KR20180137674A - 모듈식 열교환기 - Google Patents

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KR20180137674A KR1020170077129A KR20170077129A KR20180137674A KR 20180137674 A KR20180137674 A KR 20180137674A KR 1020170077129 A KR1020170077129 A KR 1020170077129A KR 20170077129 A KR20170077129 A KR 20170077129A KR 20180137674 A KR20180137674 A KR 20180137674A
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Abstract

본 발명은 내부에 제1 유체가 순환하는 외부순환유로를 형성하여 외부순환관 기능을 수행하는 케이스 및 상기 외부순환유로 내부에 설치되고 내부에 상기 제1 유체와 열교환을 수행하는 제2 유체가 순환하는 유로가 형성되는 내부순환관을 포함하고, 상기 케이스는 상호 결합이 가능한 복수의 직선형 단위 케이스 및 곡선형 단위 케이스가 결합되어 완성되며, 상기 직선형 단위 케이스는 압출 성형 방식에 의해 제조되는 모듈식 열교환기를 제공한다. 열교환기 상호간 상하 적층이 가능한 것은 물론, 필요한 열용량에 따라 열교환기 크기조절 내지는 열교환기의 가감을 통해 열교환기의 용량을 조절할 수 있는 장점을 제공한다.

Description

모듈식 열교환기{Module-type Heat Exchanger}
본 발명은 모듈식 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부순환관 기능을 수행하는 케이스 및 내부순환관을 포함하고, 상기 케이스는 복수의 단위 케이스가 결합되어 완성되는 모듈식 열교환기에 관한 것이다.
보일러 및 공기조화기와 같은 열기기에는 내부에서 서로 다른 유체 사이에 열교환이 발생되도록 하는 열교환기가 사용되는 것이 일반적이다. 열교환기는 온도가 서로 다른 유체가 각각 유동되는 과정에서 열전도 또는 복사 등에 의해 열은 서로 교환되지만 서로 다른 유체가 혼합되지는 않도록 구성된다.
이러한 열교환기 중 이중관 열교환기는, 외부순환관의 내부에 내부순환관이 배치되고, 내부순환관의 내부로 유동되는 유체와 외부순환관 및 내부순환관 사이로 유동되는 유체 사이에 열교환이 일어나도록 한 것이다.
이중관 열교환기의 효율이 높아지기 위해서는 유체들 사이에 충분한 열교환이 일어날 수 있어야 하므로, 유체들이 이동되는 경로가 연장되도록 함으로써 열교환이 일어나는 시간이 증가되도록 할 수 있는데, 이럴 경우 열교환기의 길이가 연장되어 열기기의 체적이 증가되는 단점이 있다.
상술한 단점을 개선하기 위하여 KR 특허출원번호 제10-2012-0091644호(발명의 명칭 : 열교환기)에서는 내부에 제1 유체가 순환하는 외부순환유로를 형성하여 외부순환관 기능을 수행하는 케이스 및 상기 외부순환유로 내부에 설치되고 내부에 상기 제1 유체와 열교환을 수행하는 제2 유체가 순환하는 유로가 형성되는 내부순환관을 포함하며, 상기 케이스 내부에는 상기 케이스의 중앙으로부터 점차 직경이 증가하는 소용돌이 형상의 나선형으로 절곡되어 형성되어 상기 외부순환유로를 형성하는 유로형성플레이트가 설치되는 열교환기를 개시하고 있고,
KR 특허출원번호 제10-2015-0024897호(발명의 명칭 : 이중관 열교환기)에서는 제1 유체가 내부로 유동되는 내부순환관과, 내부순환관을 감싸도록 배치되고 그 내주면 및 내부순환관의 외주면 사이에 형성된 공간으로 제2 유체가 유동되는 외부순환관과, 외부순환관과 내부순환관 사이에 배치되고 일부분에는 내부순환관의 외주면 및 외부순환관의 내주면 사이를 지지하는 지지부가 형성되며 그 나머지 부분에는 제2 유체가 통과되는 개방부가 형성된 하나 이상의 유속조절기를 포함하는 이중관 열교환기에 대해 개시하고 있다.
그러나, 대용량의 보일러나 공기조화기와 같이 다량의 열교환이 요구되는 열기기의 경우에는 다수의 열교환기가 내부에 설치되어야 하므로, 앞에서 설명한 바와 같이 열교환기를 지그재그 형상 또는 코일 형상 등으로 변형시켜 열교환기가 점유하는 체적이 감소되도록 할 필요가 있다.
그런데 선행문헌에 따른 열교환기를 지그재그 형상이나 코일 형상 등으로 변형시키기 위하여 절곡하는 경우에는 내부순환관의 외주면 및 외부순환관의 내주면 사이의 간격이 불균일해지거나 부분적으로 접촉되는 등의 현상이 발생되었다. 이럴 경우 열교환기 내부에서 유체의 유동이 부분적으로 차단되거나 일측으로 편중되어 열교환기의 효율이 저하되는 단점이 있었다.
본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.
본 발명의 발명자들은 열교환기 상호간 상하 적층이 가능한 것은 물론, 필요한 열용량에 따라 열교환기 크기조절 내지는 열교환기의 가감을 통해 열교환기의 용량을 조절할 수 있는 모듈타입 열교환기를 개발하기 위해 예의 연구 노력하였다. 그 결과, 나선형의 외부순환유로가 형성된 케이스를 모듈화하고, 상기 외부순환유로 내부에 내부순환관을 설치하여 열교환기의 부피를 최소화하며, 상기 케이스 상면 및 하면에 상호 연결이 가능한 연결부를 설치할 경우 열교환기의 크기를 조절할 수 있는 것은 물론, 필요한 열용량에 따라 열교환기의 가감을 통해 열교환기의 용량을 조절할 수 있다는 사실을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명의 목적은 모듈식 열교환기를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.
본 발명은 열교환기를 제공한다.
본 발명의 발명자들은 열교환기 상호간 상하 적층이 가능한 것은 물론, 필요한 열용량에 따라 열교환기 크기조절 내지는 열교환기의 가감을 통해 열교환기의 용량을 조절할 수 있는 모듈타입 열교환기를 개발하기 위해 예의 연구 노력하였다. 그 결과, 나선형의 외부순환유로가 형성된 케이스를 모듈화하고, 상기 외부순환유로 내부에 내부순환관을 설치하여 열교환기의 부피를 최소화하며, 상기 케이스 상면 및 하면에 상호 연결이 가능한 연결부를 설치할 경우 열교환기의 크기를 조절할 수 있는 것은 물론, 필요한 열용량에 따라 열교환기의 가감을 통해 열교환기의 용량을 조절할 수 있다는 사실을 확인하였다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 내부에 제1 유체가 순환하는 외부순환유로를 형성하여 외부순환관 기능을 수행하는 케이스 및 상기 외부순환유로 내부에 설치되고 내부에 상기 제1 유체와 열교환을 수행하는 제2 유체가 순환하는 유로가 형성되는 내부순환관을 포함하고, 상기 케이스는 상호 결합이 가능한 복수의 직선형 단위 케이스 및 곡선형 단위 케이스가 결합되어 완성되며, 상기 직선형 단위 케이스는 압출 성형 방식에 의해 제조되는 모듈식 열교환기를 제공한다.
본 명세서에서 사용하는 용어‘단위 케이스’는 케이스 전체 형상을 기준으로 상기 전체 형상 중 일부분의 형상을 의미할 수 있다.
본 명세서에서 ‘단위 케이스’를 표현하며 사용하는 용어‘단부’는 상기 단위 케이스 중 외부순환유로의 단부를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 사용하는 용어‘나선 형상’은 한 점을 중심으로 감기는 구조를 갖는 일체의 형상을 의미할 수 있다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 복수의 단위 케이스는 바람직하게는 상호 결합이 가능한 직선형 단위 케이스 및 곡선형 단위 케이스로 구성될 수 있다.
본 발명에서 상기 복수의 단위 케이스가 직선형 단위 케이스 및 곡선형 단위 케이스로 구성되는 것은 매우 중요한 구성이다. 왜냐하면, 직선형 단위 케이스 및 곡선형 단위 케이스를 다양한 크기로 제작하여 필요한 열용량에 따라 열교환기 크기조절을 통해 열교환기의 용량을 조절할 수 있기 때문이다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 곡선형 단위 케이스는 양 단부에 상기 직선형 단위 케이스를 결합하고, 결합되었을 경우 상기 직선형 단위 케이스를 서로 90도 각도로 위치시키는 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 모듈식 열교환기는 바람직하게는 상기 직선형 단위 케이스의 양 단부에 상기 곡선형 단위 케이스를 연결 결합하고, 상기 곡선형 단위 케이스의 양 단부에 상기 직선형 단위 케이스를 연결 결합하여 형성되는 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 모듈식 열교환기는 바람직하게는 순차로 결합되는 복수의 상기 직선형 단위 케이스의 길이를 점점 짧게 형성하여 나선형 형상을 갖는 것일 수 있다.
본 발명에서 상기 곡선형 단위 케이스의 양 단부에 상기 직선형 단위 케이스를 결합하고, 결합되었을 경우 상기 직선형 단위 케이스가 서로 90도 각도로 위치하는 것은 매우 중요한 구성이다. 왜냐하면, 상기 곡선형 단위 케이스의 양 단부에 상기 직선형 단위 케이스를 반복하여 결합하는 과정에서 상기 직선형 단위 케이스의 길이를 순차적으로 줄일 경우 케이스의 전체적인 형상을 나선형으로 제작할 수 있어 케이스의 부피를 최소화할 수 있는 것은 물론, 열교환 효율도 최대화할 수 있기 때문이다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 직선형 단위 케이스는 바람직하게는 압출 성형 방식에 의해 제조될 수 있다.
본 발명에서 상기 직선형 단위 케이스를 압출 성형 방식에 의해 제조할 수 있는 것은 매우 중요한 구성이다. 왜냐하면, 직선형 단위 케이스를 압출 성형 방식에 의해 제조할 경우 단위 케이스 제작을 위한 몰드(mold) 제작 비용을 현저히 줄일 수 있기 때문이다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 단위 케이스는 바람직하게는 직선 유로와 곡선 유로가 일체 형성된 일체형 단위 케이스일 수 있고, 보다 바람직하게는 직선 유로의 일 단부에 곡선 유로가 90도 각도로 연장 형성된 일체형 단위 케이스일 수 있다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 모듈식 열교환기는 복수의 상기 일체형 단위 케이스가 각각 곡선 유로 단부에 다른 일체형 단위 케이스의 직선 유로 단부를 각각 연결 결합하여 형성되는 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 모듈식 열교환기는 순차로 결합되는 복수의 상기 일체형 단위 케이스의 직선 유로 길이를 점점 짧게 형성하여 나선형 형상을 갖는 것일 수 있다.
본 발명에서 상기 단위 케이스가 직선 유로의 일 단부에 곡선 유로가 90도 각도로 연장 형성된 일체형 단위 케이스인 것은 매우 중요한 구성이다. 왜냐하면, 상기 어느 한 일체형 단위 케이스의 곡선 유로에 다른 일체형 단위 케이스의 직선 유로를 반복하여 결합하는 과정에서 상기 직선 유로의 길이를 순차적으로 줄일 경우 케이스의 전체적인 형상을 나선형으로 제작할 수 있어 케이스의 부피를 최소화할 수 있는 것은 물론, 열교환 효율도 최대화할 수 있기 때문이다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 직선형 단위 케이스 및 곡선형 단위 케이스는 바람직하게는 상기 직선형 단위 케이스의 외경이 상기 곡선형 단위 케이스의 내경보다 작아 상기 직선형 단위 케이스의 일 단부가 상기 곡선형 단위 케이스의 일 단부 내부로 인입하여 결합하거나, 또는 상기 곡선형 단위 케이스의 외경이 상기 직선형 단위 케이스의 내경보다 작아 상기 곡선형 단위 케이스의 일 단부가 상기 직선형 단위 케이스의 일 단부 내부로 인입하여 결합하는 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 일체형 단위 케이스는 바람직하게는 상기 직선 유로의 단부 외경이 상기 곡선 유로의 단부 내경보다 작아 상기 직선 유로의 단부가 상기 곡선 유로의 단부 내부로 인입하여 결합하거나, 또는 상기 곡선 유로의 단부 외경이 상기 직선 유로의 단부 내경보다 작아 상기 곡선 유로의 단부가 상기 직선 유로의 단부 내부로 인입하여 결합하는 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 단위 케이스는 바람직하게는 뚜껑과 본체로 구성되는 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 외부순환유로의 중간 부분에는 바람직하게는 상기 외부순환유로를 제1 외부순환유로 및 제2 외부순환유로로 분할하는 유로분할플레이트가 설치될 수 있다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 내부순환관은 바람직하게는 상기 제1 외부순환유로 내부 및 상기 제2 외부순환유로 내부에 위치하고, 상기 제1 외부순환유로 내부 및 상기 제2 외부순환유로 내부에 위치한 상기 내부순환관은 서로 연결된 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 내부순환관은 상기 제1 외부순환유로의 제1인입공 및 상기 제1 외부순환유로의 제1유출공을 통과하여 위치시킨 다음, 상기 내부순환관을 굴곡시켜 상기 제2 외부순환유로의 제2인입공 및 상기 제2 외부순환유로의 제2유출공을 통과하여 위치시킨 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 내부순환관, 상기 제1 외부순환유로 및 상기 제2 외부순환유로 각각의 유입공 및 유출공은 바람직하게는 상기 열교환기의 측면에 형성된 것일 수 있다.
본 발명에서 상기 외부순환유로의 중간 부분에 상기 외부순환유로를 제1 외부순환유로 및 제2 외부순환유로로 분할하는 유로분할플레이트가 설치되는 것은 매우 중요한 구성이다. 왜냐하면, 상기 외부순환유로의 중간 부분에 상기 외부순환유로를 제1 외부순환유로 및 제2 외부순환유로로 분할하는 유로분할플레이트를 설치할 경우, 상기 내부순환관은 상기 제1 외부순환유로의 제1인입공 및 상기 제1 외부순환유로의 제1유출공을 통과하여 위치시킨 다음, 상기 내부순환관을 굴곡시켜 상기 제2 외부순환유로의 제2인입공 및 상기 제2 외부순환유로의 제2유출공을 통과하여 위치시킬 수 있기 때문에, 상기 내부순환관, 상기 제1 외부순환유로 및 상기 제2 외부순환유로 각각의 유입공 및 유출공을 상기 열교환기의 측면에 형성하여 열교환기 상호간 수직 결합을 용이하게 할 수 있기 때문이다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 열교환기는 바람직하게는 각 열교환기에 포함된 외부순환유로와 내부순환관을 각각 연결하여 복수 개가 상하로 적층되거나, 동일 평면상에 배치되어 하나의 열기기에 설치되는 것일 수 있다.
본 발명에서 열교환기가 각 열교환기에 포함된 외부순환유로와 내부순환관을 각각 연결하여 복수의 열교환기가 상호 연결되는 것은 매우 중요한 구성이다. 왜냐하면 열교환기의 용량은 설치되는 열기기의 용량 및 설치환경에 따라 매우 다양하게 변화될 필요가 있는데, 열교환기를 복수로 연결하여 사용할 경우 개별 사용량에 맞는 열교환기를 별도로 제작할 필요가 없기 때문이다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 연결부는 바람직하게는 상기 열교환기의 상면 및 하면에 형성되어 어느 한 열교환기의 상면에 형성된 연결부가 다른 열교환기의 하면에 형성된 연결부와 연결된 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 유로형성플레이트 및 유로분할플레이트는 바람직하게는 열전도율이 0.03 W/m㎥ 내지 0.1 W/m㎥인 재질로 제조되는 것일 수 있다.
본 발명에서 상기 유로형성플레이트 및 유로분할플레이트를 열전도율이 낮은 재질로 제조하는 것은 매우 중요한 구성이다. 왜냐하면, 유로형성플레이트 및 유로분할플레이트를 열전도율이 낮은 재질로 제조할 경우 상기 외부순환유로 및 내부순환관을 유동하는 유체의 열교환 효율을 유의적으로 증가시킬 수 있기 때문이다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 유로형성플레이트 및 유로분할플레이트의 양면 또는 단면에는 바람직하게는 열전도율이 0.03 W/m㎥ 내지 0.1 W/m㎥인 재질로 제조되는 열차단플레이트가 추가적으로 설치된 것일 수 있다.
본 발명에서 유로형성플레이트 및 유로분할플레이트의 양면 또는 단면에 열전도율이 0.03 W/m㎥ 내지 0.1 W/m㎥인 재질로 제조되는 열차단플레이트를 추가적으로 설치하는 것은 매우 중요한 구성이다. 왜냐하면, 열차단플레이트를 추가적으로 설치할 경우 상기 외부순환유로 및 내부순환관을 유동하는 유체의 열교환 효율을 유의적으로 증가시킬 수 있기 때문이다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 내부순환관의 외주면에는 상기 제1 유체 또는 제2 유체와의 접촉면적을 증대하고, 상기 제1 유체 또는 제2 유체의 순환 속도를 느려지게 하도록 스크류부재가 형성될 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:
(a) 본 발명은 내부에 제1 유체가 순환하는 외부순환유로를 형성하여 외부순환관 기능을 수행하는 케이스 및 상기 외부순환유로 내부에 설치되고 내부에 상기 제1 유체와 열교환을 수행하는 제2 유체가 순환하는 유로가 형성되는 내부순환관을 포함하고, 상기 케이스는 상호 결합이 가능한 복수의 직선형 단위 케이스 및 곡선형 단위 케이스가 결합되어 완성되며, 상기 직선형 단위 케이스는 압출 성형 방식에 의해 제조되는 모듈식 열교환기를 제공한다.
(b) 열교환기 상호간 상하 적층이 가능한 것은 물론, 필요한 열용량에 따라 열교환기 크기조절 내지는 열교환기의 가감을 통해 열교환기의 용량을 조절할 수 있는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명의 열교환기의 사시도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 열교환기의 평면도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 열교환기의 측면도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 열교환기의 절단부 단면도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 열교환기 중 유로분할플레이트의 확대도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 열교환기 중 연결부를 나타내는 참고도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 열교환기의 연결 상태를 나타내는 참고도를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 열교환기 중 복수의 직선형 단위 케이스 및 곡선형 단위 케이스가 결합하여 완성된 열교환기의 정면도를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 열교환기에 포함된 직선형 단위 케이스의 사시도를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 열교환기에 포함된 곡선형 단위 케이스의 사시도를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 열교환기 중 복수의 일체형 단위 케이스가 결합하여 완성된 열교환기의 정면도를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 열교환기에 포함된 일체형 단위 케이스의 사시도를 나타낸다.
도 13은 본체와 뚜껑을 포함하는 직선형 단위 케이스의 사시도가 도시되어 있다.
도 14는 본체와 뚜껑을 포함하는 곡선형 단위 케이스의 사시도가 도시되어 있다.
도 15는 본체와 뚜껑을 포함하는 일체형 단위 케이스의 사시도가 도시되어 있다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기(1)가 도시되어 있다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기(1)의 사시도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기(1)는 케이스(10), 외부순환유로(20), 제1 외부순환유로(21), 제1유입공(22), 제1유출공(23), 제2 외부순환유로(24), 제2유입공(25), 제2유출공(26), 내부순환관(30), 내부유입공(31), 내부유출공(32), 유로형성플레이트(40), 유로분할플레이트(41), 열차단플레이트(42) 및 연결부(50)로 구성된다.
케이스(10)는 가로와 세로 길이에 비해 높이가 낮은 육면체 형상으로 형성되고, 케이스(10) 내부에는 외부순환관 기능을 수행하도록 나선 형상의 외부순환유로(20)를 형성하는 유로형성플레이트(40)가 설치된다.
즉, 유로형성플레이트(40)는 케이스(10)의 중앙으로부터 점차 직경이 증가하는 소용돌이 형상의 나선형으로 절곡되어 형성되고, 케이스(10) 내부에 상하 방향으로 배치된다.
외부순환유로(20)는 제1 외부순환유로(21) 및 제2 외부순환유로(24)로 구성되고, 유로분할플레이트(41)에 의해 제1 외부순환유로(21) 및 제2 외부순환유로(24)로 분할된다.
제1 외부순환유로(21)는 제1유입공(22) 및 제1유출공(23)으로 구성된다.
제2 외부순환유로(24)는 제2유입공(25) 및 제2유출공(26)으로 구성된다.
내부순환관(30)은 내부유입공(31) 및 내부유출공(32)으로 구성된다.
유로형성플레이트(40)는 유로분할플레이트(41) 및 열차단플레이트(42)로 구성되어 제1 외부순환유로(21) 및 제2 외부순환유로(24)를 형성한다.
열차단플레이트(42)는 유로형성플레이트(40)에 부착되어 제1 외부순환유로(21) 및 제2 외부순환유로(24) 상호간 열교환을 최소화한다.
연결부(50)는 본 발명의 열교환기(1)를 수직 방향으로 연결 고정한다.
외부순환유로(20) 중 제1 외부순환유로(21) 및 제2 외부순환유로(24)의 일측에는 제1유입공(22) 및 제2유입공(25)이 형성되고 타측에는 제1유출공(23) 및 제2유출공(26)이 형성된다. 내부순환관(30)에도 일측에는 내부유입공(31)이 형성되고 타측에는 내부유출공(32)이 형성된다.
따라서 내부순환관(30)의 내부로는 제2 유체가 유동되고, 외부순환유로(20)의 내주면 및 내부순환관(30)의 외주면 사이에 형성된 공간으로는 제1 유체가 유동될 수 있다.
그러므로 제1 유체 및 제2 유체는 열교환기(1)를 통하여 유동되는 과정에서 서로 혼합되지는 않으면서 열교환이 이루어지게 된다. 여기서, 제1 유체 및 제2 유체는 열교환기(1) 내를 순환하는 작동유체로서, 제1 유체 및 제2 유체는 서로 다른 온도를 갖고 기체 또는 액체 상태일 수 있다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기(1)의 평면도가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기(1)의 측면도가 도시되어 있으며, 도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기(1)의 단면도가 도시되어 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 외부순환유로(20) 중 제1 외부순환유로(21)의 제1유입공(22)을 통해 제1 외부순환유로(21) 내부로 인입된 제1 유체는 제1유출공(23)을 통해 제1 외부순환유로(21)를 이탈한 후 재차 외부순환유로(20) 중 제2 외부순환유로(24)의 제2유입공(25)을 통해 제2 외부순환유로(24) 내부로 인입된 유체는 제2유출공(26)을 통해 제2 외부순환유로(24)를 이탈하며 외부순환유로(20) 내부에 위치한 내부순환관(30)과 열교환을 한다.
여기서, 상기 내부순환관(30)은 상기 외부순환유로(20) 중 제1 외부순환유로의 제1인입공 및 상기 제1 외부순환유로의 제1유출공을 통과하여 위치한 이후, 상기 내부순환관을 굴곡시켜 상기 제2 외부순환유로의 제2인입공 및 상기 제2 외부순환유로의 제2유출공을 통과하여 위치한다.
도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기(1) 중 유로분할플레이트(41)의 확대도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기(1) 중 유로분할플레이트(41)의 양 측면은 열차단플레이트(42)가 부착되어 제1 외부순환유로(21) 및 제2 외부순환유로(24) 상호간 열교환을 최소화할 수 있다.
도 6에는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기(1) 중 연결부(50)의 참고도가 도시되어 있고, 도 7에는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기(1)의 연결 상태 참고도가 도시되어 있다.
도 6 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기(1)의 평면에 형성된 연결부(50)는 다른 열교환기(1)의 저면에 형성된 연결부(50)와 결합하여 열교환기(1)를 수직으로 결합할 수 있다.
도 8 내지 도 12에는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 단위 케이스(60)가 결합되어 완성된 열교환기(1)가 도시되어 있다.
도 8 내지 도 10에는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 직선형 단위 케이스(61) 및 곡선형 단위 케이스(62)가 결합하여 완성된 열교환기(1)의 정면도와 직선형 단위 케이스(61) 및 곡선형 단위 케이스(62)의 사시도가 도시되어 있다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기(1)는 직선형 단위 케이스(61) 및 곡선형 단위 케이스(62)로 구성될 수 있다.
상기 직선형 단위 케이스(61)는 후술하는 본체(601), 뚜껑(602) 및 결합부(603)로 구성되고, 사출 또는 압출 성형 방식에 의해 제조될 수 있으나, 몰드(mold) 비용을 줄이기 위해 압출 성형 방식에 의해 제조하는 것이 바람직하다.
상기 곡선형 단위 케이스(62)는 본체(601), 뚜껑(602) 및 결합부(603)로 구성되고, 사출 성형 방식에 의해 제조될 수 있다.
상기 직선형 단위 케이스(61)와 상기 곡선형 단위 케이스(62)는 각각의 단위 케이스에 형성된 상기 결합부(603) 상호간의 결합에 의해 결합될 수 있다.
여기서, 상기 모듈식 열교환기(1)는 첫 번째 직선형 단위 케이스(61)를 첫 번째 곡선형 단위 케이스(62)의 어느 한 단부에 결합하고, 상기 첫 번째 곡선형 단위 케이스(62)의 나머지 단부에는 두번째 직선형 단위 케이스(61)를 결합하되, 상기 다른 직선형 단위 케이스(61)의 길이를 상기 첫 번째 직선형 단위 케이스(61)의 길이보다 짧게 하여 두 번째 곡선형 단위 케이스(62)에 결합하는 과정을 복수 회 반복할 경우 상기 모듈식 열교환기(1)의 전체 형상을 나선 형상으로 제조하여 열교환기의 전체적인 열 교환 효율을 높일 수 있다.
도 11 및 도 12에는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 일체형 단위 케이스(63)가 결합하여 완성된 열교환기(1)의 정면도와 일체형 단위 케이스(63)의 사시도가 도시되어 있다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기(1)는 일체형 단위 케이스(63)로 구성된다.
일체형 단위 케이스(63)는 본체(601), 뚜껑(602) 및 결합부(603)로 구성되고, 사출 성형 방식에 의해 제조될 수 있다.
상기 일체형 단위 케이스(63)는 일체형 단위 케이스 각각에 형성된 결합부(도시되지 않음) 상호간의 결합에 의해 결합될 수 있다.
여기서, 상기 모듈식 열교환기(1)는 첫 번째 일체형 단위 케이스(63) 곡선 유로 단부에 두 번째 일체형 단위 케이스(63) 직선 유로 단부를 결합하되, 상기 두 번째 일체형 단위 케이스(63) 직선 유로 단부의 길이를 상기 첫 번째 일체형 단위 케이스(63) 직선 유로 단부의 길이보다 짧게 하여 결합하는 과정을 복수 회 반복할 경우 상기 모듈식 열교환기(1)의 전체 형상을 나선 형상으로 제조하여 열교환기의 전체적인 열 교환 효율을 높일 수 있다.
도 13 내지 도 15에는 본 발명의 일 실시예에 따른 직선형 단위 케이스(61), 곡선형 단위 케이스(62) 또는 일체형 단위 케이스(63)를 구성하는 본체(601) 및 뚜껑(602)의 사시도 가 도시되어 있다.
도 13 및 도 15를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 직선형 단위 케이스(61), 곡선형 단위 케이스(62) 또는 일체형 단위 케이스(63)는 본체(601), 뚜껑(602) 및 결합부(603)로 구성될 수 있다.
상기 본체(601)와 상기 뚜껑(602)에는 상호 결합을 가능하게 하는 결합수단이 형성되어 있다(도시되지 않음).
상기 직선형 단위 케이스(61), 곡선형 단위 케이스(62) 또는 일체형 단위 케이스(63)의 양 단부에는 결합부가 형성되어 직선형 단위 케이스(61) 및 곡선형 단위 케이스(62) 상호간 또는 일체형 단위 케이스(63) 상호간에 결합이 가능하다.
열교환기 1 케이스 10
외부순환유로 20 제1 외부순환유로 21
제1유입공 22 제1유출공 23
제2 외부순환유로 24 제2유입공 25
제2유출공 26 내부순환관 30
내부유입공 31 내부유출공 32
유로형성플레이트 40 유로분할플레이트 41
열차단플레이트 42 연결부 50
단위 케이스 60 직선형 단위 케이스 61
곡선형 단위 케이스 62 일체형 단위 케이스 63
본체 601 뚜껑 602
결합부 603

Claims (10)

  1. 내부에 제1 유체가 순환하는 외부순환유로를 형성하여 외부순환관 기능을 수행하는 케이스 및
    상기 외부순환유로 내부에 설치되고 내부에 상기 제1 유체와 열교환을 수행하는 제2 유체가 순환하는 유로가 형성되는 내부순환관을 포함하고,
    상기 케이스는 상호 결합이 가능한 복수의 직선형 단위 케이스 및 곡선형 단위 케이스가 결합되어 완성되며,
    상기 직선형 단위 케이스는 압출 성형 방식에 의해 제조되는
    모듈식 열교환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 곡선형 단위 케이스는 양 단부에 상기 직선형 단위 케이스를 결합하고, 결합되었을 경우 상기 직선형 단위 케이스를 서로 90도 각도로 위치시키는 것을 특징으로 하는 모듈식 열교환기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 직선형 단위 케이스 및 곡선형 단위 케이스는 상기 직선형 단위 케이스의 외경이 상기 곡선형 단위 케이스의 내경보다 작아 상기 직선형 단위 케이스의 일 단부가 상기 곡선형 단위 케이스의 일 단부 내부로 인입하여 결합하거나, 또는 상기 곡선형 단위 케이스의 외경이 상기 직선형 단위 케이스의 내경보다 작아 상기 곡선형 단위 케이스의 일 단부가 상기 직선형 단위 케이스의 일 단부 내부로 인입하여 결합하는 것을 특징으로 하는 모듈식 열교환기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 모듈식 열교환기는 상기 직선형 단위 케이스의 양 단부에 상기 곡선형 단위 케이스를 연결 결합하고, 상기 곡선형 단위 케이스의 양 단부에 상기 직선형 단위 케이스를 연결 결합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 모듈식 열교환기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 모듈식 열교환기는 순차로 결합되는 복수의 상기 직선형 단위 케이스의 길이를 점점 짧게 형성하여 나선형 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 모듈식 열교환기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부순환유로의 중간 부분에는 상기 외부순환유로를 제1 외부순환유로 및 제2 외부순환유로로 분할하는 유로분할플레이트가 설치되는 것을 특징으로 하는 모듈식 열교환기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 내부순환관은 상기 제1 외부순환유로 내부 및 상기 제2 외부순환유로 내부에 위치하고, 상기 제1 외부순환유로 내부 및 상기 제2 외부순환유로 내부에 위치한 상기 내부순환관은 서로 연결된 것을 특징으로 하는 모듈식 열교환기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 내부순환관은 상기 제1 외부순환유로의 제1인입공 및 상기 제1 외부순환유로의 제1유출공을 통과하여 위치시킨 다음, 상기 내부순환관을 굴곡시켜 상기 제2 외부순환유로의 제2인입공 및 상기 제2 외부순환유로의 제2유출공을 통과하여 위치시킨 것을 특징으로 하는 모듈식 열교환기.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단위 케이스는 뚜껑과 본체로 구성되는 것을 특징으로 하는 모듈식 열교환기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 직선형 단위 케이스의 뚜껑과 본체는 압출 성형 방식에 의해 제조되고, 상기 곡선형 단위 케이스의 뚜껑과 본체는 사출 성형 방식에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 모듈식 열교환기.
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