 부식이 점차적으로 진행되고 녹물이 발생되는 경우가 많은데, 이러한 열교환기 측 부식 방지 및 녹물 방지를 위해 스테인리스 재질을 많이 적용하고 있다.
하지만, 스테인리스 재질은 일반 스틸(steel) 재질에 비해 가격이 많이 비싸 원가 및 제작비를 상승시키는 문제점이 있었으며, 특히 본체의 내부에 설치되는 냉매가스 순환용 냉매관의 삽입 배치 및 지지를 위해 본체의 양측단면에 다수의 홀을 가공한 스테인리스 재질의 지지판이 결합되는데, 상기 지지판은 25mm 이상의 두께를 갖는 것으로서 스테인리스 재질의 특성에 따라 다수의 홀을 가공하는데 따른 어려움이 존재하는 실정에 있고 홀 가공시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다.
한편, 종래 수냉식 열교환기에 관한 선행기술에 있어, 국내등록특허 제10-1437560호에서는 "내부에 중공이 형성되어 냉매가 이동하는 외관과; 상기 외관의 내부에 삽입 배치되며, 내부에 중공이 형성되어 냉각수가 이동하는 내관과; 상기 외관의 냉각수 배출 방향의 일단에 장착되며, 냉매가 유입되는 냉매유입관과 연결되는 상부조인트와; 상기 외관의 타단에 장착되며, 냉매가 배출되는 냉매유출관과 연결되는 하부조인트;를 포함하여 형성하되, 상기 외관과 상기 내관은 상부조인트와 하부조인트가 구비된 코일 형상으로 절곡 형성하고, 상기 내관의 외주면에는 상호 직경이 다른 제1나선부와 제2나선부를 한 줄 또는 복수개의 나선 줄로 형성하고, 상기 제1나선부와 상기 제2나선부는 길이 방향을 따라 일정 간격 상호 교차 배열하며, 상기 제1나선부의 피치는 상기 제2나선부의 피치의 1.2배이고, 상기 제1나선부와 상기 제2나선부의 피치 중심간 피치간격은 상기 제1나선부 피치의 1.2배이며, 상기 제1나선부의 외경은 상기 내관 외경의 1.5배이고, 상기 제2나선부의 외경은 상기 내관 외경의 1.3배이며, 상기 외관의 내경은 상기 제1나선부 외경의 1.2배로 형성하는 것을 특징으로 하는 수냉식 열교환기"에 관한 구성을 제안 및 개시하고 있는데, 본 고안에서 제안하는 기술과는 기술적 차이를 갖는 것이라 할 것이다.
또한, 일본 등록실용신안공보 제3140963호, 일본 공개특허공보 특개2016-109354호, 미국 특허공보 US7377039, 일본 공개특허공보 특개2012-207813호 등지에서도 열교환기에 관한 기술들을 제안 및 개시하고 있으나, 본 고안에서 제안하는 주요 기술과는 기술적 차이를 갖는 것이라 할 것이다.
대한민국 등록특허공보 제10-1437560호 일본 등록실용신안공보 제3140963호 일본 공개특허공보 특개2016-109354호 미국 특허공보 US7377039 일본 공개특허공보 특개2012-207813호
본 고안은 상술한 종래의 문제점을 해소 및 이를 감안하여 안출된 것으로서, 물 흐름 및 접촉에 따른 부식 및 녹물 발생을 방지하도록 하면서 원가 및 제작시간을 절감할 수 있도록 하며 열교환효율을 높일 수 있도록 한 수냉식 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 고안은 수냉식 구조에 의해 물과 잦은 접촉이 이루어지는 영역으로 내식성 재료를 사용하고 그 나머지 부분에 대해서는 비내식성 재료의 사용을 가능하게 하며, 기존에 보링 등의 가공에 따른 어려움을 해소할 수 있도록 함은 물론 제작에 따른 작업능률을 향상시킬 수 있도록 한 수냉식 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 고안은 구조적 개선을 통해 물과 냉매의 체류시간을 길게 유도함으로써 상호간에 접촉면적과 접촉시간을 넓혀 열교환효율을 향상시킬 수 있도록 하며, 본체의 내측에서 이동흐름을 갖는 물과의 접촉에 의한 반응으로 내오염성과 자기정화기능을 발휘토록 하여 스케일 발생을 줄일 수 있도록 한 수냉식 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 수냉식 열교환기는, 순환라인에 연결되어 물의 연속적인 이동흐름을 갖게 하기 위한 물유입구와 물유출구가 길이방향의 상대위치에 구비되는 원통형 몸체로서, 금속재 또는 폴리머소재로 구비되는 본체; 상기 본체의 양측단면에 각각 결합되고, 다수 냉매관의 삽입 배치 및 지지를 위한 삽입지지홀이 대응하는 개수 및 위치로 형성되며, 금속재 또는 폴리머소재로 구비되는 냉매관지지판; 상기 본체의 내부에 삽입 배치되고, 양측단부가 상기 냉매관지지판에 삽입되어 지지되며, 냉매의 이송에 사용되는 다수의 냉매관; 상기 각 냉매관지지판의 외측면에 결합되고, 양측부의 어느 일측에 냉매유입구와 냉매유출구가 구비되는 금속재 또는 폴리머소재로 구비되는 커버판; 상기 냉매관지지판과 커버판의 사이에 개재되는 개스킷;을 포함하는 수냉식 열교환기에 있어서, 상기 본체와 냉매관지지판과의 사이에 개재되어 양측부에 배치되고, 상기 냉매관의 관통 배치를 위한 관통홀이 대응하는 개수 및 위치로 형성되며, 가격이 저렴하면서도 고내식성 및 강도를 갖는 내식성 폴리머소재 또는 내식성 금속재로 구비되는 부식방지판; 상기 본체의 내부에 간격 배치하여 고정하되 내측 상측방향과 하측방향으로 교번하여 위치 및 순차 배열함에 의해 물의 이동흐름이 지그재그식 형태로 진행되게 유도함으로써 물의 체류시간이 길어지도록 유도하고, 상기 냉매관의 관통 배치 및 지지를 위한 타공이 다수 형성되는 물흐름유도판;을 포함하며, 상기 부식방지판은 상기 냉매관지지판의 내측면에 삽입배치홈을 형성하여 그 내부에 삽입 배치하는 것으로서, 상기 본체의 내경과 동일하거나 큰 직경을 갖되 상기 본체의 외경보다는 적은 직경을 갖는 크기로 구성하고; 상기 냉매관은 나선형 구조의 스크류형 몸체로 구비하여 냉매의 체류시간을 길게 유도함으로써 물과 냉매와의 접촉면적 및 접촉시간을 넓혀 열교환효율을 높일 수 있도록 구성하며; 상기 물흐름유도판은 원의 지름과 만나지 않는 일측 현(弦)을 절개함에 의해 형성된 현(弦)파단면을 갖는 원형파단플레이트로서, 상기 현(弦)파단면이 본체의 내측 상측방향과 하측방향으로 교번하여 위치하도록 순차 배열시키며; 상기 물흐름유도판은 가벼우면서도 강도 및 내수성이 우수하고 고내식성을 갖는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 고결정성 폴리프로필렌(HCPP) 중에서 선택된 1종이 사용되는 폴리머소재와, 내오염성 및 물과의 접촉시 자기정화기능을 갖는 폴리알킬실리케이트를 포함하는 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 물흐름유도판은, 부식에 강하면서 열전도 특성을 갖도록 탄소나노튜브, 그래핀 중에서 선택된 1종의 그라파이트분말을 더 포함시킨 구성을 갖게 하며; 상기 폴리알킬실리케이트에 있어 표면에서의 개질효과에 의한 작용성을 높일 수 있도록 하기 위하여 주쇄 및 측쇄에 메틸기 또는 에틸기로 치환한 구조를 갖게 할 수 있다.
여기에서, 상기 부식방지판은, 내식성 폴리머소재로 구비하는 경우, 강도 및 내수성이 우수하면서 고내식성을 갖는 폴리프로필렌(PP), 고결정성 폴리프로필렌(HCPP) 중에서 선택된 1종으로 구성하고; 내식성 금속재로 구비하는 경우, 원가절감을 위해 가격이 저렴하면서도 가볍고 고내식성을 갖는 마그네슘합금, 알루미늄합금, 니켈합금의 일종인 하스테로이 중에서 선택된 1종으로 구성할 수 있다.
여기에서, 상기 본체는, 금속재 중에서 원가절감을 위해 비내식성 금속재로 구비하는 경우, 고내식성을 갖는 폴리프로필렌(PP), 고결정성 폴리프로필렌(HCPP) 중에서 선택된 1종의 폴리머소재와, 내오염성 및 물과의 접촉시 자기정화기능을 갖는 폴리알킬실리케이트, 및 부식에 강하면서 열전도 특성을 발휘하는 탄소나노튜브, 그래핀 중에서 선택된 1종의 그라파이트분말을 포함하는 코팅액으로 내면에 부식방지코팅층을 형성하며; 폴리머소재로 구비하는 경우, 가벼우면서도 강도 및 내수성이 우수하고 고내식성을 갖는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 고결정성 폴리프로필렌(HCPP) 중에서 선택된 1종이 사용되는 폴리머소재와, 내오염성 및 물과의 접촉시 자기정화기능을 갖는 폴리알킬실리케이트, 및 부식에 강하면서 열전도 특성을 발휘하는 탄소나노튜브, 그래핀 중에서 선택된 1종의 그라파이트분말을 포함하는 혼합물로 구성할 수 있다.
여기에서, 상기 본체는 내면에 대해 물의 회전이동에 의한 흐름이 진행되도록 나선형 구조의 나선면을 형성하여 물의 이동흐름에 따른 체류시간을 길게 유도함으로써 열교환효율을 높일 수 있도록 구성하고; 상기 냉매관은 전열에 의한 열교환 효율의 증대를 위해 구리관으로 구성하고, 상기 부식방지판과 냉매관지지판에 양측단부가 지지된 상태가 되도록 본체의 내부에 삽입 배치한 후, 양측단부를 확관 처리하여 압착함으로써 냉매관이 관통하는 외면 영역에 대해 사이 틈새를 없애도록 밀접시킴에 따라 본체의 내부에 흐르는 물이 냉매관의 외면을 타고 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있도록 구성하며; 상기 개스킷은 냉매관들과의 간섭이 발생되지 않도록 하면서 수밀성을 제공하기 위하여 링 형상의 원형테두리부와 상기 원형테두리부의 내측으로 연결 및 구획공간을 나누는 내측프레임부로 구성할 수 있다.
본 고안에 따르면, 개선된 구조의 적용을 통해 본체의 내부로 흐르는 물과의 잦은 접촉이 이루어지는 부분에 대해 부식을 효과적으로 방지함은 물론 녹물 발생을 방지 및 최소화할 수 있으며, 종래 열교환기에 비해 원가를 절감함과 더불어 가공 용이성을 제공하므로 제작시간을 절감할 수 있고 제작에 따른 작업능률을 높일 수 있으며, 장치 사용에 따른 안정성 및 열교환효율까지 높일 수 있는 유용함을 달성할 수 있다.
본 고안은 본체와 냉매관 및 물흐름유도판의 유기적인 결합구성 및 구조 개선에 의해 물과 냉매의 체류시간을 길게 유도할 수 있어 이들 상호간에 접촉면적과 접촉시간을 넓힘에 따라 기존에 비해 열교환효율을 향상시킬 수 있으며, 본체의 내측에서 이동흐름을 갖는 물의 흐름을 제어하고 접촉되는 물흐름유도판에서 내오염성과 물과의 접촉에 따른 반응으로 자기정화기능을 발휘토록 할 수 있고 스케일 발생을 줄일 수 있는 유용함을 달성할 수 있다.
도 1은 본 고안의 실시예에 따른 수냉식 열교환기를 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 고안의 실시예에 따른 수냉식 열교환기에 있어 본체의 내면에 부식방지코팅층을 갖는 상태를 나타낸 요부 단면 구성도이다.
도 3은 본 고안의 실시예에 따른 수냉식 열교환기에 있어 요부 상세 구조를 나타낸 단면 구성도이다.
도 4는 본 고안의 실시예에 따른 수냉식 열교환기에 있어 냉매관의 조립상태를 나타낸 단면 구성도이다.
도 5는 본 고안의 실시예에 따른 수냉식 열교환기를 나타낸 일측면도이다.
도 6은 본 고안의 실시예에 따른 수냉식 열교환기에 있어 부식방지판 결합상태를 나타낸 측면 상세도이다.
도 7은 본 고안의 실시예에 따른 수냉식 열교환기에 있어 물흐름유도판을 나타낸 사시도이다.
본 고안에 대해 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같으며, 이와 같은 상세한 설명을 통해서 본 고안의 목적과 구성 및 그에 따른 특징들을 보다 잘 이해할 수 있게 될 것이다.
본 고안의 실시예에 따른 수냉식 열교환기(100)는 도 1 내지 도 7에 나타낸 바와 같이, 본체(110)와 냉매관지지판(120), 부식방지판(130), 냉매관(140), 커버판(150), 물흐름유도판(160), 개스킷(170)을 포함하는 구성으로 이루어진다.
상기 본체(110)는 양측단부가 개방된 파이프 타입의 원통형 몸체로 이루어지며, 금속재 또는 폴리머소재로 구성할 수 있다.
상기 본체(110)는 내부로 물을 유입하기 위한 물유입구(111)가 원통형 몸체의 길이방향 일측에 연결 구비되고, 외부로 물을 유출하기 위한 물유출구(112)가 원통형 몸체의 길이방향 타측에 연결 구비되어 상대(相對) 위치된다.
이때, 상기 물유입구(111)와 물유출구(112)는 순환라인의 연결을 통해 물의 순환이 이루어지도록 구성되어 본체(110)의 내측에서 물의 연속적인 이동흐름을 갖도록 구성된다.
여기에서, 상기 물유입구(111)를 통해 본체(110)의 내부로 유입되는 물은 물유출구(112) 측을 향해 이동흐름을 갖게 되고 이를 통해 냉매의 이송에 사용되는 냉매관(140)과 접촉되며, 냉매관(140)을 타고 이송되는 냉매 등의 열교환에 사용된다.
상기 본체(110)는 금속재로 구성하는 경우 스틸 등의 비내식성 금속재 또는 내식성 금속재로 구성할 수 있다.
여기에서, 상기 본체(110)에 있어 원가절감을 위해 비내식성 금속재로 구비하는 경우에는 도 2에 나타낸 바와 같이, 그 내면에 부식방지코팅층(180)을 형성할 수 있다.
이에, 상기 부식방지코팅층(180)은 고내식성을 갖는 폴리머소재 100중량부에 대해서 내오염성 및 물과의 접촉시 자기정화기능을 갖는 폴리알킬실리케이트 30~50중량부, 부식에 강하면서 열전도 특성을 발휘하는 그라파이트분말 40~70중량부를 포함하는 코팅액으로 형성할 수 있다.
이때, 상기 폴리머소재는 폴리프로필렌(PP), 고결정성 폴리프로필렌(HCPP) 중에서 선택된 1종을 사용할 수 있다.
상기 폴리알킬실리케이트는 내오염성 및 물과의 접촉시 자기정화기능을 갖는 것으로서, 주쇄 및 측쇄에 메틸기 또는 에틸기로 치환한 구조를 갖게 함으로써 부식방지코팅층(180) 표면에서의 개질효과를 높일 수 있도록 함이 바람직하다.
여기에서, 폴리알킬실리케이트는 실란올기(SiOH)를 포함하고 있지 않는 것으로서 내약품성 및 저장 안정성이 우수하고, 수분과의 접촉시 수접촉각을 낮추는 수산기(OH)를 가진 친수성 물질로 전환되어 자기정화기능을 발휘하게 된다.
상기 그라파이트분말은 탄소나노튜브, 그래핀 중에서 선택된 1종을 사용할 수 있다.
또한, 상기 본체(110)에 대해 원통형 몸체 자체를 폴리머소재로 구비하는 경우, 가벼우면서도 강도 및 내수성이 우수하고 고내식성을 갖는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 고결정성 폴리프로필렌(HCPP) 중에서 선택된 1종이 사용되는 폴리머소재와, 내오염성 및 물과의 접촉시 자기정화기능을 갖는 폴리알킬실리케이트, 및 부식에 강하면서 열전도 특성을 발휘하는 탄소나노튜브, 그래핀 중에서 선택된 1종의 그라파이트분말을 포함하는 혼합물로 사출 성형하는 형태로 구성할 수 있다.
여기에서도, 상기 폴리머소재 100중량부에 대해서 폴리알킬실리케이트 30~50중량부, 그라파이트분말 40~70중량부를 포함하는 조성을 갖게 할 수 있다.
상기 본체(110)는 원통형 몸체의 내면에 대해 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 물의 회전이동에 의한 흐름이 진행되도록 나선형 구조의 나선면(113)을 형성함으로써 본체의 내측에서 연속적인 이동흐름을 갖는 물의 체류시간을 길게 유도함이 바람직하다.
이에, 상기 나선면(113)을 통해 연속적인 이동흐름을 갖는 물의 체류시간을 길게 유도할 수 있어 냉매관(130)을 타고 이송되는 냉매와의 접촉면적 및 접촉시간을 넓힐 수 있게 되므로 열교환효율을 높일 수 있다.
여기에서, 상기 나선면(113)은 본체(110)의 내면을 가공하는 형태로 구성할 수 있고, 실리콘 튜브를 스크류형 타입으로 구비하여 본체(110)의 내면에 부착하거나 체결하는 형태로 구성할 수 있으며, 상기 폴리머소재를 이용한 구성시 금형에 의한 사출 성형으로 간단하게 형성할 수도 있다.
상기 냉매관지지판(120)은 상기 파이프 타입의 원통형 몸체로 이루어진 본체(110)의 양측단면에 각각 결합되는 한쌍 구성으로서, 원판으로 구비되며 내측면이 서로 마주하도록 배치된다.
상기 냉매관지지판(120)은 상기 본체(110)를 구성하는 재질에 따라 달라질 수 있으며, 부식방지판(130)의 구성에 의해 물과 접촉되지 않는 부분이므로 비내식성 금속재로 구성할 수 있으며, 때로는 상기 본체(110)를 통해 이미 설명한 바와 같이 폴리머소재 100중량부에 대해서 폴리알킬실리케이트 30~50중량부, 그라파이트분말 40~70중량부를 포함하는 혼합물로 사출 성형하는 형태로 구성할 수 있다.
상기 냉매관지지판(120)은 상기 본체(110)가 갖는 외경보다 큰 직경으로 구비되며, 상기 본체(110)의 규격에 따라 달라질 수 있으나 산업용으로 제작시 보통 25~30mm 두께로 제작된다 할 수 있다.
이때, 상기 냉매관지지판(120)은 상기 냉매관(140)이 다수 구비되어 배치되는데, 상기 냉매관(140)을 상기 본체(110)의 내부에 삽입 배치 및 지지가 가능하도록 삽입지지홀(122)이 형성된다.
여기서, 상기 삽입지지홀(122)은 상기 다수 구비되는 냉매관(140)의 개수 및 설치위치에 대응하게 형성된다.
상기 냉매관지지판(120)에는 내측면에 삽입배치홈(121)을 형성하되 재질에 따라 가공방식 또는 사출 성형방식으로 형성할 수 있으며, 상기 부식방지판(130)을 그 내부에 위치되게 함과 더불어 지지하도록 구성된다.
이때, 상기 삽입배치홈(121)은 상기 부식방지판(130)의 안정된 삽입 배치 및 지지됨을 위해 상기 부식방지판(130)의 크기 및 두께에 맞게 대응 형성된다 할 것인데, 1~10mm 두께로 형성할 수 있으나, 상기 냉매관지지판(120)을 금속재로 구성할 시 가공성 및 가공시간을 고려하여 3~5mm 정도가 더욱 바람직하다 할 수 있다.
여기서, 상기 삽입배치홈(121)은 금형을 이용한 사출 성형이 아닌 경우 NC나 CNC 등의 수치제어가공도 가능하나, 레이저 가공을 통해 형성할 수도 있다.
상기 냉매관지지판(120)은 종래 본체(110)의 내부로 흐르는 물과 내측면이 직접 접촉되는 구성요소이었는데, 본 고안에서는 내측면으로 부식방지판(130)을 삽입 배치함에 따라 본체(110)의 내측에서 이동흐름을 갖는 물과 직접 접촉하지 않게 한 구성으로서, 부식 방지 및 녹물 발생을 방지할 수 있다.
또한, 상기 냉매관지지판(120)은 종래 원가가 비싼 스테인리스 재질로 통째 구비하는 구성이었으나, 본 고안에서는 부식방지판(130)의 배치를 통해 물과의 직접 접촉을 피할 수 있는 구조배치설계를 갖도록 구조 개선함으로써 스틸 등의 비내식성 금속재를 사용하여도 무방하고, 이를 통해 원가를 절감할 수 있음은 물론 기존에 비해 중심부 측 두께를 절감하는 구조를 제공하므로 삽입지지홀(122)을 별다른 어려움 없이 간단하게 가공하여 형성할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
여기서, 상기 냉매관지지판(120)은 재질에 따라 용접이나 본딩 또는 체결을 통해 상기 본체(110)에 결합하여 고정할 수 있다.
상기 냉매관지지판(120)에는 가장자리 둘레에 상기 커버판(150)과의 체결을 위한 체결공이 형성된다.
상기 부식방지판(130)은 상기 본체(110)와 냉매관지지판(120)과의 사이에 개재되어 양측부에 각각 배치되는 것으로서, 상기 본체(110)의 내부로 흐르는 물과 실제 접촉되는 구성요소인데, 부식 방지 및 녹물 발생을 방지하도록 내식성 폴리머소재 또는 내식성 금속재로 구성할 수 있다.
상기 부식방지판(130)은 상기 냉매관지지판(120)의 내측면에 안정된 삽입 배치 및 지지됨을 갖게 함과 더불어 냉매관지지판 측 삽입배치홈의 가공 또는 형성에 대응하는 두께로 구비된다.
상기 부식방지판(130)은 내식성 폴리머소재로 구비하는 경우, 강도 및 내수성이 우수하면서 고내식성을 갖는 폴리프로필렌(PP), 고결정성 폴리프로필렌(HCPP) 중에서 선택된 1종으로 구성할 수 있다.
상기 부식방지판(130)은 내식성 금속재로 구비하는 경우, 원가절감을 위해 가격이 저렴하면서도 가볍고 고내식성을 갖는 마그네슘합금, 알루미늄합금, 니켈합금의 일종인 하스테로이 중에서 선택된 1종으로 구성할 수 있다.
이때, 상기 부식방지판(130)은 상기 본체(110)의 양측단면에 위치하여 간단한 고정력만을 갖도록 하면 되는데, 내식성 폴리머소재로 구성하는 경우 본딩하여 고정할 수 있고, 내식성 금속재로 구성하는 경우 도시한 바와 같이 태그용접(TW)을 통해 고정할 수 있다.
여기서, 상기 부식방지판(130) 측에도 상기 냉매관(140)의 관통 배치 및 지지를 위한 관통홀(131)이 형성되며, 상기 관통홀(131)은 상기 냉매관(140) 또는 상기 삽입지지홀(122)에 대응하는 개수 및 위치로 형성된다.
여기서, 상기 부식방지판(130)은 상기 본체(110)의 내경과 동일하거나 큰 직경을 갖도록 하되 상기 본체의 외경보다는 적은 직경을 갖는 크기로 구비함이 바람직하다.
상기 냉매관(140)은 상기 본체(110)의 내부에 삽입되어 수평 배치되는 것으로서, 다수가 삽입 배치되며, 양측단부가 상기 부식방지판(130)을 관통하여 냉매관지지판(120)에 삽입 배치된 채로 지지를 받도록 설치된다.
이때, 상기 냉매관(140)은 냉매가스 등을 비롯한 냉매의 이송 및 순환에 사용되며, 냉매는 물과의 직접적인 접촉을 갖는 냉매관(140)에 의한 전열을 통해 열교환된다.
상기 냉매관(140)은 도시한 바와 같이, 나선형 구조의 스크류형 몸체로 구비함이 바람직하며, 이를 통해 냉매관(140)을 타고 이송되는 냉매의 체류시간을 길게 유도함으로써 물과 냉매와의 접촉면적 및 접촉시간을 넓혀 열교환효율을 높일 수 있도록 한다.
상기 냉매관(140)은 전열에 의한 열교환 효율의 증대를 위함과 더불어 확관 처리에 따른 용이성을 제공할 수 있도록 하기 위해 구리관을 사용함이 바람직하다.
상기 냉매관(140)은 상기 부식방지판(130)과 냉매관지지판(120)에 양측단부가 지지된 상태가 되도록 본체(110)의 내부에 삽입 배치한 후, 양측단부를 확관 처리하는 작업을 수행함이 바람직한데, 이러한 확관 처리를 통해 냉매관(140)을 압착함으로써 냉매관이 관통하는 외면 영역에 대해 사이 틈새를 없애도록 밀접시킬 수 있으며, 이에 따라 상기 본체(110)의 내부에 흐르는 물이 냉매관(140)의 외면을 타고 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
상기 커버판(150)은 상기 본체(110)의 양측부에 위치하여 결합되는 각 냉매관지지판(120)의 외측면에 위치하여 결합되는 판형구조체로서, 한쌍 구조로 구비된다 할 것인데, 양측부의 어느 일측에 냉매유입구(151)와 냉매유출구(152)가 구비된다.
이때, 상기 커버판(150)도 상기 냉매관지지판(120)과의 체결을 위해 가장자리 둘레에 체결공이 형성된다.
상기 커버판(150)은 물과 접촉하지 않는 부분이므로 원가 절감을 위해 스틸 등의 비내식성 금속재로 구성할 수 있고, 때로는 상기 본체(110)를 구성하는 사용재질에 따라 내식성 폴리머소재로 구성할 수도 있다 할 것이다.
여기서, 상기 냉매유입구(151)와 냉매유출구(152)를 갖는 커버판(150)을 상기 냉매관지지판(120)의 외측면에 위치시켜 체결시 냉매유입구(151)와 냉매유출구(152)는 각각의 위치에서 상기 냉매관(140)과 연통되어 냉매의 이송 및 순환이 가능하도록 연결 구비된다.
상기 물흐름유도판(160)은 도시한 바와 같이, 상기 본체(110)의 내부에 간격 배치하여 체결 고정하되 내측 상측방향과 하측방향으로 교번하여 위치 및 순차 배열함에 의해 물의 이동흐름이 상하방향에 대한 지그재그식 형태로 진행되게 유도함으로써 물의 체류시간이 길어지도록 유도하며, 상기 냉매관(140)의 관통 배치 및 지지를 위한 타공(163)이 다수 형성되는 구성을 갖는다.
상기 물흐름유도판(160)은 도 6에 나타낸 바와 같이, 원통형 몸체로 구비되는 본체(110)의 내측에 체결 고정되는 것으로서, 원의 지름과 만나지 않는 일측 현(弦)을 절개함에 의해 형성된 현(弦)파단면(162)을 갖는 원형파단플레이트(161)로서, 상기 현(弦)파단면(162)이 본체(110)의 내측 상측방향과 하측방향으로 교번하여 위치하도록 순차 배열시킨 구성을 갖게 한다.
이러한 상기 물흐름유도판(160)에 대한 구조설계 및 배치를 통해 본체(110)의 내측에서 이동흐름을 갖게 되는 물의 체류시간을 길게 유도할 수 있어 물과 냉매관(140)의 접촉성을 높일 수 있게 되므로 궁극적으로는 물과 냉매와의 접촉면적 및 접촉시간을 넓히는 기능을 하여 열교환효율을 높일 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
상기 물흐름유도판(160)은 전체적인 무게를 절감하기 위해 가벼우면서도 강도 및 내수성이 우수하고 고내식성을 갖는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 고결정성 폴리프로필렌(HCPP) 중에서 선택된 1종이 사용되는 폴리머소재와, 내오염성 및 물과의 접촉시 자기정화기능을 갖는 폴리알킬실리케이트를 포함하는 혼합물을 이용한 사출 성형품으로 구성할 수 있다.
이때, 상기 물흐름유도판(160)은 부식에 강하면서 열전도 특성을 갖도록 탄소나노튜브, 카본블랙, 그래핀 중에서 선택된 1종의 그라파이트분말을 더 포함시킨 형태로 구성할 수도 있다.
여기에서, 폴리머소재 100중량부에 대해서 폴리알킬실리케이트 30~50중량부, 그라파이트분말 40~70중량부로 조성하여 혼합한 혼합물로 구성할 수 있다.
여기에서, 상기 폴리알킬실리케이트는 표면에서의 개질효과에 의한 작용성을 높일 수 있도록 하기 위하여 주쇄 및 측쇄에 메틸기 또는 에틸기로 치환한 구조를 갖게 함이 바람직하다.
상기 물흐름유도판(160)은 본체(110)의 내부에 체결하는 방식으로 탈장착할 수 있도록 구비되고, 필요시 교체하여 사용할 수 있도록 구비된다.
또한, 상기 물흐름유도판(160)에는 폴리머소재 100중량부에 대해서 자성분말 30~50중량부를 더 첨가하는 구성을 갖게 할 수도 있는데, 본체(110)의 내부에서 녹 발생시 철(Fe) 성분을 흡착하여 고정할 수 있게 함으로써 스케일 발생을 줄임과 더불어 열전달 및 열교환 효율을 높일 수 있도록 구성할 수도 있다.
이때, 상기 자성분말은 네오디움계(Nd-Fe-B) 자성분말, 사마리움코발트계(SmCo) 자성분말, 페라이트계 자성분말 중에서 선택된 하나 이상이 사용될 수 있으며, 상기 페라이트계 자성분말은 ZnFe2O4, MnFe2O4, CoFe2O4, NiFe2O4, CuFe2O4, 중에서 선택된 1종일 수 있다.
이에 따라, 상기 본체(110)의 내부에서 혹시 녹이 발생되는 경우 철(Fe) 성분을 흡착하여 유동을 방지 및 스케일 발생을 줄일 수 있으며, 흡착량이 많은 경우 본체로부터 분리해낸 후 세척 후 재사용하거나 교체하여 사용할 수 있다.
여기에서, 상기 물흐름유도판(160)은 본체(110)의 내부에 설치되는 다수의 냉매관(140)들을 지지하는 역할을 통해 냉매관(140)이 물의 이동흐름에 의한 압력에 쉽게 변형되거나 쉽게 늘어지는 것을 방지할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
상기 개스킷(170)은 상기 냉매관지지판(120)과 커버판(150)의 사이에 개재되는 것으로서, 이는 상기 본체(110)에 대한 수밀성을 확보함으로써 열교환기(100)의 더욱 안전한 사용을 가능하게 한다.
이때, 상기 개스킷(170)은 상기 다수 구비되는 냉매관(140)들과의 간섭이 발생되지 않도록 하면서 수밀성을 제공하기 위하여 링 형상의 테두리부(171)와 상기 테두리부(171)의 내측으로 연결 및 구획공간을 나누는 내측프레임부(172)가 일체로 형성되는 구성을 갖게 할 수 있다.
따라서, 상술한 바와 같은 구성으로 이루어지는 본 고안에 따른 수냉식 열교환기(100)는 개선된 구성을 통하여 본체(110)의 내부로 흐르는 물(냉각수)과의 잦은 접촉이 이루어지는 부분에 대해 부식을 효과적으로 방지함은 물론 녹물 발생을 방지할 수 있으며, 종래 수냉식 열교환기에 비해 원가를 절감함과 더불어 재질에 따른 가공 용이성을 제공할 수 있으면서 전반적으로 제작시간을 절감할 수 있으며 열교환효율을 높일 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
또한, 상술한 본 발명은 본체와 냉매관 및 물흐름유도판의 유기적인 결합구성 및 구조 개선에 따라 물과 냉매의 체류시간을 길게 유도할 수 있어 이들 상호간에 접촉면적과 접촉시간을 넓힘에 따라 종래 수냉식 열교환기에 비해 열전달 및 열교환 효율을 향상시킬 수 있으며, 본체 및 물흐름유도판 등지에서 쉽게 오염되지 않는 내오염성의 기능과 더불어 물과의 접촉에 따른 반응으로 자기정화기능을 발휘하므로 스케일 발생을 줄일 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 실시예는 본 고안의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고 이러한 실시예에 극히 한정되는 것은 아니며, 본 고안의 기술적 사상과 청구범위 내에서 이 기술분야의 당해업자에 의하여 다양한 수정과 변형 등이 이루어질 수 있다 할 것이며, 이는 본 고안의 기술적 범위에 속한다 할 것이다.
100: 열교환기 110: 본체
111: 물유입구 112: 물유출구
120: 냉매관지지판 121: 삽입배치홈
122: 삽입지지홀 130: 부식방지판
131: 관통홀 140: 냉매관
150: 커버판 160: 물흐름유도판
161: 원형파단플레이트 162: 현파단면
163: 타공 170: 개스킷

Claims (5)

  1. 순환라인에 연결되어 물의 연속적인 이동흐름을 갖게 하기 위한 물유입구와 물유출구가 길이방향의 상대위치에 구비되는 원통형 몸체로서, 금속재 또는 폴리머소재로 구비되는 본체; 상기 본체의 양측단면에 각각 결합되고, 다수 냉매관의 삽입 배치 및 지지를 위한 삽입지지홀이 대응하는 개수 및 위치로 형성되며, 금속재 또는 폴리머소재로 구비되는 냉매관지지판; 상기 본체의 내부에 삽입 배치되고, 양측단부가 상기 냉매관지지판에 삽입되어 지지되며, 냉매의 이송에 사용되는 다수의 냉매관; 상기 각 냉매관지지판의 외측면에 결합되고, 양측부의 어느 일측에 냉매유입구와 냉매유출구가 구비되는 금속재 또는 폴리머소재로 구비되는 커버판; 상기 냉매관지지판과 커버판의 사이에 개재되는 개스킷; 을 포함하는 수냉식 열교환기에 있어서,
    상기 본체와 냉매관지지판과의 사이에 개재되어 양측부에 배치되고, 상기 냉매관의 관통 배치를 위한 관통홀이 대응하는 개수 및 위치로 형성되며, 가격이 저렴하면서도 고내식성 및 강도를 갖는 내식성 금속재로 구비되는 부식방지판;
    상기 본체의 내부에 간격 배치하여 고정하되 내측 상측방향과 하측방향으로 교번하여 위치 및 순차 배열함에 의해 물의 이동흐름이 지그재그식 형태로 진행되게 유도함으로써 물의 체류시간이 길어지도록 유도하고, 상기 냉매관의 관통 배치 및 지지를 위한 타공이 다수 형성되는 물흐름유도판; 을 포함하되,
    상기 부식방지판은 상기 냉매관지지판의 내측면에 삽입배치홈을 형성하여 그 내부에 삽입 배치하는 것으로서, 상기 본체의 내경과 동일하거나 큰 직경을 갖되 상기 본체의 외경보다는 적은 직경을 갖는 크기로 구성하고;
    상기 부식방지판은 원가절감을 위해 가격이 저렴하면서도 가볍고 고내식성을 갖는 마그네슘합금, 알루미늄합금, 니켈합금의 일종인 하스테로이 중에서 선택된 1종으로 구성하며;
    상기 냉매관은 나선형 구조의 스크류형 몸체로 구비하여 냉매의 체류시간을 길게 유도함으로써 물과 냉매와의 접촉면적 및 접촉시간을 넓혀 열교환효율을 높일 수 있도록 구성하고;
    상기 물흐름유도판은 원의 지름과 만나지 않는 일측 현(弦)을 절개함에 의해 형성된 현(弦)파단면을 갖는 원형파단플레이트로서, 상기 현(弦)파단면이 본체의 내측 상측방향과 하측방향으로 교번하여 위치하도록 순차 배열시키며;
    상기 물흐름유도판은 가벼우면서도 강도 및 내수성이 우수하고 고내식성을 갖는 폴리에틸렌(PE)이나 폴리프로필렌(PP) 또는 고결정성 폴리프로필렌(HCPP) 중에서 선택된 1종이 사용되는 폴리머소재 100중량부에 대해서 내오염성 및 물과의 접촉시 자기정화기능을 갖는 폴리알킬실리케이트 30~50중량부, 및 본체의 내부에서 녹 발생시 철(Fe) 성분을 흡착하여 고정할 수 있게 함으로써 스케일 발생을 줄임과 더불어 열전달 및 열교환 효율을 높일 수 있도록 하기 위한 자성분말 30~50중량부를 포함하는 혼합물로 이루어지게 하며;
    상기 자성분말은 네오디움계(Nd-Fe-B) 자성분말, 사마리움코발트계(SmCo) 자성분말, 페라이트계 자성분말 중에서 선택된 1종이 사용되고, 상기 페라이트계 자성분말을 사용하는 경우 ZnFe2O4, MnFe2O4, CoFe2O4, NiFe2O4, CuFe2O4 중에서 선택된 1종이 사용되는 것을 특징으로 하는 수냉식 열교환기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 물흐름유도판은,
    부식에 강하면서 열전도 특성을 갖도록 탄소나노튜브 또는 그래핀에 의한 그라파이트분말을 더 포함시켜 구성하되, 상기 폴리머소재 100중량부에 대해서 그라파이트분말 40~70중량부를 첨가하며;
    상기 폴리알킬실리케이트에 있어 표면에서의 개질효과에 의한 작용성을 높일 수 있도록 하기 위하여 주쇄 및 측쇄에 메틸기 또는 에틸기로 치환한 구조를 갖게 한 것을 특징으로 하는 수냉식 열교환기.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 본체는,
    금속재 중에서 원가절감을 위해 비내식성 금속재로 구비하는 경우, 고내식성을 갖는 폴리프로필렌(PP) 또는 고결정성 폴리프로필렌(HCPP)에 의한 폴리머소재 100중량부에 대해서 내오염성 및 물과의 접촉시 자기정화기능을 갖는 폴리알킬실리케이트 30~50중량부, 및 부식에 강하면서 열전도 특성을 발휘하는 탄소나노튜브 또는 그래핀에 의한 그라파이트분말 40~70중량부를 포함하는 코팅액으로 내면에 부식방지코팅층을 형성하며;
    폴리머소재로 구비하는 경우, 가벼우면서도 강도 및 내수성이 우수하고 고내식성을 갖는 폴리에틸렌(PE)이나 폴리프로필렌(PP) 또는 고결정성 폴리프로필렌(HCPP) 중에서 선택된 1종이 사용되는 폴리머소재와, 내오염성 및 물과의 접촉시 자기정화기능을 갖는 폴리알킬실리케이트, 및 부식에 강하면서 열전도 특성을 발휘하는 탄소나노튜브 또는 그래핀에 의한 그라파이트분말을 포함하는 혼합물로 구성하는 것을 특징으로 하는 수냉식 열교환기.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 본체는 내면에 대해 물의 회전이동에 의한 흐름이 진행되도록 나선형 구조의 나선면을 형성하여 물의 이동흐름에 따른 체류시간을 길게 유도함으로써 열교환효율을 높일 수 있도록 구성하고;
    상기 냉매관은 전열에 의한 열교환 효율의 증대를 위해 구리관으로 구성하고, 상기 부식방지판과 냉매관지지판에 양측단부가 지지된 상태가 되도록 본체의 내부에 삽입 배치한 후, 양측단부를 확관 처리하여 압착함으로써 냉매관이 관통하는 외면 영역에 대해 사이 틈새를 없애도록 밀접시킴에 따라 본체의 내부에 흐르는 물이 냉매관의 외면을 타고 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있도록 구성하며;
    상기 개스킷은 냉매관들과의 간섭이 발생되지 않도록 하면서 수밀성을 제공하기 위하여 링 형상의 원형테두리부와 상기 원형테두리부의 내측으로 연결 및 구획공간을 나누는 내측프레임부로 구성하는 것을 특징으로 하는 수냉식 열교환기.
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