KR20090106160A - 더블 딤플형 판형 열판 및 이를 이용한 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환기에 사용하는 판형 열판과 그 열판으로 만든 열교환기에 관한 것으로, 본 발명에 따른 열판은 열전도성이 좋은 재질로 이루어진 평판의 한쪽면으로 직경이 크고 높이가 높은 큰 딤플이 돌출 형성되고, 다른 한쪽면으로 상대적으로 직경이 작고 높이가 낮은 작은 딤플이 돌출형성되어 평판의 양쪽 측면으로 돌출된 딤플이 비대칭구조를 이루도록 되어 있으면서, 상기 큰 딤플은 평판의 세로방향을 따라 일정한 간격을 두고 1열로 형성되고, 상기 작은 딤플은 큰 딤플 열과 나란하게 2개 이상 다수개의 열을 이루도록 형성되어 있으며, 상기 큰 딤플열과 작은 딤플열이 가로 방향을 따라 차례대로 교차 배열된 구조로 되어 있다. 또한, 본 발명에 따른 열교환기는 상기한 바와 같은 구조로 이루어진 판형 열판이 서로 겹쳐져 큰 딤플끼리의 접촉에 의해 이루어지는 부분은 큰 공간이 이루어지게 하고, 작은 딤플끼리의 접촉에 의해 이루어지는 부분은 작은 공간이 이루어지게 하며, 열판의 상하 좌우에 지지프레임이 설치되어 이루어진 구조로 되어 있다. 이러한 본 발명의 열교환기는 상기 큰 딤플에 의해 만들어지는 큰 공간으로는 체적이 큰 유체가 통과할 수 있게 하며, 작은 딤플에 의해 만들어지는 작은 공간으로는 체적이 적은 유체가 통과할 수 있게 하여, 체적 유량의 차이가 있는 유체 사이에 열교환의 효율이 뛰어나게 할 뿐만 아니라, 구조적으로 견고하며 안정적이고, 별도의 다른 스페이서를 사용하지 않고서도 열판 자체만으로 열판을 적재하여 열교환기를 이룰 수 있게 한다.

더블 딤플, 판형, 열교환기, 열판, 큰 딤플, 작은 딤플, 체적 유량

Description

더블 딤플형 판형 열판 및 이를 이용한 열교환기{A DOUBLE DIMPLE TYPE HEAT PLATE AND A HEAT EXCHANGER USING THE HEAT PLATE}

본 발명은 고온과 저온인 2개의 유체 사이에 열교환이 이루어지게 하는 판형 열판과 열교환기에 관한 것으로, 특히 하나의 열판에 양쪽 방향으로 높이와 크기가 다른 딤플이 돌출 형성되어 비대칭구조를 이루게 하여, 별도의 스페이서 등을 사용하지 않고서도 열판을 적재하여 쌓을 수가 있으며, 압력 손실이 적고 열전달 성능이 우수할 뿐만 아니라 콤팩트하게 만들 수 있게 한 열판 및 이를 이용한 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 고온의 유체와 저온의 유체 사이에 열교환이 이루어지게 하는 열교환기는 산업 현장에서뿐만 아니라 가정에서도 예컨대 에어컨 등과 같이 여러 방면에서 널리 사용되고 있다.

이러한 열교환기에는 열교환을 하고자 하는 유체가 통과하는 통로를 만들어 줌과 더불어 열은 전달하는 유체와 흡열용 유체가 서로 직접 접촉하지 않으면서 열 을 교환할 수 있게 하는 열판이 구비되어 있고, 이들 열판이 다수개 배열되어 적층된 구조로 되어 있다.

그런데, 일반적으로 대표적인 열교환기용 열판은 일반적으로 빗살무늬(chevron) 형태 또는 딤플(dimple) 형태로 되어 있다.

이러한 기존의 판형 열판은 빗살무늬 또는 딤플이 좌우(상하) 대칭으로 형성되어 있다. 따라서, 이들 열판을 서로 겹쳤을 때 빗살무늬 또는 딤플이 서로 맞닿아 형성하는 유체통로의 높이가 동일하기 때문에, 열전달용 유체가 통과하는 통로의 체적이나 흡열용 매체가 통과하는 통로의 체적이 동일하게 된다.

이러한 구조로 이루어진 기존의 열판은 체적유량이 큰 유체와 체적유량이 적은 유체 사이에서 열전달이 이루어지게 하는 열교환기에서는 사용하기가 부적합하다는 문제가 있다.

그 이유는 상기한 바와 같은 일반적인 구조의 열판으로 열교환기를 제작할 때, 체적 유량이 큰 쪽에 맞추어 제작하면 체적유량이 적은 쪽에서는 유체가 채워지지 않는 부분이 많아 빈 공간이 많이 발생하여 열전달 효율이 떨어지게 되는 문제가 있을 뿐만 아니라, 그 만큼 열교환기의 체적이 커지게 되는 문제가 발생하게 되고, 체적 유량이 적은 쪽에 맞추어 제작하면 체적 유량이 큰 유체가 원활하게 통과하지 못하여 열교환이 효율적으로 이루어지지 못하게 한다는 문제점이 있기 때문이다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 판형 열판과 열교환기에 따른 문제를 해결하여, 체적 유량이 큰 유체와 체적 유량이 적은 유체 사이에 효율적으로 열교환이 이루어지게 함과 더불어, 열전달 효율이 뛰어나고 구조적으로 튼튼하고 안정적인 열판과 이를 이용한 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열판은 열전도성이 좋은 재질로 이루어진 평판의 한쪽면으로 직경이 크고 높이가 높은 큰 딤플이 돌출 형성되고, 다른 한쪽면으로 상대적으로 직경이 작고 높이가 낮은 작은 딤플이 돌출형성되어 평판의 양쪽 측면으로 돌출된 딤플이 비대칭구조를 이루도록 되어 있다.

그리고, 상기 큰 딤플은 평판의 세로방향을 따라 일정한 간격을 두고 1열로 형성되고, 상기 작은 딤플은 큰 딤플 열과 나란하게 2개 이상 다수개의 열을 이루도록 형성되어 있으며, 상기 큰 딤플열과 작은 딤플열이 가로 방향을 따라 차례대로 교차 배열된 구조로 되어 있다.

또한, 본 발명에 따른 열교환기는 상기한 바와 같은 구조로 이루어진 판형 열판이 서로 겹쳐져 이루어지되, 큰 딤플은 큰 딤플끼리 접촉되게 하고, 작은 딤플은 작은 딤플끼리 접촉하게 하여, 다수개의 열판이 겹쳐질 때 큰 딤플의 접촉에 의해 이루어지는 부분은 큰 공간이 이루어지게 하고, 작은 딤플의 접촉에 의해 이루어지는 부분은 작은 공간이 이루어지게 하며, 열판의 상하 좌우에 지지프레임이 설 치되어 이루어진 구조로 되어 있다.

이러한 본 발명의 열판에 의해 만들어지는 열교환기는 상기 큰 딤플에 의해 만들어지는 큰 공간으로는 체적이 큰 유체가 통과할 수 있게 하며, 작은 딤플에 의해 만들어지는 작은 공간으로는 체적이 적은 유체가 통과할 수 있게 하여, 체적 유량의 차이가 있는 유체 사이에 열교환의 효율이 뛰어나게 할 뿐만 아니라, 구조적으로 견고하며 안정적이고, 별도의 다른 스페이서를 사용하지 않고서도 열판 자체만으로 열판을 적재하여 열교환기를 이룰 수 있게 한다.

또한, 본 발명에 따른 열판을 사용하면 체적 유량이 큰 유체와 체적 유량이 작은 유체 사이에서 열교환이 이루어지게 하면서, 압력 손실이 적고, 열교환기의 체적을 줄여 콤팩트한 열교환기의 제작이 가능하게 된다.

특히, 본 발명에 따라 상기한 바와 같은 구조의 열판으로 만들어진 열교환기는 플랜트시설에서 배출되는 고온의 공기를 큰 공간속으로 투입하고 작은 공간속으로 저온의 물을 투입하여 고온의 배출공기로부터 폐열을 회수하여 물을 가열하는데 사용하는 열교환기에 효과적으로 적용시킬 수가 있다.

이하 본 발명을 첨부한 예시도면을 참조하여 자세히 설명한다.

도면 1은 본 발명에 따른 비대칭형 열판에서 큰 딤플이 위쪽으로 올라오게 한 상태의 평면도이고, 도면 2는 도면 1의 상태에서 열판을 뒤집어 작은 딤플이 위쪽으로 올라오게 한 상태의 평면도이며, 도면 3은 본 발명에 따른 열판의 큰 딤플이 위쪽으로 올라오게 한 상태의 사시도, 도면 4는 본 발명에 따른 열판의 작은 딤플이 위쪽으로 올라오게 한 상태의 사시도이다.

이들 도면에 도시하여 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 열판(10)은 폴리머, 알루미늄 등과 같은 비철금속 또는 스테인레스 등과 같이 열전도성이 좋은 재질로 이루어진 평판(11)의 한쪽면으로 직경이 크고 높이가 높은 큰 딤플(12)이 돌출 형성되고, 다른 한쪽면으로 상대적으로 직경이 작고 높이가 낮은 작은 딤플(13)이 돌출형성되어 평판의 양쪽 측면으로 돌출된 딤플(12,13)이 비대칭구조를 이루도록 되어 있다.

그리고, 상기 큰 딤플(12)은 도면 1과 도면 2에 도시하여 나타낸 바와 같이, 평판(11)의 세로방향을 따라 일정한 간격을 두고 상하 한 줄의 딤플열(14)을 이루게 형성하고, 상기 작은 딤플(12)은 큰 딤플(12)이 이루는 큰 딤플열(14)과 나란하게 2개 이상 다수개의 작은 딤플열(15)을 이루도록 형성되어 있으며, 도면에서 세로 방향으로 배열된 상기 큰 딤플열(14)과 작은 딤플열(15)이 가로 방향을 따라 차례대로 교차 배열된 구조로 되어 있다.

상기 큰 딤플(12)의 직경(D)과 작은 딤플(13)의 직경(d)은 2:1의 비율을 이루도록 되어 있으며, 큰 딤플(12)의 높이(H)와 작은 딤플(13)의 높이(h)는 5:2의 비율을 이루도록 한다.

물론 이러한 큰 딤플(12)와 작은 딤플(13)의 직경 및 높이는 필요에 따라 다 른 비율로 형성할 수도 있지만, 상기한 바의 비율로 형성시키는 것이 열전달 효율과 구조적인 측면에서 가장 바람직하다.

한편, 상기한 바와 같은 구조로 이루어진 열판(10)을 서로 적층하여 열교환기를 이루는데, 이때 도면 5와 도면 6에 도시한 바와 같이 큰 딤플(12)은 큰 딤플끼리 상하로 맞닿게 하고, 작은 딤플(13)은 작은 딤플끼리 상하로 맞닿게 적층한다.

도면 5에서와 같이 큰 딤플(12) 끼리 맞닿는 곳에서는 큰 딤플(12)과 큰 딤플(12) 사이에 큰 공간(16)이 형성되고, 도면 6에서와 같이 작은 딤플(13) 끼리 맞닿는 곳에서는 작은 딤플(13)과 작은 딤플(13) 사이에 작은 공간(17)이 형성된다.

한편, 상기 큰 공간(16)과 작은 공간(17)은 열판(10)을 사이에 두고 상하 서로 다른 층에 형성되어, 큰 공간(16)과 작은 공간(17)을 서로 소통되지 않고 완전하게 차단되는 구조를 이루게 된다.

따라서, 큰 공간(16)과 작은 공간(17)속으로 각각 다른 유체를 주입하면, 서로 뒤섞이지 않고 큰 공간(16)의 유체와 작은 공간(17)의 유체가 서로 열교환을 하게 되는 것이다.

도면 7은 본 발명에 따른 열판(10)이 상하로 적층된 상태에서 각각의 열판 사이에 형성되는 큰 공간(16)과 작은 공간(17)의 배열 상태를 도시하여 나타낸 것으로서, 큰 딤플(12)에 의해 형성되는 큰 공간(16)과 작은 딤플(13)에 의해 형성되는 작은 공간(17)이 상하로 교차 배열된 것을 알 수 있다.

여기서, 작은 공간(17)은 그 단면의 형태가 반드시 일정하지 않은데, 그 이 유는 도면 1과 도면 2에서 설명한 바와 같이, 작은 딤플(13)이 한 개의 열(15)만으로 이루어진 것이 아니라, 2개 이상 다수개의 열(15)로 이루어지기 때문에 작은 딤플(13)의 열(15)과 열 사이에는 좌우 폭이 넓은 작은 공간(17)이 형성되고, 개별적인 작은 딤플(13) 사이에는 좌우 폭이 좁은 작은 공간(17)이 형성되기 때문이다.

도면 8은 본 발명에 따른 열판(10)을 다수 개 상하로 적재한 상태에서 한쪽 측면을 부분 절개하여 나타낸 도면 7의 입체 상태도로서, 상하로 적층된 열판(10) 사이에 큰 딤플(12)과 작은 딤플(13)에 의해 형성되는 큰 공간(16)과 작은 공간(17)이 상하로 교차 배열된 구조를 나타낸다.

도면 9는 본 발명에 따른 다수개의 열판(10)이 상하로 적층된 상태에서 가로 및 세로 방향으로 일부 절결하여 열판이 상하로 적층된 상태에서의 내부 단면 형태를 알 수 있게 한 것으로서, 큰 딤플(12)이 상하로 맞닿은 곳에서는 큰 공간(16)이 형성되고, 작은 딤플(13)이 상하로 맞닿은 곳에서는 작은 공간(17)이 형성된다.

도면 10은 본 발명에 따른 열판(10)을 사용하여 열교환기를 제작하기 위해 상하 열판(10)의 아래위에 수평 프레임(20)을 설치한 상태의 단면도로서, 이와 같이 제일 아래위의 열판(10)에 수평 프레임(20)을 덧대어 설치함과 더불어, 도면 11에 나타낸 바와 같이 열판(10)의 가장자리에도 측면 프레임(21)을 덧대어 상기한 바와 같이 상하로 적층된 열판(10)의 내부에 형성되는 큰 공간(16)과 작은 공간(17)이 상하 좌우에서 차단되어 내부가 폐공간을 이루게 한다.

그리고, 수평 프레임(20) 또는 측면 프레임(21)의 한쪽 코너에 열교환을 위한 유체의 유입구(도시안됨)가 배출구(도시안됨)를 각각 설치함으로써, 열교환기가 완성된다.

본 발명에 따라 평판의 한쪽에는 직경이 크고 높이가 높은 큰 딤플(12)이 형성되고 다른 한쪽에는 직경이 작고 높이가 낮은 작은 딤플(13)이 형성되어 좌우(또는 상하)로 비대칭인 구조를 이루는 열판을 다수개 적층하여 열교환기를 제작하면, 큰 딤플(12)이 맞닿은 곳에서는 큰 공간(16)이 형성되고, 작은 딤플(13)이 맞닿은 곳에서는 작은 공간(17)이 형성되게 되므로, 큰 공간(16)에는 고온 또는 체적 유량이 큰 유체를 통과하게 하고, 작은 공간(17)에는 저온 또는 체적 유량이 작은 유체가 통과하게 함으로써, 압력 손실이 적고 열전달 성능이 우수한 열교환기를 만들 수가 있게 된다.

또한, 본 발명에 따라 좌우 비대칭 딤플을 갖춘 열판을 사용하여 열교환기를 제작하면, 열교환 성능에 대비하여 열교환기의 체적을 줄일 수가 있으므로, 컴팩트한 열교환기의 제작이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 비대칭형 열판에서 큰 딤플이 위쪽으로 올라오게 한 상태의 평면도,

도 2는 도면 1의 상태에서 열판을 뒤집어 작은 딤플이 위쪽으로 올라오게 한 상태의 평면도,

도 3는 본 발명에 따른 열판의 큰 딤플이 위쪽으로 올라오게 한 상태의 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 열판의 작은 딤플이 위쪽으로 올라오게 한 상태의 사시도,

도 5는 본 발명에 따른 열판의 큰 딤플이 서로 맞닿게 상하로 적재하여 상하 열판 사이에 형성된 큰 채널만을 나타내 보인 상태의 단면도,

도 6은 본 발명에 따른 열판의 작은 딤플이 서로 맞닿게 상하로 적재하여 상하 열판 사이에 형성된 작은 채널이 나타내 보인 상태의 단면도,

도 7은 본 발명에 따른 열판을 다수개 상하로 적재한 상태에서 각 열판 사이에 형성되는 큰 채널과 작은 채널의 형성 상태를 나타내 보인 부분 단면도,

도 8은 본 발명에 따른 열판을 다수개 상하로 적재한 상태에서 한쪽 측면을 부분 절개하여 나타낸 사시도,

도 9은 본 발명에 따른 열판을 다수개 상하로 적재한 상태에서 일 부분을 가로 및 세로방향으로 부분 절개하여 나타낸 사시도,

도 10은 본 발명에 따른 열판을 다수개 적층한 상태에서 상하 가장자리에 프 레임을 설치하여 열교환기를 제작하는 과정을 나타낸 단면도,

도 11은 본 발명에 따른 열판을 상하로 적층하고 상하 좌우에 프레임을 설치하여 열교환기의 사시도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 - 열판 11 - 평판

12 - 큰 딤플 13 - 작은 딤플

14 - 큰 딤플열 15 - 작은 딤플열

16 - 큰 공간 17 - 작은 공간

20 - 수평 프레임 21 - 측면 프레임

Claims (5)

1. 열전도성이 좋은 재질로 이루어진 평판의 한쪽면으로 직경이 크고 높이가 높은 큰 딤플이 돌출 형성되고, 다른 한쪽면으로 큰 딤플보다 직경이 작고 높이가 낮은 작은 딤플이 돌출형성되어 평판의 양쪽 측면으로 돌출된 딤플이 비대칭구조를 이루도록 되어 있으면서, 상기 큰 딤플은 평판의 세로방향을 따라 일정한 간격을 두고 1열로 형성되고, 상기 작은 딤플은 큰 딤플 열과 나란하게 2개 이상 다수개의 열을 이루도록 형성되어 있으며, 상기 큰 딤플열과 작은 딤플열이 가로 방향을 따라 차례대로 교차 배열되어 이루어진 열교환기용 열판.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 큰 딤플은 열판의 세로 방향으로 일정한 간격을 두고 배열형성되어 큰 딤플열을 이루게 하고, 상기 작은 딤플은 큰 딤플열과 나란하게 일정한 간격을 두고 배열형성된 작은 딤플 열을 이루게 하며, 상기 큰 딤플열과 작은 딤플열이 가로 방향으로 일정한 간격으로 반복 나열 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기용 열판
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 큰 딤플과 작은 딤플의 직경비가 2:1이 되게 한 것을 특징으로 하는 열교환기용 열판
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 큰 딤플과 작은 딤플의 높이비가 5:2가 되게 한 것을 특징으로 하는 열교환기용 열판
5. 제 1항 내지 제 4 항에 기재한 바와 같은 구조로 이루어진 판형 열판이 서로 겹쳐져 이루어지되, 큰 딤플은 큰 딤플끼리 접촉되게 하고, 작은 딤플은 작은 딤플끼리 접촉하게 하여, 다수개의 열판이 겹쳐질 때 큰 딤플의 접촉에 의해 이루어지는 부분은 큰 공간이 이루어지게 하고, 작은 딤플의 접촉에 의해 이루어지는 부분은 작은 공간이 이루어지게 하며, 열판의 상하 좌우에 지지프레임이 설치되어 이루어진 열교환기

Images