열교환기(HEAT EXCHANGER)

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2017년10월11일
(11) 등록번호 10-1784369
(24) 등록일자 2017년09월27일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
F24H 1/34 (2006.01) F24H 1/40 (2006.01)
F24H 9/00 (2006.01) F28D 20/02 (2006.01)
F28D 9/00 (2006.01) F28F 3/00 (2006.01)
(52) CPC특허분류
F24H 1/34 (2013.01)
F24H 1/40 (2013.01)
(21) 출원번호 10-2016-0015085
(22) 출원일자 2016년02월05일
심사청구일자 2016년02월05일
(65) 공개번호 10-2017-0093545
(43) 공개일자 2017년08월16일
(56) 선행기술조사문헌
KR1020150108959 A*
KR1020160002438 A*
*는 심사관에 의하여 인용된 문헌
(73) 특허권자
주식회사 경동나비엔
경기도 평택시 서탄면 수월암길 95
(72) 발명자
정인철
서울특별시 금천구 가산디지털1로 205-38 (
가산동)
황태현
서울특별시 금천구 가산디지털1로 205-38 (
가산동)
(74) 대리인
배철우
전체 청구항 수 : 총 10 항 심사관 : 정석우
(54) 발명의 명칭 열교환기
(57) 요 약
복수의 플레이트가 적층되어 용접결합되는 판형 열교환기의 제조 시 용접재가 도포되는 부위를 줄여 재료비와 공
정비용을 절감하면서도 용접품질을 확보할 수 있는 열교환기를 제공함에 그 목적이 있다.
이를 구현하기 위한 본 발명의 열교환기는, 복수의 플레이트 사이의 공간에 열매체가 유동하는
열매체유로(P1)와, 버너에서 연소된 연소가스가 유동하는 연소가스유로(P2)가 인접하게 교대로 형성된 열교환부
를 구비하고, 상기 열매체유로(P1)를 형성하는 한 쌍의 플레이트 가장자리가 용접 결합되어 제1용접부(W1)가 형
성되고, 상기 열매체유로(P1)를 형성하는 플레이트와의 사이에 상기 연소가스유로(P2)를 형성하는 플레이트가 상
기 열매체유로(P1)를 형성하는 플레이트의 가장자리에 용접 결합되어 제2용접부(W2)가 형성되며, 상기 제1용접부
(W1)의 용접재 용융액이 상기 제2용접부(W2)로 이동가능하도록 유도하는 유도부가 형성된 것을 특징으로 한다.
대 표 도 - 도9
등록특허 10-1784369
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(52) CPC특허분류
F24H 9/0005 (2013.01)
F28D 20/02 (2013.01)
F28D 9/0093 (2013.01)
F28F 3/00 (2013.01)
등록특허 10-1784369
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명 세 서
청구범위
청구항 1
복수의 플레이트 사이의 공간에 열매체가 유동하는 열매체유로(P1)와, 버너에서 연소된 연소가스가 유동하는 연
소가스유로(P2)가 인접하게 교대로 형성된 열교환부를 구비하고,
상기 열매체유로(P1)를 형성하는 한 쌍의 플레이트 가장자리가 용접 결합되어 제1용접부(W1)가 형성되고,
상기 열매체유로(P1)를 형성하는 플레이트와의 사이에 상기 연소가스유로(P2)를 형성하는 플레이트가 상기 열매
체유로(P1)를 형성하는 플레이트의 가장자리에 용접 결합되어 제2용접부(W2)가 형성되며,
상기 제1용접부(W1)의 용접재 용융액이 상기 제2용접부(W2)로 이동가능하도록 유도하는 유도부가 형성되고,
상기 유도부는,
상기 열매체유로(P1)를 형성하는 일측의 플레이트의 가장자리에서 외측으로 볼록하게 돌출된 볼록부(132)와,
상기 열매체유로(P1)를 형성하는 타측의 플레이트의 가장자리에서 내측으로 오목하게 절개되어 상기 볼록부
(132)와 일부가 중첩되며 상기 용접재 용융액이 이동가능하도록 틈새를 형성하는 오목부(162)로 이루어진 것을
특징으로 하는 열교환기.
청구항 2
삭제
청구항 3
제1항에 있어서,
상기 볼록부(132)와 오목부(162)는 플레이트의 가장자리를 따라 일정간격을 두고 다수로 형성된 것을 특징으로
하는 열교환기.
청구항 4
제1항에 있어서,
상기 복수의 플레이트는, 제1플레이트와 제2플레이트가 적층된 복수 개의 단위플레이트가 적층되어 이루어지고,
상기 제1플레이트와 제2플레이트 사이에는 상기 열매체유로(P1)가 형성되며,
인접하게 배치되는 단위플레이트 중, 일측에 위치하는 단위플레이트의 제2플레이트와 타측에 위치하는 단위플레
이트의 제1플레이트 사이에 상기 연소가스유로(P2)가 형성되고,
상기 용접재는 상기 열매체유로(P1)를 형성하는 제1플레이트와 제2플레이트 사이에 개재되는 것을 특징으로 하
는 열교환기.
청구항 5
제1항에 있어서,
상기 복수의 플레이트는, 제1플레이트와 제2플레이트가 적층된 복수 개의 단위플레이트가 적층되어 이루어지고,
상기 제1플레이트에는, 제1개방구(A1)가 중앙에 형성된 제1평면부(110)와, 상기 제1평면부(110)에서 둘레방향으
로 일부구간이 연통되며 전방으로 볼록하게 형성된 돌출부(120)와, 상기 제1평면부(110)의 테두리부에서 후방으
로 연장된 제1플랜지부(130)가 형성되며,
상기 제2플레이트에는, 상기 제1개방구(A1)와 전후방향으로 대응되는 제2개방구(A2)가 중앙에 형성되며 상기 제
1평면부(110)와 맞닿는 제2평면부(140)와, 상기 제2평면부(140)에서 둘레방향으로 일부구간이 연통되며 후방으
로 볼록하게 형성되어 상기 돌출부(120)와의 사이에 상기 열매체유로(P1)를 형성하는 함몰부(150)와, 상기 제2
등록특허 10-1784369
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평면부(140)의 테두리에서 후방으로 연장되어 인접하게 위치하는 단위플레이트의 제1플랜지부(130)와 결합되는
제2플랜지부(160)가 형성되며,
상기 유도부는, 상기 제1플랜지부(130)의 가장자리와 상기 제2플랜지부(160)의 가장자리에 형성된 것을 특징으
로 하는 열교환기.
청구항 6
제1항에 있어서,
상기 열교환부는 중앙의 연소실(C) 공간의 외측을 둘러싸되 복수 개가 적층 구조로 구비되며,
상기 열매체유로(P1)는 상기 복수 개의 열교환부 중 인접하게 적층되는 열교환부 간에 열매체의 유동이 일방향
으로 연결되되 서로 반대방향을 향하도록 직렬로 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
청구항 7
제6항에 있어서,
상기 각각의 열교환부의 내부에는 상기 열매체유로(P1)가 병렬로 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
청구항 8
복수의 플레이트 사이의 공간에 열매체가 유동하는 열매체유로(P1)와, 버너에서 연소된 연소가스가 유동하는 연
소가스유로(P2)가 인접하게 교대로 형성된 열교환부를 구비하고,
상기 열매체유로(P1)를 형성하는 한 쌍의 플레이트 가장자리가 용접 결합되어 제1용접부(W1)가 형성되고,
상기 열매체유로(P1)를 형성하는 플레이트와의 사이에 상기 연소가스유로(P2)를 형성하는 플레이트가 상기 열매
체유로(P1)를 형성하는 플레이트의 가장자리에 용접 결합되어 제2용접부(W2)가 형성되며,
상기 제1용접부(W1)의 용접재 용융액이 상기 제2용접부(W2)로 이동가능하도록 유도하는 유도부가 형성되고,
상기 열교환부는 중앙의 연소실(C) 공간의 외측을 둘러싸되 복수 개가 적층 구조로 구비되며,
상기 열매체유로(P1)는 상기 복수 개의 열교환부 중 인접하게 적층되는 열교환부 간에 열매체의 유동이 일방향
으로 연결되되 서로 반대방향을 향하도록 직렬로 형성되고,
상기 열교환부의 일측부에는,
인접하게 적층되는 열교환부 간에 열매체가 일방향으로 유동하도록 열매체의 연결유로를 제공하기 위한 일측의
관통구(H1,H3)와 타측의 관통구(H2,H4),
상기 일측의 관통구(H1,H3)를 통해 열매체유로(P1)로 유입된 열매체가 상기 연소실(C)의 둘레를 일방향으로 경
유하여 상기 타측의 관통구(H2,H4)를 향하여 유동하도록 유도하기 위한 제1막힘부(H1',H3'), 및
상기 타측의 관통구(H2,H4)를 통해 열매체유로(P1)로 유입된 열매체가 상기 연소실(C)의 둘레를 반대방향으로
경유하여 상기 일측의 관통구(H1,H3)를 향하여 유동하도록 유도하기 위한 제2막힘부(H2',H4')가 형성된 것을 특
징으로 하는 열교환기.
청구항 9
제5항에 있어서,
상기 돌출부(120)는 둘레방향으로 교대로 배치되며 전후방향으로 높이를 달리하는 제1돌출편(120a)과 제2돌출편
(120b)으로 이루어지고,
상기 함몰부(150)는 둘레방향으로 교대로 배치되며 전후방향으로 높이를 달리하는 제1함몰편(150a)와 제2함몰편
(150b)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 열교환기.
청구항 10
제5항에 있어서,
등록특허 10-1784369
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상기 돌출부(120)에는 상기 열매체유로(P1)를 향하여 돌출된 복수의 제1돌기(121)가 형성되고,
상기 함몰부(150)에는 상기 열매체유로(P1)를 향하여 돌출되며 상기 제1돌기(121)에 맞닿는 제3돌기(151)가 형
성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
청구항 11
제5항에 있어서,
상기 돌출부(120)에는 상기 연소가스유로(P2)를 향하여 돌출된 복수의 제2돌기(122)가 형성되고,
상기 함몰부(150)에는 상기 연소가스유로(P2)를 향하여 돌출되며 상기 제2돌기(122)에 맞닿는 제4돌기(152)가
형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
발명의 설명
기 술 분 야
본 발명은 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수의 플레이트가 적층되어 용접결합되는 판형 열교환[0001]
기의 제조 시 용접재가 도포되는 부위를 줄여 재료비와 공정비용을 절감하면서도 용접품질을 확보할 수 있는 열
교환기에 관한 것이다.
배 경 기 술
난방용 또는 온수용으로 사용되는 보일러는 난방수 또는 직수(이하, ‘열매체’라 통칭함)를 열원에 의해 가열[0002]
시켜 원하는 지역을 난방하거나 온수를 공급하는 장치로서, 가스와 공기의 혼합기를 연소시키는 버너와, 연소가
스의 연소열을 열매체로 전달하는 열교환기를 포함하여 구성된다.
종래의 열교환기와 관련된 선행기술의 일례로서, 등록특허 제10-0813807호 에는, 중앙에 버너가 위치하고, 버너[0003]
의 둘레에 코일형태로 감겨진 열교환파이프로 구성된 열교환기가 개시되어 있다.
상기 선행기술 문헌에 소개된 열교환기는, 튜브를 납작한 형태로 성형하여 열전달 매체부에 압력이 가해질 경우[0004]
둥근 형태로 변형이 되는 문제를 가지고 있고, 튜브를 말아올려 제작하기 때문에 두께가 두꺼워지는 문제가 있
다.　
또한 종래의 열교환기는 열교환관이 연소실의 둘레에 코일형태로 감겨진 구조로 이루어져 있어 연소가스와 열매[0005]
체 간의 열교환이 코일형태로 형성되는 열교환기 주변의　국부적인 공간에서만 이루어지므로 전열 면적을 넓게
확보할 수 없는 단점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로서 근래에는 다수 개의 플레이트를 적층시켜 그 내부에 열매체유로와 연[0006]
소가스유로를 형성하여 열매체와 연소가스 간에 열교환이 이루어지도록 구성된 판형 열교환기가 개발되고 있다.
상기 판형 열교환기와 관련된 선행기술은, 일본 공개특허공보 특개2006-214628호에 나타나 있다. 상기 선행기술[0007]
문헌에 개시된 판형 열교환기를 포함한 종래의 판형 열교환기는 복수의 플레이트를 적층시키고, 플레이트 간에
는 유체의 누설을 방지하기 위해 용접으로 결합시키게 된다.
그러나, 종래의 판형 열교환기는 인접하게 적층되는 플레이트의 사이사이 마다 용접재를 도포하고 소정의 온도[0008]
로 가열하여 용융시켜 용접하는 구조로 이루어져 있어 용접재의 재료비가 상승하고, 용접 공정수가 과다해지는
문제점이 있다.
발명의 내용
해결하려는 과제
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 복수의 플레이트가 적층되어 용접결합되는[0009]
판형 열교환기의 제조 시 용접재가 도포되는 부위를 줄여 재료비와 공정비용을 절감하면서도 용접품질을 확보할
수 있는 열교환기를 제공함에 그 목적이 있다.
과제의 해결 수단
등록특허 10-1784369
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상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 열교환기는, 복수의 플레이트 사이의 공간에 열매체가 유동[0010]
하는 열매체유로(P1)와, 버너에서 연소된 연소가스가 유동하는 연소가스유로(P2)가 인접하게 교대로 형성된 열
교환부를 구비하고, 상기 열매체유로(P1)를 형성하는 한 쌍의 플레이트 가장자리가 용접 결합되어 제1용접부
(W1)가 형성되고, 상기 열매체유로(P1)를 형성하는 플레이트와의 사이에 상기 연소가스유로(P2)를 형성하는 플
레이트가 상기 열매체유로(P1)를 형성하는 플레이트의 가장자리에 용접 결합되어 제2용접부(W2)가 형성되며, 상
기 제1용접부(W1)의 용접재 용융액이 상기 제2용접부(W2)로 이동가능하도록 유도하는 유도부가 형성된 것을 특
징으로 한다.
발명의 효과
본 발명에 따른 열교환기에 의하면, 제1용접부의 용접재 용융액이 상기 제2용접부로 이동가능하도록 유도하는[0011]
유도부를 형성함으로써, 복수의 플레이트가 적층되어 용접결합되는 판형 열교환기의 제조 시 용접재가 도포되는
부위를 줄여 재료비와 공정비용을 절감하면서도 용접품질을 확보할 수 있다.
또한 연소실의 둘레를 따라 순환하는 열매체의 유동방향을 일방향으로 형성함으로써 열매체의 순환이 원활하게[0012]
이루어져 열매체의 압력강하를 최소화하고 국부적인 과열을 방지함으로써 열교환효율을 향상시킬 수 있다.
또한 돌출부와 함몰부의 표면에 단차를 형성하고, 열매체유로 및 연소가스유로의 내부에는 대응되는 위치에 돌[0013]
기들이 서로 맞닿도록 구성함으로써, 열매체와 연소가스의 난류발생을 유도하여 열교환효율을 향상시키는 동시
에 유체의 압력에 의한 플레이트의 변형을 방지하고 내압 성능을 향상시킬 수 있다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기의 사시도,[0014]
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기의 정면도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기의 분해 사시도,
도 4는 도 3에 도시된 단위플레이트의 일부를 확대하여 도시한 사시도,
도 5는 열매체의 유동 경로를 나타낸 사시도,
도 6은 도 2의 A-A 선을 따르는 단면도,
도 7은 열교환기의 하부에 연소가스 통과부가 형성된 모습을 나타낸 부분 분해 사시도,
도 8은 본 발명에 따른 열교환기의 단위플레이트 사이에 용접재가 적층된 모습을 나타낸 사시도,
도 9는 도 8의 일부 분해 사시도,
도 10은 복수의 플레이트 사이에 용접재가 개재된 모습을 나타낸 절개 사시도,
도 11은 용접재 용융액이 유도부에 의해 플레이트의 플랜지부의 단부 사이로 유동하는 작용을 설명하기 위한 도
면,
도 12는 용접이 완료된 모습을 나타낸 측면도,
도 13은 용접이 완료된 모습을 나타낸 사시도,
도 14는 도 2의 B-B 선을 따르는 단면 사시도,
도 15는 열매체 분산부의 작용을 설명하기 위한 부분 사시도,
도 16은 열매체 분배부의 작용을 설명하기 위한 도 2의 C-C 선을 따르는 단면도,
도 17은 도 2의 D-D 선을 따르는 단면 사시도,
도 18은 도 2의 E-E 선을 따르는 단면 사시도.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. [0015]
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기(1)는, 버너(미도시됨)의 연소에 의해 연소열[0016]
등록특허 10-1784369
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과 연소가스가 발생하는 연소실(C)의 둘레에 복수 개의 플레이트가 적층되어 이루어진 열교환부(100)로 이루어
진다.
상기 열교환부(100)는 복수의 플레이트가 종방향으로 직립되며 전방에서 후방으로 적층되어 구성되고, 복수의[0017]
열교환부(100-A,100-B,100-C)가 적층된 구조로 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 연소실(C)에는 버너가 정면에서
부터 수평방향으로 삽입되어 조립될 수 있으며, 이로써 버너의 착탈 및 열교환기(1)의 유지보수의 편의성을 향
상시킬 수 있다.
일실시예로서, 상기 복수의 플레이트는, 제1 내지 제12단위플레이트(100-1,100-2,100-3,100-4,100-5,100-[0018]
6,100-7,100-8,100-9,100-10,100-11,100-12)로 구성되고, 상기 각각의 단위플레이트는 전방에 위치하는 제1플
레이트(100a-1,100a-2,100a-3,100a-4,100a-5,100a-6,100a-7,100a-8,100a-9,100a-10,100a-11,100a-12)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)로 구성될 수 있다.
상기 각각의 단위플레이트를 구성하는 제1플레이트와 제2플레이트 사이에는 열매체가 유동하는 열매체유로(P1)[0019]
가 형성되고, 인접하게 적층되는 단위플레이트 중 일측에 위치하는 단위플레이트를 구성하는 제2플레이트와, 타
측에 위치하는 단위플레이트의 제1플레이트 사이에는 연소가스가 유동하는 연소가스유로(P2)가 형성된다. 상기
열매체유로(P1)와 연소가스유로(P2)는 복수의 플레이트 사이에 인접하게 교대로 형성되어, 열매체와 연소가스
간에 열교환이 이루어진다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 제1플레이트는, 제1개방구(A1)가 중앙에 형성된 제1평면부(110)와, 상기 제1[0020]
평면부(110)에서 둘레방향으로 일부구간이 연통되며 전방으로 볼록하게 형성된 돌출부(120)와, 상기 제1평면부
(110)의 테두리부에서 후방으로 연장된 제1플랜지부(130)로 이루어진다.
상기 제2플레이트는, 상기 제1개방구(A1)와 전후방향으로 대응되는 제2개방구(A2)가 중앙에 형성되며 상기 제1[0021]
평면부(110)와 맞닿는 제2평면부(140)와, 상기 제2평면부(140)에서 둘레방향으로 일부구간이 연통되며 후방으로
볼록하게 형성되어 상기 돌출부(120)와의 사이에 상기 열매체유로(P1)를 형성하는 함몰부(150)와, 상기 제2평면
부(140)의 테두리에서 후방으로 연장되어 인접하게 위치하는 단위플레이트의 제1플랜지부(130)와 결합되는 제2
플랜지부(160)로 이루어진다.
도 3과 도 5에서 화살표시는 열매체의 유동방향을 나타낸 것이다.[0022]
도 5를 참조하면, 상기 열교환부(100)는 복수 개가 적층된 구조로 이루어지며, 일실시예로 제1열교환부(100-[0023]
A)와 제2열교환부(100-B) 및 제3열교환부(100-C)로 구성될 수 있다. 상기 복수 개의 열교환부(100-A,100-
B,100-C)에서의 열매체유로(P1)는 열매체의 유동방향이 일방향으로만 형성되도록 구성되어 있다. 즉, 상기 복수
개의 열교환부(100-A,100-B,100-C) 중 인접하게 적층되는 열교환부 간에는 열매체의 유동방향이 일방향으로 형
성되되 서로 반대방향(시계방향과 반시계방향)이 되도록 직렬로 형성된다. 그리고, 상기 각각의 열교환부(100-
A,100-B,100-C)를 구성하는 복수의 단위플레이트에는 열매체유로(P2)가 병렬로 형성되어 있다.
상기와 같은 열매체의 일방향 유동을 위한 구성을 설명하면 다음과 같다.[0024]
도 3과 도 4를 참조하면, 상기 제1플레이트의 상부 일측부에는 제1관통구(H1)와 제2관통구(H2)가 인접하게 형성[0025]
되고, 상기 제2플레이트의 상부 일측부에는 상기 제1관통구(H1)와 대응되는 제3관통구(H3)와, 상기 제2관통구
(H2)와 대응되는 제4관통구(H4)가 형성되어 있다.
최전방에 위치하는 제1플레이트(100a-1)의 상부 일측부에는, 상기 제1관통구(H1)와 대응되는 위치에 제1막힘부[0026]
(H1')가 형성되고, 상기 제2관통구(H2)와 대응되는 위치에 열매체 출구(101)가 형성되어 있다.
최후방에 위치하는 제2플레이트(100b-12)의 상부 일측부에는, 상기 제3관통구(H3)와 대응되는 위치에 열매체 입[0027]
구(101)가 형성되고, 상기 제4관통구(H4)와 대응되는 위치에 제4막힘부(H4')가 형성되어 있다.
그리고, 제4단위플레이트(100-4)의 제2플레이트(100b-4)에는 제4관통구(H4)와 대응되는 위치에 제4막힘부(H4')[0028]
가 형성되고, 제5단위플레이트(100-5)의 제1플레이트(100a-5)에는 제2관통구(H2)와 대응되는 위치에 제2막힘부
(H2')가 형성되며, 제8단위플레이트(100-8)의 제2플레이트(100b-8)에는 제3관통구(H3)와 대응되는 위치에 제3막
힘부(H3')가 형성되고, 제9플레이트(100-9)의 제1플레이트(100a-9)에는 제1관통구(H1)와 대응되는 위치에 제1막
힘부(H1')가 형성되어 있다.
따라서, 최후방에 위치하는 제12단위플레이트(100-12)의 제2플레이트(100b-12)에 형성된 열매체 입구(101)를 통[0029]
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해 제12단위플레이트(100-12)의 열매체유로(P1)로 유입된 열매체는, 제12 내지 제9단위플레이트(100-12,100-
11,100-10,100-9)에 형성된 제1 내지 제4관통구(H1,H2,H3,H4)를 통해 전방으로 유동하게 되고, 이와 동시에 제9
단위플레이트(100-9)의 제1플레이트(100a-9)에는 제1막힘부(H1')가 형성되어 있어 제12 내지 제9단위플레이트
(100-12,100-11,100-10,100-9) 내부의 열매체유로(P1)에서는 열매체가 시계방향으로 유동하게 된다.
그리고, 제9단위플레이트(100-9)의 제1플레이트(100a-9)에 형성된 제2관통구(H2)와 제8단위플레이트(100-8)의[0030]
제2플레이트(100b-8)에 형성된 제4관통구(H4)를 통해 제8단위플레이트(100-8)의 열매체유로(P1)로 유입된 열매
체는, 제8 내지 제5단위플레이트(100-8,100-7,100-6,100-5)에 형성된 제1 내지 제4관통구(H1,H2,H3,H4)를 통해
전방으로 유동하게 되고, 이와 동시에 제5단위플레이트(100-5)의 제1플레이트(100a-5)에는 제2막힘부(H2')가 형
성되어 있어 제8 내지 제5단위플레이트(100-8,100-7,100-6,100-5) 내부의 열매체유로(P1)에서는 열매체가 반시
계방향으로 유동하게 된다.
그리고, 제5단위플레이트(100-5)의 제1플레이트(100a-5)에 형성된 제1관통구(H1)와 제4단위플레이트(100-4)의[0031]
제2플레이트(100b-4)에 형성된 제3관통구(H3)를 통해 제4단위플레이트(100-4)의 열매체유로(P1)로 유입된 열매
체는, 제4 내지 제1단위플레이트(100-4,100-3,100-2,100-1)에 형성된 제1 내지 제4관통구(H1,H2,H3,H4)를 통해
전방으로 유동하게 되고, 이와 동시에 제1단위플레이트(100-1)의 제1플레이트(100a-1)에는 제1막힘부(H1')가 형
성되어 있어 제4 내지 제1단위플레이트(100-4,100-3,100-2,100-1) 내부의 열매체유로(P1)에서는 열매체가 시계
방향으로 유동하게 된다.
상기와 같이 열교환부(100)가 종방향으로 직립된 구조에서, 열매체가 일방향으로 유동하도록 열매체유로(P1)와,[0032]
제1 내지 제4관통구(H1,H2,H3,H4)로 이루어진 열매체의 연결유로를 형성함으로써, 연소실(C)의 둘레를 따라 유
동하는 열매체의 순환이 원활하게 이루어져 열매체의 압력강하를 최소화하고 국부적인 과열을 방지함으로써 열
효율을 향상시킬 수 있다.
또한 열교환기의 용량 증대 시 각각의 열교환부(100-A,100-B,100-C)에서의 병렬 유로의 수를 조절함으로써 열매[0033]
체의 압력강하 없이 용량을 증대시킬 수 있다.
도 6과 도 7을 참조하면, 연소실(C)에서 버너의 연소에 의해 발생된 연소가스는 열교환부(100)의 하부를 통해[0034]
하방향으로 배출된다.
상기 연소가스가 복수의 연소가스유로(P2)를 통과하여 균일하게 배출되도록 하기 위한 구성으로, 제1플레이트와[0035]
제2플레이트의 적층 시, 제1플레이트의 제1플랜지부(130)와 제2플레이트의 제2플랜지부(160)는 일부가
중첩되며, 상기 제1플레이트와 제2플레이트의 가장자리 중 일부 영역에는 연소가스유로(P2)를 통과하여 유동하
는 연소가스가 배출되는 연소가스 통과부(D)가 형성된다.
상기 제1플랜지부(130)의 연소가스 배출측에는 복수의 제1절개부(131)가 형성되고, 상기 제2플랜지부(160)의 연[0036]
소가스 배출측에는 복수의 제2절개부(161)가 형성되며, 상기 제1플레이트와 제2플레이트의 적층시, 상기 제1절
개부(131)와 제2절개부(161)의 일부영역에 상기 연소가스 통과부(D)가 형성된다.
상기 연소가스 통과부(D)는 열교환부(100)의 하부에 횡방향과 종방향으로 일정 간격 이격되어 다수로 형성되며,[0037]
이로써 열교환부(100)를 통과한 연소가스가 열교환부(100) 하부의 전체 영역에 걸쳐 균일한 유량씩 분배되어 배
출될 수 있어, 배출되는 연소가스의 유동 저항을 감소시키고 소음 및 진동을 방지하는 기능을 한다.
이하, 도 8 내지 도 13을 참조하여, 복수의 플레이트가 적층되어 용접되는 구성 및 작용을 설명한다.[0038]
상기 복수의 플레이트는, 열매체유로(P1)를 형성하는 제1플레이트의 제1플랜지부(130)의 단부와 제2플레이트의[0039]
제2플랜지부(160)의 단부가 용접되는 제1용접부(W1)와, 인접하는 단위플레이트 중 일측의 단위플레이트의 제2플
레이트에 형성된 제2플랜지부(160)의 단부와 타측의 단위플레이트의 제1플레이트에 형성된 제1플랜지부(130)의
단부가 용접되는 제2용접부(W1)가 공용되는 용접재(100c)를 사용하여 용접될 수 있는 구조로 이루어진 것을 특
징으로 한다.
이를 위한 구성으로, 상기 제1용접부(W1)의 용접재 용융액이 상기 제2용접부(W2)로 이동가능하도록 유도하는 유[0040]
도부(132,162)를 포함한다.
상기 유도부(132,162)는, 상기 열매체유로(P1)를 형성하는 일측의 제1플레이트의 가장자리에서 외측으로 볼록하[0041]
게 돌출된 볼록부(132)와, 상기 열매체유로(P1)를 형성하는 타측의 제2플레이트의 가장자리에서 내측으로 오목
하게 절개되어 상기 볼록부(132)와 일부가 중첩되며 상기 용접재(100c)의 용융액이 이동가능하도록 틈새를 형성
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하는 오목부(162)로 이루어진다.
상기 볼록부(132)와 오목부(162)는 각각 제1플레이트와 제2플레이트의 가장자리를 따라 일정간격을 두고 다수로[0042]
형성된다.
따라서, 도 11에서 화살표로 도시한 바와 같이, 제1플레이트(100a-1)와 제2플레이트(100b-1) 사이에 도포된 용[0043]
접재(100c)의 용융액은 상기 볼록부(132)와 오목부(162)의 중첩되는 영역에 형성되는 틈새를 타고 유동하여 제1
플레이트(100a-1)와 제2플레이트(100b-1)의 경계부에 제1용접부(W1)를 형성함과 동시에 상기 제2플레이트(100b-
1)와 이에 이웃하는 제1플레이트(100a-2)의 경계부까지 유동하여 제2용접부(W2)를 형성하게 된다.
도 9에 도시된 바와 같이 복수의 플레이트 사이에 상기 용접재(100c)를 하나 건너 하나씩 격층으로 도포하더라[0044]
도 제1플레이트와 제2플레이트 및 이와 이웃하는 제1플레이트가 동시에 용접될 수 있다. 종래 플레이트의 사이
사이 마다 용접재를 도포하는 구조와 비교하여, 본 발명에서는 판형 열교환기의 제조 시 용접재가 도포되는 부
위를 줄여 재료비와 공정비용을 절감하면서도 용접품질을 확보할 수 있다.
한편, 상기 복수의 열교환부(100-A,100-B,100-C)에서 열매체의 유동방향이 전환되는 구간, 즉 제3열교환부(100-[0045]
C)에서 제2열교환부(100-B)로 연결되는 구간, 또는 제2열교환부(100-B)에서 제1열교환부(100-A)로 연결되는 구
간에서는 각 열교환부(100-A,100-B,100-C)에 형성된 열매체유로(P1)로 유동하는 열매체의 유량은 관성과 압력에
의해 불균일하게 분배되는 경향이 있게 된다.
이와 같이 복수의 열매체유로(P1)로 분배되는 유량이 불균일하게 되는 경우에는 열교환 성능이 저하되고, 유량[0046]
이 적은 영역에서는 국부적인 과열에 의해 열매체의 끓음에 의한 소음 및 이물질이 발생하게 되는 문제가 있다.
이러한 열매체 유량의 불균형한 분배의 문제를 해결하기 위한 수단으로, 도 14와 도 15에 도시된 바와 같이, 상[0047]
기 열매체유로(P1)에 열매체가 유입되는 유입부 또는 상기 열매체유로(P1)로부터 열매체가 유출되는 유출부에는
개방부(123',153')와 차단부(123",153")가 형성된 열매체분산부(123,153)가 구비된다.
상기 열매체분산부(123,153)는 열매체의 유동방향으로 이격되어 복수로 구비되고, 인접하게 위치하는 열매체분[0048]
산부(123,153) 간에는 상기 개방부(123',153')와 차단부(123",153")가 열매체의 유동방향을 따라 서로 교차하도
록 구비된다.
상기 열매체분산부(123,153)는 상기 개방부(123',153')와 차단부(123",153")가 원주방향을 따라 교대로 형성된[0049]
다.
따라서, 도 15에서 화살표로 도시된 바와 같이 제1열매체분산부(123)에 형성된 제1개방부(123')를 통과한 열매[0050]
체는 그 후방에 위치하는 제2열매체분산부(153)의 제2차단부(153")에 부딪혀 분산되고, 제2열매체분산부(153)에
형성된 제2개방부(153")를 통과한 열매체는 그 후방에 위치하는 제1열매체분산부(123)의 제1차단부(123")에 부
딪혀 분산되며, 이러한 분산 작용에 의해 열매체의 관성을 완화시켜 각층의 열매체유로(P1)로 유동하는 열매체
의 유량을 균일하게 조절할 수 있게 된다.
상기 열매체 유량의 불균형한 분배의 문제를 해결하기 위한 다른 수단으로, 도 14와 도 16에 도시된 바와 같이,[0051]
열매체유로(P1) 중 열매체의 유동방향이 전환되는 부분에는 유로가 좁게 형성되도록 하는 열매체분배부
(124,154)가 구비된다.
상기 열매체분배부(124,154)는 상기 열매체유로(P1)로 열매체가 유입되는 부분과 열매체유로(P1)로부터 열매체[0052]
가 유출되는 부분에서 열매체유로(P1)를 향하여 돌출된 엠보 형태로 형성될 수 있다.
따라서, 제1플레이트에 형성된 제1열매체분배부(124)와 제2플레이트에 형성된 제2열매체분배부(154) 사이에 형[0053]
성되는 유로의 단면적은 제1플레이트와 제2플레이트 사이에 형성되는 열매체유로(P1)의 단면적에 비해 좁게 형
성되며, 이에 따라 열매체가 각층의 열매체유로(P1) 중 일부의 열매체유로(P1)에 집중적으로 유입되는 현상을
방지할 수 있어 각층의 열매체유로(P1)를 통해 유동하는 열매체의 유량을 균일하게 조절할 수 있게 된다.
한편, 도 4를 참조하면, 상기 제1플레이트에 형성된 돌출부(120)는 전후방향으로 높이를 달리하는 제1돌출편[0054]
(120a)과 제2돌출편(120b)이 둘레방향을 따라 교대로 배치된 것으로 구성되고, 상기 제2플레이트에 형성된 함몰
부(150)는 전후방향으로 높이를 달리하는 제1함몰편(150a)와 제2함몰편(150b)이 둘레방향을 따라 교대로 배치된
것으로 구성된다. 이와 같이 돌출부(120)와 함몰부(150)에 각각 단차를 형성함에 따라 열매체와 연소가스의 유
동에 난류 발생이 활발하게 이루어지도록 유도하여 열교환효율을 향상시킬 수 있다.
도 17을 참조하면, 상기 돌출부(120)에는 상기 열매체유로(P1)를 향하여 돌출된 복수의 제1돌기(121)가 형성되[0055]
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고, 상기 함몰부(150)에는 상기 열매체유로(P1)를 향하여 돌출되며 상기 제1돌기(121)에 맞닿는 제3돌기(151)가
형성된다. 그리고, 도 18를 참조하면, 상기 돌출부(120)에는 상기 연소가스유로(P2)를 향하여 돌출된 복수의 제
2돌기(122)가 형성되고, 상기 함몰부(150)에는 상기 연소가스유로(P2)를 향하여 돌출되며 상기 제2돌기(122)에
맞닿는 제4돌기(152)가 형성된다. 이와 같이 제1돌기(121)와 제3돌기(151)가 열매체유로(P1)의 내측으로 돌출되
어 맞닿도록 하고, 제2돌기(122)와 제4돌기(152)가 연소가스유로(P2)의 내측으로 돌출되어 맞닿도록 구성함으로
써, 열매체와 연소가스의 유동에 난류발생을 유도하여 열교환효율을 향상시키는 동시에 유체의 압력에 의한 플
레이트의 변형을 방지하고 내압 성능을 향상시킬 수 있다.
부호의 설명
1 : 열교환기 100 : 열교환부[0057]
100-1~100-12 : 단위플레이트 100a-1~100a-12 : 제1플레이트
100b-1~100b-12 : 제2플레이트 100c : 용접재
100-A : 제1열교환부 100-B : 제2열교환부
100-C : 제3열교환부 101 : 열매체 입구
102 : 열매체 출구 110 : 제1평면부
120 : 돌출부 120a : 제1돌출편
120b : 제2돌출편 121 : 제1돌기
122 : 제2돌기 123 : 제1열매체 분산부
123' : 개방부 123" : 차단부
124 : 제1열매체 분배부 130 : 제1플랜지부
131 : 제1절개부 132 : 볼록부
140 : 제2평면부 150 : 함몰부
150a : 제1함몰편 150b : 제2함몰편
151 : 제3돌기 152 : 제4돌기
153 : 제2열매체 분산부 153' : 개방부
153" : 차단부 154 : 제2열매체 분배부
160 : 제2플랜지부 161 : 제2절개부
162 : 오목부 A1 : 제1개방구
A2 : 제2개방구 H1~H4 : 관통구
H1',H3' : 제1막힘부 H2',H4' : 제2막힘부
P1 : 열매체유로 P2 : 연소가스유로
W1 : 제1용접부 W2 : 제2용접부
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도면
도면1
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도면2
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도면3
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도면4
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도면5
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도면6
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도면7
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도면8
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도면9
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도면12
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도면13
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도면14
도면15
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도면18
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