KR20160149592A

KR20160149592A - 열교환기

Info

Publication number: KR20160149592A
Application number: KR1020150086801A
Authority: KR
Inventors: 김영인; 김긍구; 최순; 지성균; 강한옥; 신수재; 한훈식; 김영수
Original assignee: 한국원자력연구원
Priority date: 2015-06-18
Filing date: 2015-06-18
Publication date: 2016-12-28
Also published as: KR101711998B1

Abstract

온도가 서로 다른 제1유체 및 제2유체 간의 열교환을 위한 제1유로 및 제2유로를 각각 구비하고, 제1유체플레이트와 제2유체플레이트를 포함하여 복수의 유체플레이트를 적층 조합하여 구성되는 열교환기에 있어서, 상기 제1 및 제2유체플레이트 중 적어도 하나의 유체플레이트는 동일 평면 상에서 횡방향으로 이격 배치되고, 상기 유체플레이트의 상부와 하부에 각각 관통 형성되어 각 유로의 입구 또는 출구와 연통되는 복수의 중간헤더를 구비하고, 상기 유체플레이트의 유로는 상기 중간헤더를 포함하여 횡방향 길이를 따라 병렬로 분할되는 복수의 단위유로 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환기가 개시된다.

Description

열교환기{HEAT EXCHANGER}

본 발명은 유로길이가 종방향에 비해 횡방향으로 긴 복수의 유체플레이트를 조합하여 구성되는 플레이트형 열교환기에 관한 것이다.

인쇄기판형 열교환기는 영국 Heatric 사(US 4665975A, 1987.05.19 공개)에서 개발되어 일반 산업분야에 매우 다양하게 이용되고 있다.

인쇄기판형 열교환기는 광화학적 식각 기술(Photo-chemical etching technique)에 의한 조밀한 유로배치 및 확산접합 기술을 이용하여 열교환기의 판 사이의 용접을 없앤 구조의 열교환기이다.

이로써, 인쇄기판형 열교환기는 고온 고압의 환경에 대한 내구성이 강하고, 고집적도와 우수한 열교환 성능 등의 장점을 가짐에 따라 냉난방시스템, 연료전지, 자동차, 화학 공정, 의료기기, 원자력, 정보 통신 장비, 극저온 환경 등의 증발기, 응축기, 냉각기, 라디에이터, 열교환기, 반응기 등 매우 다양한 분야로 적용범위가 확대되고 있다. 또한, 인쇄기판형태의 제작 기술은 광화학적 식각 기술(Photo-chemical etching technique)을 이용하므로 일반 가공 방식보다는 매우 자유롭게 유로를 가공할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 일 예 중의 하나로 활용할 판형 열교환기는 100년 넘게 산업계에서 광범위하게 적용되고 있다. 판형(plate type) 열교환기는 일반적으로 판을 압출하여 유로를 형성하여 결합시킨다. 이에 따라 인쇄기판형 열교환기와 적용분야는 유사하나 압력이 낮은 저압 환경에서 더 많이 이용되고 있다. 판형 열교환기의 열교환 성능은 인쇄기판형 열교환기에 비해 작고, 쉘 앤 튜브(shell and tube)형 열교환기에 비해 우수한 특성이 있다. 또한 판형 열교환기는 인쇄기판형 열교환기에 비해 제작이 간편한 특성이 있다.

본 발명에서 플레이트형 열교환기 또는 증기발생기라 함은, 특별한 언급이 없는 한, 일반적인 판형과 인쇄기판형 열교환기 또는 증기발생기뿐만 아니라 플레이트(판)의 가공 방법이나 접합 방법에 차이가 있는 경우의 열교환기 또는 증기발생기를 모두 포괄적으로 지칭한다.

도 1a는 종래기술에 따른 플레이트형 열교환기의 유로를 보여주는 개략도이고, 도 1b는 도 1a의 열교환기에서 유체플레이트의 횡방향의 길이가 종방향에 비해 증가된 경우의 문제점을 설명하기 위한 개략도이다.

플레이트형 열교환기는 고온의 유체가 흐르도록 구성되는 제1유체플레이트(10)(도 1a의 왼쪽 그림 참조)와 저온의 유체가 흐르도록 구성되는 제2유체플레이트(20)(도 1a의 오른쪽 그림 참조)를 연속적으로 적층하여 조합함으로 구성될 수 있다.

도 1a의 왼쪽에 위치한 제1유체플레이트(10)에 복수의 제1유로(11)가 횡방향(폭방향,Width Direction)으로 이격 배치되며 상하방향(종방향 또는 높이방향,Height Direction)으로 형성되어, 제1유로(11)를 따라 고온의 유체가 상하방향으로 유동한다.

도 1a의 오른쪽에 위치한 제2유체플레이트(20)에 복수의 제2유로(24)가 형성되어, 제2유로(24)를 따라 저온의 유체가 상하방향으로 유동한다. 제2유로(24)는 제2유체플레이트(20)의 상부와 하부에 각각 구비되는 입/출구 영역(21,23)과, 입/출구 영역(21,23) 사이에 상하방향으로 형성되는 주전열부(22)로 구성될 수 있다. 입/출구 영역(21,23)은 제2유체플레이트(20)의 측면과 연결되는 횡방향 유로와, 주전열부 유로(22)와 연결되는 종방향 유로의 조합으로 이루어진다.

고온 유체의 제1유로(11)와 저온 유체의 제2유로(24)는 서로 다른 방향, 예를 들면 제1유로(11)는 상하방향, 제2유로(24)는 측면방향으로 모아져 유체를 각 유로로 유입시키고 방출시키는 헤더와 연결된다.

또한, 플레이트형 열교환기의 주전열부에서 고온의 제1유로(11)와 저온의 제2유로(24)로 흐르는 유체의 유동방향은 서로 반대방향이거나 같은 방향일 수 있다.

그러나, 도 1b에 도시한 바와 같이 종방향의 길이에 비해 횡방향의 길이가 긴 플레이트(30,40)를 이용하여 열교환기를 만드는 경우에 유체플레이트(40)에서 입/출구 영역(41,43)의 유로가 주전열부(42)의 유로까지 연장되어야 하는데, 이 경우 입출구 영역(41,43)의 유로가 차지하는 면적이 매우 커져 주전열부(42)의 구성이 어렵게 된다. 입출구 영역(41,43)이 차지하는 면적을 작게 하기 위해 입출구 영역(41,43)의 유로를 매우 가늘게 구성해야 하고, 유로면적을 가늘게 구성하는 경우에도 입출구 영역(41,43)의 유로의 길이가 증가하는 것을 피할 수 없으므로, 유로저항이 매우 크게 증가한다.

또한, 입/출구 영역(41,43)에서 짧은 유로와 긴 유로가 혼재되어 있어, 각 유로 별로 열전달 특성이 크게 달라지며, 이로 인해 전체적인 열교환기의 성능이 바뀜에 따라 종방향에 비해 횡방향의 길이가 긴 열교환기 코어를 구성하는데 매우 큰 어려움이 있다. 종래의 방식에서 유로저항을 극복하기 위해서는 유체플레이트(40)의 종방향 길이를 크게 증가시켜야 하는데, 이 경우에도 유로 별로 열전달 특성이 달라지므로 설계에 어려움이 커진다.

또한, 이러한 문제점을 해결하기 위해, 횡방향 길이가 종방향에 비해 긴 플레이트(30,40)를 여러 개로 조각내어 횡방향의 길이가 종방향에 비해 짧은 플레이트를 이용하여 여러 개의 열교환기 코어를 작게 제작하고, 여러 개의 열교환기 코어에 헤더를 연결하여 대용량의 열교환기를 구성하는 방법을 고려할 수 있다.

그러나, 이러한 방법을 이용하여 대용량의 열교환기를 구성하려면 많은 헤더 및 연결배관이 소요되어 열교환기의 구조가 매우 복잡해지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 일 목적은, 횡방향 길이가 종방향에 비해 긴 플레이트를 이용하여 열교환기를 제작하는 경우에 입/출구 영역을 크게 증가시키거나 유로를 가늘게 구성하지 않고도 입/출구 영역이 차지하는 면적을 크게 줄여 입/출구 영역에 의한 유로저항의 증가 및 열전달 특성의 변화를 억제할 수 있는 열교환기를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 일 목적은, 플레이트를 여러 개로 조각내어 세분화하지 않고도 하나의 플레이트 상에 복수의 단위유로 구조를 갖도록 플레이트를 구성함으로써, 헤더 및 연결배관의 증가를 억제할 수 있고, 열교환기의 구조가 단순해져 열교환기의 배치공간을 줄여 경제성을 향상시킬 수 있는 열교환기를 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 열교환기는 온도가 서로 다른 제1유체 및 제2유체 간의 열교환을 위한 제1유로 및 제2유로를 각각 구비하고, 종방향 길이에 비해 횡방향 길이가 긴 제1유체플레이트와 제2유체플레이트를 포함하여 복수의 유체플레이트를 적층 조합하여 구성되고, 상기 제1 및 제2유체플레이트 중 적어도 하나의 유체플레이트는 동일 평면 상에서 횡방향으로 이격 배치되고, 상기 유체플레이트의 상부와 하부에 각각 관통 형성되어 각 유로의 입구 또는 출구와 연통되는 복수의 중간헤더를 구비하고, 상기 유체플레이트의 유로는 상기 중간헤더를 포함하여 횡방향 길이를 따라 병렬로 분할되는 복수의 단위유로 구조를 형성한다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 복수의 중간헤더는 단위유로 구조 별로 한 쌍씩 구비될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 한 쌍의 중간헤더는 동일 평면 상에서 종방향으로 서로 마주보는 중간헤더끼리 각 단위유로를 통해 연결될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 복수의 중간헤더는 각 단위유로를 통해 동일 평면 상에서 대각선방향으로 서로 마주보는 중간헤더끼리 엇갈리게 각 단위유로를 통해 연결될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 중간헤더는 닫힌 다각형, 닫힌 타원형 또는 닫힌 원형 형태로 이루어질 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 중간헤더는 일측면이 열린 다각형, 일측면이 열린 타원형, 또는 일측면이 열린 원형 형태로 이루어질 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 유체플레이트는 확산접합, 용접 및 볼트 중 적어도 하나 이상에 의해 결합될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 유체플레이트는 볼트에 의해 결합되고, 상기 유체플레이트 사이에 삽입되어 기밀을 유지하는 개스킷을 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 제1유체를 수집 또는 분배하는 제1유체헤더와, 제2유체를 수집 또는 분배하는 제2유체헤더는 서로 동일한 평면에 배치될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 제1유체를 수집 또는 분배하는 제1유체헤더는 상부면 및 하부면에 각각 설치되고, 제2유체를 수집 또는 분배하는 제2유체헤더는 전방면 및 후방면에 각각 설치될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제1유로 또는 제2유로는 적어도 일부가 개방된 개방형 또는 유선형으로 이루어질 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제1유로 또는 제2유로는 한 개의 유체플레이트 또는 복수 개의 유체플레이트를 겹친 구조로 구성될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 복수의 플레이트 중 적어도 일부 플레이트는 상기 제1유로 및 제2유로와 별개의 제3유로를 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제1유로 및 제2유로 중 어느 하나의 유로는 공기를 유입시키며, 다른 하나의 유로로 유입되는 유체는 상기 공기와의 열교환으로 냉각될 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 주전열부(종방향)의 길이가 짧아도 되는 대용량 플레이형 열교환기를 제작함에 있어서, 복수의 단위유로 구조를 도입하고, 각 단위유로 구조마다 입출구를 연결하기 위한 중간헤더 영역을 구비함에 따라, 종래의 복수 개로 세분화해서 구성해야 하는 열교환기를 단일의 열교환기로 통합하여 매우 단순화된 대형 열교환기의 제작이 가능하다. 예를 들면, 30대의 소형 코어로 구성하던 종래의 플레이트형 열교환기를 약 5대 단위로 통합하여 총 6대의 대형 코어로 열교환기의 제작이 가능하다.

둘째, 열교환기 코어 개수의 감소로 헤더 및 연결배관의 증가를 억제할 수 있다. 이로 인해 열교환기의 구조가 단순해지며, 경제성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

셋째, 여러 대의 열교환기가 통합되므로 열교환기의 배치공간을 줄일 수 있다.

넷째, 단위유로 구조를 적용하여 각 중간헤더마다 유입 또는 유출되는 입축구 영역의 유로 개수를 제한함에 따라, 종방향 유로가 짧고 횡방향 길이가 긴 플레이트를 이용하여 열교환기를 제작하는 경우에 종래의 유체플레이트에서 입/출구 영영역이 차지하는 비율이 커지거나 또는 입/출구 영역이 차지하는 비율을 작게 하기 위해 입/출구 영역에 매우 작은 미세유로를 적용할 때 나타나는 유로저항의 증가 및 열전달 특성의 변화를 억제할 수 있다.

다섯째, 종래에는 여러 개의 열교환기 코어를 연결하여 대용량 플레이트형 열교환기를 구현하였으나, 본 발명의 기술을 응용하면 종래의 여러 개의 플레이트를 단일 플레이트 상에 통합하여 구현할 수 있으므로, 대용량 플레이트형 열교환기를 단순한 구조로 통합하여 구현할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 기술을 원전에 적용하면 공랭식 피동격납부냉각계통 열교환기, 공랭식 복수계통 열교환기/냉각탑 등의 다양한 용도로 활용할 수 있다.

도 1a는 종래기술에 따른 플레이트형 열교환기의 유로를 보여주는 개략도이다.
도 1b는 도 1a의 열교환기에서 유체플레이트의 횡방향의 길이가 종방향에 비해 증가된 경우의 문제점을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 열교환기의 제1유체플레이트를 보여주는 정면도이다.
도 2b는 본 발명에 따른 열교환기의 제2유체플레이트를 보여주는 정면도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1유체헤더가 제1유체플레이트에 설치되는 예를 보여주는 정면도이다.
도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1유체헤더가 제1유체플레이트에 설치되는 모습을 보여주는 정면도이다.
도 4a는 본 발명의 제1실시예에 따른 유체헤더가 열교환기 코어에 설치되는 모습을 보여주는 평면도이다.
도 4b는 도 4a의 A-A에서 본 측면도이다.
도 4c는 본 발명의 제2실시예에 따른 유체헤더가 열교환기 코어에 설치되는 모습을 보여주는 평면도이다.
도 4d는 본 발명의 제3실시예에 따른 유체헤더가 열교환기 코어에 설치되는 모습을 보여주는 평면도이다.
도 4e는 도 4d의 B-B에서 본 측면도이다.
도 4f는 본 발명의 제4실시예에 따른 유체헤더가 열교환기 코어에 설치되는 모습을 보여주는 평면도이다.
도 5a는 본 발명에 따른 열교환기의 제1유체플레이트를 보여주는 정면도이다.
도 5b는 본 발명에 따른 열교환기의 제2유체플레이트를 보여주는 정면도이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1유체헤더가 제1유체플레이트에 설치되는 모습을 보여주는 정면도이다.
도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2유체헤더가 제1유체플레이트에 설치되는 모습을 보여주는 정면도이다.
도 7a 내지 도 7d는 제1유로 및 제2유로의 입출구 헤더를 연결하는 방법을 설명하기 위한 다양한 실시예를 보여주는 평면도이다.
도 8a는 본 발명에 따른 열교환기의 제1유체플레이트를 보여주는 정면도이다.
도 8b는 본 발명에 따른 열교환기의 제2유체플레이트를 보여주는 정면도이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 및 제2유체헤더가 제1유체플레이트에 설치되는 모습을 보여주는 정면도이다.
도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 및 제2유체헤더가 제2유체플레이트에 설치되는 모습을 보여주는 정면도이다.
도 10a는 본 발명의 일실시예에 따른 제2유체헤더가 제1유체플레이트에 설치되는 모습을 보여주는 정면도이다.
도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2유체헤더가 제2유체플레이트에 설치되는 모습을 보여주는 정면도이다.
도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1유체플레이트를 보여주는 정면도이다.
도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2유체플레이트를 보여주는 정면도이다.
도 12a는 본 발명에 따른 제1유체플레이트에 제1 및 제2유체헤더가 설치되는 모습을 보여주는 정면도이다.
도 12b는 본 발명에 따른 제2유체플레이트에 제1 및 제2유체헤더가 설치되는 모습을 보여주는 정면도이다.
도 13a는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1유체플레이트에서 제1유체헤더가 삭제된 모습을 보여주는 정면도이다.
도 13b는 본 발명의 일실시예에 따른 제2유체플레이트에서 제1유체헤더가 삭제된 모습을 보여주는 정면도이다.
도 14a는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2유체플레이트에 형성되는 중간헤더의 다른 형상을 보인 정면도이다.
도 14b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2유체플레이트에 형성되는 중간헤더의 또 다른 형상을 보인 정면도이다.
도 15a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2유체플레이트에 형성되는 중간헤더를 보여주는 정면도이다.
도 15b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2유체플레이트에 형성되는 중간헤더를 보여주는 정면도이다.
도 16은 본 발명에 따른 입출구 헤더가 설치되기 전 상태인 열교환기 코어를 개략적으로 보여주는 사시도이다.
도 17은 본 발명에 따른 입출구 헤더가 설치된 후 상태인 열교환기를 보여주는 사시도이다.

이하, 본 발명에 관련된 열교환기에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 발명은 플레이트형 열교환기의 유로 및 헤더 구성 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 주전열부의 유로 길이가 짧고 횡방향 길이(폭)가 넓은 복수의 유체플레이트를 조합하여 구성되는 플레이트형 열교환기의 유로 및 헤더 구성 방법을 제시한다. 본 발명의 기술을 적용하면 열교환기의 종방향 유로 길이가 짧은 유로를 적용해야 하는 경우에 열교환기의 폭이 넓은 플레이트를 적용하더라도 힝방향 유로 길이를 최소화할 수 있어 보다 효율적으로 열교환기를 구성할 수 있다. 또한, 본 발명의 기술을 이용하면 동일한 성능의 열교환기를 구성함에 있어서, 여러 대의 열교환기를 사용하지 않고 단일 열교환기 코어로 구성할 수 있어 헤더 구성을 단순화할 수 있고, 열교환기 코어 및 이와 연결되는 헤더 및 연결배관이 단순해져 배치가 용이해지는 효과를 얻을 수 있다.

도 2a는 본 발명에 따른 열교환기(100)의 제1유체플레이트(110)를 보여주는 정면도이고, 도 2b는 본 발명에 따른 열교환기(100)의 제2유체플레이트(120)를 보여주는 정면도이다.

플레이트형 열교환기(100)는 적어도 하나 이상의 제1유체플레이트(110)와 적어도 하나 이상의 제2유체플레이트(120)를 적층 결합하여 구성된다.

도 2a에 도시된 제1유체플레이트(110)는 횡방향(수평방향 또는 폭방향) 길이가 종방향(수직방향 또는 높이방향) 길이보다 더 길게 형성된다. 단, 주전열부(113)의 길이가 긴 경우에는 종방향 길이가 횡방향 길이보다 더 길게 형성될 수도 있으므로, 본 발명에서 횡방향 길이가 종방향 길이보다 긴 경우로 한정하는 것은 아니다. 이하 설명에서는 횡방향 길이가 종방향 길이 보다 긴 경우를 가정하여 설명한다. 제1유체플레이트(110)는 고온의 유체인 제1유체가 흐를 수 있는 제1유로(114)를 구비한다. 제1유로(114)는 플레이트의 상단에서 하단까지 상하방향 또는 종방향으로 다수개 형성된다. 제1유로(114)를 종방향으로 상세하게 구분하면, 유체플레이트의 상단부와 하단부에 각각 수직하게 형성되는 입구 및 출구영역(112)과, 입출구 영역 사이에 좌우 번갈아가며 일정 각도의 꺽임 형태로 이루어지는 주전열부로 구성될 수 있다. 유로 형상은 이밖에도 다양한 형태의 구성이 가능하므로, 본 발명에서 유로 형상을 한정하는 것은 아니다.

복수의 제1유로(114)는 동일한 유로 패턴으로 병렬로 분할되어 배치되는 복수의 단위유로 구조로 구성될 수 있다. 도 2a에 도시된 단위유로 구조는 제1유체플레이트(110)의 상부와 하부에 각각 관통형성되는 중간헤더(141)와, 중간헤더(141)를 사이에 두고 좌우측에 각각 대칭되게 형성되는 복수의 제1유로(114)를 포함한다.

중간헤더(141)는 제1유체플레이트(110)의 동일한 평면에서 횡방향으로 이격 배치되며, 각 단위유로 구조마다 형성되어, 각 단위유로 구조 별로 입출구 헤더를 연결할 수 있다. 단, 제2유로(124)가 외부의 유체와 입출구 헤더 없이 소통하는 개방형 형태에서는 입출구 헤더가 설치되지 않을 수도 있다. 이하 설명에서는 제1유로 또는 제2유로에 입출구헤더가 설치되는 것을 가정하여 설명한다.

여기서, 중간헤더(141)는 제2유체플레이트(120)를 관통하여, 제1유로(114)와 별개로 분리되는 제2유로(124)로 제2유체를 유입시키거나 제2유로(124)에서 제2유체를 유출시키기 위한 연결통로이다. 예를 들면, 중간헤더(141)는 제2유로(124)와 열교환기 코어(130)의 전방면 또는 후방면에 설치되는 제2유체헤더(116a) 사이를 연결하여, 제2유체를 제2유체헤더(116a)에서 제2유로(124)로 유입시키거나 제2유로(124)에서 제2유체헤더(116a)로 유출시킨다.

도 2b에 도시된 제2유체플레이트(120)는 횡방향(수평방향 또는 폭방향) 길이가 종방향(수직방향 또는 높이방향) 길이보다 더 길게 형성된다. 단, 주전열부(113)의 길이가 긴 경우에는 종방향 길이가 횡방향 길이보다 더 길게 형성될 수도 있으므로, 본 발명에서 횡방향 길이가 종방향 길이보다 긴 경우로 한정하는 것은 아니다. 제2유체플레이트(120)는 복수의 제2유로(124)를 구비하여, 온도가 상대적으로 낮은 저온의 제2유체가 흐르도록 할 수 있다. 제2유로(124)의 종방향 유로 구성을 살펴보면, 제2유체플레이트(120)의 상단부와 하단부에 각각 중간헤더(141)와 연통되게 형성되는 입구 및 출구영역(112)과, 입출구 영역 사이에 좌우 번갈아가며 일정 각도의 꺽임 형태로 이루어지는 주전열부로 구성될 수 있다. 유로 형상은 이밖에도 다양한 형태의 구성이 가능하므로, 본 발명에서 유로 형상을 한정하는 것은 아니다.

복수의 제2유로(124)는 동일한 유로 패턴으로 형성되는 복수의 단위유로 구조로 구성될 수 있다. 도 2b에 도시된 단위유로 구조는 제2유체플레이트(120)의 상부와 하부에 각각 관통형성되는 중간헤더(141)와, 중간헤더(141)를 사이에 두고 좌우측에 각각 대칭되게 형성되는 복수의 제2유로(124)를 포함한다.

중간헤더(141)는 제2유체플레이트(120)의 동일한 평면에서 횡방향으로 이격 배치되며, 각 단위유로 구조마다 형성되어, 각 단위유로 구조 별로 입출구 헤더를 연결할 수 있다.

여기서, 중간헤더(141)는 제2유로(124)와 열교환기 코어(130)의 전방면 또는 후방면에 설치되는 제2유체헤더(116a) 사이를 연결하여, 제2유체를 제2유체헤더(116a)에서 제2유로(124)로 유입시키거나 제2유로(124)에서 제2유체헤더(116a)로 유출시킨다.

제2유로(124) 중 입구 및 출구 영역의 유로는 주전열부와 중간헤더(141)를 연결하기 위해 종방향 유로의 주전열부에서 상하방향으로 연장되는 종방향 유로와, 종방향 유로의 단부에서 횡방향으로 꺽여 중간헤더(141)까지 연장되는 횡방향 유로를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 단위유로 구조에서는 각 중간헤더(141) 마다 유입 또는 유출되는 입출구 유로의 개수를 제한함으로써, 예를 들면 중간헤더(141)의 좌우 측면에 각각 연결되는 유로의 개수를 3개로 제한함으로써, 종방향 유로길이가 짧은 유로를 갖는 플레이트형 열교환기(100)의 유체플레이트 상에서 입출구 영역이 차지하는 영역을 억제할 수 있다. 이에 의해, 종래의 입출구 영역에서 유로면적을 가늘게 하지 않아도 되므로, 유로면적 감소로 인해 발생하는 유로 저항의 증가 및 종래의 입출구 영역에서 유로길이가 긴 유로와 짧은 유로의 혼재로 인해 발생하는 열전달 특성의 변화를 억제할 수 있다.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1유체헤더(115a)가 제1유체플레이트(110)에 설치되는 예를 보여주는 정면도이고, 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1유체헤더(115a)가 제1유체플레이트(110)에 설치되는 모습을 보여주는 정면도이다.

제1유체헤더(115a)는 제1유체플레이트(110)의 상부 또는 하부에 설치되어, 제1유체를 복수의 제1유로(114)로 분배하여 유입시키거나 제1유로(114)에서 배출되는 제1유체를 수집하여 열교환기(100) 외부로 유출시킬 수 있다.

제1유체헤더(115a)를 설치할 경우 설치 방법은 종래의 방식과 유사하다.

제1유체헤더(115a)는 각 단위유로 구조 별로 설치되거나 각 단위유로 구조를 모아 하나로 형성될 수도 있다. 도 3a에 도시된 제1유체헤더(115a)는 단위유로 구조 별로 설치되는 구성을 보여준다. 도 3b에 도시된 제2유체헤더(116a)는 단위유로 구조를 모아 하나로 형성되는 구성을 보여준다. 이 경우 제2유체는 중간헤더(141)를 통해 제1유체플레이트(110)의 전면 또는 후면 방향으로 유입 또는 유출될 수 있다.

도 4a는 본 발명의 제1실시예에 따른 유체헤더가 열교환기 코어(130)에 설치되는 모습을 보여주는 평면도이고, 도 4b는 도 4a의 A-A에서 본 측면도이다.

도 4a에 도시되는 열교환기(100)는 횡방향 길이가 종방향 보다 더 긴 복수 개의 플레이트를 적층 결합하여 구성된다.

복수 개의 플레이트는 제1유체플레이트(110)와 제2유체플레이트(120)를 서로 번갈아가면서 전후방향으로 적층 결합하여 구성될 수 있다.

제1유체플레이트(110)는 단위유로 구조 별로 플레이트의 상부와 하부에 관통 형성되는 복수의 중간헤더(141)와, 중간헤더(141)와 별개로 제1유체플레이트(110)의 상하방향으로 형성되는 복수의 제1유로(114)를 구비한다.

제2유체플레이트(120)는 단위유로 구조 별로 플레이트 상부와 하부에 관통 형성되는 복수의 중간헤더(141)와, 상단부와 하단부가 중간헤더(141)와 연통되며 제2유체플레이트(120)에 복수의 단위유로 구조(그룹) 별로 분할되는 복수의 제2유로(124)를 구비한다.

제1유체헤더(115a)는 열교환기 코어(130)의 상부 및 하부에 단위유로 구조 마다 상하방향으로 마주보게 설치된다.

도 4b에 도시된 제2유체헤더(116a)는 열교환기 코어(130)의 전면 및 후면에 단위유로 구조 마다 상하방향으로 설치된다. 예를 들어, 열교환기 코어(130)의 전면 하부에 입구측 제2유체헤더(116a)가 설치되고, 열교환기 코어(130)의 후면 상부에 출구측 제2유체헤더(116a)가 설치될 수 있다.

여기서, 제1유체플레이트(110) 및 제2유체플레이트(120)에 각각 형성되는 중간헤더(141)는 사방으로 닫힌 형태의 폐다각형, 예를 들어 폐직사각형으로 관통형성된다. 중간헤더(141) 유로는 상하방향으로 막혀있는 구조이고, 플레이트형 열교환기 코어(130)의 전면 및 후면 방향으로 중간헤더(141) 유로가 이어져 입출구 헤더와 연결된다. 다만, 특수한 경우 입출구 헤더가 설치되지 않을 수 있다.

제1유체는 제1유체헤더(115a)를 통해 열교환기 코어(130)의 상방향 또는 하방향으로 유입 또는 유출된다. 제2유체는 중간헤더(141)를 통해 유체플레이트를 관통하여 제2유체헤더(116a)로 이동하고, 제2유체헤더(116a)를 통해 열교환기 코어(130)의 전방면으로 또는 후방면으로 유입 또는 유출된다.

만약, 열교환기(100) 외부의 유체(예, 환경의 대기 또는 탱크의 물)를 직접 순환시키는 유로로 이용되는 특수한 경우에 입출구 헤더는 삭제될 수 있다.

도 4c는 본 발명의 제2실시예에 따른 유체헤더가 열교환기 코어(130)에 설치되는 모습을 보여주는 평면도이다.

도 4c에 도시된 열교환기(100)의 상부와 하부에 형성되는 제1유로(114)는 열교환기(100) 외부의 유체(예, 환경의 대기 또는 탱크의 물)를 직접 순환시키는 유로로 이용되어, 제1유체헤더(115a)가 삭제될 수 있다.

기타 구성은 도 4a의 구성과 유사하므로, 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 4d는 본 발명의 제3실시예에 따른 유체헤더가 열교환기 코어(130)에 설치되는 모습을 보여주는 평면도이고, 도 4e는 도 4d의 B-B에서 본 측면도이다.

도 4d에 도시된 제2유체헤더(116a)는 열교환기(100)의 동일한 면(후면)에 형성되어 중간헤더(141)와 연결된다. 예를 들면, 도 4e에 도시된 제2유체헤더(116a)는 열교환기(100)의 후면 상부와 하부에 각각 형성될 수 있다. 이때, 열교환기(100)의 후면 상부에 형성되는 제2유체헤더(116a)는 제2유체가 유출되는 출구헤더이고, 열교환기(100)의 후면 하부에 형성되는 제2유체헤더(116a)는 제2유체가 유입되는 입구헤더일 수 있다.

도 4f는 본 발명의 제4실시예에 따른 유체헤더가 열교환기 코어(130)에 설치되는 모습을 보여주는 평면도이다.

도 4f에 도시된 제1유체헤더(115a)는 열교환기 코어(130)의 상면 전체 및 하면 전체에 걸쳐 형성되어, 각 단위유로 구조에서 유출되는 제1유체를 수집하거나 제1유체를 각 단위유로 구조의 제1유로(114)로 분배할 수 있다.

도 5a는 본 발명에 따른 열교환기(200)의 제1유체플레이트(210)를 보여주는 정면도이고, 도 5b는 본 발명에 따른 열교환기(200)의 제2유체플레이트(220)를 보여주는 정면도이다.

도 5a에 도시된 제1유체플레이트(210)에 복수의 제1유로(214)가 형성된다. 복수의 제1유로(214)는 복수의 단위유로 구조로 구성된다. 복수의 단위유로 구조는 플레이트 상부 및 하부에 관통형성되는 한 쌍의 중간헤더(241)와, 한 쌍의 중간헤더(241) 사이에 종방향으로 형성되는 복수의 제1유로(214)로 구성될 수 있다. 예를 들어 도 5a에 도시된 제1유체플레이트(210)의 제1유로(214) 개수는 36개이고, 36개의 제1유로(214)는 6개의 단위유로 구조로 그룹을 형성하며, 각 단위유로 구조는 2개의 중간헤더(241)와 6개의 제1유로(214)로 이루어진다.

도 5a에 도시된 중간헤더(241)는 단위유로 구조 별로 서로 대각선 방향으로 엇갈리게 배치된다.

도 5b에 도시된 제2유체플레이트(220)에 복수의 제2유로(224)가 형성된다. 복수의 제2유로(224)는 복수의 단위유로 구조로 구성된다. 중간헤더(241)는 단위유로 구조 별로 서로 엇갈리게 배치되고, 제2유로(224)는 단위유로 구조 별로 중간헤더(241)와 연통되도록 입출구 영역에서 복수의 횡방향 유로를 포함하여 구성된다.

도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1유체헤더(215a)가 제1유체플레이트(210)에 설치되는 모습을 보여주는 정면도이고, 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2유체헤더(216a)가 제1유체플레이트(210)에 설치되는 모습을 보여주는 정면도이다.

도 6a에 도시된 중간헤더(241)는 제1유체플레이트(210) 내측의 상부 및 하부에 단위유로 구조 별로 엇갈리게 관통 형성되고, 제1유체헤더(215a)는 제1유체플레이트(210)의 상부 및 하부에 단위유로 구조 별로 엇갈리게 설치된다. 이때, 중간헤더(241)는 유체플레이트의 상하방향으로 막혀있고, 제1유체헤더(215a)는 중간헤더(241) 사이에 형성되는 제1유로(214)의 단부와 연통되게 형성된다.

도 6b에 도시된 제1유체헤더(215a)는 제1유체플레이트(210)의 상부와 하부에 횡방향으로 길게 형성되어, 단위유로 구조 별로 구성되는 복수의 제1유로(214)에서 제1유체를 유출시키거나 외부의 제1유체를 상기 제1유로(214)로 분배할 수 있다.

중간헤더(241) 유로는 플레이트형 열교환기 코어(230)의 전면 및 후면 방향으로 이어져 입출구 헤더와 연결된다. 다만 특수한 경우 입출구 헤더는 삭제될 수 있다.

도 7a 내지 도 7d는 제1유로(214) 및 제2유로(224)의 입출구 헤더를 연결하는 방법을 설명하기 위한 다양한 실시예를 보여주는 평면도이다.

도 7a에 도시된 실시예에 의하면, 중간헤더(241)는 제1 및 제2유체플레이트(210,220)의 상부 및 하부에 단위유로 구조 별로 서로 엇갈리게 형성된다. 제1유체헤더(215a)는 열교환기 코어(230)의 상부와 하부에 단위유로 구조 별로 서로 엇갈리게 배치되고, 제2유체헤더(216a)는 열교환기 코어(230)의 전면 하부 및 후면 상부에 중간헤더(241)와 연통되도록 단위유로 구조 별로 서로 엇갈리게 설치된다. 중간헤더(241) 유로는 열교환기 코어(230)의 전면 및 후면 방향으로 관통 형성되어 이어져 제2유체헤더(216a)와 연결된다.

도 7b에 도시된 제1유체플레이트(210)의 제1유로(214)가 열교환기 외부의 유체(예, 환경의 대기 또는 탱크의 물)를 직접 순환시키는 유로로 이용되는 경우에 제1유체헤더(215a)가 삭제될 수 있다.

도 7b에 도시된 제2유체헤더(216a)는 단위유로 구조 별로 열교환기 코어(230)의 전면과 후면에 엇갈리게 배치되고, 중간헤더(241)는 열교환기 코어(230)의 전후방으로 이어져 제2유체헤더(216a)와 연결된다.

도 7c에 도시된 제1유체헤더(215a)는 제1유체플레이트(210)의 상부와 하부에 단위유로 구조 별로 엇갈리게 배치되고, 제2유체헤더(216a)는 열교환기 코어(230)의 후면 상부 및 하부에 동일 평면 상에서 단위유로 구조 별로 엇갈리게 배치된다.

도 7d에 도시된 제1유체헤더(215a)는 제1유체플레이트(210)의 상부와 하부에 각각 횡방향으로 길게 형성되어, 복수의 제1유로(214)에서 유출되는 제1유체를 수집하여 열교환기 외부로 유출시키거나 열교환기 외부의 제1유체를 내부로 유입시켜 복수의 제1유로(214)로 분배한다.

상기 중간헤더(241), 제1 및 제2유체헤더(216a)는 제작 편의, 열전달 특성을 고려하여 단위유로 구조 별로 엇갈리게 배치될 수 있다.

도 8a는 본 발명에 따른 열교환기의 제1유체플레이트(310)를 보여주는 정면도이고, 도 8b는 본 발명에 따른 열교환기의 제2유체플레이트(320)를 보여주는 정면도이다.

홀(hole) 형태로 이루어지는 중간헤더(341)는 그 가장자리 측면이 닫혀있는지 혹은 적어도 일측면이 열려있는지 여부에 따라 입출구 헤더의 위치가 달라지고, 제1유체플레이트(310)에 중간헤더(341)가 선택적으로 구비될 수 있다.

전술한 바와 같이, 중간헤더(341)의 가장자리 측면이 완전히 닫힌 폐다각형인 경우에 중간헤더(341)와 연결되는 제2유체헤더(316a)가 열교환기 코어(230)의 전면 또는 후면에 위치하고, 중간헤더(341)가 제1유체플레이트(310) 및 제2유체플레이트(320)에 모두 형성되었다.

하지만, 중간헤더(341)의 가장자리 측면 중 일측면이 열린, 예를 들어 상면 또는 하면이 열린 경우에 중간헤더(341)와 연결되는 제2유체헤더(316a)가 열교환기 코어(230)의 상면 또는 하면에 위치하고, 중간헤더(341)가 제1유체플레이트(310)에서 삭제되며 제2유체플레이트(320)에만 형성될 수 있다. 이 경우 제1유체플레이트(310)에 중간헤더(341) 삭제로 유체의 누설을 완화시킬 수 있는 장점이 있다.

도 8a에 도시된 제1유체플레이트(310)는 중간헤더(341)가 삭제된 모습을 보여준다. 중간헤더(341)는 본래 제2유체가 제2유로(324)에서 유체플레이트를 관통하여 제2유체헤더(316a)로 수집되거나 제2유체헤더(316a)에서 유체플레이트를 관통하여 제2유로(324)로 분배되도록 하기 위한 중간통로이다. 이로 인해, 중간헤더(341)는 제1유로(314)가 형성되는 제1유체플레이트(310)와는 크게 상관없으며, 제1유체플레이트(310)의 필수구성요소는 아니다.

다만, 중간헤더(341)가 폐다각형 등 가장자리 측면이 닫힌 형상으로 이루어지고, 제2유체헤더(316a)가 열교환기 코어의 전면 또는 후면에 설치되어, 중간헤더(341)가 제1유체플레이트(310) 및 제2유체플레이트(320)를 모두 관통해야하는 구조일 경우에는 제1유체플레이트(310)에도 중간헤더(341)가 형성되어야 한다.

도 8b에 도시된 제2유체플레이트(320)는 중간헤더(341)가 상하방향으로 개방된 모습을 보여준다.

기타 구성은 도 2b와 유사하므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 및 제2유체헤더(315a,316a)가 제1유체플레이트(310)에 설치되는 모습을 보여주는 정면도이고, 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 및 제2유체헤더(315a,316a)가 제2유체플레이트(320)에 설치되는 모습을 보여주는 정면도이다.

도 9a에 도시된 제1유체플레이트(310)는 상부면과 하부면에 횡방향으로 이격 배치되는 제1유체헤더(315a)를 구비하여, 제1유로(314)에서 유출되는 제1유체를 수집하거나 외부에서 유입되는 제1유체를 제1유로(314)로 분배할 수 있다. 또한, 제1유체헤더(315a) 사이에 제2유체헤더(316a)가 구비되어, 제1 및 제2유체헤더(315a,316a)가 교호적으로 배치될 수 있다.

도 9b에 도시된 제2유체플레이트(320)는 상부면과 하부면에 횡방향으로 이격 배치되는 제2유체헤더(316a)를 구비하여, 제2유로(324)에서 유출되는 제2유체를 1차적으로 중간헤더(341)에 모이게 하고, 중간헤더(341)에 수집된 제2유체는 제2유체헤더(316a)로 이동한다.

도 10a는 본 발명의 일실시예에 따른 제2유체헤더(316a)가 제1유체플레이트(310)에 설치되는 모습을 보여주는 정면도이고, 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2유체헤더(316a)가 제2유체플레이트(320)에 설치되는 모습을 보여주는 정면도이다.

도 10a에 도시한 바와 같이, 제1유체헤더(315a)는 특수한 경우, 예를 들면 제1유로(314)가 열교환기 코어 외부의 유체(예, 환경의 대기 또는 탱크의 물)를 직접 순환시키는 유로로 이용되는 경우에 설치되지 않을 수 있다. 다만, 제2유체헤더(316a)가 제1유체플레이트(310)의 상면 또는 하면에 전후방향으로 지나도록 접할 수 있다.

도 10b에 도시된 제2유체헤더(316a)는 열교환기 코어의 상면과 하면에 횡방향으로 이격 배치되며, 상하방향으로 트인 중간헤더(341)와 연통되게 형성된다.

도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1유체플레이트(410)를 보여주는 정면도이고, 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2유체플레이트(420)를 보여주는 정면도이다.

도 11a에 도시된 제1유체플레이트(410)는 중간헤더(441)가 설치되지 않은 모습을 보여준다.

도 11b에 도시된 제2유체플레이트(420)는 상부에 위치한 중간헤더(441)와 하부에 위치한 중간헤더(441)가 서로 엇갈리게 배치되는 모습을 보여준다. 또한, 중간헤더(441)는 제2유체플레이트(420)의 상하방향으로 트인 모습을 보여준다.

도 12a는 본 발명에 따른 제1유체플레이트(410)에 제1 및 제2유체헤더(415a,416a)가 설치되는 모습을 보여주는 정면도이고, 도 12b는 본 발명에 따른 제2유체플레이트(420)에 제1 및 제2유체헤더(415a,416a)가 설치되는 모습을 보여주는 정면도이다.

도 12a에 도시된 제1유체플레이트(410)는 상부면과 하부면에 각각 횡방향으로 이격 배치되는 제1유체헤더(415a)를 구비하여, 제1유로(414)에서 유출되는 제1유체를 수집하거나 제1유체를 제1유로(414)로 분배할 수 있다. 제1유체헤더(415a)는 제1유체플레이트(410)의 상부면과 하부면에서 서로 엇갈리게 배치되고, 일정 부분 중첩될 수 있다.

도 12b에 도시된 제2유체플레이트(420)는 상부면과 하부면에 각각 횡방향으로 이격 배치되는 제2유체헤더(416a)를 구비하여, 제2유로(424)에서 유출되는 제2유체를 중간헤더(441)에서 1차적으로 모이게 하고, 중간헤더(441)에 수집된 제2유체를 제2유체헤더(416a)로 이동시킨다. 제2유체헤더(416a)는 제2유체플레이트(420)의 상부면과 하부면에서 서로 엇갈리게 배치된다.

도 13a는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1유체플레이트(410)에서 제1유체헤더(415a)가 삭제된 모습을 보여주는 정면도이고, 도 13b는 본 발명의 일실시예에 따른 제2유체플레이트(420)에서 제1유체헤더(415a)가 삭제된 모습을 보여주는 정면도이다.

제1유체헤더(415a)는 특수한 경우, 예를 들면 제1유로(414)가 열교환기 코어(230) 외부의 유체(예, 환경의 대기 또는 탱크의 물)를 직접 순환시키는 유로로 이용될 경우에 삭제될 수 있다.

도 14a는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2유체플레이트(520)에 형성되는 중간헤더(541)의 다른 형상을 보인 정면도이고, 도 14b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2유체플레이트(620)에 형성되는 중간헤더(641)의 또 다른 형상을 보인 정면도이다.

중간헤더(541)는 제2유로(524)로부터 유출되는 제2유체를 수집하거나 제2유로(524)로 분배하기 위해 제2유체에 중간 유로를 제공하는 공간으로서 다양한 형상을 이룰 수 있다. 예를 들면, 사각형 등의 다각형, 원형, 타원형이다.

도 14a에 도시된 중간헤더(541)는 원형이다.

도 14b에 도시된 중간헤더(641)는 타원형이다.

도 15a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2유체플레이트(720)에 형성되는 중간헤더(741)를 보여주는 정면도이고, 도 15b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2유체플레이트(820)에 형성되는 중간헤더(841)를 보여주는 정면도이다.

제2유체플레이트(720)에 형성되는 제2유로(724)는 유로저항을 줄이기 위해 개방형 또는 유선형 일 수 있다.

도 15a 및 도 15b에 도시된 제2유로(724,824)는 각각 개방형 유로이다.

도 15a에 도시된 중간헤더(741)는 원형이고, 도 15b에 도시된 중간헤더(841)의 형상은 타원형이다.

도 16은 본 발명에 따른 입출구 헤더가 설치되기 전 상태인 열교환기 코어(130)를 개략적으로 보여주는 사시도이고, 도 17은 본 발명에 따른 입출구 헤더가 설치된 후 상태인 열교환기(100)를 보여주는 사시도이다.

도 16에 도시된 열교환기 코어(130)는 적어도 한 개 이상의 제1유체플레이트(110)와 적어도 한 개 이상의 제2유체플레이트(120)를 포함하여 구성될 수 있다.

열교환기 코어(130)는 제1유체플레이트(110)와 제2유체플레이트(120)를 교대로 적층시켜 결합할 수 있다. 적층방향은 전후방향(F)이다.

제1유체플레이트(110)는 중간헤더(141)와 별개로 분리되며 상하방향으로 뚫린 제1유로(114)를 구비한다.

제2유체플레이트(120)는 중간헤더(141)와 연통되는 제2유로(124)를 구비한다.

중간헤더(141)는 닫힌 사각형 또는 타원형 형태로 이루어지고, 제1유체플레이트(110)와 제2유체플레이트(120)의 내부 상측 및 하측에 각각 횡방향(W)으로 이격 배치되게 형성될 수 있다. 다만, 열교환기 코어(130)의 전방 또는 후방 끝에 위치하는 엔드플레이트에는 중간헤더(141)가 상부 또는 하부에만 형성된다. 이는 입출구 헤더가 열교환기 코어(130)의 서로 다른 측면에 형성될 것임을 가정한 것이다.

복수의 유체플레이트 중 적어도 일부 유체플레이트는 제1유로(114) 및 제2유로(124)와 별개의 제3유로를 구비할 수 있다. 제3유로는 감시용 유로로 이용될 수 있다. 감시용 유로는 제1유로(114) 및 제2유로(124)의 손상 여부를 감시하기 위해 형성되며, 제1유로(114) 및 제2유로(124)보다는 매우 작은 유로로 형성되며, 열교환기(100)가 정상 작동중일 때는 유동이 형성되지 않으며 제1유로(114) 및 제2유로(124)가 손상되는 경우에 감시용 유로를 통해 이상상태가 감시되도록 구성된다.

감시용 유로는 제1유체플레이트(110) 또는 제2유체플레이트(120)에 형성되거나 또는 별도의 유체플레이트로 구성되어 삽입될 수 있다. 감시용 유로 플레이트는 제1유체플레이트(110)와 제2유체플레이트(120) 사이에 배치되고, 감시용 유로는 제1유로(114) 또는 제2유로(124)의 크기보다 상대적으로 크기가 훨씬 작은 미세유로로 형성된다. 감시용 유로는 격자형태로 이루어질 수 있다. 감시용 유로는 개방형 유로이며, 서로 인접한 유로, 즉 수평유로 및 수직유로 간에 유체이동이 가능하도록 서로 연결되어 있다. 감시용 유로에는 제1 또는 제2유체플레이트(110,120)가 정상적인 상황에서는 유동이 형성되지는 않는다. 그리고, 감시용 유로 모두는 헤더에 연결된다. 이에 의해, 제1유체플레이트(110) 또는 제2유체플레이트(120)의 어느 한 군데에서 손상이 발생한 경우에 소통되는 감시용 유로를 따라 전달되어 물리적 또는 화학적 상태가 헤더로 수집되어 센서로 감지될 수 있다.

도 17에 도시된 열교환기(100)는 열교환기 코어(130)의 상하면 및 전후면에 각각 입출구 헤더가 설치된 모습을 보여준다.

예를 들면, 열교환기(100)는 열교환기 코어(130)의 상부면과 하부면에 각각 설치되는 제1유체헤더(115a)를 구비한다. 제1유체헤더(115a)는 열교환기 코어(130)의 상부면 전체 혹은 하부면 전체를 감싸도록 형성되어, 복수의 제1유로(114)에서 유출되는 제1유체를 수집하거나 제1유체를 상기 제1유로(114)로 분배할 수 있다.

또한, 열교환기(100)는 열교환기 코어(130)의 전면과 후면에 각각 설치되는 제2유체헤더(116a)를 구비한다. 제2유체헤더(116a)는 열교환기 코어(130)의 전면 상부 혹은 후면 하부에 횡방향을 따라 형성되어, 단위유로 구조 별로 분할되는 복수의 제2유로(124)에서 유출되는 제2유체를 수집하거나 제2유체를 상기 제2유로(124)로 분배할 수 있다.

열교환기(100)는 열교환기 코어(130)를 감싸는 케이싱을 구비할 수 있다.

플레이트형 열교환기 코어(130)의 제작방법을 설명하면 다음과 같다.

제1실시예:

먼저, 원자재를 일정한 크기(가로×세로), 예를 들면 횡방향 길이가 종방향 길이보다 길게 형성되는 유체플레이트로 절단한다.

다음은 유체플레이트에 중간헤더(141)를 절단가공한다.

이어서, 중간헤더(141)가 형성된 유체플레이트에 제1유로(114) 또는 제2유로(124)를 형성한다.

계속해서, 중간헤더(141) 및 유로가 형성된 복수의 제1 및 제2유체플레이트(120)를 볼트, 용접, 특히 브레이징 용접 중 어느 하나의 방법 또는 확산 접합을 이용하여 열교환기 코어(130)를 구성한다.

제2실시예:

원자재를 일정한 크기(가로×세로), 예를 들면 횡방향 길이가 종방향 길이보다 길게 형성되는 유체플레이트로 절단한다.

다음은 중간헤더(141)가 미리 가공되지 않은 온전한 유체플레이트에 제1유로(114) 또는 제2유로(124)를 형성한다.

이어서, 유로가 형성된 복수의 제1 및 제2유체플레이트(120)를 볼트, 용접, 특히 브레이징 용접 중 어느 하나의 방법 또는 확산 접합을 한다.

마지막으로, 유체플레이트에 중간헤더(141)를 절단가공하여 열교환기 코어(130)를 구성한다.

여기서, 볼트에 의해 유체플레이트를 결합한 경우에 중간헤더(141)를 포함하여 유체플레이트 사이에 개스킷을 삽입하여 유체플레이트 사이의 기밀을 유지할 수 있다.

또한, 열교환기 코어(130)를 볼트 및 개스킷, 용접, 브레이징 용접 중 적어도 하나의 방법에 의해 용접하여 열교환기(100) 단위 모듈 또는 열교환기(100)를 구성한다.

제1유체플레이트(110)와 제2유체플레이트(120)를 적층하여 조합함에 있어서, 제1유체 및 제2유체 중 어느 하나의 유체 유량을 크게 할 경우에 제1유체플레이트(110) 1개와 제2유체플레이트(120) 2개를 반복적으로 연속해서 겹친 구조를 적용하거나, 제1유체플레이트(110) 2개와 제2유체플레이트(120) 1개를 반복적으로 연속해서 겹친 구조를 적용할 수 있다.

열교환기(100)의 유동 흐름을 설명하면 다음과 같다.

제1유체 유동의 경우, 제1유체는 입구헤더로 유입되어, 다수의 제1유체플레이트(110)에 형성되는 제1유로(114)로 분배된다.

그 다음, 제1유체는 각 유체플레이트에서 입구영역(111), 주전열부 및 출구영역(112)을 통과하면서 제2유체와 열교환한다.

이어서, 열교환을 마친 후 복수의 제1유체플레이트(110)에서 유출되는 제1유체는 출구헤더로 수집되어 방출된다.

제2유체 유동의 경우, 제2유체는 입구헤더로 유입되어, 입구헤더로 유입되고, 각 단위유로 구조마다 설치되는 복수의 입구측 중간헤더(141)로 분배된다.

그 다음, 각 입구측 중간헤더(141)에서 다수의 제2유체플레이트(120)의 각 단위유로 구조로 분배된다.

이어서, 제2유체는 복수의 제2유체플레이트(120)에서 각 단위유로 구조의 입구영역(111), 주전열부 및 출구영역(112)을 통과하면서 제1유체와 열교환한다.

계속해서, 열교환을 마친 복수의 제2유체플레이트(120)에서 유출되는 제2유체는 각 출구측 중간헤더(141)로 수집된다.

그 다음, 각 출구측 중간헤더(141)를 통과한 제2유체는 출구헤더로 수집되어 방출된다.

따라서, 본 발명에 의하면, 주전열부(종방향)의 길이가 짧아도 되는 대형 플레이트형 열교환기(100)를 제작함에 있어서, 복수의 단위유로 구조를 도입한다. 각 단위유로 구조 마다 유로의 입출구를 연결하기 위한 중간헤더(141) 영역을 구비한다. 이러한 단위유로 구조를 적용하면 열교환기(100)를 복수 개로 세분화하지 않아도 단일의 열교환기(100)로 통합하여 구성할 수 있으므로, 매우 단순화된 대형 열교환기(100)의 제작이 가능하다. 예를 들면 30대의 소형 코어로 구성된 종래의 플레이트형 열교환기(100)를 약 5대 단위로 통합하여 총 6대의 대형 코어로 열교환기(100) 제작이 가능하다.

또한, 코어의 수 감소로 헤더 및 연결 배관의 증가를 억제할 수 있다. 이에 의해 열교환기(100)의 구조가 단순해져 경제성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 여러 대의 열교환기(100)가 통합되므로, 열교환기(100)의 배치공간이 줄어드는 효과가 있다.

한편, 본 발명에서는 단위유로 구조를 이용하여 각 중간헤더(141) 마다 유입 또는 유출되는 입출구 유로의 개수를 제한한다. 이에 의해 종방향 유로가 짧고 횡방향 길이가 긴 유체플레이트에 종래의 유로 구조를 적용할 경우에 입출구 영역이 플레이트 상에서 차지하는 비율이 커지는 것을 작게 하기 위해 입출구 영역에 매우 미세한 유로를 적용하므로 발생하는 유로저항의 증가 및 입출구 영역에서의 짧은 유로 및 긴 유로의 혼재로 인해 발생하는 각 유로에서의 열전달 특성 변화를 억제할 수 있다.

원전의 경우 공랭식 피동격납부냉각계통 열교환기(100), 공랭식 복수계통 열교환기(100)/냉각탑 등의 다양한 용도로 활용될 수 있다.

이상에서 설명된 열교환기(100)는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

100,200 : 열교환기
110,210,310,410,510,610,710,810 : 제1유체플레이트
111,121 : 입구영역
112,122 : 출구영역
113,123 : 주전열부
114,214,314,414 : 제1유로
115a,115b,215a,215b,315a,415a : 제1유체헤더
116a,116b,216a,216b,316a,416a : 제2유체헤더
141,241,341,441,541,641,741,841 : 중간헤더
120,220,320,420,520,620,720,820 : 제2유체플레이트
124,224,324,424,524,624,724,824 : 제2유로
130 : 열교환기 코어

Claims

온도가 서로 다른 제1유체 및 제2유체 간의 열교환을 위한 제1유로 및 제2유로를 각각 구비하고, 제1유체플레이트와 제2유체플레이트를 포함하여 복수의 유체플레이트를 적층 조합하여 구성되는 열교환기에 있어서,
상기 제1 및 제2유체플레이트 중 적어도 하나의 유체플레이트는 동일 평면 상에서 횡방향으로 이격 배치되고, 상기 유체플레이트의 상부와 하부에 각각 관통 형성되어 각 유로의 입구 또는 출구와 연통되는 복수의 중간헤더를 구비하고,
상기 유체플레이트의 유로는 상기 중간헤더를 포함하여 횡방향 길이를 따라 병렬로 분할되는 복수의 단위유로 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 복수의 중간헤더는 단위유로 구조 별로 한 쌍씩 구비되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제2항에 있어서,
상기 한 쌍의 중간헤더는 동일 평면 상에서 종방향으로 서로 마주보는 중간헤더끼리 각 단위유로를 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제2항에 있어서,
상기 복수의 중간헤더는 각 단위유로를 통해 동일 평면 상에서 대각선방향으로 서로 마주보는 중간헤더끼리 엇갈리게 각 단위유로를 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 중간헤더는 닫힌 다각형, 닫힌 타원형 또는 닫힌 원형 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 중간헤더는 일측면이 열린 다각형, 일측면이 열린 타원형, 또는 일측면이 열린 원형 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 유체플레이트는 확산접합, 용접 및 볼트 중 적어도 하나 이상에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제7항에 있어서,
상기 유체플레이트는 볼트에 의해 결합되고, 상기 유체플레이트 사이에 삽입되어 기밀을 유지하는 개스킷을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,
제1유체를 수집 또는 분배하는 제1유체헤더와, 제2유체를 수집 또는 분배하는 제2유체헤더 중 적어도 하나가 설치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,
제1유체를 수집 또는 분배하는 제1유체헤더와, 제2유체를 수집 또는 분배하는 제2유체헤더는 서로 동일한 평면에 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,
제1유체를 수집 또는 분배하는 제1유체헤더는 상부면 및 하부면에 각각 설치되고, 제2유체를 수집 또는 분배하는 제2유체헤더는 전방면 및 후방면에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 제1유로 또는 제2유로는 적어도 일부가 개방된 개방형 또는 유선형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 제1유로 또는 제2유로는 한 개의 유체플레이트 또는 복수 개의 유체플레이트를 겹친 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 복수의 유체플레이트 중 적어도 일부 유체플레이트는 상기 제1유로 및 제2유로와 별개의 제3유로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 제1유로 및 제2유로 중 어느 하나의 유로는 공기를 유입시키며, 다른 하나의 유로로 유입되는 유체는 상기 공기와의 열교환으로 냉각되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
온도가 서로 다른 제1유체 및 제2유체를 열교환시키기 위한 제1유로 또는 제2유로를 구비하는 유체플레이트에 있어서,
동일 평면 상에서 횡방향으로 이격 배치되고, 상부와 하부에 각각 관통 형성되는 복수의 중간헤더; 및
횡방향 길이를 따라 병렬로 분할되고, 각 유로의 입구 또는 출구가 상기 중간헤더와 연통되는 복수의 단위유로 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체플레이트.