KR100907042B1 - 열교환기 코팅방법 및 코팅장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도포, 건조, 굽기를 반복하여 원천적인 부식 방지, 스케일 형성 방지 또는 오염 방지를 도모하고, 설비의 수명에 대한 신뢰성을 증가시킬 수 있는 열교환기 코팅방법 및 코팅장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 열교환기 코팅방법은 열교환기 표면을 세정하는 제1단계(S10), 열경화코팅제를 교반하는 제2단계(S11), 열교환기에 링지그를 장착하는 제3단계(S12), 합성 연마재로 연마하는 제4단계(S13), 열교환기를 경사회전장치에 탑재하는 제5단계(S14), 열경화코팅제를 도포하는 제6단계(S15), 경사회전장치의 작동에 따라 열교환기가 회전되면서 공기냉각기에 의해 열경화코팅제를 건조하는 제7단계(S16), 온도그래프 정보에 상응하게 열교환기의 중간 굽기를 진행하는 제8단계(S17), 중간 굽기가 끝난 열교환기의 튜브에 대해 핀홀 테스트를 진행하는 제9단계(S18), 상기 제5단계 내지 제9단계를 미리 설정한 회수만큼 반복하여 중간 굽기를 완성하는 제10단계(S19), 상기 제5단계 내지 제7단계를 더 진행한 후 미리 설정한 온도그래프 정보에 상응하게 열교환기의 최종 굽기를 진행하는 제11단계(S20), 최종 검사를 위한 제12단계(S21), 열교환기 출고의 제13단계(S22)를 갖는다.

열교환기, 열경화코팅제, 도포, 건조, 굽기

Description

열교환기 코팅방법 및 코팅장치{METHOD AND APPARATUS FOR COATING OF HEAT EXCHANGER}

본 발명은 응축기(condenser), 증발기(evaporator), 기타 열교환 설비를 통칭하는 열교환기의 표면을 코팅하는 열교환기 코팅방법 및 코팅장치에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기는 사관식(submerged-pipe coil), 개방 액막식(open-type), 2중관식(double-pipe), 원통다관식(shell and tube)이 있다.

특히 원통다관식 열교환기는 고정관판식(fixed tube-plate), U자관식(U-bend), 유동두식(floating-head), 재킷식(jacket), 와권식(volute), 평판식(plate)과 같이 형식별로 구분 가능하다.

원통다관식 열교환기의 구성을 간략하게 살펴보면, 동체덮개(shell cover)를 갖는 동체(shell)와, 그 내부에서 저지판(baffle plate)으로 지지된 복수의 전열관(tube)(이하 튜브라 칭함)으로 이루어진 관군(tube bundle)과, 관군의 양측 또는 일측 끝단에 튜브시트(tube sheet) 또는 튜브판(tube plate)과, 튜브시트 또는 튜브판은 헤드(head)와 헤드받침쇠(head backing plate) 등을 갖는다.

이런 열교환기에서 동체 유체는 튜브와 접촉하여 관내 유체와 열교환을 행하도록 되어 있다.

열교환기의 소재는 주로 탄소강으로 이루어져 있다. 따라서, 열교환기는 장시간 사용시 열응력, 부식, 스케일, 유기 또는 무기물, 이물질, 오염에 노출되어 있고, 이를 방치할 경우 열교환기의 작동 매개변수를 감소시켜 효율 감소를 초래한다.

따라서, 열교환기는 주기적으로 반드시 세척 또는 교환으로 수리되어야 하며, 그때마다 상기 열교환기를 사용하고 있는 공장의 가동 중지와 운영비의 증대를 가져오고 있는 실정이다.

종래 기술에 따른 열교환기용 관은 도 1에 도시된 바와 같이, 고강도 등급이나 고탄성 등급 등의 탄소 섬유를 이용하여 직조된 탄소 피막(2)의 내면측과 외면측을 인발 성형에 의해 열경화성의 레졸형 페놀 수지(3)로 적층하여 관(1)을 제조한 것으로서, 탄소 피막(2)을 페놀 수지(3)로 적층하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그러나, 종래 기술의 열교환기용 관은 단순히 페놀 수지만을 탄소 피막에 적층하고 있기 때문에 표면 및 내부경도 품질이 떨어지고 매끈한 표면조도 상태를 유지하지 못하여 스케일 형성 억제를 위한 어떠한 수단도 제공하고 있지 않다.

또한, 종래 기술의 열교환기용 관은 기본적인 페놀 수지만을 단순히 적층 방 식으로 코팅하고 있기 때문에 고열 환경에서 장시간 사용시 부분적 박리가 발생될 수 있는 단점이 있다.

예컨대, 종래 기술의 열교환기용 관을 장시간(예 :3시간), 고열(예 : 160℃), 3시간 열응력에 노출시킨 결과 페놀 수지의 성상이 무너지면서 접착 계면이 분리되거나, 균일한 성상을 유지 못하는 내구성 또는 계면 접착성 문제에 따른 신뢰성 있는 코팅 품질을 유지하기 어렵다.

또한, 종래 기술의 열교환기용 관은 열응력에 의해 페놀 수지의 성상이 변화될 경우, 열교환기 자체의 작동 효율에 영향을 미치게 되고, 열교환기의 열전도율 성능을 저하시킬 수 있다.

또한, 종래 기술의 열교환기용 관은 페놀 수지의 중합을 성공적으로 구현하거나, 고강도 코팅 구조 형성을 위한 어떠한 코팅 방법도 제시하지 못하여 신뢰성 있는 코팅층을 형성하기가 매우 어려운 상황이다.

또한, 종래 기술의 열교환기 관은 응축된 상태 및 고온 하에서도 증기에 대한 저항력이 상대적으로 낮고, 소수성(疏水性) 표면을 형성하기 위한 신뢰성 있는 코팅 방법을 제시하지 못하고 있다.

또한, 열교환기가 아닌 일반적인 금속재를 위한 주지의 코팅방법에는 상대적으로 거칠지 않거나 일반적인 연마재를 사용하여 샌드블라스팅(sandblasting)을 수행한 후, 세라믹코팅제(원료명 : BW1170), 테프론 등과 같은 불소수지코팅제(원료명 : Dupont 420-119) 등을 이용하여 부식특성을 E등급 까지 향상시킨 예가 있지만, 열교환기용으로 작업 또는 사용하여 장시간 신뢰성을 유지할 수 있거나 상대적 으로 큰 경도를 유지할 수 있고 관내 스케일 및 부식이 발생되지 않게 하지 못하고 있다.

또한, 일반적인 코팅방법을 종래 기술의 열교환기에 적용할 경우 열교환효율이 많이 떨어지는 단점이 있다.

또한, 일반적인 코팅방법은 코팅제와 탄소강인 튜브 사이의 안정적인 접착 계면 구조, 고온 열응력 상황에서의 전기적 전위(電位) 형성에 따른 스케일 적층 또는 오염 누적 등에 대한 어떠한 해결책을 완벽히 제공하지 못하여서 열교환기 코팅에 대한 많은 연구와 노력이 진행 중이다.

한편, 티타늄, 스테인리스스틸 등의 상대적으로 고가의 재질로 열교환기를 만들더라도 탄소강에 비해 월등히 3.2배에서 3.3배 정도 열교환효율이 떨어질 뿐만 아니라 수배에서 수십 배의 비용 증가를 가져와 비경제적이고 제작이 어려운 단점이 있다.

본 발명의 목적은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 도포, 건조, 굽기를 반복하여 원천적인 부식 방지, 스케일 형성 방지 또는 오염 방지를 도모하고, 열교환기 관련 설비의 수명에 대한 신뢰성을 증가시킬 수 있는 열교환기 코팅방법 및 코팅장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼는다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 입자 비율(%), 수십 %의 규소(Si)입자를 수용하고 있는 열경화성수지로 형성된 열경화코팅제를 미리 설정한 회수의 중간 굽기(baking) 및 최종 굽기 온도에서 반복적으로 중합시켜, 코팅층 표면 및 내부를 유리(glass)화시킴에 따라, 열교환기 사용 환경에 적합한 표면 경도나 뛰어난 내식성 및 내구성을 갖는 열교환기 코팅방법 및 코팅장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 코팅 과정에서 수치적으로 경험적으로 최적화된 조건 또는 설명을 제시함에 따라, 복잡하고 어려운 열교환기 코팅을 효율적이면서 정확하게 수행할 수 있게 하는 열교환기 코팅방법 및 코팅장치를 제공하고자 한다.

앞서 설명한 바와 같은 본 발명의 목적들은, 하기에 상세히 설명할 바와 같이, 열교환기 표면을 세정하는 제1단계; 열경화코팅제를 교반하는 제2단계; 열교환 기에 링지그를 장착하는 제3단계; 합성 연마재를 이용하여 열교환기의 튜브 내부를 연마하는 제4단계; 연마된 열교환기를 경사회전장치에 탑재하는 제5단계; 열교환기의 튜브 내부에 열경화코팅제를 도포하는 제6단계; 경사회전장치의 작동에 따라 열교환기가 회전될 때, 열교환기의 주변에 배치된 공기냉각기를 작동시켜 상기 도포된 열경화코팅제를 건조하는 제7단계; 미리 설정한 온도그래프 정보에 상응하게 열교환기의 중간 굽기를 진행하는 제8단계; 중간 굽기가 끝난 열교환기의 튜브에 대해 핀홀 테스트를 진행하는 제9단계; 상기 제5단계 내지 제9단계를 미리 설정한 회수만큼 반복하여 중간 굽기를 완성하는 제10단계; 상기 제5단계 내지 제7단계를 유한한 회수만큼 더 진행한 후 미리 설정한 온도그래프 정보에 상응하게 열교환기의 최종 굽기를 진행하는 제11단계를 포함하는 것을 특징을 하는 열교환기 코팅방법에 의해 달성된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 열교환기 코팅방법에 의해 만들어진 코팅층 구조가 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 열교환기 코팅방법에 사용되는 열교환기 코팅장치는 상기 열교환기 양단에 취부 가능하게 장착되는 적어도 하나의 링지그; 상기 링지그가 장착된 열교환기를 이동시키기 위한 적어도 하나의 이동대차; 상기 링지그가 장착된 열교환기를 들어올려 이동시키는 크레인 장치; 상기 열교환기의 튜브 내표면을 합성 연마재로 연마하는 블라스팅 장치 및 블라스팅 작업장; 상기 링지그가 장착된 열교환기를 경사각도 9∼10도로 경사진 상태에서 회전시키도록 하부모듈과 상부모듈을 한 쌍으로 구비한 경사회전장치; 상기 열교환기 주위에 배치된 공기냉 각기; 상기 열교환기의 튜브에 도포되는 열경화코팅제를 교반시키는 교반기; 상기 교반기에서 장시간 교반되어 균질화된 열경화코팅제를 튜브에 주입시키는 저압 플럭스 펌프가 결합된 주입장치; 상기 열경화코팅제가 도포된 열교환기를 미리 설정한 회수만큼 중간 굽기 과정을 수행하고 1회의 최종 굽기 과정을 수행하는 중합 오븐; 상기 중합 오븐을 통해 형성된 코팅층 구조를 형성한 열교환기를 테스트하는 검사장비를 포함하는 것이 바람직하다.

따라서 본 발명에 따른 열교환기 코팅방법 및 코팅장치는 열교환기 코팅에 필요한 구체적이고도 특유한 방법을 단계별로 제시하여 용이하게 열교환기를 코팅할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 표면 및 내부의 뛰어난 경도 유지와 함께, 매끈한 표면조도 상태를 유지하여, 스케일 형성 또는 오염을 억제할 수 있고, 고열 환경에서도 두께 코팅 변화가 적어 열교환기 효율 감소 문제를 해결할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 응축된 상태 및 고온 하에서도 증기에 대한 저항력이 상대적으로 높고, 소수성(疏水性) 표면을 형성할 수 있고, 코팅 품질을 극대화할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 열경화코팅제 도포 전에 알루미늄 옥사이드 함량이 매우 높은 합성 연마재를 사용하여 열교환기 튜브의 표면을 상대적으로 거칠게 연마함에 따라, 코팅층의 균일한 성상 유지가 가능하고, 수지 및 금속간 뛰어난 계면 접착성 을 갖는 코팅층 형성이 가능한 장점이 있다.

또한, 본 발명은 벤투리관 타입의 공기냉각기를 사용하여 도포된 열경화코팅제를 냉각시키면서 기포, 세공 발생을 미연에 방지할 수 있어 코팅 품질을 배가시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 열교환기 코팅방법은 고열 중합시 균일하게 분포되지 않고 파괴가 일어나기 쉬운 고 함량의 규소 입자를 갖는 열경화코팅제를 상대적으로 장시간 균일하게 교반하여 사용함에 따라 뛰어난 코팅 품질을 유지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 열교환기 코팅방법은 용접 및 제작이 용이하면서도 열교환효율이 어느 재질보다 뛰어나지만 부식되기 쉬운 탄소강의 열교환기를 티타늄 재질의 열교환기 대비 35배 이하의 저비용만으로도 티타늄 등에 버금가는 부식 특성과 상대적으로 월등히 뛰어난 열교환성능을 갖는 제품으로 변화시킬 수 있는 장점이 있다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도면에서, 도 2는 본 발명에 따른 열교환기 코팅방법의 흐름도이고, 도 3은 도 2에 도시된 열교환기 코팅방법을 실현하기 위한 예시적인 코팅설비를 보인 사시도이다. 또한, 도 4는 도 3에 도시된 열교환기의 코팅을 위한 링지그를 보인 측 면도이고, 도 5는 도 3에 도시된 열교환기의 코팅을 위한 경사회전장치의 하부모듈의 정면도이다. 또한, 도 6은 도 5에 도시된 하부모듈과 쌍을 이루는 경사회전장치의 상부모듈의 정면도이고, 도 7은 도 5, 도 6에 도시된 경사회전장치를 이용한 열경화코팅제 도포 과정을 보인 정면도이다. 도 8은 도 3에 도시된 열교환기의 코팅을 위한 공기냉각기의 단면도이고, 도 9는 도 5, 도 6에 도시된 경사회전장치 및 도 8에 도시된 공기냉각기를 이용한 회전 건조 과정을 보인 정면도이다. 또한, 도 10은 도 2에 도시된 열교환기 코팅방법의 중간 굽기(baking) 및 최종 굽기 온도그래프이고, 도 11은 도 2에 도시된 열교환기 코팅방법에 의해 코팅된 튜브의 부분 확대 단면도이다. 그리고, 도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 열교환기 코팅방법에 의해 만들어진 시편의 주사전자현미경 사진이고, 도 12d는 본 발명의 비교예를 보인 주사전자현미경 사진이다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 열교환기 코팅방법은 열교환기 표면을 세정하는 제1단계(S10)를 시작으로 개시된다.

이후 본 발명의 열교환기 코팅방법은 열경화코팅제를 교반하는 제2단계(S11), 열교환기에 링지그를 장착하는 제3단계(S12), 합성 연마재를 이용하여 열교환기의 튜브 내부를 연마하는 제4단계(S13)를 포함한다.

이후, 본 발명의 열교환기 코팅방법에서는 연마된 열교환기를 경사회전장치에 탑재되는 제5단계(S14), 열교환기의 튜브 내부에 열경화코팅제가 도포되는 제6단계(S15), 경사회전장치의 작동에 따라 열교환기가 회전될 때, 열교환기의 주변에 배치된 공기냉각기를 작동시킴에 따라 기포, 세공 발생이 방지되면서 상기 도포된 열경화코팅제가 건조되는 제7단계(S16)가 진행된다.

또한, 본 발명의 열교환기 코팅방법은 미리 설정한 온도그래프 정보에 상응하게 열교환기의 중간 굽기를 진행하는 제8단계(S17), 중간 굽기가 끝난 열교환기의 튜브 내부에 핀홀(pinhole) 탐지기를 삽입하여 핀홀 테스트를 진행하는 제9단계(S18)를 진행한다.

그런 다음, 본 발명의 열교환기 코팅방법은 상기 제5단계(S14) 내지 제9단계(S18)를 미리 설정한 회수만큼 반복하여 중간 굽기를 완성하는 제10단계(S19)를 진행한다.

본 발명의 열교환기 코팅방법은 상기 제5단계(S14) 내지 제7단계(S16)를 유한한 회수만큼 더 진행한 후 미리 설정한 온도그래프 정보에 상응하게 열교환기의 최종 굽기와 같은 제11단계(S20)를 진행한다.

이후, 최종 검사를 위한 제12단계(S21)와 열교환기 출고의 제13단계(S22)가 이루어진다.

이런 본 발명의 열교환기 코팅방법을 단계별로 더욱 상세하게 살펴본다.

제1단계( S10 ) : 열교환기 표면 세정

코팅이 요구되는 열교환기의 튜브는 탄소강 재질, 스테인리스강 또는 기타 유사한 자재로 만들어진 기계류로서 오일, 기름 등에 오염되어 있을 수 있고, 이는 코팅 전에 반드시 제거되어야 한다.

이런 세정에서는 알칼리성 그리스 제거 방식이나, 습식 그리스 제거 방식, 또는 건식 그리스 제거 방식이 사용되고, 습식 블라스팅 세척 장치를 이용할 수 있 다.

제2단계( S11 ) : 열경화코팅제 교반

본 발명에서는 [표 1]과 같은 입자 성분을 갖는 열경화코팅제를 사용한다.

열경화코팅제는 모재(母材,base material) 및 용제(solvent) 내에 상기 [표 1]의 입자들을 함유하고 있다.

모재는 열경화성수지인 페놀수지 등이 사용 가능하다. 특이점으로는 입자 비율(%) 기준으로, 26.45 ∼ 33.075%의 규소(Si) 입자를 상대적으로 과다 함유하고 있고, 반복되고 미리 설정된 열경화 또는 중합 과정을 거치면서 규소 입자를 최대한 강하게 수용할 수 있도록 되어 있다.

예컨대, 일반적인 에폭시나 폴리에틸렌 등 일반 수지를 10%이상의 규소 입자와 함께 사용할 경우, 급격한 기계적 성질의 저하로 현장사용이 불가능하거나 코팅 품질에 문제점이 발생되는 것으로 알려져 있다.

그럼에도 불구하고, 본 발명의 코팅방법에서는 상기 열경화코팅제를 사용하면서, 장시간의 교반과 함께, 하기에서 설명할 온도그래프에 상응하여 미리 설정한 회수만큼 중간 굽기 과정과 1회의 최종 굽기 과정을 통해서, 상기 과도한 규소 입자를 포함한 열경화코팅제의 완벽히 부식 문제를 해결할 수 있는 코팅이 가능해진다.

바람직하게, 열경화코팅제는 분당 1500회전을 실시하는 교반기(100)에서 24∼30시간동안 교반되고, 흐름컵(flowcup)(도시 안됨)과 희석제를 이용하여 점도를 세심하게 조정한다.

흐름컵은 내부 체적 100cc 및 하부배출구멍 직경 3mm(예 : 흐름컵 번호 4호 또는 흐름컵 번호 5호)를 갖는 것이다.

상기 열경화코팅제의 점도는 흐름컵 내부에 담은 점도 테스트용 열경화코팅제가 75초 만에 모두 빠져나가는 것을 기준으로 정해지고, 이에 대응하게 세심하게 희석제가 사용 가능하다.

제3단계( S12 ) : 열교환기에 링지그 장착

코팅 작업상 회전 작동이 요구되며, 상기 표면 세정이 끝난 열교환기(10)의 양단에는 하기의 도 3 또는 도 4를 통해 설명할 링지그(110)가 취부 가능하게 장착된다.

도 4를 참조하면 링지그(110)는 링형의 외륜프레임(111)과, 상기 외륜프레임(111)의 원주 방향을 따라 미리 정한 이격 거리를 일정하게 유지하면서 고정되고 장공 형식으로 복수의 가이드구멍을 갖는 복수의 지지판(112)과, 상기 지지판(112)의 가이드구멍에 대응하도록 동일 장공 형식으로 복수의 볼트구멍을 형성하고 있되 가이드구멍 및 볼트구멍에 체결된 복수의 조임볼트를 이용하여 상기 지지판(112)에 각각 취부되는 복수의 보정판(113)을 갖는다.

이런 보정판(113)은 가이드구멍과 볼트구멍 및 조임볼트를 이용하여 링지그(110)의 중심 쪽으로 이동 및 고정 조절(p)이 가능하여, 서로 다른 규격의 열교환기를 범용적으로 장착할 수 있도록 되어 있다.

도 3을 참조하면, 링지그(110)가 장착된 열교환기(10)는 각각의 철로에 구비된 일측 또는 타측의 이동대차(120, 121)에 실려서 이동 가능하고, 또한 도시되어 있지 않지만 호이스트를 이용한 크레인 장치에 의해 작업장 내에서 운반될 수 있다.

제4단계( S13 ) : 합성 연마재에 의한 연마

도 3을 참조하면, 상기 열교환기(10)는 일측의 이동대차(120)에 탑재된 상태로 블라스팅 작업장(131) 내부에 들어간다.

블라스팅 작업장(131)은 개폐 가능한 작업 공간으로서 적어도 1대의 블라스팅 장치(130)를 구비한다.

합성 연마재는 블라스팅 장치(130)의 압축 공기를 이용하여 열교환기(10)의 관군 각각의 튜브 내부에 분사 또는 토출된다.

블라스팅 장치(130)는 수십 분간 작업할 수 있을 정도로 충분한 합성 연마재를 블라스팅 탱크에 채우고 있다.

블라스팅 장치(130)는 블라스팅 탱크, 핸드 호스, 블라스팅 봉을 구비한 것으로서, 공기압 5∼8bar의 작동 압력을 제공한다.

특히, 블라스팅 봉의 끝단에는 플레인 타입 노즐이 결합된다.

플레인 타입 노즐은 블라스팅 봉의 내경과 동일하거나 유사한 내경을 갖고 있다. 이때 노즐의 내경은 합성 연마재의 과립(grain) 직경보다 4배에 해당하는 것이 바람직하다.

합성 연마재를 튜브 내주면 전체에 고루 분사시키도록, 노즐 및 블라스팅 봉은 열교환기(10)의 각각의 튜브 안쪽 공간에서 튜브 연장 방향을 따라 이동 속도 200∼400㎜/초로 이동되는 것이 바람직하다.

한편, 합성 연마재는 알루미늄 옥사이드 함량이 96%인 용융 알루미나 산화물 또는 강옥(鋼玉)으로서, 과립 직경 0.4∼1.6㎜를 갖고 있어서, 거칠기(Rz) 깊이 40∼60㎛를 튜브 내주면 또는 탄소강 표면에 형성할 수 있는 것이 사용된다.

이런 합성 연마재의 사용과 노즐 및 블라스팅 봉의 이동 속도에 의해서, 도 12a 내지 도 12c에 보이는 것과 같이, 상대적으로 거칠게 연마된 튜브 표면이 완성된다.

연마 완료된 열교환기(10)는 블라스팅 작업장(131)에서 빠져나오고, 크레인 장치에 연결된다.

제5단계( S14 ) : 경사회전장치에 탑재

도 3을 참조하면, 크레인 장치는 링지그(100)를 갖고 앞서 설명한 바와 같이 연마된 열교환기(10)를 들어올려서 경사회전장치(140)에 탑재시킨다.

이때, 열교환기(10)의 일측에 장착된 링지그(110)는 경사회전장치(140)의 하부모듈(141)에 구비된 아이들 롤 세트(idle roll set)에 놓여지고, 열교환기(10)의 타측에 장착된 링지그(110)는 경사회전장치(140)의 상부모듈(146)에 구비된 회동 롤 세트(rotation roll set)에 놓여진다.

도 5를 참조하면, 경사회전장치의 하부모듈(141)은 복수의 리프팅러그(lifting lugs)를 갖는 제1베이스프레임(142)과, 제1베이스프레임(142)의 4지점에서 수직하게 세워지고 높이 조절용 복수의 핀구멍(143a)을 갖는 제1기둥프레임(143)과, 상기 제1기둥프레임(143)에 삽입된 부시형 조인트(144a, 144b)를 양단에 형성하고 조절핀(143b)이 핀구멍(143a)에 삽입되어 서로 다른 높이에 위치하는 방식으로 상기 제1기둥프레임(143)에서 상향 경사진 한 쌍의 제1빔프레임(144)과, 상향 경사진 제1빔프레임(144) 상의 지지대 및 베어링블록을 이용하여 회동 가능하게 결합된 아이들 롤 세트(145)를 포함하고, 아이들 롤 세트(145)가 상기 제1빔프레임(144)의 경사각도(a)에 대응하게 경사져 있는 것이 바람직하다.

경사각도(a)는 제1베이스프레임(142)의 수평면 기준으로 9∼10도인 것이 바람직하다.

도 6을 참조하면, 경사회전장치의 상부모듈(146)은 복수의 리프팅러그(lifting lugs)를 갖는 제2베이스프레임(147)과, 제2베이스프레임(147)의 4지점에서 수직하게 세워지고 높이 조절용 복수의 핀구멍을 갖는 제2기둥프레임(148)과, 상기 제2기둥프레임(148)에 삽입된 부시형 조인트(149a, 149b)를 양단에 형성하고 조절핀이 핀구멍에 삽입되어 서로 다른 높이에 위치하는 방식으로 상기 제2기둥프레임(148)에서 하향 경사진 한 쌍의 제2빔프레임(149)과, 하향 경사진 제2빔프레임(149)을 기초로 설치된 지지대, 베어링블록 및 모터기어장치(149c)와, 모터기어장치(149c)의 출력측 회전샤프트에 커플링 되어서 동력을 전달받음에 따라 회동되는 회동 롤 세트(149d)를 포함하고, 회동 롤 세트(149d)가 아이들 롤 세트와 쌍을 이루어 경사지도록 동일한 경사각도(a)를 갖는 것이 바람직하다.

모터기어장치(149c)는 대용량 산업용 모터와, 그의 모터샤프트에 연결된 감속기어박스와, 감속기어박스의 출력측 회전샤프트에 설치된 축 커플러를 구비하여 회동 롤 세트(149d)를 회전시킬 수 있도록 전기회로적으로 구성된 모터제어기를 갖는다.

모터기어장치(149c)와 감속기어박스는 회동 롤 세트(149d) 및 아이들 롤 세트(145)를 통해 링지그(110) 및 열교환기(10)를 분당 회전속도 2∼4회전으로 회전시킬 수 있도록 세팅되어 있다.

도 7을 참조하면, 열교환기(10) 양측에 장착된 링지그(110)는 각각 경사회전장치(140)의 하부모듈(141)의 아이들 롤 세트(145)와, 상부모듈(146)의 회동 롤 세트(149d) 위에 놓이게 되며, 결국 열교환기(10)를 경사각도(a)만큼 경사지게 탑재시킨다.

이런 경사각도(a)는 하기에 설명할 열경화코팅제의 도포 과정 및 앞서 언급한 열경화코팅제의 점도와 밀접하게 관련되어 있는 것으로서, 열경화코팅제가 자중에 의해 젖은 상태로 흘러 내려가도록 하기 위한 것으로서, 이를 통해 젖은 상태의 열경화코팅제를 도포두께 25∼30㎛로 형성시킬 수 있다.

제6단계( S15 ) : 열경화코팅제 도포

도 7을 계속하여 참조하면, 교반기에서 장시간 교반되어 균질화된 열경화코팅제는, 열경화코팅제 보관 탱크에 연결된 저압 플럭스 펌프 및 그와 연결된 주입장치(101)에 의해서, 경사진 열교환기(10) 각각의 튜브 안쪽 공간으로 주입 또는 공급된다.

주입된 열경화코팅제는 앞서 측정한 점도 테스트에 따른 유동성을 갖고 있기 때문에, 경사진 열교환기의 튜브 안쪽 공간을 따라 흐르면서 도포된다.

열경화코팅제의 주입 순서는 열교환기(10) 하단에 배열된 첫 번째 튜브로부터 열교환기(10) 상단에 배열된 마지막 튜브까지 차례로 이루어진다.

이에 따라 튜브 내경 각각에서 하부쪽 내표면에는 도포두께 25∼30㎛의 열경화코팅제가 도포된다.

아울러, 모터기어장치(149c)와 회동 롤 세트(149d) 및 아이들 롤 세트(145)의 일시 작동 및 정지가 이루어져서, 열교환기(10) 및 링지그(110)가 180도 회전(r)한다.

이 상태에서 상기 열경화코팅제의 주입 순서를 반복하여, 각각의 튜브의 모든 내표면이 도포두께 25∼30㎛를 갖도록 도포되게 한다.

제7단계( S16 ) : 회전 건조

도 8에 도시된 바와 같이, 회전 건조를 위해 적어도 하나의 공기냉각기(150)가 필요하다.

공기냉각기(150)는 와류 발생을 최소화하면서, 작업 공간 주위 또는 바닥의 이물질이 열교환기 냉각 도중에 투입되지 않도록, 선형화된 공기 흐름을 지속적으로 제공하는 벤투리관(venturi tube) 타입으로 제작되어 있다.

일반 로터리날개를 이용한 송풍기(blower)나 이물질 유입 확률이 높은 덕트장치를 이용할 경우, 와류성 공기 흐림이 발생되어 건조 효율이 떨어질 염려가 있다.

공기냉각기(150)는 외부의 공압원(도시 안됨)으로부터 고압 공기(j)를 공급받는 링형 챔버부(151)와, 링형 챔버부(151)의 외부에서 병목 형상을 형성한 후 공기 토출(f) 방향을 따라 확장관 형상을 형성하는 몸체부(152)와, 상기 몸체부(152)의 병목 형상 쪽으로 고압 공기(j)를 분사시키도록 개구된 링형 노즐부(153)를 포함한다.

고압 공기(j)가 몸체부(152)의 병목 형상 내표면을 따라 유동할 경우, 병목 형상의 중앙 공간에서 음압이 생고, 그 음압에 의해 결국 링형 챔버부(151) 외부의 공기가 몸체부(152)의 내부로 흡입되는 유동이 발생되어서 공기 토출(f) 방향을 따라 선형적으로 이동한다.

도 9에 도시된 바와 같이, 공기냉각기(150) 한 개 또는 한 쌍은 열교환기(10) 주변에서, 또는 더욱 바람직하게 미리 설정한 이격배치거리(b)를 유지하면서, 열교환기(10)의 경사각도와 동일하게 경사지도록 냉각기받침대에 의해 배치되고, 결국 와류 발생이 최소화되어 선형화된 공기를 열교환기(10)의 튜브 안쪽 공간쪽으로 공급한다.

이때, 이격배치거리(b)는 60∼100㎝ 인 것이 바람직하다.

또한, 모터기어장치(149c) 및 감속기어박스는 앞서 언급한 분당 회전속도 2∼4회전으로 건조가 끝날 때까지 열교환기(10) 및 링지그(110)를 회전(r)시키되, 젖은 상태의 열경화코팅제가 중력 방향으로 몰리는 것을 방지하여 열경화코팅제의 균일 도포를 유지시켜 준다.

이와 함께 공기냉각기(150)는 도포된 열경화코팅제의 건조시에 발생하는 용제 기체를 열교환기의 튜브로부터 신속히 제거함과 함께, 도포된 열경화코팅제에서의 기포 또는 세공 발생을 미연에 방지한다.

제8단계( S17 ) : 중간 굽기

도 10을 참조하면, 본 발명의 열교환기 코팅방법은 미리 설정한 온도그래프 정보에 상응하게 열교환기의 중간 굽기를 진행한다.

중간 굽기를 비롯하여 하기에 설명할 최종 굽기는 도 3에 도시된 중합 오븐(160)에 의해 진행된다.

예컨대, 중합 오븐(160)은 직접 가열용 공기 교반기, 복수 노즐을 벽체에 배열 형성한 노즐 벽, 베이킹 챔버(baking chamber)를 갖고 있고, 가스나 연료유로 가열되며, 적어도 높이 4.5m, 폭 4.5m, 길이 13∼15m를 갖는 것이 바람직하다.

중합 오븐(160)은 열교환기 등의 중량물의 적하 및 하역을 위해 레일을 오븐 내부 공간쪽으로 연장시켜야 하며, 그 레일 위에 타측 이동대차(121)가 구비되는 것이 바람직하다. 중합 오븐(160)은 온도범위 30∼250℃ 사이에서 원하는 온도로 변동 또는 조절하기 위한 온도 측정 및 제어 시스템(도시 안됨)을 갖는다.

중합 오븐(160)의 온도 측정 및 제어 시스템은 일례로 도 10에 도시된 온도그래프를 충실히 이행할 수 있는 시스템 사양과 중간 굽기 공정 또는 최종 굽기 공정 중에 온도를 정확히 제어하도록 구성되며, 네 개의 서모커플 및 온도 기록 장비가 결합된 온도 제어용 워크스테이션급 컴퓨터 시스템으로 제작 가능하다.

이런 중합 오븐(160)에 의해서, 중간 굽기는 굽기 시작 후 120분 이내에 90℃에 도달하고, 이후 60분간의 보류 시간을 가진 뒤, 30분 이내에 최대 120℃까지 온도 추가 상승을 진행하고, 이후 30분간의 보류 시간을 가지면서, 용제 냄새가 사라지는 시점을 기준으로 즉시 가열을 종료하고 냉각시키는 것이 바람직하다.

중간 굽기는 하기에 설명할 바와 같이 6회 반복된다.

제9단계( S18 ) : 핀홀 테스트

핀홀 테스트는 중간 굽기 이후 단일 또는 반복적으로 진행될 수 있되, 검사장비의 한 종류에 해당하는 직류 고전압 방식의 핀홀 탐지기(170)(도 3참조)를 이용하되 800볼트 직류로 흠집 및 세공을 탐지한다.

제10단계( S19 ) : 중간 굽기 완성

제10단계(S19)는 상술한 제5단계(S14) 내지 제9단계(S18)를 미리 설정한 회수(예 : 5회)만큼 반복을 더 하여 중간 굽기를 완성하는 단계이다.

제11단계( S20 ) : 최종 굽기

제11단계(S20)는 상술한 제5단계(S14) 내지 제7단계(S16)를 유한한 회수 또는 복수회 더 진행한 후에 진행된다. 예컨대, 6회에 걸쳐 완성된 중간 굽기 표면에 마지막으로 열경화코팅제를 도포하고 건조한 후 도 3의 중합 오븐(160)과 도 10의 온도그래프 정보를 이용하여 최종 굽기가 진행된다.

예컨대, 중합 오븐(160)에 의해서, 최종 굽기는 굽기 시작 후 90분 이내에 110℃에 도달하고, 이후 30분간의 보류 시간을 가진 뒤, 120분 이내에 최대 200℃까지 온도 추가 상승을 진행하고, 이후 60분간의 보류 시간을 가진 다음 냉각된다.

도 11을 참조하면, 거칠게 연마된 튜브(t) 표면의 위에는 점선과 같이 6회에 걸쳐 진행된 열경화코팅제 도포, 건조 및 중간 굽기(i1∼i6)와, 그 후 진행된 열경화코팅제 도포, 건조 및 최종 굽기(e)를 통해서, 두께 200㎛로 합체 중합된 코팅층 구조(c)가 형성되었다.

도 11의 점선은 본 발명의 코팅방법의 단계를 인위적으로 구분 설명하기 위한 것일 뿐이다. 실제 코팅층 구조(c)는 도 12a 내지 도 12b에서와 같이 규소(Si) 입자를 상대적으로 과다 함유하여 입자들이 밀집된 견고한 분자구조의 단일층으로 형성된다.

제12단계( S21 ) : 최종 검사

이후, 최종 검사는 ① 비디오 내시경을 통해 육안 검사, ② 와전류 방법 또는 기타 비파괴 방법(예 : split beam microscope, X-레이 분석)을 이용한 코팅층 두께 검사, ③ 핀홀 테스트, ④ 습식 시험(금속성 모재 상의 전기적 절연층 내부에 기공 및 결함 지점을 탐지), ⑤ 아세톤 시험(코팅층의 침전 경화를 평가) 각각에 해당하는 검사장비에 의해 진행된다.

예컨대 작업현장에서 용이하게 진행되는 와전류 방법은 전자식 탐침 계기의 탐침자를 통해 발생시킨 고주파 전자기장을 코팅층 구조(c)를 갖는 튜브에 인가시켜, 도체인 튜브에 와전류를 생성시키고, 이 와전류는 진폭의 변화 및 탐침 코일 임피던스의 위상 변화를 야기하므로 튜브의 코팅층 구조의 두께 측정에 사용된다.

제13단계( S22 ) : 출고

코팅 및 검사가 끝난 열교환기는 링지그를 분리한 다음 제품 하역장에서 출고된다.

한편, 도 12a 내지 도 12c에 도시된 본 발명 관련 시편 열처리 실험결과, 도 12d에 도시된 비교예와 달리 월등한 높은 경도를 갖고, 열경화코팅제에 사용된 페놀수지의 기본 성상이나 접착 계면에서 크랙이 발생되거나 무너짐 없이 양호한 것으로 관찰된다.

즉 도 12a에서 알 수 있듯이 상대적으로 매우 거친 접착 계면에서 수지 금속간 긴밀한 접착형태를 유지하고 있으며, 도 12b 또는 도 12c에서 알 수 있듯이 보다 온도를 올려서 180℃에서 48시간 또는 그 이상을 유지하여도 수지의 기본 성상이나 접착계면에 별다른 변화가 관찰되지 않았다.

[표 2]의 본 발명 시편과 [표 3]의 비교예 시편을 이용한 상온 또는 고온에서의 경도시험의 결과에서도 3배 이상 강한 경도를 갖는 것이 확인되었다.

도 1은 종래 기술에 따른 열교환기용 관의 확대 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 열교환기 코팅방법의 흐름도이다.

도 3은 도 2에 도시된 열교환기 코팅방법을 실현하기 위한 예시적인 코팅설비를 보인 사시도이다.

도 4는 도 3에 도시된 열교환기의 코팅을 위한 링지그를 보인 측면도이다.

도 5는 도 3에 도시된 열교환기의 코팅을 위한 경사회전장치의 하부모듈의 정면도이다.

도 6은 도 5에 도시된 하부모듈과 쌍을 이루는 경사회전장치의 상부모듈의 정면도이다.

도 7은 도 5, 도 6에 도시된 경사회전장치를 이용한 열경화코팅제 도포 과정을 보인 정면도이다.

도 8은 도 3에 도시된 열교환기의 코팅을 위한 공기냉각기의 단면도이다.

도 9는 도 5, 도 6에 도시된 경사회전장치 및 도 8에 도시된 공기냉각기를 이용한 회전 건조 과정을 보인 정면도이다.

도 10은 도 2에 도시된 열교환기 코팅방법의 중간 굽기(baking) 및 최종 굽기 온도그래프이다.

도 11은 도 2에 도시된 열교환기 코팅방법에 의해 코팅된 튜브의 부분 확대 단면도이다.

도 12a는 본 발명의 열교환기 코팅방법에 의해 코팅한 시편을 160℃에서 48 시간 유지한 상태의 조직을 보인 주사전자현미경 사진이다.

도 12b는 본 발명의 열교환기 코팅방법에 의해 코팅한 시편을 180℃에서 48시간 유지한 상태의 조직을 보인 주사전자현미경 사진이다.

도 12c는 도 12b의 중요부위를 10배 확대한 주사전자현미경 사진이다.

도 12d는 본 발명의 비교예로서 일반 공업용 에폭시 코팅방법에 의해 코팅한 시편을 160℃에서 3시간 유지한 상태의 조직을 보인 주사전자현미경 사진이다.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

100 : 교반기 110 : 링지그

120, 121 : 이동대차 130 : 블라스팅 장치

131 : 블라스팅 작업장 140 : 경사회전장치

141 : 하부모듈 146 : 상부모듈

150 : 공기냉각기 160 : 중합 오븐

170 : 핀홀탐지기

Claims (13)

1. 열교환기 표면을 세정하는 제1단계;

   열경화코팅제를 교반하는 제2단계;

   열교환기에 링지그를 장착하는 제3단계;

   합성 연마재를 이용하여 열교환기의 튜브 내부를 연마하는 제4단계;

   연마된 열교환기를 경사회전장치에 탑재하는 제5단계;

   열교환기의 튜브 내부에 열경화코팅제를 도포하는 제6단계;

   경사회전장치의 작동에 따라 열교환기가 회전될 때, 열교환기의 주변에 배치된 공기냉각기를 작동시켜서 상기 도포된 열경화코팅제를 건조하는 제7단계;

   미리 설정한 온도그래프 정보에 상응하게 열교환기의 중간 굽기를 진행하는 제8단계;

   중간 굽기가 끝난 열교환기의 튜브에 대해 핀홀 테스트를 진행하는 제9단계;

   상기 제5단계 내지 제9단계를 미리 설정한 회수만큼 반복하여 중간 굽기를 완성하는 제10단계;

   상기 제5단계 내지 제7단계를 유한한 회수만큼 더 진행한 후 미리 설정한 온도그래프 정보에 상응하게 열교환기의 최종 굽기를 진행하는 제11단계;를

   포함하는 것을 특징을 하는 열교환기 코팅방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제11단계 이후에는 최종 검사를 위한 제12단계와 열교환기 출고가 이루어지는 제13단계가 더 진행되는 것을 특징으로 하는 열교환기 코팅방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제2단계는

   입자 비율(%) 기준, 26.45 ∼ 33.075%의 규소(Si) 입자를 함유한 페놀수지와 용제를 갖는 열경화코팅제를 교반기에 의해 분당 1500회전, 24∼30시간동안 교반하는 것을 특징으로 하는 열교환기 코팅방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제2단계는

   입자 비율(%) 기준, 26.45 ∼ 33.075%의 규소(Si) 입자를 함유한 페놀수지와 용제를 갖는 열경화코팅제를 내부 체적 100cc, 하부배출구멍 직경 3mm의 점도 테스트용 흐름컵(flowcup)에 담고, 상기 열경화코팅제가 하부배출구멍을 통해 75초 만에 모두 빠져나가는 것을 기준으로 열경화코팅제의 점도를 정하는 것을 특징으로 하는 열교환기 코팅방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 제4단계는

   알루미늄 옥사이드 함량 96%인 용융 알루미나 산화물로서 과립 직경 0.4∼1.6㎜, 거칠기(Rz) 깊이 40∼60㎛를 형성하는 합성 연마재와, 상기 합성 연마재의 과립 직경보다 4배에 해당하는 내경의 노즐을 갖는 블라스팅 봉과, 상기 블라스팅 봉에 연결되고 공기압 5∼8bar의 작동 압력을 갖는 블라스팅 장치를 이용하되, 상기 블라스팅 봉을 상기 열교환기 각각의 튜브 안쪽 공간에서 튜브 연장 방향을 따라 이동 속도 200∼400㎜/초로 이동시키면서 상기 합성 연마재를 분사시키는 것을 특징으로 하는 열교환기 코팅방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 제6단계와 상기 제7단계에서는

   열교환기가 경사각도 9∼10도로 경사지도록 경사회전장치에서 탑재되어, 분당 회전속도 2∼4회전으로 회전되는 것을 특징으로 하는 열교환기 코팅방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 제7단계는

   상기 열교환기의 주변에서 이격배치거리 60∼100㎝를 유지하면서 배치된 적어도 하나의 벤투리관 타입의 공기냉각기를 이용하여 튜브 내부에 도포된 열경화코팅제를 선형화된 공기로 건조시키는 것을 특징으로 하는 열교환기 코팅방법.
8. 제1항에 있어서,

   상기 제8단계는

   온도범위 30∼250℃ 사이에서 온도 제어가 가능한 중합 오븐을 이용하여, 굽기 시작 후 120분 이내에 90℃에 도달하고, 이후 60분간의 보류 시간을 가진 뒤, 30분 이내에 최대 120℃까지 온도 추가 상승을 진행하고, 이후 30분간의 보류 시간을 가지면서, 용제 냄새가 사라지는 시점을 기준으로 즉시 가열을 종료하여 냉각시키는 것을 특징으로 하는 열교환기 코팅방법.
9. 제1항에 있어서,

   상기 제11단계는 상기 제5단계 내지 상기 제7단계를 더 진행한 후, 온도범위 30∼250℃ 사이에서 온도 제어가 가능한 중합 오븐을 이용하여, 굽기 시작 후 90분 이내에 110℃에 도달하고, 이후 30분간의 보류 시간을 가진 뒤, 120분 이내에 최대 200℃까지 온도 추가 상승을 진행하고, 이후 60분간의 보류 시간을 가진 다음 냉각시키는 것을 특징으로 하는 열교환기 코팅방법.
10. 청구항 1 내지 청구항 9 중의 어느 한 항의 열교환기 코팅방법에 의해 만들어진 코팅층 구조.
11. 청구항 1 내지 청구항 9 중의 어느 한 항의 열교환기 코팅방법에 사용되는 열교환기 코팅장치에 있어서,

    상기 열교환기 양단에 취부 가능하게 장착되는 적어도 하나의 링지그;

    상기 링지그가 장착된 열교환기를 이동시키기 위한 적어도 하나의 이동대차;

    상기 링지그가 장착된 열교환기를 들어올려 이동시키는 크레인 장치;

    상기 열교환기의 튜브 내표면을 합성 연마재로 연마하는 블라스팅 장치 및 블라스팅 작업장;

    상기 링지그가 장착된 열교환기를 경사각도 9∼10도로 경사진 상태에서 회전시키도록 하부모듈과 상부모듈을 한 쌍으로 구비한 경사회전장치;

    상기 열교환기 주위에 배치된 공기냉각기;

    상기 열교환기의 튜브에 도포되는 열경화코팅제를 교반시키는 교반기;

    상기 교반기에서 장시간 교반되어 균질화된 열경화코팅제를 튜브에 주입시키는 저압 플럭스 펌프가 결합된 주입장치;

    상기 열경화코팅제가 도포된 열교환기를 미리 설정한 회수만큼 중간 굽기 과정을 수행하고 1회의 최종 굽기 과정을 수행하는 중합 오븐;

    상기 중합 오븐을 통해 형성된 코팅층 구조를 형성한 열교환기를 테스트하는 검사장비;를

    포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기 코팅장치.
12. 제11항에 있어서,

    상기 링지그는

    링형의 외륜프레임;

    상기 외륜프레임의 원주 방향을 따라 미리 정한 이격 거리를 일정하게 유지하면서 고정되고 장공 형식으로 복수의 가이드구멍을 갖는 복수의 지지판;

    상기 지지판의 가이드구멍에 대응하도록 동일 장공 형식으로 복수의 볼트구멍을 형성하고 있고 가이드구멍 및 볼트구멍에 체결된 복수의 조임볼트로 상기 지지판에 각각 취부되는 보정판;을

    포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기 코팅장치.
13. 제11항에 있어서,

    상기 공기냉각기는

    외부의 공압원으로부터 고압 공기를 공급받는 링형 챔버부;

    상기 링형 챔버부의 외부에서 병목 형상을 형성한 후 공기 토출 방향을 따라 확장관 형상을 형성하는 몸체부;

    상기 몸체부의 병목 형상 쪽으로 고압 공기를 분사시키도록 개구된 링형 노즐부;를

    포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기 코팅장치.

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