KR20200023845A

KR20200023845A - 판형 열교환기

Info

Publication number: KR20200023845A
Application number: KR1020180100267A
Authority: KR
Inventors: 최지원; 유상훈; 이응열; 이한춘
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2018-08-27
Filing date: 2018-08-27
Publication date: 2020-03-06
Also published as: KR102094532B1

Abstract

본 발명은 판형 열교환기에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기에는, 접착제에 의하여 상하 방향으로 접착되는 플랜지부를 각각 가지는 제 1,2 플레이트가 포함되고, 상기 플랜지부는 단차지게 형성되어 제 1,2 플레이트의 접착면적을 증가시킬 수 있다.

Description

판형 열교환기{Plate type heat exchanger}

본 발명은 판형 열교환기에 관한 것이다.

열교환기는 적어도 2개의 유체간에 열교환을 가이드 하는 장치로서, 일례로 판형 열교환기가 포함될 수 있다. 상기 판형 열교환기에는, 서로 다른 온도를 형성하는 유체가 유동하는 적어도 2개 이상의 유로가 포함되며, 상기 2개 이상의 유로는 서로 교번하여 배치될 수 있다.

상기 판형 열교환기는 다른 열교환기에 비하여 열교환 효율이 높고, 그 구조에 있어서 소형화 및 경량화가 가능하다는 장점이 있다.

이러한 판형 열교환기와 관련하여, 아래와 같은 종래기술이 소개된다.

1. 공개특허 번호 (공개일자) : 10-2008-0006122 (2008년 1월 16일)

2. 발명의 명칭 : 판형 열교환기 및 그 제조방법

상기 종래기술에 의하면, 아래와 같은 문제점이 존재한다.

첫째, 종래의 판형 열교환기는, 다수의 열교환 플레이트와 브레이징용 메탈을 적층한 후 브레이징 용접을 수행하는 공정을 통하여 제조되는데, 이러한 제조방법을 이용하면 제조비용이 높고 생산 효율이 낮다는 단점이 있다.

둘째, 판형 열교환기에 유체가 유동할 때, 상기 유체에 포함된 이물이 브레이징 용접된 부분에 부착되어, 열교환 플레이트에 오염이 발생되고 이에 따라 판형 열교환기의 부식이 나타나고 열교환 성능이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 접착제를 이용하여 열교환 플레이트를 결합함으로써, 제조비용을 낮출 수 있는 판형 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 접착제에 의한 접착력 저하를 방지하기 위하여, 플레이트의 접착 면적(또는 접착 길이)을 증대할 수 있는 판형 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히, 플레이트의 플랜지부를 절곡시키고, 절곡된 부분에 접착부를 형성함으로써 적층되는 플레이트 간의 접촉면적을 증가시키는 것을 목적으로 한다.

또한, 제 1 플레이트의 플랜지부에 턱을 형성하고 제 2 플레이트가 상기 턱에 지지됨으로써, 적층된 플레이트 간의 지지력을 증대시킬 수 있는 판형 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기에는, 접착제에 의하여 상하 방향으로 접착되는 플랜지부를 각각 가지는 제 1,2 플레이트가 포함되고, 상기 플랜지부는 단차지게 형성되어 제 1,2 플레이트의 접착면적을 증가시킬 수 있다.

상기 접착제에 의한 접착층에는, 수평 방향으로 연장되는 제 1,3 접착부 및 상기 제 1 접착부로부터 상기 제 3 접착부를 향하여, 상하 방향으로 연장되는 제 2 접착부가 포함될 수 있다.

상기 플랜지부에는, 상기 플레이트 본체로부터 절곡되며, 상하 방향으로 연장되는 제 1 벽; 및 상기 제 1 벽으로부터 상기 플레이트 본체의 외부를 향하여 수평 방향으로 연장되는 제 2 벽이 포함된다.

상기 플랜지부에는, 상기 제 2 벽으로부터 상하 방향으로 연장되는 제 3 벽; 및 상기 제 3 벽으로부터 상기 플레이트 본체의 외부를 향하여 수평 방향으로 연장되는 제 4 벽이 더 포함된다.

상기 제 1 플레이트의 제 1 벽과, 상기 제 2 플레이트의 제 2 벽의 사이에는, 상기 제 1 접착부가 형성될 수 있다.

상기 제 1 플레이트의 제 1 벽과, 상기 제 2 플레이트의 제 3 벽의 사이에는, 상기 제 2 접착부가 형성될 수 있다.

상기 제 1 플레이트의 제 3 벽과, 상기 제 2 플레이트의 제 4 벽의 사이에는, 상기 제 3 접착부가 형성될 수 있다.

상기 플랜지부는 상기 플레이트 본체로부터 4회 절곡되어 연장될 수 있다.

상기 제 1 플레이트의 플레이트 본체와, 상기 제 2 플레이트의 플레이트 본체 사이의 거리를 나타내는 유동 깊이(D1)에 대하여, 상기 제 1,2,3 접착부의 접착된 길이의 합은 상기 유동 깊이(D1)보다 큰 것을 특징으로 한다.

상기 플레이트 본체와, 상기 제 1 벽이 이루는 절곡각도(θ)는 90°를 형성할 수 있다.

상기 플레이트 본체와, 상기 제 1 벽이 이루는 절곡각도(θ)는 90°초과 96° 이하의 범위를 형성할 수 있다.

플레이트 본체의 두께(t1)는 0.3~1.0mm의 범위에서 형성되고, 상기 유동 깊이(D1)는 1.0 ~ 2.0mm의 범위에 형성될 수 있다.

상기한 해결수단에 따른 본 발명에 의하면, 접착제를 이용하여 열교환 플레이트를 결합함으로써 제조비용을 낮추고, 제조되는 시간을 단축할 수 있다는 효과가 나타난다.

또한, 플레이트의 테두리부를 형성하는 플랜지부를 절곡시켜 턱을 형성하고, 상기 턱에 접착부를 형성함으로써 적층되는 플레이트 간의 접착면적을 증가시킬 수 있다. 따라서, 접착제를 이용하여 플레이트를 결합시키더라도, 접착력이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 상기 턱은 상하 벽 및 좌우 벽이 교번하여 연장되도록 구성되고, 상기 턱에 인접한 플레이트가 지지될 수 있으므로, 상하/좌우 방향으로의 지지력이 증대될 수 있다.

또한, 상기 턱을 이용하여 적층된 플레이트 간의 결합이 견고하게 이루어질 수 있으므로, 플레이트 자체의 크기를 증가시키지 않고서도 판형 열교환기의 내압을 일정수준 이상 확보할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 접착제가 열교환 플레이트의 전체 면적에 도포되더라도, 2개의 플레이트의 접촉부분에서 접착될 수 있으므로 열교환 플레이트의 내부 유로를 막지 않을 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 판형 열교환기의 구성을 보여주는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 판형 열교환기를 구성하는 열교환 플레이트의 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1의 III-III'를 따라 절개한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른, 적층된 제 1,2 플레이트의 일부 구성을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른, 적층된 제 1,2 플레이트의 일부 구성을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 절곡된 플랜지부를 가지는 플레이트에 대하여, 형상 인자별 다수의 플레이트간 접촉길이의 변화를 보여주는 실험 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 절곡된 플랜지부를 가지는 플레이트에 대하여, 형상 인자별 다수의 플레이트간 가로길이의 변화를 보여주는 실험 그래프이다.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 판형 열교환기의 구성을 보여주는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 판형 열교환기를 구성하는 열교환 플레이트의 구성을 보여주는 도면이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기(10)에는, 다수의 열교환 플레이트(100)를 포함하는 플레이트 패키지 및 상기 플레이트 패키지의 일측에 구비되는 엔드 플레이트(20)가 포함된다. 일례로, 상기 열교환 플레이트(100) 및 상기 엔드 플레이트(20)는 4각 패널의 형상을 가질 수 있다. 도면에 도시되지는 않았으나, 상기 플레이트 패키지의 타측에는 또 다른 엔드 플레이트가 구비될 수 있다. 즉, 상기 2개의 엔드 플레이트의 사이에, 상기 플레이트 패키지가 구비될 수 있다.

상기 열교환 플레이트(100)는 열전도율이 우수하고 압력에 대한 내압성이 우수한 금속 소재로 구성될 수 있다. 일례로, 상기 열교환 플레이트(100)는 스테인리스 소재로 구성될 수 있다.

상기 다수의 열교환 플레이트(100)는 전후 방향으로 적층하도록 배치되며, 상기 다수의 열교환 플레이트(100)의 사이에는, 유체가 유동하는 유로가 형성된다. 상기 유로에는, 제 1 유체가 유동하는 제 1 유로 및 제 2 유체가 유동하는 제 2 유로가 포함된다. 상기 제 1,2 유로는 서로 교번하여 차례로 배치될 수 있다.

상기 판형 열교환기(10)에는, 제 1 유체가 상기 플레이트 패키지의 내부로 유입 또는 배출되도록 하는 제 1 입출포트(60) 및 제 2 유체가 상기 플레이트 패키지의 내부로 유입 또는 배출되도록 하는제 2 입출포트(70)가 더 포함된다. 상기 제 1 입출포트(60) 및 상기 제 2 입출포트(70)는 상기 엔드 플레이트(20)에 결합될 수 있다. 상기 제 1,2 유체는 온도 차이를 가지며, 서로 열교환 될 수 있다. 일례로, 상기 제 1 유체는 냉매, 상기 제 2 유체는 물일 수 있다.

상기 제 1 입출포트(60)는 2개가 구비되며, 상기 2개의 제 1 입출포트(60)는 상기 엔드 플레이트(20)의 상부 및 하부에 각각 배치될 수 있다. 그리고, 상기 제 2 입출포트(70)는 2개가 구비되며 상기 2개의 제 2 입출포트(70)는 상기 엔드 플레이트(20)의 상부 및 하부에 각각 배치될 수 있다.

일례로, 상기 2개의 제 1 입출포트(60)는 상기 엔드 플레이트(20)의 네 모서리 중 대각선 방향으로 배열되는 제 1,4 모서리측에 배치될 수 있다. 그리고, 상기 2개의 제 2 입출포트(70)는 상기 엔드 플레이트(20)의 네 모서리 중 다른 대각선 방향으로 배열되는 제 2,3 모서리측에 배치될 수 있다.

다음으로 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열교환 플레이트(100)에는, 대략 4각 패널의 형상을 가지는 플레이트 본체(110) 및 상기 플레이트 본체(110)의 네 모서리측에 배열되며 상기 제 1,2 입출포트(60,70)에 연통하여 유체의 유동을 가이드 하는 다수의 포트개구(120,130,140,150)가 포함된다.

상기 다수의 포트개구(120,130,140,150)에는, 2개의 제 1 입출포트(60)와 대응되는 위치에 형성되는 제 1,3 포트개구(120,140)가 포함된다. 제 1 유체는 상기 제 1 포트개구(120)를 통하여 상기 열교환 플레이트(100)의 전방으로부터 후방으로 유동하며, 상기 제 3 포트개구(140)를 통하여 상기 열교환 플레이트(100)의 후방으로부터 전방으로 유동할 수 있다.

상기 다수의 포트개구(120,130,140,150)에는, 2개의 제 2 입출포트(70)와 대응되는 위치에 형성되는 제 2,4 포트개구(130,150)가 포함된다. 제 2 유체는 상기 제 2 포트개구(130)를 통하여 상기 열교환 플레이트(100)의 후방으로부터 전방으로 유동하며, 상기 제 4 포트개구(150)를 통하여 상기 열교환 플레이트(100)의 전방으로부터 후방으로 유동할 수 있다.

상기 플레이트 본체(110)의 전면에는, 요철이 포함된다. 상세히, 상기 요철에는, 상기 플레이트 본체(110)의 전면으로부터 전방으로 돌출되는 돌출부(112) 및 상기 플레이트 본체(110)의 전면으로부터 후방으로 함몰되는 함몰부(114)가 포함된다. 상기 돌출부(112)와 상기 함몰부(114)는 다수 개가 구비되며, 서로 교번하여 배치될 수 있다. 그리고, 상기 플레이트 본체(110)의 후면에도, 상기 요철이 포함될 수 있다.

일례로, 상기 다수 개의 돌출부(112) 및 다수 개의 함몰부(114)에 의하여, 상기 플레이트 본체(110)의 전면 및 후면에는, 헤링본(herringbone) 무늬가 형성될 수 있다.

상기 플레이트 본체(110)의 요철은, 인접한 다른 열교환 플레이트(100)에 구비되는 요철에 접촉하도록 구비될 수 있다. 그리고, 접촉된 요철들은 접착제에 의하여 접착되는 접착부를 구성할 수 있다. 일례로, 제 1 플레이트(101)의 함몰부(114)에는, 제 2 플레이트(102)의 돌출부(112)가 접착될 수 있다 (도 3 참조).

상기 열교환 플레이트(100)에는, 상기 플레이트 본체(110)의 테두리를 형성는 플랜지부(200)가 포함된다. 상기 플랜지부(200)는 단차지게 구성되어, 인접한 열교환 플레이트(100)의 플랜지부에 접촉되도록 구성될 수 있다. 그리고, 접촉된 부분에는 접착제가 구비되어 2개의 열교환 플레이트(100)를 결합시킬 수 있다.

도 3은 도 1의 III-III'를 따라 절개한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른, 적층된 제 1,2 플레이트의 일부 구성을 보여주는 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 판형 열교환기(10)에는, 일 방향으로 적층되는 다수의 열교환 플레이트(101,102,103)가 포함된다. 상기 다수의 열교환 플레이트(101,102,103)에는, 접착제에 의하여 접착되는 제 1 플레이트(101), 제 2 플레이트(102) 및 제 3 플레이트(103)가 포함된다.

상기 제 1 플레이트(101)와 상기 제 3 플레이트(102)의 사이에는 제 2 플레이트(102)가 배치될 수 있다. 그리고, 상기 제 3 플레이트(103)는 엔드 플레이트(20)에 결합될 수 있다.

상기 제 1~3 플레이트(101,102,103) 각각에는, 돌출부(112) 및 함몰부(114)가 교번하여 배치되는 플레이트 본체(110)가 포함된다. 제 2 플레이트(103)의 함몰부(114)는 제 3 플레이트(103)의 돌출부(112)에 접착되고, 상기 제 2 플레이트(103)의 돌출부(112)는 제 1 플레이트(101)의 함몰부(114)에 접착될 수 있다.

상기 제 2 플레이트(102)와 상기 제 3 플레이트(103)의 사이에는 제 1 유체가 유동하는 제 1 공간부(170)가 형성된다. 상기 제 1 공간부(170)에는, 제 2,3 플레이트(102,103)의 접착된 요철에 의하여 구분되는 다수의 공간부(170)가 포함될 수 있다.

상기 제 1 플레이트(101)와 상기 제 2 플레이트(102)의 사이에는 제 2 유체가 유동하는 제 2 공간부(180)가 형성된다. 상기 제 2 공간부(180)에는, 제 1,2 플레이트(102,103)의 접착된 요철에 의하여 구분되는 다수의 공간부(180)가 포함될 수 있다.

상기 제 1~3 플레이트(101,102,103)에는, 상기 플레이트 본체(110)의 테두리부를 형성하며 절곡된 형상을 가지는 플랜지부(200)가 각각 포함된다.

상기 플랜지부(200)에는, 상기 플레이트 본체(110)로부터 절곡되는 제 1 벽(210)이 포함된다. 상기 제 1 벽(210)은 상기 플레이트 본체(110)로부터 상하 방향으로 연장될 수 있다.

상기 플랜지부(200)에는, 상기 제 1 벽(210)으로부터 절곡되는 제 2 벽(220)이 포함된다. 상기 제 2 벽(220)은 상기 제 1 벽(210)으로부터 상기 플레이트 본체(110)의 외부를 향하여 수평한 방향으로 연장될 수 있다.

상기 플랜지부(200)에는, 상기 제 2 벽(220)으로부터 절곡되는 제 3 벽(230)이 포함된다. 상기 제 3 벽(230)은 상기 제 2 벽(220)으로부터 상하 방향으로 연장될 수 있다. 그리고, 상기 제 3 벽(230)이 연장되는 방향은 상기 제 1 벽(210)이 연장되는 방향과 평행할 수 있다.

상기 플랜지부(200)에는, 상기 제 3 벽(230)으로부터 절곡되는 제 4 벽(240)이 포함된다. 상기 제 4 벽(240)은 상기 제 3 벽(230)으로부터 상기 플레이트 본체(110)의 외부를 향하여 수평한 방향으로 연장될 수 있다. 그리고, 상기 제 4 벽(240)이 연장되는 방향은 상기 제 2 벽(220)이 연장되는 방향과 평행할 수 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 상기 플랜지부(200)는 상기 플레이트 본체(110)로부터 적어도 4회 이상 절곡되는 벽을 가지므로, 인접한 열교환 플레이트를 지지하는 턱을 형성할 수 있다.

상기 제 2 플레이트(102)의 제 2 벽(220)에는 상기 제 1 플레이트(101)의 제 1 벽(210)이 지지 또는 접촉되며, 상기 제 2 플레이트(102)의 제 4 벽(240)에는 상기 제 1 플레이트(101)의 제 3 벽(230)이 지지 또는 접촉될 수 있다. 그리고, 상기 제 2 플레이트(102)의 제 3 벽(230)은 상기 제 1 플레이트(101)의 제 1 벽(210)에 접촉될 수 있다.

상기 제 2 플레이트(102)의 벽들과, 상기 제 1 플레이트(101)의 벽들의 사이에는, 접착제에 의하여 형성되는 접착층(270)이 구비된다. 상기 접착층(270)에 의하여, 상기 상기 제 2 플레이트(102)의 벽들과 상기 제 1 플레이트(101)의 벽들은 서로 접착될 수 있다.

상세히, 상기 제 2 플레이트(102)의 제 2 벽(220)은 상기 제 1 플레이트(101)의 제 1 벽(210)에 접착되며, 상기 제 2 플레이트(102)의 제 3 벽(230)은 상기 제 1 플레이트(101)의 제 1 벽(210)에 접착될 수 있다. 그리고, 상기 제 2 플레이트(102)의 제 4 벽(240)은 상기 제 1 플레이트(101)의 제 3 벽(230)에 접착될 수 있다.

도 4를 참조하면, 상기 제 2 플레이트(102)의 제 2 벽(220)과, 상기 제 1 플레이트(101)의 제 1 벽(210)의 접착된 부분은 제 1 접착길이(ℓ1)를 형성한다. 상기 제 2 플레이트(102)의 제 3 벽(230)과, 상기 제 1 플레이트(101)의 제 1 벽(210)의 접착된 부분은 제 2 접착길이(ℓ2)를 형성한다. 그리고, 상기 제 2 플레이트(102)의 제 4 벽(220)과, 상기 제 1 플레이트(101)의 제 3 벽(230)의 접착된 부분은 제 3 접착길이(ℓ3)를 형성한다.

상기 제 1 플레이트(101)의 벽들과, 상기 제 2 플레이트(102)의 벽들 사이의 접착층(270)은 절곡된 형상을 가지며, 제 1 접착길이(ℓ1)+제 2 접착길이(ℓ2)+제 3 접착길이(ℓ3)를 형성한다. 일례로, 상기 제 1 접착길이(ℓ1)와, 상기 제 3 접착길이(ℓ3)는 동일한 값을 형성할 수 있다.

상기 제 1 접착길이(ℓ1)를 형성하는 부분을 접착층(270)의 "제 1 접착부", 상기 제 2 접착길이(ℓ2)를 형성하는 부분을 접착층(270)의 "제 2 접착부", 상기 제 3 접착길이(ℓ3)를 형성하는 부분을 접착층(270)의 "제 3 접착부"라 이름할 수 있다.

결국, 제 1 플레이트(101)와 제 2 플레이트(102)의 접착된 길이가 길어질 수 있으므로, 상기 제 1,2 플레이트(101,102)의 접착면적이 상대적으로 커질 수 있다.

상세히, 상기 제 1,2 플레이트(101,102)가 상하 방향으로 적층되는 것으로 정의할 때, 수평 방향으로의 제 1,3 접착부, 즉 제 1 접착길이(ℓ1) 및 제 3 접착길이(ℓ3)를 형성하는 접착부가 형성되므로, 제 1 플레이트(101)가 제 2 플레이트(102)에 대하여 수평 방향으로 안정적으로 지지될 수 있다. 그리고, 플레이트 패키지의 인장강도를 증가시킬 수 있다.

그리고, 상하 방향으로의 제 2 접착부, 즉 제 2 접착길이(ℓ2)를 형성하는 접착부가 형성되므로, 제 1 플레이트(101)가 제 2 플레이트(102)에 대하여 상하 방향으로 접착될 수 있다.

즉, 상기 제 2 플레이트(102)는 상기 제 1 플레이트(101)를 지지하며, 상기 제 2 플레이트(102)의 제 2~4 벽(220,230,240)은 상기 제 1 플레이트(101)를 지지하는 "지지 턱"으로서 이해될 수 있다. 상기 지지 턱은 계단 형상을 가질 수 있다.

상기 제 1 플레이트(101)의 플레이트 본체(110)와, 상기 제 2 플레이트(102)의 플레이트 본체(110)간에 이격된 거리를 유동 깊이(D1)라 정의할 때, 상기 접착층(270)의 길이(ℓ1+ℓ2+ℓ3)는 상기 유동 깊이(D1)보다 크게 형성될 수 있다. 즉, 제 1,2 플레이트(101,102)의 접촉길이가 증가될 수 있으므로, 제 1,2 공간부(170,180)를 유동하는 유체의 압력을 충분히 견딜 수 있다 (플레이트 패키지의 내압 증가). 일례로, 본 실시예에 따른 접착층(270)의 구성에 의하면, 수평 방향으로의 제 1,3 접착부가 존재하지 않는 경우에 비하여, 20% 이상의 접착길이의 증가를 달성할 수 있다.

상기 제 1,2 플레이트(101,102)의 플랜지부(200)가 접촉(접착)되는 면적(이하, 접촉면적)을 증가시키기 위하여, 상기 플레이트 본체(110)와 상기 제 1 벽(210)이 이루는 각도, 즉 절곡각도(θ1)가 적절한 값으로 결정할 수 있다.

상기 절곡각도(θ1)는 상기 플레이트 본체(110)의 두께(t1)와 상기 유동 깊이(D1)에 따라 결정될 수 있다. 일례로, 상기 플레이트 본체(110)의 두께(t1)를 증가시키고 상기 유동 깊이(D1)를 감소시키면 상기 절곡각도(θ1)는 증가될 수 있다.

상기 플레이트 본체(110)의 두께(t1)를 너무 크게 형성하면 판형 열교환기(10)의 크기가 너무 커지고 재료비가 상승하는 문제점이 있다. 반면에, 상기 두께(t1)을 너무 작게 형성하면 플레이트 패키지의 내압이 감소하는 문제점이 있다.

한편, 상기 유동 깊이(D1)가 감소되면 열교환 효율이 개선될 수는 있으나, 상기 유동 깊이(D1)를 너무 작게 하면 제 1,2 공간부(170,180)의 크기가 너무 작게 되어 유동성능이 저하되고 제작의 어려움이 발생할 수 있다.

이러한 문제점을 해결하고, 상기 접촉 면적을 증가시키기 위하여, 제 1,2 플레이트(110,120)의 치수를 아래와 같이 제안한다.

절곡각도(θ1) = 90°, 유동 깊이(D1) = 1.0 ~ 2.0mm,

플레이트 본체(110)의 두께(t1) = 0.3~1.0mm

이하에서는 본 발명의 제 2 실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예는 제 1 실시예와 비교하여 제 1,2 플레이트의 플랜지부의 구성에 있어서 차이가 있으므로 차이점을 위주로 설명한다. 그 외에, 제 1 실시예와 동일한 부분에 대하여는 제 1 실시예의 설명과 도면 부호를 원용한다.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른, 적층된 제 1,2 플레이트의 일부 구성을 보여주는 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 판형 열교환기에는, 상하 방향으로 적층되는 제 1 플레이트(101a) 및 제 2 플레이트(102a)가 포함된다.

상기 제 1,2 플레이트(101a,102a)의 플랜지부(200a)는 각각 절곡된 형상을 가져 인접한 플레이트를 지지하는 지지 턱을 형성하는 점에서, 제 1 실시예와 동일하다. 그리고, 상기 제 1,2 플레이트(101a,102a)의 각 플랜지부(200a)는 접착제 의하여 접착될 수 있다. 상기 제 1 플레이트(101a)의 플랜지부(200)와 제 2 플레이트(102a)의 플랜지부(200a)의 사이에는 접착층(270a)이 형성된다.

상기 플랜지부(200a)에는, 상기 플레이트 본체(110)로부터 절곡되는 제 1 벽(210a)이 포함된다. 상기 제 1 벽(210a)은 상기 플레이트 본체(110)로부터 제 2 절곡각도(θ2)를 이루며 연장될 수 있다. 일례로, 상기 제 2 절곡각도(θ2)는 90°이상, 96°이하로 형성될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 상기 제 1 벽(210a)은 상하 방향으로 경사지게 연장될 수 있다.

상기 플랜지부(200a)에는, 상기 제 1 벽(210a)으로부터 절곡되는 제 2 벽(220a)이 포함된다. 상기 제 2 벽(220a)은 상기 제 1 벽(210a)으로부터 상기 플레이트 본체(110)의 외부를 향하여 수평한 방향으로 연장될 수 있다.

상기 플랜지부(200a)에는, 상기 제 2 벽(220a)으로부터 절곡되는 제 3 벽(230a)이 포함된다. 상기 제 3 벽(230a)은 상기 제 2 벽(220a)으로부터 상하 방향으로 연장될 수 있다. 그리고, 상기 제 3 벽(230a)이 연장되는 방향은 상기 제 1 벽(210)이 연장되는 방향과 평행할 수 있다.

상기 플랜지부(200a)에는, 상기 제 3 벽(230a)으로부터 절곡되는 제 4 벽(240a)이 포함된다. 상기 제 4 벽(240a)은 상기 제 3 벽(230a)으로부터 상기 플레이트 본체(110)의 외부를 향하여 수평한 방향으로 연장될 수 있다. 그리고, 상기 제 4 벽(240ㅁ)이 연장되는 방향은 상기 제 2 벽(220a)이 연장되는 방향과 평행할 수 있다.

상기 제 2 플레이트(102a)의 제 2 벽(220a)은 상기 제 1 플레이트(101a)의 제 1 벽(210a)에 접착되며, 상기 제 2 플레이트(102a)의 제 3 벽(230)은 상기 제 1 플레이트(101a)의 제 1 벽(210a)에 접착될 수 있다. 그리고, 상기 제 2 플레이트(102a)의 제 4 벽(240a)은 상기 제 1 플레이트(101a)의 제 3 벽(230a)에 접착될 수 있다.

상기 제 2 플레이트(102a)의 제 2 벽(220a)과, 상기 제 1 플레이트(101a)의 제 1 벽(210a)의 접착된 부분은 제 1 접착길이(ℓ1a)를 형성한다. 상기 제 2 플레이트(102a)의 제 3 벽(230a)과, 상기 제 1 플레이트(101a)의 제 1 벽(210a)의 접착된 부분은 제 2 접착길이(ℓ2a)를 형성한다. 그리고, 상기 제 2 플레이트(102a)의 제 4 벽(220a)과, 상기 제 1 플레이트(101a)의 제 3 벽(230a)의 접착된 부분은 제 3 접착길이(ℓ3a)를 형성한다.

상기 제 1 플레이트(101a)의 벽들과, 상기 제 2 플레이트(102a)의 벽들 사이의 접착층(270a)은 절곡된 형상을 가지며, 제 1 접착길이(ℓ1a)+제 2 접착길이(ℓ2a)+제 3 접착길이(ℓ3a)를 형성한다.

상기 제 1 접착길이(ℓ1a)를 형성하는 부분을 접착층(270a)의 "제 1 접착부", 상기 제 2 접착길이(ℓ2a)를 형성하는 부분을 접착층(270a)의 "제 2 접착부", 상기 제 3 접착길이(ℓ3a)를 형성하는 부분을 접착층(270a)의 "제 3 접착부"라 이름할 수 있다.

제 1 실시예에서 설명한 접착길이와 비교할 때, 본 실시예의 제 1,3 접착길이(ℓ1a,ℓ3a)는 제 1 실시예의 제 1,3 접착길이(ℓ1a,ℓ3a)보다는 작게 형성되는 반면, 제 2 접착길이(ℓ2a)는 제 1 실시예의 제 2 접착길이(ℓ2a)보다 크게 형성될 수 있다.

제 1,2 실시예 어느 경우에나, 수평 방향으로의 제 1,3 접착부가 존재하지 않는 접착구조에 비하여, 접착된 길이가 길어질 수 있으므로, 상기 제 1,2 플레이트(101a,102a)의 접착면적이 상대적으로 커질 수 있다.

특히, 본 실시예에서는 상하 방향으로 경사지게 연장되는 제 2 접착부가 형성되므로, 제 1 플레이트(101a)가 제 2 플레이트(102a)에 대하여 상하 방향으로 접착될 수 있다.

상기 접착층(270)의 길이(ℓ1+ℓ2+ℓ3)는, 상기 제 1 플레이트(101a)의 플레이트 본체(110)와, 상기 제 2 플레이트(102a)의 플레이트 본체(110) 간에 이격된 유동 깊이(D1) 이상으로 형성될 수 있다.

본 실시예에서는, 제 1,2 플레이트(101a,102a)의 접촉 면적을 증가시켜 플레이트 패키지의 내압을 증가하기 위하여, 제 1,2 플레이트(110,120)의 치수를 아래와 같이 제안한다.

절곡각도(θ2) = 90°초과 96°이하, 유동 깊이(D1) = 1.0 ~ 2.0mm,

플레이트 본체(110)의 두께(t1) = 0.3~1.0mm

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 절곡된 플랜지부를 가지는 플레이트에 대하여, 형상 인자별 다수의 플레이트간 접촉길이의 변화를 보여주는 실험 그래프이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 절곡된 플랜지부를 가지는 플레이트에 대하여, 형상 인자별 다수의 플레이트간 가로길이의 변화를 보여주는 실험 그래프이다.

제 1,2 플레이트간 접촉면적(가로길이 또는 접촉길이)을 증가하기 위하여, 상기 접촉면적에 영향을 주는 인자, 즉 플레이트 본체(110)의 두께(t1), 절곡각도(θ) 및 제 1,2 플레이트의 각 플레이트 본체(110)간 유동 깊이(D1)에 관한 조건을 달리하여 실험을 수행하였다.

구분	절곡각도(θ)	두께(t1)(mm)	유동깊이(D1)(mm)	가로길이(ℓ1 또는 ℓ3)(mm)	접촉길이(ℓ1+ℓ2+ℓ3)(mm)
제1 실험예	90	0.3	2.0	0.3	2.60
제2 실험예	96	1.0	1.0	0.8	2.60
제3 실험예	90	1.0	2.0	1.0	4.00
제4 실험예	90	0.3	1.0	0.3	1.60
제5 실험예	96	1.0	2.0	0.69	3.39
제6 실험예	96	0.3	1.0	0.17	1.34
제7 실험예	96	0.3	2.0	0.06	2.13
제8 실험예	90	1.0	1.0	1.00	3.00

[표 1]과 도 6-7을 함께 참조하면, 절곡각도(θ)는 90°와, 96°중 어느 하나의 값을 가지도록 구성하고, 두께(t1)은 0.3mm 또는 1.0mm로, 유동 깊이(D1)는 2.0mm 또는 1.0mm를 가지도록 구성하여, 8가지의 실험을 수행하였다.

도 6에 도시된 세로 축은, 상기 절곡각도(θ), 두께(t1) 및 유동 깊이(D1)의 조합을 달리 하였을 때, 변화되는 접촉길이(ℓ1+ℓ2+ℓ3)의 평균값을 나타낸다. 상기 접촉길이(ℓ1+ℓ2+ℓ3)의 평균값은 2.4~2.6mm의 범위에서 형성된다.

도 6에 나타난 실험 결과로부터, 제 1,2 플레이트간 접촉길이가 최대일 때 인자값은, 플레이트 본체(110)의 두께(t1)는 1mm, 절곡각도(θ)는 90° 및 제 1,2 플레이트의 각 플레이트 본체(110)간 유동 깊이(D1)는 2mm로 형성됨을 알 수 있다. 따라서, 상기 접촉길이(ℓ1+ℓ2+ℓ3)의 평균값은 유동 깊이(D1)보다 크게 형성된다.

도 7에 도시된 세로 축은, 상기 절곡각도(θ), 두께(t1) 및 유동 깊이(D1)의 조합을 달리 하였을 때, 변화되는 가로길이(ℓ1 또는 ℓ3)의 평균값을 나타낸다. 상기 가로길이(ℓ1 또는 ℓ3)의 평균값은 0.4~0.65mm의 범위에서 형성된다.

도 7에 나타난 실험 결과로부터, 제 1,2 플레이트간 가로길이가 최대일 때 인자값은, 플레이트 본체(110)의 두께(t1)는 1mm, 절곡각도(θ)는 90° 및 제 1,2 플레이트의 각 플레이트 본체(110)간 유동 깊이(D1)는 1mm로 형성됨을 알 수 있다.

위 실험 그래프에서 알 수 있듯이, 열교환 플레이트의 플랜지부를 단차지게 구성하고 인접한 열교환 플레이트의 플랜지부에 접착함으로써, 접착면적을 증가시킬 수 있다.

10 : 판형 열교환기 20 : 엔드 프레이트
60,70 : 입출포트 100 : 열교환 플레이트
101~103 : 제 1~3 플레이트 110 : 플레이트 본체
112 : 돌출부 114 : 함몰부
200 : 플랜지부 210~240 : 제 1~4 벽
270 : 접착층

Claims

상하 방향으로 적층되어, 유체의 유동을 위한 공간부를 형성하는 제 1,2 플레이트; 및
상기 제 1,2 플레이트의 사이에 배치되는 접착층이 포함되고,
상기 제 1 플레이트 또는 상기 제 2 플레이트에는,
유체가 유입 또는 유출되는 포트 개구를 형성하는 플레이트 본체; 및
상기 플레이트 본체의 테두리부를 형성하며, 적어도 2회 이상 절곡된 형상을 가지는 플랜지부가 포함되고,
상기 접착층에는,
수평 방향으로 연장되는 제 1,3 접착부; 및
상기 제 1 접착부로부터 상기 제 3 접착부를 향하여, 상하 방향으로 연장되는 제 2 접착부가 포함되는 판형 열교환기.
제 1 항에 있어서,
상기 플랜지부에는,
상기 플레이트 본체로부터 절곡되며, 상하 방향으로 연장되는 제 1 벽; 및
상기 제 1 벽으로부터 상기 플레이트 본체의 외부를 향하여 수평 방향으로 연장되는 제 2 벽이 포함되는 판형 열교환기.
제 2 항에 있어서,
상기 플랜지부에는,
상기 제 2 벽으로부터 상하 방향으로 연장되는 제 3 벽; 및
상기 제 3 벽으로부터 상기 플레이트 본체의 외부를 향하여 수평 방향으로 연장되는 제 4 벽이 더 포함되는 판형 열교환기.
제 3 항에 있어서,
상기 제 1 플레이트의 제 1 벽과, 상기 제 2 플레이트의 제 2 벽의 사이에는, 상기 제 1 접착부가 형성되는 판형 열교환기.
제 4 항에 있어서,
상기 제 1 플레이트의 제 1 벽과, 상기 제 2 플레이트의 제 3 벽의 사이에는, 상기 제 2 접착부가 형성되는 판형 열교환기.
제 4 항에 있어서,
상기 제 1 플레이트의 제 3 벽과, 상기 제 2 플레이트의 제 4 벽의 사이에는, 상기 제 3 접착부가 형성되는 판형 열교환기.
제 1 항에 있어서,
상기 플랜지부는 상기 플레이트 본체로부터 4회 절곡되어 연장되는 판형 열교환기.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 플레이트의 플레이트 본체와, 상기 제 2 플레이트의 플레이트 본체 사이의 거리를 나타내는 유동 깊이(D1)에 대하여,
상기 제 1,2,3 접착부의 접착된 길이의 합은 상기 유동 깊이(D1)보다 큰 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
제 8 항에 있어서,
상기 플레이트 본체와, 상기 제 1 벽이 이루는 절곡각도(θ)는 90°인 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
제 8 항에 있어서,
상기 플레이트 본체와, 상기 제 1 벽이 이루는 절곡각도(θ)는 90°초과 96° 이하인 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
제 8 항에 있어서,
플레이트 본체의 두께(t1)는 0.3~1.0mm의 범위에서 형성되고, 상기 유동 깊이(D1)는 1.0 ~ 2.0mm의 범위에 형성되는 판형 열교환기.
제 1 항에 있어서,
상기 플레이트 본체에는, 교번하여 배치되는 함몰부 및 돌출부가 포함되고,
상기 제 1 플레이트의 함몰부는 상기 제 2 플레이트의 돌출부에 접착되는 판형 열교환기.