KR100551108B1 - 티탄제 플레이트식 열교환기의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가볍고 내구성이 있으며, 완전한 시일상태가 얻어지는 티탄제 플레이트식 열교환기의 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 복수의 티탄제 헤링본 플레이트(herring bone plate)(4)를 적층하고, 각 헤링본 플레이트(4) 사이에 유로를 형성한 티탄제 플레이트식 열교환기(1)의 제조방법에 있어서, 헤링본 플레이트(4) 사이의 접합장소에 각각 땜납재(18, 19)를 장전 또는 도포한 후, 이것을 진공가열로 내에 넣어서 서서히 가열하면서 진공탈가스처리를 행하고, 소정의 진공압력이 얻어진 후 다시 승온하여 납땜접합한다.
티탄제 플레이트식 열교환기, 헤링본 플레이트

Description

티탄제 플레이트식 열교환기의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING TITANIUM PLATE-TYPE HEAT EXCHANGER}
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 티탄제 플레이트식 열교환기의 분해사시도.
도 2는 도 1의 열교환기의 측면도.
도 3은 도 1의 열교환기의 하면도.
도 4는 헤링본 플레이트의 평면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1 : 티탄제 플레이트식 열교환기 2 : 위의 커버플레이트
3 : 아래의 커버플레이트 4 : 헤링본 플레이트
5 : 제1 투과구멍 6 : 제2 투과구멍
7 : 제3 투과구멍 8 : 제4 투과구멍
9 : 제1 니플(nipple) 10 : 제2 니플
11 : 제3 니플 12 : 제4 니플
13 : 헤링본 모양 14 : 가장자리 벽(緣壁)
15 : 원형구멍 16 : 통부(筒部)
17 : 돌기 18 : 필러 플레이트(filler plate) 19 : 원형 필러 20 : 기립벽
21 : 절제부
본 발명은 티탄제 플레이트식 열교환기의 제조방법에 관한 것이다.
강하며 가볍고, 전성(展性) 및 점성이 풍부한 티탄제의 플레이트를 복수개 적층하고, 각 플레이트 사이에 열교환을 행하는 유체의 유로를 형성한 티탄제 플레이트식 열교환기가 알려져 있다.
종래의 티탄제 플레이트식 열교환기에서는 플레이트 사이의 틈새 및 니플과 플레이트 사이의 틈새에 고무, 아스베스토, 테프론 등으로 된 개스킷이나, 혐기성(嫌氣性) 접착제 등의 틈새 구성재를 사용하여 기밀성을 유지하고 있다. 또 가격적인 면에서 이종 금속으로 된 캐링 플레이트(carrying plate)나 체결용의 볼트ㆍ너트를 사용하고 있다.
이런 이유로 비교적 단기간에 틈새 부식이 생겨서 유체의 누출 등이 발생할 우려가 있다. 특히 열교환기를 해수 속이나 고온 분위기 속 등의 가혹한 조건하에서 사용하면 내구성이 현저히 저하하게 된다.
본 발명은 가볍고 내구성이 있으며, 완전한 시일상태가 얻어지고 납땜접합부분이 박리될 우려가 없는 티탄제 플레이트식 열교환기의 제조방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명은 복수의 티탄제 헤링본 플레이트를 적층하고 각 헤링본 플레이트 사이에 유로를 형성한 티탄제 플레이트식 열교환기의 제조방법에 관한 것이며, 헤링본 플레이트 사이의 접합장소에 각각 페이스트 땜납재 또는 클래드(clad) 땜납재를 도포 또는 장진한 후, 이것을 진공가열로 안에 넣어서 서서히 가열하면서 진공 탈가스처리를 행하여 소정의 진공압력을 얻고난 다음 더욱 승온하여 납땜접합한다.
진공가열로 안을 진공도 10-4Torr 이하로 하여 진공배기하면서 200℃∼450℃로 가열하면, 각 헤링본 플레이트에 흡수된 수소, 산소, 질소, 탄소 등이 방출되어 각 헤링본 플레이트의 산화를 방지함과 동시에 그 표면이 활성화하여 납땜재의 습윤상태(濕潤狀態)를 좋게 한다.
이 진공압력을 유지한 채로 더욱 승온하여 850℃ 이상의 온도하에서 납땜접합을 하면 가스상태로 된 납땜재의 바인더가 좁은 각 플레이트 사이의 틈새에 잔류하지 않고 배출되어 녹은 납땜재가 모세관현상에 의해 좁은 틈새에도 유입하여 습윤이 없는 납땜이 이루어진다.
또 탈가스처리 및 납땜접합을 할 때, 진공가열로 안에서 가열함으로서 온도 컨트롤을 용이하고 정확하게 행할 수 있어서 균일한 온도분포가 얻어진다.
납땜재로서 모재(母材)인 헤링본 플레이트와 마찬가지 내식성을 갖는 티탄을 함유한 납땜재, 예를 들어 동-티탄-니켈-지르코늄 합금, 티탄을 분산시킨 은-동 납 땜재를 사용할 수도 있다.
상술한 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해 질 것이다.
[발명의 실시형태]
이하 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 관한 티탄제 플레이트식 열교환기(1)는 상하의 티탄제 커버플레이트(2, 3) 사이에 복수의 티탄제 헤링본 플레이트(4)가 적층됨과 동시에, 상하로 겹치는 커버플레이트(2, 3)와 헤링본 플레이트(4)가 서로 납땜접합되어 이루어지며, 커버플레이트(2, 3)와 헤링본 플레이트(4) 및 각 헤링본 플레이트(4) 사이에 열교환되는 2 유체의 유로가 형성되어 있다.
상하의 커버플레이트(2, 3)는 평판으로 되며, 도 3에 도시한 바와 같이 아래 커버플레이트(3)의 네 모서리에는 각각 2 유체의 출입구가 되는 제1∼제4의 투과구멍(5, 6, 7, 8)이 뚫려있다.
그리고 아래 커버플레이트(3)의 제1 투과구멍(5)에는 한쪽 유체를 공급하기 위한 제1 니플(9)이 연결되고, 그 대각선 상에 대향하는 제2 투과구멍(6)에는 한쪽 유체를 배출하기 위한 제2 니플(10)이 연결된다.
또 다른 대각선의 한 단부에 있는 제3 투과구멍(7)에는 다른쪽 유체를 공급하기 위한 제3 니플(11)이 연결되고, 이것에 대향하는 제4 투과구멍(8)에는 다른쪽 유체를 배출하기 위한 제4 니플(12)이 연결된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 헤링본 플레이트(4)에는 면적을 증대시키는 것과 함께 유로를 흐르는 유체에 난류를 발생시키기 위해 요철형상의 헤링본 모양(13)이 형성되어 있다. 또 헤링본 플레이트(4)의 둘레 가장자리를 따라 헤링본 플레이트(4) 사이에 형성되는 유로의 두께보다 약간 높은 가장자리 벽(14)이 설치되어 있다.
헤링본 플레이트(4)의 네 모서리에는 각각 2 유체가 상승 및 하강하기 위한 원형구멍(15)이 뚫려 있고, 동시에 한쪽 대각선의 양단부에 형성된 원형 구멍(15)의 둘레 가장자리에는 각각 스페이서가 되는 통부(16)가 설치되어 있다.
또한 가장 상단의 헤링본 플레이트(4)에는 도 4에 도시한 바와 같이, 원형구멍(15)이 뚫리지 않고 1개의 대각선의 양단부에 각각 3개의 보강용 돌기(17)가 형성되어 있다.
이들 헤링본 플레이트(4)는 상하로 배치되어 있지만 헤링본 모양(13)이 반대방향이 되도록, 그리고 원형구멍(15)의 주위에 형성된 통부(16)가 1개 건너로 상하로 대향하도록 적층된다.
그리고 상하로 배치된 커버플레이트(2, 3) 및 헤링본 플레이트(4)의 주위 가장자리가 납땜접합되는 것과 함께, 통부(16)의 선단과 그 상단의 헤링본 플레이트(4)의 하면이 납땜접합된다. 따라서 커버플레이트(2, 3) 및 헤링본 플레이트(4) 사이에 형성되는 유로는 1층 건너 연결되어 통하고 있다.
또 제1 니플(9) 및 제2 니플(10)은 아래 커버플레이트(3)에 납땜되고, 제3 니플(11) 및 제4 니플(12)은 가장 하단의 헤링본 플레이트(4)에 납땜되어 있다.
그리고 제1 니플(9) 및 제2 니플(10)이 연결되는 제1 투과구멍(5) 및 제2 투과구멍(6)의 직상에는 가장 하단의 헤링본 플레이트(4)의 통부(16)를 갖는 원형구멍(15)이 배치되고, 제3 니플(11) 및 제4 니플(12)이 연결되는 제3 투과구멍(7) 및 제4 투과구멍(8)의 직상에는 가장 하단의 헤링본 플레이트(4)의 통부(16)를 갖지 않는 원형구멍(15)이 배치된다.
따라서 한쪽 유체는 제1 니플(9) 및 제1 투과구멍(5)을 통해서 티탄제 플레이트식 열교환기(1)의 내부에 유입되고, 통부(16)로 차단되어 다른쪽 유체의 유로에 진입하는 일이 없이 그 유체압력에 의해 한쪽 유체 유로의 가장 상단에 달하고, 1층 건너로 연결되어 통하는 유로를 내려가서 제2 니플(10) 및 제2 투과구멍(6)으로부터 티탄제 플레이트식 열교환기(1)의 외부로 배출된다.
또 다른쪽 유체는 제3 니플(11) 및 제3 투과구멍(7)을 통해서 티탄제 플레이트식 열교환기(1)의 내부로 유입되어, 마찬가지로 한쪽 유체의 유로에 진입하는 일이 없이 다른쪽 유체 유료의 가장 상단에 달하여 1층 건너로 연결되어 통하는 유로를 내려가서 제4 니플(12) 및 제4 투과구멍(8)으로부터 티탄제 플레이트식 열교환기(1)의 외부로 배출된다.
그리고 이 사이에 한쪽 유체와 다른쪽 유체 사이에서 좋은 효율로 열교환이 이루어진다.
티탄제 플레이트식 열교환기(1)는 다음과 같이 제조된다.
아래 커버플레이트(3), 복수의 헤링본 플레이트(4) 및 위 커버플레이트(2)를 각 플레이트 사이에 각각 티탄을 함유하는 납땜재로 된 필러 플레이트(18)를 끼고 적층하여, 제1 니플(9) 및 제2 니플(10)과 아래 커버플레이트(3) 사이, 및 제3 니플(11) 및 제4 니플(12)과 가장 하단의 헤링본 플레이트(4) 사이에 티탄을 함유하는 납땜재로 된 원형 필러(19)를 각각 개재하여 열교환기 조립체를 형성한다.
또한 평판인 아래 커버플레이트(3)를 납땜한 것 이외의 필러 플레이트(18)에는 헤링본 플레이트(4)의 가장자리 벽(14)을 접합하기 쉽도록 그 둘레 가장자리를 따라 기립벽(20)이 형성되고, 각 필러 플레이트(18)의 네 모서리에는 원형구멍(15)과 대응하는 위치에 원형의 절제부(21)가 형성되어 있다.
또 필러 플레이트(18)는 원료 비용을 낮추기 위해 헤링본 플레이트(4)의 접합부에만 배치된 납땜재로 된 망형상체를 상기와 같은 플레이트형상으로 형성할 수도 있다.
또한 티탄을 함유하는 납땜재로는 동-티탄-니켈-지르코늄 합금, 티탄을 분산시킨 은-동 납땜재 등이 있다.
다음으로 이 열교환기 조립체를 진공가열로 안에 넣어서 진공펌프로 배기하면서 서서히 가열하여 진공 탈가스처리를 시행한다.
진공가열로 안을 진공도 10-4Torr 이하로 하여 200℃∼450℃로 가열하여, 일정 시간이 경과하면 커버플레이트(2, 3), 및 헤링본 플레이트(4)에 흡수된 수소, 산소, 질소, 탄소 등이 방출되어, 커버플레이트(2, 3) 및 헤링본 플레이트(4)의 산화를 방지하는 것과 함께, 그 표면이 활성화되어 납땜재의 습윤성이 좋아진다.
이어서 이 진공압력을 유지한 채로 승온하여 850℃ 이상이 되면 필러 플레이트(18) 및 원형필러(19)가 녹아서 커버플레이트(2, 3), 헤링본 플레이트(4) 및 제1∼제4의 니플(9, 10, 11, 12)이 납땜접합된다.
이 때, 아르곤 등의 불활성가스 속에서의 납땜과 같이 가스치환이 이루어지지 않아서 공기가 잔류하는 일이 없고, 또 필러 플레이트(18) 및 원형 필러(19)의 바인더도 가스형상으로 되어 확실하게 배출되므로, 녹은 납땜재는 모세관현상에 의해 커버플레이트(2, 3) 및 헤링본 플레이트(4) 사이의 좁은 틈새에 유입하여 습윤이 없는 납땜이 얻어진다.
또한 납땜재는 플레이트형상 또는 원형으로 형성하지 않고 페이스트형상의 것을 납땜접합부분에 도포해 둘 수도 있다.
또 티탄제 플레이트식 열교환기의 세부적인 구조, 예를 들어 헤링본 플레이트의 개수, 헤링본 모양의 형상 등은 필요에 따라 적의 선택할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 티탄제 플레이트식 열교환기의 제조방법에 의하면, 개스킷이나 접착제에 의해 틈새를 밀봉한 것이나 볼트ㆍ너트로 커버플레이트 및 헤링본 플레이트를 결합한 것에 비해, 해수 속이나 고온하에서 사용하여도 틈새부분의 부식이 생기기 어려워서 내구성이 풍부하고 기밀성도 높으며, 더구나 티탄제품의 특징인 경량과 강도를 살릴 수 있다.
또 각 헤링본 플레이트에 흡수된 각종 가스가 방출되어 그 산화를 방지하는 것과 함께, 그 표면이 활성화되어 납땜재의 습윤상태가 좋아지고 납땜의 강도가 증가한다.
또한 불활성 가스 속에서 납땜한 것에 비해 좁은 헤링본 플레이트 사이의 틈새에 공기가 잔류하기 어렵고, 더구나 가스형상으로 된 납땜재의 바인더가 상기 좁은 틈새에 잔류하지 않고 배출되므로, 녹은 납땜재가 모세관현상에 의해 좁은 틈새에 유입하여 습윤이 없는 납땜이 이루어져서 완전한 시일성이 얻어진다. 이 결과 열교환이 이루어지는 2 유체 사이에 압력의 차가 있어도 압력이 높은 유체가 낮은 측으로 유입되어 납땜부분이 박리될 염려가 없다.
또한 상술한 바와 같은 본 발명에 의하면 납땜부분의 내구성을 높여서 완전한 시일성을 장기간 유지할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 사상과 범위를 통해 각종 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이다.

Claims (4)

  1. 복수의 티탄제 헤링본 플레이트를 적층하고 각 헤링본 플레이트 사이의 접합장소에 페이스트 납땜재 또는 클래드(clad) 납땜재를 각각 도포 또는 장전한 후, 이것을 진공가열로 내에 넣어서 서서히 가열하면서 진공탈가스처리를 행하고, 소정의 진공압력이 얻어진 후 다시 승온하여 납땜접합하는 것을 특징으로 하는 티탄제 플레이트식 열교환기의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 납땜접합을 진공도 10-4Torr 이하의 진공압력으로 행하는 것을 특징으로 하는 티탄제 플레이트식 열교환기의 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 납땜접합을 850℃ 이상의 온도하에서 행하는 것을 특징으로 하는 티탄제 플레이트식 열교환기의 제조방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 납땜재로서 티탄 함유 납땜재를 사용하는 것을 특징으로 하는 티탄제 플레이트식 열교환기의 제조방법.
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