KR101427931B1 - 판형 열교환기 - Google Patents

Abstract

판형 열교환기가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기는 다수개의 플레이트가 적층 구성되어 내부에 각기 다른 작동유체가 유동되는 유로를 형성하는 판형 열교환기에 있어서, 상기 플레이트의 폭 방향으로 중앙을 지나는 가상 중심선(L)을 기준으로 일면 양측에 일정각도 경사진 상태로, 길이방향을 따라 돌출 형성되는 다수개의 세브론 돌기; 및 상기 각 세브론 돌기의 길이방향을 따라 일정간격 이격되게 형성되는 다수개의 유동홈을 포함한다.

Description

판형 열교환기{PLATE TYPE HEAT EXCHANGER}

본 발명은 판형 열교환기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내부의 통수저항을 개선하여 워터펌프의 저항 축소를 통해 작동유체의 통과유량을 증가시키도록 하여 방열성능을 향상시키도록 하는 판형 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기는 온도가 높은 유체로부터 전열벽을 통해 온도가 낮은 유체로 열을 전달하는 것으로 가열기, 냉각기, 증발기, 응축기 등에 사용된다.

이러한 열교환기는 이러한 열교환기는 열에너지를 재사용하거나 용도에 맞게 유입되는 작동유체의 온도를 조절하게 되고, 보통 차량의 공조시스템이나 변속기 오일쿨러 등에 적용하며, 엔진룸에 장착된다.

여기서, 열교환기는 한정적인 공간을 갖는 엔진룸에 장착 시, 공간확보 및 장착의 어려움이 발생하는 바, 소형, 경량화 및 고효율 고기능화를 위한 연구가 계속되고 있는 실정이다.

이러한 열교환기는 크게 쉘 튜브형과 판형으로 구분 될 수 있으며, 먼저, 쉘 튜브형은 작동유체가 이동되는 다수개의 튜브의 사이사이에 방열핀이 구성되어 유체를 외기와 열교환시키게 된다.

판형 열교환기는 다수개의 플레이트가 적층되어 내부에 각기 다른 유로를 형성하고, 각 유로를 통과하는 작동유체들이 상호 열교환되는 구조로 이루어진다.

여기서, 종래 기술에 따른 판형 열교환기는 보통 각각의 플레이트 사이에 형성된 유로를 통과하는 각 작동유체가 상호간에 보다 효율적으로 열교환되도록 일면에 작동유체의 유동을 우회시키기 위한 돌기들이 형성된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 판형 열교환기는 단순히 작동유체의 유동방향을 우회시킴에 따라 작동유체의 통수저항이 증가되는 문제점이 있다.

또한, 작동유체의 통수저항은 작동유체를 공급하는 워터펌프의 저항을 증가시키게 되는 바, 열교환기로 유입되는 작동유체의 전체적인 유량이 감소되어 열교환기의 전체적이 기능이 저하되는 문제점도 내포하고 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 내부에서 유동되는 작동유체의 통수저항 축소를 통하여 워터펌프의 저항을 축소시킴으로써, 내압성과 열전달 성능은 유지시키면서 작동유체의 통과유량을 증가시켜 방열성능을 향상시키도록 하는 판형 열교환기를 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기는 다수개의 플레이트가 적층 구성되어 내부에 각기 다른 작동유체가 유동되는 유로를 형성하는 판형 열교환기에 있어서, 상기 플레이트의 폭 방향으로 중앙을 지나는 가상 중심선(L)을 기준으로 일면 양측에 일정각도 경사진 상태로, 길이방향을 따라 돌출 형성되는 다수개의 세브론 돌기; 및 상기 각 세브론 돌기의 길이방향을 따라 일정간격 이격되게 형성되는 다수개의 유동홈을 포함하되, 상기 유동홈은 상기 플레이트의 폭 방향으로 외측에서 상기 플레이트의 길이방향을 따라 형성된 각 세브론 돌기마다 상호 교차로 배치되는 제1 유동홈; 및 상기 가상 중심선 측을 향하는 상기 플레이트의 폭 방향 중앙에서 2개의 세브론 돌기를 1 조로 하여 각 조마다 상호 엇갈리게 교차로 배치되는 제2 유동홈을 포함할 수 있다.

상기 세브론 돌기는 상기 플레이트의 길이방향을 따라 설정간격으로 이격된 위치에서 상기 플레이트의 외측단에 대응하는 끝단이 접촉될 수 있다.

상기 각 플레이트는 상호 적층 시, 상기 각 세브론 돌기의 일면으로 돌출된 상단이 서로 맞닿은 상태로 결합될 수 있다.

삭제

상기 각 제1, 제2 유동홈은 상기 각 세브론 돌기와 반대방향으로 경사지게 형성될 수 있다.

상기 각 세브론 돌기는 상기 가상 중심선을 기준으로 양측에 상기 플레이트의 일단으로부터 타단을 향하여 경사진 V 자 형상으로 형성될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기에 의하면, 다수개가 적층되어 각기 다른 연결유로를 형성하는 플레이트에 다수개의 세브론 돌기를 형성하고, 세브론 돌기의 길이방향을 따라 일정간격 이격된 유동홈을 형성함으로써, 내부에서 유동되는 작동유체의 통수저항을 축소시키는 효과가 있다.

또한, 작동유체의 통수저항의 축소는 워터펌프의 작동 시, 저항을 축소시킴으로써, 내압성과 열전달 성능을 유지시키면서 작동유체의 통과유량을 증가시켜 전체적인 방열성능을 향상시키는 효과도 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기에 적용되는 플레이트의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기에 적용되는 플레이트의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기에 적용되는 플레이트가 상호 적층된 상태를 도시한 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기에서 플레이트를 통과하는 유체의 흐름을 종래 기술과 비교한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기와 종래 기술에 따른 열교환기의 통수저항과 방열량을 비교한 표이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

이에 앞서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1과 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기에 적용되는 플레이트의 사시도 및 평면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기에 적용되는 플레이트가 상호 적층된 상태를 도시한 부분 단면도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기에서 플레이트를 통과하는 유체의 흐름을 종래 기술과 비교한 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기와 종래 기술에 따른 열교환기의 통수저항과 방열량을 비교한 표이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 판형 열교환기는 내부에서 유동되는 작동유체의 통수저항 축소를 통하여 워터펌프의 저항을 축소시킴으로써, 내압성과 열전달 성능은 유지시키면서 작동유체의 통과유량을 증가시켜 방열성능을 향상시킬 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기는 다수개의 플레이트(100)가 적층 구성되어 내부에 각기 다른 작동유체가 유동하는 유로(미도시)를 형성하며, 각 유로는 열교환기의 높이방향을 따라 교번적으로 형성될 수 있다.

여기서, 상기 각 플레이트(100)는, 도 1과 도 2에서 도시한 바와 같이, 다수개의 세브론 돌기(110)와 다수개의 유동홈(120)을 포함하여 구성되며, 이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 각 세브론 돌기(110)는 상기 플레이트(100)의 폭 방향으로 중앙을 지나는 가상 중심선(L)을 기준으로 일면 양측에 일정각도 경사진 상태로, 길이방향을 따라 돌출 형성된다.

여기서, 상기 세브론 돌기(110)는 상기 플레이트(100)의 길이방향을 따라 설정간격으로 이격된 위치에서 상기 플레이트(100)의 외측단에 대응하는 끝단이 접촉될 수 있다.

즉, 본 실시예에서, 상기 각 세브론 돌기(110)는 끝단이 플레이트(100)의 외측단에 접촉된 세브론 돌기(110)를 기준으로 상기 플레이트(100)의 길이방향을 따라, 각각 7번째 위치되는 세브론 돌기(110)의 끝단이 각각 플레이트(100)의 외측단에 접촉되게 형성된다.

한편, 본 실시예에서는 상기 각 세브론 돌기(110) 중, 상기 플레이트(100)의 길이방향을 따라 각각 7번째 위치되는 세브론 돌기(110)가 플레이트(100)의 외측단에 접촉되게 형성되는 것을 일 실시예로 하여 설명하고 있으나, 이에 한정된 것은 아니며, 플레이트(100)의 외측단에 접촉되는 세브론 돌기(110)의 순차는 7번째를 포함하여 더 많거나 적게 변경하여 적용할 수 있다.

이러한 각 세브론 돌기(110)는 상기 가상 중심선(L)을 기준으로 양측에 상기 플레이트(100)의 일단으로부터 타단을 향하여 경사진 V 자 형상으로 형성될 수 있다.

즉, 상기 각 세브론 돌기(110)는 상기 가상 중심선(L)을 기준으로 일단이 접촉된 상태로, 타단이 상기 플레이트(100)의 일단으로부터 타단으로 갈수록 외측을 향하여 경사지게 형성될 수 있다.

그리고 상기 유동홈(120)은 다수개로 구성되어 상기 각 세브론 돌기(110)의 길이방향을 따라 일정간격 이격되게 형성될 수 있다.

이러한 유동홈(120)은 제1 유동홈(122)과 제2 유동홈(124)을 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 상기 제1 유동홈(122)은 상기 플레이트(100) 의 폭 방향으로 외측에서 상기 플레이트(100)의 길이방향을 따라 형성된 각 세브론 돌기(110)마다 상호 교차로 배치될 수 있다.

그리고 상기 제2 유동홈(124)은 상기 가상 중심선(L) 측을 향하는 상기 플레이트(100)의 폭 방향 중앙에서 2개의 세브론 돌기(110)를 1 조로 하여 각 조마다 상호 엇갈리게 교차로 배치될 수 있다.

이러한, 각 제1, 제2 유동홈(122, 124)은 상기 각 세브론 돌기(110)와 반대방향으로 경사지게 형성될 수 있다.

한편, 본 실시예에서, 상기 각 플레이트(100)는, 도 3에서 도시한 바와 같이, 상호 적층 시, 상기 각 세브론 돌기(110)의 돌출된 상단이 서로 맞닿은 상태로 결합될 수 있다.

여기서, 상호 맞닿는 각 세브론 돌기(110)는 플럭스 용접을 통해 결합될 수 있다.

이에 따라, 상기 각 플레이트(100)가 상호 적층되면, 상기 각 플레이트(100)의 사이에는 상기 각 세브론 돌기(110)의 사이사이에서 형성된 통로와 각 유동홈(120)에서 형성된 통로를 따라 작동유체가 유동된다.

이 때, 작동유체는, 도 4에서 도시한 바와 같이, 각 세브론 돌기(110)들이 형성하는 통로와는 별도로 작동유체를 바이패스 시키는 통로를 형성하는 제1, 제2 유동홈(122, 124)을 통하여 유동저항이 감소된 상태로 이동됨으로써, 종래 기술에 비해 더 빠른 속도로 유동되는 것을 알 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기는, 도 5의 표에서 도시한 바와 같이, 각 세브론 돌기(110)와 제1, 제2 유동홈(122, 124)으로 인해, 종래 기술과 비교하여 통수저항은 약 3％ 정도 감소되고, 방열량은 거의 같음을 알 수 있다.

여기서, 통수저항의 감소는 열교환기를 통과하는 작동유체의 유량을 종래 기술에 비해 비례적으로 증가시킬 수 있게 되는 바, 본 실시예에 따른 판형 열교환기는 종래 기술과 동일한 방열량을 가지면서 작동유체의 통과유량을 증대시킬 수 있어 열교환기의 전체적인 방열성능을 향상시킬 수 있게 된다.

따라서, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 판형 열교환기에 의하면, 다수개가 적층되어 각기 다른 연결유로를 형성하는 플레이트(100)에 다수개의 세브론 돌기(110)를 형성하고, 세브론 돌기(110)의 길이방향을 따라 일정간격 이격된 유동홈(120)을 형성함으로써, 내부에서 유동되는 작동유체의 통수저항을 축소시킬 수 있다.

또한, 작동유체의 통수저항의 축소는 워터펌프의 작동 시, 저항을 축소시킴으로써, 내압성과 열전달 성능을 유지시키면서 작동유체의 통과유량을 증가시켜 전체적인 방열성능을 향상시킬 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100 : 플레이트
110 : 세브론 돌기
120 : 유동홈
122 : 제1 유동홈
124 : 제2 유동홈

Claims (6)

1. 다수개의 플레이트가 적층 구성되어 내부에 각기 다른 작동유체가 유동되는 유로를 형성하는 판형 열교환기에 있어서,
   상기 플레이트의 폭 방향으로 중앙을 지나는 가상 중심선(L)을 기준으로 일면 양측에 일정각도 경사진 상태로, 길이방향을 따라 돌출 형성되는 다수개의 세브론 돌기; 및
   상기 각 세브론 돌기의 길이방향을 따라 일정간격 이격되게 형성되는 다수개의 유동홈;을 포함하되,
   상기 유동홈은
   상기 플레이트의 폭 방향으로 외측에서 상기 플레이트의 길이방향을 따라 형성된 각 세브론 돌기마다 상호 교차로 배치되는 제1 유동홈; 및
   상기 가상 중심선 측을 향하는 상기 플레이트의 폭 방향 중앙에서 2개의 세브론 돌기를 1 조로 하여 각 조마다 상호 엇갈리게 교차로 배치되는 제2 유동홈;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 세브론 돌기는
   상기 플레이트의 길이방향을 따라 설정간격으로 이격된 위치에서 상기 플레이트의 외측단에 대응하는 끝단이 접촉되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 각 플레이트는
   상호 적층 시, 상기 각 세브론 돌기의 일면으로 돌출된 상단이 서로 맞닿은 상태로 결합되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 각 제1, 제2 유동홈은
   상기 각 세브론 돌기와 반대방향으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
6. 제1항에 있어서,
   상기 각 세브론 돌기는
   상기 가상 중심선을 기준으로 양측에 상기 플레이트의 일단으로부터 타단을 향하여 경사진 V 자 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
   

Images