KR20070005831A - 플레이트 열교환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 플레이트 열교환기는, 1차,2차 열교환 매체가 분배되는 헤더에 각각 1차,2차 열교환 매체의 유동방향으로 갈수록 유동 저항이 점차 작아지도록 한 열교환 매체 분배 파이프가 구비됨으로써, 1차,2차 열교환 매체가 다수개의 1차,2차 열교환 매체 통로에 균일 분배될 수 있어서 열교환 효율이 향상된다.
공기 조화 시스템, 플레이트 열교환기, 균일 분배

Description

플레이트 열교환기{Plate type Heat exchanger}
도 1은 일반적인 대용량 공기조화 시스템의 계통도,
도 2는 종래 기술에 따른 플레이트 열교환기의 사시도,
도 3은 종래 기술에 따른 플레이트 열교환기의 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 플레이트 열교환기의 사시도,
도 5은 본 발명에 따른 플레이트 열교환기의 구성도,
도 6은 본 발명에 따른 플레이트 열교환기의 열교환 매체 분배 파이프의 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
50 : 1차 열교환 매체 통로 52 : 2차 열교환 매체 통로
60 : 열교환 탱크 62~68 : 제1~제4헤더
70 : 열교환 매체 분배 파이프
본 발명은 2개의 열교환 매체가 서로 열교환되는 플레이트 열교환기에 관한 것으로서, 특히 열교환 매체가 균일 분배될 수 있도록 한 플레이트 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로 플레이트 열교환기는, 1차 열교환 매체와 2차 열교환 매체가 서로 열교환되게 하는 장치이다. 이와 같은 플레이트 열교환기는 대용량 공기조화 시스템에서 많이 이용된다.
도 1은 일반적인 대용량 공기조화 시스템의 계통도이다.
도 1에 도시된 대용량 공기조화 시스템은, 1차 열교환 매체와 2차 열교환 매체가 서로 열교환되는 플레이트 열교환기(10)와, 상기 플레이트 열교환기(10)와 연결되어 상기 1차 열교환 매체의 공기 조화 사이클을 이루는 1차 측 공기 조화부(20)와, 상기 플레이트 열교환기(10)와 연결되어 상기 2차 열교환 매체의 공기 조화 사이클을 이루는 2차 측 공기 조화부(30)로 이루어진다.
상기 1차 측 공기조화부(20)는 상기 플레이트 열교환기(10)와 연결되어 상기 1차 열교환 매체가 주변 공기와 열교환되는 1차 측 열교환기(22)와, 상기 1차 열교환 매체가 1차 측 열교환기(22)와 플레이트 열교환기(10) 사이에서 유동되게 하는 펌프(24)와, 상기 1차 열교환 매체의 유동 방향을 제어하는 1차 측 사방밸브(26)로 이루어진다.
상기 1차 측 열교환기(22)는 통상 실내에 위치되어 실내 공기가 1차 열교환 매체와 열교환되게 함으로써, 실내가 냉방 또는 난방되게 한다. 이와 같이 실내에 위치된 1차 측 열교환기(22)를 실내 열교환기라고 한다.
또한, 상기 1차 측 공기조화부(20)는 상기 펌프(24)로 액체 상태의 1차 열교환 매체만 유입될 수 있도록 하는 수액기(25)와, 1차 열교환 매체가 상기 수액기(25)에서 펌프(24) 방향으로만 유동되게 하는 체크 밸브(28)가 더 포함된다.
상기와 같은 1차 측 공기조화 사이클에 이용되는 1차 열교환 매체로는 통상 냉각수 또는 프레인이 있다.
상기 2차 측 공기조화부(30)는, 상기 플레이트 열교환기(10)와 연결되어 2차 열교환 매체가 주변 공기와 열교환되는 2차 측 열교환기(32)와, 상기 2차 측 열교환기(32)와 플레이트 열교환기(10) 사이에 위치된 압축기(34)와, 팽창밸브(36), 그리고 2차 열교환 매체의 유동 방향을 제어하는 2차 측 사방밸브(미도시)로 이루어진다.
상기 2차 측 열교환기(32)는 통상 실외에 위치되어 2차 열교환 매체가 실외 공기와 열교환되게 하며, 실외 열교환기라고 한다.
상기와 같이 2차 측 공기조화 사이클에 이용되는 2차 열교환 매체로는 냉매가 있다.
상기와 같이 구성된 대용량 공기조화 사이클의 작용을 살펴보면, 다음과 같다.
먼저, 실내 공기 냉방시에는, 1차 열교환 매체가 상기 플레이트 열교환기(10)에서 2차 열교환 매체로 열을 발산하여 응축된 후, 상기 1차 측 열교환기(22) 에서 실내 공기의 열을 흡수하여 기화된 다음, 상기 플레이트 열교환기(10)로 순환된다. 그러면, 실내 공기 온도가 낮아지게 되어 실내가 냉방된다.
이 때, 상기 플레이트 열교환기(10)에서 1차 열교환 매체의 열을 흡수한 2차 열교환 매체는 상기 압축기(34)에서 압축된 후, 상기 2차 측 열교환기(32)에서 실외 공기로 열을 발산하여 응축되고, 상기 팽창기(36)에서 팽창된 다음, 저온 저압의 액상 상태로 상기 플레이트 열교환기(10)로 순환된다.
반면, 실내 공기 난방시에는 1차 열교환 매체가 상기 플레이트 열교환기(10)에서 2차 열교환 매체로부터 열을 흡수하여 기화된 후, 상기 1차 측 열교환기(22)에서 실내 공기로 열을 발산하여 응축된 다음, 상기 플레이트 열교환기(10)로 순환된다. 그러면, 실내 공기 온도가 상승되어 실내가 난방된다.
이 때, 상기 플레이트 열교환기(10)에서 1차 열교환 매체에 열을 빼앗긴 2차 열교환 매체는, 상기 팽창기(36)에서 팽창된 후 상기 2차 측 열교환기(32)에서 실외 공기의 열을 흡수하여 기화되고, 상기 압축기(34)에서 압축된 다음, 고온, 고압의 기체 상태로 상기 플레이트 열교환기(10)로 순환된다.
도 2는 종래 기술에 따른 플레이트 열교환기의 사시도이고, 도 3은 종래 기술에 따른 플레이트 열교환기의 열교환 작용을 나타낸 도면이다.
상술한 바와 같은 대용량 공기 조화 시스템에 사용되는 플레이트 열교환기(10)는, 도 2,3에 도시된 바와 같이, 열교환기 탱크(12)와, 상기 열교환기 탱크(12)의 내부에 일렬 배열되어 1차 열교환 매체 통로(13)와 2차 열교환 매체 통로 (14)가 교대로 배치되게 하는 다수개의 열판(15)과, 상기 열교환기 탱크(12)의 상,하부에 각각 구비되어 상기 1차 측 열교환기(22)와 연결된 제1,2헤더(16,17)와, 상기 열교환기 탱크(12)의 상,하부에 각각 구비되어 상기 2차 측 열교환기(32)와 연결된 제3,4헤더(18,19)로 이루어진다.
이와 같이 구성되는 플레이트 열교환기(10)는, 상기 열교환기 탱크(12)에 유입된 1차 열교환 매체(화살표 A)와 2차 열교환 매체(화살표 B)가 상기 열판(15)을 매개로 서로 열교환되게 한다.
그러나, 상기한 바와 같은 종래 기술에 따른 플레이트 열교환기(10)는, 상기 1차 열교환 매체 통로와 2차 열교환 매체 통로 다수개가 일렬 배열된 구조이기 때문에 상기 1차 열교환 매체 통로와 2차 열교환 매체 통로의 배열방향으로 1차,2차 열교환 매체의 압력 손실 차이로 인해, 1차,2차 열교환 매체가 불균일 분배되어, 도 4의 'A'부분과 같이 1차,2차 열교환 매체의 열교환이 거의 이루어지지 않는 영역이 존재함으로써, 열교환 효율이 저조한 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 1차, 2차 열교환 매체가 다수개의 1차,2차 열교환 매체 통로에 균일 분배될 수 있는 플레이트 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 플레이트 열교환기는, 1차 열교환 매체 통로와 2차 열교환 매체 통로 다수개가 교대로 배열된 열교환 탱크와; 상기 열교환기 탱크에 구비되어 상기 1차 열교환 매체가 공급되거나 회수되는 제1,2헤더와; 상기 열교환기 탱크에 구비되어 상기 2차 열교환 매체가 공급되거나 회수되는 제3,4헤더와; 상기 1차/2차 열교환 매체가 상기 다수개의 1차/2차 열교환 매체 통로에 균일 분배되게 하는 열교환 매체 균일분배수단을 포함하여 구성된다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 플레이트 열교환기의 사시도이고, 도 5은 본 발명에 따른 플레이트 열교환기의 구성도이고, 도 6은 본 발명에 따른 플레이트 열교환기의 열교환 매체 분배 파이프의 사시도이다.
본 발명에 따른 플레이트 열교환기는, 1차 열교환 매체 통로(50)와 2차 열교환 매체 통로(52) 다수개가 교대로 배열된 열교환 탱크(60)와, 상기 열교환기 탱크(60)에 구비되어 상기 1차 열교환 매체(50')가 공급되거나 회수되는 제1,2헤더(62,64)와, 상기 열교환기 탱크(60)에 구비되어 상기 2차 열교환 매체(52')가 공급되거나 회수되는 제3,4헤더(66,68)와, 상기 1차/2차 열교환 매체(50',52')가 상기 다수개의 1차/2차 열교환 매체 통로(50,52)에 균일 분배되게 하는 열교환 매체 균일분배수단을 포함하여 구성된다.
상기 1차 열교환 매체 통로(50)와 2차 열교환 매체 통로(52) 다수개가 교대 로 배열될 수 있도록, 내부에 열전도율이 좋은 열판(51) 다수개가 상기 1차 열교환 매체 통로(50)와 2차 열교환 매체 통로(52)의 배열 방향, 즉 좌우방향으로 일렬 배열되어 있다.
상기 다수개의 열판(51)은, 상기 1차,2차 열교환 매체 통로(52)가 벌집 구조를 갖도록 형성될 수 있다.
그리고, 상기 다수개의 열판(51)은, 그 사이에 동 또는 니켈의 용접재가 개재된 상태에서 진공 가열로에서 압착 브레이징됨으로써 컴팩트하게 일체화될 수 있다.
상기 열교환 탱크(60)는 외부와 단열될 수 있는 구조로 구비됨이 바람직하다.
상기와 같이 이루어진 열교환 탱크(60)는 고온/고압에 잘 견디며, 열교환 효율이 좋고, 오염률이 낮아서 수명이 길며, 소형이고, 설치비용이 적고 시공성이 용이하다.
상기 제1헤더(62)는 상기 열교환 탱크(60)의 상부 전방에 위치되고, 상기 열교환 탱크(60) 내부에 위치된 부위에 상기 1차 열교환 매체 통로(50)와 연통될 수 있도록 다수개의 홀(62a)이 형성된 관 형태로 구비될 수 있다.
상기 제2헤더(64)는 상기 열교환 탱크(60)의 하부 전방에 위치되고, 상기 제1헤더(62)와 동일한 구조로 구비될 수 있다.
상기 제3헤더(66)는 상기 열교환 탱크(60)의 상부 후방에 위치되고, 상기 열교환기 탱크(60) 내부에 위치된 부위에 상기 2차 열교환 매체 통로(52)와 연통될 수 있도록 다수개의 홀이 형성된 관 형태로 구비될 수 있다.
상기 제4헤더(68)는 상기 열교환 탱크(60)의 하부 후방에 위치되고, 상기 제3헤더(66)와 동일한 구조로 구비될 수 있다.
이와 같이 구성된 제1~제4헤더(62~68)는 1차 열교환 매체(50')와 2차 열교환 매체(52')가 상기 열교환기 탱크(60) 내부에 서로 반대방향으로 유동될 수 있도록 위치 선정됨이 바람직하다.
상기 열교환 매체 균일 분배수단은, 상기 제1~제4헤더(62~68)에 각각 삽입되고 1차,2차 열교환 매체(50',52')가 통과할 수 있는 홀(70')이 다수 형성된 열교환 매체 분배 파이프(70)로 이루어진다.
특히, 상기 열교환 매체 분배 파이프(70)의 홀(70')들은 상기 다수개의 1차 열교환 매체 통로(50)와 2차 열교환 매체 통로(52)의 배열방향으로 일렬 배열되되, 1차,2차 열교환 매체(50',52')의 유동방향으로 갈수록 1차,2차 열교환 매체(50',52')의 유동 저항이 작아지도록 그 크기가 점차 커진다.
상기 열교환 매체 분배 파이프(70)의 홀(70')은 상기 열교환 매체 분배 파이프(70)의 둘레방향으로 하나 또는 둘 이상 구비될 수 있는데, 상기 열교환 매체 분배 파이프(70)의 둘레방향으로 둘 이상 구비된 경우 그 크기가 동일함이 바람직하다.
상기한 열교환 매체 분배 파이프(70)는 상기 열교환 매체 분배 파이프(70)의 안내를 받은 1차,2차 열교환 매체(50',52')가 상기 제1~제4헤더(62~68)를 통해 상기 1차,2차 열교환 매체 통로(50,52)로 유입될 수 있도록, 상기 제1~제4헤더 (62~68)보다 작게 형성될 수 있다.
더불어, 상기 열교환 매체 분배 파이프(70)는 상기 제1~제4헤더(62~68)와 중심이 일치토록 배치됨이 바람직하다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
1차 열교환 매체(50')는 상기 제1헤더(62)에 삽입된 열교환 매체 분배 파이프(70)에 유입된 후 상기 제1헤더(62)에 삽입된 열교환 매체 분배 파이프(70)의 홀(70')을 통해 상기 제1헤더(62)를 통과하여 상기 1차 열교환 매체 통로(50)로 유입된다.
이 때, 상기 제1헤더(62)에 삽입된 열교환 매체 분배파이프(70)의 홀(70')들이 1차 열교환 매체(50')의 유동방향으로 갈수록 점차 커짐으로써 유동 저항이 작아지기 때문에 1차 열교환 매체(50')의 유동방향으로 갈수록 1차 열교환 매체(50')의 압력 손실이 커지더라도 1차 열교환 매체(50')가 상기 다수개의 1차 열교환 매체 통로(50)에 균일 분배된다.
더불어, 2차 열교환 매체(52')가 제3헤더(66)에 삽입된 열교환 매체 분배 파이프(70)와 제3헤더(66)를 차례로 통과하여 상기 2차 열교환 매체 통로(52)로 유입된다. 물론, 2차 열교환 매체(52') 또한 상기 열교환 매체 분배 파이프(70)에 의해 상기 다수개의 2차 열교환 매체 통로(52)에 균일 분배된다.
상기와 같이 1차 열교환 매체 통로(50)에 유입된 1차 열교환 매체(50')는 상기 열판(51)을 통해 상기 2차 열교환 매체 통로(52)의 2차 열교환 매체(52')와 열 교환된 후, 상기 제2헤더(64)에 회수되고, 상기 제2헤더(64)에 회수된 1차 열교환 매체(50')는 상기 제2헤더(66)에 삽입된 열교환 매체 분배 파이프(70)를 통해 외부로 배출된다.
더불어, 상기 2차 열교환 매체 통로(52)에 유입된 2차 열교환 매체(52')는 상기 제1열교환 매체(50')와 열교환된 후, 상기 제4헤더(68)와 상기 제4헤더(68)에 삽입된 열교환 매체 통로(70)를 통해 외부로 배출된다.
여기서, 상기 1차,2차 열교환 매체(50',52') 중 하나는 열이 발산되어 응축되고, 나머지 하나는 열이 흡수되어 증발되며, 상기 1차,2차 열교환 매체(50',52')는 서로 반대방향으로 유동된다.
한편, 상기 1차,2차 열교환 매체(50',52')의 유동방향으로 반대로 바뀔 수 있음은 물론이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 플레이트 열교환기는, 1차,2차 열교환 매체가 분배되는 헤더에 각각 1차,2차 열교환 매체의 유동방향으로 갈수록 유동 저항이 점차 작아지도록 한 열교환 매체 분배 파이프가 구비됨으로써, 1차,2차 열교환 매체가 다수개의 1차,2차 열교환 매체 통로에 균일 분배될 수 있어서 열교환 효율이 향상될 수 있는 이점이 있다.

Claims (6)

1차 열교환 매체 통로와 2차 열교환 매체 통로 다수개가 교대로 배열된 열교환 탱크와; 상기 열교환기 탱크에 구비되어 상기 1차 열교환 매체가 공급되거나 회수되는 제1,2헤더와; 상기 열교환기 탱크에 구비되어 상기 2차 열교환 매체가 공급되거나 회수되는 제3,4헤더와; 상기 1차/2차 열교환 매체가 상기 다수개의 1차/2차 열교환 매체 통로에 균일 분배되게 하는 열교환 매체 균일분배수단을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 플레이트 열교환기.
청구항 1에 있어서,
상기 열교환 매체 균일분배수단은, 상기 제1~제4헤더에 각각 삽입되고, 상기 1차/2차 열교환 매체의 공급방향으로 갈수록 크기가 커지는 다수개의 홀이 형성된 제1~제4 열교환 매체 분배 파이프로 이루어진 것을 특징으로 하는 플레이트 열교환기.
청구항 2에 있어서,
상기 제1~제4 열교환 매체 분배 파이프는, 각각 상기 제1~제4 헤더보다 작은 것을 특징으로 하는 플레이트 열교환기.
청구항 3에 있어서,
상기 제1~제4 열교환 매체 분배 파이프는, 각각 상기 제1~제4헤더와 중심이 일치하도록 배치된 것을 특징으로 하는 플레이트 열교환기.
청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1~제4 열교환 매체 분배 파이프는, 각각 둘레방향으로 크기가 동일한 홀이 하나 또는 둘 이상 형성된 것을 특징으로 하는 플레이트 열교환기.
청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1~제4 열교환 매체 분배 파이프는, 동관인 것을 특징으로 하는 플레이트 열교환기.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101416358B1 (ko) * 2012-10-05 2014-07-08 현대자동차 주식회사 차량용 열교환기
KR101462823B1 (ko) * 2011-02-04 2014-11-20 알파 라발 코포레이트 에이비 판형 열교환기
DE102012109346B4 (de) * 2011-10-07 2020-02-20 Halla Visteon Climate Control Corporation 95 Interner Wärmetauscher mit externen Sammelrohren

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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