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KR101749059B1 - 굴곡 플레이트 열교환기 - Google Patents

굴곡 플레이트 열교환기 Download PDF

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KR101749059B1
KR101749059B1 KR1020150125315A KR20150125315A KR101749059B1 KR 101749059 B1 KR101749059 B1 KR 101749059B1 KR 1020150125315 A KR1020150125315 A KR 1020150125315A KR 20150125315 A KR20150125315 A KR 20150125315A KR 101749059 B1 KR101749059 B1 KR 101749059B1
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combustion gas
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김영모
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주식회사 경동나비엔
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Abstract

본 발명은 복수의 열매체유로 사이에 형성되는 연소가스유로를 따라 유동하는 연소가스의 유동저항을 감소시킴과 아울러 난류의 발생을 촉진시켜 열매체와 연소가스 간의 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 굴곡 플레이트 열교환기를 제공함에 그 목적이 있다.
이를 구현하기 위한 본 발명의 굴곡 플레이트 열교환기(1)는, 복수의 플레이트 사이의 공간에 열매체유로(P1)와 연소가스유로(P2)가 인접하게 교대로 형성된 열교환부(100)를 구비하되, 상기 열교환부(100)를 구성하는 복수의 플레이트는, 제1플레이트와 제2플레이트가 적층된 단위플레이트가 다수로 적층되어 이루어지고, 상기 열매체유로(P1)는 상기 단위플레이트의 제1플레이트와 제2플레이트 사이에 형성되며, 상기 연소가스유로(P2)는 인접하게 적층되는 단위플레이트 중 일측에 위치하는 단위플레이트의 제2플레이트와, 타측에 위치하는 단위플레이트의 제1플레이트 사이에 형성되되, 연소가스의 유동방향을 따라 일정한 간격을 유지하도록 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

굴곡 플레이트 열교환기{WAVE PLATE HEAT EXCHANGER}
본 발명은 굴곡 플레이트 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수의 열매체유로 사이에 형성되는 연소가스유로를 따라 유동하는 연소가스의 유동저항을 감소시킴과 아울러 난류의 발생을 촉진시켜 열매체와 연소가스 간의 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 굴곡 플레이트 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로 난방장치에는 연료의 연소에 의한 연소가스와 열매체 간에 열교환이 이루어지는 열교환기가 구비되어 가열된 열매체를 이용하여 난방을 수행하거나 온수를 공급하게 된다.
종래의 열교환기 중 핀-튜브 방식의 열교환기는, 열매체가 유동하는 튜브의 외측면에 복수의 전열핀이 일정 간격으로 나란하게 결합되고, 상기 전열핀이 결합된 튜브의 양끝단에는 엔드플레이트가 결합되며, 상기 엔드플레이트의 전방측과 후방측에는 유로캡이 각각 결합되어 튜브의 내부를 흐르는 열매체의 유로를 전환하도록 구성되어 있다. 이러한 핀-튜브 방식의 열교환기는, 등록특허 제10-1400833호, 등록특허 제10-1086917호 등에 소개되어 있다.
그러나, 이와 같은 종래의 핀-튜브 방식의 열교환기는 부품의 수가 과다하여, 부품간의 연결부를 용접에 의해 결합하게 되므로, 그 결합구조가 복잡하고, 제조공정이 용이하지 않은 문제점이 있다.
한편, 종래 열교환기의 다른 예로서, 등록특허 제10-0645734호에는 다수개의 플레이트를 적층시켜 그 내부에 열매체유로와 연소가스유로를 교대로 형성시켜 열매체와 연소가스 간에 열교환이 이루어지는 열교환기의 구성이 나타나 있다.
그러나, 상기 등록특허 제10-0645734호에 개시된 열교환기는 플레이트면이 상반된 방향으로 절곡되며 돌출된 빗살 형태로 이루어져 있어, 연소가스유로의 단면적이 위치에 따라 서로 달라 연소가스의 유동저항이 커지게 되고, 플레이트의 전체 면에 걸쳐 연소가스로부터 전달되는 온도의 분포가 불균일하여 열매체의 전체 유량을 균일한 온도로 가열할 수 없는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 복수의 열매체유로 사이에 형성되는 연소가스유로를 따라 유동하는 연소가스의 유동저항을 감소시킴과 아울러 난류의 발생을 촉진시켜 열매체와 연소가스 간의 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 굴곡 플레이트 열교환기를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 열교환기의 조립구조를 간소화함과 아울러 열교환기의 결합 강도를 증대시켜 내구성을 향상시킨 열교환기를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 열매체의 비등에 의한 열효율의 저하를 방지하는 한편, 서로 접촉되는 이종 금속간의 전위차에 의해 발생하는 금속의 부식을 방지할 수 있는 굴곡 플레이트 열교환기를 제공하는 것이다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 굴곡 플레이트 열교환기(1)는, 복수의 플레이트 사이의 공간에 열매체유로(P1)와 연소가스유로(P2)가 인접하게 교대로 형성된 열교환부(100)를 구비하되, 상기 열교환부(100)를 구성하는 복수의 플레이트는, 제1플레이트와 제2플레이트가 적층된 단위플레이트가 다수로 적층되어 이루어지고, 상기 열매체유로(P1)는 상기 단위플레이트의 제1플레이트와 제2플레이트 사이에 형성되며, 상기 연소가스유로(P2)는 인접하게 적층되는 단위플레이트 중 일측에 위치하는 단위플레이트의 제2플레이트와, 타측에 위치하는 단위플레이트의 제1플레이트 사이에 형성되되, 연소가스의 유동방향을 따라 일정한 간격을 유지하도록 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 제1플레이트에는, 일측에 위치하는 연소가스유로(P2)를 향하여 돌출된 제1마루부(111)와, 상기 열매체유로(P1)를 향하여 돌출된 제1골부(112)가 연소가스의 유동방향을 따라 교대로 형성된 제1굴곡면(110)이 구비되고, 상기 제2플레이트에는, 타측에 위치하는 연소가스유로(P2)를 향하여 돌출된 제2마루부(121)와, 상기 열매체유로(P1)를 향하여 돌출된 제2골부(122)가 연소가스의 유동방향을 따라 교대로 형성된 제2굴곡면(120)이 구비된 것으로 구성될 수 있다.
인접하게 적층되는 단위플레이트 중, 일측에 위치하는 단위플레이트의 제1플레이트에 형성된 제1마루부(111)와, 타측에 위치하는 단위플레이트의 제2플레이트에 형성된 제2골부(122)는 대면하는 위치에 상호 이격되어 위치하고, 일측에 위치하는 단위플레이트의 제1플레이트에 형성된 제1골부(112)와, 타측에 위치하는 단위플레이트의 제2플레이트에 형성된 제2마루부(121)는 대면하는 위치에 상호 이격되어 위치하도록 구성될 수 있다.
인접하게 적층되는 단위플레이트는, 상기 제1플레이트의 제1마루부(111)와 상기 제2플레이트의 제2골부(122)가 대면하고, 상기 제1플레이트의 제1골부(112)와 상기 제2플레이트의 제2마루부(121)가 대면하여 위치되도록 상하 방향으로 유격(Δh)이 형성되도록 배치될 수 있다.
상기 제1플레이트의 제1골부(112)에는 인접하게 적층되는 단위플레이트의 제2플레이트에 형성된 제2마루부(121)에 접촉되는 제1난류형성돌기(114)가 형성되고, 상기 제2플레이트의 제2골부(122)에는 인접하게 적층되는 단위플레이트의 제1플레이트에 형성된 제1마루부(111)에 접촉되는 제2난류형성돌기(124)가 형성될 수 있다.
상기 제1난류형성돌기(114)와 제2난류형성돌기(124)는 상기 단위플레이트의 길이방향을 따라 이격되어 복수로 형성될 수 있다.
상기 제1플레이트의 제1골부(112)에는 상기 열매체유로(P1)를 향하여 돌출된 제1보강돌기(113)가 형성되고, 상기 제2플레이트의 제2골부(122)에는 상기 열매체유로(P1)를 향하여 돌출되어 상기 제1보강돌기(113)와 맞닿는 제2보강돌기(123)가 형성될 수 있다.
상기 제1보강돌기(113)와 제2보강돌기(123)는 상기 단위플레이트의 길이방향을 따라 이격되어 복수로 형성될 수 있다.
상기 다수개의 적층된 단위플레이트에는, 상기 열매체 유로(P1)를 통과하는 열매체의 유동 경로가 직렬 구조로 형성되되, 일측에 위치하는 단위플레이트에서의 열매체 유동 방향과, 타측에 위치하는 단위플레이트에서의 열매체 유동 방향이 교대로 서로 반대방향이 되도록 형성될 수 있다.
상기 다수개의 적층된 단위플레이트에는, 상기 열매체 유로(P1)를 통과하는 열매체의 유동 경로가 직렬·병렬 혼합 구조로 형성되되, 일측에 위치하는 복수의 단위플레이트에서의 열매체 유동 방향과, 이에 인접하게 적층되는 복수의 단위플레이트에서의 열매체 유동 방향이 교대로 서로 반대방향이 되도록 형성될 수 있다.
상기 복수의 단위플레이트의 양측부에는, 열매체유로(P1)의 단면적을 감소시켜 열매체의 유속이 감속되도록 하기 위한 제1유량분배부(115)와 제2유량분배부(125)가 형성될 수 있다.
상기 복수의 플레이트의 양측부 둘레에는, 열매체의 정체에 의한 국부적인 과열에 의해 발생하는 열매체의 비등 현상을 방지하기 위한 비등방지 커버(130)가 구비될 수 있다.
상기 열교환부(100)의 외측면에는 상기 열교환부(100)를 구성하는 플레이트와 상이한 금속 재질로 이루어진 연소실 케이스가 결합되고, 상기 열교환부(100)와 연소실 케이스 사이에는, 이종 금속간의 전위차에 의한 연소실 케이스의 부식을 방지하기 위한 절연 패킹(140)이 구비될 수 있다.
상기 제1플레이트의 양측부와 제2플레이트의 양측부에는 열매체유로(P1)를 통과하는 열매체의 유동경로를 형성하기 위한 관통구(H1,H2,H3,H4)와 막힘부(H1',H2',H3',H4')가 선택적으로 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 복수의 열매체유로 사이에 형성되는 연소가스유로를 연소가스의 유동방향을 따라 일정한 간격을 유지하도록 형성함과 아울러 굴곡진 형상으로 형성함으로써 연소가스의 유동저항을 감소시킴과 아울러 난류의 발생을 촉진시켜 열매체와 연소가스 간의 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 연소가스유로의 내부에는 제1난류형성돌기와 제2난류형성돌기를 형성함으로써 연소가스유로의 간격이 일정하게 유지되도록 지지하는 동시에 연소가스의 유동에 난류의 발생을 촉진시켜 열교환 효율을 향상시키고, 열매체유로의 내부에는 제1보강돌기와 제2보강돌기를 맞닿도록 형성함으로써 제1플레이트와 제2플레이트의 내압 성능을 향상시켜 열교환기의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한 인접하게 배치되는 단위플레이트 간에 상하방향으로 유격이 형성되도록 배치함으로써, 연소가스유로의 하단에서 모세관현상에 의한 물맺힘이 방지되어 응축수의 원활한 배출이 가능하다.
또한 단위플레이트의 양측부에는 제1유량분배부와 제2유량분배부를 형성하여, 열매체의 유동방향이 변경되는 구간에서 열매체의 유량이 균일하게 분배되어 유속이 감속되도록 함으로써 열매체의 정체 현상을 최소화함과 아울러, 단위플레이트의 양측부 둘레에는 비등방지 커버를 추가로 구비함으로써 열매체의 국부적인 과열에 의한 비등 현상을 방지하여 열효율을 향상시킬 수 있다.
또한 열교환부와 연소실 케이스 사이에 절연 패킹을 구비함으로써, 서로 접촉되는 이종 금속 간의 전위차에 의한 연소실 케이스의 부식을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 굴곡 플레이트 열교환기의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 굴곡 플레이트 열교환기에서 열교환부와 비등방지 커버 및 절연 패킹을 분리하여 도시한 사시도,
도 3은 열교환부의 평면도,
도 4는 열교환부의 정면도,
도 5는 열교환부의 좌측면도,
도 6은 열교환부를 구성하는 단위플레이트의 분해 사시도,
도 7은 단위플레이트의 일부를 확대하여 도시한 사시도,
도 8은 도 3의 A-A 선을 따라 절개한 사시도,
도 9는 도 3의 B-B 선을 따라 절개한 사시도,
도 10은 도 4의 C-C 선을 따라 절개한 (a) 단면도 및 (b) 부분 사시도,
도 11은 도 4의 D-D 선을 따라 절개한 (a) 단면도 및 (b) 부분 사시도,
도 12는 도 4의 E-E 선을 따라 절개한 (a) 단면도 및 (b) 부분 사시도,
도 13은 도 5의 F-F 선을 따라 절개한 단면도,
도 14는 열교환부의 변형 실시예를 나타낸 단면도.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 굴곡 플레이트 열교환기(1)는, 복수의 플레이트가 적층되어 이루어진 열교환부(100)를 포함한다. 그리고, 상기 열교환부(100)의 양측부는 비등방지 커버(130)로 둘러싸이고, 상기 비등방지 커버(130)의 외측면과, 열교환부(100)의 전면 및 후면에는 절연 패킹(140)이 부착될 수 있다.
이하, 상기 열교환부(100)의 구성 및 작용을 먼저 설명하고, 상기 비등방지 커버(130)와 절연 패킹(140)의 구성 및 작용은 후술하기로 한다.
상기 열교환부(100)를 구성하는 복수의 플레이트 사이의 공간에는, 도 10에 도시된 바와 같이 열매체가 유동하는 열매체유로(P1)와, 버너(미도시됨)의 연소에 의해 발생한 연소가스가 유동하는 연소가스유로(P2)가 인접하게 교대로 형성된다. 상기 열매체는 난방수 또는 온수일 수 있고, 그 이외의 유체일 수도 있다.
일실시예로, 상기 복수의 플레이트는, 도 6에 도시된 바와 같이 제1 내지 제14단위플레이트(100-1,100-2,100-3,100-4,100-5,100-6,100-7,100-8,100-9,100-10,100-11,100-12,100-13,100-14)로 구성되고, 각각의 단위플레이트는 전방에 위치하는 제1플레이트(100a-1,100a-2,100a-3,100a-4,100a-5,100a-6,100a-7,100a-8,100a-9,100a-10,100a-11,100a-12,100a-13,100a-14)와, 그 후방에 각각 적층되는 제2플레이트(100b-1,100b-2,100b-3,100b-4,100b-5,100b-6,100b-7,100b-8,100b-9,100b-10,100b-11,100b-12,100b-13,100b-14)로 구성될 수 있다. 다만, 상기 복수의 플레이트의 개수는 열교환기의 용량에 따라 본 실시예와 달리 구성될 수 있다.
상기 열매체유로(P1)는 각각의 단위플레이트를 구성하는 제1플레이트와 제2플레이트 사이의 공간에 형성된다.
상기 연소가스유로(P2)는 일측에 위치하는 단위플레이트의 제2플레이트와, 이에 인접하게 위치하는 단위플레이트의 제1플레이트 사이의 공간에 형성되되, 연소가스의 유동방향을 따라 일정한 간격을 유지하도록 형성된다.
도 6과 도 7 및 도 10을 참조하면, 상기 제1플레이트는, 일측에 위치하는 연소가스유로(P2)를 향하여 돌출된 제1마루부(111)와, 열매체유로(P1)를 향하여 돌출된 제1골부(112)가 연소가스의 유동방향을 따라 교대로 형성된 제1굴곡면(110)이 구비된다. 상기 제1마루부(111)와 제1골부(112) 사이의 연결부는 경사면으로 이루어진다.
상기 제2플레이트는, 제1플레이트와 대략 대칭되는 형상으로 이루어지며, 타측에 위치하는 연소가스유로(P2)를 향하여 돌출된 제2마루부(121)와, 상기 열매체유로(P1)를 향하여 돌출된 제2골부(122)가 연소가스의 유동방향을 따라 교대로 형성된 제2굴곡면(120)이 구비된다. 상기 제2마루부(121)와 제2골부(122) 사이의 연결부는 경사면으로 이루어진다.
인접하게 적층되는 단위플레이트 중, 일측에 위치하는 단위플레이트의 제1플레이트에 형성된 제1마루부(111)와, 타측에 위치하는 단위플레이트의 제2플레이트에 형성된 제2골부(122)는 대면하는 위치에 상호 이격되어 위치하고, 일측에 위치하는 단위플레이트의 제1플레이트에 형성된 제1골부(112)와, 타측에 위치하는 단위플레이트의 제2플레이트에 형성된 제2마루부(121)는 대면하는 위치에 상호 이격되어 위치하도록 구성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 인접하게 적층되는 단위플레이트는, 상기 제1플레이트의 제1마루부(111)와 제2플레이트의 제2골부(122)가 대면하고, 상기 제1플레이트의 제1골부(112)와 제2플레이트의 제2마루부(121)가 대면하여 위치되도록, 일측에 위치하는 단위플레이트의 높이(h1)와, 이에 인접하게 배치되는 단위플레이트의 높이(h2) 간에서는 상하 방향으로 유격(Δh)이 형성되도록 배치된다.
따라서, 도 4와 도 10에 도시된 바와 같이, 제1플레이트와 제2플레이트를 일정한 형태로 제작하고, 인접하게 배치되는 단위플레이트의 상하 높이를 달리하여 배치함으로써, 연소가스유로(P2)를‘S자’형태로서 일정한 간격을 유지하도록 구성할 수 있다. 이에 따라, 도 5에서 점선 화살표 방향을 따라 연소가스유로(P2)를 통과하는 연소가스의 유동저항을 줄일 수 있고, 연소가스유로(P2)의 전체 영역에서 연소가스의 온도 분포를 균일하게 할 수 있으며, 연소가스의 유동에 난류의 발생을 촉진시켜 연소가스와 열매체 간에 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기와 같이 인접하게 배치되는 단위플레이트 간에 상하방향으로 유격(Δh)이 형성되도록 배치함으로써, 연소가스유로(P2)의 하단에서 모세관현상에 의한 물맺힘이 방지되어 응축수의 원활한 배출이 가능하다. 만일, 인접하게 배치되는 단위플레이트가 동일한 높이로 배치된 경우에는, 연소가스유로(P2)를 통과하며 냉각된 연소가스에 포함된 수증기가 응축되면서 연소가스유로(P2)의 하단부에 좁은 간격으로 평행하게 배치되는 일측의 단위플레이트의 제2플레이트와 타측의 단위플레이트의 제1플레이트 사이에 응축수가 맺히게 되는 문제가 있다.
이에 반해, 본 발명에서와 같이 인접하게 배치되는 단위플레이트 간에 상하방향으로 유격(Δh)이 형성되도록 배치하게 되면, 연소가스유로(P2)의 하단부에 배치되는 일측의 단위플레이트의 제2플레이트와 타측의 단위플레이트의 제1플레이트 사이의 간격이 넓게 벌어지게 되므로 모세관현상이 방지되어 응축수의 원활한 배출이 가능해진다.
도 4와 도 7 및 도 11에 도시된 바와 같이, 제1플레이트의 제1골부(112)에는 열매체유로(P1)를 향하여 돌출된 제1보강돌기(113)가 형성되고, 상기 제2플레이트의 제2골부(122)에는 열매체유로(P1)를 향하여 돌출되어 상기 제1보강돌기(113)와 맞닿는 제2보강돌기(123)가 형성된다. 상기 제1보강돌기(113)와 제2보강돌기(123)는 상기 단위플레이트의 길이방향을 따라 이격되어 복수로 형성될 수 있다.
이와 같이 제1보강돌기(113)의 돌출된 끝단과 제2보강돌기(123)의 돌출된 끝단이 맞닿도록 구성함으로써, 제1플레이트와 제2플레이트의 내압 성능을 향상시켜 열교환기의 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 4와 도 7 및 도 12를 참조하면, 제1플레이트의 제1골부(112)에는 인접하게 적층되는 단위플레이트의 제2플레이트에 형성된 제2마루부(121)에 접촉되는 제1난류형성돌기(114)가 형성되고, 상기 제2플레이트의 제2골부(122)에는 인접하게 적층되는 단위플레이트의 제1플레이트에 형성된 제1마루부(111)에 접촉되는 제2난류형성돌기(124)가 형성된다. 상기 제1난류형성돌기(114)와 제2난류형성돌기(124)는 상기 단위플레이트의 길이방향을 따라 이격되어 복수로 형성될 수 있다.
이와 같이 제1플레이트의 제1난류형성돌기(114)가 제2플레이트의 제2마루부(121)에 접촉되도록 하고, 제2플레이트의 제2난류형성돌기(124)가 제1플레이트의 제1마루부(111)에 접촉되도록 구성함으로써, 연소가스유로(P2)의 간격이 일정하게 유지되도록 지지하는 동시에 연소가스의 유동에 난류의 발생을 촉진시켜 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
그리고, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1플레이트의 양측부에는 열매체유로(P1)의 단면적을 감소시켜 열매체의 유속이 감속되도록 하기 위한 제1유량분배부(115)가 형성되고, 제2플레이트의 양측부에는 상기 제1유량분배부(115)와 대칭되는 형상의 제2유량분배부(125)가 형성되어 있다.
상기 제1유량분배부(115)와 제2유량분배부(125)는 각각 제1플레이트의 마루부(111)와 제2플레이트의 마루부(121)의 양측 끝단에 납작한 형상의 엠보로 구성될 수 있으며, 그 형상은 엠보 이외에도 다양한 형태로 변형실시될 수 있다.
상기 제1유량분배부(115)와 제2유량분배부(125)의 구성에 의하면, 후술되는 바와 같이 단위플레이트의 양측부에서 열매체의 유동방향이 변경되는 구간에서 열매체의 유량이 균일하게 분배되어 유속을 감속시킴으로써 열매체의 원활한 유동이 가능해져, 열매체가 국부적으로 편중되어 유동하는 경우에 초래될 수 있는 열매체의 국부적인 정체에 따른 비등현상을 방지할 수 있다.
한편, 제1플레이트의 테두리에는 제1플랜지부(116)가 형성되고, 제2플레이트의 테두리에는 상기 제1플랜지부(116)와 맞닿는 형상으로 이루어져 열매체유로(P1)를 밀폐하기 위한 제2플랜지부(117)가 형성되어 있다.
그리고, 도 6, 도 7, 도 8 및 도 9를 참조하면, 제1플레이트의 양측부와 제2플레이트의 양측부에는 열매체유로(P1)를 통과하는 열매체의 유동경로를 형성하기 위한 관통구(H1,H2,H3,H4)와 막힘부(H1',H2',H3',H4')가 선택적으로 형성될 수 있다.
일실시예로, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1단위플레이트(100-1)의 제1플레이트(100a-1)의 일측에 형성된 열매체 입구(101)를 통해 제1단위플레이트(100-1)의 열매체유로(P1)로 유입된 열매체는, 제2플레이트(100b-1)의 일측에 형성된 막힘부(H4')에 의해 가로막혀 열매체유로(P1)의 타측으로 유도되고, 제2플레이트의 타측에 형성된 관통구(H3)와 후방에 배치되는 제2단위플레이트(100-2)의 제1플레이트(100a-2)의 타측에 형성된 관통구(H1)를 통과하여 제2단위플레이트(100-2)의 열매체유로(P1)로 유입된다.
상기 제2단위플레이트(100-2)의 열매체유로(P1)로 유입된 열매체는 제2플레이트(100b-2)의 타측에 형성된 막힘부(H3')에 의해 가로막혀 열매체유로(P1)의 일측으로 유도된 후, 제2플레이트(200b-2)의 일측에 형성된 관통구(H4)와 그 후방에 위치하는 제3단위플레이트(100-3)의 제1플레이트(100a-3)의 일측에 형성된 관통구(H2)를 통과하여 제3단위플레이트(100-3)의 열매체유로(P1)로 유입된다.
이와 같이 열매체의 유동방향이 일측과 타측을 향하여 교대로 변경되면서 순차로 유동한 후에 최후방에 위치하는 제14단위플레이트(100-14)에 형성된 열매체 출구(102)를 통해 배출된다.
이와 같은 구성에 의하면, 도 13에서 실선 화살표로 나타낸 바와 같이 열매체가 유동하게 된다.
본 실시예에서는 열매체 유로(P1)가 직렬 구조로 형성되되, 일측에 위치하는 단위플레이트에서의 열매체 유동 방향과, 타측에 위치하는 단위플레이트에서의 열매체 유동 방향이 교대로 서로 반대방향이 되도록 구성하였다.
다른 실시예로, 도 14에 도시된 바와 같이, 열매체 유로(P1)가 직렬·병렬 혼합 구조로 형성되되, 일측에 위치하는 복수의 단위플레이트에서의 열매체 유동 방향과, 이에 인접하게 적층되는 복수의 단위플레이트에서의 열매체 유동 방향이 교대로 서로 반대방향이 되도록 구성할 수도 있다.
이와 같이 열매체의 유동경로는 제1플레이트와 제2플레이트에 형성되는 관통구(H1,H2,H3,H4)와 막힘부(H1',H2',H3',H4')의 형성 위치를 달리함으로써 다양하게 변경 실시할 수 있다.
상기와 같이 열매체는 열교환부(100)의 양측부에서 유동방향이 변경되어 유동하게 되므로, 열교환부(100)의 양측부에서는 열매체의 유동이 느려지게 되고, 이에 따라 연소실에서 발생하는 연소열에 의해 가열된 열매체가 비등하는 현상이 발생할 수 있으며, 이는 열효율의 저하 및 소음 발생을 유발하게 된다.
이러한 열교환부(100)의 양측부에서 열매체의 비등 현상을 방지하기 위한 구성으로, 열교환부(100)의 양측부는 비등방지 커버(130)가 구비된다.
도 1과 도 2를 참조하면, 상기 비등방지 커버(130)는 측면부(131)와 그 상단과 하단에서 각각 열교환부(100) 측으로 소정 길이 연장된 상단부(132)와 하단부(133)로 구성되고, 그 재질은 열교환부(100)를 구성하는 플레이트와 동일한 스테인리스강(SUS)으로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 열교환부(100)의 외측면에는 연소실 케이스(미도시됨)가 결합되는데, 상기 연소실 케이스는 알루미늄층이 코팅된 스틸 재질로 구성될 수 있다. 이 경우 열교환부(100)의 플레이트 및 비등방지 커버(130)와, 연소실 케이스는 서로 다른 재질로 구성되므로, 서로 접촉되는 이종(異種) 금속 간의 전위차에 의해 연소실 케이스의 부식이 발생할 수 있다.
이를 방지하기 위한 구성으로, 비등방지 커버(130)의 외측면과 열교환부(100)의 전면 및 후면에는, 연소실 케이스와의 전위차를 방지하기 위해 세라믹 또는 무기물로 이루어진 절연 패킹(140)이 구비된다.
이와 같은 구성에 의하면, 연소실 케이스를 스테인리스 재질에 비하여 상대적으로 저렴한 알루미늄층이 코팅된 스틸 재질로 구성하여 보일러의 제조비용을 절감하는 동시에 연소실 케이스의 부식을 효과적으로 방지하여 보일러의 내구성을 향상시킬 수 있다.
1 : 굴곡 플레이트 열교환기 100 : 열교환부
101 : 열매체 입구 102 : 열매체 출구
100-1~100-14 : 단위 플레이트 100a-1~100a-14 : 제1플레이트
100b-1~100b-14 : 제2플레이트 110 : 제1굴곡면
111 : 제1마루부 112 : 제2골부
113 : 제1보강돌기 114 : 제1난류형성돌기
115 : 제1유량분배부 116 : 제1플랜지부
120 : 제2굴곡면 121 : 제2마루부
122 : 제2골부 123 : 제2보강돌기
124 : 제2난류형성돌기 125 : 제2유량분배부
126 : 제2플랜지부 130 : 비등방지 커버
140 : 절연 패킹 H1,H2,H3,H4 : 관통구
H1',H2',H3',H4' : 막힘부 P1 : 열매체유로
P2 : 연소가스유로

Claims (14)

  1. 복수의 플레이트 사이의 공간에 열매체유로(P1)와 연소가스유로(P2)가 인접하게 교대로 형성된 열교환부(100)를 구비하되,
    상기 열교환부(100)를 구성하는 복수의 플레이트는, 제1플레이트와 제2플레이트가 적층된 단위플레이트가 다수로 적층되어 이루어지고,
    상기 열매체유로(P1)는 상기 단위플레이트의 제1플레이트와 제2플레이트 사이에 형성되며,
    상기 연소가스유로(P2)는, 인접하게 적층되는 단위플레이트 중 일측에 위치하는 단위플레이트의 제2플레이트와, 타측에 위치하는 단위플레이트의 제1플레이트 사이에 형성되되, 연소가스의 유동방향을 따라 일정한 간격을 유지하도록 형성되고,
    상기 제1플레이트에는, 일측에 위치하는 연소가스유로(P2)를 향하여 돌출된 제1마루부(111)와, 상기 열매체유로(P1)를 향하여 돌출된 제1골부(112)가 연소가스의 유동방향을 따라 교대로 형성된 제1굴곡면(110)이 구비되고,
    상기 제2플레이트에는, 타측에 위치하는 연소가스유로(P2)를 향하여 돌출된 제2마루부(121)와, 상기 열매체유로(P1)를 향하여 돌출된 제2골부(122)가 연소가스의 유동방향을 따라 교대로 형성된 제2굴곡면(120)이 구비되며,
    인접하게 적층되는 단위플레이트 중,
    일측에 위치하는 단위플레이트의 제1플레이트에 형성된 제1마루부(111)와, 타측에 위치하는 단위플레이트의 제2플레이트에 형성된 제2골부(122)는 대면하는 위치에 상호 이격되어 위치하고,
    일측에 위치하는 단위플레이트의 제1플레이트에 형성된 제1골부(112)와, 타측에 위치하는 단위플레이트의 제2플레이트에 형성된 제2마루부(121)는 대면하는 위치에 상호 이격되어 위치하며,
    인접하게 적층되는 단위플레이트는, 상기 제1플레이트의 제1마루부(111)와 상기 제2플레이트의 제2골부(122)가 대면하고, 상기 제1플레이트의 제1골부(112)와 상기 제2플레이트의 제2마루부(121)가 대면하여 위치되도록 상하 방향으로 유격(Δh)이 형성되도록 배치된 것을 특징으로 하는 굴곡 플레이트 열교환기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 복수의 플레이트 사이의 공간에 열매체유로(P1)와 연소가스유로(P2)가 인접하게 교대로 형성된 열교환부(100)를 구비하되,
    상기 열교환부(100)를 구성하는 복수의 플레이트는, 제1플레이트와 제2플레이트가 적층된 단위플레이트가 다수로 적층되어 이루어지고,
    상기 열매체유로(P1)는 상기 단위플레이트의 제1플레이트와 제2플레이트 사이에 형성되며,
    상기 연소가스유로(P2)는, 인접하게 적층되는 단위플레이트 중 일측에 위치하는 단위플레이트의 제2플레이트와, 타측에 위치하는 단위플레이트의 제1플레이트 사이에 형성되되, 연소가스의 유동방향을 따라 일정한 간격을 유지하도록 형성되고,
    상기 제1플레이트에는, 일측에 위치하는 연소가스유로(P2)를 향하여 돌출된 제1마루부(111)와, 상기 열매체유로(P1)를 향하여 돌출된 제1골부(112)가 연소가스의 유동방향을 따라 교대로 형성된 제1굴곡면(110)이 구비되고,
    상기 제2플레이트에는, 타측에 위치하는 연소가스유로(P2)를 향하여 돌출된 제2마루부(121)와, 상기 열매체유로(P1)를 향하여 돌출된 제2골부(122)가 연소가스의 유동방향을 따라 교대로 형성된 제2굴곡면(120)이 구비되며,
    인접하게 적층되는 단위플레이트 중,
    일측에 위치하는 단위플레이트의 제1플레이트에 형성된 제1마루부(111)와, 타측에 위치하는 단위플레이트의 제2플레이트에 형성된 제2골부(122)는 대면하는 위치에 상호 이격되어 위치하고,
    일측에 위치하는 단위플레이트의 제1플레이트에 형성된 제1골부(112)와, 타측에 위치하는 단위플레이트의 제2플레이트에 형성된 제2마루부(121)는 대면하는 위치에 상호 이격되어 위치하며,
    상기 제1플레이트의 제1골부(112)에는 인접하게 적층되는 단위플레이트의 제2플레이트에 형성된 제2마루부(121)에 접촉되는 제1난류형성돌기(114)가 형성되고,
    상기 제2플레이트의 제2골부(122)에는 인접하게 적층되는 단위플레이트의 제1플레이트에 형성된 제1마루부(111)에 접촉되는 제2난류형성돌기(124)가 형성된 것을 특징으로 하는 굴곡 플레이트 열교환기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1난류형성돌기(114)와 제2난류형성돌기(124)는 상기 단위플레이트의 길이방향을 따라 이격되어 복수로 형성된 것을 특징으로 하는 굴곡 플레이트 열교환기.
  7. 복수의 플레이트 사이의 공간에 열매체유로(P1)와 연소가스유로(P2)가 인접하게 교대로 형성된 열교환부(100)를 구비하되,
    상기 열교환부(100)를 구성하는 복수의 플레이트는, 제1플레이트와 제2플레이트가 적층된 단위플레이트가 다수로 적층되어 이루어지고,
    상기 열매체유로(P1)는 상기 단위플레이트의 제1플레이트와 제2플레이트 사이에 형성되며,
    상기 연소가스유로(P2)는, 인접하게 적층되는 단위플레이트 중 일측에 위치하는 단위플레이트의 제2플레이트와, 타측에 위치하는 단위플레이트의 제1플레이트 사이에 형성되되, 연소가스의 유동방향을 따라 일정한 간격을 유지하도록 형성되고,
    상기 제1플레이트에는, 일측에 위치하는 연소가스유로(P2)를 향하여 돌출된 제1마루부(111)와, 상기 열매체유로(P1)를 향하여 돌출된 제1골부(112)가 연소가스의 유동방향을 따라 교대로 형성된 제1굴곡면(110)이 구비되고,
    상기 제2플레이트에는, 타측에 위치하는 연소가스유로(P2)를 향하여 돌출된 제2마루부(121)와, 상기 열매체유로(P1)를 향하여 돌출된 제2골부(122)가 연소가스의 유동방향을 따라 교대로 형성된 제2굴곡면(120)이 구비되며,
    상기 제1플레이트의 제1골부(112)에는 상기 열매체유로(P1)를 향하여 돌출된 제1보강돌기(113)가 형성되고,
    상기 제2플레이트의 제2골부(122)에는 상기 열매체유로(P1)를 향하여 돌출되어 상기 제1보강돌기(113)와 맞닿는 제2보강돌기(123)가 형성된 것을 특징으로 하는 굴곡 플레이트 열교환기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1보강돌기(113)와 제2보강돌기(123)는 상기 단위플레이트의 길이방향을 따라 이격되어 복수로 형성된 것을 특징으로 하는 굴곡 플레이트 열교환기.
  9. 제1항, 제5항, 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수개의 적층된 단위플레이트에는, 상기 열매체 유로(P1)를 통과하는 열매체의 유동 경로가 직렬 구조로 형성되되,
    일측에 위치하는 단위플레이트에서의 열매체 유동 방향과, 타측에 위치하는 단위플레이트에서의 열매체 유동 방향이 교대로 서로 반대방향이 되도록 형성된 것을 특징으로 하는 굴곡 플레이트 열교환기.
  10. 복수의 플레이트 사이의 공간에 열매체유로(P1)와 연소가스유로(P2)가 인접하게 교대로 형성된 열교환부(100)를 구비하되,
    상기 열교환부(100)를 구성하는 복수의 플레이트는, 제1플레이트와 제2플레이트가 적층된 단위플레이트가 다수로 적층되어 이루어지고,
    상기 열매체유로(P1)는 상기 단위플레이트의 제1플레이트와 제2플레이트 사이에 형성되며,
    상기 연소가스유로(P2)는, 인접하게 적층되는 단위플레이트 중 일측에 위치하는 단위플레이트의 제2플레이트와, 타측에 위치하는 단위플레이트의 제1플레이트 사이에 형성되되, 연소가스의 유동방향을 따라 일정한 간격을 유지하도록 형성되고,
    상기 다수개의 적층된 단위플레이트에는, 상기 열매체 유로(P1)를 통과하는 열매체의 유동 경로가 직렬·병렬 혼합 구조로 형성되되,
    일측에 위치하는 복수의 단위플레이트에서의 열매체 유동 방향과, 이에 인접하게 적층되는 복수의 단위플레이트에서의 열매체 유동 방향이 교대로 서로 반대방향이 되도록 형성된 것을 특징으로 하는 굴곡 플레이트 열교환기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 단위플레이트의 양측부에는, 열매체유로(P1)의 단면적을 감소시켜 열매체의 유속이 감속되도록 하기 위한 제1유량분배부(115)와 제2유량분배부(125)가 형성된 것을 특징으로 하는 굴곡 플레이트 열교환기.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 플레이트의 양측부 둘레에는, 열매체의 정체에 의한 국부적인 과열에 의해 발생하는 열매체의 비등 현상을 방지하기 위한 비등방지 커버(130)가 구비된 것을 특징으로 하는 굴곡 플레이트 열교환기.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 열교환부(100)의 외측면에는 상기 열교환부(100)를 구성하는 플레이트와 상이한 금속 재질로 이루어진 연소실 케이스가 결합되고,
    상기 열교환부(100)와 연소실 케이스 사이에는, 이종 금속간의 전위차에 의한 연소실 케이스의 부식을 방지하기 위한 절연 패킹(140)이 구비된 것을 특징으로 하는 굴곡 플레이트 열교환기.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제1플레이트의 양측부와 제2플레이트의 양측부에는 열매체유로(P1)를 통과하는 열매체의 유동경로를 형성하기 위한 관통구(H1,H2,H3,H4)와 막힘부(H1',H2',H3',H4')가 선택적으로 형성된 것을 특징으로 하는 굴곡 플레이트 열교환기.
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