KR20110011516A - 플레이트 열교환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플레이트 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유체의 유동성 향상 및 난류화의 촉진 등을 통해 열교환성능을 높일 수 있는 플레이트 열교환기에 관한 것이다.
개시된 본 발명에 의한 플레이트 열교환기는, 상하방향으로 적층된 복수의 열교환튜브를 포함하고, 각 열교환튜브는 상부 플레이트 및 하부 플레이트가 상호 결합됨으로써 형성되며, 상기 각 열교환튜브는 그 내부에 제1유체가 유동하는 제1유동채널을 가지고, 상기 복수의 열교환튜브들 사이에는 제2유체가 유동하는 제2유동채널이 형성되며, 상기 상부 플레이트는 그 상면에 복수의 융기부 및 복수의 골부분으로 구성된 파형패턴이 형성되고, 상기 하부 플레이트는 그 저면에 복수의 융기부 및 복수의 골부분으로 구성된 파형패턴이 형성되며, 상기 각 열교환튜브는 그 양측에 이격된 유입통로 및 유출통로를 가지고, 상기 상부 플레이트는 상기 유입통로 및 유출통로의 상부에서 돌출된 상부 플랜지를 가지며, 상기 하부 플레이트는 상기 유입통로 및 유출통로의 하부에서 돌출된 하부 플랜지를 가지고, 상기 상부 플랜지 및 하부 플랜지는 상호 끼움결합되며, 상기 상부 플레이트의 상부 플랜지 주변 영역 및 상기 하부 플레이트의 하부 플랜지 주변 영역 각각에는 제1 및 제2 평탄부가 각각 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

플레이트 열교환기{PLATE TYPE HEAT EXCHANGER}
본 발명은 플레이트 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유체의 유동성 향상 및 난류화의 촉진 등을 통해 열교환성능을 높일 수 있는 플레이트 열교환기에 관한 것이다.
널리 주지된 바와 같이, 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 따라, 보다 컴팩트한 사이즈를 구현하기 위한 플레이트 열교환기가 널리 사용되고 있다.
이러한 플레이트 열교환기는 인접한 플레이트들 사이에 유동채널이 형성되도록 대면하여 적층되는 다수의 열교환 플레이트로 구성되고, 유동채널은 서로 다른 유체가 통과하는 2 이상의 유동채널로 구분된다. 이에 서로 다른 유체는 각 유동채널을 통과하면서 플레이트를 통해 열교환한다. 그리고, 각 플레이트는 그 단부 측에 유입통로 및 유출통로를 가지고, 각 플레이트의 유입통로 및 유출통로들은 서로 소통하도록 구성된다.
한편, 플레이트 열교환기는 각 유체가 특정 위치에서 정체됨이 없이 원활하게 유동되어야 함과 더불어 유체의 난류화를 일정하게 유지하여야 그 열교환성능을 확실하게 보장받을 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 안출한 것으로, 유체의 유동성 향상 및 유체의 난류화를 촉진함으로써 열교환성능을 높일 수 있는 플레이트 열교환기를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
상하방향으로 적층된 복수의 열교환튜브를 포함하고, 각 열교환튜브는 상부 플레이트 및 하부 플레이트가 상호 결합됨으로써 형성되며, 상기 각 열교환튜브는 그 내부에 제1유체가 유동하는 제1유동채널을 가지고, 상기 복수의 열교환튜브들 사이에는 제2유체가 유동하는 제2유동채널이 형성되며,
상기 상부 플레이트는 그 상면에 복수의 융기부 및 복수의 골부분으로 구성된 파형패턴이 형성되고, 상기 하부 플레이트는 그 저면에 복수의 융기부 및 복수의 골부분으로 구성된 파형패턴이 형성되며,
상기 각 열교환튜브는 그 양측에 이격된 유입통로 및 유출통로를 가지고,
상기 상부 플레이트는 상기 유입통로 및 유출통로의 상부에서 돌출된 상부 플랜지를 가지며, 상기 하부 플레이트는 상기 유입통로 및 유출통로의 하부에서 돌출된 하부 플랜지를 가지고, 상기 상부 플랜지 및 하부 플랜지는 상호 끼움결합되며,
상기 상부 플레이트의 상부 플랜지 주변 영역 및 상기 하부 플레이트의 하부 플랜지 주변 영역 각각에는 제1 및 제2 평탄부가 각각 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1평탄부의 상면은 상기 상부 플레이트의 융기부 상면과 동일한 높이에 위치하고, 상기 제2평탄부의 상면은 상기 하부 플레이트의 융기부의 저면과 동일한 높이에 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1평탄부는 상부 플레이트의 상부 플랜지 주변을 포위하는 구조로 형성되고, 상기 제2평탄부는 하부 플레이트의 하부 플랜지 주변을 포위하는 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 상부 플랜지의 주변 일측영역에는 제1평탄부가 부분적으로 형성되고, 상기 상부 플랜지의 주변 타측영역에는 상기 파형패턴이 연속되며,
상기 하부 플랜지의 주변 일측영역에는 제2평탄부가 부분적으로 형성되고, 상기 하부 플랜지의 주변 타측영역에는 상기 파형패턴이 연속되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1평탄부 및 제2평탄부는 상기 유입통로 및 유출통로 상에서 대각선방향으로 서로 어긋나게 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1평탄부에는 하나 이상의 제1접촉엠보싱이 형성되고, 상기 제1접촉엠보싱은 상기 하부 플레이트를 향해 돌출하며,
상기 제2평탄부에는 하나 이상의 제2접촉엠보싱이 형성되고, 상기 제2접촉엠보싱은 상기 상부 플레이트를 향해 돌출하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1접촉엠보싱의 저면과 상기 제2접촉엠보싱의 상면이 상호 대응되게 접촉하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1접촉엠보싱들의 저면은 상기 하부 플레이트의 골부분 이면과 접촉하며, 상기 제2접촉엠보싱들의 상면은 상기 상부 플레이트의 골부분 이면과 접촉하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1접촉엠보싱의 저면 및 제2접촉엠보싱의 상면은 상기 상부 및 하부 플레이트의 골부분 이면 보다 넓은 폭을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 열교환튜브의 가장자리에는 상기 제1유동통로와 소통하는 가장자리채널이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 상부 플레이트 및 하부 플레이트의 각 가장자리를 따라 상부 보조융기부 및 하부 보조융기부가 연장되고, 상기 상부 보조융기부의 이면에는 상부 보조유동홈이 형성되며, 상기 하부 보조융기부의 이면에는 하부 보조유동홈이 형성되고, 상기 상부 보조유동홈 및 하부 보조유동홈에 의해 상기 가장자리채널이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 상부 플레이트 및 하부 플레이트는 각 가장자리의 전방단부 및 후방단부 측에 제1 및 제2 위치결정용 엠보싱을 가지고,
상기 제1위치결정용 엠보싱의 중심부에는 평탄부가 하부로 함몰되어 형성되고, 상기 평탄부의 주변에는 테이퍼부가 형성되며,
상기 제2위치결정용 엠보싱의 중심부에는 평탄부가 하부로 함몰되어 형성되고, 상기 평탄부의 주변에 테이퍼부가 형성되며,
상기 제1위치결정용 엠보싱은 상기 제2위치결정용 엠보싱 보다 작은 사이즈로 형성되어 결합되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1위치결정용 엠보싱의 폭이 상기 제2위치결정용 엠보싱의 폭 보다 작게 형성되고, 상기 제1위치결정용 엠보싱의 두께는 상기 제2위치결정용 엠보싱의 두께 보다 얇게 형성되며, 상기 제1위치결정용 엠보싱의 중심은 상기 제2위치결정용 엠보싱의 중심에서 편심됨으로써 상기 제1위치결정용 엠보싱의 테이퍼부 일측은 상기 제2위치결정용 엠보싱의 테이퍼부 일측에 접촉하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2위치결정용 엠보싱의 두께는 상기 상부 돌출부의 두께와 하부 돌출부의 두께의 합과 동일하게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 상부 플레이트의 상면에는 상기 제1위치결정용 엠보싱에 인접하여 지지돌출부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 각 열교환튜브의 유입통로 및 유출통로 주변 영역에서 유체 유동성을 원활하게 함과 더불어 유체의 난류화를 촉진함으로써 2 이상 유체들 사이의 열교환효율을 대폭 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 각 플레이트의 가장자리에 근접한 영역에 보조유동홈을 형성함으로써 유체는 열교환튜브의 가장자리측에서도 매우 원활하게 유동할 수 있도록 할 수 있고, 이에 유체는 열교환튜브의 전면에 걸쳐 균일하게 분포되어 유동할 수 있으며, 유체의 열교환효율이 대폭 증진될 뿐만 아니라 가장자리에 인접한 부분에서의 압력강하를 줄일 수 있는 장점이 있다.
그리고, 본 발명은 상부 플레이트 및 하부 플레이트에 형성된 평탄부에 접촉엠보싱을 형성시킴으로써, 상부 및 하부 플레이트의 양단부들이 견고하게 상호 결합되고, 이로 인해 각 열교환튜브의 강성이 보강되는 장점이 있다.
그리고, 본 발명은 서로 다른 사이즈를 가진 제1 및 제2 위치결정용 엠보싱에 의해 복수의 열교환튜브의 적층 조립성을 대폭 향상시킬 수 있고, 상부 및 하부 플레이트 사이의 조립성을 향상시키며, 그 구조적 강성이 향상된 견고한 조립구조를 구현할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 플레이트 열교환기를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 플레이트 열교환기의 상부 및 하부 플레이트를 도시한 분해사시도이다.
도 3은 도 1의 A-A선을 따라 도시한 단면도이다.
도 4는 도 1의 B-B선을 따라 도시한 단면도이다.
도 5은 도 1의 C-C선을 따라 도시한 단면도이다.
도 6은 도 2의 상부 플레이트의 저면을 도시한 저면도이다.
도 7은 도 2의 하부 플레이트의 상면을 도시한 평면도이다.
도 8은 도 1의 화살표 D부분을 확대하여 도시한 확대도이다.
도 9는 도 8의 변형실시예를 도시한 확대도이다.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 플레이트 열교환기를 도시한 사시도이다.
도 11은 도 10에서 유입피팅 및 유출피팅을 생략한 상태를 도시한 사시도이다.
도 12는 도 11의 E-E선을 따라 도시한 부분 절취사시도이다.
도 13은 도 10의 F-F선을 따라 도시한 단면도이다.
도 14는 도 13의 화살표 I부분을 확대하여 도시한 확대도이다.
도 15는 도 10의 G-G선을 따라 도시한 단면도이다.
도 16은 도 10의 H-H선을 따라 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 플레이트 열교환기를 도시한다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 플레이트 열교환기는 복수의 열교환튜브(10)을 포함하고, 복수의 열교환튜브(10)이 상하방향으로 적층된다.
각 열교환튜브(10)은 그 내부에 오일등과 같은 제1유체가 통과하는 제1유동채널(18)을 가지고, 각 열교환튜브(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)의 일면에는 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 파형패턴이 형성되고, 파형패턴은 연이어 형성된 복수의 융기부(13a, ridge)와 복수의 골부분(13b, valley)로 구성되며, 이러한 파형패턴은 주조공정 또는 스탬핑 등과 같은 프레스 공정을 통해 형성될 수 있다. 융기부(13a)와 골부분(13b)은 평면상에서 사선방향으로 길게 연장되어 있고, 각 융기부(13a)의 이면에는 유동홈(11b)이 형성된다.
이와 마찬가지로, 하부 플레이트(12)의 일면에는 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이 파형패턴이 형성되고, 파형패턴은 연이어 형성된 복수의 융기부(14a)와 복수의 골부분(14b)로 구성되며, 이러한 파형패턴은 주조공정 또는 스탬핑 등과 같은 프레스 공정을 통해 형성될 수 있다. 융기부(14a)와 골부분(14b)은 평면상에서 사선방향으로 길게 연장되어 있고, 융기부(14a)의 이면에는 유동홈(12b)이 형성된다.
이에, 상부 플레이트(11) 및 하부 플레이트(12)는 그 가장자리(11a, 12a)가 접착됨에 따라 상부 플레이트(11)의 타면과 하부 플레이트(12)의 타면이 서로 마주보게 되고, 이때 상부 플레이트(11)의 파형패턴과 하부 플레이트(12)의 파형패턴은 서로 교차하도록 구성된다. 이에, 상부 플레이트(11)의 유동홈(11b)과 하부 플레이트(12)의 유동홈(12b)은 서로 교차하면서 마주보게 배치됨으로써 제1유동채널(18)을 형성하고, 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. 그리고, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상부 플레이트(11)의 골부분(13b) 이면과 하부 플레이트(12)의 골부분(14b) 이면이 서로 교차하면서 부분적으로 접착될 수 있다.
그리고, 서로 인접하여 적층된 열교환튜브(10)들 사이에는 냉각수 등과 같은 제2유체가 통과하는 제2유동채널(28)이 형성되고, 이 제2유동채널(28)은 복수의 열교환튜브(10)들이 상하 방향으로 이격됨으로써 형성된다.
또한, 각 열교환튜브(10)의 상면 및 저면에는 즉, 상부 플레이트(11)의 상면 및 하부 플레이트(12)의 저면 각각에는 상부 및 하부 돌출부(21, 22)들이 개별적으로 돌출하고, 상부 및 하부 돌출부(21, 22) 각각의 높이(t1, t2)는 상부 플레이트(11)의 융기부(13a) 및 하부 플레이트(12)의 융기부(14a)의 각 높이(s1, s2) 보다 크게 형성된다. 이에, 상하방향으로 서로 인접하는 상부 돌출부(21) 및 하부 돌출부(22)는 상호 결합된다. 이를 보다 구체적으로 살펴보면, 상부측 열교환튜브(10)의 하부 돌출부(22)는 그 하부측 열교환튜브(10)의 상부 돌출부(21)와 접촉하고, 이렇게 상하방향으로 복수의 돌출부(21, 22)들이 서로 접촉함에 따라 열교환튜브(10)들 사이의 이격 간격이 증가되고, 이에 의해 제2유동채널(28)의 단면적이 증대되고, 서로 접촉하는 돌출부(21, 22)들은 브레이징 등을 통해 접착된다. 또한, 상부 돌출부 및 하부 돌출부(21, 22)들은 상부 플레이트(11)의 융기부(13a) 및 하부 플레이트(12)의 융기부(14a)가 서로 교차하는 지점에 상호 대응되게 위치함으로써 그 적층구조를 더욱 안정적으로 구현할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상부 돌출부(21)는 상부 플레이트(11)의 융기부(13a) 상면에 위치하고, 하부 돌출부(22)는 하부 플레이트(12)의 융기부(14a) 저면에 위치하도록 구성될 수 있다.
한편, 제1유동채널(18)을 통과하는 제1유체의 열교환효율을 향상시키기 위해서는 융기부(13a, 14a)들의 개수를 늘리는 것이 바람직하고, 이와 같이 복수의 융기부(13a, 14a)들의 개수를 늘리기 위해서는 융기부(13a, 14a)들의 피치가 상대적으로 좁아진다.
이러한 점을 고려하여 본 발명은 도 9에 도시된 바와 같이 상부 돌출부(21)가 상부 플레이트(11)의 상면에서 2 이상의 융기부(13a)들을 가로지르도록 융기부(13a)들 사이의 골부분(13b)에 형성되고, 하부 돌출부(22)가 하부 플레이트(12)의 저면에서 2 이상의 융기부(14a)들을 가로지르도록 융기부(14a)들 사이의 골부분(14b)에 형성될 수 있다. 이와 같이 상부 돌출부(21) 및 하부 돌출부(22)들이 2 이상의 융기부(13a, 14a)들을 가로질러 형성됨에 따라 상부 및 하부 플레이트(11, 12)의 파형패턴에 대한 설계자유도가 대폭 향상됨과 더불어 그 열교환성능의 향상을 용이하게 구현할 수 있는 장점이 있다.
각 상부 및 하부 돌출부(21, 22)는 사다리꼴 단면, 타원 또는 원형 등과 같은 곡률진 단면, 사각형 단면 중에서 어느 하나의 단면구조를 가질 수 있다. 그리고, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상부 돌출부(21)의 상면(21a) 및 하부 돌출부(22)의 저면(22a)들은 평탄하게 형성되고, 이에 상부 및 하부 플레이트(11, 12)의 기밀한 접착이 더욱 용이해질 수 있다.
또한, 상부 및 하부 돌출부(21, 22) 각각의 내부에는 도 3에 도시된 바와 같이, 중공부(21c, 22c)가 형성되고, 이 중공부(21c, 22c)는 상부 및 하부 플레이트(11, 12)의 각 유동홈(11b, 12b)과 소통하도록 구성되며, 이에 의해 상부 및 하부 돌출부(21, 22)의 중공부(21c, 22c) 내에도 제1유체가 유동함으로써 그 열교환성능의 향상을 도모할 수 있다.
도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 각 열교환튜브(10)은 그 양측에 이격된 유입통로(43) 및 유출통로(44)를 가진다. 각 열교환튜브(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 열교환튜브(10)은 그 유입통로(43) 및 유출통로(44)들이 서로 소통되도록 적층된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 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 열교환튜브(10)의 하부 플랜지(24)에 그 하부측 열교환튜브(10)의 상부 플랜지(23)가 끼움결합되거나 하부측 열교환튜브(10)의 상부 플랜지(23)에 그 상부측 열교환튜브(10)의 하부 플랜지(24)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, 열교환튜브(10)의 유입통로(43) 및 유출통로(44)는 제2유동채널(28)에 대해 밀폐된다.
그리고, 도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이 최상측 열교환튜브(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.
그리고, 최하측 열교환튜브(10)의 유입통로(43) 및 유출통로(44)측의 각 하부 플랜지(24)에는 폐쇄구(27)가 결합되고, 이 폐쇄구(27)에 의해 유입통로(43) 및 유출통로(44)는 그 하부가 폐쇄된다.
한편, 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상부 플레이트(11)의 상부 플랜지(23) 주변에는 제1평탄부(67)가 형성되고, 제1평탄부(67)는 상부 플랜지(23)의 주변을 포위하도록 형성될 수 있으며, 제1평탄부(67)의 상면은 상부 플레이트(11)의 융기부(13a) 상면과 동일한 높이(도 2 및 도 5의 가상선 X 참조)에 위치한다.
또한, 하부 플레이트(12)의 하부 플랜지(24) 주변 영역에는 제2평탄부(68)가 형성되고, 제2평탄부(68)는 하부 플랜지(24)의 주변을 포위하도록 형성될 수 있으며, 제2평탄부(68)의 상면은 하부 플레이트(12)의 융기부(14a)의 저면과 동일한 높이(도 2 및 도 5의 가상선 Y 참조)에 위치한다.
이러한 제1 및 제2 평탄부(67, 68)에 의해, 각 열교환튜브(10)의 유입통로(43) 및 유출통로(44)의 주변 영역에서 제1유체의 유동공간이 확보됨에 따라 제1유체는 유입통로(43) 및 유출통로(44) 주변에서 정체됨이 없이 제1유동채널(18)의 유동홈(11b, 12b)측으로 원활하게 안내될 수 있고, 이를 통해 제1유체의 유동성이 대폭 향상되는 장점이 있다.
제1평탄부(67)에는 복수의 제1접촉엠보싱(67a)이 하부 플레이트(12)를 향해 돌출되고, 제2평탄부(68)에는 복수의 제2접촉엠보싱(68a)이 상부 플레이트(11)를 향해 돌출된다. 제1접촉엠보싱(67a)과 제2접촉엠보싱(68a)은 그 저면(67b) 및 상면(68b)이 서로 접촉한 후에 브레이징 등을 통해 용접결합된다.
이러한 접촉엠보싱(67a, 68a)을 통해, 상부 및 하부 플레이트(11, 12)의 양단부들은 매우 견고하게 상호 결합됨으로써 각 열교환튜브(10)의 자체 강성이 보강되는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 각 열교환튜브(10)은 접촉엠보싱(67a, 68a)들이 그 유입통로(43) 및 유출통로(44) 내에 위치함으로써 유입통로(43) 및 유출통로(44) 주변에서 제1유체 및 제2유체의 난류화를 촉진할 수 있는 장점이 있다.
한편, 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상부 플레이트(11)의 상면에는 가장자리(11a)에 근접하여 상부 보조융기부(51)가 형성되고, 상부 보조융기부(51)는 가장자리(11a)를 따라 연장된다. 상부 보조융기부(51)의 이면에는 상부 보조유동홈(53a)이 형성되며, 상부 보조유동홈(53a)은 상부 플레이트(11)의 유동홈(11b)과 소통하도록 구성된다. 특히, 상부 보조융기부(51)의 상면은 상부 플레이트(11)의 융기부(13a)의 상면과 동일한 높이(도 3 및 도 4의 가상선 X 참조)에 위치할 수 있다.
또한, 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 하부 플레이트(12)의 하면에는 가장자리(12a)에 근접하여 하부 보조융기부(52)가 형성되고, 하부 보조융기부(52)는 가장자리(12a)를 따라 연장된다. 하부 보조융기부(52)의 이면에는 하부 보조유동홈(53b)이 형성되며, 하부 보조유동홈(53b)은 하부 플레이트(12)의 유동홈(12b)과 소통하도록 구성된다. 특히, 하부 보조융기부(52)의 저면은 하부 플레이트(11)의 융기부(14a)의 저면과 동일한 높이(도 3 및 도 4의 가상선 Y 참조)에 위치할 수 있다.
상부 플레이트(11) 및 하부 플레이트(12)의 각 가장자리(11a, 12a)가 상호 결합됨에 따라 상부 보조유동홈(53a) 및 하부 보조유동홈(53b)은 서로 마주보게 배치되고, 상부 플레이트(11) 및 하부 플레이트(12)의 각 가장자리에 근접한 부분에는 상부 보조유동홈(53a) 및 하부 보조유동홈(53b)에 의해 가장자리 채널(53)이 형성된다.
이에 따라, 제1유체는 각 열교환튜브(10)의 가장자리채널(53)을 따라 원활하게 유동함으로써, 제1유체는 상하로 결합된 각 열교환튜브(10)의 제1유동채널(18) 전체에 걸쳐 균일하게 분포되면서 유동할 수 있고, 이에 제1유체의 사용효율이 향상될 뿐만 아니라 열교환효율이 대폭 향상되며, 제1유체의 압력강하가 최소화되는 장점이 있다.
또한, 상부 플레이트(11) 및 하부 플레이트(12)는 도 2에 도시된 바와 같이, 각 가장자리(11a, 12a)의 전방단부 및 후방단부 측에 제1 및 제2 위치결정용 엠보싱(61, 62)가 형성되고, 제1 및 제2 위치결정용 엠보싱(61, 62)은 상호 끼움결합되도록 구성된다. 이러한 제1 및 제2 위치결정용 엠보싱(61, 62)에 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 10 내지 도 16은 본 발명의 제2실시예에 따른 플레이트 열교환기를 도시한다.
도 11, 도 12 및 도 15을 참조하면, 상부 플레이트(11)의 양단부에는 즉, 상부 플랜지(23)의 주변 일측영역에는 제1평탄부(77)가 형성되고, 상부 플랜지(23)의 주변 타측영역에는 파형패턴(13)가 연장되어 형성된다. 그리고, 제1평탄부(77)의 상면은 상부 플레이트(11)의 융기부(13a) 상면과 동일한 높이(도 15의 가상선 X 참조)에 위치한다.
또한, 하부 플레이트(12)의 양단부에는 즉, 하부 플랜지(24)의 주변 일측영역에는 제2평탄부(78)가 형성되고, 하부 플랜지(24)의 주변 타측영역에는 파형패턴(14)가 연장되어 형성된다. 그리고, 제2평탄부(68)의 상면은 하부 플레이트(12)의 융기부(14a)의 저면과 동일한 높이(도 15의 가상선 Y 참조)에 위치한다.
그리고, 도 11, 도 12 및 도 15에 도시된 바와 같이, 상부 플레이트(11)의 제1평탄부(77)와 하부 플레이트(12)의 제2평탄부(78)는 각 열교환튜브(10)의 유입통로(43) 및 유출통로(44) 상에서 대각선방향으로 서로 어긋나게 배치된다. 이에, 유입통로(43) 및 유출통로(44)의 주변 영역에서 제1유체는 제1 및 제2 평탄부(77, 78)에 의해 정체됨이 방지되면서 제1유동채널(18)의 유동홈(11b, 12b)측으로 원활하게 안내될 수 있고, 이에 제1유체의 유동성이 대폭 향상되는 장점이 있다.
제1평탄부(77)에는 복수의 제1접촉엠보싱(77a)이 하부 플레이트(12)를 향해 함몰되고, 제2평탄부(78)에는 복수의 제2접촉엠보싱(78a)이 상부 플레이트(11)를 향해 함몰된다. 제1평탄부(77)의 제1접촉엠보싱(77a)은 그 저면(77b)이 하부 플레이트(12)의 골부분(14b) 이면과 접촉한 후에 브레이징 등을 통해 용접결합되고, 제2평탄부(78)의 제2접촉엠보싱(78a)은 그 상면(78b)이 상부 플레이트(11)의 골부분(13b) 이면과 접촉한 후에 브레이징 등을 통해 용접결합된다. 이러한 제1 및 제2 접촉엠보싱(77a, 78a)을 통해, 각 평탄부(77, 78)는 상부 및 하부 플레이트(11, 12)의 골부분(13b, 14b) 이면에 견고하게 결합될 수 있다.
제1 및 제2 접촉엠보싱(77a, 78a)의 저면 및 상면(77b, 78b)은 그 폭(w3)이 상부 및 하부 플레이트(11, 12)의 골부분(13b, 14b) 이면의 폭(w4) 보다 크게 형성되고, 이에 접촉엠보싱(77a, 78a)은 상부 및 하부 플레이트(11, 12)의 각 골부분(13b, 14b)에 보다 안정적으로 용접 결합될 수 있다.
이러한 접촉엠보싱(77a, 78a)을 통해, 상부 및 하부 플레이트(11, 12)의 양단부들은 매우 견고하게 상호 결합됨으로써 각 열교환튜브(10)의 자체 강성이 보강되는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 각 열교환튜브(10)은 접촉엠보싱(77a, 78a)들이 그 유입통로(43) 및 유출통로(44) 내에 위치함으로써 유입통로(43) 및 유출통로(44) 주변에서 제1유체 및 제2유체의 난류화를 촉진할 수 있는 장점이 있다.
상부 플레이트(11) 및 하부 플레이트(12)는 도 11 및 도 14에 도시된 바와 같이, 각 가장자리(11a, 12a)의 전방단부 및 후방단부 측에 제1 및 제2 위치결정용 엠보싱(71, 72)을 가진다. 이러한 제1 및 제2 위치결정용 엠보싱(71, 72)에 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.
한편, 제1위치결정용 엠보싱(71)의 중심부에는 평탄부(71a)가 하부로 함몰되어 형성되고, 평탄부(71a)의 주변에는 테이퍼부(71b)가 형성된다. 제2위치결정용 엠보싱(72)의 중심부에는 평탄부(72a)가 하부로 함몰되어 형성되고, 평탄부(72a)의 주변에는 테이퍼부(72b)가 형성된다. 제1위치결정용 엠보싱(71)의 폭(w1)이 제2위치결정용 엠보싱(72)의 폭(w2) 보다 작게 형성되고, 제1위치결정용 엠보싱(71)의 두께(h1)는 제2위치결정용 엠보싱(72)의 두께(h2) 보다 얇게 형성되며, 제1위치결정용 엠보싱(71)의 중심은 제2위치결정용 엠보싱(72)의 중심에서 편심되게 형성된다. 이에, 제1위치결정용 엠보싱(71)의 테이퍼부(71b) 일측은 제2위치결정용 엠보싱(72)의 테이퍼부(72b) 일측에 접촉되어 브레이징공정 등을 통해 결합된다.
또한, 도 14에 도시된 바와 같이 제2위치결정용 엠보싱(72)의 두께(h2)는 상부 돌출부(21)의 두께(t1)와 하부 돌출부(22)의 두께(t2)들의 합과 동일하게 형성되고(즉, h2 = t1 + t2), 이에 어느 일측의 하부플레이트(12)는 제2위치결정용 엠보싱(72)의 평탄부(72a)가 그 하부에 위치하는 열교환튜브(10)의 상부 플레이트(11) 상면과 접촉하도록 구성된다. 이와 같이, 제2위치결정용 엠보싱(72)은 상하로 적층되는 열교환튜브(10)들의 상부 플레이트(11)측에 지지되도록 구성됨으로써 전방 및 후방측 가장자리(11a, 12a)들이 서로 견고하게 지지되는 구조를 구현할 수 있다. 이에, 본 발명의 플레이트 열교환기는 구조적 강성이 보강되는 장점이 있다. 또한, 최하측의 하부 플레이트(12)의 제2위치결정용 엠보싱(72)의 평탄부(72a)는 폐쇄구(27)측에 지지된다.
또한, 상부 플레이트(11)의 상면에는 제1위치결정용 엠보싱(71)에 인접하여 지지돌출부(73)가 형성된다. 최상측의 상부 플레이트(11)의 지지돌출부(73)는 유입피팅(25) 및 유출피팅(26)의 저면을 지지하고, 나머지 상부 플레이트(11)의 지지돌출부(73)는 하부 플레이트(12)의 제2위치결정용 엠보싱(72)의 평탄부(72a) 저면을 지지하도록 구성된다. 이러한 지지돌출부(73)에 의해 본 발명의 플레이트 열교환기는 보다 견고하고 안정적인 조립구조를 구현할 수 있다.
그리고, 폐쇄구(27)의 중심에는 홈부(27a)가 형성되고, 이 홈부(27a)의 주변에는 주변부(27c)가 형성되며, 주변부(27c)의 일측에는 제2위치결정용 엠보싱(72)이 끼워지는 끼움홈부(27d)가 형성되고, 홈부(27a)의 측벽(27b)은 경사진 구조로 형성된다. 최하측 하부 플레이트(12)는 하부 플랜지(24)의 주변은 주변부(27c)에 접촉되고, 이렇게 접촉된 주변부(27c) 및 하부 플레이트(12)는 브레이징 등을 통해 결합된다.
그외 나머지 구성 및 작용은 선행하는 제1실시예와 동일하므로 그 자세한 설명은 생략한다.
10: 열교환튜브 11: 상부 플레이트
12: 하부 플레이트 13, 14: 파형패턴
67, 77: 제1평탄부 68, 78: 제2평탄부

Claims (15)

  1. 상하방향으로 적층된 복수의 열교환튜브를 포함하고, 각 열교환튜브는 상부 플레이트 및 하부 플레이트가 상호 결합됨으로써 형성되며, 상기 각 열교환튜브는 그 내부에 제1유체가 유동하는 제1유동채널을 가지고, 상기 복수의 열교환튜브들 사이에는 제2유체가 유동하는 제2유동채널이 형성되며,
    상기 상부 플레이트는 그 상면에 복수의 융기부 및 복수의 골부분으로 구성된 파형패턴이 형성되고, 상기 하부 플레이트는 그 저면에 복수의 융기부 및 복수의 골부분으로 구성된 파형패턴이 형성되며,
    상기 각 열교환튜브는 그 양측에 이격된 유입통로 및 유출통로를 가지고,
    상기 상부 플레이트는 상기 유입통로 및 유출통로의 상부에서 돌출된 상부 플랜지를 가지며, 상기 하부 플레이트는 상기 유입통로 및 유출통로의 하부에서 돌출된 하부 플랜지를 가지고, 상기 상부 플랜지 및 하부 플랜지는 상호 끼움결합되며,
    상기 상부 플레이트의 상부 플랜지 주변 영역 및 상기 하부 플레이트의 하부 플랜지 주변 영역 각각에는 제1 및 제2 평탄부가 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 플레이트 열교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1평탄부의 상면은 상기 상부 플레이트의 융기부 상면과 동일한 높이에 위치하고, 상기 제2평탄부의 상면은 상기 하부 플레이트의 융기부의 저면과 동일한 높이에 위치하는 것을 특징으로 하는 플레이트 열교환기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1평탄부는 상부 플레이트의 상부 플랜지 주변을 포위하는 구조로 형성되고, 상기 제2평탄부는 하부 플레이트의 하부 플랜지 주변을 포위하는 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 플레이트 열교환기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상부 플랜지의 주변 일측영역에는 제1평탄부가 부분적으로 형성되고, 상기 상부 플랜지의 주변 타측영역에는 상기 파형패턴이 연속되며,
    상기 하부 플랜지의 주변 일측영역에는 제2평탄부가 부분적으로 형성되고, 상기 하부 플랜지의 주변 타측영역에는 상기 파형패턴이 연속되는 것을 특징으로 하는 플레이트 열교환기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1평탄부 및 제2평탄부는 상기 유입통로 및 유출통로 상에서 대각선방향으로 서로 어긋나게 배치되는 것을 특징으로 하는 플레이트 열교환기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1평탄부에는 하나 이상의 제1접촉엠보싱이 형성되고, 상기 제1접촉엠보싱은 상기 하부 플레이트를 향해 돌출하며,
    상기 제2평탄부에는 하나 이상의 제2접촉엠보싱이 형성되고, 상기 제2접촉엠보싱은 상기 상부 플레이트를 향해 돌출하는 것을 특징으로 하는 플레이트 열교환기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1접촉엠보싱의 저면과 상기 제2접촉엠보싱의 상면이 상호 대응되게 접촉하는 것을 특징으로 하는 플레이트 열교환기.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1접촉엠보싱들의 저면은 상기 하부 플레이트의 골부분 이면과 접촉하며, 상기 제2접촉엠보싱들의 상면은 상기 상부 플레이트의 골부분 이면과 접촉하는 것을 특징으로 하는 플레이트 열교환기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1접촉엠보싱의 저면 및 제2접촉엠보싱의 상면은 상기 상부 및 하부 플레이트의 골부분 이면 보다 넓은 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 플레이트 열교환기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 열교환튜브의 가장자리에는 상기 제1유동통로와 소통하는 가장자리채널이 형성되는 것을 특징으로 하는 플레이트 열교환기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 상부 플레이트 및 하부 플레이트의 각 가장자리를 따라 상부 보조융기부 및 하부 보조융기부가 연장되고, 상기 상부 보조융기부의 이면에는 상부 보조유동홈이 형성되며, 상기 하부 보조융기부의 이면에는 하부 보조유동홈이 형성되고, 상기 상부 보조유동홈 및 하부 보조유동홈에 의해 상기 가장자리채널이 형성되는 것을 특징으로 하는 플레이트 열교환기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 상부 플레이트 및 하부 플레이트는 각 가장자리의 전방단부 및 후방단부 측에 제1 및 제2 위치결정용 엠보싱을 가지고,
    상기 제1위치결정용 엠보싱의 중심부에는 평탄부가 하부로 함몰되어 형성되고, 상기 평탄부의 주변에는 테이퍼부가 형성되며,
    상기 제2위치결정용 엠보싱의 중심부에는 평탄부가 하부로 함몰되어 형성되고, 상기 평탄부의 주변에 테이퍼부가 형성되며,
    상기 제1위치결정용 엠보싱은 상기 제2위치결정용 엠보싱 보다 작은 사이즈로 형성되어 결합되는 것을 특징으로 하는 플레이트 열교환기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1위치결정용 엠보싱의 폭이 상기 제2위치결정용 엠보싱의 폭 보다 작게 형성되고, 상기 제1위치결정용 엠보싱의 두께는 상기 제2위치결정용 엠보싱의 두께 보다 얇게 형성되며, 상기 제1위치결정용 엠보싱의 중심은 상기 제2위치결정용 엠보싱의 중심에서 편심됨으로써 상기 제1위치결정용 엠보싱의 테이퍼부 일측은 상기 제2위치결정용 엠보싱의 테이퍼부 일측에 접촉하는 것을 특징으로 하는 플레이트 열교환기.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제2위치결정용 엠보싱의 두께는 상기 상부 돌출부의 두께와 하부 돌출부의 두께의 합과 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 플레이트 열교환기.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 상부 플레이트의 상면에는 상기 제1위치결정용 엠보싱에 인접하여 지지돌출부가 형성되는 것을 특징으로 하는 플레이트 열교환기.
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