KR20110080876A - 플레이트 열교환기 - Google Patents

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KR20110080876A
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한국델파이주식회사
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Abstract

본 발명은 플레이트 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 각 플레이트들 사이의 조립성을 향상시킬 수 있는 플레이트 열교환기에 관한 것이다.
개시된 본 발명은 상하방향으로 적층된 복수의 열교환유닛을 구비하고, 각 열교환유닛은 상호 대면하는 상부 플레이트 및 하부 플레이트로 구성되며, 상기 상부 플레이트 및 하부 플레이트의 서로 대응하는 가장자리에는 가조립용 홈 및 가조립용 플랜지가 형성되고, 상기 가조립용 플랜지는 상기 가조립용 홈측으로 절곡가능한 것을 특징으로 한다.

Description

플레이트 열교환기{PLATE TYPE HEAT EXCHANGER}
본 발명은 플레이트 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 각 플레이트들 사이의 조립성을 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 플레이트들이 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 소통하도록 구성된다.
한편, 플레이트 열교환기는 2개의 열교환플레이트가 가조립된 상태의 열교환유닛들이 복수개로 상하로 적층된 후에 브레이징노 내에서 브레이징 용접된다. 이때, 가조립된 2개의 열교환플레이트들의 결합위치 또는 결합상태가 쉽게 유지되지 못할 경우가 종종 있으며, 이에 제품 불량이 빈번하게 발생되는 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 브레이징 용접 되기 전에 서로 대면하여 가조립되는 2개의 플레이트들 사이의 결합위치 또는 결합상태를 일정하게 유지시킴으로써 정밀한 품질을 구현할 수 있는 플레이트 열교환기를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
상하방향으로 적층된 복수의 열교환유닛을 포함하고, 각 열교환유닛은 상호 대면하는 상부 플레이트 및 하부 플레이트로 구성되며, 상기 상부 플레이트 및 하부 플레이트의 서로 대응하는 가장자리에는 가조립용 홈 및 가조립용 플랜지가 형성되고, 상기 가조립용 플랜지는 상기 가조립용 홈측으로 절곡가능한 것을 특징으로 한다.
상기 가조립용 플랜지는 상부 플레이트 및 하부 플레이트 중에서 어느 일측 플레이트의 가장자리에서 외측으로 연장된 몸체부를 가지고, 상기 몸체부는 절곡기준부를 매개로 상기 플레이트의 가장자리에 절곡가능하게 연결되며, 상기 가조립용 플랜지의 몸체부는 상기 절곡기준부를 기준으로 절곡되어 상기 몸체부의 일부가 상기 가조립용 홈에 끼워지는 것을 특징으로 한다.
상기 절곡기준부의 양측에는 한 쌍의 절취홈이 형성되고, 상기 절취홈에 의해 상기 절곡기준부는 상기 플레이트의 가장자리 부분에서 이격되는 것을 특징으로 한다.
상기 가조립용 플랜지의 자유단부에는 양측방향으로 연장된 한 쌍의 파지부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 절곡기준부는 상기 몸체부 보다 좁은 폭을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 몸체부에는 그 길이방향을 따라 상기 몸체부의 강성을 보강하는 보강엠보싱이 형성되는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 가조립용 플랜지 및 가조립용 홈에 의해 상부 플레이트 및 하부 플레이트의 가조립이 용이할 뿐만 아니라 그 가조립된 상태가 견고함에 따라, 브레이징 공정 전에 상부 플레이트 및 하부 플레이트의 가조립된 상태가 외력에 의해서도 일정하게 유지될 수 있고, 이에 그 제품 품질이 향상될 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플레이트 열교환기의 열교환유닛을 도시한 분해사시도이다.
도 2는 도 1의 화살표 A부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 화살표 B부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 가조립용 플랜지 및 가조립용 홈에 의해 복수의 열교환유닛이 가조립이 되기 전에 적층된 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 가조립용 플랜지 및 가조립용 홈에 의해 복수의 열교환유닛이 가조립이 되어 적층된 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 화살표 C 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 플레이트 열교환기를 도시한 측단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 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 7에 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 7에 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.
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 및 하부 이격돌기(22)의 저면이 서로 기밀하게 접촉하고, 이에 상부 및 하부 플레이트(11, 12)의 접착이 더욱 용이해질 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 각 열교환유닛(10)은 그 양측에 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 끼움결합되거나, 하부측 열교환유닛(10)의 상부 플랜지(23)에 그 상부측 열교환유닛(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, 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 폐쇄한다.
한편, 본 발명의 플레이트 열교환기는 복수의 열교환유닛(10)이 상하방향으로 적층된 상태에서 브레이징 노(爐) 내에서 브레이징 용접되어 제조된다. 이때, 각 열교환유닛(10)의 상부 플레이트(11) 및 하부 플레이트(12)는 그 가장자리(11a, 12a)가 서로 기밀하게 접촉한 가조립된 상태를 일정하게 유지하여야 그 가장자리(11a, 12a)들 사이의 접착이 정밀하게 이루어질 수 있다.
이에, 상부 플레이트(11) 및 하부 플레이트(12)는 각 가장자리(11a, 12a)의 일측에 위치결정용 조립돌기 및 조립홈(11c, 12c)이 형성된다. 이에 의해, 상부 플레이트(11) 및 하부 플레이트(12)의 가장자리(11c, 12c)들은 그 위치결정이 용이하여 그 가결합이 신속하게 이루어질 수 있고, 이에 따라 상부 및 하부 플레이트(11, 12)의 접착이 매우 정확하고 견고하게 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명은 위치결정용 조립돌기 및 조립홈(11c, 12c)에 인접한 부분에 가조립용 플랜지(71) 및 가조립용 홈(72)이 상호 대응되게 형성될 수 있다.
예컨대, 도 2에 예시된 바와 같이 상부 플레이트(11)의 길이방향 단부의 가장자리에는 가조립용 홈(72)이 형성되고, 도 3에 예시된 바와 같이 하부 플레이트(12)의 길이방향 단부의 가장자리에는 가조립용 플랜지(71)가 형성된다. 이와 달리, 본 발명은 가조립용 플랜지(71)가 상부 플레이트(11)측에 형성되고, 가조립용 홈(72)이 하부 플레이트(12)측에 형성되어도 무방하다.
도 3에 도시된 바와 같이, 가조립용 플랜지(71)는 하부 플레이트(12)의 가장자리(12a)에서 외측으로 연장된 몸체부(71a)를 가지고, 몸체부(71a)는 절곡기준부(71b)를 매개로 하부 플레이트(12)의 가장자리(12a)에 절곡가능하게 연결되고, 절곡기준부(71b)는 몸체부(71a)의 절곡 시에 그 기준이 되는 부분이다.
이러한 상부 플레이트(11) 및 하부 플레이트(12)의 가조립을 상세히 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 도 4에 도시된 바와 같이 상부 플레이트(11) 및 하부 플레이트(12)의 가장자리(11a, 12a)를 서로 정밀하게 정렬시킨다. 그런 다음, 도 5 내지 도 7과 같이 절곡기준부(71b)를 기준으로 가조립용 플랜지(71)의 몸체부(71a)를 상부 플레이트(11)측으로 절곡시키면, 몸체부(71a)의 일부가 가조립용 홈(72)내에 끼워진다. 이에, 상부 플레이트(11) 및 하부 플레이트(12)는 그 가조립이 매우 용이할 뿐만 아니라 그 가조립된 상태가 매우 견고해져 그 가조립된 상태가 일정하게 유지될 수 있고, 상부 플레이트(11) 및 하부 플레이트(12)는 그 가조립된 상태에서 브레이징 용접이 정밀하게 이루어질 수 있다.
그리고, 가조립용 플랜지(71)의 몸체부(71a)에는 그 길이방향을 따라 보강엠보싱(71c)이 형성되고, 이 보강엠보싱(71c)에 의해 몸체부(71a)는 그 강성이 보강될 수 있다.
또한, 절곡기준부(71b)의 양측에는 한 쌍의 절취홈(73a, 73b)이 형성되고, 이 절취홈(73a, 73b)에 의해 절곡기준부(71b)의 양측이 하부 플레이트(12)의 가장자리 부분에서 분리되며, 이에 의해 절곡기준부(71b)의 절곡작용이 더욱 용이해질 수 있다.
또한, 절곡기준부(71b)는 도 3에 도시된 바와 같이, 가조립용 플랜지(71)의 몸체부(71a) 보다 그 폭이 좁게 형성되고, 이에 절곡기준부(71b)를 기준으로 하는 절곡작용이 보다 용이해질 수 있다.
그리고, 가조립용 플랜지(71)의 몸체부(71a)의 자유단부에는 한쌍의 파지부(74a, 74b)가 양측방향으로 연장될 수 있고, 작업자가 가조립용 플랜지(71)의 절곡작업 시에 파지부(74a, 74b)를 파지할 수 있으므로 그 절곡작업이 매우 간편하게 이루어지는 장점이 있다.
이상과 같은 본 발명은, 가조립용 플랜지(71) 및 가조립용 홈(72)에 의해 상부 플레이트(11) 및 하부 플레이트(12)의 가조립이 용이할 뿐만 아니라 그 가조립된 상태가 견고함에 따라, 브레이징 공정 전에 상부 플레이트(11) 및 하부 플레이트(12)의 가조립된 상태가 외력에 의해서도 일정하게 유지될 수 있고, 이에 그 제품 품질이 향상될 수 있는 장점이 있다.
10: 열교환유닛 11: 상부 플레이트
12: 하부 플레이트 11a, 12a: 가장자리
11d, 12d: 평탄부 18: 제1유동채널
21, 22: 이격돌기 28: 제2유동채널
71: 가조립용 플랜지 71a: 몸체부
71b: 절곡기준부 72: 가조립용 홈
73a, 73b: 절취홈 74a, 74b: 파지부

Claims (6)

  1. 상하방향으로 적층된 복수의 열교환유닛을 포함하고, 각 열교환유닛은 상호 대면하는 상부 플레이트 및 하부 플레이트로 구성되며, 상기 상부 플레이트 및 하부 플레이트의 서로 대응하는 가장자리에는 가조립용 홈 및 가조립용 플랜지가 형성되고, 상기 가조립용 플랜지는 상기 가조립용 홈측으로 절곡가능한 것을 특징으로 하는 플레이트 열교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가조립용 플랜지는 상부 플레이트 및 하부 플레이트 중에서 어느 일측 플레이트의 가장자리에서 외측으로 연장된 몸체부를 가지고, 상기 몸체부는 절곡기준부를 매개로 상기 플레이트의 가장자리에 절곡가능하게 연결되며, 상기 가조립용 플랜지의 몸체부는 상기 절곡기준부를 기준으로 절곡되어 상기 몸체부의 일부가 상기 가조립용 홈에 끼워지는 것을 특징으로 하는 플레이트 열교환기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 절곡기준부의 양측에는 한 쌍의 절취홈이 형성되고, 상기 절취홈에 의해 상기 절곡기준부는 상기 플레이트의 가장자리 부분에서 이격되는 것을 특징으로 하는 플레이트 열교환기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가조립용 플랜지의 자유단부에는 양측방향으로 연장된 한 쌍의 파지부가 형성되는 것을 특징으로 하는 플레이트 열교환기.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 절곡기준부는 상기 몸체부 보다 좁은 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 플레이트 열교환기.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 몸체부에는 그 길이방향을 따라 상기 몸체부의 강성을 보강하는 보강엠보싱이 형성되는 것을 특징으로 하는 플레이트 열교환기.
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