WO2021020749A1 - 판형 열교환기 - Google Patents

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WO2021020749A1
WO2021020749A1 PCT/KR2020/008642 KR2020008642W WO2021020749A1 WO 2021020749 A1 WO2021020749 A1 WO 2021020749A1 KR 2020008642 W KR2020008642 W KR 2020008642W WO 2021020749 A1 WO2021020749 A1 WO 2021020749A1
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plate
socket
heat exchanger
caulking
package
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PCT/KR2020/008642
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최지원
이응열
이한춘
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엘지전자 주식회사
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    • F28F2275/122—Fastening; Joining by methods involving deformation of the elements by crimping, caulking or clinching

Definitions

  • the present invention relates to a plate heat exchanger.
  • the heat exchanger is a device that guides heat exchange between at least two fluids, and may include, for example, a plate heat exchanger.
  • the plate heat exchanger includes at least two flow paths through which fluids forming different temperatures flow, and the two or more flow paths may be arranged alternately with each other.
  • the plate-type heat exchanger has an advantage in that the heat exchange efficiency is higher than that of other heat exchangers, and it is possible to reduce the size and weight of the structure.
  • the plate-type heat exchanger disclosed in the prior literature includes a plurality of heat exchange plates, a first end plate and a second end plate.
  • the plurality of heat exchange plates, the first end plate and the second end plate are permanently joined to each other by a brazing material.
  • each of the heat exchange plates includes a plurality of porthole regions and heat transfer regions surrounding each porthole.
  • the plate heat exchanger includes a plurality of flat elements coupled to the plate package and having a bottom surface facing the plate package. At least one of the plurality of flat elements extends from the bottom surface and is coupled in tight contact with one of the porthole regions of at least one of the outermost heat exchanger plates.
  • a conventional plate heat exchanger is a method in which a plurality of heat exchange plates, a first end plate, and a second end plate are fixed by soldering, the work process is complicated and mass production is difficult.
  • the present invention has been proposed to improve the above problems, and an object of the present invention is to provide a plate type heat exchanger capable of reducing the number of parts and work processes compared to the existing plate type heat exchanger by changing the shape of the end plate.
  • Another object of the present invention is to provide a plate heat exchanger capable of shortening assembly time and reducing the risk of leakage between parts by caulking a socket inside an end plate.
  • Another object of the present invention is to provide a plate heat exchanger capable of increasing the internal pressure of the heat exchanger by optimizing the coupling shape of the end plate and the socket.
  • the plate-type heat exchanger for achieving the above object includes a plate package in which a plurality of heat exchange plates are stacked to form a flow path through which a fluid flows, an end plate coupled to the outside of the plate package, and the end And a socket connected to the plate package through the plate.
  • the end plate includes a base in contact with the outside of the plate package, a socket hole formed through the base and into which the socket is inserted, and a raised portion protruding outward from an edge of the socket hole of the base.
  • a part of the socket may contact an outer surface of the raised portion, and another part of the socket may contact an inner surface of the raised portion.
  • the base may include a recessed space provided by the raised portion, and a part of the socket may be located in the recessed space. At this time, a part of the socket extends into the recessed space of the raised part through the socket hole, and comes into contact with the inner surface of the recessed space of the raised part.
  • the socket may be fixed in a caulking method inside the raised portion.
  • the socket has a socket body formed in a tubular shape, and extends to increase in diameter at an end of the socket body, and extends to decrease in diameter at an end of the socket flange and the socket flange in contact with the ridge, and the socket It may include a caulking portion inserted into the hole.
  • the caulking portion is bent radially outward of the socket and extends into the recessed space.
  • the caulking portion may be bent in a direction perpendicular to the central axis of the socket to be in close contact with the inner surface of the raised portion.
  • the end of the caulking portion and the inner surface of the base may be located on the same plane perpendicular to the central axis of the socket.
  • the depression depth H1 of the depression space may be formed equal to the thickness T1 of the caulking portion.
  • a heat exchange plate disposed on the outermost side of the plurality of heat exchange plates and the caulking part may contact each other.
  • the heat exchange plate having a curved shape can be directly connected to the inner surface of the end plate, there is an advantage in that the degree of freedom of assembly is large.
  • the plurality of heat exchange plates may include a first plate formed at a position corresponding to the socket and having a first port communicating with the socket hole, and a second port formed at a position corresponding to the socket and communicating with the first port It may include a second plate having a.
  • a first flow path through which a first fluid flows and a second flow path through which a second fluid flows are formed in the plate package, and either the first fluid or the second fluid may flow inside the socket.
  • the socket includes a first inlet through which the first fluid flows into the plate package, a first outlet through which the first fluid is discharged from the plate package, and the second fluid through the plate package It may include at least one or more of a second inlet portion for flowing into the interior of the plate and a second outlet portion for allowing the second fluid to be discharged from the plate package.
  • the end plate of the present invention includes a raised portion protruding outward from the edge of the socket hole into which the socket is inserted, so that a part of the socket inserted into the socket hole can be tightly fixed to the inside of the recessed space provided by the raised portion. There is an advantage that airtightness can be maintained between the end plates.
  • the thickness of the caulking portion of the socket (T1) is formed equal to the depression depth (H1) of the depression formed in the end plate, so the end of the caulking portion and the inner surface of the end plate are located on the same plane perpendicular to the central axis of the socket. Can be. Therefore, the socket is prevented from being interfered with by the irregularities formed on the surface of the heat exchange plate during the process of being caulked on the end plate, and thus there is an advantage in that the freedom of assembly between parts is large.
  • the end plate is integrally formed with a base on which a plurality of socket holes are inserted into which a plurality of sockets are inserted, and a protruding part protruding outward from the edge of each socket hole, mass production is possible and can be applied to various plate-type heat exchangers. There is this.
  • FIG. 1 is a perspective view of a plate heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a plate heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along 3-3' of FIG. 1;
  • Figure 4 is a cross-sectional perspective view taken along 4-4' of Figure 2;
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state in which a socket is inserted into a first end plate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which the socket of FIG. 5 is caulked inside the first end plate.
  • FIG. 7 is an enlarged view of part "A" of FIG. 3.
  • Fig. 8 is an enlarged view of a portion "B" of Fig. 3;
  • first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, order, or order of the component is not limited by the term.
  • FIG. 1 is a perspective view of a plate heat exchanger according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a plate heat exchanger according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along 3-3' of FIG. to be.
  • a plate heat exchanger 1 includes a plate package P including a plurality of heat exchange plates 30 and 40 and both ends of the plate package P. It includes two end plates 10 and 20 provided in the.
  • the heat exchange plates 30 and 40 and the two end plates 10 and 20 may have a shape of a square panel.
  • the heat exchange plates 30 and 40 may be formed of a metal material having excellent thermal conductivity and excellent pressure resistance to pressure.
  • the heat exchange plates 30 and 40 may be made of stainless steel.
  • the heat exchange plates 30 and 40 include a plurality of first plates 30 and a plurality of second plates 40.
  • the first plate 30 and the second plate 40 may be stacked alternately one by one in the vertical direction based on FIG. 1.
  • the vertical direction may be referred to as "stacking direction”.
  • Flow paths 41 and 43 through which fluid flows are formed between the plurality of heat exchange plates 30 and 40.
  • the flow paths 41 and 43 include a first flow path 41 through which a first fluid flows and a second flow path 43 through which a second fluid flows.
  • the first and second flow paths 41 and 43 may be alternately arranged in order. That is, the first and second flow paths 41 and 43 are alternately formed in the stacking direction, so that the first and second fluids do not meet and can have an independent flow.
  • a refrigerant may flow through the first flow path 41. Since the first flow path 41 is a flow path through which the refrigerant flows, it may be referred to as a “refrigerant flow path”. Water may flow through the second flow path 43. Since the second flow path 43 is a flow path through which water flows, it may be referred to as a “water flow path”.
  • the two end plates 10 and 20 include a first end plate 10 provided above the plate package P and a second end plate 20 provided below the plate package P. Included. That is, the plate package P may be disposed between the two end plates 10 and 20.
  • the plate heat exchanger (1) provides a first fluid and/or a second fluid to the inside of the plate package (P) or discharges from the inside of the plate package (P) to the outside. 71,75).
  • the sockets 61,65,71,75 may include at least one of a first inlet 61, a second inlet 71, a first outlet 65, and a second outlet 75. I can.
  • the plate-type heat exchanger 1 allows a first inlet 61 and a second fluid to flow into the plate package P so that the first fluid flows into the plate package P. It further includes a second inlet 71.
  • the first inlet 61 and the second inlet 71 may be coupled to the first end plate 10.
  • the first and second fluids have a temperature difference and may exchange heat with each other.
  • the first fluid may be a refrigerant
  • the second fluid may be water.
  • the first inlet 61 may be referred to as a “refrigerant inlet”
  • the second inlet 71 may be referred to as a “water inlet”.
  • the plate heat exchanger (1) includes a first outlet (65) through which a first fluid is discharged from the plate package (P) and a second outlet portion (75) through which a second fluid is discharged from the plate package (P). ).
  • the first outlet portion 65 and the second outlet portion 75 may be coupled to the first end plate 10.
  • first inlet 61 and the second inlet 71 may be arranged in a diagonal direction among four corners of the first end plate 10.
  • the first outlet 65 and the second outlet 75 may be arranged in a different diagonal direction among four corners of the first end plate 10. That is, the first inlet 61 and the second outlet 75 may be disposed adjacent to each other, and the second inlet 71 and the second outlet 65 may be disposed adjacent to each other.
  • first inlet 61 and the first outlet 65 are arranged in a diagonal direction among the four corners of the first end plate 10, and the second inlet 71 and the second The outlet portion 75 may be arranged in a different diagonal direction among the four corners of the first end plate 10.
  • the heat exchange plates 30 and 40 include a plurality of first plates 30 and a plurality of second plates 40.
  • the first plate 30 and the second plate 40 may have the same shape.
  • the first plate 30 and the second plate 40 may have a symmetrical shape.
  • the first plate 30 includes a plate body 31 having an approximately quadrangular panel shape and an edge portion 32 surrounding the outside of the plate body 31.
  • first plate 30 is arranged at four corners of the plate body 31 and communicates with the first and second inlet portions 61 and 71 and the first and second outlet portions 65 and 75. It further includes a plurality of inlet and outlet ports (33, 34, 35, 36) for guiding the flow of the fluid.
  • the plurality of entry/exit ports 33, 34, 35 and 36 may be formed through at least a portion of the plate body 31.
  • the plurality of inlet and outlet ports 33, 34, 35, 36 are formed at positions corresponding to the first inlet 61, and a first inlet port 33 and a first outlet through which a first fluid (refrigerant) is introduced. It is formed at a position corresponding to the portion 65 and includes a first outlet port 34 through which the first fluid is discharged.
  • the first inlet port 33 may be referred to as a "refrigerant inlet port”
  • the first outlet port 34 may be referred to as a "refrigerant outlet port”.
  • the refrigerant flows downwardly from the first plate 30 through the first inlet port 33 and flows into the first flow path 41 of the plate package P, and the first flow path 41
  • the refrigerant heat-exchanged at is discharged from the plate package P through the first outlet port 34 and may flow upward toward the first outlet 65.
  • the plurality of inlet and outlet ports 33, 34, 35, 36 are formed at positions corresponding to the second inlet 71, and a second inlet port 35 and a second outlet through which a second fluid (water) is introduced. It is formed at a position corresponding to the portion 75 and includes a second outlet port 36 through which the second fluid is discharged.
  • the second inlet port 35 may be referred to as a "water inlet port”
  • the second outlet port 36 may be referred to as a "water outlet port”.
  • first ports Since the plurality of entry/exit ports 33, 34, 35 and 36 are formed on the first plate 30, they may be referred to as “first ports”.
  • a plurality of entry/exit ports may be formed on the second plate 40 as well. Accordingly, the plurality of entry/exit ports formed on the second plate 40 may be referred to as “second ports”.
  • the top surface of the plate main body 31 includes irregularities.
  • the irregularities include a protrusion 37 protruding upward from the upper surface of the plate main body 31 and a depression 38 depressing downward from the upper surface of the plate main body 31.
  • a plurality of the protrusions 37 and the depressions 38 may be provided, and may be alternately disposed.
  • the irregularities may also be included in the lower surface of the plate body 31.
  • a herringbone pattern may be formed on the upper and lower surfaces of the plate body 31.
  • the unevenness of the plate main body 31 may be provided to contact the unevenness of another adjacent heat exchange plate 40. And, the concave-convex contacted may be joined by a predetermined method.
  • the predetermined method may include welding or bonding by an adhesive.
  • the protrusion of the second plate 40 may be adhered to the depression 38 of the first plate 30.
  • the plate package P includes a plurality of heat exchange plates 30 and 40.
  • the plate package P may include 76 heat exchange plates. Half of these, that is, 38 heat exchange plates may be plates that contribute to forming the first flow path 41, and the remaining 38 heat exchange plates are plates that contribute to forming the second flow path 41 Can be
  • Adjacent plates forming the first and second flow paths 41 and 43 may be arranged alternately with each other.
  • the first and second plates are bonded to form the first flow path 41
  • the second and third plates are bonded to form the second flow path 43
  • the third and fourth plates may be joined to form the first flow path 41. This arrangement may be repeated to constitute the plate package P.
  • the plate heat exchanger 1 further includes a plurality of copper plates 50 for brazing and bonding a plurality of plates 10, 20, 30, and 40 constituting the plate heat exchanger 1.
  • the copper plate 50 may be inserted between the first and second end plates 10 and 20 and the first and second plates 30 and 40 and may be brazed and welded. That is, the copper plate 50 may be used as a filler metal for brazing welding.
  • a copper plate 50 is disposed between the first end plate 10 and the first plate 30, and a copper plate 50 is disposed between the first plate 30 and the second plate 40 ( 50) may be disposed, and a copper plate 50 may be disposed between the second plate 40 and the second end plate 20.
  • the copper plate 50 may have a flat surface and may be brazed by sequentially stacking heat exchange plates 30 and 40 on which the first and second flow paths 41 and 43 of a V-shaped (corrugated shape) are formed. At this time, the copper plate 50 is melted at a high temperature as a solvent, and the copper plate 50 is melted by a capillary phenomenon between the stacked heat exchange plates 30 and 40, so that it can be joined to the heat exchange plates 30 and 40 by a cooling process. I can.
  • the copper plate 50 includes a copper plate main body 51 forming a flat surface, and an edge portion 52 surrounding the outside of the copper plate main body 51.
  • the edge portion 52 may extend downward from the edge of the copper plate main body 51.
  • the copper plate main body 51 includes a first hole 53 penetrating through a position corresponding to the first inlet portion 61 and a second hole penetrating through a position corresponding to the first outlet portion 65 (54), a third hole 55 penetrating through a position corresponding to the second inlet 71 and a fourth hole 56 penetrating through a position corresponding to the second outlet 75 Includes.
  • the first end plate 10 is disposed above the plate package P, and a portion to which the first and second inlets 61 and 71 and the first and second outlets 65 and 75 are coupled to be.
  • the first end plate 10 includes a base 11 having a flat surface, and an edge portion 12 extending from an edge of the base 11.
  • the edge portion 12 may extend downward from the edge of the base 11.
  • the base 11 includes a first insertion hole 13 into which the first inlet 61 is inserted, a second insertion hole 14 into which the first outlet 65 is inserted, and the second inlet And a third insertion hole 15 into which the portion 71 is inserted and a fourth insertion hole 16 into which the second outlet 75 is inserted.
  • the first to fourth insertion holes 13, 14, 15, and 16 are holes into which sockets are inserted, and thus may be referred to as "socket holes”.
  • the first insertion hole 13 is aligned with the first hole 53 of the copper plate 50 and the first inlet port 33 of the heat exchange plate 30 in a vertical direction (overlapping direction), and the second The insertion hole 14 is aligned with the second hole 54 of the copper plate 50 and the first outlet port 34 of the heat exchange plate 30 in the vertical direction.
  • the third insertion hole 15 is aligned in the vertical direction with the third hole 55 of the copper plate 50 and the second inlet port 35 of the heat exchange plate 30, and the fourth insertion hole 16 ) Is aligned with the fourth hole 56 of the copper plate 50 and the second outlet port 36 of the heat exchange plate 30 in the vertical direction.
  • the refrigerant flows into the plate package P through the first inlet 61 and is discharged to the first outlet 65 while flowing along the first flow path 41.
  • Water flows into the plate package P through the second inlet 71 and is discharged to the second outlet 75 while flowing along the first flow path 43.
  • the refrigerant in the first flow path 41 may exchange heat with water in the second flow path 43. Since the first flow path 41 and the second flow path 43 are alternately arranged in the stacking direction, the refrigerant and water are not mixed and may have an independent flow.
  • FIG. 4 is a cross-sectional perspective view cut along 4-4' of FIG. 2
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state in which a socket is inserted into a first end plate according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a socket of FIG. It is a cross-sectional view showing a state in which caulking is completed inside the first end plate.
  • the sockets 61, 65, 71, and 75 may be caulked and inserted into the first end plate 10. That is, the first inlet 61, the first outlet 65, the second inlet 71 and the second outlet 75 may be fixed to the first end plate 10 in a caulking manner. have.
  • the first end plate 10 includes a base 11 having a quadrangular panel shape, and an edge portion 12 extending downward from an edge of the base 11.
  • the base 11 includes an outer surface 11a having a flat surface and an inner surface 11b having a flat surface.
  • the outer surface 11a may be understood as a surface corresponding to the upper surface of the base 11, and the inner surface 11b may be understood as a surface corresponding to the lower surface of the base 11. That is, the inner surface 11b may be understood as a surface facing the plate package P, and the outer surface 11a may be understood as a surface forming an exterior.
  • the first end plate 10 includes a raised portion 17 protruding outward from the base 11.
  • the raised portion 17 is a portion in which at least a portion of the base 11 protrudes outward (upward).
  • the first and second inlet portions 61 and 71 or the first and second outlet portions 65 and 75 may be inserted through the raised portion 17. That is, four raised portions 17 are formed in the first end plate 10, and the first to fourth insertion holes 13, 14, 15, and 16 may be formed in each of the raised portions 17. have.
  • the first end plate 10 has a socket hole 16 into which the socket 75 is inserted into the base 11, and a raised portion protruding outward from the edge of the socket hole 16 (17) may be included.
  • a recessed space 18 may be formed in the inner side (inner surface) of the first end plate 10. That is, due to the height difference H1 between the inner surface 11b of the base 11 and the inner surface 17b of the raised portion 17, the inner surface 17b of the first end plate 10 has a recessed space ( 18) can be formed.
  • the raised portion 17 may have a circular horizontal cross-section, and thus the recessed space 18 may have a circular horizontal cross-section and may be formed to have a predetermined depression depth H1.
  • the depression depth H1 of the depression space 18 may be designed to be less than half of the thickness H2 of the base 11. This is because, if the depression depth H1 of the depression space 18 is too large, the thickness of the caulking portion of the socket, which will be described later, should be relatively thick, and when the thickness of the caulking portion is thick, the flow rate in the socket may decrease. .
  • the thickness of the caulking portion of the socket should be relatively thin, and if the thickness of the caulking portion becomes thin, the caulking portion may be torn or leak during the caulking process.
  • the depression depth (H1) of the depression space 18 must be properly designed, and the depression depth (H1) of the depression space 18 is one third of the thickness (H2) of the base 11 It is good to be.
  • the second outlet portion 75 has a diameter at the end of the socket body 751, the socket flange 752 extending to increase in diameter at the end of the socket body 751, and the socket flange 752. It includes a caulking portion 753 extending to be small.
  • the socket body 751 is formed as a hollow tube, and a water pipe (not shown) through which water flows may be inserted inside.
  • the socket body 751 has a predetermined diameter D1 and may be formed larger than the diameter of the fourth insertion hole 16.
  • the socket flange 752 is formed to extend radially outward from the lower end of the socket body 751. That is, the socket flange 752 has a diameter D2 larger than the diameter D1 of the socket body 751. When the second outlet 75 is inserted into the fourth insertion hole 16, the lower surface of the socket flange 752 is in contact with the outer surface 11a of the base 11.
  • the caulking portion 753 is a portion coupled to the inside of the fourth insertion hole 16 in a caulking manner.
  • the caulking portion 753 may extend downward from the lower end of the socket flange 752.
  • the caulking portion 753 has a diameter D3 smaller than the diameter D1 of the socket body 751.
  • the caulking part 753 may be fixed by bending its end in an outward direction while being inserted into the fourth insertion hole 16.
  • a portion corresponding to half of the caulking part 753 based on the vertical direction may be inserted into the fourth insertion hole 16. And the caulking part 753 corresponding to the other half may be bent or bent outward in the radial direction based on FIG. 6.
  • the caulking portion 753 is bent perpendicularly to the central axis C of the socket. That is, the caulking portion 753 may be bent 90 degrees outward in the radial direction. Then, the bent portion of the caulking portion 753 is extended or disposed in the recessed space 18.
  • the outer circumferential surface of the caulking portion 753 will be in full contact with the inner surface 17b of the raised portion 17. I can. Accordingly, a part of the socket 75 is in close contact with the outer surface 17a of the protruding part 17, and the other part is in close contact with the inner surface 17b of the protruding part 17.
  • the caulking portion 753 is caulked inside the first end plate 10, and at least a portion of the caulking portion 753 comes into contact with the inner surface of the first end plate 10, so that the There is an advantage in that leakage between the first end plate 10 and the second outlet 75 is significantly reduced.
  • the caulking portion 753 is bent at 90 degrees outward in the radial direction and caulked, the maximum area of the caulking portion 753 can contact the first end plate 10, thereby improving the internal pressure of the heat exchanger. There is this.
  • the bent portion of the caulking portion 753 may form a straight line with the inner surface 11b of the base 11. That is, the bent portion of the caulking portion 753 and the inner surface 11b of the base 11 may be located on the same plane P perpendicular to the central axis C of the socket 75.
  • the heat exchange plate 30 having a curved shape on the inner surface of the first end plate 10 is Can be connected directly. Therefore, there is an advantage in that the assembly freedom between the socket and the end plate and the heat exchange plate is large.
  • FIG. 7 is an enlarged view of part "A" of FIG. 3
  • FIG. 8 is an enlarged view of part "B" of FIG. 3.
  • a plurality of heat exchange plates 30 and 40 are alternately stacked one by one in the vertical direction to form a plate package P. Further, the first end plate 10 is disposed above the plate package P, and the second end plate 20 is disposed below the plate package P.
  • the second outlet 75 is caulked after the caulking portion 753 is inserted into the fourth insertion hole 16 of the first end plate 10. At this time, the caulking portion 753 is bent at 90 degrees outward in the radial direction and is in close contact with the inner recessed space 18 of the first end plate 10.
  • the end of the caulking portion 753 and the inner surface 11b of the base 11 may be positioned on the same plane without a step difference. have. Accordingly, the second outlet 75 is prevented from interfering with the outermost heat exchange plate 30 of the plate package P while the second outlet 75 is caulked.
  • the second inlet 71 is caulked after the caulking portion 713 is inserted into the third insertion hole 15 of the first end plate 10. At this time, the caulking portion 713 is bent at 90 degrees outward in the radial direction and is in close contact with the inner recessed space 18 of the first end plate 10.
  • the end of the caulking portion 713 and the inner surface 11b of the base 11 may be located on the same plane without a step difference. have. Accordingly, the first inlet portion 75 is prevented from interfering with the outermost heat exchange plate 30 of the plate package P while the second inlet portion 71 is caulked.

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기는, 다수의 열교환 플레이트가 적층되어, 유체가 흐르는 유로를 형성하는 플레이트 패키지; 상기 플레이트 패키지의 외측에 결합되는 엔드 플레이트; 및 상기 엔드 플레이트를 관통하여 상기 플레이트 패키지에 연결되는 소켓을 포함하고, 상기 엔드 플레이트는, 상기 플레이트 패키지의 외측에 접하는 베이스; 상기 베이스에 관통 형성되며 상기 소켓이 삽입되는 소켓 홀; 및 상기 베이스의 소켓 홀 가장자리로부터 외측으로 돌출되는 융기부를 포함한다.

Description

[규칙 제26조에 의한 보정 26.08.2020]　판형 열교환기
본 발명은 판형 열교환기에 관한 것이다.
열교환기는 적어도 2개의 유체 간에 열교환을 가이드 하는 장치로서, 일례로 판형 열교환기를 포함할 수 있다. 상기 판형 열교환기는 서로 다른 온도를 형성하는 유체가 유동하는 적어도 2개 이상의 유로를 포함하며, 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.
선행문헌 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0133402호(공개일: 2010년12월21일)에는 플레이트형 열교환기가 개시된다.
상기 선행문헌에 개시된 플레이트형 열교환기는 복수 개의 열교환 플레이트와, 제 1 단부 플레이트 및 제 2 단부 플레이트를 포함한다. 상기 복수 개의 열교환 플레이트와 상기 제 1 단부 플레이트 및 상기 제 2 단부 플레이트는 납땜 재료에 의해 서로 영구적으로 결합된다. 그리고 각각의 열교환 플레이트들은 각각의 포트홀을 둘러싸는 복수 개의 포트홀 영역 및 열전달 영역을 구비한다.
또한, 상기 플레이트형 열교환기는 플레이트 패키지에 결합되고 플레이트 패키지를 향하는 바닥 표면을 갖는 복수 개의 평탄 요소를 포함한다. 상기 복수 개의 평탄 요소들 중 적어도 하나는, 바닥 표면으로부터 연장하고 최외측 열교환기 플레이트들 중 적어도 하나의 포트홀 영역들 중 하나와 기밀하게 접하여 결합된다.
그러나, 상기 선행문헌에 개시된 플레이트형 열교환기는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 종래의 플레이트형 열교환기는 복수 개의 열교환 플레이트, 제 1 단부 플레이트 및 제 2 단부 플레이트를 납땜하여 고정하는 방식이므로, 작업 공정이 복잡하고 대량생산이 어려운 문제가 있다.
둘째, 복수 개의 플레이트들을 납땜하는 과정에서 납땜 불량이 발생할 수 있고 이 경우 열교환기 내에 누설이 생겨서 내측 압력에 견디는 힘(내압이라고 함)이 약해지는 문제가 있다. 내압이 낮아지면 열교환 효율이 떨어질 뿐 아니라 제품 신뢰성에 큰 문제를 야기할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 엔드 플레이트 형상을 변경하여, 기존 판형 열교환기 대비 부품 수 및 작업 공정을 줄일 수 있는 판형 열교환기를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 엔드 플레이트의 내측에 소켓을 코킹함으로써 조립시간을 단축시키고 부품들 간에 누설 발생 위험을 줄일 수 있는 판형 열교환기를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 엔드 플레이트와 소켓의 결합 형상을 최적화하여 열교환기의 내압을 증가시킬 수 있는 판형 열교환기를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기는 다수의 열교환 플레이트가 적층되어, 유체가 흐르는 유로를 형성하는 플레이트 패키지와, 상기 플레이트 패키지의 외측에 결합되는 엔드 플레이트 및 상기 엔드 플레이트를 관통하여 상기 플레이트 패키지에 연결되는 소켓을 포함한다.
상기 엔드 플레이트는 상기 플레이트 패키지의 외측에 접하는 베이스와, 상기 베이스에 관통 형성되며 상기 소켓이 삽입되는 소켓 홀 및 상기 베이스의 소켓 홀 가장자리로부터 외측으로 돌출되는 융기부를 포함한다.
이때, 상기 소켓의 일부는 상기 융기부의 외면에 접하고, 상기 소켓의 다른 일부는 상기 융기부의 내면에 접할 수 있다.
예를 들어, 상기 베이스의 내측에는 상기 융기부에 의해서 마련된 함몰공간을 포함하고, 상기 소켓의 일부는 상기 함몰공간에 위치될 수 있다. 이때, 상기 소켓의 일부는 상기 소켓 홀을 통하여 상기 융기부의 함몰공간으로 연장되고, 상기 융기부의 함몰공간 내면에 접하게 된다. 상기 소켓은 상기 융기부의 내측에서 코킹(caulking) 방식으로 고정될 수 있다.
따라서, 엔드 플레이트에 소켓을 용접시킬 필요가 없어지고, 코킹에 의하여 간단한 방법으로 소켓을 고정시킬 수 있으므로 작업 공정이 줄어들고 조립시간을 현저히 단축시킬 수 있다.
또한, 상기 소켓은 관 형상으로 형성되는 소켓 바디와, 상기 소켓 바디의 단부에서 직경이 커지도록 연장되며, 상기 융기부에 접하는 소켓 플랜지 및 상기 소켓 플랜지의 단부에서 직경이 작아지도록 연장되며, 상기 소켓 홀에 삽입되는 코킹부를 포함할 수 있다.
상기 코킹부는 상기 소켓의 반경방향 외측으로 꺽여서 상기 함몰공간으로 연장된다. 이때, 상기 코킹부는 상기 소켓의 중심축과 수직한 방향으로 꺽여서 상기 융기부의 내면에 밀착될 수 있다.
상기 코킹부가 상기 융기부의 내면에 밀착된 상태에서, 상기 코킹부의 단부와 상기 베이스의 내면은, 상기 소켓의 중심축과 수직한 동일평면상에 위치될 수 있다. 일례로, 상기 함몰공간의 함몰 깊이(H1)는, 상기 코킹부의 두께(T1)와 동일하게 형성될 수 있다. 그리고 상기 다수의 열교환 플레이트 중 최외측에 배치된 열교환 플레이트와 상기 코킹부는 서로 접할 수 있다.
따라서, 상기 엔드 플레이트 내면에 굴곡 형상을 가지는 열교환 플레이트가 직접 연결될 수 있으므로 조립 자유도가 크다는 장점이 있다.
상기 다수의 열교환 플레이트는, 상기 소켓과 대응되는 위치에 형성되며 상기 소켓 홀에 연통되는 제 1 포트를 가지는 제 1 플레이트 및 상기 소켓과 대응되는 위치에 형성되며 상기 제 1 포트에 연통되는 제 2 포트를 가지는 제 2 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 플레이트 패키지의 내부에는 제 1 유체가 흐르는 제 1 유로 및 제 2 유체가 흐르는 제 2 유로가 형성되고, 상기 소켓의 내부에는 상기 제 1 유체 또는 상기 제 2 유체 중 어느 하나가 흐를 수 있다.
상기 소켓은, 상기 제 1 유체가 상기 플레이트 패키지의 내부로 유입되도록 하는 제 1 유입부와, 상기 제 1 유체가 상기 플레이트 패키지로부터 배출되도록 하는 제 1 유출부와, 상기 제 2 유체가 상기 플레이트 패키지의 내부로 유입되도록 하는 제 2 유입부 및 상기 제 2 유체가 상기 플레이트 패키지로부터 배출되도록 하는 제 2 유출부 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성을 이루는 본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 소켓이 엔드 플레이트의 내측에 코킹 방식으로 고정되므로, 작업 공정이 간단해지고 조립시간이 단축되는 장점이 있다.
둘째, 본 발명의 엔드 플레이트는 소켓이 삽입되는 소켓 홀 가장자리로부터 외측으로 돌출되는 융기부를 포함함으로써, 소켓 홀에 삽입된 소켓 일부가 융기부에 의해 마련된 함몰공간 내측에 밀착 고정될 수 있으므로, 소켓과 엔드 플레이트 사이에 기밀이 유지될 수 있는 장점이 있다.
셋째, 소켓의 코킹부 두께(T1)는 엔드 플레이트에 형성된 함몰공간의 함몰 깊이(H1)와 동일하게 형성되므로, 코킹부의 단부와 엔드 플레이트의 내면이 소켓의 중심축과 수직한 동일평면상에 위치될 수 있다. 따라서, 소켓이 엔드 플레이트에 코킹되는 과정에서 소켓이 열교환 플레이트의 표면에 형성된 요철에 의해 간섭되는 것이 방지되므로 부품 간 조립 자유도가 크다는 장점이 있다.
넷째, 엔드 플레이트는 다수 개의 소켓이 삽입되는 다수 개의 소켓 홀이 형성된 베이스와, 각각의 소켓 홀 가장자리에서 외측으로 돌출되는 융기부가 일체로 형성되므로, 대량생산이 가능하고 다양한 판형 열교환기에 적용 가능하다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기의 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기의 분해 사시도.
도 3은 도 1의 3-3'를 따라 절개되는 단면도.
도 4는 도 2의 4-4'를 따라 절개되는 단면 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제 1 엔드 플레이트에 소켓이 삽입된 모습을 보여주는 단면도.
도 6은 도 5의 소켓이 제 1 엔드 플레이트의 내측에 코킹 완료된 모습을 보여주는 단면도.
도 7은 도 3의 "A" 부분을 확대한 도면.
도 8은 도 3의 "B" 부분을 확대한 도면.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기의 분해 사시도이고, 도 3은 도 1의 3-3'를 따라 절개되는 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기(1)는, 다수의 열교환 플레이트(30,40)를 포함하는 플레이트 패키지(P) 및 상기 플레이트 패키지(P)의 양단에 구비되는 2개의 엔드 플레이트(10,20)를 포함한다. 일례로, 상기 열교환 플레이트(30,40) 및 상기 2개의 엔드 플레이트(10,20)는 4각 패널의 형상을 가질 수 있다.
상기 열교환 플레이트(30,40)는 열전도율이 우수하고 압력에 대한 내압성이 우수한 금속 소재로 구성될 수 있다. 일례로, 상기 열교환 플레이트(30,40)는 스테인리스 소재로 구성될 수 있다.
상기 열교환 플레이트(30,40)는 다수의 제 1 플레이트(30)와, 다수의 제 2 플레이트(40)를 포함한다. 상기 제 1 플레이트(30) 및 제 2 플레이트(40)는 도 1을 기준으로 상하 방향으로 1매씩 교번하여 적층될 수 있다.
상기 상하 방향을 "적층방향"이라 이름할 수 있다.
상기 다수의 열교환 플레이트(30,40)의 사이에는, 유체가 유동하는 유로(41,43)가 형성된다. 상기 유로(41,43)는, 제 1 유체가 유동하는 제 1 유로(41) 및 제 2 유체가 유동하는 제 2 유로(43)를 포함한다. 상기 제 1,2 유로(41,43)는 서로 교번하여 차례로 배치될 수 있다. 즉, 상기 제 1,2 유로(41,43)는 적층방향으로 교대로 형성되어, 제 1 유체 및 제 2 유체가 만나지 않고 독자적인 흐름을 가질 수 있다.
상기 제 1 유로(41)에는 냉매가 흐를 수 있다. 상기 제 1 유로(41)는 냉매가 흐르는 유로이므로 "냉매 유로"라고 이름할 수 있다. 상기 제 2 유로(43)에는 물이 흐를 수 있다. 상기 제 2 유로(43)는 물이 흐르는 유로이므로 "물 유로"라고 이름할 수 있다.
상기 2개의 엔드 플레이트(10,20)에는, 상기 플레이트 패키지(P)의 상방에 구비되는 제 1 엔드 플레이트(10) 및 상기 플레이트 패키지(P)의 하방에 구비되는 제 2 엔드 플레이트(20)가 포함된다. 즉, 상기 2개의 엔드 플레이트(10,20)의 사이에는 상기 플레이트 패키지(P)가 배치될 수 있다.
상기 판형 열교환기(1)는 제 1 유체 및/또는 제 2 유체를 상기 플레이트 패키지(P)의 내부로 제공하거나, 상기 플레이트 패키지(P)의 내부에서 외부로 배출되도록 하는 소켓(61,65,71,75)을 더 포함한다.
상기 소켓(61,65,71,75)은 제 1 유입부(61), 제 2 유입부(71), 제 1 유출부(65) 및 제 2 유출부(75) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 판형 열교환기(1)는 제 1 유체가 상기 플레이트 패키지(P)의 내부로 유입되도록 하는 제 1 유입부(61) 및 제 2 유체가 상기 플레이트 패키지(P)의 내부로 유입되도록 하는 제 2 유입부(71)를 더 포함한다.
상기 제 1 유입부(61) 및 상기 제 2 유입부(71)는 상기 제 1 엔드 플레이트(10)에 결합될 수 있다. 상기 제 1,2 유체는 온도 차이를 가지며, 서로 열교환 될 수 있다. 일례로, 상기 제 1 유체는 냉매이며, 상기 제 2 유체는 물일 수 있다. 따라서, 상기 제 1 유입부(61)를 "냉매 유입부", 상기 제 2 유입부(71)를 "물 유입부"라 이름할 수 있다.
상기 판형 열교환기(1)는 제 1 유체가 상기 플레이트 패키지(P)로부터 배출되도록 하는 제 1 유출부(65) 및 제 2 유체가 상기 플레이트 패키지(P)로부터 배출되도록 하는제 2 유출부(75)를 더 포함한다. 상기 제 1 유출부(65) 및 상기 제 2 유출부(75)는 상기 제 1 엔드 플레이트(10)에 결합될 수 있다.
일례로, 상기 제 1 유입부(61) 및 제 2 유입부(71)는 상기 제 1 엔드 플레이트(10)의 네 모서리 중 대각선 방향으로 배열될 수 있다. 상기 제 1 유출부(65) 및 제 2 유출부(75)는 상기 제 1 엔드 플레이트(10)의 네 모서리 중 다른 대각선 방향으로 배열될 수 있다. 즉, 상기 제 1 유입부(61)와 상기 제 2 유출부(75)는 인접하게 배치되고, 상기 제 2 유입부(71)와 상기 제 2 유출부(65)는 인접하게 배치될 수 있다.
또는 이와는 다르게, 상기 제 1 유입부(61) 및 제 1 유출부(65)는 상기 제 1 엔드 플레이트(10)의 네 모서리 중 대각선 방향으로 배열되고, 상기 제 2 유입부(71) 및 제 2 유출부(75)는 상기 제 1 엔드 플레이트(10)의 네 모서리 중 다른 대각선 방향으로 배열되는 것이 가능하다.
상기 열교환 플레이트(30,40)는 다수의 제 1 플레이트(30)와 다수의 제 2 플레이트(40)를 포함한다. 상기 제 1 플레이트(30)와 상기 제 2 플레이트(40)는 동일한 형상을 가질 수 있다. 또는, 상기 제 1 플레이트(30)와 제 2 플레이트(40)는 대칭되는 형상을 가질 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제 1 플레이트(30)는 대략 4각 패널의 형상을 가지는 플레이트 본체(31) 및 상기 플레이트 본체(31)의 외측을 둘러싸는 테두리부(32)를 포함한다.
또한, 상기 제 1 플레이트(30)는 상기 플레이트 본체(31)의 4개 모서리에 배열되며 상기 제 1,2 유입부(61,71) 및 제 1,2 유출부(65,75)에 연통하여 유체의 유동을 가이드 하는 다수의 입출 포트(33,34,35,36)를 더 포함한다. 상기 다수의 입출 포트(33,34,35,36)는 상기 플레이트 본체(31)의 적어도 일부분이 관통하여 형성될 수 있다.
상기 다수의 입출 포트(33,34,35,36)는 상기 제 1 유입부(61)와 대응되는 위치에 형성되며 제 1 유체(냉매)가 유입되는 제 1 입구포트(33) 및 제 1 유출부(65)와 대응되는 위치에 형성되며 제 1 유체가 배출되는 제 1 출구포트(34)를 포함한다. 상기 제 1 입구포트(33)를 "냉매 입구포트", 상기 제 1 출구포트(34)를 "냉매 출구포트"라 이름할 수 있다.
냉매는 상기 제 1 입구포트(33)를 통하여 상기 제 1 플레이트(30)의 하방으로 유동하는 과정에서 상기 플레이트 패키지(P)의 제 1 유로(41)로 유입되고, 상기 제 1 유로(41)에서 열교환 된 냉매는 상기 제 1 출구포트(34)를 통하여 상기 플레이트 패키지(P)로부터 배출되며 상기 제 1 유출부(65)를 향하여 상방으로 유동할 수 있다.
상기 다수의 입출 포트(33,34,35,36)는 상기 제 2 유입부(71)와 대응되는 위치에 형성되며 제 2 유체(물)가 유입되는 제 2 입구포트(35) 및 제 2 유출부(75)와 대응되는 위치에 형성되며 제 2 유체가 배출되는 제 2 출구포트(36)를 포함한다. 상기 제 2 입구포트(35)를 "물 입구포트", 상기 제 2 출구포트(36)를 "물 출구포트"라 이름할 수 있다.
물은 상기 제 2 입구포트(35)를 통하여 상기 제 1 플레이트(30)의 하방으로 유동하는 과정에서 플레이트 패키지(P)의 제 1 유로(43)로 유입되고, 상기 제 1 유로(43)에서 열교환 된 물은 상기 제 2 출구포트(36)를 통하여 상기 플레이트 패키지(P)로부터 배출되며 상기 제 2 유출부(75)를 향하여 상방으로 유동할 수 있다.
상기 다수의 입출 포트(33,34,35,36)는 상기 제 1 플레이트(30)에 형성되므로 "제 1 포트"라고 이름할 수 있다.
또한, 다수의 입출 포트는 상기 제 2 플레이트(40)에도 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제 2 플레이트(40)에 형성된 다수의 입출 포트는 "제 2 포트"라고 이름할 수 있다.
상기 플레이트 본체(31)의 상면에는 요철이 포함된다. 상세히, 상기 요철에는 상기 플레이트 본체(31)의 상면으로부터 상방으로 돌출되는 돌출부(37) 및 상기 플레이트 본체(31)의 상면으로부터 하방으로 함몰되는 함몰부(38)가 포함된다. 상기 돌출부(37)와 상기 함몰부(38)는 다수 개가 구비되며, 서로 교번하여 배치될 수 있다. 그리고, 상기 플레이트 본체(31)의 하면에도 상기 요철이 포함될 수 있다.
일례로, 상기 다수 개의 돌출부(37) 및 다수 개의 함몰부(38)에 의하여, 상기 플레이트 본체(31)의 상면 및 하면에는, 헤링본(herringbone) 무늬가 형성될 수 있다.
상기 플레이트 본체(31)의 요철은 인접한 다른 열교환 플레이트(40)에 구비되는 요철에 접촉하도록 구비될 수 있다. 그리고, 접촉된 요철들은 소정의 방식에 의하여 접합될 수 있다. 상기 소정의 방식에는 용접 또는 접착제에 의한 접착이 포함될 수 있다. 일례로, 제 1 플레이트(30)의 함몰부(38)에는 제 2 플레이트(40)의 돌출부가 접착될 수 있다.
상기 플레이트 패키지(P)는 다수의 열교환 플레이트(30,40)를 포함한다. 일례로, 상기 플레이트 패키지(P)는 76개의 열교환 플레이트를 포함할 수 있다. 이 중 1/2, 즉 38개의 열교환 플레이트는 상기 제 1 유로(41)를 형성하는 데 기여하는 플레이트일 수 있고, 나머지 38개의 열교환 플레이트는 상기 제 2 유로(41)를 형성하는 데 기여하는 플레이트일 수 있다.
상기 제 1,2 유로(41,43)를 형성하는 인접한 플레이트들은 서로 교번하여 배치될 수 있다. 일례로, 제 1,2 플레이트가 접합하여 상기 제 1 유로(41)를 형성하고, 제 2,3 플레이트가 접합하여 상기 제 2 유로(43)를 형성한다. 그리고, 제 3,4 플레이트가 접합하여 상기 제 1 유로(41)를 형성할 수 있다. 이러한 배치가 반복하여 상기 플레이트 패키지(P)를 구성할 수 있다.
상기 판형 열교환기(1)는 상기 판형 열교환기(1)를 구성하는 다수의 플레이트들(10,20,30,40)을 브레이징 접합하기 위한 다수의 동판(50)을 더 포함한다.
상세히, 상기 동판(50)은 상기 제 1,2 엔드 플레이트(10,20) 및 제 1,2 플레이트(30,40) 사이에 각각 삽입되고 브레이징 용접될 수 있다. 즉, 상기 동판(50)은 브레이징 용접을 위한 용재(filler metal)로 이용될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제 1 엔드 플레이트(10) 및 상기 제 1 플레이트(30) 사이에 동판(50)이 배치되고, 상기 제 1 플레이트(30) 및 상기 제 2 플레이트(40) 사이에 동판(50)이 배치되고, 상기 제 2 플레이트(40) 및 상기 제 2 엔드 플레이트(20) 사이에 동판(50)이 배치될 수 있다.
그리고, 상기 동판(50)은 평평한 면을 가지며, V자 형상(주름진 형상)의 제 1,2 유로(41,43)가 형성된 열교환 플레이트(30,40)를 순차적으로 적층시켜 브레이징할 수 있다. 이때, 상기 동판(50)은 용재로써 고온에서 녹아 상기 열교환 플레이트(30,40)가 적층된 사이로 모세관 현상에 의해 동판(50)이 녹아서 냉각과정에 의해 상기 열교환 플레이트(30,40)에 접합될 수 있다.
상기 동판(50)은 평평한 면을 형성하는 동판 본체(51)와, 상기 동판 본체(51)의 외측을 둘러싸는 테두리부(52)를 포함한다. 상기 테두리부(52)는 상기 동판 본체(51)의 가장자리에서 하방으로 연장될 수 있다.
상기 동판 본체(51)는 상기 제 1 유입부(61)와 대응되는 위치에 관통 형성되는 제 1 홀(53)과, 상기 제 1 유출부(65)와 대응되는 위치에 관통 형성되는 제 2 홀(54)과, 상기 제 2 유입부(71)와 대응되는 위치에 관통 형성되는 제 3 홀(55) 및 상기 제 2 유출부(75)와 대응되는 위치에 관통 형성되는 제 4 홀(56)을 포함한다.
상기 제 1 엔드 플레이트(10)는 상기 플레이트 패키지(P)의 상방에 배치되며, 상기 제 1,2 유입부(61,71) 및 상기 제 1,2 유출부(65,75)가 결합되는 부분이다.
상기 제 1 엔드 플레이트(10)는 평평한 면을 가지는 베이스(11)와, 상기 베이스(11)의 가장자리에서 연장되는 테두리부(12)를 포함한다. 상기 테두리부(12)는 상기 베이스(11)의 가장자리에서 하방으로 연장될 수 있다.
상기 베이스(11)는 상기 제 1 유입부(61)가 삽입되는 제 1 삽입홀(13)과, 상기 제 1 유출부(65)가 삽입되는 제 2 삽입홀(14)과, 상기 제 2 유입부(71)가 삽입되는 제 3 삽입홀(15) 및 상기 제 2 유출부(75)가 삽입되는 제 4 삽입홀(16)을 포함한다.
상기 제 1 내지 제 4 삽입홀(13,14,15,16)은 소켓이 삽입되는 홀이므로, "소켓 홀"이라고 이름할 수 있다.
상기 제 1 삽입홀(13)은 상기 동판(50)의 제 1 홀(53) 및 상기 열교환 플레이트(30)의 제 1 입구포트(33)와 상하 방향(중첩방향)으로 정렬되고, 상기 제 2 삽입홀(14)은 상기 동판(50)의 제 2 홀(54) 및 상기 열교환 플레이트(30)의 제 1 출구포트(34)와 상하 방향으로 정렬된다.
상기 제 3 삽입홀(15)은 상기 동판(50)의 제 3 홀(55) 및 상기 열교환 플레이트(30)의 제 2 입구포트(35)와 상하 방향으로 정렬되고, 상기 제 4 삽입홀(16)은 상기 동판(50)의 제 4 홀(56) 및 상기 열교환 플레이트(30)의 제 2 출구포트(36)와 상하방향으로 정렬된다.
따라서, 냉매는 상기 제 1 유입부(61)를 통하여 상기 플레이트 패키지(P)의 내부로 유입되고, 상기 제 1 유로(41)를 따라 흐르면서 상기 제 1 유출부(65)로 토출된다. 물은 상기 제 2 유입부(71)를 통하여 상기 플레이트 패키지(P)의 내부로 유입되고, 상기 제 1 유로(43)를 따라 흐르면서 상기 제 2 유출부(75)로 토출된다.
이 과정에서, 상기 제 1 유로(41)의 냉매는 상기 제 2 유로(43)의 물과 열교환될 수 있다. 상기 제 1 유로(41)와 상기 제 2 유로(43)는 적층방향으로 교대로 배치되므로, 냉매와 물이 혼합되지 않고 독자적인 흐름을 가질 수 있다.
도 4는 도 2의 4-4'를 따라 절개되는 단면 사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제 1 엔드 플레이트에 소켓이 삽입된 모습을 보여주는 단면도이고, 도 6은 도 5의 소켓이 제 1 엔드 플레이트의 내측에 코킹 완료된 모습을 보여주는 단면도이다.
도 2 내지 도 6을 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 소켓(61,65,71,75)은 제 1 엔드 플레이트(10)의 내측에 코킹(caulking)되어 삽입될 수 있다. 즉, 상기 제 1 유입부(61), 제 1 유출부(65), 제 2 유입부(71) 및 제 2 유출부(75)는 상기 제 1 엔드 플레이트(10)에 코킹 방식으로 고정될 수 있다.
다만, 본 실시예에서는 예를 들어 제 1 엔드 플레이트(10)에 제 2 유출부(75)가 코킹되는 방법에 대해서 설명하도록 한다.
구체적으로, 상기 제 1 엔드 플레이트(10)는 4각 패널 형상을 가지는 베이스(11)와, 상기 베이스(11)의 가장자리에서 하방으로 연장되는 테두리부(12)를 포함한다.
상기 베이스(11)는 평탄한 면을 가지는 외면(11a)과 평탄한 면을 가지는 내면(11b)을 포함한다. 여기서, 상기 외면(11a)은 상기 베이스(11)의 상면에 해당하는 면이고, 상기 내면(11b)은 상기 베이스(11)의 하면에 해당하는 면으로 이해될 수 있다. 즉, 상기 내면(11b)은 상기 플레이트 패키지(P)에 마주하는 면으로 이해되고, 상기 외면(11a)은 외관을 형성하는 면으로 이해될 수 있다.
상기 제 1 엔드 플레이트(10)는 상기 베이스(11)에서 외측으로 돌출되는 융기부(17)를 포함한다.
상기 융기부(17)는 상기 베이스(11)의 적어도 일부가 외측(상방)으로 돌출되는 부분이다. 그리고 상기 융기부(17)에는 상기 제 1,2 유입부(61,71) 또는 제 1,2 유출부(65,75)가 관통되어 삽입될 수 있다. 즉, 상기 제 1 엔드 플레이트(10)에는 4개의 융기부(17)가 형성되고 각각의 융기부(17)에는 상기 제 1 내지 제 4 삽입홀(13,14,15,16)이 형성될 수 있다.
다른 한편으로, 상기 제 1 엔드 플레이트(10)는 상기 베이스(11)에 소켓(75)이 삽입되는 소켓 홀(16)이 형성되고, 상기 소켓 홀(16)의 가장자리로부터 외측으로 돌출되는 융기부(17)를 포함할 수 있다.
상기 융기부(17)가 상기 제 1 엔드 플레이트(10)의 외측으로 돌출됨에 따라, 상기 제 1 엔드 플레이트(10)의 내측(내면)에는 함몰공간(18)이 형성될 수 있다. 즉, 상기 베이스(11)의 내면(11b)과 상기 융기부(17)의 내면(17b) 간의 높이 차(H1)에 의해서, 상기 제 1 엔드 플레이트(10)의 내면(17b)에는 함몰공간(18)이 형성될 수 있다.
이때, 상기 융기부(17)는 원형의 수평 단면을 가질 수 있고, 따라서 상기 함몰공간(18)은 원형의 수평 단면을 가지며 소정의 함몰 깊이(H1)를 가지도록 형성될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 함몰공간(18)의 함몰 깊이(H1)는 상기 베이스(11)의 두께(H2)의 절반 이하로 설계될 수 있다. 이러한 이유는, 상기 함몰공간(18)의 함몰 깊이(H1)가 너무 크면, 후술될 소켓의 코킹부의 두께가 상대적으로 두꺼워져야 하고 코킹부의 두께가 두꺼우면, 소켓 내 유량이 적어질 수 있기 때문이다.
또한, 상기 함몰공간(18)의 함몰 깊이(H1)가 너무 작으면, 소켓의 코킹부의 두께가 상대적으로 얇아져야 하고 코킹부의 두께가 얇아지면, 코킹 과정에서 코킹부가 찢어지거나 누설이 발생할 수 있다.
따라서, 상기 함몰공간(18)의 함몰 깊이(H1)는 적절하게 설계되어야 하며, 상기 함몰공간(18)의 함몰 깊이(H1)는 상기 베이스(11)의 두께(H2)의 3분의 1이 되는 것이 좋다.
한편, 상기 제 2 유출부(75)는 소켓 바디(751)와, 상기 소켓 바디(751)의 단부에서 직경이 커지도록 연장되는 소켓 플랜지(752) 및 상기 소켓 플랜지(752)의 단부에서 직경이 작아지도록 연장되는 코킹부(753)를 포함한다.
상기 소켓 바디(751)는 중공의 관으로 형성되며, 내측에는 물이 유동하는 물 배관(미도시)이 삽입될 수 있다. 상기 소켓 바디(751)는 소정의 직경(D1)을 가지며, 상기 제 4 삽입홀(16)의 직경보다 크게 형성될 수 있다.
상기 소켓 플랜지(752)는 상기 소켓 바디(751)의 하단부에서 반경방향 외측으로 연장되어 형성된다. 즉, 상기 소켓 플랜지(752)는 상기 소켓 바디(751)의 직경(D1)보다 큰 직경(D2)을 가진다. 상기 제 2 유출부(75)가 상기 제 4 삽입홀(16)에 삽입되면, 상기 소켓 플랜지(752)의 하면은 상기 베이스(11)의 외면(11a)에 접촉된다.
상기 코킹부(753)는 상기 제 4 삽입홀(16)의 내측에서 코킹(caulking) 방식으로 결합되는 부분이다. 상기 코킹부(753)는 상기 소켓 플랜지(752)의 하단에서 하방으로 연장될 수 있다. 상기 코킹부(753)는 상기 소켓 바디(751)의 직경(D1) 보다 작은 직경(D3)을 가진다. 상기 코킹부(753)는 상기 제 4 삽입홀(16)에 삽입된 상태에서, 단부를 외측 방향으로 꺽어서 고정시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 코킹부(753)는 상하 방향을 기준으로 절반에 해당하는 부분이 상기 제 4 삽입홀(16)에 삽입될 수 있다. 그리고 나머지 절반에 해당하는 코킹부(753)는 도 6을 기준으로, 반경방향 외측으로 휘어지거나 꺽여질 수 있다.
본 실시예에서 상기 코킹부(753)는 상기 소켓의 중심축(C)과 수직하게 꺽여진다. 즉, 상기 코킹부(753)는 반경방향 외측으로 90도로 꺽여질 수 있다. 그러면, 상기 코킹부(753)의 꺽여진 부분은 상기 함몰공간(18)으로 연장 또는 배치된다.
즉, 상기 코킹부(753)를 상기 제 4 삽입홀(16)의 내측에서 코킹하여 확장시킴에 따라 상기 코킹부(753)의 외주면이 상기 융기부(17)의 내면(17b)에 전체적으로 접촉될 수 있다. 따라서, 상기 소켓(75)의 일부는 상기 융기부(17)의 외면(17a)에 밀착되고, 다른 일부는 상기 융기부(17)의 내면(17b)에 밀착된다.
이러한 구성에 의하면, 상기 코킹부(753)가 상기 제 1 엔드 플레이트(10)의 내측에서 코킹되고, 코킹부(753)의 적어도 일부분이 상기 제 1 엔드 플레이트(10)의 내면에 접촉되므로, 상기 제 1 엔드 플레이트(10)와 상기 제 2 유출부(75) 사이의 누설이 현저히 감소하는 장점이 있다. 또한, 상기 코킹부(753)는 반경방향 외측으로 90도로 꺽여서 코킹되므로, 코킹부(753)의 최대면적이 상기 제 1 엔드 플레이트(10)에 접촉될 수 있으므로 열교환기의 내압이 향상되는 장점이 있다.
또한, 상기 코킹부(753)는 상기 함몰공간(18)에 위치된 상태에서, 상기 코킹부(753)의 꺽여진 부분은 상기 베이스(11)의 내면(11b)과 일직선을 이룰 수 있다. 즉, 상기 코킹부(753)의 꺽여진 부분과 상기 베이스(11)의 내면(11b)은 상기 소켓(75)의 중심축(C)과 수직한 동일평면(P) 상에 위치될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 상기 베이스(11)의 내면(11b)과 상기 코킹부(753)의 단부 간의 단차가 없어지므로, 상기 제 1 엔드 플레이트(10) 내면에 굴곡 형상을 가지는 열교환 플레이트(30)가 직접 연결될 수 있다. 따라서, 소켓과 엔드 플레이트 및 열교환 플레이트 간의 조립 자유도가 크다는 장점이 있다.
또한, 종래에는 소켓을 엔드 플레이트에 결합시키기 위하여 별도의 평판을 이용하는 반면, 본 발명에서는 이러한 평판이 필요가 없어지므로, 평판을 제작하기 위한 금형이 생략될 수 있다.
도 7은 도 3의 "A" 부분을 확대한 도면이고, 도 8은 도 3의 "B" 부분을 확대한 도면이다.
먼저, 도 7을 참조하면, 앞서 설명된 바와 같이 다수의 열교환 플레이트(30,40)는 상하 방향으로 1매씩 교번하여 적층되어 플레이트 패키지(P)를 형성한다. 그리고 상기 제 1 엔드 플레이트(10)는 상기 플레이트 패키지(P)의 상부에 배치되고, 상기 제 2 엔드 플레이트(20)는 플레이트 패키지(P)의 하부에 배치된다.
상기 제 2 유출부(75)는 코킹부(753)가 상기 제 1 엔드 플레이트(10)의 제 4 삽입홀(16)에 삽입된 후 코킹된다. 이때, 상기 코킹부(753)는 반경방향 외측으로 90도로 꺽여져서 상기 제 1 엔드 플레이트(10)의 내측 함몰공간(18)에 밀착된다.
상기 코킹부(753)가 상기 제 1 엔드 플레이트(10)의 내면에 밀착되면, 상기 코킹부(753)의 단부와 상기 베이스(11)의 내면(11b)은 단차없이 동일평면 상에 위치될 수 있다. 따라서, 상기 제 2 유출부(75)가 코킹되는 과정에서 상기 제 2 유출부(75)가 상기 플레이트 패키지(P)의 최외측 열교환 플레이트(30)에 간섭되는 것이 방지된다.
즉, 열교환 플레이트(30)에 형성된 제 2 출구포트(36) 주변에 요철이 존재하더라도, 코킹부(753)가 상기 열교환 플레이트(30)의 요철에 의해 조립이 간섭받지 않게 되므로, 부품 간 조립 자유도가 크다는 장점이 있다.
또한, 도 8을 참조하면, 상기 제 2 유입부(71)는 코킹부(713)가 상기 제 1 엔드 플레이트(10)의 제 3 삽입홀(15)에 삽입된 후 코킹된다. 이때, 상기 코킹부(713)는 반경방향 외측으로 90도로 꺽여져서 상기 제 1 엔드 플레이트(10)의 내측 함몰공간(18)에 밀착된다.
상기 코킹부(713)가 상기 제 1 엔드 플레이트(10)의 내면에 밀착되면, 상기 코킹부(713)의 단부와 상기 베이스(11)의 내면(11b)은 단차없이 동일평면 상에 위치될 수 있다. 따라서, 상기 제 2 유입부(71)가 코킹되는 과정에서 상기 제 1 유입부(75)가 상기 플레이트 패키지(P)의 최외측 열교환 플레이트(30)에 간섭되는 것이 방지된다.
즉, 열교환 플레이트(30)에 형성된 제 2 입구포트(35) 주변에 요철이 존재하더라도, 코킹부(713)가 상기 열교환 플레이트(30)의 요철에 의해 조립이 간섭받지 않게 되므로, 부품 간 조립 자유도가 크다는 장점이 있다.

Claims (15)

  1. 다수의 열교환 플레이트가 적층되어, 유체가 흐르는 유로를 형성하는 플레이트 패키지;
    상기 플레이트 패키지의 외측에 결합되는 엔드 플레이트; 및
    상기 엔드 플레이트를 관통하여 상기 플레이트 패키지에 연결되는 소켓을 포함하고,
    상기 엔드 플레이트는,
    상기 플레이트 패키지의 외측에 접하는 베이스;
    상기 베이스에 관통 형성되며 상기 소켓이 삽입되는 소켓 홀; 및
    상기 베이스의 소켓 홀 가장자리로부터 외측으로 돌출되는 융기부를 포함하는 판형 열교환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 소켓의 일부는 상기 융기부의 외면에 접하고, 상기 소켓의 다른 일부는 상기 융기부의 내면에 접하는 판형 열교환기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스의 내측에는 상기 융기부에 의해서 마련된 함몰공간을 포함하고,
    상기 소켓의 일부는 상기 함몰공간에 위치되는 판형 열교환기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 소켓의 일부는 상기 소켓 홀을 통하여 상기 융기부의 함몰공간으로 연장되는 판형 열교환기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 소켓의 일부는 상기 융기부의 함몰공간 내면에 접하는 판형 열교환기.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 소켓은 상기 융기부의 내측에서 코킹(caulking) 방식으로 고정되는 판형 열교환기.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 소켓은,
    관 형상으로 형성되는 소켓 바디;
    상기 소켓 바디의 단부에서 직경이 커지도록 연장되며, 상기 융기부에 접하는 소켓 플랜지; 및
    상기 소켓 플랜지의 단부에서 직경이 작아지도록 연장되며, 상기 소켓 홀에 삽입되는 코킹부를 포함하는 판형 열교환기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 코킹부는 상기 소켓의 반경방향 외측으로 꺽여서 상기 함몰공간으로 연장되는 판형 열교환기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 코킹부는 상기 소켓의 중심축과 수직한 방향으로 꺽여서 상기 융기부의 내면에 밀착되는 판형 열교환기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 코킹부가 상기 융기부의 내면에 밀착된 상태에서, 상기 코킹부의 단부와 상기 베이스의 내면은, 상기 소켓의 중심축과 수직한 동일평면상에 위치되는 판형 열교환기.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 함몰공간의 함몰 깊이(H1)는, 상기 코킹부의 두께(T1)와 동일하게 형성되는 판형 열교환기.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 다수의 열교환 플레이트 중 최외측에 배치된 열교환 플레이트와 상기 코킹부는 서로 접하는 판형 열교환기.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 열교환 플레이트는,
    상기 소켓과 대응되는 위치에 형성되며 상기 소켓 홀에 연통되는 제 1 포트를 가지는 제 1 플레이트; 및
    상기 소켓과 대응되는 위치에 형성되며 상기 제 1 포트에 연통되는 제 2 포트를 가지는 제 2 플레이트를 포함하는 판형 열교환기.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 플레이트 패키지의 내부에는 제 1 유체가 흐르는 제 1 유로 및 제 2 유체가 흐르는 제 2 유로가 형성되고,
    상기 소켓의 내부에는 상기 제 1 유체 또는 상기 제 2 유체 중 어느 하나가 흐르는 판형 열교환기.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 소켓은,
    상기 제 1 유체가 상기 플레이트 패키지의 내부로 유입되도록 하는 제 1 유입부;
    상기 제 1 유체가 상기 플레이트 패키지로부터 배출되도록 하는 제 1 유출부;
    상기 제 2 유체가 상기 플레이트 패키지의 내부로 유입되도록 하는 제 2 유입부; 및
    상기 제 2 유체가 상기 플레이트 패키지로부터 배출되도록 하는 제 2 유출부 중 적어도 하나 이상을 포함하는 판형 열교환기.
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