KR20110039977A - 판형 열교환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 판형 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게, 본 발명은 플레이트 적층에 의하여 두 열교환매체가 열교환되는 열교환영역, 기액분리영역, 및 과냉영역을 일체로 형성할 수 있어, 소형화가 가능하며, 생산성을 향상할 수 있는 판형 열교환기에 관한 것이다.
플레이트, 연통홀, 열교환기

Description

판형 열교환기{Heat Exchanger}
본 발명은 판형 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게, 본 발명은 플레이트 적층에 의하여 두 열교환매체가 열교환되는 열교환영역, 기액분리영역, 및 과냉영역을 일체로 형성할 수 있어, 소형화가 가능하며, 생산성을 향상할 수 있는 판형 열교환기에 관한 것이다.
근래 자동차 산업에 있어서 세계적으로 환경과 에너지에 대한 관심이 높아짐에 따라 연비 개선을 위한 연구가 이루어지고 있으며 다양한 소비자의 욕구를 만족시키기 위해 경량화ㆍ소형화 및 고기능화를 위한 연구개발이 꾸준히 이루어지고 있다.
특히 차량용 공조시스템에 있어서, 대개 엔진룸 내부에서 충분한 공간을 확보하기 어려운 실정이기 때문에 상기 차량용 공조시스템을 구성하는 열교환기 등의 구성은 소형이면서도 효율을 높일 수 있는 기능이 요구되고 있다.
열교환기는 제1열교환매체와 제2열교환매체의 온도 차이를 이용하여 열교환되는 구성으로 액체와 기체 또는 액체와 액체 사이에 열교환하게 되며, 그 중 판형 열교환기는 복수개의 플레이트(10)가 적층되어 제1열교환매체 및 제2열교환매체가 각각 유동되는 제1유동부(60) 및 제2유동부(70)가 형성되고, 제1열교환매체가 유입되는 제1입구파이프(20), 상기 제1열교환매체가 배출되는 제1출구파이프(30), 상기 제2열교환매체가 유입되는 제2입구파이프(40), 및 상기 제2열교환매체가 배출되는 제2출구파이프(50)가 각각 형성된다.
도 1은 종래의 판형 열교환기를 나타낸 사시도로, 상기 도 1에 도시한 판형 열교환기는 동일한 방향으로 상기 제1입구파이프(20), 제1출구파이프(30), 제2입구파이프(40), 및 제2출구파이프(50)가 형성되고, 상기 플레이트(10)에 상기 제1입구파이프(20)와 연통되는 제1연통홀(11), 상기 제1출구파이프(30)와 연통되는 제2연통홀(12), 상기 제2입구파이프(40)와 연통되는 제3연통홀(13), 상기 제2출구파이프(50)와 연통되는 제4연통홀(14)이 형성된 예를 도시하였다.
상기 판형 열교환기는 제1유동부(60) 및 제2유동부가(70) 적층방향으로 교대로 형성되어 상기 제1열교환매체 및 제2열교환매체는 만나지 않고 독자적인 흐름을 갖게 되며, 그 흐름을 더욱 상세히 설명하면, 상기 제1열교환매체는 좌측 상부에 형성된 상기 제1입구파이프(20)를 통해 상기 제1연통홀(11)로 유입되고, 상기 제1연통홀(11)을 따라 하측으로 이동되면서 상기 플레이트(10) 길이방향으로 이동되며, 상기 제2연통홀(12)을 따라 상측으로 이동되어 상기 제1출구파이프(30)를 통해 배출되는 단일 패스를 갖는다.
또한, 상기 제2열교환매체 역시 상기 우측 상부에 형성된 제2입구파이프(40)를 통해 상기 제3연통홀(13)로 유입된 제2열교환매체는 상기 제3연통홀(13)을 따라 하측으로 이동되면서 상기 플레이트(10)의 길이방향(상기 제1열교환매체의 유동방향과 반대)으로 이동되고, 상기 제4연통홀(14)을 따라 상측으로 이동되어 상기 제2출구파이프(50)를 통해 배출되는 단일 패스를 갖는다.
상술한 바와 같이, 상기 도 1에 도시된 바와 같은 판형 열교환기는 상기 제1열교환매체 및 제2열교환매체 모두 단일 패스를 가지므로 상기 두 열교환매체 간의 충분한 열교환이 이루어지기 어려운 단점이 있다.
한편, 냉각장치에서는, 액체 상태의 열교환매체가 주변에서 기화열만큼의 열량을 흡수하여 기화되는 증발기에 의해 실제 냉각 작용이 일어나게 된다. 상기 증발기로부터 압축기로 유입되는 기체 상태의 열교환매체는 압축기에서 고온 및 고압으로 압축되고, 상기 압축된 기체 상태의 열교환매체가 응축기를 통과하면서 액화되는 과정에서 주변으로 액화열이 방출되며, 상기 액화된 열교환매체가 다시 팽창밸브를 통과함으로써 저온 및 저압의 습포화 증기 상태가 된 후 다시 증발기로 유입되어 기화하게 되어 사이클을 이루게 된다.
상기 판형 열교환기가 고온ㆍ고압의 기체 상태인 열교환매체가 유입되어 열교환에 의해 액화열을 방출하면서 액체 상태로 응축된 후 배출되는 응축기로 이용될 수 있다.
그런데, 상기 응축기는 열교환매체를 기액분리하여 기상 냉매는 상단으로, 액상 냉매는 하단으로 보내어 최종적으로는 액상 냉매만을 포집함으로써 과냉각을 유도하도록 하는 기액분리기가 구비되는 데, 상술한 바와 같은 판형 열교환기는 별 도의 기액분리기와 연결되어야 하므로, 판형 열교환기 외에 기액분리기가 구비되기 위한 공간 및 이를 연결하기 위한 파이프의 구성에 의해 그 구조가 복잡해지며, 생산이 용이하지 않은 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 플레이트의 적층에 의하여 두 열교환매체가 열교환되는 열교환영역, 하나의 열교환매체 내부의 수분을 분리하는 기액분리영역, 및 두 열교환매체의 열교환에 의해 과냉각을 유도하는 과냉영역을 일체로 형성할 수 있어, 소형화가 가능하며, 생산성을 향상할 수 있는 판형 열교환기를 제공하는 것이다.
특히, 본 발명의 목적은 플레이트를 적층하는 간단한 구성으로서, 기액분리기를 형성하기 위한 별도의 파이프를 형성할 필요가 없으며, 이에 따라 판형 열교환기를 장착하기 위한 공간을 줄일 수 있어 공간효율성을 보다 높일 수 있는 판형 열교환기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 각각의 열교환매체 특성에 알맞게 패스를 조절 가능하여 두 열교환매체 간의 열교환을 충분히 이루어지도록 하고, 과냉각이 효과적으로 이루어지도록 함으로써 열교환효율을 향상할 수 있는 판형 열교환기를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 판형 열교환기(1000)는 각각 제1열교환매체 및 제2열교환매체가 교대로 유동되는 제1유동부(100) 및 제2유동부(200)를 형성하도록 복수개 적층되는 플레이트(130); 제1열교환매체가 유입되는 제1입구파이프(110) 및 배출되는 제1출구파이프(120); 제2열교환매체가 유입되는 제2입구파이프(210) 및 배출되는 제2출구파이프(220)가 형성된 판형 열교환기(1000)에 있어서, 상기 판형 열교환기(1000)는 상기 플레이트(130)의 일측이 수평방향으로 연장되고, 상기 플레이트(130)의 적층방향으로 서로 연통되는 제5연통홀(135)이 형성되어 상기 제1유동부(100)를 유동하는 제1열교환매체가 기액분리되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 플레이트(130)는 상기 플레이트(130)의 적층방향으로 상기 제1유동부(100)가 연통되도록 중공되며 그 둘레가 상부 또는 하부 방향으로 돌출되는 제1접합부(141, 141')가 형성되는 제1연통홀(131)과 제2연통홀(132); 및 상기 플레이트(130)의 적층방향으로 상기 제2유동부(200)가 연통되도록 중공되며, 상기 제1접합부(141, 141')의 돌출방향과 반대 방향으로 돌출되는 제2접합부(142, 142')가 형성되는 제3연통홀(133) 및 제4연통홀(134)이 형성되고, 상기 제1연통홀(131) 및 제2연통홀(132)은 일측 단부에 형성되고, 상기 제3연통홀(133) 및 제4연통홀(134)은 타측 단부에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제5연통홀(135)의 둘레부는 상기 제1연통홀(131) 및 제2연통홀(132)에 형성된 제1접합부(141, 141')와 동일한 방향으로 돌출되는 제3접합부(143, 143')가 형성되는 것을 특징으로 하고, 이 때, 상기 판형 열교환기(1000)는 상기 제1접합부(141)가 하부방향으로 형성되고 상기 제2접합부(142')가 상부방향으로 형성된 제1플레이트(130a)와, 상기 제1접합부(141')가 상부방향으로 형성되고 상기 제2접합부(142)가 하부방향으로 형성된 제2플레이트(130b)가 교대로 적층되되, 상기 제1플레이트(130a)와 제2플레이트(130b)는 이웃하는 제1접합부(141, 141') 및 제2접합부(142, 142')는 각각 접합되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 플레이트(130)는 상기 제3연통홀(133)과 제4연통홀(134)의 사이를 제외하고, 상기 제1유동부(100) 및 제2유동부(200)를 좌ㆍ우로 구분하여 각각 제1유로(102) 및 제2유로(103)를 형성하도록 길이방향으로 길게 상부 또는 하부 방향으로 돌출되는 제1구획부(101); 가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 판형 열교환기(1000)는 상기 제5연통홀(135)에 의해 형성된 내부 공간에 건조제(151) 및 필터(152)가 구비되는 것을 특징으로 하고, 상기 판형 열교환기(1000)는 상기 제5연통홀(135)의 상측 또는 하측에 연통되며, 별도의 캡(153)이 개폐가능하게 결합되는 결합부(154)가 형성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 판형 열교환기(1000)는 상기 플레이트(130)의 적층에 의해 서로 접합되는 영역은 제2유동부(200)의 제1유로(102) 및 제2유로(103)를 구획하며, 서로 접합되지 않는 영역은 제1유동부(100)의 제1유로(102) 및 제2유로(103)를 연통하는 제1열교환매체 제1연통로(240)가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 플레이트(130)는 상기 제1연통홀(131) 및 제2연통홀(132)이 형성된 영역과 상기 제5연통홀(135)이 형성된 영역을 구획하도록 상기 제1유로(102) 또는 제2유로(103)의 폭방향으로 상기 제1접합부(141, 141')와 반대방향으로 돌출되는 제2구획부(105)가 형성되고, 상기 플레이트(130)의 적층에 의해 서로 접합되는 영역은 상기 제1열교환매체가 상기 제5연통홀(135)이 형성된 영역과 서로 연통되지 않으며, 서로 접합되지 않는 영역은 상기 제2열교환매체가 상기 제5연통홀(135)이 접합된 부분의 둘레를 따라 유동되어 제2유동부(200)의 제1유로(102) 및 제2유 로(103)를 연통하는 제2열교환매체 연통로(230)를 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 플레이트(130) 중 일부 플레이트(130)는 상측으로 돌출된 상기 제2구획부(105)가 제1유로(102) 및 제2유로(103) 중 한 영역에만 형성되고, 상기 제2구획부(105)가 형성되지 않는 영역은 상기 제1열교환매체가 상기 제5연통홀(135)로 이동되는 제1열교환매체 제2연통로(250)를 형성하는 것을 특징으로 하고, 상기 플레이트(130) 중 일부 플레이트(130)는 상기 제1연통홀(131) 및 제2연통홀(132)이 모두 폐쇄되는 것을 특징으로 한다.
상기 판형 열교환기(1000)는 상기 제2입구파이프(210) 및 제2출구파이프(220)가 상측의 일측 단부에 각각 제3연통홀(133) 및 제4연통홀(134)과 연결되고, 상기 제2입구파이프(210)를 통해 상기 제3연통홀(133)로 유입된 제2열교환매체는 상기 제2유동부(200)의 제1유로(102)를 따라 이동되는 2-1영역; 및 상기 제2열교환매체 연통로(230)를 통해 이동된 제2열교환매체가 상기 제2유동부(200)의 제2유로(103)를 따라 이동되는 2-2영역을 거쳐 상기 제2출구파이프(220)를 통해 배출되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 판형 열교환기(1000)는 상기 제2연통홀(132)의 상측에서 상기 제1입구파이프(110)가 하측에서 상기 제2출구파이프(220)가 연결되고, 상기 제1입구파이프(110)를 통해 상기 제2연통홀(132)로 유입된 제1열교환매체는 상기 제2연통홀(132)이 폐쇄된 영역까지 이동되면서 상기 제1유동부(100)의 제1유로(102)를 따라 이동되는 a-1영역과, 상기 제1열교환매체 제1연통로(240)를 통해 이동된 제1열교환매체가 상기 제1유동부(100)의 제2유로(103)를 따라 이동되는 a-2영역을 포함 하는 열교환영역; 상기 제1열교환매체 제2연통로(250)를 통해 상기 제5연통홀(135)로 유입되어 유동되는 기액분리영역; 및 상기 열교환영역의 하측에 형성된 제1열교환매체 제2연통로(250)를 통해 이동된 제1열교환매체가 상기 제1유동부(100)의 제2유로(103)를 따라 이동되는 b-1영역과, 제1열교환매체 제1연통로(240)를 통해 이동된 제1열교환매체가 상기 제1유동부(100)의 제1유로(102)를 따라 이동되는 b-2영역을 포함하는 과냉영역; 을 거쳐 상기 제1출구파이프(120)를 통해 배출되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 판형 열교환기는 플레이트를 적층하는 간단한 구성으로서 이종 열교환매체의 열교환이 가능하며(열교환영역), 하나의 열교환매체 내부의 수분을 분리할 수 있으며(기액분리영역), 두 열교환매체의 열교환에 의해 과냉각을 유도(과냉영역)할 수 있어 소형화가 가능하며, 기액분리기를 형성하기 위한 별도의 파이프를 형성할 필요가 없어 공간효율성을 높일 수 있고, 생산성을 향상할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 판형 열교환기는 각각의 열교환매체 특성에 알맞게 패스를 조절 가능하여 두 열교환매체 간의 열교환을 충분히 이루어지도록 하고, 과냉각이 효과적으로 이루어지도록 함으로써 열교환효율을 향상할 수 있는 장점이 있다.
이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 판형 열교환기(1000)(1000)를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 2 내지 도 7은 본 발명에 따른 사시도, 분해사시도, AA'단면도, BB'단면도, CC'단면도, DD'단면도이고, 도 8은 본 발명에 따른 판형 열교환기(1000)를 구성하는 플레이트(130)를 나타낸 사시도이며, 도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 판형 열교환기(1000)의 제2열교환매체 흐름을 나타낸 도면이고, 도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 판형 열교환기(1000)의 제1열교환매체 흐름을 나타낸 도면이다.
본 발명의 판형 열교환기(1000)는 제1열교환매체가 유동되는 제1유동부(100)와 제2열교환매체가 유동되는 제2유동부(200)가 교번되어 형성되도록 적층되는 복수개의 플레이트(130); 상기 제1열교환매체가 유입되는 제1입구파이프(110) 및 배출되는 제1출구파이프(120); 상기 제2열교환매체가 유입되는 제2입구파이프(210) 및 배출되는 제2출구파이프(220); 가 각각 형성된다.
상기 플레이트(130)는 복수개가 적층되어 교대로 제1유동부(100)와 제2유동부(200)를 형성하고, 상기 제1유동부(100) 또는 제2유동부(200) 공간을 좌ㆍ우로 구분하여 각각 제1유로(102) 및 제2유로(103)를 형성하도록 길이방향으로 길게 상부 또는 하부 방향으로 돌출되는 제1구획부(101)가 형성된다. (상기 제1구획부(101)는 도면에서 좌측에 도시한 바와 같이, 제3연통홀(133) 및 제4연통홀(134) 사이에는 형성되지 않는다.)
상기 제1구획부(101)는 플레이트(130)의 적층에 의해 서로 접합되어 접합성능을 보다 향상할 뿐만 아니라, 제1유동부(100) 및 제2유동부(200)의 제1유로(102)와 제2유로(103)를 구획하도록 하는 것으로서, 도면에서 상기 구획부가 하부로 돌출형성된 예를 도시하였으나, 모든 플레이트(130)에서 상부로 돌출형성되어도 무방하다.
또한, 상기 플레이트(130)는 상기 제1유로(102) 및 제2유로(103)에 유동되는 제1열교환매체 및 제2열교환매체의 열교환효율을 높이기 위해 복수개의 비드(104)가 형성될 수 있다.
상기 비드(104)는 상기 플레이트(130)의 제1유로(102) 또는 제2유로(103)에 상부 또는 하부 방향으로 돌출형성되되, 모든 플레이트(130)에 동일한 방향으로 돌출되는 것이 바람직하다.
도면에서 상기 비드(104)가 상측방향으로 모두 돌출되도록 형성되고, 상기 구획부가 모두 하측방향으로 돌출형성된 예를 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
상기 제1유동부(100)와 제2유동부(200)는 내부에 제1열교환매체와 제2열교환매체가 각각 유동되며, 서로 혼합되지 않는 독립적인 유로를 형성한다.
이 때, 상기 제1유동부(100)는 제1입구파이프(110) 및 제1출구파이프(120)와 연통되고, 상기 제2유동부(200)는 제2입구파이프(210) 및 제2출구파이프(220)와 연통되어 내부에서 각자의 흐름을 형성하므로, 상기 플레이트(130)는 제1열교환매체 또는 제2열교환매체가 플레이트(130)의 적층방향으로 유동되도록 다수의 홀이 형성 된다.
먼저, 상기 제1열교환매체를 연통하는 구성을 살펴보면, 상기 플레이트(130)는 상기 제1열교환매체가 유동되는 제1유동부(100)가 연통되도록 중공되며, 그 둘레가 상부 또는 하부 방향으로 돌출되는 제1접합부(141, 141')가 형성되는 제1연통홀(131) 및 제2연통홀(132)이 형성된다.
또한, 상기 제2열교환매체의 연통을 위해, 상기 플레이트(130)는 상기 플레이트(130)의 적층방향으로 상기 제2유동부(200) 공간이 연통되도록 중공되어 제2열교환매체가 유동되도록 제3연통홀(133) 및 제4연통홀(134)이 형성된다.
이 때, 상기 제3연통홀(133) 및 제4연통홀(134)은 상기 제1연통홀(131) 및 제2연통홀(132)의 제1접합부(141, 141')의 돌출방향과 반대로 형성되는 제2접합부(142, 142')가 형성되어, 상기 플레이트(130)가 적층되어 형성하는 공간에 각각의 열교환매체가 유동되도록 한다.
상기 제1접합부(141, 141')는 상기 제1연통홀(131) 및 제2연통홀(132)에 형성되고, 상기 제2접합부(142, 142')는 제3연통홀(133) 및 제4연통홀(134)에 형성되며, 상기 제1접합부(141, 141')와 제2접합부(142, 142')는 서로 다른 방향으로 돌출되도록 하여, 상기 연통홀(131~134)을 따라 이동되는 제1열교환매체 또는 제2열교환매체가 서로 혼합되지 않고 각각의 제1유동부(100) 또는 제2유동부(200)를 따라 이동될 수 있도록 한다.
또한, 본 발명은 플레이트(130)의 일측이 수평방향으로 연장되고, 상기 플레이트(130)의 적층방향으로 서로 연통되는 제5연통홀(135)이 형성된다.
상기 제5연통홀(135)은 제1유동부(100)를 유동하는 제1열교환매체가 기액분리되는 공간을 형성하도록 플레이트(130)의 적층방향으로 서로 연통되도록 형성되는 구성으로서, 상기 제5연통홀(135)의 둘레부는 상기 제1연통홀(131) 및 제2연통홀(132)에 형성된 제1접합부(141, 141')와 동일한 방향으로 돌출된 제3접합부(143, 143')가 형성된다.
도면에서 상기 제1접합부(141)가 하측방향으로 형성된 구성을 도면부호 141로, 상기 제1접합부(141')가 상측방향으로 형성된 구성을 도면부호 141'로, 상기 제2접합부(142')가 하측방향으로 형성된 구성을 도면부호 142로, 상기 제2접합부(142')가 상측방향으로 형성된 구성을 도면부호 142', 상기 제3접합부(143)가 하측방향으로 형성된 구성을 도면부호 143으로, 상기 제3접합부(143')가 상측방향으로 형성된 구성을 도면부호 143'으로 도시하였다.
본 발명에 따른 판형 열교환기(1000)의 기본적인 구조를 형성하는 두 종류의 제1플레이트(130a)와 제2플레이트(130b)를 설명하면(도 3a, 도 8 (a) 및 (b) 참조), 상기 플레이트(130)는 상기 제1접합부(141) 및 제3접합부(143)가 하부방향으로 형성되고 상기 제2접합부(142')가 상부방향으로 형성된 제1플레이트(130a)와, 상기 제1접합부(141') 및 제3접합부(143')가 상부방향으로 형성되고 상기 제2접합부(142)가 하부방향으로 형성된 제2플레이트(130b)가 교대로 적층된다.
이 때, 상기 제1플레이트(130a) 및 제2플레이트(130b)의 접합에 의해, 이웃하는 제1접합부(141, 141'), 제2접합부(142, 142'), 제3접합부(143, 143')는 서로 접합된다.
더욱 상세히 설명하면, 상기 제1플레이트(130a)의 하부방향으로 형성된 제1접합부(141)는 상기 제2플레이트(130b)의 상부방향으로 형성된 제1접합부(141')와 접합되고, 상기 제1플레이트(130a)의 상부방향으로 형성된 제2접합부(142')는 상기 제2플레이트(130b)의 하부방향으로 형성된 제2접합부(142)와 접합되며, 상기 제1플레이트(130a)의 하부방향으로 형성된 제3접합부(143)는 상기 제2플레이트(130b)의 상부방향으로 형성된 제3접합부(143')와 접합된다.
상기한 바와 같이 형성된 경우에, 상기 제1플레이트(130a)의 상면에는 상기 제1열교환매체가 유동되어 상기 제1접합부(141, 141')의 접합된 부분을 따라 상기 제2플레이트(130b)의 하부에 구비되는 또 다른 제1플레이트(130a)의 상면 부분을 유동하게 된다.
또한, 상기 제2플레이트(130b)의 상면에는 제2열교환매체가 유동되며 상기 제2접합부(142, 142')의 접합된 부분을 따라 제1플레이트(130a) 하부에 구비되는 또 다른 제2플레이트(130b)의 상면 부분을 유동하게 된다.
즉, 상기 제1플레이트(130a)의 제1접합부(141)와 제2플레이트(130b)의 제1접합부(141')가 접합된 공간은 상기 제1열교환매체가 상부 또는 하부로 이동되는 공간으로, 상기 제1접합부(141, 141')가 접합되는 외측 부분은 제2열교환매체가 유동되는 제2유동부(200)를 형성하고, 상기 제2접합부(142, 142')가 접합되는 외측 부분은 제1열교환매체가 유동되는 제1유동부(100)를 형성하게 된다.
아울러, 본 발명의 판형 열교환기(1000)는 상기 제5연통홀(135)이 상기 제1 연통홀(131) 및 제2연통홀(132)과 같이 둘레부가 상기 제1접합부(141, 141')와 동일한 방향으로 제3접합부(143, 143')가 형성되어 제1열교환매체가 플레이트(130)의 적층방향으로 유동되어 기액분리되는 공간을 형성한다.
상기 제5연통홀(135)은 플레이트(130)의 적층에 따른 상기 제3접합부(143, 143')의 접합에 의해 높이방향으로 연통되어 액상의 제1열교환매체는 하측으로 이동되어 과냉되고, 기상의 제1열교환매체는 상측으로 이동되며, 외부의 제2열교환매체와 열교환되어 액화된다.
이 때, 상기 플레이트(130)는 상기 제2연통홀(132)과 제3연통홀(133) 사이에 상기 제1연통홀(131) 및 제2연통홀(134)에 형성된 제1접합부(141, 141')의 돌출방향과 동일한 방향으로 돌출형성되는 오목부(106) 또는 볼록부(107)가 상기 제1구획부(101)에 연장되게 형성되어 제1구획부(101)와 함께 제1유로 및 제2유로를 형성하도록 구획하거나, 제1열교환매체 제1연통로(240)를 형성하도록 한다.
즉, 상기 제1접합부(141)가 하측방향으로 형성된 제1플레이트(130a)에는 상기 제1구획부(101)와 동일하게 오목부(106)가 형성(도 8 (a) 참조)되고, 상기 제1접합부(141')가 상측방향으로 형성된 제2플레이트(130b)에는 볼록부(107)가 형성된다.(도 8 (b)참조)
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 판형 열교환기(1000)의 서로 다른 분해사시도로서, 도 3a는 플레이트(130)를 이격시킨 분해사시도를, 도 3b는 상기 제5연통홀(135)에 구비되는 구성을 이격시킨 분해사시도를 도 3c는 판형 열교환기(1000)의 저면측 분해사시도(캡(153) 이격시킨 도면)를 나타내었다.
본 발명의 판형 열교환기(1000)는 상기 도 3b 및 도 3c에 도시한 바와 같이, 상기 제5연통홀(135)에 의해 높이방향으로 연통되는 내부 영역에는 건조제(151) 및 필터(152)가 구비된다.
상기 건조제(151) 및 필터(152)는 제1열교환매체 내부의 수분과 이물질을 제거하는 구성으로서, 상기 제5연통홀(135)에 의해 형성되는 공간은 제1열교환매체를 일시 저장하고, 액상 제1열교환매체가 함유하는 기포를 분리하는 역할을 담당한다.
이 때, 본 발명의 판형 열교환기(1000)는 상기 제5연통홀(135)의 상측 또는 하측에 연통되며, 별도의 캡(153)이 개폐가능하게 결합되는 결합부(154)가 형성되어 상기 건조제(151) 및 필터(152)의 삽입이 용이하도록 하는 것이 바람직하다.
도 3c에서 상기 결합부(154)가 판형열교환기(1000)의 하측에 형성된 예를 도시하였다.
제1열교환매체 및 제2열교환매체의 흐름은 아래에서 다시 설명한다.
상기 제1연통홀(131) 및 제2연통홀(132)은 일측 단부에 형성되고, 상기 제3연통홀(133) 및 제4연통홀(134)은 타측 단부에 형성된다.
이 때, 본 발명의 판형 열교환기(1000)는 상기 오목부(106)와 볼록부(107)가 상기 플레이트(130)의 적층에 의해 서로 접합되는 영역은 제2유동부(200)의 제1유로(102) 및 제2유로(103)를 구획하며, 서로 접합되지 않는 영역은 제1유동부(100)의 제1유로(102) 및 제2유로(103)를 연통하는 제1열교환매체 제1연통로(240)를 형 성한다.
또한, 본 발명의 판형 열교환기(1000)는 제1연통홀(131) 및 제2연통홀(132)이 형성된 영역과 상기 제5연통홀(135)이 형성된 영역을 구획하도록 상기 제1유로(102) 또는 제2유로(103)의 폭방향으로 상기 제1접합부(141, 141')와 반대방향으로 돌출되는 제2구획부(105)가 형성되고, 상기 플레이트(130)의 적층에 의해 서로 접합되는 영역은 상기 제1열교환매체가 상기 제5연통홀(135)이 형성된 영역과 서로 연통되지 않으며, 서로 접합되지 않는 영역은 상기 제2열교환매체가 상기 제5연통홀(135)이 접합된 부분의 둘레를 따라 유동되어 제2유동부(200)의 제1유로(102) 및 제2유로(103)를 연통하는 제2열교환매체 연통로(230)를 형성한다.
도 8 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 상기 제2구획부(105)가 폭방향으로 상기 제1유로(102) 및 제2유로(103)에 모두 형성된 경우를 설명한다.
더욱 상세하게, 상기 제2구획부(105)가 상측으로 돌출형성되는(제1접합부(141)는 하측방향) 제1플레이트(130a)는 제1열교환매체가 유동되는 제1유동부(100)를 형성하는 플레이트(130)로서, 상측의 제2플레이트(130b)에 상기 제2구획부(105)가 하측으로 돌출형성되는 부분과 접합되어 상기 제5연통홀(135)이 형성된 영역과 서로 연통되지 않는다.
또한, 상기 제2구획부(105)가 하측으로 돌출형성되는(제1접합부(141')는 상측방향) 제2플레이트(130b)는 제2열교환매체가 유동되는 제2유동부(200)를 형성하는 플레이트(130)로서, 상기 제5연통홀(135)의 접합된 외측 둘레를 따라 제2열교환매체가 유동되어 제2유동부(200)의 제1유로(102) 및 제2유로(103)를 연통하는 제2 열교환매체 연통로(230)를 형성한다.
즉, 본 발명의 판형 열교환기(1000)는 상기 제1열교환매체가 기본적으로 제5연통홀(135)이 형성되지 않는 영역에 유동되며,(일부 영역에서 상기 제5연통홀(135)과 연통되어 상기 제5연통홀(135) 내부를 순환하는 구성은 아래에서 다시 설명한다.) 상기 제2열교환매체가 상기 플레이트(130)의 길이방향으로 상기 제1열교환매체가 유동되는 공간을 제외하고 전체 영역에 유동된다.
도 3a에서, 상기 플레이트(130)는 상기 제3연통홀(133)과 제4연통홀(134)의 사이에는 상기 제1구획부(101)가 형성되지 않아 제1유로 및 제2유로 간의 제1열교환매체가 유동되는 제1열교환매체 제1연통로(240)를 형성하는 예를 도시하였다.
또, 상기 제5연통홀(135)이 형성하는 공간과 제1유동부(100)의 일부 영역을 연통하여 제1열교환매체를 기액분리할 수 있도록 형성되는 제1열교환매체 제2연통로(250)를 설명한다.
상기 제2구획부(105)는 상기 제1유로(102) 및 제2유로(103) 중 한 영역에만 형성되고, 상기 제2구획부(105)가 형성되지 않는 영역은 상기 제1열교환매체가 상기 제5연통홀(135)로 이동되는 제1열교환매체 제2연통로(250)를 형성할 수 있다.
이 때, 상기 제2구획부(105)가 상기 제1유로(102) 및 제2유로(103) 중 한 영역에만 형성되어 제1열교환매체 제2연통로(250)를 형성하는 플레이트(130)는 상기 제1접합부(141)가 하측으로 형성되고, 상기 제2구획부(105)가 상측으로 형성된 플레이트(130)만 이용가능하다.
상기 플레이트(130)는 상기 제1연통홀(131) 및 제2연통홀(132), 제5연통홀(135)이 하측방향으로 형성되어 하측에 제1열교환매체가 유동되는 제1유동부(100)를 형성하는 플레이트(130)로서, 상기 제5연통홀(135)은 제1열교환매체가 유입되어 기액분리되어야 하므로, 상기 제1열교환매체 제2연통로(250)를 형성하는 플레이트(130)는 상기 제2구획부(105)가 상측으로 형성된다.
도 8 (c)에 도시한 플레이트(130)는 상기 플레이트(130)는 상기 제2구획부(105)가 제1유동부(100)의 제1유로(102)에만 형성되어 제2유로(103) 부분이 제1열교환매체 제2연통로(250)를 형성하는 예를 도시하였다.
또한, 상기 플레이트(130)는 상기 제1연통홀(131) 및 제2연통홀(132)이 폐쇄되어 제1열교환매체의 열교환영역과 과냉영역을 구분하도록 한 예를 도시하였다.
도 8 (d)는 최하측 플레이트(130)를 도시한 것으로서, 이 때, 제1열교환매체 제1출구파이프(120)를 통해 제1열교환매체가 배출될 수 있도록 제2연통홀(132)을 제외하고, 상기 제1연통홀(131), 제3연통홀(133) 및 제4연통홀(134)은 폐쇄된다.
본 발명의 판형 열교환기(1000)는 제1열교환매체 및 제2열교환매체가 서로 교대로 유동되되, 서로 영향을 주지 않도록 형성되는 데, 상기 제1열교환매체는 상기 제1연통홀(131) 및 제2연통홀(132), 상기 제2열교환매체는 상기 제3연통홀(133) 및 제4연통홀(134)을 통해 다양한 흐름을 갖게 된다.
본 발명의 판형 열교환기(1000)는 상술한 바와 같은 제2열교환매체 연통로(230), 제1열교환매체 제1연통로(240) 및 제1열교환매체 제2연통로(250)가 형성 되는 플레이트(130)의 개수 및 위치를 조절하거나, 연통홀(131~134) 중 하나 이상을 폐쇄하여 다양한 흐름을 가질 수 있다.
아래에서, 본 발명의 판형 열교환기(1000) 내부를 유동하는 제1열교환매체와 제2열교환매체의 구체적인 유동에 대하여 설명한다.
도 9 및 도 10은 제2열교환매체의 흐름을, 도 11 및 도 12는 제1열교환매체의 흐름을 도시하였다.
도 9 및 도 10에 도시한 판형 열교환기(1000)는 상기 제2입구파이프(210) 및 제2출구파이프(220)가 상측의 일측 단부에 각각 제3연통홀(133) 및 제4연통홀(134)과 연결된 예를 도시하였다.
상기 도 9 및 도 10에 도시한 판형 열교환기(1000)는 상기 제2입구파이프(210)를 통해 상기 제3연통홀(133)로 유입된 제2열교환매체가 상기 제2유동부(200)의 제1유로(102)를 따라 이동되는 2-1영역; 및 상기 제5연통홀(135)의 접합된 외측을 따라 상기 제2열교환매체 연통로(230)를 통해 이동된 제2열교환매체가 상기 제2유동부(200)의 제2유로(103)를 따라 이동되는 2-2영역을 거쳐 상기 제2출구파이프(220)를 통해 배출되는 예를 도시하였다.
또한, 상기 제1열교환매체와 제2열교환매체는 서로 다른 온도를 가지고 다른 특성을 가지고 있으므로, 각 열교환매체의 특성을 반영하여 충분한 열교환이 이루어질 수 있도록(압력 등의 차이에 의한 흐름 특성 차이) 본 발명의 판형 열교환기(1000)는 상기 제1열교환매체의 흐름이 상기 제2열교환매체보다 복잡한 흐름을 가질 필요가 있으며, 아래에서 열교환영역, 기액분리영역 및 과냉영역을 포함하여 열교환되는 흐름을 상세히 설명한다.
도 11 및 도 12에 도시한 판형 열교환기(1000)는 상기 제2연통홀(132)의 상측에서 상기 제1입구파이프(110)가 하측에서 상기 제2출구파이프(220)가 연결된 예를 도시하였다.
더욱 상세하게, 도 11 및 도 12에 도시한 편형 열교환기는 상기 제1입구파이프(110)를 통해 상기 제2연통홀(132)로 유입된 제1열교환매체가 상기 제2연통홀(132)이 폐쇄된 영역까지 이동되면서 상기 제1유동부(100)의 제1유로(102)를 따라 이동되는 a-1영역과, 상기 제1열교환매체 제1연통로(240)를 통해 이동된 제1열교환매체가 상기 제1유동부(100)의 제2유로(103)를 따라 이동되는 a-2영역을 포함하는 열교환영역; 상기 제1열교환매체 제2연통로(250)를 통해 상기 제5연통홀(135)로 유입되어 유동되는 기액분리영역; 및 상기 열교환영역의 하측에 형성된 제1열교환매체 제2연통로(250)를 통해 이동된 제1열교환매체가 상기 제1유동부(100)의 제2유로(103)를 따라 이동되는 b-1영역과, 제1열교환매체 제1연통로(240)를 통해 이동된 제1열교환매체가 상기 제1유동부(100)의 제1유로(102)를 따라 이동되는 b-2영역을 포함하는 과냉영역; 을 거쳐 상기 제1출구파이프(120)를 통해 배출된다.
즉, 본 발명의 판형 열교환기(1000)는 플레이트(130)를 적층하는 간단한 구조로서, 일체화된 판형 열교환기(1000)에서 열교환, 기액분리, 및 과냉이 동시에 이루어짐으로써 충분한 열교환기 가능하며, 기액분리기를 별도로 형성함에 따른 파 이프 등의 구성이 필요치 않아 소형화 및 공간 효율성을 높일 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 판형 열교환기(1000)는 상술한 바와 같은 흐름에 한정되는 것이 아니며, 연통홀의 개수, 형성되는 위치, 구획하는 영역 등에 따라 더욱 다양한 흐름을 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
도 1은 종래의 판형 열교환기에 따른 개략도.
도 2 내지 도 7은 본 발명에 따른 사시도, 분해사시도, AA'단면도, BB'단면도, CC'단면도, DD'단면도.
도 8은 본 발명에 따른 판형 열교환기를 구성하는 플레이트를 나타낸 사시도.
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 판형 열교환기의 제2열교환매체 흐름을 나타낸 도면.
도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 판형 열교환기의 제1열교환매체 흐름을 나타낸 도면.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
1000 : 본 발명에 따른 판형 열교환기
100 : 제1유동부
101 : 제1구획부 102 : 제1유로
103 : 제2유로 104 : 비드
105 : 제2구획부 106 : 오목부
107 : 볼록부
110 : 제1입구파이프 120 : 제1출구파이프
130 : 플레이트
130a : 제1플레이트
130b : 제2플레이트
131 : 제1연통홀 132 : 제2연통홀
133 : 제3연통홀 134 : 제4연통홀
135 : 제5연통홀
141, 141' : 제1접합부 142, 142' : 제2접합부
151 : 건조제 152 : 필터
153 : 캡 134 ; 결합부
200 : 제2유동부
210 : 제2입구파이프 220 : 제2출구파이프
230 : 제2열교환매체 연통로
240 : 제1열교환매체 제1연통로 250 : 제1열교환매체 제2연통로
a-1, a-2 : 제1열교환매체의 열교환영역
b-1, b-2 : 제1열교환매체의 과냉영역
2-1, 2-2 : 제2열교환매체의 열교환영역

Claims (14)

  1. 각각 제1열교환매체 및 제2열교환매체가 교대로 유동되는 제1유동부(100) 및 제2유동부(200)를 형성하도록 복수개 적층되는 플레이트(130); 제1열교환매체가 유입되는 제1입구파이프(110) 및 배출되는 제1출구파이프(120); 제2열교환매체가 유입되는 제2입구파이프(210) 및 배출되는 제2출구파이프(220)가 형성된 판형 열교환기(1000)에 있어서,
    상기 판형 열교환기(1000)는
    상기 플레이트(130)의 일측이 수평방향으로 연장되고, 상기 플레이트(130)의 적층방향으로 서로 연통되는 제5연통홀(135)이 형성되어 상기 제1유동부(100)를 유동하는 제1열교환매체가 기액분리되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트(130)는
    상기 플레이트(130)의 적층방향으로 상기 제1유동부(100)가 연통되도록 중공되며 그 둘레가 상부 또는 하부 방향으로 돌출되는 제1접합부(141, 141')가 형성되는 제1연통홀(131)과 제2연통홀(132); 및
    상기 플레이트(130)의 적층방향으로 상기 제2유동부(200)가 연통되도록 중공되며, 상기 제1접합부(141, 141')의 돌출방향과 반대 방향으로 돌출되는 제2접합 부(142, 142')가 형성되는 제3연통홀(133) 및 제4연통홀(134)이 형성되고,
    상기 제1연통홀(131) 및 제2연통홀(132)은 일측 단부에 형성되고, 상기 제3연통홀(133) 및 제4연통홀(134)은 타측 단부에 형성되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제5연통홀(135)의 둘레부는 상기 제1연통홀(131) 및 제2연통홀(132)에 형성된 제1접합부(141, 141')와 동일한 방향으로 돌출된 제3접합부(143, 143')가 형성되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 판형 열교환기(1000)는 상기 제1접합부(141)가 하부방향으로 형성되고 상기 제2접합부(142')가 상부방향으로 형성된 제1플레이트(130a)와, 상기 제1접합부(141')가 상부방향으로 형성되고 상기 제2접합부(142)가 하부방향으로 형성된 제2플레이트(130b)가 교대로 적층되되,
    상기 제1플레이트(130a)와 제2플레이트(130b)는 이웃하는 제1접합부(141, 141') 및 제2접합부(142, 142')는 각각 접합되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 플레이트(130)는
    상기 제3연통홀(133)과 제4연통홀(134)의 사이를 제외하고, 상기 제1유동부(100) 및 제2유동부(200)를 좌ㆍ우로 구분하여 각각 제1유로(102) 및 제2유로(103)를 형성하도록 길이방향으로 길게 상부 또는 하부 방향으로 돌출되는 제1구획부(101); 가 형성되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 플레이트(130)는 상기 제2연통홀(132)과 제3연통홀(133) 사이에 상기 제1연통홀(131) 및 제2연통홀(134)에 형성된 제1접합부(141, 141')의 돌출방향과 동일한 방향으로 돌출형성되는 오목부(106) 또는 볼록부(107)가 상기 제1구획부(101)에 연장되게 형성되고,
    상기 플레이트(130)의 적층에 의해 서로 접합되는 영역은 제2유동부(200)의 제1유로(102) 및 제2유로(103)를 구획하며, 서로 접합되지 않는 영역은 제1유동부(100)의 제1유로(102) 및 제2유로(103)를 연통하는 제1열교환매체 제1연통로(240)를 형성하는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 판형 열교환기(1000)는 상기 제5연통홀(135)에 의해 형성된 내부 공간에 건조제(151) 및 필터(152)가 구비되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 판형 열교환기(1000)는 상기 제5연통홀(135)의 상측 또는 하측에 연통되며, 별도의 캡(153)이 개폐가능하게 결합되는 결합부(154)가 형성되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 판형 열교환기(1000)는 상기 플레이트(130)의 적층에 의해 서로 접합되는 영역은 제2유동부(200)의 제1유로(102) 및 제2유로(103)를 구획하며, 서로 접합되지 않는 영역은 제1유동부(100)의 제1유로(102) 및 제2유로(103)를 연통하는 제1열교환매체 제1연통로(240)가 형성되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 플레이트(130)는
    상기 제1연통홀(131) 및 제2연통홀(132)이 형성된 영역과 상기 제5연통홀(135)이 형성된 영역을 구획하도록 상기 제1유로(102) 또는 제2유로(103)의 폭방향으로 상기 제1접합부(141, 141')와 반대방향으로 돌출되는 제2구획부(105)가 형성되고,
    상기 플레이트(130)의 적층에 의해 서로 접합되는 영역은 상기 제1열교환매체가 상기 제5연통홀(135)이 형성된 영역과 서로 연통되지 않으며, 서로 접합되지 않는 영역은 상기 제2열교환매체가 상기 제5연통홀(135)이 접합된 부분의 둘레를 따라 유동되어 제2유동부(200)의 제1유로(102) 및 제2유로(103)를 연통하는 제2열교환매체 연통로(230)를 형성하는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 플레이트(130) 중 일부 플레이트(130)는 상측으로 돌출된 상기 제2구획부(105)가 제1유로(102) 및 제2유로(103) 중 한 영역에만 형성되고, 상기 제2구획부(105)가 형성되지 않는 영역은 상기 제1열교환매체가 상기 제5연통홀(135)로 이동되는 제1열교환매체 제2연통로(250)를 형성하는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
  12. 제9항 내지 제11항 중 한 항에 있어서,
    상기 플레이트(130) 중 일부 플레이트(130)는 상기 제1연통홀(131) 및 제2연통홀(132)이 모두 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 판형 열교환기(1000)는 상기 제2입구파이프(210) 및 제2출구파이프(220)가 상측의 일측 단부에 각각 제3연통홀(133) 및 제4연통홀(134)과 연결되고,
    상기 제2입구파이프(210)를 통해 상기 제3연통홀(133)로 유입된 제2열교환매체는 상기 제2유동부(200)의 제1유로(102)를 따라 이동되는 2-1영역; 및
    상기 제2열교환매체 연통로(230)를 통해 이동된 제2열교환매체가 상기 제2유동부(200)의 제2유로(103)를 따라 이동되는 2-2영역을 거쳐 상기 제2출구파이프(220)를 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 판형 열교환기(1000)는 상기 제2연통홀(132)의 상측에서 상기 제1입구파이프(110)가 하측에서 상기 제2출구파이프(220)가 연결되고,
    상기 제1입구파이프(110)를 통해 상기 제2연통홀(132)로 유입된 제1열교환매 체는 상기 제2연통홀(132)이 폐쇄된 영역까지 이동되면서 상기 제1유동부(100)의 제1유로(102)를 따라 이동되는 a-1영역과, 상기 제1열교환매체 제1연통로(240)를 통해 이동된 제1열교환매체가 상기 제1유동부(100)의 제2유로(103)를 따라 이동되는 a-2영역을 포함하는 열교환영역;
    상기 제1열교환매체 제2연통로(250)를 통해 상기 제5연통홀(135)로 유입되어 유동되는 기액분리영역; 및
    상기 열교환영역의 하측에 형성된 제1열교환매체 제2연통로(250)를 통해 이동된 제1열교환매체가 상기 제1유동부(100)의 제2유로(103)를 따라 이동되는 b-1영역과, 제1열교환매체 제1연통로(240)를 통해 이동된 제1열교환매체가 상기 제1유동부(100)의 제1유로(102)를 따라 이동되는 b-2영역을 포함하는 과냉영역; 을 거쳐 상기 제1출구파이프(120)를 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
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