KR20100126006A - 플레이트 열교환기 - Google Patents

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KR20100126006A
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Abstract

본 발명은 플레이트 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플레이트와 플레이트 사이의 전체 평탄도를 향상시킴으로써 제조공정의 간소화 및 생산성의 향상을 구현할 수 있는 플레이트 열교환기에 관한 것이다.
본 발명에 의한 플레이트 열교환기는, 상하방향으로 적층된 복수의 열교환유닛을 포함하고, 각 열교환유닛은 상부 플레이트 및 하부 플레이트의 가장자리가 상호 결합됨으로써 형성되며, 상기 상부 플레이트의 가장자리 및 하부 플레이트의 가장자리 각각은 평탄부 및 상기 평탄부에서 절곡된 절곡부를 가지는 것을 특징으로 한다.
Figure P1020090045025
플레이트, 열교환기, 절곡부, 평탄부, 가장자리, 평탄도

Description

플레이트 열교환기{PLATE TYPE HEAT EXCHANGER}
본 발명은 플레이트 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 각 플레이트들의 전체 평탄도를 향상시킬 수 있는 플레이트 열교환기에 관한 것이다.
열교환기라 함은 온도가 높은 유체로부터 전열벽을 통해 온도가 낮은 유체로 열을 전달하는 장치로서, 이러한 열교환기 중에서 차량 내의 공조시스템, 변속기 오일쿨러 등에 적용되는 열교환기는 그 설치공간의 협소화로 인해 보다 컴팩트한 사이즈로 구현될 필요가 있다. 이에 차량에 이용되는 열교환기는 보다 컴팩트한 사이즈를 구현하기 위한 플레이트 열교환기가 널리 사용되고 있다.
이러한 플레이트 열교환기는 복수의 열교환유닛이 적층되어 구성되고, 각 열교환유닛은 인접한 2개의 플레이트들 서로 대면하여 결합되며, 2개의 플레이트는 그 가장자리들이 브레이징 등을 통해 결합된다. 그리고, 각 열교환유닛은 그 내부에 제1유체가 통과하는 제1유동채널를 형성하고, 열교환유닛들 사이에는 제2유체가 통과하는 제2유동채널이 형성된다. 이에 서로 다른 열교환매체는 각 유동채널을 통과하면서 플레이트를 통해 열교환한다. 그리고, 각 플레이트는 그 단부 측에 유입통로 및 유출통로를 가지고, 각 플레이트의 유입통로 및 유출통로들은 서로 소통하 도록 구성된다. 최상측의 플레이트의 유입통로 및 유출통로에는 유입피팅 및 유출피팅이 브레이징 등을 통해 고정된다.
하지만, 종래의 플레이트 열교환기는 각 플레이트의 두께가 상대적으로 얇게 형성됨에 따라 휨 또는 비틀림 등이 발생하여 어느 일측이 들뜨게 됨으로써 전체적인 평탄도가 낮은 단점이 있었다. 각 열교환유닛을 구성하기 위해 2개의 플레이트의 가장자리들을 상호 용접(브레이징 등)시킬 경우, 각 플레이트의 전체 평탄도가 좋지 않음에 따라 서로 대면하는 한 쌍의 플레이트들은 그 가장자리 사이에서 틈새가 쉽게 발생할 수 있고, 이에 플레이트들의 가장자리를 용접하기 전에 가장자리들 사이의 틈새를 방지하기 위한 다양한 추가공정이 요구되어 그 제조공정이 복잡하게 진행될 뿐만 아니라 생산성이 저하되는 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 각 플레이트의 전체 평탄도를 향상시킴으로써 그 제조공정의 단순화 및 생산성의 향상을 도모할 수 있는 플레이트 열교환기를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 상하방향으로 적층된 복수의 열교환유닛을 포함하고, 각 열교환유닛은 상부 플레이트 및 하부 플레이트의 가장자리가 상호 결합됨으로써 형성되며, 상기 상부 플레이트의 가장자리 및 하부 플레이트의 가장자리 각각은 평탄부 및 상기 평탄부에서 절곡된 절곡부를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 절곡부는 상기 평탄부에 대해 둔각 또는 예각을 이루도록 절곡되고, 상기 상부 플레이트의 절곡부 및 하부 플레이트의 절곡부는 상하 대칭적으로 절곡되는 것을 특징으로 한다.
상기 절곡부는 상기 평탄부에 대해 직각을 이루도록 절곡되며, 상기 상부 플레이트의 절곡부 및 하부 플레이트의 절곡부는 상하 대칭적으로 절곡되는 것을 특징으로 한다.
상기 절곡부는 상기 평탄부의 상면에 절곡된 후에 중첩되는 것을 특징으로 한다.
상기 절곡부는 상기 평탄부에 대해 둔각 또는 예각을 이루도록 절곡되고, 상기 상부 플레이트의 절곡부 및 하부 플레이트의 절곡부는 동일한 방향으로 절곡되는 것을 특징으로 한다.
상기 상부 플레이트의 상면 및 하부 플레이트의 저면 각각에는 복수의 융기부 및 복수의 골부분이 연속적으로 형성되고, 상기 상부 플레이트의 상면 및 하부 플레이트의 저면 각각에는 복수의 상부 및 하부 이격돌기가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 절곡부의 높이가 상기 상부 및 하부 이격돌기의 높이 보다 짧게 형성되는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 각 열교환유닛을 구성하는 상부 플레이트 및 하부 플레이트의 각 가장자리 부분에 절곡부를 형성함으로써 플레이트의 전체 평탄도를 향상시킬 수 있다. 이에 상부 플레이트 및 하부 플레이트의 각 가장자리를 결합시키는 공정이 간소화되어 그 생산성의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 각 플레이트의 평탄도가 확보됨에 따라 상부 플레이트와 하부 플레이트의 상호 결합되는 가장자리에서의 기밀한 밀봉성을 확실하게 보장할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한 다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 플레이트 열교환기를 도시한다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 플레이트 열교환기는 복수의 열교환유닛(10)을 포함하고, 복수의 열교환유닛(10)이 상하방향으로 적층된다.
각 열교환유닛(10)은 그 내부에 오일, 냉매 등과 같은 제1유체가 통과하는 제1유동채널(18)을 가지고, 각 열교환유닛(10)은 상부 플레이트(11) 및 하부 플레이트(12)의 결합에 의해 형성된다. 상부 플레이트(11) 및 하부 플레이트(12)는 알루미늄 등과 같이 열전도성이 우수한 금속 재질로 이루어지고, 상부 및 하부 플레이트(11, 12)는 그 가장자리(11a, 12a)들이 브레이징 등을 통해 상호 접착될 수 있다.
상부 플레이트(11)와 하부 플레이트(12)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 서로 마주보는 면(즉, 상부 플레이트(11)의 저면과 하부 플레이트(12)의 상면)에는 개별적으로 복수의 상부 및 하부 유동홈(11b, 12b)이 형성되고, 상부 플레이트(11)와 하부 플레이트(12)의 유동홈(11b, 12b)들은 평면상에서 사선방향으로 연장되며, 특히 상부 플레이트(11)의 상부 유동홈(11b)과 하부 플레이트(12)의 하부 유동홈(12b)들은 서로 교차하도록 형성된다. 이러한 유동홈(11b, 12b)들에 의해 교차하는 제1유동채널(18)이 형성되고, 이러한 교차구조의 제1유동채널(18)을 통해 오일은 지그재그 식으로 유동할 수 있으며, 이에 의해 유동하는 제1유체의 처리용량을 증대시킬 뿐만 아니라 제1유체의 접촉면적을 넓혀 그 열교환효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 복수의 유동홈(11b, 12b)은 주조공정 또는 스탬핑 등과 같은 프레스 공정을 통해 형성될 수 있다. 이러한 유동홈(11b, 12b) 구조에 의해 상부 및 하부 플레이트(11, 12)는 복수의 융기부(13a, 14a) 및 복수의 골부분(13b, 14b)이 연속적으로 형성된 파형구조(13, 14)를 가진다. 이에, 각 홈(11b, 12b)의 반대편에는 융기부(13a, 14a)가 각각 형성되고, 복수의 융기부(13a, 14a)들 사이에는 복수의 골부분(13b, 14b)이 각각 형성된다.
그리고, 서로 인접하여 적층된 열교환유닛(10)들 사이에는 냉각수 등과 같은 제2유체가 통과하는 제2유동채널(28)이 형성되고, 이 제2유동채널(28)은 복수의 열교환유닛(10)들이 일정간격으로 이격됨으로써 형성된다. 이러한 제2유동채널(28)의 형성을 위해, 각 열교환유닛(10)의 상면 및 저면에는 즉, 상부 플레이트(11)의 상면 및 하부 플레이트(12)의 저면 각각에는 복수의 상부 및 하부 이격돌기(21, 22)들이 돌출된다. 상부 이격돌기(21)의 상단은 상부 플레이트(11)의 융기부(13a) 상단 보다 높게 위치하고, 하부 이격돌기(22)의 하단은 하부 플레이트(12)의 융기부(14a) 하단 보다 낮게 위치한다.
예컨대, 복수의 상부 이격돌기(21)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 상부 플레이트(11)의 융기부(13a) 상면에 일정간격으로 서로 이격되어 형성되고, 복수의 하부 이격돌기(22)는 하부 플레이트(12)의 융기부(14a) 저면에 일정간격으로 서로 이격되어 형성된다. 이에, 상부측 열교환유닛(10)의 하부 이격돌기(22)는 그 하부측 열교환유닛(10)의 상부 이격돌기(21)와 접촉하고, 이렇게 상하방향으로 복수의 이격돌기(21, 22)들이 서로 접촉함에 따라 열교환유닛(10)들 사이의 이격간격이 증가되고, 이에 의해 제2유동채널(28)의 단면적이 대폭 증대된다. 그리고, 서로 접촉하는 이격돌기(21, 22)들은 브레이징 등을 통해 접착될 수도 있다. 상부 및 하부 이격돌기(21, 22)들은 상부 플레이트(11)의 상부 유동홈(11b) 및 하부 플레이트(12)의 하부 유동홈(12b)이 서로 교차하는 지점(즉, 상부 플레이트(11)의 융기부(13a) 및 하부 플레이트(12)의 융기부(14a)가 서로 교차하는 지점)에 상호 대응되게 위치함으로써 그 적층구조를 더욱 안정적으로 구현할 수 있다.
이와 달리, 상부 및 하부 이격돌기(21, 22)들은 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 인접하는 2 이상의 융기부(13a, 14a)들 사이에 연장되고, 이에 상부 및 하부 이격돌기(21, 22)들은 하나 이상의 골부분(13b, 14b)을 가로지르게 된다.
각 이격돌기(21, 22)들은 사다리꼴 단면, 타원 또는 원형 등과 같은 곡률진 단면, 사각형 단면 중에서 어느 하나의 단면구조를 가질 수 있다. 그리고, 서로 인접하는 상부 이격돌기(21)의 상면(21a) 및 하부 이격돌기(22)의 저면(22a)이 서로 기밀하게 접촉하고, 이에 상부 및 하부 플레이트(11, 12)의 접착이 더욱 용이해질 수 있다.
또한, 상부 플레이트(11) 및 하부 플레이트(12)는 각 가장자리(11a, 12a)의 일측에 위치결정용 조립돌기 및 조립홈(11c, 12c)을 가진다. 이에 의해, 상부 플레이트(11) 및 하부 플레이트(12)는 그 위치결정이 용이하여 그 가결합이 신속하게 이루어질 수 있고, 이에 따라 상부 및 하부 플레이트(11, 12)의 결합이 매우 정확하고 견고하게 이루어질 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 각 열교환유닛(10)은 그 양측에 이격된 유입통로(43) 및 유출통로(44)를 가진다. 각 열교환유닛(10)의 유입통로(43) 및 유출통로(44)는 제1유동채널(18)과 소통하고, 이러한 유입통로(43) 및 유출통로(44)는 제2유동채널(28)에 대해서는 밀폐된다. 복수의 열교환유닛(10)은 그 유입통로(43) 및 유출통로(44)들이 서로 소통되도록 적층된다.
상부 플레이트(11)는 유입통로(43) 및 유출통로(44)의 상부에서 상향으로 돌출되는 상부 플랜지(23)를 가지고, 하부 플레이트(12)는 유입통로(43) 및 유출통로(44)의 하부에서 하향으로 돌출되는 하부 플랜지(24)를 가진다. 그리고, 상부 플랜지(23) 및 하부 플랜지(24)는 상호 끼움결합된다. 상부측 열교환유닛(10)의 하부 플랜지(24)에 그 하부측 열교환유닛(10)의 상부 플랜지(23)가 끼움결합됨으로써 그 밀봉성이 보장될 수 있다. 또한, 서로 인접하는 상부 플랜지(23) 및 하부 플랜지(24)들은 브레이징 등을 통해 밀봉적으로 결합될 수 있다. 이에 의해, 열교환유닛(10)의 유입통로(43) 및 유출통로(44)는 제2유동채널(28)에 대해 밀폐된다.
최상측 열교환유닛(10)에서 그 유입통로(43)측의 상부 플랜지(23)에 유입피팅(25)이 결합되고, 유출통로(44)측의 상부 플랜지(23)에는 유출피팅(26)이 결합된다. 유입피팅(25)은 개구(25a)를 가지고, 이 개구(25a)에는 유입파이프가 연결된다. 유출피팅(26)은 개구(26a)를 가지고, 이 개구(26a)에는 유출파이프가 연결된다.
최하측 열교환유닛(10)은 그 하부 플레이트(12)의 하부 플랜지(24)에 폐쇄구(47)가 결합되고, 이에 폐쇄구(47)는 유입통로(43) 및 유출통로(44)의 하부를 폐 쇄한다. 이 폐쇄구(47)의 중심에는 홈부(47a)가 형성되고, 이 홈부(47a)의 주변에는 평탄주변부(47c)가 형성되며, 홈부(47a)의 측벽(47b)은 경사진 구조로 형성된다.
최하측 열교환유닛(10)의 하부 플랜지(24)는 홈부(47a)의 측벽(47b)에 끼움결합되고, 특히 하부 플랜지(24)는 홈부(47a)의 측벽(47b) 보다 작은 경사각을 가짐으로써 하부 플랜지(24)는 홈부(47a)의 측벽(47b)에 보다 견고하게 끼움결합된다. 이렇게 끼움결합된 하부 플랜지(24)와 홈부(47a)의 측벽(47b)은 브레이징 등을 통해 결합된다.
최하측 열교환유닛(10)의 하부 플레이트(12) 즉, 최하측 하부 플레이트(12)는 하부 플랜지(24)의 주변부영역이 평탄주변부(47c)와 적어도 부분적으로 접촉한다. 이렇게 접촉된 평탄주변부(47c) 및 하부 플레이트(12)는 브레이징 등을 통해 결합된다.
한편, 본 발명에 따른 상부 플레이트(11) 및 하부 플레이트(12)의 각 가장자리(11a, 12a)에는 절곡부(51, 52)가 각각 형성되고, 이 절곡부(51, 52)에 의해 각 플레이트(11, 12)의 가장자리(11a, 12a) 부분은 그 강성이 보강됨에 따라 각 플레이트(11, 12)의 전체 평탄도가 높아진다.
이와 같이, 본 발명의 플레이트 열교환기는 각 플레이트(11, 12)의 전체 평탄도가 향상됨에 따라 상부 플레이트(11)의 가장자리(11a)와 하부 플레이트(12)의 가장자리(12a)는 서로 기밀하게 밀착된 상태에서 브레이징 용접 등에 의해 결합될 수 있다. 이에, 본 발명의 각 열교환유닛(10)은 그 가장자리 (11a, 12a)에서의 밀 봉성이 확실하게 보장되는 장점이 있다.
본 발명의 제1실시예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이 각 플레이트(11, 12)의 가장자리(11a, 12a)는 평탄부(11d, 12d) 및 절곡부(51, 52)를 가지고, 절곡부(51, 52)는 가장자리(11a, 12a)의 평탄부(11d, 12d)에 대해 둔각을 이루도록 절곡되며, 각 절곡부(51, 52)는 상하 대칭적으로 절곡된다.
본 발명의 제2실시예에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이 절곡부(51a, 52a)는 가장자리(11a, 12a)의 평탄부(11d, 12d)에 대해 예각을 이루도록 절곡되며, 각 절곡부(51a, 52a)는 상하 대칭적으로 절곡된다.
본 발명의 제3실시예에 따르면, 도 6에 도시된 바와 같이 절곡부(51b, 52b)는 가장자리(11a, 12a)의 평탄부(11d, 12d)에 대해 직각을 이루도록 절곡되며, 각 절곡부(51b, 52b)는 상하 대칭적으로 절곡된다.
본 발명의 제4실시예에 따르면, 도 7에 도시된 바와 같이 절곡부(51c, 52c)는 가장자리(11a, 12a)의 평탄부(11d, 12d)의 상면에 절곡된 후에 중첩된다. 이와 같이 제4실시예의 절곡부(51c, 52c)는 플레이트(11, 12)의 가장자리(11a, 12a)에서 완전히 중첩적으로 구성됨에 따라 플레이트(11, 12)의 가장자리(11a, 12a) 부분은 그 강성이 더욱 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 제5실시예에 따르면, 도 8에 도시된 바와 같이, 절곡부(51d, 52d)는 가장자리(11a, 12a)의 평탄부(11d, 12d)에 대해 둔각 또는 예각을 이루도록 절곡되고, 각 절곡부(51d, 52d)는 동일한 방향으로 절곡될 수 있다. 이에 의해, 상부 플레이트(11) 및 하부 플레이트(12)는 그 가장자리(11a, 12a)의 밀착성 이 월등하게 향상될 뿐만 아니라 상부 및 하부 플레이트(11, 12)의 가조립성이 대폭 향상되는 장점이 있다.
한편, 본 발명의 절곡부(51, 52; 51a, 52a; 51b, 52b; 51c, 52c; 51d, 52d)의 높이(h1)는 상부 이격돌기 및 하부 이격돌기(21, 22)의 높이(h2) 보다 짧게 형성됨으로써 다수의 열교환유닛(10)을 적층하는 도중에 절곡부(51, 52; 51a, 52a; 51b, 52b; 51c, 52c; 51d, 52d)로 인한 간섭 등을 방지할 수 있다.
이상과 같은 본 발명은, 각 플레이트(11, 12)의 가장자리(11a, 12a) 부분에 다양한 각도로 절곡된 절곡부(51, 52; 51a, 52a; 51b, 52b; 51c, 52c; 51d, 52d)를 형성함으로써 상대적으로 얇은 두께를 가진 플레이트(11, 12)의 휨 또는 비틀림 등을 방지하여 플레이트(11, 12)의 전체 평탄도를 높일 수 있다. 이와 같이 플레이트(11, 12)의 전체 평탄도가 향상됨으로써 각 열교환유닛(10)을 구성하기 위해 상호 결합되는 상부 플레이트(11) 및 하부 플레이트(12)들의 서로 접촉하는 가장자리(11a, 12a)들은 그 기밀한 밀착성을 용이하게 구현할 수 있고, 이에 상부 플레이트(11) 및 하부 플레이트(12)는 그 가장자리(11a, 12a)에서의 확실한 밀봉 결합성을 보장할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 플레이트 열교환기를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 도시한 분해사시도이다.
도 3은 도 1의 화살표 A-A선을 따라 도시한 길이방향 단면도이다.
도 4는 도 1의 화살표 B-B선을 따라 도시한 폭방향 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 플레이트 열교환기를 도시한 폭방향 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 플레이트 열교환기를 도시한 폭방향 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제4실시예 따른 플레이트 열교환기를 도시한 폭방향 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제5실시예에 따른 플레이트 열교환기를 도시한 폭방향 단면도이다.
도 9는 본 발명의 이격돌기에 대한 변형실시예를 도시한 사시도이다.
도 10은 도 9의 C-C선을 따라 도시한 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 *
10: 열교환유닛 11: 상부 플레이트
12: 하부 플레이트 11a, 12a: 가장자리
11d, 12d: 평탄부 18: 제1유동채널
21, 22: 이격돌기 28: 제2유동채널
51, 52: 절곡부

Claims (7)

  1. 상하방향으로 적층된 복수의 열교환유닛을 포함하고, 각 열교환유닛은 상부 플레이트 및 하부 플레이트의 가장자리가 상호 결합됨으로써 형성되며,
    상기 상부 플레이트의 가장자리 및 하부 플레이트의 가장자리 각각은 평탄부 및 상기 평탄부에서 절곡된 절곡부를 가지는 것을 특징으로 하는 플레이트 열교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절곡부는 상기 평탄부에 대해 둔각 또는 예각을 이루도록 절곡되고, 상기 상부 플레이트의 절곡부 및 하부 플레이트의 절곡부는 상하 대칭적으로 절곡되는 것을 특징으로 하는 플레이트 열교환기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 절곡부는 상기 평탄부에 대해 직각을 이루도록 절곡되며, 상기 상부 플레이트의 절곡부 및 하부 플레이트의 절곡부는 상하 대칭적으로 절곡되는 것을 특징으로 하는 플레이트 열교환기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절곡부는 상기 평탄부의 상면에 절곡된 후에 중첩되는 것을 특징으로 하는 플레이트 열교환기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 절곡부는 상기 평탄부에 대해 둔각 또는 예각을 이루도록 절곡되고, 상기 상부 플레이트의 절곡부 및 하부 플레이트의 절곡부는 동일한 방향으로 절곡되는 것을 특징으로 하는 플레이트 열교환기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 상부 플레이트의 상면 및 하부 플레이트의 저면 각각에는 복수의 융기부 및 복수의 골부분이 연속적으로 형성되고, 상기 상부 플레이트의 상면 및 하부 플레이트의 저면 각각에는 복수의 상부 및 하부 이격돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 플레이트 열교환기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 절곡부의 높이가 상기 상부 및 하부 이격돌기의 높이 보다 짧게 형성되는 것을 특징으로 하는 플레이트 열교환기.
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