WO2019190207A1 - 판형 열교환기 및 그 제조방법 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a plate heat exchanger and a method of manufacturing the same.
- the heat exchanger is a device for guiding heat exchange between at least two fluids and may include, for example, a plate heat exchanger.
- the plate heat exchanger may include at least two flow paths through which fluids forming different temperatures flow, and the two or more flow paths may be alternately disposed.
- the plate heat exchanger has an advantage that heat exchange efficiency is higher than that of other heat exchangers, and that the plate heat exchanger can be reduced in size and light in weight.
- a conventional plate heat exchanger is manufactured through a process of laminating a plurality of heat exchange plates and metals for brazing and then performing brazing welding, which has disadvantages of high manufacturing cost and low production efficiency.
- the present invention has been proposed to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a plate heat exchanger capable of lowering manufacturing costs by combining heat exchange plates using an adhesive.
- an object of the present invention is to provide a plate heat exchanger capable of increasing the adhesion area (or adhesion length) of a plate in order to prevent a decrease in adhesion force due to an adhesive.
- it is an object to increase the contact area between laminated plates by bending the flange portion of the plate and forming an adhesive portion in the bent portion.
- an object of the present invention is to provide a plate heat exchanger capable of increasing the supporting force between laminated plates by forming a jaw on the flange portion of the first plate and supporting the second plate on the jaw.
- an object of the present invention is to provide a plate heat exchanger and a method of manufacturing the same, by using a hydrophilic property of the glass composition to prevent a phenomenon in which foreign matter contained in the fluid accumulates on the heat exchange plate even when the fluid flows through the plate heat exchanger.
- the plate heat exchanger according to the embodiment of the present invention, the first and second plates each having a flange portion bonded in the vertical direction by an adhesive, the flange portion is formed to be stepped It is possible to increase the adhesive area of the first and second plates.
- the adhesive layer by the adhesive may include first and third adhesive parts extending in a horizontal direction and a second adhesive part extending in a vertical direction from the first adhesive part toward the third adhesive part.
- the flange portion includes: a first wall bent from the plate body and extending in the vertical direction; And a second wall extending in the horizontal direction from the first wall toward the outside of the plate body.
- the flange portion may include: a third wall extending in the vertical direction from the second wall; And a fourth wall extending in the horizontal direction from the third wall toward the outside of the plate body.
- the first adhesive part may be formed between the first wall of the first plate and the second wall of the second plate.
- the second adhesive portion may be formed between the first wall of the first plate and the third wall of the second plate.
- the third adhesive part may be formed between the third wall of the first plate and the fourth wall of the second plate.
- the flange portion may be bent and extended four times from the plate body.
- the sum of the bonded lengths of the first, second, and third adhesive parts is equal to the flow depth D1. It is characterized by being larger.
- the bending angle ⁇ formed by the plate body and the first wall may form a range of 90 ° or more and 96 ° or less.
- the bending angle ⁇ formed by the plate body and the first wall may form 90 °.
- the bending angle ⁇ formed by the plate body and the first wall may form a range of greater than 90 ° and less than or equal to 96 °.
- the thickness t1 of the plate body is formed in the range of 0.3 ⁇ 1.0mm, the flow depth (D1) may be formed in the range of 1.0 ⁇ 2.0mm.
- the adhesive is provided between the plurality of heat exchange plates and consists of a glass frit including P 2 O 5 , TiO 2, and Group I-based oxides, the plurality of heat exchange plates may be simply joined by the adhesive.
- the P 2 O 5 is included by 20 to 30% by weight based on the entire glass frit, the TiO 2 is contained by 10 to 20% by weight based on the entire glass frit, the Group I-based oxide is 15 wt% to 30 wt% of the total glass frit may be included to improve the strength of the plurality of heat exchange plates.
- the glass frit may further include SiO 2 , and the SiO 2 may be included in an amount of 10 wt% to 20 wt% based on the entire glass frit.
- the glass frit is a B 2 O, and further comprises a B 2 O 3 3 may be contained by 5% to 15% by weight by weight of the total of the glass frit.
- the glass frit is the Al 2 O, Al 2 O 3 contains more 3 can be contained as much as 10% to 30% by weight of the total of the glass frit.
- the glass frit may further include a fluorine (F) compound, and the fluorine (F) compound may include at least one metal oxide of NaF and AlF 3 .
- the fluorine (F) compound may be included in an amount of 0.1 wt% to 5 wt% based on the entire glass frit.
- the glass frit is the ZrO 2, and further comprising a ZrO 2 may be contained by 1 wt% to 5 wt.% Based on the total of the glass frit.
- the glass frit may further include a Group II oxide, and the Group II oxide may include at least one metal oxide of CaO, MgO, and BaO.
- the Group II oxide may be included in an amount of 0.1 wt% to 10 wt% based on the entire glass frit.
- a plate heat exchanger includes: a first planar portion extending to both sides of an unevenness and constituting a plane; An inclined portion extending inclined outwardly from the first flat portion; And a second planar part extending outward from the inclined part and constituting a plane.
- the adhesive may be provided on the uneven surface, the first flat portion, and the inclined portion to form a stable coupling of the plurality of heat exchange plates.
- the adhesive may include a glass composition to improve adhesive strength.
- a method of manufacturing a plate heat exchanger includes spraying or dipping an adhesive including a glass frit on an upper surface of a first plate; Stacking a second plate on top of the first plate to manufacture a plate assembly; And heating the plate assembly to melt the adhesive, thereby manufacturing a plate heat exchanger by a simple process.
- the jaw is configured such that the upper and lower walls and the left and right walls alternately extend, and the plate adjacent to the jaw can be supported, so that the bearing force in the vertical direction can be increased.
- the adhesive using the glass composition, it is possible to improve the adhesive strength and shear strength, thereby increasing the breakdown pressure and the pressure resistance that can withstand the internal pressure of the plate heat exchanger.
- the hydrophilic property of the glass composition even if the fluid flows in the plate heat exchanger, it is possible to prevent the phenomenon that foreign matter contained in the fluid accumulate on the heat exchange plate. That is, the cleanability of the glass composition or the heat exchange plate may be improved.
- FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a plate heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a view showing the configuration of a heat exchange plate constituting a plate heat exchanger according to a first embodiment of the present invention.
- FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line 3-3 'of FIG.
- FIG 4 is a view showing a partial configuration of the laminated first and second plates according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 5 is a view showing a partial configuration of the laminated first and second plates according to the second embodiment of the present invention.
- FIG. 6 is an experimental graph showing a change in contact length between a plurality of plates by shape factors for a plate having a bent flange portion according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 7 is an experimental graph showing a change in transverse length between a plurality of plates by shape factors for a plate having a bent flange portion according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 8 is a view showing the configuration of a heat exchange plate constituting a plate heat exchanger according to a third embodiment of the present invention.
- FIG. 9 is an exploded view showing the configuration of a heat exchange plate according to a third embodiment of the present invention.
- FIG. 10 is a view showing a state in which two heat exchange plates are bonded according to a third embodiment of the present invention.
- FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line 11-11 ′ of FIG. 10.
- FIG. 12 is a flow chart showing a manufacturing method of a plate heat exchanger according to a third embodiment of the present invention.
- FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a plate heat exchanger according to an embodiment of the present invention
- Figure 2 is a view showing the configuration of a heat exchange plate constituting a plate heat exchanger according to a first embodiment of the present invention.
- a plate heat exchanger 10 includes a plate package including a plurality of heat exchange plates 100 and end plates 20 and 30 provided at both sides of the plate package. ) Is included.
- the heat exchange plate 100 and the two end plates 20 and 30 may have a quadrangular panel shape. That is, the plate package may be provided between the two end plates 20 and 30.
- the heat exchange plate 100 may be made of a metal material having excellent thermal conductivity and excellent pressure resistance against pressure.
- the heat exchange plate 100 may be made of a stainless material.
- the plurality of heat exchange plates 100 are arranged to be stacked in the front-rear direction, and a flow path through which fluid flows is formed between the plurality of heat exchange plates 100.
- the flow passage includes a first flow passage through which the first fluid flows and a second flow passage through which the second fluid flows.
- the first and second flow passages may be arranged alternately with each other.
- the plate heat exchanger 10, the first inlet and outlet port 60 for allowing the first fluid to be introduced into or out of the plate package and the second inlet and outlet for allowing the second fluid to be introduced or discharged into the plate package Port 70 is further included.
- the first entry and exit port 60 and the second entry and exit port 70 may be coupled to the end plate 20.
- the first and second fluids have temperature differences, and may be heat exchanged with each other.
- the first fluid may be a refrigerant
- the second fluid may be water.
- Two first entry / exit ports 60 are provided, and the two first entry / exit ports 60 may be disposed at upper and lower portions of the end plate 20, respectively.
- two second entry and exit ports 70 may be provided, and the two second entry and exit ports 70 may be disposed at upper and lower portions of the end plate 20, respectively.
- the two first entry / exit ports 60 may be disposed at the first and fourth corners arranged in the diagonal direction among the four corners of the end plate 20.
- the two second entry / exit ports 70 may be disposed at the second and third corners of the four corners of the end plate 20 arranged in different diagonal directions.
- a plate main body 110 having a quadrangular panel shape and four corners of the plate main body 110 are arranged.
- a plurality of port openings (120, 130, 140, 150) for communicating the flow of fluid in communication with the first and second entry ports (60, 70) is included.
- the plurality of port openings 120, 130, 140, and 150 include first and third port openings 120 and 140 formed at positions corresponding to the two first entry and exit ports 60.
- a first fluid flows backward from the front of the heat exchange plate 100 through the first port opening 120, and flows forward from the rear of the heat exchange plate 100 through the third port opening 140. can do.
- the plurality of port openings 120, 130, 140, and 150 include second and fourth port openings 130 and 150 formed at positions corresponding to the two second entry and exit ports 70.
- the second fluid flows forward from the rear of the heat exchange plate 100 through the second port opening 130, and flows backward from the front of the heat exchange plate 100 through the fourth port opening 150. can do.
- Unevenness is included in the front surface of the plate body 110.
- the unevenness includes a protrusion 112 protruding forward from the front surface of the plate body 110 and a recessed portion 114 recessed rearward from the front surface of the plate body 110.
- the protrusion 112 and the depression 114 are provided with a plurality, may be arranged alternately with each other.
- the irregularities may be included in the rear surface of the plate body 110.
- a herringbone pattern may be formed on the front and rear surfaces of the plate body 110 by the plurality of protrusions 112 and the plurality of recesses 114.
- the unevenness of the plate body 110 may be provided to contact the unevenness provided in another adjacent heat exchange plate 100.
- the contacted concavities and convexities may constitute an adhesive part bonded by an adhesive.
- the protrusion 112 of the second plate 102 may be attached to the recess 114 of the first plate 101 (see FIG. 3).
- the heat exchange plate 100 includes a flange portion 200 forming an edge of the plate body 110.
- the flange portion 200 may be configured to be stepped to contact the flange portion of the adjacent heat exchange plate 100.
- the contact portion may be provided with an adhesive to bond the two heat exchange plates 100.
- FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line 3-3 'of FIG. 1
- FIG. 4 is a view showing a part of the laminated first and second plates according to the first embodiment of the present invention.
- the plate heat exchanger 10 includes a plurality of heat exchange plates 101, 102, 103 stacked in one direction.
- the plurality of heat exchange plates 101, 102, and 103 include a first plate 101, a second plate 102, and a third plate 103 that are adhered by an adhesive.
- the second plate 102 may be disposed between the first plate 101 and the third plate 102.
- the third plate 103 may be coupled to the end plate 20.
- the adhesive comprises glass frit.
- the adhesive is composed of a glass composition (enamel composition) in the form of a paste, and may be dispensed or applied to the entire surface of the plate body 110.
- the adhesive may be sprayed or dipping onto the plate body 110 in a liquid form having a predetermined viscosity.
- a binder included in the adhesive may be removed by performing a debinding process on the plate body 110 provided with the adhesive.
- the debinding process may be understood as a process of vaporizing the binder by exposing the plate body 110 provided with the adhesive to an environment of a predetermined temperature.
- the adhesive may be prepared by mixing a glass composition and a glass powder and a solvent including a glass composition and a binder.
- the glass composition may include a glass frit including P 2 O 5 , TiO 2, and a Group I-based oxide.
- the P 2 O 5 may be included in an amount of about 30 wt% or less based on the entire glass frit. In detail, the P 2 O 5 may be included in an amount of about 20 wt% to about 30 wt% based on the entire glass frit. In more detail, the P 2 O 5 may be included by about 22% to about 28% by weight based on the entire glass frit.
- the P 2 O 5 may be included in the glass composition to improve cleaning performance of the glass composition.
- the cleaning performance of the glass composition may be reduced.
- the thermal properties of the glass composition may be lowered, may weaken the vitrification of the glass composition.
- the TiO 2 may be included by about 20 wt% or less based on the entire glass frit. In detail, the TiO 2 may be included in an amount of 10 wt% to 20 wt% based on the entire glass frit. In more detail, the TiO 2 may be included by 12 to 18% by weight based on the entire glass frit. The TiO 2 improves the water resistance of the glass composition.
- the Group I-based oxide may include at least one metal oxide of Na 2 O, K 2 O, and Li 2 O.
- the group I-based oxide may include Na 2 O, K 2 O, and Li 2 O. That is, the glass frit may include all of Na 2 O, K 2 O, and Li 2 O.
- the Group I-based oxide may be included by about 30% by weight or less based on the entire glass frit. In detail, the Group I-based oxide may include about 15% by weight to about 30% by weight based on the entire glass frit. In more detail, the Group I-based oxide may include about 20 wt% to about 25 wt% based on the entire glass frit.
- the glass frit includes all of Na 2 O, K 2 O and Li 2 O
- the Na 2 O, K 2 O and Li 2 O may be included as follows.
- the Na 2 O may be included by about 5% by weight to about 10% by weight based on the entire glass frit. In detail, the Na 2 O may be included in an amount of about 6 wt% to about 9 wt% based on the entire glass frit.
- the K 2 O may be included in an amount of about 10 wt% to about 20 wt% based on the entire glass frit. In detail, the K 2 O may be included in an amount of about 12 wt% to about 18 wt% based on the entire glass frit.
- the Li 2 O may be included in an amount of about 0.1 wt% to about 1.5 wt% based on the entire glass frit. In detail, the Li 2 O may be included in an amount of about 0.5 wt% to about 1 wt% based on the entire glass frit.
- the glass frit may further include SiO 2 .
- the SiO 2 may be included by about 20% by weight or less based on the entire glass frit. In detail, the SiO 2 may be included by about 10% by weight to about 20% by weight based on the entire glass frit. More specifically, the SiO 2 may be included by about 12% to about 18% by weight based on the entire glass frit.
- the SiO 2 may be included in the glass composition to form a glass structure of the glass composition, improve the skeleton of the glass structure, and improve acid resistance of the glass frit.
- the SiO 2 When the SiO 2 is included in less than about 10% by weight based on the entire glass frit, the glass structure of the glass composition may be lowered, thereby lowering the adhesive strength of the adhesive. In addition, when the SiO 2 is included in more than about 20% by weight based on the entire glass frit, the cleaning performance of the glass frit may be reduced.
- the glass frit may further include B 2 O 3 .
- the B 2 O 3 may be included by about 15% by weight or less based on the entire glass frit. In detail, the B 2 O 3 may be included in an amount of about 5 wt% to about 15 wt% based on the entire glass frit. In more detail, the B 2 O 3 may be included by about 7% by weight to about 13% by weight based on the entire glass frit.
- the B 2 O 3 may perform a function of enlarging the vitrification area of the glass frit and appropriately adjusting the thermal expansion coefficient of the glass composition according to the embodiment.
- the vitrification area is reduced to reduce the glass structure, thereby lowering the adhesive strength of the adhesive.
- the cleaning performance of the glass frit may be lowered.
- the glass frit may further include Al 2 O 3 .
- the Al 2 O 3 may be included by about 30% by weight or less based on the entire glass frit. In detail, the Al 2 O 3 may be included in an amount of about 10 wt% to about 30 wt% based on the entire glass frit. In more detail, the Al 2 O 3 may be included by about 15% to about 25% by weight based on the entire glass frit.
- the glass frit may further include ZrO 2 .
- the ZrO 2 may be included in an amount of about 5 wt% or less based on the entire glass frit. In detail, the ZrO 2 may be included in an amount of about 1 wt% to about 5 wt% based on the entire glass frit. In more detail, the ZrO 2 may be included by about 2% by weight to about 4% by weight based on the entire glass frit. The ZrO 2 may increase the chemical resistance and durability of the glass composition.
- the Al 2 O 3 and the ZrO 2 may improve the chemical durability of the glass frit.
- the Al 2 O 3 and the ZrO 2 play a role of complementing the low chemical durability of the alkaline foam glass structure formed by P 2 O 5 , Na 2 O, K 2 O and LiO 2 through structural stabilization. Can be.
- the glass frit may further include a fluorinated compound.
- the fluorinated compound may be selected from NaF or AlF 3 .
- the fluorinated compound may include NaF and AlF 3 . That is, the glass frit may include both NaF and AlF 3 .
- the fluorinated compound may function to appropriately adjust the surface tension of the adhesive formed by the glass composition. Moreover, the vitrification area
- the fluorinated compound may be included in an amount of about 5 wt% or less based on the entire glass frit. In detail, the fluorinated compound may be included in an amount of about 0.1 wt% to about 5 wt% based on the entire glass frit. In detail, the fluorinated compound may be included in an amount of about 1 wt% to about 4 wt% based on the entire glass frit.
- the vitrification area is reduced to lower the glass structure, thereby lowering the adhesive strength of the adhesive.
- the glass frit may further include a group II oxide.
- the Group II-based oxide may be selected from CaO, BaO or MgO.
- the Group II-based oxide may include CaO, BaO, and MgO. That is, the glass frit may include CaO, BaO and MgO.
- the Group II oxide may be included in an amount of about 10 wt% or less based on the entire glass frit.
- the Group II-based oxide may be included in an amount of about 0.1 wt% to about 10 wt% based on the entire glass frit.
- the Group II oxide may be included in an amount of about 3 wt% to about 7 wt% based on the entire glass frit.
- the Group II-based oxide may improve the durability of the glass composition.
- the chemical resistance and durability of the glass composition may be reduced.
- the cleaning performance of the glass frit may be reduced.
- the range of the weight% of the components constituting the glass composition is preferably as shown in Table 1 below.
- Each of the first to third plates 101, 102, and 103 includes a plate body 110 in which the protrusion 112 and the depression 114 are alternately disposed.
- the depression 114 of the second plate 103 is bonded to the protrusion 112 of the third plate 103, and the protrusion 112 of the second plate 103 is the depression of the first plate 101. And can be adhered to 114.
- a first space 170 through which a first fluid flows is formed between the second plate 102 and the third plate 103.
- the first space portion 170 may include a plurality of space portions separated by bonded irregularities of the second and third plates 102 and 103.
- a second space 180 through which a second fluid flows is formed between the first plate 101 and the second plate 102.
- the second space portion 180 may include a plurality of space portions separated by bonded irregularities of the first and second plates 102 and 103.
- the first to third plates 101, 102, and 103 each include flange portions 200 that form an edge portion of the plate body 110 and have a bent shape.
- the flange portion 200 includes a first wall 210 that is bent from the plate body 110.
- the first wall 210 may extend in the vertical direction from the plate body 110.
- the flange portion 200 includes a second wall 220 that is bent from the first wall 210.
- the second wall 220 may extend in a horizontal direction from the first wall 210 toward the outside of the plate body 110.
- the flange portion 200 includes a third wall 230 that is bent from the second wall 220.
- the third wall 230 may extend in the vertical direction from the second wall 220.
- the direction in which the third wall 230 extends may be parallel to the direction in which the first wall 210 extends.
- the flange portion 200 includes a fourth wall 240 that is bent from the third wall 230.
- the fourth wall 240 may extend in a horizontal direction from the third wall 230 toward the outside of the plate body 110.
- the direction in which the fourth wall 240 extends may be parallel to the direction in which the second wall 220 extends.
- a jaw supporting an adjacent heat exchange plate may be formed.
- the second wall 220 of the second plate 102 is supported or in contact with the first wall 210 of the first plate 101, and the fourth wall 240 of the second plate 102 is supported.
- the third wall 230 of the first plate 101 may be supported or contacted.
- the third wall 230 of the second plate 102 may contact the first wall 210 of the first plate 101.
- An adhesive layer 270 formed by an adhesive is provided between the walls of the second plate 102 and the walls of the first plate 101.
- the adhesive layer 270 By the adhesive layer 270, the walls of the second plate 102 and the walls of the first plate 101 may be adhered to each other.
- the second wall 220 of the second plate 102 is bonded to the first wall 210 of the first plate 101, and the third wall 230 of the second plate 102 is It may be adhered to the first wall 210 of the first plate 101.
- the fourth wall 240 of the second plate 102 may be bonded to the third wall 230 of the first plate 101.
- the bonded portion of the second wall 220 of the second plate 102 and the first wall 210 of the first plate 101 forms a first bonding length l1. do.
- the bonded portion of the third wall 230 of the second plate 102 and the first wall 210 of the first plate 101 forms a second bond length l2.
- the bonded portion of the fourth wall 220 of the second plate 102 and the third wall 230 of the first plate 101 forms a third bonding length l3.
- the adhesive layer 270 between the walls of the first plate 101 and the walls of the second plate 102 has a bent shape and has a first adhesive length l1 + a second adhesive length l2 + agent.
- Adhesion length (l3) is formed.
- the first adhesive length l1 and the third adhesive length l3 may form the same value.
- the portion forming the third bonding length l3 may be referred to as a “third bonding portion” of the adhesive layer 270.
- the adhesion area of the first and second plates 101 and 102 may be relatively large.
- the first and third adhesive parts in the horizontal direction that is, the first adhesive length l1 and the third adhesive length l3 are formed. Since the adhesive portion is formed, the first plate 101 can be stably supported in the horizontal direction with respect to the second plate 102. And, the tensile strength of the plate package can be increased.
- the first plate 101 may be bonded to the second plate 102 in the up and down direction.
- the second plate 102 supports the first plate 101, and the second to fourth walls 220, 230, and 240 of the second plate 102 support the first plate 101.
- the support jaw may have a step shape.
- the length of the adhesive layer 270 (1 + 1 + 2) may be formed larger than the flow depth (D1). That is, since the contact length of the first and second plates 101 and 102 may be increased, the pressure of the fluid flowing through the first and second spaces 170 and 180 may be sufficiently tolerated (increasing the internal pressure of the plate package).
- an increase in the adhesion length of 20% or more can be achieved as compared with the case where the first and third adhesive portions in the horizontal direction do not exist.
- the bending angle ⁇ 1 may be determined according to the thickness t1 of the plate body 110 and the flow depth D1. For example, when the thickness t1 of the plate body 110 is increased and the flow depth D1 is decreased, the bending angle ⁇ 1 may be increased.
- the thickness t1 of the plate body 110 is too large, the size of the plate heat exchanger 10 may be too large and the material cost may increase. On the other hand, if the thickness t1 is made too small, the internal pressure of the plate package may be reduced.
- the dimensions of the first and second plates 110 and 120 are proposed as follows.
- Thickness t1 of the plate body 110 0.3-1.0 mm
- FIG. 5 is a view showing a partial configuration of the laminated first and second plates according to the second embodiment of the present invention.
- the plate heat exchanger according to the second embodiment of the present invention includes a first plate 101a and a second plate 102a stacked in the vertical direction.
- the flange portions 200a of the first and second plates 101a and 102a have a bent shape, respectively, to form a supporting jaw supporting the adjacent plates, which is the same as the first embodiment.
- Each flange portion 200a of the first and second plates 101a and 102a may be bonded by an adhesive.
- An adhesive layer 270a is formed between the flange portion 200 of the first plate 101a and the flange portion 200a of the second plate 102a.
- the flange portion 200a includes a first wall 210a that is bent from the plate body 110.
- the first wall 210a may extend from the plate body 110 to form a second bending angle ⁇ 2.
- the second bending angle ⁇ 2 may be formed at 90 ° or more and 96 ° or less.
- the first wall 210a may extend inclined in the vertical direction.
- the flange portion 200a includes a second wall 220a that is bent from the first wall 210a.
- the second wall 220a may extend in a horizontal direction from the first wall 210a toward the outside of the plate body 110.
- the flange portion 200a includes a third wall 230a that is bent from the second wall 220a.
- the third wall 230a may extend in the vertical direction from the second wall 220a.
- the direction in which the third wall 230a extends may be parallel to the direction in which the first wall 210 extends.
- the flange portion 200a includes a fourth wall 240a that is bent from the third wall 230a.
- the fourth wall 240a may extend in the horizontal direction from the third wall 230a toward the outside of the plate body 110.
- the direction in which the fourth wall 240a extends may be parallel to the direction in which the second wall 220a extends.
- a jaw supporting an adjacent heat exchange plate may be formed.
- the second wall 220a of the second plate 102a is bonded to the first wall 210a of the first plate 101a, and the third wall 230 of the second plate 102a is attached to the first wall 210a. It may be adhered to the first wall 210a of the first plate 101a.
- the fourth wall 240a of the second plate 102a may be attached to the third wall 230a of the first plate 101a.
- the bonded portion of the second wall 220a of the second plate 102a and the first wall 210a of the first plate 101a forms a first bonding length l1a.
- the bonded portion of the third wall 230a of the second plate 102a and the first wall 210a of the first plate 101a forms a second bonding length l2a.
- the bonded portion of the fourth wall 220a of the second plate 102a and the third wall 230a of the first plate 101a forms a third bonding length l3a.
- the adhesive layer 270a between the walls of the first plate 101a and the walls of the second plate 102a has a bent shape and has a first adhesive length l1a + a second adhesive length l2a + made 3 Adhesion length (l3a) is formed.
- the portion forming the third bonding length l3a may be referred to as a "third bonding portion" of the adhesive layer 270a.
- the first and third bonding lengths l1a and l3a of this embodiment are formed smaller than the first and third bonding lengths l1a and l3a of the first embodiment, while the second The adhesion length l2a may be larger than the second adhesion length l2a of the first embodiment.
- the bonded length of the first and second plates 101a and 102a may be longer than that of the first and third adhesive parts in the horizontal direction, compared with the adhesive structure. This can be relatively large.
- the first plate 101a may be bonded to the second plate 102a in the vertical direction.
- the length L1 + L2 + L3 of the adhesive layer 270 is a flow depth spaced between the plate body 110 of the first plate 101a and the plate body 110 of the second plate 102a. D1) or more can be formed.
- the dimensions of the first and second plates 110 and 120 are proposed as follows.
- Thickness t1 of the plate body 110 0.3-1.0 mm
- FIG. 6 is an experimental graph showing a change in contact length between a plurality of plates by shape factors for a plate having a bent flange portion according to an embodiment of the present invention
- FIG. 7 is a bent plan according to an embodiment of the present invention. It is an experimental graph which shows the change of the transverse length between several plates by a shape factor about the plate which has a branch.
- the bending angle ( ⁇ ) is configured to have any one of 90 °, 96 °, thickness (t1) is 0.3mm or 1.0mm
- flow Eight experiments were carried out by configuring the depth D1 to have 2.0 mm or 1.0 mm.
- the vertical axis shown in FIG. 6 was obtained by the bending angle ⁇ , the thickness t1 and the flow depth D1.
- the average value of the changed contact lengths (1 + 1 + 1) is shown.
- the average value of the contact length (1 + 1 + 2) is formed in the range of 2.4 to 2.6 mm.
- the vertical axis shown in FIG. 7 represents an average value of the transverse lengths 1 or 1 changed when the combination of the bending angle ⁇ , the thickness t1 and the flow depth D1 is different.
- the average value of the horizontal length (1 or 1) is formed in the range of 0.4 ⁇ 0.65mm.
- the adhesion area can be increased.
- FIG 8 is a view showing the configuration of a heat exchange plate constituting a plate heat exchanger according to a third embodiment of the present invention
- Figure 9 is an exploded view showing the configuration of a heat exchange plate according to a third embodiment of the present invention.
- a plate main body 110 having a quadrangular panel shape and four corners of the plate main body 110 are arranged.
- a plurality of port openings (120, 130, 140, 150) for communicating the fluid flow in communication with the first and second entry ports (60, 70) is included.
- the plurality of port openings 120, 130, 140, and 150 include first and fourth port openings 120 and 150 formed at positions corresponding to the two first entry and exit ports 60. That is, the first and fourth port openings 120 and 150 may be arranged diagonally to each other.
- Unevenness is included in the front surface of the plate body 110.
- the unevenness includes a protrusion 112 protruding forward from the front surface of the plate body 110 and a recessed portion 114 recessed rearward from the front surface of the plate body 110.
- the protrusion 112 and the depression 114 are provided with a plurality, may be arranged alternately with each other.
- the irregularities may be included in the rear surface of the plate body 110.
- a herringbone pattern may be formed on the front and rear surfaces of the plate body 110 by the plurality of protrusions 112 and the plurality of recesses 114.
- the unevenness of the plate body 110 may be provided to contact the unevenness provided in another adjacent heat exchange plate 100.
- an adhesive part 310 (see FIG. 11) may be provided between the uneven portions contacted with each other.
- the adhesive part 310 constitutes a part of the adhesive 300.
- the adhesive 300 comprises a glass frit.
- the adhesive 300 is formed of a glass composition (enamel composition) in the form of a paste, and may be dispensed or applied to the entire surface of the plate body 110.
- the adhesive 300 may be sprayed or dipping onto the plate body 110 in a liquid form having a predetermined viscosity.
- a binder included in the adhesive 300 may be removed by performing a debinding process on the plate body 110 provided with the adhesive 300.
- the debinding process may be understood as a process of vaporizing the binder by exposing the plate body 110 provided with the adhesive 300 to an environment of a preset temperature.
- the adhesive 300 may be prepared by mixing a glass composition and a glass powder and a solvent containing a glass composition and a binder.
- the glass composition may include a glass frit including P 2 O 5 , TiO 2, and a Group I-based oxide.
- the detailed description regarding the said glass composition uses the description of the 1st Example (refer Table 1).
- FIG. 10 is a view illustrating two heat exchange plates bonded to each other according to a third embodiment of the present invention
- FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line 11-11 ′ of FIG. 10.
- the plurality of heat exchange plates 100a and 100b according to the third exemplary embodiment of the present invention may be stacked in the front-rear direction and joined by an adhesive 300 provided therebetween.
- FIG. 4 illustrates a state in which two heat exchange plates 100a and 100b are stacked and coupled.
- the two heat exchange plates 100a and 100b include a first plate 100a and a second plate 100b coupled to the front surface of the first plate 100a.
- An adhesive 300 for adhering to the second plate 100b may be provided on the front surface of the first plate 100a.
- the adhesive 300 may be coated on the first plate 100a by spraying the glass composition described above.
- Unevenness may be included in front and rear surfaces of the first plate 100a and the second plate 100b.
- the first plate 100a includes unevennesses 112a and 114a in which protrusions and recessed structures are alternately formed.
- the uneven portions 112a and 114a include a first protrusion 112a and a first recessed portion 114a.
- the plurality of first protrusions 112a and the plurality of first recesses 114a may be alternately arranged to form a herringbone pattern.
- the irregularities 112a and 114a may be formed on both the front and rear surfaces of the first plate 100a.
- the second plate 100b includes recesses and protrusions 112b and 114b in which protruding and recessed structures are alternately formed.
- the uneven portions 112b and 114b include a second protrusion 112b and a second recessed portion 114b.
- the plurality of second protrusions 112b and the plurality of second recesses 114b may be alternately arranged to form a herringbone pattern.
- the second protrusion 112b of the second plate 100b may be located in front of the first recessed portion 114a of the first plate 100a.
- the second depression 114b may be located in front of the first protrusion 112a of the first plate 100a.
- the second recess 114b may be attached to the first protrusion 112a. That is, the second recessed part 114b may be provided to contact the first protrusion 112a by the adhesive 300.
- the adhesive 300 includes an adhesive part 310 for adhering the first plate 100a and the second plate 100b to each other.
- the adhesive part 310 may be provided between the second recessed part 114b and the first protrusion 112a.
- the left and right widths of the adhesive part 310 may form about 3 mm.
- a plurality of adhesive parts 310 may be provided, and the plurality of adhesive parts 310 may be spaced apart in the left and right directions. By the configuration of the plurality of adhesive parts 310, the first and second plates 100a and 100b may be firmly coupled.
- the space defined by the second protrusion 112b, the first recess 114a, and two bonding portions 310 on both sides forms a flow path 118 through which the fluid flows.
- the plate main body 110 of the first plate 100a is inclined outwardly from the first flat portion 111a and the first flat portion 111a, which are formed in a plane on both sides of the unevenness 112a and 114a.
- An extended inclination portion 113a and a second planar portion 115a extending outward from the inclination portion 113a and configured as a plane are included.
- the adhesive 300 is provided on the front surface of the first plate 100a.
- the adhesive 300 may be provided on the first flat portion 111a, the inclined portion 113a and the unevenness 112a and 114a of the first plate 100a.
- the adhesive 300 may be provided to have a height of about 3 ⁇ 5mm from the front of the first plate (100a).
- the plate main body 110 of the second plate 100b is inclined outwardly from the first flat portion 111b and the first flat portion 111b, which are formed in a plane on both sides of the unevenness 112a and 114a.
- An extended inclination portion 113b and a second planar portion 115b extending outward from the inclination portion 113b and configured as a plane are included.
- the first flat portion 111b, the inclined portion 113b, and the second flat portion 115b of the second plate 100b include the first flat portion 111a and the inclined portion 113a of the first plate 100a.
- the second planar portion 115a may be aligned with each other.
- the first flat portion 111b and the inclined portion 113b of the second plate 100b are formed by the adhesive 300 to form the first flat portion 111a and the inclined portion of the first plate 100a. It may be configured to adhere to 113a).
- the adhesive 300 is provided in most of the area of the first plate 100a, and in particular, the adhesive 300 is provided on the entire surface of the first plate 100a forming the flow path 118. Therefore, the phenomenon in which foreign matter contained in the fluid accumulates on the heat exchange plate 100 may be prevented. Accordingly, the heat exchange plate 100 may be maintained in a clean state, and damage due to corrosion may be prevented.
- the adhesive strength in particular the compressive strength is compressed in the front and rear direction is improved, the pressure resistance that can withstand the internal pressure of the plate heat exchanger can be improved.
- FIG. 12 is a flow chart showing a manufacturing method of a plate heat exchanger according to a third embodiment of the present invention.
- a first plate 100a is prepared.
- the first plate 100a may be provided in a washed state (S11).
- the adhesive 300 is supplied to the first plate 100a.
- the adhesive 300 may be applied to the front surface of the first plate 100a by spraying or dipping (S12).
- the first plate 100a is heated, and in this process, the binder included in the adhesive 300 may be vaporized. In addition, the adhesive 300 may be stably coated on the first plate 100a (S13).
- the second plate 100b is stacked on the first plate 100a, and in this process, the second plate 100b may contact the adhesive 300 provided on the first plate 100a.
- the assembly of the first and second plates 100a may be referred to as a "plate assembly" (S14).
- the plate assembly may be heated.
- the adhesive 300 may be melted and the plate assembly may be bonded.
- firm bonding of the first and second plates 100a and 100b may be performed.
- the plate package may be manufactured at once by stacking a plurality of heat exchange plates at once and melting and cooling the adhesive provided in each heat exchange plate.
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Abstract
본 발명은 판형 열교환기 및 그 제조방법에 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
본 발명은 판형 열교환기 및 그 제조방법에 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.
또한, 유리 조성물을 이용하여 접착제를 구성함으로써, 접착 강도를 개선할 수 있는 판형 열교환기 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 유리 조성물이 가지는 친수성을 이용함으로써, 판형 열교환기에 유체가 유동하더라도 유체중에 포함된 이물이 열교환 플레이트에 쌓이는 현상을 방지할 수 있는, 판형 열교환기 및 그 제조방법을 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°이상 96° 이하의 범위를 형성할 수 있다.
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.
상기 접착제는 다수의 열교환 플레이트의 사이에 구비되며 P2O5, TiO2 및 Ⅰ족계 산화물을 포함하는 유리 프릿으로 구성되므로, 상기 다수의 열교환 플레이트는 상기 접착제에 의하여 간단하게 결합될 수 있다.
상기 P2O5는 상기 유리 프릿 전체에 대해 20 중량% 내지 30 중량% 만큼 포함되고, 상기 TiO2는 상기 유리 프릿 전체에 대해 10 중량% 내지 20 중량% 만큼 포함되며, 상기 Ⅰ족계 산화물은 상기 유리 프릿 전체에 대해 15 중량% 내지 30 중량% 만큼 포함되어, 상기 다수의 열교환 플레이트의 강도를 개선할 수 있다.
상기 유리 프릿은 SiO2를 더 포함하고, 상기 SiO2는 상기 유리 프릿 전체에 대해 10 중량% 내지 20 중량% 만큼 포함될 수 있다.
상기 유리 프릿은 B2O3를 더 포함하고, 상기 B2O3은 상기 유리 프릿 전체에 대해 5 중량% 내지 15 중량% 만큼 포함될 수 있다.
상기 유리 프릿은 Al2O3을 더 포함하고, 상기 Al2O3은 상기 유리 프릿 전체에 대해 10 중량% 내지 30 중량% 만큼 포함될 수 있다.
상기 유리 프릿은 불소(F) 화합물을 더 포함하고 상기 불소(F) 화합물은 NaF 및 AlF3 중 적어도 하나의 금속 산화물을 포함할 수 있다.
상기 불소(F) 화합물은 상기 유리 프릿 전체에 대해 0.1 중량% 내지 5 중량% 만큼 포함될 수 있다.
상기 유리 프릿은 ZrO2을 더 포함하고, 상기 ZrO2은 상기 유리 프릿 전체에 대해 1 중량% 내지 5 중량% 만큼 포함될 수 있다.
상기 유리 프릿은 Ⅱ족계 산화물을 더 포함하고 상기 Ⅱ족계 산화물은 CaO, MgO 및 BaO 중 적어도 하나의 금속 산화물을 포함할 수 있다.
상기 Ⅱ족계 산화물은 상기 유리 프릿 전체에 대해 0.1 중량% 내지 10 중량% 만큼 포함될 수 있다.
다른 측면에 따른 판형 열교환기에는, 요철의 양측으로 연장되며, 평면을 구성하는 제 1 평면부; 상기 제 1 평면부로부터 외측으로 경사지게 연장되는 경사부; 및 상기 경사부로부터 외측으로 연장되며, 평면을 구성하는 제 2 평면부가 포함될 수 있다.
상기 접착제는, 상기 요철, 상기 제 1 평면부 및 상기 경사부에 구비되어, 상기 다수의 열교환 플레이트의 안정적인 결합을 이룰 수 있다.
상기 접착제는 유리 조성물을 포함하여, 접착 강도를 개선할 수 있다.
다른 측면에 따른 판형 열교환기의 제조방법에는, 제 1 플레이트의 상면에, 유리 프릿을 포함하는 접착제를 스프레이 또는 디핑하는 단계; 상기 제 1 플레이트의 상측에 제 2 플레이트를 적층하여, 플레이트 조립체를 제조하는 단계; 및 상기 플레이트 조립체를 가열하여, 상기 접착제를 용융시키는 단계가 포함되어, 간단한 공정에 의하여 판형 열교환기를 제조할 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.
또한, 유리 조성물을 이용하여 접착제를 구성함으로써, 접착강도 및 전단강도를 개선할 수 있으며, 이에 따라 판형 열교환기의 내부압력에 견딜 수 있는 내압강도 및 파괴압력이 증가될 수 있는 장점이 나타난다.
또한, 유리 조성물이 가지는 친수성을 이용함으로써, 판형 열교환기에 유체가 유동하더라도 유체중에 포함된 이물이 열교환 플레이트에 쌓이는 현상을 방지할 수 있다는 효과가 나타난다. 즉, 상기 유리 조성물 또는 상기 열교환 플레이트의 청소성이 향상될 수 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 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 3-3'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.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 판형 열교환기를 구성하는 열교환 플레이트의 구성을 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 열교환 플레이트의 구성을 보여주는 분해도이다.
도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 2개의 열교환 플레이트가 접착된 모습을 보여주는 도면이다.
도 11은 도 10의 11-11'를 따라 절개한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 판형 열교환기의 제조방법을 보여주는 플로우 챠트이다.
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 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 양측에 구비되는 엔드 플레이트(20,30)가 포함된다. 일례로, 상기 열교환 플레이트(100) 및 상기 2개의 엔드 플레이트(20,30)는 4각 패널의 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 2개의 엔드 플레이트(20,30)의 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 3-3'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 접착제는 유리 프릿(glass frit)을 포함한다. 상세히, 상기 접착제는 페이스트(paste) 형태의 유리 조성물(법랑용 조성물)로 구성되며, 상기 플레이트 본체(110)의 전면에 디스펜싱(dispensing) 또는 도포될 수 있다. 일례로, 상기 접착제는 소정의 점도를 가지는 액상 형태로 상기 플레이트 본체(110)에 스프레이 또는 디핑(dipping)될 수 있다.
그리고, 상기 접착제가 구비된 플레이트 본체(110)에 대하여 디바인딩(debinding) 공정을 수행하여, 상기 접착제에 포함된 바인더(binder)를 제거할 수 있다. 상기 디바인딩 공정은, 상기 접착제가 구비된 플레이트 본체(110)를 미리 설정된 온도의 환경에 노출시켜, 상기 바인더를 기화시키는 공정으로서 이해될 수 있다.
상기 접착제의 구성에 대하여, 좀 더 상세히 설명한다. 상기 접착제는, 유리 조성물과 바인더(binder)가 포함된 글래스 파우더(glass powder) 및 솔벤트(solvent)가 혼합되어 제조될 수 있다. 상기 유리 조성물은 P2O5, TiO2 및 Ⅰ족계 산화물을 포함하는 유리 프릿을 포함할 수 있다.
상기 P2O5는 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 30 중량% 이하만큼 포함될 수 있다. 자세하게, 상기 P2O5는 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 20 중량% 내지 약 30 중량% 만큼 포함될 수 있다. 더 자세하게, 상기 P2O5는 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 22 중량% 내지 약 28 중량% 만큼 포함될 수 있다.
상기 P2O5는 상기 유리 조성물에 포함되어, 상기 유리 조성물의 청소 성능을 향상시킬 수 있다. 상기 P2O5가 상기 유리 조성물 전체에 대해 약 20 중량% 미만으로 포함되는 경우, 상기 유리 조성물의 청소 성능이 저하될 수 있다. 또한, 상기 상기 P2O5가 상기 유리 조성물 전체에 대해 약 30 중량%을 초과하여 포함되는 경우, 상기 유리 조성물의 열적 특성이 저하될 수 있고, 유리 조성물의 유리화를 약화시킬 수 있다.
상기 TiO2는 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 20 중량% 이하만큼 포함될 수 있다. 자세하게, 상기 TiO2는 상기 유리 프릿 전체에 대해 10 중량% 내지 20 중량% 만큼 포함될 수 있다. 더 자세하게, 상기 TiO2는 상기 유리 프릿 전체에 대해 12 중량% 내지 18 중량% 만큼 포함될 수 있다. 상기 TiO2는 유리 조성물의 내수성을 향상시킨다.
상기 Ⅰ족계 산화물은 Na2O, K2O 및 Li2O 중 적어도 하나의 금속 산화물을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 Ⅰ족계 산화물은 Na2O, K2O 및 Li2O를 포함할 수 있다. 즉, 상기 유리 프릿은 Na2O, K2O 및 Li2O을 모두 포함할 수 있다.
상기 Ⅰ족계 산화물은 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 30 중량% 이하만큼 포함될 수 있다. 자세하게, 상기 Ⅰ족계 산화물은 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 15 중량% 내지 약 30중량% 만큼 포함할 수 있다. 더 자세하게, 상기 Ⅰ족계 산화물은 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 20 중량% 내지 약 25 중량% 만큼 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 유리 프릿이 Na2O, K2O 및 Li2O을 모두 포함하는 경우, 상기 Na2O, K2O 및 Li2O는 하기와 같이 포함될 수 있다.
상기 Na2O는 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 5 중량% 내지 약 10 중량% 만큼 포함될 수 있다. 자세하게, 상기 Na2O는 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 6 중량% 내지 약 9 중량%만큼 포함될 수 있다.
상기 K2O는 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 10 중량% 내지 약 20 중량% 만큼 포함될 수 있다. 자세하게, 상기 K2O는 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 12 중량% 내지 약 18 중량%만큼 포함될 수 있다.
상기 Li2O는 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 0.1 중량% 내지 약 1.5 중량% 만큼 포함될 수 있다. 자세하게, 상기 Li2O는 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 0.5 중량% 내지 약 1 중량%만큼 포함될 수 있다.
상기 유리 프릿은 SiO2를 더 포함할 수 있다.
상기 SiO2는 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 20 중량% 이하 만큼 포함될 수 있다. 자세하게, 상기 SiO2는 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 10 중량% 내지 약 20 중량% 만큼 포함될 수 있다. 더 자세하게, 상기 SiO2는 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 12 중량% 내지 약 18 중량%만큼 포함될 수 있다.
상기 SiO2는 상기 유리 조성물에 포함되어, 유리 조성물의 유리 구조를 형성할 수 있으며, 유리 구조의 골격을 향상시킬 수 있고, 유리 프릿의 내산성을 향상시킬 수 있다.
상기 SiO2가 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 10 중량% 미만으로 포함되는 경우, 상기 유리 조성물의 유리 구조가 저하되어 접착제의 접착력이 저하될 수 있다. 또한, 상기 SiO2가 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 20 중량%를 초과하여 포함되는 경우, 상기 유리 프릿의 청소 성능이 저하될 수 있다.
상기 유리 프릿은 B2O3를 더 포함할 수 있다.
상기 B2O3는 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 15 중량% 이하 만큼 포함될 수 있다. 자세하게, 상기 B2O3는 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 5 중량% 내지 약 15 중량% 만큼 포함될 수 있다. 더 자세하게, 상기 B2O3는 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 7 중량% 내지 약 13 중량%만큼 포함될 수 있다.
상기 B2O3는 상기 유리 프릿의 유리화 영역을 확대하고, 실시예에 따른 유리 조성물의 열팽창 계수를 적절하게 조절하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 B2O3가 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 5 중량% 미만으로 포함되는 경우, 유리화 영역이 감소되어 유리 구조가 저하되고, 이에 따라 접착제의 접착력이 저하될 수 있다. 또한, 상기 B2O3가 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 15 중량%를 초과하여 포함되는 경우, 상기 유리 프릿의 청소 성능이 저하될 수 있다.
상기 유리 프릿은 Al2O3를 더 포함할 수 있다.
상기 Al2O3는 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 30 중량% 이하 만큼 포함될 수 있다. 자세하게, 상기 Al2O3는 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 10 중량% 내지 약 30 중량% 만큼 포함될 수 있다. 더 자세하게, 상기 Al2O3는 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 15 중량% 내지 약 25 중량%만큼 포함될 수 있다.
상기 유리 프릿은 ZrO2를 더 포함할 수 있다.
상기 ZrO2는 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 5 중량% 이하 만큼 포함될 수 있다. 자세하게, 상기 ZrO2는 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 1 중량% 내지 약 5 중량% 만큼 포함될 수 있다. 더 자세하게, 상기 ZrO2는 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 2 중량% 내지 약 4 중량%만큼 포함될 수 있다. 상기 ZrO2는는 유리 조성물의 내화학성 및 내구성을 증가시킬 수 있다.
상기 Al2O3 및 상기 ZrO2는 상기 유리 프릿의 화학적 내구성을 향상시킬 수 있다. 특히, 상기 Al2O3 및 상기 ZrO2는 P2O5, Na2O, K2O 및 LiO2가 형성하는 알칼리 포스페이스 유리 구조의 낮은 화학적 내구성을 구조적 안정화를 통해 보완해 주는 역할을 할 수 있다.
상기 유리 프릿은 불화 화합물을 더 포함할 수 있다. 상기 불화 화합물은 NaF 또는 AlF3로부터 선택될 수 있다. 자세하게, 상기 불화 화합물은 NaF 및 AlF3를 포함할 수 있다. 즉, 상기 유리 프릿은 NaF 및 AlF3를 모두 포함할 수 있다.
상기 불화 화합물은 유리 조성물에 의해 형성되는 접착제의 표면 장력(surface tension)을 적절하게 조절하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 상기 불화 화합물에 의해 상기 유리 프릿의 유리화 영역을 확대할 수 있다.
상기 불화 화합물은 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 5 중량% 이하 만큼 포함될 수 있다. 자세하게, 상기 불화 화합물은 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량% 만큼 포함될 수 있다. 자세하게, 상기 불화 화합물은 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 1 중량% 내지 약 4 중량%만큼 포함될 수 있다.
상기 불화 화합물이 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 0.1 중량% 미만으로 포함되는 경우, 유리화 영역이 감소되어 유리 구조가 저하되고, 이에 따라 접착제의 접착력이 저하될 수 있다.
상기 유리 프릿은 Ⅱ족계 산화물을 더 포함할 수 있다. 상기 Ⅱ족계 산화물은 CaO, BaO 또는 MgO로부터 선택될 수 있다. 자세하게, 상기 Ⅱ족계 산화물은 CaO, BaO 및 MgO를 포함할 수 있다. 즉, 상기 유리 프릿은 CaO, BaO 및 MgO을 포함할 수 있다.
상기 Ⅱ족계 산화물은 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 10 중량% 이하 만큼 포함될 수 있다. 자세하게, 상기 Ⅱ족계 산화물은 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량% 만큼 포함될 수 있다. 더 자세하게, 상기 Ⅱ족계 산화물은 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 3 중량% 내지 약 7 중량%만큼 포함될 수 있다.
상기 Ⅱ족계 산화물은 상기 유리 조성물의 내구성을 향상시킬 수 있다.
상기 Ⅱ족계 산화물이 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 0.1 중량% 미만으로 포함되는 경우, 유리 조성물의 내화학성 및 내구성이 감소될 수 있다. 또한, 상기 Ⅱ족계 산화물이 상기 유리 프릿 전체에 대해 약 10 중량%를 초과하여 포함되는 경우, 상기 유리 프릿의 청소 성능이 저하될 수 있다.
정리하면, 상기한 유리 조성물을 구성하는 성분의 중량%의 범위는 바람직하게는 하기의 표 1과 같다.
조성(성분) | 중량% |
P2O5 | 22 내지 28 |
TiO2 | 12 내지 18 |
SiO2 | 12 내지 18 |
Al2O3 | 15 내지 25 |
Na2O | 6.0 내지 9.0 |
K2O | 12 내지 18 |
Li2O | 0.5 내지 1.0 |
B2O3 | 7.0 내지 13.0 |
ZrO2 | 2.0 내지 4.0 |
불화 화합물 (NaF or AlF3 ) | 1.0 내지 4.0 |
II족계 산화물 (CaO or BaO or MgO) | 3.0 내지 7.0 |
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 공간부가 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 공간부가 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(240a)이 연장되는 방향은 상기 제 2 벽(220a)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(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 2]와 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.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 판형 열교환기를 구성하는 열교환 플레이트의 구성을 보여주는 도면이고, 도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 열교환 플레이트의 구성을 보여주는 분해도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열교환 플레이트(100a)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 1,4 포트개구(120,150)가 포함된다. 즉, 상기 제 1,4 포트개구(120,150)는 서로 대각선 방향으로 배열될 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 후면에는, 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 요철들의 사이에는 접착부(310, 도 11 참조)가 구비될 수 있다. 상기 접착부(310)는 접착제(300)의 일부분을 구성한다.
상기 접착제(300)는 유리 프릿(glass frit)을 포함한다. 상세히, 상기 접착제(300)는 페이스트(paste) 형태의 유리 조성물(법랑용 조성물)로 구성되며, 상기 플레이트 본체(110)의 전면에 디스펜싱(dispensing) 또는 도포될 수 있다. 일례로, 상기 접착제(300)는 소정의 점도를 가지는 액상 형태로 상기 플레이트 본체(110)에 스프레이 또는 디핑(dipping)될 수 있다.
그리고, 상기 접착제(300)가 구비된 플레이트 본체(110)에 대하여 디바인딩(debinding) 공정을 수행하여, 상기 접착제(300)에 포함된 바인더(binder)를 제거할 수 있다. 상기 디바인딩 공정은, 상기 접착제(300)가 구비된 플레이트 본체(110)를 미리 설정된 온도의 환경에 노출시켜, 상기 바인더를 기화시키는 공정으로서 이해될 수 있다.
상기 접착제(300)는, 유리 조성물과 바인더(binder)가 포함된 글래스 파우더(glass powder) 및 솔벤트(solvent)가 혼합되어 제조될 수 있다. 그리고, 상기 유리 조성물은 P2O5, TiO2 및 Ⅰ족계 산화물을 포함하는 유리 프릿을 포함할 수 있다. 상기 유리 조성물에 관한 상세한 설명은 제 1 실시예의 설명을 원용한다 (표 1 참조).
도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 2개의 열교환 플레이트가 접착된 모습을 보여주는 도면이고, 도 11은 도 10의 11-11'를 따라 절개한 단면도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 복수의 열교환 플레이트(100a,100b)는 전후 방향으로 적층되며 그 사이에 제공되는 접착제(300)에 의하여 결합될 수 있다. 일례로, 도 4는 2개의 열교환 플레이트(100a,100b)가 적층되어 결합되는 모습을 도시한다. 상기 2개의 열교환 플레이트(100a,100b)에는, 제 1 플레이트(100a) 및 상기 제 1 플레이트(100a)의 전면에 결합되는 제 2 플레이트(100b)가 포함된다.
상기 제 1 플레이트(100a)의 전면에는, 상기 제 2 플레이트(100b)와의 접착을 위한 접착제(300)가 구비될 수 있다. 상기 접착제(300)는, 위에서 설명한 유리 조성물을 스프레이 하여 상기 제 1 플레이트(100a)에 코팅될 수 있다.
상기 제 1 플레이트(100a) 및 상기 제 2 플레이트(100b)의 전면 및 후면에는, 요철이 포함될 수 있다.
상세히, 상기 제 1 플레이트(100a)에는, 돌출 및 함몰된 구조가 교번하여 형성되는 요철(112a,114a)이 포함된다. 상기 요철(112a,114a)에는, 제 1 돌출부(112a) 및 제 1 함몰부(114a)가 포함된다. 다수의 제 1 돌출부(112a) 및 다수의 제 1 함몰부(114a)는 교번하여 배치되어, 헤링본(herringbone) 무늬를 형성할 수 있다. 상기 요철(112a,114a)은 상기 제 1 플레이트(100a)의 전면 및 후면에 모두 형성될 수 있다.
상기 제 2 플레이트(100b)에는, 돌출 및 함몰된 구조가 교번하여 형성되는 요철(112b,114b)이 포함된다. 상기 요철(112b,114b)에는, 제 2 돌출부(112b) 및 제 2 함몰부(114b)가 포함된다. 다수의 제 2 돌출부(112b) 및 다수의 제 2 함몰부(114b)는 교번하여 배치되어, 헤링본(herringbone) 무늬를 형성할 수 있다.
상기 제 2 플레이트(100b)의 제 2 돌출부(112b)는 상기 제 1 플레이트(100a)의 제 1 함몰부(114a)의 전방에 위치될 수 있다.
상기 제 2 함몰부(114b)는 상기 제 1 플레이트(100a)의 제 1 돌출부(112a)의 전방에 위치될 수 있다. 그리고, 상기 제 2 함몰부(114b)는 상기 제 1 돌출부(112a)에 접착될 수 있다. 즉, 상기 제 2 함몰부(114b)는 상기 접착제(300)에 의하여 상기 제 1 돌출부(112a)에 접촉하도록 구비될 수 있다.
정리하면, 상기 접착제(300)에는, 상기 제 1 플레이트(100a)와 상기 제 2 플레이트(100b)를 접착시키는 접착부(310)가 포함된다. 상기 접착부(310)는, 상기 제 2 함몰부(114b)와 상기 제 1 돌출부(112a)의 사이에 구비될 수 있다. 상기 접착부(310)의 좌우 폭은 약 3mm를 형성할 수 있다.
헤링본 무늬를 형성하는 제 1,2 플레이트(100a,100b)의 구성에 의하여, 상기 접착부(310)는 다수 개가 구비되며, 상기 다수 개의 접착부(310)는 좌우 방향으로 이격되어 배치될 수 있다. 상기 다수 개의 접착부(310)의 구성에 의하여, 상기 제 1,2 플레이트(100a,100b)는 견고하게 결합될 수 있다.
상기 제 2 돌출부(112b), 상기 제 1 함몰부(114a) 및 양측 2개의 접착부(310)에 의하여 정의되는 공간은 유체가 유동하는 유로(118)를 형성한다.
상기 제 1 플레이트(100a)의 플레이트 본체(110)에는, 상기 요철(112a,114a)의 양측에 평면으로 구성되는 제 1 평면부(111a)와, 상기 제 1 평면부(111a)로부터 외측으로 경사지게 연장되는 경사부(113a) 및 상기 경사부(113a)로부터 외측으로 연장되며 평면으로 구성되는 제 2 평면부(115a)가 포함된다.
상기 접착제(300)는 상기 제 1 플레이트(100a)의 전면에 구비된다. 상세히, 상기 접착제(300)는 상기 제 1 플레이트(100a)의 제 1 평면부(111a)와, 경사부(113a) 및 상기 요철(112a,114a)에 구비될 수 있다. 그리고, 상기 접착제(300)는 상기 제 1 플레이트(100a)의 전면으로부터 약 3~5mm의 높이를 가지도록 구비될 수 있다.
상기 제 2 플레이트(100b)의 플레이트 본체(110)에는, 상기 요철(112a,114a)의 양측에 평면으로 구성되는 제 1 평면부(111b)와, 상기 제 1 평면부(111b)로부터 외측으로 경사지게 연장되는 경사부(113b) 및 상기 경사부(113b)로부터 외측으로 연장되며 평면으로 구성되는 제 2 평면부(115b)가 포함된다.
상기 제 2 플레이트(100b)의 제 1 평면부(111b), 경사부(113b) 및 제 2 평면부(115b)는 상기 제 1 플레이트(100a)의 제 1 평면부(111a), 경사부(113a) 및 제 2 평면부(115a)와 맞닿는 위치에 정렬될 수 있다.
그리고, 상기 제 2 플레이트(100b)의 제 1 평면부(111b) 및 경사부(113b)는, 접착제(300)에 의하여 상기 제 1 플레이트(100a)의 제 1 평면부(111a) 및 경사부(113a)에 접착되도록 구성될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 상기 접착제(300)가 제 1 플레이트(100a)의 대부분의 면적에 구비되고, 특히 상기 유로(118)를 형성하는 제 1 플레이트(100a)의 전면에 상기 접착제(300)가 구비되므로, 유체 중에 포함된 이물이 열교환 플레이트(100)에 누적되는 현상이 방지될 수 있다. 이에 따라, 상기 열교환 플레이트(100)는 깨끗한 상태로 유지될 수 있고, 부식에 따른 파손현상이 방지될 수 있다.
또한, 유리 조성물로 구성된 접착제가 구비됨으로써, 접착 강도 특히 전후 방향으로 압축되는 압축강도가 개선되며, 판형 열교환기의 내압에 견딜 수 있는 내압 강도가 개선될 수 있다.
도 12는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 판형 열교환기의 제조방법을 보여주는 플로우 챠트이다.
도 12를 참조하면, 먼저, 제 1 플레이트(100a)를 마련한다. 상기 제 1 플레이트(100a)는 세척된 상태로 제공될 수 있다 (S11).
상기 제 1 플레이트(100a)에, 접착제(300)가 공급된다. 일례로, 상기 접착제(300)는 상기 제 1 플레이트(100a)의 전면에, 스프레이 또는 디핑(dipping)의 방식으로 도포될 수 있다 (S12).
상기 제 1 플레이트(100a)는 가열되며, 이 과정에서 상기 접착제(300)에 포함된 바인더는 기화될 수 있다. 그리고, 상기 접착제(300)는 상기 제 1 플레이트(100a)에 안정적으로 코팅될 수 있다 (S13).
상기 제 1 플레이트(100a)에 상기 제 2 플레이트(100b)가 적층되며, 이 과정에서 상기 제 1 플레이트(100a)에 구비된 접착제(300)에, 상기 제 2 플레이트(100b)가 접촉될 수 있다. 이러한 제 1,2 플레이트(100a)의 조립체를 "플레이트 조립체"라 이름할 수 있다 (S14).
상기 플레이트 조립체는 가열될 수 있다. 상기 플레이트 조립체의 가열이 이루어지면, 상기 접착제(300)는 용융되고 상기 플레이트 조립체는 접착이 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 플레이트 조립체의 냉각이 이루어지면, 상기 제 1,2 플레이트(100a,100b)의 견고한 접합이 이루어질 수 있다. 이와 같은 간단한 제조방법에 의하여, 플레이트 조립체의 결합이 신뢰성 있게 구현될 수 있다 (S15).
그리고, 상기 결합된 플레이트 조립체에, S12 내지 S15에서 설명한 공정을 수행함으로서, 추가적인 플레이트를 접착할 수 있다. 이와 같은 공정을 반복하여 다수의 열교환 플레이트로 구성된 플레이트 패키지를 제조할 수 있다.
다른 실시예를 제안한다.
다수의 열교환 플레이트를 한번에 적층하고 각 열교환 플레이트에 구비되는 접착제를 용융 및 냉각함으로써, 플레이트 패키지를 한번에 제조할 수도 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 의하면, 접착제를 이용하여 열교환 플레이트를 결합함으로써 제조비용을 낮추고, 제조되는 시간을 단축할 수 있다는 효과가 나타나므로, 산업상 이용 가능성이 현저하다.
Claims (20)
- 상하 방향으로 적층되어, 유체의 유동을 위한 공간부를 형성하는 제 1,2 플레이트; 및상기 제 1,2 플레이트의 사이에 배치되며, 접착제에 의하여 구성되는 접착층이 포함되고,상기 제 1 플레이트 또는 상기 제 2 플레이트에는,유체가 유입 또는 유출되는 포트 개구를 형성하는 플레이트 본체; 및상기 플레이트 본체의 테두리부를 형성하며, 적어도 2회 이상 절곡된 형상을 가지는 플랜지부가 포함되고,상기 접착층에는,수평 방향으로 연장되는 제 1,3 접착부; 및상기 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; 및상기 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; 및상기 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° 이상 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 있어서상기 접착제는,P2O5, TiO2 및 Ⅰ족계 산화물을 포함하는 유리 프릿으로 구성되는 판형 열교환기.
- 제 11 항에 있어서,상기 P2O5는 상기 유리 프릿 전체에 대해 20 중량% 내지 30 중량% 만큼 포함되고,상기 TiO2는 상기 유리 프릿 전체에 대해 10 중량% 내지 20 중량% 만큼 포함되며,상기 Ⅰ족계 산화물은 상기 유리 프릿 전체에 대해 15 중량% 내지 30 중량% 만큼 포함되는 판형 열교환기.
- 제 12 항에 있어서,상기 Ⅰ족계 산화물은 Na2O K20 및 Li2O 중 적어도 하나를 포함하는 판형 열교환기.
- 제 12 항에 있어서,상기 유리 프릿은 SiO2를 더 포함하고,상기 SiO2는 상기 유리 프릿 전체에 대해 10 중량% 내지 20 중량% 만큼 포함되는 판형 열교환기.
- 제 12 항에 있어서,상기 유리 프릿은 B2O3를 더 포함하고,상기 B2O3은 상기 유리 프릿 전체에 대해 5 중량% 내지 15 중량% 만큼 포함되는 판형 열교환기.
- 제 12 항에 있어서,상기 유리 프릿은 Al2O3을 더 포함하고,상기 Al2O3은 상기 유리 프릿 전체에 대해 10 중량% 내지 30 중량% 만큼 포함되는 판형 열교환기.
- 제 12 항에 있어서,상기 유리 프릿은 불소(F) 화합물을 더 포함하고,상기 불소(F) 화합물은 NaF 및 AlF3 중 적어도 하나의 금속 산화물을 포함하고,상기 불소(F) 화합물은 상기 유리 프릿 전체에 대해 0.1 중량% 내지 5 중량% 만큼 포함되는 판형 열교환기.
- 제 12 항에 있어서,상기 유리 프릿은 ZrO2을 더 포함하고,상기 ZrO2은 상기 유리 프릿 전체에 대해 1 중량% 내지 5 중량% 만큼 포함되는 판형 열교환기.
- 제 12 항에 있어서,상기 유리 프릿은 Ⅱ족계 산화물을 더 포함하고,상기 Ⅱ족계 산화물은 CaO, MgO 및 BaO 중 적어도 하나의 금속 산화물을 포함하고,상기 Ⅱ족계 산화물은 상기 유리 프릿 전체에 대해 0.1 중량% 내지 10 중량% 만큼 포함되는 판형 열교환기.
- 제 1 플레이트의 상면에, 유리 프릿을 포함하는 접착제를 스프레이 또는 디핑하는 단계;상기 접착제가 구비되는 제 1 플레이트를 가열하여, 상기 접착제에 포함된 바인더를 기화시키는 단계;상기 제 1 플레이트의 상측에 제 2 플레이트를 적층하여, 플레이트 조립체를 제조하는 단계; 및상기 플레이트 조립체를 가열하여, 상기 접착제를 용융시키는 단계가 포함되며,상기 유리 프릿에는, P2O5, TiO2 및 Ⅰ족계 산화물이 포함되는 판형 열교환기의 제조방법.
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