KR101214014B1 - 판형 열교환기 융착방법 - Google Patents

Abstract

본발명은 판형 열교환기 융착방법에 관한 것으로, 열교환판 융착방법에 있어서, 상기 융착방법은 먼저 프레스공정에서 성형된 다수 개의 열교환판을 상하로 적층하되, 다수 개의 스테인레스 열교환판 사이에 동판들이 결합되게 하고, 이를 노 내부에 장입한 후, 각각 다른 온도구간에서 다른 시간 동안 가열하되, 3단계는 순차적으로 온도를 올려가며 가열하고, 마지막 1단계는 온도를 내려서 가열하는 것으로, 본발명은 제품을 제조하는 공정이 간단하고 제작경비가 적게 들며, 또한 제작이 정확해서 하자가 발생하지 않는 현저한 효과가 있다.

Description

판형 열교환기 융착방법{fusion method of plate type heat exchanger}

본발명은 판형 열교환기 융착방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 프레스 공정에 의해 제작된 다수 개의 열교환판과 동판을 서로 융착하여 결합하는 열교환판 융착방법에 관한 것이다.

다수 개의 열교환판과 동판을 서로 융착하여 결합하는 열교환판 융착방법에 관하여, 등록실용신안공보 등록번호 20-0409691호에는 종래기술의 문제점이 기재되어 있고, 이는 압축천연가스(CNG) 차량에 있어서, 가열된 엔진 냉각수를 이용하여 연료가스의 온도를 높여주는 기능을 수행하는 열교환기는 일반적으로 스테인리스강(stainless steel)으로 성형된 여러 장의 열교환판들로 구성되고, 상기 열교환판들 사이에는 플레이트(즉, flat-face한 면을 가지는) 타입의 동판이 삽입되고, 이들은 브레이징 접합되어 하나의 판형열교환기로 제작된다. 이때 상기 동판은 용재(copper plate)로 사용되고, 상기 스테인리스강은 모재로 사용되며, 작업온도는 약 1200Deg. 정도의 고열에서 접합된다.

즉, 종래 기술에 따른 판형 열교환기의 브레이징 방법은 평평한 면을 가지는 동판과 V자 형상(주름진 형상)의 전열유로가 형성된 열교환판(heating plate)을 순차적으로 적층시켜 브레이징 한다. 이때 상기 동판은 용재로써 고온에서 녹아 스테인리스강판이 적층된 사이로 모세관 현상에 의해 동판이 녹아서 냉각과정에 의해 스테인리스 판재들에 접합되어진다.

그러나, 위와같은 종래의 브레이징 방법은 평평한 형상의 동판을 사용하기 때문에 상기 동판이 고온의 분위기 온도(Environment Temperature) 상태에서 녹아서 열교환판의 형상을 따라 일정하게 브레이징될 수 없을 뿐만 아니라, 상기 열교환판의 제조과정에서 항상 클리어런스(공차)를 길이방향으로 깊이 0.1~0.2mm 정도를 주기 때문에 이 과정에서 평평한 형태의 동판이 상기 공차를 가진 열교환판 면을 따라 일정하게 브레이징된다는 것은 거의 불가능하였다.

또한, 이와 같이 제작된 종래의 판형 열교환기는 열교환판 자체의 클리어런스와 상기 열교환판을 적층시의 누적 공차로 인해 브레이징 작업시에 동판은 고온의 진공상태에서 브레이징시에 모세관 현상에 의해 접촉된 부분을 브레이징 하지만 동판의 형상에 의해 균일하거나 완벽하게 접합되지 않고 열교환판 사이에 일부 접합되지 않아 갭이 형성되기 때문에 열교환기의 강도와 효율이 현저히 떨어져 장기간 사용시에는 열교환판들의 간격이 서로 벌어지게 되고, 또한 열교환시에 고압의 내압에 견딜 수가 없어 누수(Leakage) 현상이 발생하거나 열교환기가 쉽게 파손되는 단점이 있었다.

또한, 종래에는 스테인레스강으로 성형된 열교환판과 접합되는 동판의 표면에는 상기 열교환판에 형성된 전열유로가 형성되어 있지 않고 단순히 평평한 면(Flat Surface)을 이루고 있기 때문에 열교환시에 열효율이 현저히 떨어지게 되고 또한 브레이징 작업이 제대로 이루어지지 않는 단점이 있다고 기재되어 있다.

따라서 이를 해결하기 위해 상기 종래기술인 등록실용신안공보 등록번호 20-0409691호는 전면커버와 후면커버로 구성되며, 상기 전/후면 커버 사이에는 냉각수 또는 연료가스가 유입되고 배출되는 포트와 V자형전열유로가 각각 형성된 동판 및 스테인리스강판으로 이루어진 열교환판을 포함하여 구성된 압축천연가스의 연소를 위한 에어 드라이어용 판형 열교환기의 구조에 있어서, 상기 전면커버와 열교환판 사이에는 보강판이 삽입되며, 상기 보강판은 테두리면을 따라 절곡되어 상기 스테인리스강판의 테두리면을 감싸면서 브레이징으로 접합됨을 특징으로 하는 압축천연가스의 연소를 위한 에어 드라이어용 판형 열교환기가 공개되어 있다.

또한, 등록실용신안공보 등록번호 20-0428659호에는 다수매의 열교환판을 적층시켜 구성한 판형 열교환기에 있어서, 상기 열교환판은 A타입과 B타입으로 구성되고, 각 모서리부에는 선택적으로 천공되기 위한 제1 포트구역이 형성되고, 중앙에는 선택적으로 천공되기 위한 제2 포트구역이 각각 형성되며; 상기 A타입 열교환판의 제1 포트구역은 일정깊이의 홈 모양으로 형성되고, 상기 제2 포트구역은 돌출 형성되며; 상기 B타입 열교환판의 제1 포트구역은 돌출 형성되고, 상기 제2 포트구역은 일정깊이의 홈 모양으로 형성됨을 특징으로 하는 판형 열교환기의 열교환판 구조가 공개되어 있다.

그러나 상기 종래기술들은 제품을 제조하는 공정이 복잡하고 제작경비가 많이 들며, 또한 제작이 정확하지 않아서 하자가 많이 발생하는 단점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 제품을 제조하는 공정이 간단하고 제작경비가 적게 들며, 또한 제작이 정확해서 하자가 발생하지 않는 판형 열교환기 융착방법을 제공하고자 하는 것이다.

본발명은 판형 열교환기 융착방법에 관한 것으로, 판형 열교환기 융착방법에 있어서, 상기 융착방법은 먼저 프레스공정에서 성형된 다수 개의 열교환판을 상하로 적층하되, 다수 개의 스테인레스 열교환판 사이에 동판들이 각각 결합되게 하고, 이를 노 내부에 장입한 후, 각각 다른 온도구간에서 다른 시간 동안 가열하되, 1단계에서부터 3단계까지는 순차적으로 온도를 올려가며 가열하고, 마지막 4단계는 온도를 내려서 가열하는 것을 특징으로 한다.

본발명은 판형 열교환기를 제조하는 공정이 간단하고 제작경비가 적게 들며, 또한 제작이 정확해서 하자가 발생하지 않는 현저한 효과가 있다.

도 1은 본발명 판형 열교환기 전면 사진
도 2는 본발명 판형 열교환기 배면 사진
도 3은 본발명 판형 열교환기 측면 사진
도 4는 본발명 판형 열교환기의 제1타입 열교환판 전면 사진
도 5는 본발명 판형 열교환기의 제1타입 열교환판 배면 사진
도 6은 본발명 판형 열교환기의 제1타입 열교환판 배면 상세 사진
도 7은 본발명 판형 열교환기의 제1타입 동판 전면 상세 사진
도 8은 본발명 판형 열교환기의 제1타입 동판 배면 상세 사진
도 9는 본발명 판형 열교환기의 제2타입 열교환판 전면 사진
도 10은 본발명 판형 열교환기의 제2타입 열교환판 배면 사진
도 11은 본발명 판형 열교환기의 제2타입 동판 전면 상세 사진
도 12는 본발명 판형 열교환기의 제2타입 동판 배면 상세 사진
도 13은 본발명 판형 열교환기 절단사진
도 14는 본발명 판형 열교환기 절단면 상세사진

본발명은 판형 열교환기 융착방법에 관한 것으로, 판형 열교환기 융착방법에 있어서, 상기 융착방법은 먼저 프레스공정에서 성형된 다수 개의 열교환판을 상하로 적층하되, 다수 개의 스테인레스 열교환판 사이에 동판들이 각각 결합되게 하고, 이를 노 내부에 장입한 후, 각각 다른 온도구간에서 다른 시간 동안 가열하되, 1단계부터 3단계까지는 순차적으로 온도를 올려가며 가열하고, 마지막 4단계는 온도를 내려서 가열하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 융착방법은 먼저 프레스공정에서 성형된 다수 개의 열교환판을 상하로 적층한 상태에서 노 내부에 장입한 후, 750 ~ 850℃에서 30 ~ 60분 가열한 후, 다시 900 ~ 1070℃에서 30 ~ 60분 가열하고, 그리고 1080 ~ 1150℃에서 30 ~ 120분 가열한 후, 온도를 내려 750 ~ 950℃에서 1 ~ 20분간 가열하여, 융착을 완료하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 융착방법은 열교환판 융착이 완료된 후, 노내에서 냉각시키는 냉각공정을 더 포함하되, 냉각공정에서는 질소냉각을 하되, 냉각액체에서 기화된 상태의 질소를 노 내부에 불어넣어서 60℃ 이하로 온도가 내려가게 하며, 그 상태에서 30분 정도 경과한 후에 상호 융착된 열교환판들을 노에서 꺼집어 내는 것을 특징으로 한다.

본발명을 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본발명 판형 열교환기 전면 사진, 도 2는 본발명 판형 열교환기 배면사진, 도 3은 본발명 판형 열교환기 측면 사진, 도 4는 본발명 판형 열교환기의 제1타입 열교환판 전면 사진, 도 5는 본발명 판형 열교환기의 제1타입 열교환판 배면사진, 도 6은 본발명 판형 열교환기의 제1타입 열교환판 배면 상세 사진, 도 7은 본발명 판형 열교환기의 제1타입 동판 전면 상세 사진, 도 8은 본발명 판형 열교환기의 제1타입 동판 배면 상세 사진, 도 9는 본발명 판형 열교환기의 제2타입 열교환판 전면 사진, 도 10은 본발명 판형 열교환기의 제2타입 열교환판 배면 사진, 도11은 본발명 판형 열교환기의 제2타입 동판 전면 상세 사진, 도 12는 본발명 판형열교환기의 제2타입 동판 배면 상세 사진, 도 13은 본발명 판형 열교환기 절단사진, 도 14는 본발명 판형 열교환기 절단면 상세사진이다.

본발명 판형 열교환기는 스테인레스강(stainless steel)으로 성형된 여러 장의 열교환판들로 구성되고, 상기 열교환판들 사이에는 동판이 각각 삽입되고, 이들은 브레이징 접합되어 하나의 판형열교환기로 제작된다. 적층순서는 보통 전면커버가 전면에 설치되고, 상기 전면커버 하부에 열교환판, 동판, 열교환판, 동판과 같이 교대로 적층된다. 그리고 마지막으로 후면커버가 결합된다.

그리고 열교환판과 동판은 도 4, 7에 자세히 도시된 바와 같이, 전면에 돌기(40)가 형성되는 제1타입 열교환판, 동판과, 도 9, 11에 자세히 도시된 바와 같이, 상기 돌기(40)와 대응되게 홈이 형성되는 제2 타입 열교환판, 동판으로 구성된다.
구체적으로는 전면으로부터 전면커버, 제1타입의 열교환판, 제1타입의 동판, 제2타입의 열교환판, 제2타입의 동판, 제1타입의 열교환판, 제1타입의 동판, 제2타입의 열교환판, 제2타입의 동판, 후면커버 순으로 적층되며 결합된다. 제1타입의 열교환판, 제1타입의 동판, 제2타입의 열교환판, 제2타입의 동판에는 ‘v’자 형상의 다수 개의 돌출부와 이에 대응되는 ‘v’자 형상의 다수 개의 홈이 형성되어 서로 결합되게 된다.
특히 제1열교환판 전면의 돌기, 제1열교환판 배면의 홈, 제1동판의 돌기, 제1동판 배면의 홈, 제2열교환판 전면의 돌기, 제2열교환판 배면의 홈, 제1동판 전면의 돌기, 제1동판 배면의 홈 순으로 결합이 공고히 되며 결합되는 것이다.

이때 상기 동판은 용재로써 고온에서 녹아 스테인레스강판이 적층된 사이로 모세관 현상에 의해 동판이 녹아서 냉각과정에 의해 스테인리스 판재들에 접합되어진다.

그리고 본발명은 가열온도와 가열시간을 달리하여 순차적으로 가열하는 것으로, 판형 열교환기 융착방법에 있어서, 상기 융착방법은 먼저 프레스공정에서 성형된 다수 개의 열교환판과 동판을 각각 상하 교대로 적층한 상태에서 노 내부에 장입한다.

그리고 각각 다른 온도구간에서 다른 시간 동안 가열하되, 처음 1단계부터 3단계는 순차적으로 온도를 올려가며 가열하고, 마지막 4단계는 온도를 내려서 가열하는 것이다.

또한, 상기 융착방법은 먼저 프레스공정에서 성형된 다수 개의 열교환판을 상하로 적층하되, 다수 개의 스테인레스 열교환판 사이에 동판들이 각각 결합되게 하고, 이를 노 내부에 장입한 후, 750 ~ 850℃에서 30 ~ 60분 가열한 후, 다시 900 ~ 1070℃에서 30 ~ 60분 가열하고, 그리고 1080 ~ 1150℃에서 30 ~ 120분 가열한 후, 온도를 내려 750 ~ 950℃에서 1 ~ 20분간 가열하여, 융착을 완료하게 된다.

먼저 1단계에서 750 ~ 850℃에서 30 ~ 60분 가열하는 것은 1차 예열단계로서, 상기 예열온도가 750 ℃미만이면 예열이 충분하지 않아서 최종단계인 가열단계의 융착작업이 곤란하며, 850℃를 초과하면, 바로 융착단계로 되어 제품불량이 발생하게 되는 단점이 있다. 가열시간도 30분 미만이면 예열이 충분하지 않으며, 60분을 초과하면 바로 융착단계로 되어 제품불량이 발생하기 쉽다.

다음 2단계에서 900 ~ 1070℃에서 30 ~ 60분 가열하는 것은 2차 예열단계로서, 상기 2차 예열온도가 900℃미만이면 예열이 충분하지 않아서 다음단계인 가열단계의 융착작업이 곤란하며, 1070℃를 초과하면 예열이 충분히 되지 않은 상태에서 바로 가열단계로 되어 제품불량이 발생하는 단점이 있다. 가열시간도 30분 미만이면 예열이 충분하지 않으며, 60분을 초과하면 예열이 충분히 되지 않은 상태에서 융착단계로 되어 제품불량이 발생하기 쉽다.

다음 3단계에서 1080 ~ 1150℃에서 30 ~ 120분 가열하는 것은 융착단계로서, 상기 가열온도가 1080 ℃미만이면 가열이 충분하지 않아서 융착이 잘되지 않으며, 1150℃를 초과하면, 과열이 되어 제품불량이 발생하게 되는 단점이 있다. 가열시간도 30분 미만이면 융착이 충분히 되지 않으며, 120분을 초과하면 과열이 되어 제품불량이 발생하기 쉽다.

다음 4단계에서 750 ~ 950℃에서 1 ~ 20분간 가열하는 것은 안정단계로서, 상기 가열온도가 750℃미만이면 급속 냉각되어 제품에 결함이 발생하며, 950℃를 초과하면, 제품에 가해진 열이 식지 않고 온도에 따른 변형이 발생하고 제품이 안정상태가 되지 않아 마찬가지로 제품불량이 발생하게 되는 단점이 있다. 가열시간도 1분 미만이면 바로 급속 냉각되며, 20분을 초과하면 제품에 가해진 열이 식지 않고 온도에 따른 변형이 발생하고 제품이 안정상태가 되지 않아 마찬가지로 제품불량이 발생하기 쉽다.

한편, 본발명 상기 융착방법은 열교환판과 동판 융착이 완료된 후, 노내에서 냉각시키는 냉각공정을 더 포함하되, 냉각공정에서는 질소냉각을 하는 것으로, 냉각액체에서 기화된 상태의 질소를 노 내부에 불어넣어서 노 내부 온도가 60℃ 이하로 내려가게 하며, 그 상태에서 30분 정도 경과한 후에 상호 융착된 열교환판들을 노에서 꺼집어 내게 된다.

따라서 본발명은 판형 열교환기를 제조하는 공정이 간단하고 제작경비가 적게 들며, 또한 제작이 정확해서 하자가 발생하지 않는 현저한 효과가 있다.

10 : 열교환판 20 : 동판
30 : 유체흐름구멍 40 : 돌기
50 : 홈

Claims (3)

1. 전면커버가 전면에 설치되고, 상기 전면커버 하부에 스테인레스 열교환판, 동판, 스테인레스 열교환판, 동판 순서로 교대로 적층되고, 마지막으로 후면에 후면커버가 결합되는 판형 열교환기 융착방법에 있어서, 상기 열교환판과 동판은 제1타입과 2타입의 두 개의 타입으로 구성되며, 제1타입의 열교환판, 제1타입의 동판, 제2타입의 열교환판, 제2타입의 동판에는 각각 ‘v’자 형상의 다수 개의 돌출부와 이에 대응되는 ‘v’자 형상의 다수 개의 홈이 형성되어 서로 결합되게 되며, 또한 제1열교환판 전면의 돌기, 제1열교환판 배면의 홈, 제1동판의 돌기, 제1동판 배면의 홈, 제2열교환판 전면의 돌기, 제2열교환판 배면의 홈, 제1동판 전면의 돌기, 제1동판 배면의 홈 순으로 결합이 공고히 되며 결합되는 것이며,
   상기 융착방법은 먼저 프레스공정에서 성형된 다수 개의 열교환판을 상하로 적층하되, 다수 개의 스테인레스 열교환판 사이에 동판들이 각각 결합되게 하고, 이를 노 내부에 장입한 후, 각각 다른 온도구간에서 다른 시간 동안 가열하되, 1차예열단계인 1단계, 2차예열단계인 2단계, 융착단계인 3단계까지는 순차적으로 온도를 올려가며 가열하고, 마지막 안정단계인 4단계는 온도를 내려서 가열하되,
   상기 융착방법은 먼저 프레스공정에서 성형된 다수 개의 열교환판을 상하로 적층한 상태에서 노 내부에 장입한 후, 1차예열단계인 1단계에서 750 ~ 850℃에서 30 ~ 60분 가열한 후, 다시 2차예열단계인 2단계에서 900 ~ 1070℃에서 30 ~ 60분 가열하고, 그리고 융착단계인 3단계에서 1080 ~ 1150℃에서 30 ~ 120분 가열한 후, 안정단계인 4단계에서 온도를 내려 750 ~ 950℃에서 1 ~ 20분간 가열하여, 융착을 완료하는 것이며,
   또한, 상기 융착방법은 열교환판 융착이 완료된 후, 노내에서 냉각시키는 냉각공정을 더 포함하는 것으로, 상기 냉각공정에서는 질소냉각을 하되, 냉각액체에서 기화된 상태의 질소를 노 내부에 불어넣어서 60℃ 이하로 온도가 내려가게 하며, 그 상태에서 30분 정도 경과한 후에 상호 융착된 열교환판들을 노에서 꺼집어내는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기 융착방법
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