KR100322241B1 - 열교환기용 대류부재 제조장치 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환기의 대류부재와 이 대류부재가 사용되는 열교환기와 대류부재 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제조장치의 내부를 유동하는 유체의 온도를 다른 온도의 유체와 직· 간접적으로 접촉되도록 하여 요구되는 온도 상태로 형성 또는 유지시키도록 열을 교환시키는 열교환기에 있어서, 요구되는 유체의 열 교환 효율을 극대화하기 위하여 전열면을 확대한 구조의 대류부재와 이 대류부재가 사용되는 열교환기와 대류부재 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 상술한 바와 같이, 열 교환 효율을 극대화하기 위하여 전열면을 확대시켜 형성된 대류부재의 구성은, 소정의 하우징 내부로 연통하는 유체 유동라인의 연결관 단부에 다수개의 구멍을 갖는 형상의 헤드가 상기 하우징 내측으로부터 통상의 방법으로 연결되고, 상기 양측 헤드의 구멍 내벽에 각각 대응하여 융착 고정되어 유체의 유동을 유도하는 다수개의 유동관을 포함하여 구성된다.

따라서, 본 발명에 의하면, 금형의 히터에 의해 제공되는 열이 보조블록과 안착핀에 의해 헤드의 각 구멍에 대한 유동관에 균일하게 전달이 이루어짐에 따라 융착이 균일하고 견고하게 이루어지며, 유동관의 단부 형상이 유체의 유동압력에 대응하여 충분히 견고하게 융착된 상태로 유지됨에 따라 유체의 유동이 원활하게 이루어질 뿐 아니라 대류부재의 수명이 연장되는 효과가 있다.

또한, 이렇게 제작된 대류부재의 구성에 의하면, 제조설비로 유도되는 고(저)온 유체는 열교환기의 유동관을 통과하는 과정에서 공급배관을 통해 제공되는저(고)온 유체와 접촉 전열면이 확대되어 열교환 효율이 증대됨과 동시에 이에 따라 열교환기의 크기 및 규모의 축소가 기대되는 효과가 있다.

Description

열교환기용 대류부재 제조장치 및 그 제조방법{apparatus for manufacturing the convection member and method of manufacturing the apparatus }

본 발명은 열교환기용 대류부재 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제조장치의 내부를 유동하는 유체의 온도를 다른 온도의 유체와 직·간접적으로 접촉되도록 하여 요구되는 온도 상태로 형성 또는 유지시키도록 열을 교환시키는 열교환기에 있어서, 요구되는 유체의 열 교환 효율을 극대화하기 위하여 전열면을 확대시킬 수 있는 열교환기용 대류부재 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

도 1은 일반적으로 열교환기(10)를 도시한 것이다. 제조장치로 이어지는 유체의 유동라인 상에 소정의 용기 형상을 갖는 하우징(14)이 설치되어 있고, 상기 하우징(14)의 내측으로 연통하는 유체 유동라인의 각 연결관(12a, 12b)의 단부에는 일측의 연결관(12a)으로부터 유입되는 유체를 타측의 연결관(12b)으로 유도하기 위한 대류부재(15)가 연통되게 연결되어 있으며, 하우징(14)의 일측에는 하우징(14)의 내부에 유체를 공급하고 열교환 된 유체를 배출시키기 위한 공급배관(18a, 18b)이 연통되게 설치되어 있다.

이와 같이 구성된 종래의 열교환기(10)는 상술한 바와 같이, 일측 연결관(12a)을 통해 유입되어 상대측 연결관(12b)으로 유도하는 대류부재(15)의 길이를 연장하여 전열면을 넓히는 방법을 사용하고 있다.그러나, 이러한 열교환기(10)의 효율을 높이기 위해서는 유동하는 유체의 유속과 유동량에 대응하여 열 교환이 정상적으로 이루어지도록 전열면을 넓혀 주도록 하는 것이 바람직하다.이러한 대류부재(15)의 길이에 대한 유체의 유속과 유동압력의 관계는 아래의 식에서 알 수 있다.

(Ｐ= 현상액 공급압력, λ= 마찰계수, Ｗ= 평균속도, Ｌ= 길이, Ｄ= 직경)

위의 식에서 유체의 유속은 길이에 반비례하고, 직경에 비례하는 것을 알 수 있다.

따라서, 상술한 바와 같이, 유체의 유속과 유동압력을 일정하게 유지시킨 상태에서 열교환의 효율을 극대화시키기 위해서는 대류부재(15)의 길이를 줄이고, 전열면을 넓혀 주는 것이 바람직하다.종래의 문제점과 상기 수학식을 만족할 수 있도록 된 것으로는 도 2에 도시된 바와 같은 대류부재(16)가 일본 특허출원 공개번호 평2-192596호와 일본 특허출원 공개번호 소59-208395호의 열교환기에 의해 알려져 있다.이는 하우징(14)의 내측으로 연통 설치되는 각각의 연결관(12a, 12b)에 대응하여 연결시킬 수 있도록 소정 형상의 헤드(20)가 각각 구비되어 있고, 이들 헤드(20)에는 다수개의 구멍이 관통 형성되어 있다.또한, 상술한 양측 헤드(20)의 각 구멍에는 양측 헤드(20)의 각 구멍을 연통 연결하는 유동관(24)이 설치되어 있고, 이들 각 유동관(24)이 단부들은 헤드(20)의 각 구멍 내벽에 융착 고정되어 있다.이러한 구성의 대류부재(16)에 의하면, 유체 유동라인의 일측 연결관(12a)을 통해 하우징(14) 내부로 유입되는 고(저)온 유체는 일측 연결관(12a)과 연통 연결된 헤드(20)의 각 구멍과 이들 구멍 내벽에 융착된 유동관(24)을 통해 상대측 연결관(12b)으로 유도 유동하게 된다.상술한 바와 같이, 유체가 대류부재(16)의 유동관(24)을 통해 유동하는 과정에서 각각의 유동관(24)의 전면이 하우징(14)의 내부에서 공급배관(18a, 18b)을 통해 유입배출되는 저(고)온 유체와 접촉되면서 열교환이 이루어지게 된다.이와 같이 열교환기(10)를 통과하는 고(저)온 유체는 다수개의 가닥으로 분리된 유동관(24)들에 의해 전열면적이 확대된 구성을 이루고 있으므로 대류부재(16)의 길이를 축소시킬 수 있으면서도 열교환 효율을 증대시킬 수 있게 된다.

본 발명의 목적은, 제조장치로 유동하는 유체의 온도 상태로 유지시켜주기 위한 열교환기를 제공함에 있어서, 유동하는 유체의 설정된 온도 상태를 형성하기 위하여 열교환 효율을 향상시킬 수 있도록 도 2에 도시된 바와 같은 열교환기를 제조하기 위한 대류부재 제조장치 및 그 제조방법을 제공하려는 것이다.

또한, 유체의 유동압에 대응하여 대류부재의 각 구멍에 대하여 유동관이 견고하게 고정되도록 하여 유체의 유동이 원활하게 이루어지는 열교환기를 제조하기 위한 열교환기용 대류부재 제조장치 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

도1은, 일반적인 열교환기의 구성 및 그 설치 관계를 개략적으로 나타낸 구성도.

도2는, 본 발명에 따른 제조장치에 의해 제조되는 대류부재를 보인 사시도.

도3은, 본 발명에 따른 대류부재 제조장치의 구성을 개략적으로 나타낸 요부발췌 단면도.〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10: 열교환기 12a, 12b: 연결관

14: 하우징 15, 16: 대류부재

18a, 18b: 공급배관 20: 헤드

24: 유동관 26: 대류부재 제조장치

28a, 28b: 금형 30: 자리홈

32: 히터 34: 보조블록

36a, 36b, 36c, 36d: 안착핀

상술한 목적을 달성하기 위한 대류부재 제조장치의 구성은, 열교환기의 내부에 연통 설치되는 열견관 단부에 대응하는 형상으로 다수개의 구멍이 형성된 헤드의 측부에 대응하여 양측으로 분리된 형상을 이루고, 상호 대향하는 측벽에 상기 헤드의 측부 형상에 대응하는 자리홈이 형성된 금형과; 상기 금형의 내부에 설치되며, 상기 자리홈의 측부와 상부에 대응하여 열을 제공하도록 하는 히터와; 위치되는 상기 헤드 상측의 상기 자리홈 상에 대응하는 형상으로 상기 헤드에 형성되는 다수개 구멍에 각각 연통 대응하는 삽입홀이 형성된 보조블록; 및 상기 헤드의 각 구멍과 이에 대응하는 상기 보조블록의 삽입홀 사이에 대응하여 삽입 위치되는 안착핀;을 포함한 구성으로 이루어진다.또한, 상기 자리홈은 상기 양측 금형이 상호 대향하여 밀착되는 과정에서 상기 보조블록과 함께 위치되는 상기 헤드가 열 변형이 없도록 가압하도록 형성하고, 상기 보조블록은 상기 헤드와 함께 상기 자리홈에 위치 구비하되 상기 히터에 의해 제공되는 열에 대응하여 상기 헤드 상부의 형상이 변형이 없도록 상기 자리홈에 지지되어 상기 헤드의 상부를 가압하도록 형성하였다.그리고, 상기 삽입홀의 형상은, 상기 헤드의 상부에 대향하여 상측으로 직경이 좁아지는 형상으로 경사지게 형성하고, 상기 안착핀은 상기 삽입홀의 형상에 밀착 대응하여 내벽으로부터 중심된 위치에 있도록 형성함이 바람직하다.한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 대류부재 제조방법은, 대류부재를 구성하는 헤드와 상기 헤드에 형성된 다수개의 구멍에 대응하여 유동관의 각 단부가 삽입된 상태에서, 상기 각 유동관 단부에 각각 대응하여 소정 형상의 안착핀을 상기 헤드의 각 구멍에 삽입하여 위치시키는 단계와; 상기 헤드의 상측으로 위치되는 상기 각 안착핀에 대응하는 삽입홀이 형성된 보조블록을 대응 위치시키는 단계와; 상기 헤드와 상기 보조블록을 포함한 외측 부위에 대응하여 양측에서 분리된 형상의 금형을 커버하는 형상으로 가압 고정하는 단계와; 상기 헤드의 각 구멍에 대응하여 상기 유동관을 밀어 넣도록 함과 동시에 상기 유동관을 통해 소정의 공기압을 제공하고, 그 상태를 유지시키는 단계와; 및 상기 헤드의 각 구멍 내벽에 대응하여 상기 유동관의 외벽이 융착되도록 상기 헤드의 측부와 상기 보조블록의 상부에 대응하여 가열하는 단계;를 포함하여 이루어진다.이하, 상기 열교환기용 대류부재 제조장치 및 그 제조방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.상기 도 2에 도시된 바와 같은 대류부재(16)는 대류부재(16)를 구성하는 헤드(20)와 이 헤드(20)에 형성된 다수개의 구멍 내벽에 상술한 유동관(24)이 융착 고정될 것이 요구되며, 이와 같이 구성되는 대류부재(16)를 제조하기 위한 대류부재 제조장치(26)의 구성에 대하여 첨부된 도3을 참조하여 설명하기로 한다.첨부도면 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 대류부재 제조장치의 구성 및 그 작용 관계를 설명하기 위해 그 구성을 부분 발췌하여 개략적으로 나타낸 단면도이다.본 발명에 따른 대류부재 제조장치(26)는, 도3에 도시된 바와 같이, 상술한 헤드(20)를 중심으로 양측에서 가압할 수 있도록 분리형으로 형성된 금형(28a, 28b)을 구비하였고, 이 금형(28a, 28b)의 상호 대향 측벽에는 헤드(20)의 측부 형상에 대응할 수 있도록 자리홈(30)을 형성하였으며, 이 자리홈(30)은 위치되는 헤드(20)의 상측으로 소정 크기로 구획된 공간을 이루게 된다.

또한, 자리홈(30)의 측벽 형상은 헤드(20)의 측부에 형성되는 각종 형상의 홈 또는 돌기부에 대응하는 형상으로 금형(28a, 28b)의 가압에 의해 헤드(20)의 형상이 유지 보전되도록 형성하였다.

그리고, 이들 금형(28a, 28b)의 내부에는 상술한 자리홈(30)의 측부와 상부에 열을 제공하기 위한 히터(32)를 설치하였다.

한편, 헤드(20)의 상측으로 구비되는 자리홈(30)에는 도 3에 도시된 바와 같이 금속 재질로 되고 헤드(30)의 각 구멍에 대응하도록 삽입홀이 형성된 보조블록(34)이 위치하게 되며, 상술한 헤드(20)의 각 구멍과 이들 구멍에 대응하는 삽입홀 사이에는 삽입홀에 대응하여 밀착되도록 형상의 안착핀(36a, 36b, 36c, 36d)이 위치하게 된다.

특히 상기 삽입홀 헤드(20)의 상부에 대향하여 상측으로 직경이 좁아지는 형상으로 형성되고, 이에 대응하는 안착핀(36a, 36b, 36c, 36d)은 삽입홀의 경사진 부위에 밀착되어 내벽으로부터 중심에 위치되도록 형성되어 지는데,도 3에 도시된 바와 같이 상측 단부가 경사져 있는 삽입홀의 내벽에 대응하도록 경사지게 형성되어진다.이러한 각각의 안착핀(36a, 36b, 36c, 36d) 형상을 구분하여 그 작용 효과에 대하여 설명하기로 한다.

상술한 안착핀(36a, 36b, 36c, 36d) 중에서, 36a로 표시된 구성은 대류부재를 제조할 때 유동관(24)을 통해 제공되는 공기압에 의해 안착핀(36a)의 상측 부위가 삽입홀의 테이퍼면에 밀착되는 정도를 심화시키기 위한 구성으로서, 그 하단부 내측으로 소정 깊이의 홈이 형성된 구성이다.

또한, 36b로 도시된 것은 하측 부위가 유동관(24)의 내측에 소정 깊이로 삽입되는 봉 형상으로 제작된 것으로서, 헤드(20)의 각 구멍에 삽입되는 유동관(24)의 내벽 형상이 유지되도록 함과 동시에 유동관(24)이 헤드(20)의 구멍 내벽에 융착되는 정도가 균일하게 이루어지도록 상측으로부터 전달되는 열을 유동관(24) 내벽에 균일하게 전달시킬 수 있도록 하며, 유동관(24) 단부에 대응하는 부위는 유동관(24)의 단부가 헤드(20)의 구멍 내벽에 융착될 경우 유체의 유동압을 저해하지 않도록 하며, 융착된 상태가 견고하게 이루어지도록 소정의 각도로 경사지는 형상을 이루게 된다.

그리고, 36c로 도시된 것은 작은 직경의 구멍에 삽입되는 구성으로 형성함에 있어서 안착핀(36c)을 제작이 용이하하게 제작할 수 있도록 한 구성이고, 36d로 도시된 것은 하측 단부를 테이퍼 형상으로 형성하여 제작이 용이하도록 함과 동시에 유동관(24)의 단부 부위가 헤드(20)의 구멍 내벽에 융착되는 정도 및 형상이 견고하고 매끈하게 이루어지도록 된 것이다.

대류부재(16)의 제조 과정을 설명한다. 상술한 헤드(20)의 각 구멍에 대응하여 각각의 유동관(24)을 삽입하고, 이들 각 유동관(24) 단부에 각각 대응하도록 소정 형상의 안착핀(36a, 36b, 36c, 36d) 중 어느 하나 형상의 것 또는 병용 선택하여 헤드(20)의 각 구멍 상측으로부터 삽입하여 설치한다.

이후, 헤드(20)의 상측으로 돌출된 형상을 이루는 각각의 안착핀(36a, 36b, 36c, 36d)에 대응하는 삽입홀이 형성된 보조블록(34)을 대응 위치시키고, 이렇게 헤드(20)와 보조블록(34)을 포함한 외측 부위에 대응하여 양측 금형(28a, 28b)으로 하여금 커버하여 가압 고정하도록 한다.

그리고, 헤드(20)의 각 구멍에 대응하여 위치되는 유동관(24)을 상측으로 밀어 넣도록 하는 힘을 제공함과 동시에 유동관(24)을 통해 소정의 공기압을 제공하고, 그 상태를 유지시킨다.

이어서, 헤드(20)의 각 구멍 내벽에 대응하여 유동관(24)의 외벽이 융착되도록 히터(32)에 전원을 인가하여 헤드(20)의 측부와 보조블록(34)의 상부에 대응하여 가열시키고, 소정의 시간이 경과하여 유동관(24)의 융착이 이루어지면, 헤드(20) 및 유동관(24)을 포함한 외측 형상이 변형이 없도록 가압과 동시에 냉각 과정을 수행하게 된다.

이러한 과정으로 유동관(24)의 융착이 이루어지면 금형(28a, 28b)과 보조블록(34) 및 안착핀(36a, 36b, 36c, 36d)을 순차적으로 분리하고, 융착된 유동관(24)의 상대측에 대응하여 상술한 과정을 반복 수행함으로써 요구되는 대류부재(16)로 제작이 이루어진다.

한편, 상술한 보조블록(34)은 헤드(20) 및 유동관(24)의 상측 부위 형상을 유지시키는 역할을 수행할 뿐 아니라 자리홈(30)의 상측으로부터 히터(32)에 의해 제공되는 열을 헤드(20)에 전달하는 매체로서 작용하게 된다.

또한, 상술한 안착핀(36a, 36b, 36c, 36d)의 각 형상의 것은 자리홈(30) 상측의 히터(32)로부터 제공되는 열을 유동관(24)의 융착 정도를 향상시키도록 각각의 유동관(24)에 균일하게 전달하게 되고, 또 상술한 바와 같이 안착핀(36b, 36d)의 형상에 의해 유동관(24) 단부의 융착되는 형상이 유체의 유동을 원활하게 이루어지도록 매끈하게 형성된다.

따라서, 본 발명에 의하면, 금형의 히터에 의해 제공되는 열이 보조블록과 안착핀에 의해 헤드의 각 구멍에 대한 유동관에 균일하게 전달되므로 융착이 균일하고 견고하게 이루어지며, 유동관의 단부 형상이 유체의 유동압력에 대응하여 충분히 견고하게 융착된 상태로 유지됨에 따라 유체의 유동이 원활하게 이루어질 뿐 아니라 대류부재의 수명이 연장되는 효과가 있다.

또한, 이렇게 제작된 대류부재의 구성에 의하면, 제조설비로 유도되는 고(저)온 유체는 열교환기의 유동관을 통과하는 과정에서 공급배관을 통해 제공되는 저(고)온 유체와 접촉 전열면이 확대되어 열교환 효율이 증대됨과 동시에 이에 따라 열교환기의 크기 및 규모를 축소시켜 제조할 수 있게 된다.

Claims (4)

1. 대류부재(16)에서 유통관(24)들의 양측에 장착되는 헤드(20)를 제조하는 장치에 있어서,

   헤드(20)의 형상에 대응하도록 양측으로 분리되어지고 상호 대향하는 내면에는 헤드(20)의 형상에 대응하도록 자리홈(30)이 형성된 금형(28a)(28b)과,

   상기 금형(28a)(28b)의 내부에 각각 설치되어 각 자리홈(30)의 측부와 상부에 열을 제공하도록 하는 히터(32)와,

   상기 자리홈(30)의 상부에는 상기 헤드(20)에 형성되는 다수개의 구멍들과 각각 연통 되도록 삽입홀이 형성된 보조블록(34)을 구비한 것과,

   상기 헤드(20)의 각 구멍과 이에 대응하는 상기 보조블록의 삽입홀 사이에 삽입 위치되는 안착핀(36a)(36b)(36c)(36d)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 대류부재 제조장치.
2. 제 3 항에 있어서,

   자리홈(30)은 상기 양측의 금형(28a)(28b)이 상호 대향하여 밀착될 때 상기 보조블록(34)과 함께 위치하는 헤드(20)가 열 변형 없이 가압되어지도록 형성하고, 보조블록(34)은 히터(34)의 열에 의해 헤드(20)의 상측부가 변형되지 않도록 자리홈(30)에 지지된 상태에서 헤드(20)의 상부를 가압하도록 형성한 것을 특징으로 하는 대류부재 제조장치.
3. 제 3 항에 있어서,

   보조블럭(34)의 삽입홀은, 상기 헤드(20)의 상부에 대향하여 상측으로 직경이 좁아져 경사지는 형상으로 형성하고, 상기 안착핀(36a)(36b)(36c)(36d)은 보조블럭(34)의 삽입홀에 밀착되어지도록 내벽으로부터 중심된 위치에 있도록 형성한 것을 특징으로 하는 대류부제 제조장치.
4. 대류부재(16)에서 유동관(24)의 양측에 장착되는 헤드(20)를 제조함에 있어서, 헤드(20)에 형성된 다수개의 구멍에 대응하도록 유동관(24)의 각 단부가 삽입된 상태에서,

   각 유동관(24)의 단부에 각각 대응하도록 소정 형상으로 된 안착핀(36a)(36b)(36c)(36d)을 상기 헤드(20)의 각 구멍에 삽입하여 위치시키는 단계;

   상기 각 안착핀(36a)(36b)(36c)(36d)에 대응하는 삽입홀이 형성된 보조블록(34)을 헤드(20)의 상측에 위치시키는 단계;

   헤드(20)와 보조블록(34)을 포함한 외측 부위에 대응하여 분리된 형상의 금형을 양측에서 가압 고정하는 단계;

   헤드(20)의 각 구멍에 대응하여 상기 유동관(24)을 삽입시키고 동시에 상기 유동관(24)을 통해 소정의 공기압을 공급하여, 그 상태를 유지시키는 단계;

   헤드(20)의 각 구멍 내벽에 유동관(24)의 외벽이 융착되도록 상기 헤드(24)의 측부와 보조블록(34)을 가열하는 단계;

   를 포함하여서 된 것을 특징으로 하는 대류부재 제조방법.