KR20130037068A - 수랭식 열교환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수랭식 열교환기에 관한 것으로, 한 방향으로 나란하게 배열되며 내부에 제 1 유체가 유동하는 복수의 제 1 유체관과 상기 복수의 제 1 유체관 사이에 나란하게 배열되며 내부에 제 2 유체가 유동하는 복수의 제 2 유체관을 포함하는 열교환기 코어부; 제 1 유체가 복수의 제 1 유체관 내부를 지그재그 방식으로 유동하도록 내부에 제 1 칸막이가 형성되며, 열교환기 코어부의 측면에 서로 대향되게 장착되는 한 쌍의 제 1 유체헤더탱크; 한 쌍의 제 1 유체헤더탱크 중 어느 하나의 제 1 유체헤더탱크에 형성되며 제 1 유체가 유입되는 제 1 유체입구와 제 1 유체가 배출되는 제 1 유체출구; 제 2 유체가 상기 복수의 제 2 유체관 내부를 지그재그 방식으로 유동하도록 내부에 제 2 칸막이가 형성되며, 열교환기 코어부의 측면에 서로 대향되게 장착되는 한 쌍의 제 2 유체헤더탱크; 및 한 쌍의 제 2 유체헤더탱크 중 어느 하나의 제 2 유체헤더탱크에 형성되며 제 2 유체가 유입되는 제 2 유체입구와 제 2 유체가 배출되는 제 2 유체출구를 포함하되, 열교환기 코어부는 한 쌍의 제 2 유체헤더탱크와 탈, 부착 가능하게 결합되는 것을 특징으로 한다.

Description

수랭식 열교환기{Water-cooled heat exchanger}
본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열교환기의 경량화가 가능하며, 물을 공급하는 헤더탱크의 분리가 가능하여 유지 보수가 편리하고 또한 물의 결빙에 의해 열교환기 코어부의 파손을 방지할 수 있는 수랭식 열교환기에 관한 것이다.
도 1a와 1b는 본 출원인이 특허출원(10-2009-0076191)하여 등록된 열교환기에 대한 외형도 및 작동원리를 설명한 그림이다. 도 1a와 1b에 도시된 바와 같이 기존의 열교환기는 제1유체입구관(10), 제1유체출구관(20), 제1유체헤더탱크(30-1, 30-2), 제2유체입구관(40), 제2유체출구관(50), 제2유체헤더탱크(60-1, 60-2), 열교환기 코어부(70), 그리고 칸막이(80)로 구성된다. 제1유체유입관(10)과 제2유체유입관(40)을 통해 열교환기내부로 유입된 각 유체는 열교환기 코어부(70)에서 열교환이 이루어진 후, 제1유체출구관(20)과 제2유체출구관(50)을 통해 각각 배출된다. 각 유체의 헤더탱크(30-1, 30-2, 60-1,60-2)에 칸막이(80)를 설치함으로써 열교환기 코어부(70)에서 완벽한 직교류 유동을 유도하여 열전달 효율을 좋게 하였다.
그러나 기존의 열교환기는 각각의 입출구관과 헤더탱크 그리고 코어부를 용접하여 제작하기 때문에 분해 및 분리가 불가능하다. 따라서 여건상 정수되지 않는 물을 냉각수로 사용하거나, 물을 필터링하더라도 잘 걸러지지 않는 석회성분이 포함된 물을 사용하는 경우 열교환기의 냉각수 유로에 이물질이 퇴적되어 열전달 성능이 감소하며 심할 경우에는 냉각수 유로가 부분적으로 막히기도 한다. 이렇게 유로가 막히거나 또는 사용자의 실수로 냉각수 펌프를 가동하지 않은 상황에서 냉동기를 운전하는 경우 열교환기 내부에 정체된 물은 결빙되면서 체적이 팽창하여 열교환기 코어부를 파열시킨다. 열교환기 코어부가 파열되면 냉매라인으로 물이 유입되어 냉동시스템이 파손되는 치명적인 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0943573호(등록일 2010.02.12)
본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 열교환기 코어부로부터 냉각수 유로의 분리가 가능하도록 하여 화학약품을 사용하여 세척하지 않아도 냉각수 측 유로청소가 가능한 수랭식 열교환기를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 또 다른 목적은 열교환기의 냉각수 유로 측 헤더탱크를 금속 재질이 아닌 재료를 사용하여 열교환기의 무게를 줄이고, 재료비를 절감할 수 있는 수랭식 열교환기를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 또 다른 목적은 사용자의 부주의나 제품 불량으로 인해 열교환기 내부에 냉각수가 정체되는 현상이 일어나 물이 결빙되더라도 열교환기 코어부가 파열되는 것을 방지할 수 있는 수랭식 열교환기를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양상에 따른 수랭식 열교환기는, 한 방향으로 나란하게 배열되며 내부에 제 1 유체가 유동하는 복수의 제 1 유체관과 상기 복수의 제 1 유체관 사이에 나란하게 배열되며 내부에 제 2 유체가 유동하는 복수의 제 2 유체관을 포함하는 열교환기 코어부; 제 1 유체가 복수의 제 1 유체관 내부를 지그재그 방식으로 유동하도록 내부에 제 1 칸막이가 형성되며, 열교환기 코어부의 측면에 서로 대향되게 장착되는 한 쌍의 제 1 유체헤더탱크; 한 쌍의 제 1 유체헤더탱크 중 어느 하나의 제 1 유체헤더탱크에 형성되며 제 1 유체가 유입되는 제 1 유체입구와 제 1 유체가 배출되는 제 1 유체출구; 제 2 유체가 상기 복수의 제 2 유체관 내부를 지그재그 방식으로 유동하도록 내부에 제 2 칸막이가 형성되며, 열교환기 코어부의 측면에 서로 대향되게 장착되는 한 쌍의 제 2 유체헤더탱크; 및 한 쌍의 제 2 유체헤더탱크 중 어느 하나의 제 2 유체헤더탱크에 형성되며 제 2 유체가 유입되는 제 2 유체입구와 제 2 유체가 배출되는 제 2 유체출구를 포함하되, 열교환기 코어부는 한 쌍의 제 2 유체헤더탱크와 탈, 부착 가능하게 결합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따른 수랭식 열교환기는, 한 쌍의 제 2 유체헤더탱크에는 제 1 체결구가 체결되는 복수개의 제 1 체결공을 포함하는 제1 결합부가 형성되며, 열교환기 코어부는 한 쌍의 제 2 유체헤더탱크와 탈, 부착 가능하게 결합되도록 제1 결합부의 체결공에 체결된 제 1 체결구가 체결되는 복수개의 제 2 체결공을 포함하는 제2 결합부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 부가적인 양상에 따른 수랭식 열교환기는, 한 쌍의 제 2 유체헤더탱크는 플라스틱 재질의 사출 성형물인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 부가적인 양상에 따른 수랭식 열교환기는, 제1, 제2 결합부에는 오링이 삽입되는 오링삽입홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수랭식 열교환기는 열교환기 코어부로부터 냉각수 유로의 분리가 가능하도록 하여 화학약품을 사용하여 세척하지 않아도 열교환기 코어부의 냉각수가 흐르는 제 2 유체관 내부 청소가 용이한 유용한 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 수랭식 열교환기는 물을 공급하는 헤더탱크를 금속 재질이 아닌 재료를 사용하여 열교환기의 무게를 줄이고, 재료비를 절감할 수 있는 유용한 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 수랭식 열교환기는 사용자의 부주의나 제품 불량으로 인해 열교환기 코어부 내부에 냉각수가 정체되는 현상이 일어나 물이 결빙되더라도 열교환기 코어부가 파열되는 것을 방지할 수 있는 유용한 효과가 있다.
도 1a, 1b는 기존 수랭식 열교환기의 외형도 및 작동 원리를 설명하기 위한 예시도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 수랭식 열교환기의 외관을 도시한 것으로,
도 2a는 수랭식 열교환기의 사시도,
도 2b는 수랭식 열교환기의 정면도,
도 2c는 수랭식 열교환기의 평면도,
도 2d는 수랭식 열교환기의 분해도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 제 2 유체헤더탱크를 도시한다.
도 3b는 도 4의 A-A 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 전술한, 그리고 추가적인 양상을 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 2 는 본 발명에 따른 수랭식 열교환기의 외관을 도시한 것으로, 도 2a는 수랭식 열교환기의 사시도이고, 도 2b는 수랭식 열교환기의 정면도이고, 도 2c는 수랭식 열교환기의 평면도이고, 도 2d는 수랭식 열교환기의 분해도이다.
도시한 바와 같이 본 발명의 수랭식 열교환기는 크게 열교환기 코어부(100)와, 열교환기 코어부(100)의 측면에 서로 대향되게 장착되는 한 쌍의 제 1 유체헤더탱크(130-1, 130-2)와, 한 쌍의 제 2 유체헤더탱크(160-1, 160-2)를 포함하여 구현된다. 본 명세서에서 제 1 유체는 냉매이고, 제 2 유체는 냉각수이다.
열교환기 코어부(100)는 도 2d에 도시한 바와 같이, 한 방향으로 나란하게 배열되며 내부에 제 1 유체가 유동하는 복수의 제 1 유체관(121)과 복수의 제 1 유체관(121) 사이에 나란하게 배열되며 내부에 제 2 유체가 유동하는 복수의 제 2 유체관(141)을 포함한다.
한 쌍의 제 1 유체헤더탱크(130-1, 130-2)는 제 1 유체가 복수의 제 1 유체관(121)내부를 지그재그 방식으로 유동하도록 내부에 제 1 칸막이가 형성된다. 한 쌍의 제 1 유체헤더탱크(130-1, 130-2) 중 어느 하나의 제 1 유체헤더탱크(130-1)에는 제 1 유체가 유입되는 제 1 유체입구(110)와 제 1 유체가 배출되는 제 1 유체출구(120)가 형성된다.
한 쌍의 제 2 유체헤더탱크(160-1, 160-2)는 제 2 유체가 복수의 제 2 유체관(141) 내부를 지그재그 방식으로 유동하도록 내부에 제 2 칸막이(180)가 형성된다. 한 쌍의 제 2 유체헤더탱크(160-1, 160-2) 중 어느 하나의 제 2 유체헤더탱크(160-1)에는 제 2 유체가 유입되는 제 2 유체입구(140)와 제 2 유체가 배출되는 제 2 유체출구(150)가 형성된다.
한 쌍의 제 2 유체헤더탱크(160-1, 160-2)는 플라스틱 재질의 사출 성형물로 구현된다. 여기서, 플라스틱 재질은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 아크릴(Acryl), 폴리카보네이트(PC), 우레탄 아크릴레이트(Urethane Acrylate), 폴리에스테르(Polyester), 에폭시 아크릴레이트(Epoxy Acrylate), 폴리염화비닐(PVC)로 구현될 수 있다. 한 쌍의 제 2 유체헤더탱크(160-1, 160-2)는 금속 재료를 사용하지 않고 플라스틱 재질을 사용하여 제작됨으로 열교환기 경량화와 재료비 절감을 동시에 달성할 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 열교환기 코어부(100)와 한 쌍의 제 2 유체헤더탱크(160-1, 160-2)가 탈, 부착 가능하게 결합되도록 형성된다. 이 같은 실시예에 따르면, 도2a 내지 도2d에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 제 2 유체헤더탱크(160-1, 160-2)는 각각 제 1 체결구(170)가 체결되는 복수개의 제 1 체결공(175, 176)을 포함하는 제1 결합부(161, 162)가 형성되며, 열교환기 코어부(100)는 제 1 체결구(170)가 체결되는 복수개의 제 2 체결공(185, 186)을 포함하는 제2 결합부(101, 102)가 형성된다.
열교환기 코어부(100)와 한 쌍의 제 2 유체헤더탱크(160-1, 160-2)를 체결하는 경우, 제 1 체결구(170)는 제 1 체결공(175, 176) 및 제 2 체결공(185, 186)을 통과하여 제2 체결구(172)와 체결된다. 예컨대, 제 1 체결구(170)는 볼트이고, 제2 체결구(172)는 너트로 구현될 수 있다.
제 1 체결구(170)와 제1 결합부(161, 162) 및 제2 결합부(101, 102)의 체결강도는 열교환기 코어부(100)의 파열강도보다 낮은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이에 따라 열교환기 코어부(100) 내부에 결빙이 발생한 경우 열교환기 코어부(100) 파손에 앞서 열교환기 코어부(100)로부터 한 쌍의 제 2 유체헤더탱크(160-1, 160-2)가 분리된다.
도 3a는 본 발명에 따른 제 2 유체헤더탱크를 도시한 것이고, 도 3b는 도 4의 A-A 단면도이다.
도 3a, 도 3b에 도시한 바와 같이, 제2 유체헤더탱크의 제1 결합부(162)에는 복수개의 제 1 체결공(175)이 형성되며, 누설 방지를 위한 오링(200)이 삽입되는 오링삽입홈(190)이 가공되어 있다. 제2 유체헤더탱크는 복수개의 제 1 체결공(175)에 체결구(미도시)를 사용하여 열교환기 코어부(미도시)와 결합될 수 있다. 열교환기 코어부의 내부 청소가 필요한 경우에는 체결구(미도시)를 풀어 냉각수 유동라인에 대한 청소를 할 수 있다.
지금까지, 본 명세서에는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자가 본 발명을 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 실시예들로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100: 열교환기 코어부
101, 102: 제2 결합부
110: 제 1 유체입구 120: 제 1 유체출구
121: 제 1 유체관 141: 제 2 유체관
130-1, 130-2: 제 1 유체헤더탱크
140: 제 2 유체입구 150: 제 2 유체출구
160-1, 160-2: 제 2 유체헤더탱크
161, 162: 제1 결합부
170: 제 1 체결구 172: 제 2 체결구
175, 176: 제 1 체결공 180: 제 2 칸막이
185, 186: 제 2 체결공
190: 오링삽입홈 200: 오링

Claims (6)

  1. 한 방향으로 나란하게 배열되며 내부에 제 1 유체가 유동하는 복수의 제 1 유체관과 상기 복수의 제 1 유체관 사이에 나란하게 배열되며 내부에 제 2 유체가 유동하는 복수의 제 2 유체관을 포함하는 열교환기 코어부;
    상기 제 1 유체가 상기 복수의 제 1 유체관 내부를 지그재그 방식으로 유동하도록 내부에 제 1 칸막이가 형성되며, 상기 열교환기 코어부의 측면에 서로 대향되게 장착되는 한 쌍의 제 1 유체헤더탱크;
    상기 한 쌍의 제 1 유체헤더탱크 중 어느 하나의 제 1 유체헤더탱크에 형성되며 제 1 유체가 유입되는 제 1 유체입구와 제 1 유체가 배출되는 제 1 유체출구;
    상기 제 2 유체가 상기 복수의 제 2 유체관 내부를 지그재그 방식으로 유동하도록 내부에 제 2 칸막이가 형성되며, 상기 열교환기 코어부의 측면에 서로 대향되게 장착되는 한 쌍의 제 2 유체헤더탱크; 및
    상기 한 쌍의 제 2 유체헤더탱크 중 어느 하나의 제 2 유체헤더탱크에 형성되며 제 2 유체가 유입되는 제 2 유체입구와 제 2 유체가 배출되는 제 2 유체출구;를 포함하되,
    상기 열교환기 코어부는 상기 한 쌍의 제 2 유체헤더탱크와 탈, 부착 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 수랭식 열교환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 제 2 유체헤더탱크에는, 제 1 체결구가 체결되는 복수개의 제 1 체결공을 포함하는 제1 결합부가 형성되며,
    상기 열교환기 코어부는 상기 한 쌍의 제 2 유체헤더탱크와 탈, 부착 가능하게 결합되도록 상기 제1 결합부의 체결공에 체결된 상기 제 1 체결구가 체결되는 복수개의 제 2 체결공을 포함하는 제2 결합부가 형성되는 것을 특징으로 하는 수랭식 열교환기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유체는 냉매이고, 상기 제 2 유체는 냉각수인 것을 특징으로 하는 수랭식 열교환기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 제 2 유체헤더탱크는, 플라스틱 재질의 사출 성형물인 것을 특징으로 하는 수랭식 열교환기.
  5. 제 2 항에 있어서,
    제 1 체결구와 제1 결합부 및 제2 결합부의 체결강도는 상기 열교환기 코어부의 파열강도보다 낮아 상기 열교환기 코어부 내부에 결빙이 발생한는 경우 상기 열교환기 코어부 파손에 앞서 상기 열교환기 코어부로부터 상기 한 쌍의 제 2 유체헤더탱크가 분리되는 것을 특징으로 하는 수랭식 열교환기.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1, 제2 결합부에는 오링이 삽입되는 오링삽입홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 수랭식 열교환기.


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