KR20050050625A

KR20050050625A - 판형열교환기의 전열판과 가스켓의 결합구조

Info

Publication number: KR20050050625A
Application number: KR1020050038306A
Authority: KR
Inventors: 송영호
Original assignee: 대원열판(주)
Priority date: 2005-05-09
Filing date: 2005-05-09
Publication date: 2005-05-31
Also published as: US7490660B2; EP1722184A2; US20060249282A1; KR100581843B1; EP1722184A3

Abstract

본 발명은 판형열교환기에 사용되는 전열판과 가스켓의 결합구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전열판과 유체 통공의 외주연부에 형성된 가스켓홈과 해당 가스켓홈을 통하여 삽입되는 가스켓과의 결합구조를 요철(凹凸)식 끼움구조로 형성시킴으로서, 전열판과 가스켓의 결합구조 자체는 매우 단순하게 하면서도 전열판과 가스켓과의 접촉면적 및 그에 따른 결합강도는 크게 향상시킬 수 있도록 하며, 이로 인하여 판형열교환기의 내압성능을 획기적으로 개선시킴으로서 고온고압용 열교환 설비에 용이하게 적용시킬 수 있도록 한 판형열교환기의 전열판과 가스켓의 결합구조에 관한 것이다.

본 발명에 의한 판형열교환기의 전열판과 가스켓의 결합구조는, 판상의 몸체 전면(全面)에 걸쳐 파형(波形)의 전열유로(11)가 형성되고 그 외곽부측에는 유체의 통공(12)(12')이 관통 형성되는 다수 매의 전열판(10)을 적층식으로 밀착 설치하여, 각각의 전열판(10) 사이로 가열유체(또는 냉각유체)와 피가열유체(또는 피냉각유체)가 교호(交互)로 유동할 수 있도록 상기 전열판(10)과 유체의 통공(12)(12') 외주면을 따라 형성된 가스켓홈(13)에 가스켓(20)이 삽입 설치된 것에 있어서, 상기 가스켓(20)의 몸체 일측에는 반원형 또는 기둥 형태의 돌기부(21)가 돌출 형성되고 그 타측에는 상기 돌기부(21)와 동일한 형태의 요홈부(22)가 형성되며, 상기 전열판(10)의 가스켓홈(13)에는 가스켓(20)의 돌기부(21)가 그 내측을 통하여 끼움식으로 삽입되고, 그 외측면은 또 다른 가스켓(20)의 요홈부(22)를 통하여 끼움식으로 삽입되는 절곡부(14)가 돌출 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

판형열교환기의 전열판과 가스켓의 결합구조{Structure for combining heat plate with gasket of a plate type heat exchanger}

일반적으로 각종 판형열교환기에 사용되는 전열판(10)은 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 얇은 금속판으로 이루어지는 몸체 전면(全面)에 걸쳐 파형(波形)의 전열유로(11)가 형성되고 그 외곽부측에는 유체의 통공(12)(12')이 관통 형성된 구조로 이루어져 있으며, 이러한 전열판(10)과 그 통공(12)(12')의 외주면에는 다수 매의 전열판(10)을 적층식으로 밀착 설치하여 각각의 전열판(10) 사이로 가열유체(또는 냉각유체)와 피가열유체(또는 피냉각유체)가 교호(交互)로 유동할 수 있도록 가스켓(20)이 삽입되는 가스켓홈이 형성되어 있다.

따라서, 전열판(10)과 그 통공(12)(12')의 외주연부를 따라 가스켓(20)을 삽입시켜 다수 매의 전열판(10)을 적층식으로 밀착 설치하되, 도면상 전열판(10)의 우측 통공(12')과 좌측 통공(12)이 가스켓(20)에 의하여 교대로 밀폐되도록 하면, 각각의 전열판(10) 사이에 해당하는 공간을 통하여 서로 다른 유체를 교호(交互)로 유동시킬 수 있는 판형열교환기를 제조할 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 제작된 판형열교환기는 얇은 금속판으로 이루어지는 전열판(10)의 몸체상에 촘촘한 파형(波形) 무늬로 전열유로(11)가 형성되어 유체의 흐름을 강제적인 난류(亂流)의 흐름으로 조성시킴으로서 그 전열계수를 크게 향상시킬 수 있게 되며, 이로 인하여 기존의 다관식 열교환기와 비교할 경우 그 전열효율을 300% 이상으로 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 높은 전열효율을 기초로 하여 열교환기의 초소형화 및 초경량화가 가능하기 때문에 선박을 포함한 각종 설비의 열교환 분야에 폭넓게 적용되고 있으며 그 수요 또한 비약적으로 증가하고 있다.

그러나, 상기와 같은 많은 장점에도 불구하고 판형열교환기의 경우는 각 전열판(10) 사이의 밀봉을 고무 재질로 이루어지는 가스켓(20)에 의존하기 때문에, 가스켓(20)의 물리적, 화학적 특성 뿐만 아니라 전열판(10)과 가스켓(20)과의 결합구조 및 그에 따른 결합강도가 판형열교환기의 내열 및 내압성능에 크게 영향을 미치게 됨으로서, 판형열교환기가 적용될 수 있는 유체의 종류와 그 사용온도 및 압력 조건이 까다롭게 되는 문제점이 있었다.

상기와 같이 판형열교환기의 사용범위에 제약을 미치는 것 중 판형열교환기의 내압성능에 가장 큰 영향을 미치는 것이 전열판(10)과 가스켓(20)의 결합구조가 되는 데, 종래의 경우에는 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 그 단면이 개략 육면체 형상으로 되는 가스켓(20)이 하부 전열판(10)의 가스켓홈(13)에 삽입된 상태에서 상부 전열판(10)의 가스켓홈(13) 바닥면이 가스켓(20)을 상부에서 누르는 식으로 하여 전열판(10)과 가스켓(20)이 결합되는 구조로 이루어져 있다.

그러나, 상기와 같은 방식으로 전열판(10)과 가스켓(20)을 결합시키게 되면, 선박용 윤활유 냉각장치(Lub. Oil Cooler)와 같은 고온 고압의 사용조건하에서 가스켓(20)의 경도가 약화될 경우, 전열판(10)의 외부측을 향하여 작용하는 내압(P)에 의해 가스켓(20)이 해당 가스켓홈(13)의 내부에서 회전을 하거나 전열판(10)의 외측 방향으로 쉽게 밀려나게 됨으로서 유체의 누수나 누설과 같은 사고가 빈번히 발생하게 되는 데, 이는 연속적인 운전이 필요한 열교환기의 특성상 심각한 문제점을 야기시키는 것일 뿐만 아니라, 석유화학 플랜트에 사용되는 열교환기의 경우 환경오염은 물론이고 대형사고로까지 이어지는 커다란 위험을 내재하게 되는 것이다.

상기와 같은 문제점을 보완하기 위하여 가스켓(20)의 표면에 접착제를 도포하여 전열판(10)의 가스켓홈(13)에 가스켓(20)을 고정시키도록 한 접착식 결합방식이나, 가스켓(20)을 전열판(10)에 견고하게 고정시킬 수 있도록 별도의 결합구조물을 가스켓(20)이나 전열판(10)에 추가로 형성시켜 전열판(10)과 가스켓(20)의 결합강도를 향상시키도록 한 비접착식 결합방식이 알려져 있다.

그러나, 전자의 경우는 접착제의 사용에 따른 가스켓(20)과 전열판(10)의 부식 및 접착제 성분과 열교환 유체와의 화학작용 등과 같은 추가적인 문제점을 유발시키는 것이었고, 후자의 경우는 전열판(10)과 가스켓(20)의 결합구조를 추가로 형성시킴에 따라 전열판(10)이나 가스켓(20)의 제조에 따른 비용이 상승하게 될 뿐만 아니라 가스켓(20)을 전열판(10)에 고정시키는 작업 또한 번거롭게 됨으로서, 판형열교환기의 전체적인 생산성과 그 단가측면에서 바람직하지 못한 문제점을 야기시키는 것이었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에 의한 판형열교환기의 전열판과 가스켓의 결합구조는 전열판과 유체 통공의 외주연부에 형성된 가스켓홈과 해당 가스켓홈을 통하여 삽입되는 가스켓과의 결합구조를 요철(凹凸)식 끼움구조로 형성시킴으로서, 전열판과 가스켓의 결합구조 자체는 매우 단순하게 하면서도 전열판과 가스켓과의 접촉면적 및 그에 따른 결합강도는 크게 향상시킬 수 있도록 하며, 이로 인하여 판형열교환기의 내압성능을 획기적으로 개선시킴으로서 고온고압용 열교환 설비에 용이하게 적용시킬 수 있도록 하는 것을 그 기술적인 과제로 한다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 판상의 몸체 전면(全面)에 걸쳐 파형(波形)의 전열유로가 형성되고 그 외곽부측에는 유체의 통공이 관통 형성되는 다수 매의 전열판을 적층식으로 밀착 설치하여, 각각의 전열판 사이로 가열유체(또는 냉각유체)와 피가열유체(또는 피냉각유체)가 교호(交互)로 유동할 수 있도록 상기 전열판과 유체의 통공 외주면을 따라 형성된 가스켓홈에 가스켓이 삽입 설치된 것에 있어서, 상기 가스켓의 몸체 일측에는 반원형 또는 기둥 형태의 돌기부가 돌출 형성되고 그 타측에는 상기 돌기부와 동일한 형태의 요홈부가 형성되며, 상기 전열판의 가스켓홈에는 가스켓의 돌기부가 그 내측을 통하여 끼움식으로 삽입되고, 그 외측면은 또 다른 가스켓의 요홈부를 통하여 끼움식으로 삽입되는 절곡부가 돌출 형성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 의한 전열판과 가스켓의 결합구조를 나타내는 일부 확대 측단면도이다.

본 발명에 의한 판형열교환기의 전열판과 가스켓의 결합구조는 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 그 단면이 개략 육면체의 형상을 가지는 가스켓(20)의 몸체 일측에는 돌기부(21)가 돌출 형성되고 그 타측에는 상기 돌기부(21)와 동일한 형태의 요홈부(22)가 형성되며, 상기 전열판(10)의 가스켓홈(13)에는 가스켓(20)의 돌기부(21)가 그 내측을 통하여 끼움식으로 삽입되고, 그 외측면은 또 다른 가스켓(20)의 요홈부(22)를 통하여 끼움식으로 삽입되는 절곡부(14)가 돌출 형성된 구성으로 이루어진다.

상기와 같이 가스켓(20)의 몸체 일측으로 돌출되는 돌기부(21)는 가스켓(20)에 의한 전열판(10) 사이의 간격에 지장을 초래하지 않도록 가스켓(20)의 일측 중앙부를 통하여 돌출되도록 형성시키는 것이 바람직하며, 상기 돌기부(21)는 가스켓(20)의 전체 길이를 따라 형성될 수도 있고, 판형열교환기의 사용시 국부적으로 고압이 작용할 경우에는 그 해당 부위를 고려하여 가스켓(20)의 일부에만 한정하여 형성시킬 수도 있다.

또한, 상기 돌기부(21)는 가스켓홈(13)을 통한 가스켓(20)의 삽입과 그 제거를 용이하게 수행할 수 있으면서도 전열판(10)과 가스켓(20)의 접촉면적을 크게 할 수 있도록 그 단면이 반원형의 형태가 되도록 형성시키는 것이 바람직하지만, 그 이외에도 단면이 정사각형이나 직사각형 또는 사다리꼴이나 삼각형으로 이루어지는 여러 가지의 기둥 형태로도 형성시킬 수 있다.

그리고, 도면상에서는 1개 열(列)의 돌기부(21)가 가스켓(20)의 몸체 일측으로 돌출된 것으로 도시되어 있으나, 전열판(10)과 가스켓(20)의 접촉면적 및 그에 따른 결합강도를 향상시키기 위한 목적으로 가스켓(20)의 몸체 일측에 돌기부(21)를 2열(列)로 형성시킬 수도 있으며, 상기 돌기부(21)를 3열(列) 이상으로 형성시키는 것은 전열판(10)의 가스켓홈(13)에 가스켓(20)을 삽입시키는 작업이 까다롭게 될 뿐만 아니라, 가스켓(20)의 폭을 고려할 경우 돌기부(21) 자체가 매우 가늘게 되어 그 강도가 약해지기 때문에 바람직하지 못하다.

또한, 상기 요홈부(22)는 돌기부(21)와 동일한 형태 및 개수가 되도록 하되, 전열판(10)의 가스켓홈(13)에 가스켓(20)을 삽입시키는 작업시 가스켓(20)의 균열이나 파손이 발생하지 않도록 요홈부(22)의 깊이는 돌기부(21)를 제외한 가스켓(20) 두께의 1/2이 넘지 않도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 전열판(10)의 가스켓홈(13)에 형성되는 절곡부(14) 또한 상기 돌기부(21)와 요홈부(22)의 치수를 고려하여 그 내측으로는 돌기부(21)가 끼움식으로 견고하게 삽입되고, 그 외측면은 요홈부(22)를 통하여 끼움식으로 견고하게 삽입되도록 함과 동시에, 도면상 돌기부(21)와 요홈부(22)가 형성된 가스켓(20)의 상,하측면이 그 상,하부로 위치하게 되는 전열판(10)의 가스켓홈(13) 표면과 최대한으로 접촉될 수 있도록 하여야 한다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 결합구조를 전열판(10)과 가스켓(20)에 각각 적용시켜 다수 매의 전열판(10)을 가스켓(20)에 의하여 적층식으로 밀착 설치하게 되면, 도면상 전열판(10)의 가스켓홈(13)에 형성된 절곡부(14)의 상,하측으로 가스켓(20)의 요홈부(22)와 돌기부(21)가 끼움식으로 견고하게 삽입됨과 동시에, 가스켓(20)의 상,하측 표면이 전열판(10)의 가스켓홈(13)과 견고하게 밀착된다.

따라서, 선박용 윤활유 냉각장치(Lub. Oil Cooler)와 같은 고온 고압의 사용조건하에서 가스켓(20)의 경도가 약화되더라도, 전열판(10)의 외부측을 향하여 작용하는 내압(P)에 의해 가스켓(20)이 해당 가스켓홈(13)의 내부에서 회전을 하거나 전열판(10)의 외측 방향으로 밀려나지 않게 됨으로서, 판형열교환기의 내부로 유입된 열교환 유체의 누수나 누설이 발생하지 않게 되며, 이로 인하여 판형열교환기의 연속적이고도 안전한 운전이 가능하게 된다.

이는, 본 발명에 의한 전열판(10)과 가스켓(20)의 결합구조가 종래의 경우와 비교하여 전열판(10)과 가스켓(20) 사이의 접촉면적을 돌기부(21)와 요홈부(22)에 의하여 확대되도록 함으로서 내압(P)에 견디는 마찰력을 획기적으로 개선시킨 것에 기인하며, 전열판(10)의 외부측으로 작용하는 내압(P)이 하나의 전단력으로 작용하더라도 가스켓(20)과 가스켓홈(13)이 요철(凹凸) 형상으로 맞물리도록 되어 있기 때문에, 그 힘을 본 발명의 결합구조가 용이하게 지지하거나 혹은 분산시킴으로서 판형열교환기의 내압성능을 크게 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

또한, 본 발명의 결합구조는 전열판(10)과 가스켓(20)의 비접착식 결합구조로서, 접착제를 이용한 종래의 경우와는 달리 전열판(10)과 가스켓(20)의 부식 및 열교환 유체와의 화학반응을 미연에 방지할 수 있게 될 뿐만 아니라, 종래의 비접착식 결합구조와는 달리 전열판(10)과 가스켓(20)에 별도의 결합수단을 부가시키지 않고 가스켓(20)과 가스켓홈(13)의 단면 형상을 개선시키는 것에 의하여 우수한 결합강도를 이루어낼 수 있게 됨으로서, 종래의 비접착식 결합구조와 비교하여 전열판(10)이나 가스켓(20)의 제조에 따른 비용절감에도 크게 기여할 수 있게 된다.

다시 말해서, 전열판(10)의 제조시 전열유로(11)와 통공(12)(12') 및 가스켓홈(13)의 성형을 위하여 대부분 얇은 금속판을 프레싱하는 작업을 거치게 되는 데, 이러한 프레싱 작업시 가스켓홈(13)에 절곡부(14)가 형성되도록 하면 전열판(10) 자체의 제조과정에서 절곡부(14)를 동시에 형성시킬 수 있을 뿐만 아니라, 가스켓(20)의 제조시에도 상기 돌기부(21)와 요홈부(22)를 가스켓(20) 자체에 용이하게 형성시킬 수 있기 때문이다.

따라서, 본 발명에 의한 결합구조를 전열판(10)과 가스켓(20)에 형성시킴에 따른 추가적인 비용이 거의 발생하지 않게 되고, 전열판(10)의 가스켓홈(13)에 가스켓(20)을 삽입시키는 작업 또한 매우 손쉽게 수행할 수 있게 됨으로서, 판형열교환기의 전체적인 생산성을 향상시키면서도 내압성능이 우수한 판형열교환기를 저렴한 가격으로 공급할 수 있게 되는 것이다.

마지막으로, 위에서 설명되어진 것은 본 발명에 의한 결합구조가 적용되는 전열판(10)이 사각판 형태로 형성되고 그 4개의 모서리 부분에 각각 유체의 통공(12)(12')이 형성된 것을 하나의 대표적인 실시예로 기재한 것에 불과하며, 판형열교환기에 적용되는 어떠한 종류의 전열판이더라도 본 발명에 의한 결합구조가 적용될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항일 뿐만 아니라, 본 발명이 추구하고자 하는 기술적 사상의 범위내에 당연히 포함되는 것임을 밝혀두는 바이다.

상기와 같이 본 발명에 의한 판형열교환기의 전열판과 가스켓의 결합구조는, 전열판과 유체 통공의 외주연부에 형성된 가스켓홈과 해당 가스켓홈을 통하여 삽입되는 가스켓과의 결합구조를 요철(凹凸)식 끼움구조로 형성시킴으로서, 전열판과 가스켓의 결합구조 자체는 매우 단순하게 하면서도 전열판과 가스켓과의 접촉면적 및 그에 따른 결합강도(마찰력 및 지지력)는 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있으며, 이로 인하여 판형열교환기의 내압성능을 획기적으로 개선시킴으로서 고온고압용 열교환 설비에 용이하게 적용시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 접착제를 이용한 전열판과 가스켓의 접착방식과는 달리 전열판과 가스켓의 부식 및 열교환 유체와의 화학반응을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있고, 종래의 비접착식 결합구조와는 달리 전열판과 가스켓에 별도의 결합수단을 부가시키지 않고 가스켓과 가스켓홈의 단면 형상을 개선시키는 것에 의하여 우수한 결합강도를 이루어낼 수 있게 됨으로서, 종래의 비접착식 결합구조와 비교하여 전열판이나 가스켓의 제조에 따른 비용절감에도 크게 기여할 수 있는 효과가 있을 뿐만 아니라, 전열판의 가스켓홈에 가스켓을 삽입시키는 작업 또한 매우 손쉽게 수행할 수 있는 효과가 있으며, 이로 인하여 판형열교환기의 전체적인 생산성을 향상시키면서도 내압성능이 우수한 판형열교환기를 저렴한 가격으로 공급할 수 있는 효과가 있는 것이다.

도 1은 일반적인 판형열교환기의 전열판을 나타내는 평면도.

도 2는 종래의 전열판과 가스켓의 결합구조를 나타내는 일부 확대 측단면도.

도 3은 본 발명에 의한 전열판과 가스켓의 결합구조를 나타내는 일부 확대 측단면도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 전열판 11 : 전열유로 12,12' : 통공

13 : 가스켓홈 14 : 절곡부 20 : 가스켓

21 : 돌기부 22 : 요홈부 P : 내압

Claims

판상의 몸체 전면(全面)에 걸쳐 파형(波形)의 전열유로(11)가 형성되고 그 외곽부측에는 유체의 통공(12)(12')이 관통 형성되는 다수 매의 전열판(10)을 적층식으로 밀착 설치하여, 각각의 전열판(10) 사이로 가열유체(또는 냉각유체)와 피가열유체(또는 피냉각유체)가 교호(交互)로 유동할 수 있도록 상기 전열판(10)과 유체의 통공(12)(12') 외주면을 따라 형성된 가스켓홈(13)에 가스켓(20)이 삽입 설치된 것에 있어서,

상기 가스켓(20)의 몸체 일측에는 반원형 또는 기둥 형태의 돌기부(21)가 돌출 형성되고 그 타측에는 상기 돌기부(21)와 동일한 형태의 요홈부(22)가 형성되며,

상기 전열판(10)의 가스켓홈(13)에는 가스켓(20)의 돌기부(21)가 그 내측을 통하여 끼움식으로 삽입되고, 그 외측면은 또 다른 가스켓(20)의 요홈부(22)를 통하여 끼움식으로 삽입되는 절곡부(14)가 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 판형열교환기의 전열판과 가스켓의 결합구조.