KR20100113737A

KR20100113737A - 판형 열교환기

Info

Publication number: KR20100113737A
Application number: KR1020090032194A
Authority: KR
Inventors: 전영하; 오광헌; 양희주
Original assignee: 한라공조주식회사
Priority date: 2009-04-14
Filing date: 2009-04-14
Publication date: 2010-10-22
Also published as: KR101151754B1

Abstract

본 발명은 판형 열교환기에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 이종의 유체가 각 층마다 교대로 유동하며 열교환하는 판형 열교환기에 있어서, 판형 열교환기의 비드 위치 및 구조를 개선함으로써, 유동의 배분을 전체 면적에 걸쳐 균일하게 하여 압력강하량 및 열교환성능을 개선하는 판형 열교환기를 제공함에 있다.

본 발명의 판형 열교환기는, 복수 개의 플레이트(500)가 적층되어 상기 플레이트(500)의 전면(A면)끼리 마주보며 결합된 부분에 제1열교환매체가 유동하는 제1매체공간(100)이 형성되고 상기 플레이트(500)의 후면(B면)끼리 마주보며 결합된 부분에 제2열교환매체가 유동하는 제2매체공간(200)이 형성되며, 상기 플레이트(500)에는 상기 제1매체공간(100)으로 제1열교환매체를 각각 유입 및 배출시키도록 통공 형태로 형성되는 제1매체유입구(121) 및 제1매체배출구(122)와; 상기 제1매체유입구(121) 및 상기 제1매체배출구(122) 부근 영역이 함몰 또는 돌출된 형태로 형성되어 제1열교환매체를 수용 및 유동시키는 제1매체탱크부(110)와; 상기 제2매체공간(200)으로 제2열교환매체를 각각 유입 및 배출시키는 제2매체유입구(221) 및 제2매체배출구(222)와; 상기 제2매체유입구(221) 및 상기 제2매체배출구(222) 부근 영역이 함몰 또는 돌출된 형태로 형성되어 제2열교환매체를 수용 및 유동시키는 제2매체탱크부(210);가 구비되는 판형 열교환기(1000)에 있어서, 상기 플레이트(500)는 내부 영역에 복수 개의 V자형 비드(510)가 형성되는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 비드(510)는 서로 마주보며 결합된 한 쌍의 상기 플레이트(500)에서 각각의 플레이트(500)에 대한 상기 비드중심선의 V자형 꼭지점이 소정 간격 이격되어 배치되는 것을 특징으로 한다.

판형 열교환기, 플레이트, V자형 비드, 꼭지점, 변곡점, 이격

Description

판형 열교환기 {Plate Type Heat Exchanger}

본 발명은 판형 열교환기에 관한 것이다.

열교환기는 일반적으로 열교환매체의 유입 및 배출이 이루어지는 한 쌍의 헤더탱크와, 상기 헤더탱크들을 연결하여 열교환매체를 그 내부로 유통시키면서 열교환을 이루어지게 하는 튜브로 구성된다. 이 때 형태별로 열교환기를 크게 두 종류로 나눌 수 있는데, 다수 개의 튜브를 탱크에 삽입하는 형태로 이루어지는 핀-튜브 타입 열교환기와, 다수 개의 플레이트가 적층되어 튜브부 및 탱크부가 형성되는 플레이트 타입 열교환기(판형 열교환기)이다. 이 중 판형 열교환기의 경우 핀-튜브 타입 열교환기에 비해 조립이 간편하고 필요 부품 수가 적어서 생산성이 좋으며 부피를 줄일 수 있어 엔진 룸 공간 확보에 유리한 등 여러 장점이 있어 널리 사용되고 있다. 특히 판형 열교환기는 플레이트의 형상을 변화시킴으로써 핀-튜브 타입 열교환기에 비해 좀더 복잡하고 다양화된 유로 설계가 가능하여, 특히 수냉식 오일 쿨러와 같이 2종의 유체가 유통하면서 서로 열교환을 일으키는 경우 판형 열교환기가 적용되는 것이 바람직하다.

판형 열교환기가 수냉식 오일 쿨러에 적용되는 경우, 냉각수가 흐르는 층과 오일이 흐르는 층이 교대로 적층 배치되는 형태로 형성된다. 이 때 물론 냉각수와 오일이 서로 섞이지 않도록 유로가 형성되어야 함은 당연하며, 무엇보다도 한 층 내에서의 냉각수의 흐름 및 오일의 흐름이 각각 원활하면서도 균일하게 이루어지도록 유로를 구성해야 한다. 이를 위해 플레이트 상에 리브 등을 구비하여 유체의 흐름을 조절하도록 하는 다양한 구조들이 개시되고 있다.

도 1은 수냉식 오일 쿨러로서 적용 가능한 일반적인 판형 열교환기의 구조를 간략히 도시하고 있다. 상술한 바와 같이 이러한 판형 열교환기는 2종의 서로 다른 열교환매체(수냉식 오일 쿨러일 경우 냉각수와 오일)가 유통되게 되며, 각각을 제1열교환매체 및 제2열교환매체로 칭한다. 이러한 판형 열교환기는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 제1매체유입구(2)로 유입된 제1열교환매체가 한 쌍의 플레이트(1) 사이의 제1매체유동공간을 경유하여 제1매체배출구(3)로 배출되고, 제2매체유입구(4)로 유입된 제2열교환매체가 다른 한 쌍의 플레이트(1) 사이의 제2매체유동공간을 경유하여 제2매체배출구(5)로 배출되게 된다.

이러한 판형 열교환기의 구조에서, 제1열교환매체와 제2열교환매체가 원활하게 열교환을 일으킬 수 있으려면, 열교환매체의 유동이 원활하면서도 전체 면적에 걸쳐 균일하게 이루어져야 함은 당연하다. 또한 유체의 유동 내에 난류 발생이 잘 일어날수록 열교환성능이 높아진다는 것은 잘 알려져 있는 사실인 바, 매체유동공간 내에서 적절히 난류를 발생시키면서 또한 열교환매체의 유동을 적절하게 안내할 수 있도록, 열교환기를 구성하는 플레이트에는 비드가 형성되는 것이 일반적이다.

도 2는 종래의 판형 열교환기의 플레이트로서, 종래의 비드 구조의 예시를 도시하고 있다. 도 2에 도시된 판형 열교환기는 국제공개특허 제2000-046564호("자폐식 열교환기", 이하 선행기술)에 개시된 기술로서, 상기 선행기술에 의한 판형 열교환기는 도 2에 도시된 바와 같이 사선 비드(bead)를 가지는 플레이트들이 적층되어 이루어진다. 상기 선행기술의 플레이트는 도 2(B)에 도시된 바와 같이 외측으로 우회하여 흐르는 유동이 L자 형상의 배리어(barrier)에 의하여 막히는 형태로 되어 있다. 또한 상기 선행기술의 플레이트는 같은 면끼리 마주보는 방향(즉 A면은 A면끼리, B면은 B면끼리)으로 적층되는데, 도 2(A)에 도시된 바와 같은 한 종류의 플레이트를 서로 엇갈린 방향으로 적층하여, 인접한 층에 유동되는 유체가 서로 달라지게 된다.

보다 상세히 설명하자면, 도 2(A)에 도시된 바와 같은 플레이트의 전면 및 후면을 각각 도 2(B)에서와 같이 A면 및 B면으로 칭할 때, 도 3(A)는 A면끼리 마주보게 결합한 형태를, 도 3(B)는 B면끼리 마주보게 결합한 형태를 도시하고 있다. 도 3에서 최좌측의 상태에서 점선으로 표시된 중심선을 중심으로 접으면 도 3의 최우측과 같은 형상이 되며, 도 3의 가운데는 이와 같이 서로 결합된 플레이트 쌍을 측면에서 본 것이다. 이 때, 도 3(A) 또는 도 3(B)에 도시된 바와 같이 A면끼리 또는 B면끼리 마주보게 결합할 경우 서로 180°만큼 회전된 상태로 결합된다. 도 3에는 각각 열교환매체가 수용되는 부분이 채색된 형태로 표시되어 있는데, 구분 편의상 제1열교환매체가 수용되는 부분은 ⓐ-1 및 ⓐ-2로, 제2열교환매체가 수용되는 부분은 ⓑ-1 및 ⓑ-2로 표시하였다. 도 3(A) 및 도 3(B)의 최우측에는 결합된 모습을 도시하고 있는데, 채색되지 않은 부분은 플레이트들끼리 서로 접촉되는 부분이며, 도 3(A) 최우측의 채색된 부분은 ⓐ-1 및 ⓐ-2 부분으로 제1매체공간이 되고, 도 3(B) 최우측의 채색된 부분은 ⓑ-1 및 ⓑ-2 부분으로 제2매체공간이 된다.

도 4는 이러한 플레이트들이 다수 개 적층된 상태를 도시하고 있다. 도 3(A) 및 도 4에서의 [A면(180° 회전)]이라고 표시된 플레이트는 도 3(B) 및 도 4에서의 [B면]이라고 표시된 플레이트와 동일한 플레이트이다. 또한 도 3(B) 및 도 4에서의 [B면(180° 회전)]이라고 표시된 플레이트를 뒤집으면 도 3(A) 및 도 4에서의 [A면]이라고 표시된 플레이트와 동일한 형상이 된다. 따라서 도 4에 도시된 바와 같이 다수 개의 플레이트들이 적층되면, 서로 인접한 매체유동공간에는 항상 서로 다른 열교환매체가 유동하게 된다.

그런데, 상기 선행기술에 의한 열교환기의 경우 다음과 같은 문제점이 있다. 도 5는 상기 선행기술에 의한 열교환기에서의 CFD(Computational Fluid Dynamics, 전산유동해석) 결과를 도시한 것으로, 도 5(A)는 A면끼리 마주보게 결합되어 만들어지는 제1매체유동공간에서의 CFD 결과를, 도 5(B)는 B면끼리 마주보게 결합되어 만들어지는 제2매체유동공간에서의 CFD 결과를 각각 도시하고 있다. 그런데, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 선행기술에 의한 열교환기에서는, 내부 비드를 균일한 사선 비드로서 구성함으로써, 측면에 위치한 입출구에서 내부 비드로의 유로 배분이 좋지 않은 결과를 보인다. 즉, 입출구가 위치한 측면으로 유동 쏠림이 발생하며, 또한 내부 유로의 압력강하량이 외곽 비드에 비해 상대적으로 커서 외곽 비드 쪽으로도 유동 쏠림이 발생한다. (특히 유동 쏠림이 발생하는 영역을 도 5에서 S로 표시하였다.) 이와 같이 유동 쏠림이 발생함에 따라 압력강하량이 불균일해지며, 따라서 열교환성능이 악화되게 된다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 이종의 유체가 각 층마다 교대로 유동하며 열교환하는 판형 열교환기에 있어서, 판형 열교환기의 비드 위치 및 구조를 개선함으로써, 유동의 배분을 전체 면적에 걸쳐 균일하게 하여 압력강하량 및 열교환성능을 개선하는 판형 열교환기를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 판형 열교환기는, 복수 개의 플레이트(500)가 적층되어 상기 플레이트(500)의 전면(A면)끼리 마주보며 결합된 부분에 제1열교환매체가 유동하는 제1매체공간(100)이 형성되고 상기 플레이트(500)의 후면(B면)끼리 마주보며 결합된 부분에 제2열교환매체가 유동하는 제2매체공간(200)이 형성되며, 상기 플레이트(500)에는 상기 제1매체공간(100)으로 제1열교환매체를 각각 유입 및 배출시키도록 통공 형태로 형성되는 제1매체유입구(121) 및 제1매체배출구(122)와; 상기 제1매체유입구(121) 및 상기 제1매체배출구(122) 부근 영역이 함몰 또는 돌출된 형태로 형성되어 제1열교환매체를 수용 및 유동시키는 제1매체탱크부(110)와; 상기 제2매체공간(200)으로 제2열교환매체를 각각 유입 및 배출시키는 제2매체유입구(221) 및 제2매체배출구(222)와; 상기 제2매체유입구(221) 및 상기 제2매체배출구(222) 부근 영역이 함몰 또는 돌출된 형태로 형성되어 제2열교환매체를 수용 및 유동시키는 제2매체탱크부(210);가 구비되는 판형 열교환기(1000)에 있어서, 상기 플레이트(500)는 내부 영역에 복수 개의 V자형 비드(510)가 형성되는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 비드(510)는 상기 비드(510)의 중심선을 비드중심선이라 할 때, 상기 비드(510)의 V자형 꼭지점 위치에서 상기 비드중심선이 완만하게 연결되도록 변곡점이 형성되는 것이 바람직하다.

이 때, 상기 비드(510)는 서로 마주보며 결합된 한 쌍의 상기 플레이트(500)에서 각각의 플레이트(500)에 대한 상기 비드중심선의 V자형 꼭지점이 소정 간격 이격되어 배치되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 비드(510)는 서로 마주보며 결합된 한 쌍의 상기 플레이트(500)에서 각각의 플레이트(500)에 대한 V자형 꼭지점 부분이 서로 만나지 않도록 이격되어 배치되는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 플레이트(500)는 상기 플레이트(500) 중심 부분에 위치한 상기 비드(510)가 선대칭 형상으로 형성되며, 상기 비드(510)는 상기 비드(510)의 V자형 꼭지점들을 이은 선과 선대칭 중심선이 일치하도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 플레이트(500)는 선대칭 중심선을 중심으로 일측 방향에 상기 제1매체유입구(121) 및 상기 제1매체배출구(122)가 소정 거리 이격되어 배치되고, 타측 방향에 상기 제2매체유입구(221) 및 상기 제2매체배출구(222)가 소정 거리 이격되어 배치되어, 결합 시 전면(A면)끼리 또는 후면(B면)끼리 마주보되 서로 180° 회전된 상태로 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 이종의 유체가 서로 열교환하는 판형 열교환기에 있어서, 열교환기의 전체 면적에 대하여 유동이 균일하게 배분됨으로써 압력강하량 특성을 개선시키는 효과가 있으며, 또한 이에 따라 열교환성능이 크게 향상되는 효과가 있다. 특히 본 발명에 의하면, 서로 엇갈리게 적층되는 V형 비드의 중심부가 서로 이격되어 있음으로써 유동의 균일한 배분이 더욱 효과적으로 이루어지게 되는 효과가 있다.

또한 본 발명에 의하면, 동일 부피의 열교환기의 경우 상술한 바와 같이 열교환성능이 향상되기 때문에, 열교환기의 부피를 줄일 수 있는 효과가 있으며, 이에 따라 엔진 룸 공간 활용성이 높아지는 효과 또한 있다. 더불어, 본 발명의 열교환기는 동일 형상의 플레이트를 앞뒤로 적층하기만 하면 되기 때문에 조립이 용이하여 생산성을 향상시키는 효과 또한 있다.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 판형 열교환기를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 6은 본 발명의 판형 열교환기의 분해 사시도이다. 도시된 바와 같이 본 발명의 판형 열교환기(1000)의 기본적인 형상은 일반적인 판형 열교환기와 같이, 복수 개의 플레이트(500)가 적층되어 상기 플레이트(500)의 전면(A면)끼리 마주보며 결합된 부분에 제1열교환매체가 유동하는 제1매체공간(100)이 형성되고 상기 플 레이트(500)의 후면(B면)끼리 마주보며 결합된 부분에 제2열교환매체가 유동하는 제2매체공간(200)이 형성된다. 이 때, 본 발명의 판형 열교환기(1000)에서 상기 플레이트(500)는 열교환의 촉진을 위하여 내부 영역에 복수 개의 V자형 비드(510)가 형성된다. 상기 판형 열교환기가 수냉식 오일 쿨러에 적용될 경우 제1열교환매체 및 제2열교환매체는 냉각수 및 오일이 될 수 있다. 도 6에서는 (도 6을 기준으로) 좌측에 제1매체유입구(121) 및 제2매체유입구(221)가, 우측에 제1매체배출구(122) 및 제2매체배출구(222)가 배치되는 것으로 도시되었으나, 반드시 이와 같이 배치되어야 하는 것은 아니며, 배치에 따라 유입구 및 배출구가 바뀔 수 있다. 예를 들어, 도 6의 좌측에 작게 도시된 평면도에서 보면, A면 및 B면의 경우에는 도 6에서와 동일하게 유입구 및 배출구가 배치되나, 180° 회전된 A면 및 180° 회전된 B면은 A면 및 B면의 경우와 반대로 유입구 및 배출구가 배치되는 것이다. 이 뿐 아니라, 도 6에서는 제1열교환매체 및 제2열교환매체가 모두 (도 6을 기준으로) 좌측에서 유입되고 우측에서 배출되는 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이렇게 유로가 형성되어야만 하는 것은 아니며 제1열교환매체와 제2열교환매체의 특성이나 작동 조건 등에 따라 유입구 및 배출구의 위치가 적절히 결정될 수 있다.

도 7은 본 발명의 판형 열교환기의 플레이트를 도시한 것으로, 이를 통해 본 발명의 플레이트에 대하여 보다 상세히 설명한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 판형 열교환기(1000)를 구성하는 상기 플레이트(500)는, 상기 제1매체공간(100)으로 제1열교환매체를 각각 유입 및 배출시키도록 통공 형태로 형성되는 제1매체유입구(121) 및 제1매체배출구(122)와, 상기 제1매체유입구(121) 및 상기 제1 매체배출구(122) 부근 영역이 함몰 또는 돌출된 형태로 형성되어 제1열교환매체를 수용 및 유동시키는 제1매체탱크부(110)가 구비된다. 또한 상기 플레이트(500)는, 상기 제2매체공간(200)으로 제2열교환매체를 각각 유입 및 배출시키는 제2매체유입구(221) 및 제2매체배출구(222)와, 상기 제2매체유입구(221) 및 상기 제2매체배출구(222) 부근 영역이 함몰 또는 돌출된 형태로 형성되어 제2열교환매체를 수용 및 유동시키는 제2매체탱크부(210)가 구비된다. 이 때, 상기 제1매체공간(100) 및 상기 제2매체공간(200)은 상기 플레이트(500)의 내부 영역에 V자형으로 형성된 복수 개의 상기 비드(510)로서 이루어지게 된다. 도 7은 상기 플레이트(500)의 전면(내측이 보이는 면, 이하 A면으로 칭한다) 쪽에서 본 형상을 도시한 것으로, 도 7에서 진한 색으로 표시된 부분은 주변부보다 함몰된 부분이다. 따라서 상기 플레이트(500)들이 결합되면 이와 같이 함몰된 부분에 공간이 형성되어, 이 공간을 통해 열교환매체가 수용되어 유통되게 된다. 물론 상기 플레이트(500)의 후면(외측이 보이는 면, 이하 B면으로 칭한다) 쪽에서 보게 되면 A면에서 함몰된 부분은 B면에서는 돌출되고, A면에서 돌출된 부분은 B면에서는 함몰되므로 열교환매체가 수용되는 공간이 달라진다. 상기 비드(510) 및 이와 관련된 구조에 대해서는 이후 보다 상세히 설명한다.

도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 플레이트(500)에는 또한, 상기 플레이트(500)의 외곽선에 근접한 위치에 상기 외곽선을 따라 형성되는 외곽 비드(520)가 형성된다. 상기 외곽 비드(520)는 제1열교환매체가 우회하여 유통할 수 있는 유로를 형성함과 동시에, B면끼리 마주보게 결합 시 외벽 역할을 수행한다. 즉, A면 끼리 마주보게 결합 시(이하 A-A 결합이라 칭한다)에는 외주면이 서로 밀착됨으로써 상기 플레이트(500)의 A면 쪽에서 보았을 때 상기 비드(510)의 함몰된 부분이 외부로부터 밀폐될 수 있게 된다. 이 때, B면끼리 마주보게 결합 시(이하 B-B 결합이라 칭한다)에는 외주면이 서로 접촉하지 않게 되므로, 이 때에는 상기 외곽 비드(520)가 서로 밀착됨으로서 상기 플레이트(500)의 B면 쪽에서 보았을 때 상기 비드(510)의 함몰된 부분이 외부로부터 밀폐되는 것이다.

상기 외곽 비드(520)와 상기 제1탱크부(110)는 직접적으로 연결되게 되므로, 유동 쏠림을 방지하기 위하여 상기 제1매체유입구(121) 및 상기 제1매체배출구(122) 주변의 상기 외곽 비드(520) 측에 L자형 배리어(530)가 형성되도록 한다. 상기 외곽 비드(520)로의 유동 쏠림을 막고 유동 배분을 개선할 수 있도록, 상기 배리어(530) 상에 적어도 하나 이상의 제1유통로(541)가 형성되거나, 상기 제2탱크부(210)를 경유하는 적어도 하나 이상의 제2유통로(542)가 형성되는 것이 바람직하다.

도 8 및 도 9를 통해 본 발명의 플레이트의 적층 방법에 대해 간략히 설명한다.

도 7에 도시된 바와 같은 상기 플레이트(500)의 전면 및 후면을 각각 도 6에서와 같이 A면 및 B면으로 칭할 때, 도 8(A)는 A면끼리 마주보게 결합한 형태를, 도 8(B)는 B면끼리 마주보게 결합한 형태를 도시하고 있다. 도 8에서 최좌측의 상태에서 점선으로 표시된 중심선을 중심으로 접으면 도 8의 최우측과 같은 형상이 되며, 도 8의 가운데는 이와 같이 서로 결합된 플레이트 쌍을 측면에서 본 것이다. 이 때, 도 8(A) 또는 도 8(B)에 도시된 바와 같이 A면끼리 또는 B면끼리 마주보게 결합할 경우 서로 180°만큼 회전된 상태로 결합된다. 즉, 상기 플레이트(500)는 도 7에 도시된 바와 같이 상기 플레이트(500) 중심 부분에 위치한 상기 비드(510)가 선대칭 형상으로 형성되며, 이 때 상기 비드(510)는 상기 비드(510)의 V자형 꼭지점들을 이은 선과 선대칭 중심선이 일치하도록 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 상기 플레이트(500)가 대략 선대칭 형상으로 이루어지고, 선대칭 중심선을 중심으로 일측 방향에 상기 제1매체유입구(121) 및 상기 제1매체배출구(122)가 소정 거리 이격되어 배치되고, 타측 방향에 상기 제2매체유입구(221) 및 상기 제2매체배출구(222)가 소정 거리 이격되어 배치되도록 하면, A-A 결합 시 또는 B-B 결합 시 결합 시 전면(A면)끼리 또는 후면(B면)끼리 마주보되 서로 180° 회전된 상태로 배치되게 함으로써 상기 제1탱크부(110)끼리 또는 상기 제2탱크부(210)끼리 쉽게 서로 마주보게 된다.

도 8에는 각각 열교환매체가 수용되는 부분이 채색된 형태로 표시되어 있는데, 구분 편의상 제1열교환매체가 수용되는 부분은 ⓐ-1 및 ⓐ-2로, 제2열교환매체가 수용되는 부분은 ⓑ-1 및 ⓑ-2로 표시하였다. 도 8(A) 및 도 8(B)의 최우측에는 결합된 모습을 도시하고 있는데, 채색되지 않은 부분은 플레이트들끼리 서로 접촉되는 부분이며, 도 8(A) 최우측의 채색된 부분은 ⓐ-1 및 ⓐ-2 부분으로 바로 상기 제1매체공간(100)이며, 도 8(B) 최우측의 채색된 부분은 ⓑ-1 및 ⓑ-2 부분으로 바로 상기 제2매체공간(200)이다.

도 9는 이러한 플레이트들이 다수 개 적층된 상태를 도시하고 있다. 도 8(A) 및 도 9에서의 [A면(180° 회전)]이라고 표시된 플레이트는 도 8(B) 및 도 9에서의 [B면]이라고 표시된 플레이트와 동일한 플레이트이다. 또한 도 8(B) 및 도 9에서의 [B면(180° 회전)]이라고 표시된 플레이트를 뒤집으면 도 8(A) 및 도 9에서의 [A면]이라고 표시된 플레이트와 동일한 형상이 된다. 따라서 도 9에 도시된 바와 같이 다수 개의 플레이트들이 적층되면, 서로 인접한 매체유동공간에는 항상 서로 다른 열교환매체가 유동하게 된다.

본 발명의 플레이트(500)는 내부에 복수 개의 V자형의 상기 비드(510)들이 배치되는데, 이 때 V자 형의 꼭지점 부분을 통과하면 유동의 방향이 변화하게 되므로 상기 비드(510)의 V자형 꼭지점 부분의 설계를 최적화하는 것이 필요하다. 도 10은 본 발명의 플레이트를 상세히 도시한 것으로, 도 10을 통해 본 발명의 상기 비드(510) 형상 설계에 대해 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 플레이트(500)에서, 상기 비드(510)의 V자형 꼭지점 부분에서 유동의 방향이 급격하게 변화하지 않도록 하는 것이 바람직하므로, 실제 제작 시에는 상기 비드(510)의 중심선을 비드중심선이라 할 때 상기 비드(510)의 V자형 꼭지점 위치에서 상기 비드중심선이 완만하게 연결되도록 변곡점이 형성되도록 할 수 있다. 실질적으로 이는 제작 편의상 변곡점이 발생하게 되는 것이므로, 이하에서 '꼭지점'이라고 하는 것은 이와 같이 V자형 꼭지점 부분이 변곡점을 이룰 경우를 포함하여 칭하는 것으로 한다.

이 때, 본 발명의 플레이트(500)에서 상기 비드(510)는, 서로 마주보며 결합된 한 쌍의 상기 플레이트(500)에서 각각의 플레이트(500)에 대한 상기 비드중심선의 V자형 꼭지점이 소정 간격 이격되어 배치되도록 함으로써, V자형 꼭지점 부분에서 마주보며 결합된 비드들이 겹치는 부분이 적어지거나 가장 바람직하게는 겹치는 부분이 없도록 한다. 즉 도 10에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 비드(510)는 서로 마주보며 결합된 한 쌍의 상기 플레이트(500)에서 각각의 플레이트(500)에 대한 V자형 꼭지점 부분이 서로 만나지 않도록 이격되어 배치되도록 하는 것이 가장 유동 분포에 유리하게 된다.

이에 대해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 상기 비드(510)의 V자형 꼭지점 부분에서 마주보며 결합된 비드들이 서로 만나게 될 경우, 다음과 같은 문제점이 있다. 상기 비드(510)의 V자형 꼭지점 부분에서 상기 비드(510)들끼리 만나서 형성되는 유로 공간의 크기는, 이외의 부분에서 상기 비드(510)들끼리 만나서 형성되는 유로 공간의 크기보다 크게 형성된다. 따라서 상기 플레이트(500)의 전체 면적에 걸쳐 균일하게 유동이 분포되는 것에 악영향을 끼치게 된다.

본 발명에서는, 도 10에 도시되어 있는 바와 같이 마주보며 결합되는 상기 비드(510)의 각 비드중심선들이 상기 비드(510)의 V자형 꼭지점 부분에서 서로 만나지 않도록 이격되어 배치되게 설계함으로써, 상술한 바와 같은 악영향을 제거하고 있다. 도 11은 이와 같이 설계된 본 발명의 판형 열교환기에서의 CFD 해석 결과를 도시하고 있는데, 도 11(A)의 CFD 해석 결과는 상기 비드(510)의 각 비드중심선들이 상기 비드(510)의 V자형 꼭지점 부분이 서로 만나게 배치되는 경우이고, 도 11(B)의 CFD 해석 결과는 도 10에 도시된 바와 같은 구조로서 상기 비드(510)의 각 비드중심선들이 상기 비드(510)의 V자형 꼭지점 부분이 서로 만나지 않게 배치되는 경우이다. 도 11(A) 및 도 11(B)를 비교해 보았을 때, 도 10과 같은 구조가 적용된 도 11(B)의 경우에 도 11(A)의 경우보다 유동의 배분이 훨씬 균일해져 유동 특성이 현저히 개선되는 것을 알 수 있다. 이와 같이 본 발명의 판형 열교환기에서는, 상기 비드(510)의 V자형 꼭지점 부분에서 상기 비드(510)의 각 비드중심선들이 서로 만나지 않게 배치되어 별도의 유로를 형성하도록 함으로써, 열교환매체 유동에 있어서의 압력강하량을 개선할 수 있게 된다. 이에 따라 본 발명의 판형 열교환기에 의하면 상기 플레이트(500) 내부의 상기 비드(510) 영역 전체에서의 유동 배분이 최적화되며, 궁극적으로는 판형 열교환성능을 크게 향상시킬 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

도 1은 일반적인 판형 열교환기.

도 2는 종래의 판형 열교환기의 플레이트.

도 3 및 도 4는 종래의 판형 열교환기의 플레이트 적층 방법.

도 5는 종래의 판형 열교환기에서의 CFD 결과.

도 6은 본 발명의 판형 열교환기.

도 7은 본 발명의 판형 열교환기의 플레이트.

도 8 및 도 9는 본 발명의 판형 열교환기의 플레이트 적층 방법.

도 10은 본 발명의 플레이트의 상세도.

도 11은 본 발명의 판형 열교환기에서의 CFD 결과.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

1000: (본 발명의) 판형 열교환기

100: 제1매체공간 110: 제1매체탱크부

121: 제1매체유입구 122: 제1매체배출구

200: 제2매체공간 210: 제2매체탱크부

221: 제2매체유입구 222: 제2매체배출구

500: 플레이트

510: 비드 520: 외곽 비드

530: 배리어

541: 제1유통로 542: 제2유통로

Claims

복수 개의 플레이트(500)가 적층되어 상기 플레이트(500)의 전면(A면)끼리 마주보며 결합된 부분에 제1열교환매체가 유동하는 제1매체공간(100)이 형성되고 상기 플레이트(500)의 후면(B면)끼리 마주보며 결합된 부분에 제2열교환매체가 유동하는 제2매체공간(200)이 형성되며, 상기 플레이트(500)에는 상기 제1매체공간(100)으로 제1열교환매체를 각각 유입 및 배출시키도록 통공 형태로 형성되는 제1매체유입구(121) 및 제1매체배출구(122)와; 상기 제1매체유입구(121) 및 상기 제1매체배출구(122) 부근 영역이 함몰 또는 돌출된 형태로 형성되어 제1열교환매체를 수용 및 유동시키는 제1매체탱크부(110)와; 상기 제2매체공간(200)으로 제2열교환매체를 각각 유입 및 배출시키는 제2매체유입구(221) 및 제2매체배출구(222)와; 상기 제2매체유입구(221) 및 상기 제2매체배출구(222) 부근 영역이 함몰 또는 돌출된 형태로 형성되어 제2열교환매체를 수용 및 유동시키는 제2매체탱크부(210);가 구비되는 판형 열교환기(1000)에 있어서,

상기 플레이트(500)는 내부 영역에 복수 개의 V자형 비드(510)가 형성되되, 상기 비드(510)는 서로 마주보며 결합된 한 쌍의 상기 플레이트(500)에서 각각의 플레이트(500)에 대한 V자형 꼭지점 부분이 서로 만나지 않도록 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
제 1항에 있어서, 상기 플레이트(500)는

상기 플레이트(500) 중심 부분에 위치한 상기 비드(510)가 선대칭 형상으로 형성되며, 상기 비드(510)는 상기 비드(510)의 V자형 꼭지점들을 이은 선과 선대칭 중심선이 일치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
제 2항에 있어서, 상기 플레이트(500)는

선대칭 중심선을 중심으로 일측 방향에 상기 제1매체유입구(121) 및 상기 제1매체배출구(122)가 소정 거리 이격되어 배치되고, 타측 방향에 상기 제2매체유입구(221) 및 상기 제2매체배출구(222)가 소정 거리 이격되어 배치되어, 결합 시 전면(A면)끼리 또는 후면(B면)끼리 마주보되 서로 180° 회전된 상태로 배치되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.