KR101359778B1

KR101359778B1 - 쉘앤튜브 용접방법

Info

Publication number: KR101359778B1
Application number: KR1020130108889A
Authority: KR
Inventors: 박신규; 주정철
Original assignee: 세원셀론텍(주)
Priority date: 2013-09-11
Filing date: 2013-09-11
Publication date: 2014-02-06

Abstract

본 발명은 쉘앤튜브 용접방법에 관한 것으로, 상세하게는 쉘앤튜브 열교환기의 튜브시트에 관통 형성된 튜브삽입홀에 튜브를 용접 결합하는 쉘앤튜브 용접방법에 있어서, 상기 튜브시트의 일측면에 상기 튜브삽입홀로부터 외주방향을 향해 소정의 거리만큼 이격된 환형의 튜브시트홈을 함몰 형성하는 튜브시트홈 형성단계와, 상기 튜브시트의 튜브삽입홀 내부로 상기 튜브와 동일한 직경으로 형성된 원통 형상의 튜브접합부재를 삽입하는 튜브접합부재 삽입단계와, 상기 튜브의 타단이 상기 튜브접합부재의 일단에 접촉함과 동시에 상기 튜브시트홈의 함몰된 간격 범위 내에 위치하도록 상기 튜브의 타단을 상기 튜브시트의 일측방향으로 삽입하는 튜브 삽입단계와, 상기 튜브시트의 타측면에 상기 튜브접합부재의 타단을 용접결합하는 튜브측 용접단계와, 용접토치가 상기 튜브접합부재의 내부로 삽입되어 상기 튜브시트의 일측면에 상기 튜브접합부재의 일단과 상기 튜브의 타단을 용접결합하는 쉘측 용접단계를 포함하는 쉘앤튜브 용접방법이다.

Description

쉘앤튜브 용접방법{WELDING METHOD FOR SHELL AND TUBE}

본 발명은 쉘앤튜브 열교환기의 튜브시트와 튜브의 용접방법에 관한 것이다.

쉘앤튜브(Shell and Tube) 열교환기는 두 개의 튜브시트(Tube Sheet)와 상기 튜브시트를 연결한 복수의 튜브(Tube)으로 구성되며, 그 바깥은 원통 형상의 동체인 쉘(Shell)로 밀폐되는 구성이다. 쉘앤튜브(Shell and Tube) 열교환기는 가열 및 냉각·응축·기화 등 다양한 열교환에 사용된다.

일반적인 쉘앤튜브 열교환기의 구성은 도 1에 도시된 바와 같이 튜브측(Tube Side)과 쉘측(Shell Side)에 각각 다른 유체가 유입·유출되면서, 상호 간에 열교환이 이루어진다. 상기 쉘측 유체의 이동경로를 살펴보면 쉘측유입구(S-S-I, Shell Side Inlet)에 유입되고 쉘(Shell) 내에 형성된 복수의 배플판(30)에 의해 유체는 지그재그로 통과되어 쉘측유출구(S-S-O, Shell Side Outlet)를 통해 유출된다. 튜브(10)는 양측의 튜브시트(20)에 의해 용접결합되어 상기 튜브(10) 내의 유체와 상기 쉘(Shell) 내의 유체가 혼합되는 것을 방지한다. 튜브측 유체의 이동경로를 살펴보면 튜브측유입구(T-S-I, Tube Side Inlet)에 유입되고 쉘(Shell) 내부를 통과하는 상기 튜브(10)에 유체가 유입되어 상기 쉘 내부의 유체의 열과 상호 열교환을 한 후 튜브측유출구(T-S-O, Tube Side Outlet)를 통해 유출된다.

이때, 상기 쉘측과 튜브측의 각기 다른 유체의 혼합을 방지하기 위하여 상기 쉘측의 내부를 통과하는 상기 튜브(10)가 상기 쉘측 내부와 완전히 차단되어야 하므로, 상기 튜브(10)는 상기 쉘의 양측에 두 개가 서로 마주보며 대칭되게 형성된 상기 튜브시트(20)에 용접 결합된다.

쉘앤드튜브 열교환기의 상기 튜브시트(20)와 튜브(10)의 용접결합방법의 종래 기술로는 도 1에 확대 도시된 바와 같이 상기 튜브시트(20)에는 복수의 튜브삽입홀(H)이 형성되고, 상기 튜브(10)를 상기 튜브시트(20)의 튜브삽입홀(H)에 각각 삽입한 상태에서 상기 튜브(10)를 확관시켜 상기 튜브시트(20)에 밀착고정시킨다. 그 후, 상기 튜브(10)와 상기 튜브시트(20) 사이에 튜브측 용접(웰딩, Welding)을 실시하여 상기 튜브(10)와 튜브시트(20)를 결합시킨다. 여기서, 튜브측 용접(웰딩)이란 튜브측으로 유출·유입되는 유체가 상기 튜브(10)와 상기 튜브시트(20) 사이로 침투하는 것을 막는 용접으로, 상기 튜브(10)와 상기 튜브시트(20)의 결합시의 바깥쪽 부분(즉, 튜브측으로 유출·유입되는 유체와 접하는 부분)에 대한 용접이다.

상기 튜브(10)의 확관를 거쳐 튜브측을 용접하더라도 쉘측의 상기 튜브시트(20)와 튜브(10)가 완전밀착이 되지 않고, 미세한 틈새가 발생하고 이로 인하여 틈새부식에 의하여 상기 튜브(10)에 파공이 발생하였다. 이를 해결하고자 상기 튜브시트(20) 상에 튜브홈(12)과 튜브시트홈(22)을 각각 형성한다. 상기 튜브홈(12)은 상기 튜브(10)의 확관시 상기 튜브(10)의 일정부분이 상기 튜브홈(12)에 삽입되어 결합력이 높아지도록 하기 위한 것이며, 상기 튜브시트 홈(22)은 쉘측 용접시 작업을 용이하게 하기 위함이다.

상기 튜브홈(12)은 상기 튜브시트(20)의 튜브삽입홀(H)의 내면에 형성하고, 상기 튜브삽입홀(H)에 상기 튜브(10)를 삽입한 후 확관시키면 상기 튜브시트(20)에 상기 튜브(10)가 더욱 밀착되어 결합된다. 그 후, 쉘측 용접(웰딩, Welding)을 실시하는데, 쉘측 용접이란 쉘측으로 유입되는 유체에 의해서 상기 튜브(10)의 파공과 부식을 방지하기 위하여 상기 튜브(10)와 상기 튜브시트(20) 사이로 침투하는 것을 막는 용접으로, 상기 튜브(10)와 튜브시트(20)의 결합 안쪽부분(즉, 쉘측으로 유입·유출되는 유체와 접하는 부분)에 대한 용접이다. 쉘측 용접은 상기 튜브시트(20)의 안쪽 측면에 튜브시트 홈(22)을 형성하고, 용접토치(T)를 이용하여 용접이 이루어진다. 상기 용접토치(T)에 의해 모재인 상기 튜브(10)는 상기 튜브시트홈(22)에 의해 형성된 튜브시트하단접합부(23)와 함께 상기 튜브시트(20)의 외측에서 직접 용접이 이루어진다.

여기서, 상기 튜브시트(20)의 측면에 튜브시트홈(22)을 형성하는 이유는 쉘측 용접시 상기 튜브시트(20) 전체를 가열할 필요가 없이 상기 튜브시트홈(22)에 의해 형성된 상기 튜브시트하단접합부(23)에 대해서만 가열하면 용접이 가능하도록 한 것이다. 상기 튜브(10)의 두께는 대략 1.6mm 정도이므로, 상기 튜브시트홈(22)에 의해 형성된 상기 튜브시트하단접합부(23)의 두께도 상기 튜브(10)의 두께와 동일하게 형성하면 상기 튜브시트(20) 전체를 가열할 필요 없이 상기 튜브시트하단접합부(23)에만 국부적으로 가열하면 용접이 이루어지므로 용접시 필요한 열의 소모량을 줄이고 이에 따라 용접 효율을 높일 수 있다. 또한, 상기 튜브시트홈(22)은 상기 튜브시트(20)의 측면에 형성되는데, 상기 튜브(10)가 삽입되는 튜브삽입홀(H)에서 미리 정해진 거리만큼 이격된 형태로 상기 튜브삽입홀(H) 주위에 원호 형상으로 형성된다.

상기 튜브시트(20)와 튜브(10)의 내외측에 대한 용접 즉, 상기 튜브시트(20)와 상기 튜브(10)와의 용접결합인 튜브측(외측) 용접과 쉘측(내측) 용접이 각각 이루어지는데, 용접순서는 튜브측(외측) 용접과 쉘측(내측) 용접 중 어느 곳을 먼저 용접하더라도 상관없다.

그러나, 상기 종래 기술은 쉘측 용접시 상기 용접토치(T)에 의해 모재인 상기 튜브(10)가 상기 튜브시트홈(22)에 의해 형성된 튜브시트하단접합부(23)와 함께 상기 튜브시트(20)의 외측에서 직접 용접되는 방식인데, 상기 튜브시트(20)의 쉘측에 하나의 튜브(10)만 용접되는 것이 아니라 수십 내지 백 개 이상의 튜브(10)가 용접된다. 따라서, 상기 튜브시트(20)의 쉘측의 외측에서 직접 용접하는 방법은 바람직하긴 하지만, 현실적으로 다수의 튜브(10)를 상기 튜브시트(20)에 용접 결합해야 하므로 공간이 협소하여 용접토치(T)를 접근시킬 만한 공간확보가 어렵고 이로 인한 용접이 불가능한 부분이 발생된다. 즉, 상기 튜브시트(20)의 쉘측에 용접되는 상기 튜브(10)의 외측에 상기 용접토치(T)로 직접 용접하고자 할 때 상기 튜브시트(20) 바깥쪽에 있는 몇 개의 튜브(10)는 용접 가능할지라도 인접하는 다른 튜브(10)나 안쪽에 결합해야 하는 또 다른 튜브(10)의 용접시에 상기 튜브(10)와 튜브(10) 상호 간에 간섭이 발생하여 용접이 어렵고 작업효율이 현저히 떨어지며 완전한 용접 작업의 수행이 힘들다는 문제점이 있다.

또 다른 종래 기술로는 도 2에 도시된 바와 같이 쉘측의 유체가 상기 튜브(10)와 튜브시트(20) 사이로 침투하여 상기 튜브(10)에 발생하는 파공과 부식을 방지하기 위한 것으로 쉘측에 대한 용접시 상기 튜브(10)의 내부로 용접토치(T)를 삽입하여 용접(W)을 실시하는 방법이다. 상기 용접토치(T)가 상기 튜브(10)의 내부에 삽입되어 모재인 상기 튜브(10)에 먼저 용접 열이 가해지고, 상기 튜브(10)를 거쳐 상기 시트홈(22)에 의해 형성된 상기 튜브시트하단접합부(23)에 용접 열이 간접적으로 전달되어 용해되면서 상기 튜브(10)와 상기 튜브시트(20)의 튜브시트하단접합부(23)가 용접 결합되는 방식이다.

여기서, 상기 튜브(10)의 내부로 상기 용접토치(T)를 삽입하여 용접하는 이유는, 상기 튜브시트(20)에 삽입되는 다수개의 상기 튜브(10)를 쉘측의 외측에서 용접토치(T)로 직접 용접할 경우 상기 튜브(10)와 튜브(10) 사이의 협소한 공간에 용접토치(T)를 접근시켜 용접하기가 어렵고 용접을 하더라도 불량이 발생하므로 상기 튜브(10)의 내부로 상기 용접토치(T)를 삽입하여 용접하게 된다.

또한, 상기 튜브시트(20)와 튜브(10)의 내외측에 대한 용접, 즉 상기 튜브시트(20)와 상기 튜브(10)와의 용접결합인 튜브측(외측) 용접과 쉘측(내측) 용접이 각각 이루어지는데, 용접순서는 어디를 먼저 하는지 상관없다.

상기 도 2의 종래 기술은 쉘측의 용접시 상기 튜브시트(20)에 복수의 상기 튜브(10)를 삽입한 상태에서 상기 튜브(10)의 내부로 용접토치(T)를 삽입하여 용접하는 방식이다. 그러나, 상기 튜브(10)의 외주에 용접 결합되는 상기 튜브시트(20)의 튜브시트하단접합부(23)에 상기 용접토치(T)의 용접 열이 직접 전달되어 방식이 아니라 상기 튜브(10)를 거친 용접 열이 간접적으로 전달되는 방식으로 정확한 용접 열이 상기 튜브시트하단접합부(23)에 전달되지 않음으로써 용접시 상기 튜브(10)에 파공이 발생하고 용접불량이 발생하여 생산성이 저하된다는 문제점이 있다.

또한, 상기 종래 기술들은 상기 튜브시트(20) 상에 튜브홈(12)을 형성하여 상기 튜브(10)의 확관 시에 상기 튜브(10)의 일정부분이 상기 튜브홈(12)에 삽입되어 결합력을 높이는 것으로, 상기 튜브시트(20)에 튜브홈(12)을 별도로 설치해야 하고 확관 공정이 필요하므로 제작비용이 상승한다는 문제점도 있다.

(문헌 1) 대한민국 등록특허 제 10-1298703호 (2013.08.14) (문헌 2) 대한민국 특허출원 제 10-2012-0002419호 (2012.01.09)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 쉘앤튜브 열교환기의 튜브시트에 관통 형성된 튜브삽입홀에 동일한 직경의 튜브접합부재와 튜브를 함께 삽입하여 접촉시킨 상태에서 튜브접합부재의 내부로 용접토치를 삽입하여 용접하는 것으로, 용접 열이 용접대상인 튜브시트, 튜브접합부재 및 튜브에 직접 가열되어 용접됨으로써 정밀한 용접이 가능함은 물론 용접불량에 의한 튜브의 파공을 방지하고 부식이 방지되는 쉘앤튜브 용접방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 쉘앤튜브 용접방법은, 쉘앤튜브 열교환기의 튜브시트에 관통 형성된 튜브삽입홀에 튜브를 용접 결합하는 쉘앤튜브 용접방법에 있어서, 상기 튜브시트의 일측면에 상기 튜브삽입홀로부터 외주방향을 향해 소정의 거리만큼 이격된 환형의 튜브시트홈을 함몰 형성하는 튜브시트홈 형성단계와, 상기 튜브시트의 튜브삽입홀 내부로 상기 튜브와 동일한 직경으로 형성된 원통 형상의 튜브접합부재를 삽입하는 튜브접합부재 삽입단계와, 상기 튜브의 타단이 상기 튜브접합부재의 일단에 접촉함과 동시에 상기 튜브시트홈의 함몰된 간격 범위 내에 위치하도록 상기 튜브의 타단을 상기 튜브시트의 일측방향으로 삽입하는 튜브 삽입단계와, 상기 튜브시트의 타측면에 상기 튜브접합부재의 타단을 용접결합하는 튜브측 용접단계와, 용접토치가 상기 튜브접합부재의 내부로 삽입되어 상기 튜브시트의 일측면에 상기 튜브접합부재의 일단과 상기 튜브의 타단을 용접결합하는 쉘측 용접단계를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 튜브접합부재의 길이는 상기 튜브삽입홀의 길이보다 작은 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 튜브접합부재는, 타단이 상기 튜브삽입홀의 타단과 일치하도록 위치하고 일단은 상기 튜브의 타단에 접촉함과 동시에 상기 튜브시트홈의 함몰된 간격 범위 내에 위치하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 쉘앤튜브 용접방법은, 쉘앤튜브 열교환기의 튜브시트에 관통 형성된 튜브삽입홀에 동일한 직경의 튜브접합부재와 튜브를 함께 삽입하여 접촉시킨 상태에서 튜브접합부재의 내부로 용접토치를 삽입하여 용접하는 것으로, 용접대상에 용접토치를 용이하게 접근시킬 수 있다.

또한, 용접토치의 용접 열이 용접대상인 튜브시트, 튜브접합부재 및 튜브에 동시에 직접 가열되어 용접됨으로써 정밀한 용접이 가능함은 물론 용접불량에 의한 튜브의 파공을 방지하고 용접 후 용접면의 부식이 방지되어 내구성 및 신뢰성을 담보할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 쉘앤튜브 용접방법에 대한 단면도이고,
도 2는 또 다른 종래 기술에 따른 쉘앤튜브 용접방법에 대한 단면도이며,
도 3은 본 발명의 쉘앤튜브 용접방법에 따른 튜브시트홈 형성단계 및 튜브접합부재 삽입단계를 도시한 단면도이고,
도 4는 본 발명의 쉘앤튜브 용접방법에 따른 튜브 삽입단계를 도시한 단면도이며,
도 5는 본 발명의 쉘앤튜브 용접방법에 따른 튜브접합부재 내부로 용접토치가 삽입된 상태를 도시한 단면도이고,
도 6은 도 5의 실시예의 용접토치에 의해 튜브측 및 쉘측이 용접된 상태를 도시한 단면도이며,
도 7은 도 3의 실시예의 반대편의 튜브시트에 튜브시트홈 형성단계 및 튜브접합부재 삽입단계를 도시한 단면도이고,
도 8은 도 7의 실시예의 튜브접합부재 내부로 용접토치가 삽입된 상태를 도시한 단면도이며,
도 9는 도 8의 실시예의 용접토치에 의해 튜브측 및 쉘측이 용접된 상태를 도시한 단면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 쉘앤튜브 용접방법에 관한 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 쉘앤튜브 용접방법은 도 3 내지 9에 도시된 바와 같이 튜브시트(100)는 튜브삽입홀(110), 튜브시트홈(120) 및 접합부(130)로 형성되고, 상기 튜브시트(100)의 튜브삽입홀(110)에 튜브접합부재(200)와 튜브(300)가 삽입되어 용접결합되는 방식이다.

본 발명의 쉘앤튜브 용접방법이 적용되는 쉘앤튜브 열교환기의 구성은 '발명의 배경이 되는 기술'에서 설명한 도 1의 구성과 같이 튜브측(Tube Side)과 쉘측(Shell Side)에 각각 다른 유체가 유입·유출되면서, 상호 간에 열교환이 이루어지는 것으로, 상기 쉘측의 내부를 통과하는 상기 튜브(300)가 상기 쉘측 내부와 완전히 차단되어야 상기 쉘측과 튜브측의 각기 다른 유체의 혼합이 방지되므로 상기 튜브(300)는 쉘측에 대하여 튜브측이 밀폐되도록 한 쌍이 서로 마주보며 대칭되게 형성된 상기 튜브시트(100)에 용접 결합된다.

튜브시트(100)는 도 3에 도시된 바와 같이 튜브삽입홀(110)이 관통 형성되고, 상기 튜브삽입홀(110)로부터 외주방향을 향해 소정의 거리만큼 이격된 환형의 튜브시트홈(120)이 함몰 형성된다. 이때, 상기 튜브시트홈(120)이 상기 튜브삽입홀(110)로부터 이격된 사이는 접합부(130)가 되고, 상기 접합부(130)는 용접시 후술할 튜브접합부재(200)의 일단과 후술할 튜브(300)의 타단과 함께 용접 결합된다.

상기 튜브시트(100)의 튜브삽입홀(110)로부터 외주방향을 향해 소정의 거리만큼 이격된 환형의 튜브시트홈(120)을 함몰 형성하는 이유는, 쉘측 용접시 상기 튜브시트(100)의 튜브삽입홀(110) 전체를 가열할 필요가 없이 상기 튜브시트홈(120)에 의해 형성된 상기 접합부(130)에 대해서만 국부적으로 가열하면 용접이 가능하므로 용접시 필요한 열의 소모량을 줄일 수 있어 용접 효율이 높아진다. 또한, 상기 튜브(300)의 두께는 대략 1.6mm 정도이므로 상기 튜브삽입홀(110)과 이격된 상기 튜브시트홈(120) 사이에 형성된 상기 접합부(130)의 두께도 상기 튜브(300)의 두께와 동일하게 형성하면 용접효율이 한층 더 높아진다. 또한, 상기 튜브(300)의 두께는 일실예로서 1.6mm 로 한정한 것이 아니다.

여기서, 상기 튜브삽입홀(110)은 상기 튜브시트(100)의 일측면과 타측면을 관통하여 튜브삽입홀(110)이 형성되는데, 상기 일측면은 한 쌍의 상기 튜브시트(100)가 서로 바라보는 안쪽을 지칭하는 것으로 쉘측이고, 타측면은 상기 튜브시트(100)가 서로 바라보는 반대편인 바깥쪽을 지칭하는 것으로 튜브측이다. 따라서, 상기 튜브시트(100)에 형성되는 상기 튜브시트홈(120)과 접합부(130)는 쉘측에 형성된다.

튜브접합부재(200)는 도 3 내지 6에 도시된 바와 같이 상기 튜브(300)와 동일한 직경으로 형성된 원통 형상으로 상기 튜브시트(100)의 튜브삽입홀(110)에 삽입된다. 상기 튜브삽입홀(110)에 삽입된 상기 튜브접합부재(200)의 일단은 한 쌍의 상기 튜브시트(100)가 서로 바라보는 안쪽인 쉘측(일측)에 위치되고, 상기 튜브접합부재(200)의 타단은 한 쌍의 상기 튜브시트(100)가 서로 바라보는 반대편인 바깥쪽의 튜브측(타측)에 위치된다.

이때, 상기 튜브시트(100)의 튜브삽입홀(110)과 이격되어 함몰 형성된 상기 튜브시트홈(120)의 함몰된 거리인 상기 접합부(130)의 길이 내에 상기 튜브접합부재(200)의 일단과 상기 튜브(300)의 타단이 접촉되어야 용접시 후술할 용접토치(T)에 의해 상기 접합부(130)와 함께 용접 결합된다. 따라서, 상기 튜브접합부재(200)의 길이는 상기 튜브시트(100)의 튜브삽입홀(110)의 길이보다 작게 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 튜브접합부재(200)는, 타단이 상기 튜브삽입홀(110)의 타단과 일치하도록 위치하고 일단은 상기 튜브(300)의 타단에 접촉함과 동시에 상기 튜브시트홈(120)의 함몰된 간격 범위 내에 위치하도록 한다.

튜브(300)는 도 4 내지 9에 도시된 바와 같이 한 쌍이 서로 마주보며 대칭되게 형성된 상기 튜브시트(100) 사이에 용접 결합되어 열교환기의 쉘측 내부를 통과하되 상기 쉘측 내부와 완전히 차단되도록 밀폐되어 상기 쉘측과 튜브측의 각기 다른 유체의 혼합을 방지한다. 상기 튜브(300)의 타단은 상기 튜브접합부재(200)의 일단에 접촉함과 동시에 상기 튜브시트홈(120)의 함몰된 간격 범위 내에 위치되도록 상기 튜브시트(100)의 튜브삽입홀(110)에 삽입되고, 후술할 용접토치(T)에 의해 상기 튜브접합부재(200)의 일단 및 상기 튜브시트(100)의 접합부(130)와 함께 용접 결합된다.

또한, 상기 튜브(300)는 한 쌍이 서로 마주보며 대칭되게 형성된 상기 튜브시트(100) 사이에 용접 결합되므로, 도 3 내지 6에 도시된 바와 같이 한쪽의 튜브시트(100)에 튜브(300)를 먼저 용접 결합한 후 도 7 내지 9에 도시된 바와 같이 반대쪽도 동일한 방법으로 용접 결합한다.

본 발명에 따른 쉘앤튜브 용접방법은, 상기 튜브시트(100)의 튜브삽입홀(110)에 상기 튜브(300)만 단독으로 삽입하여 상기 튜브(300)의 파공 및 용접면의 부식이 발생하는 종래 기술과는 달리, 상기 튜브시트(100)의 튜브삽입홀(110)에 상기 튜브(300)와 동일한 직경으로 형성된 원통 형상의 튜브접합부재(200)를 삽입하고 상기 튜브시트(100)의 일측방향으로 상기 튜브(300)의 타단을 삽입하여 접촉시킨 다음 상기 튜브접합부재(200)의 내부로 용접토치(T)를 삽입하여 직접 용접하는 방식으로 정밀한 용접이 가능하여 상기 튜브(300)의 파공이 방지되고 용접 후 용접면의 부식이 방지된다.

여기서, 상기 튜브시트홈(120)의 간격 범위 내로 상기 튜브접합부재(200)의 일단과 상기 튜브(300)의 타단이 접촉된 상태에서 상기 튜브접합부재(200)의 내부로 용접토치(T)를 삽입하여 용접 열을 가하면 상기 튜브접합부재(200)의 일단과 상기 튜브(300)의 타단이 접촉된 부위는 물론 접촉된 틈새를 통해 상기 튜브시트홈(120)에 의해 형성된 상기 튜브시트(100)의 접합부(130)에도 용접 열이 직접 전달되고, 상기 튜브시트(100)의 접합부(130)에 상기 튜브접합부재(200)의 일단 및 상기 튜브(300)의 타단이 함께 용접 결합되므로 정밀한 용접이 가능하다.

쉘측으로 유입되는 유체에 의해 상기 튜브(300)의 파공이나 부식을 방지하기 위한 쉘측의 용접단계를 포함하는 쉘앤튜브 용접방법을 이하에서 살펴본다.

도 3에 도시된 바와 같이 쉘앤튜브 열교환기의 상기 튜브시트 (100)에 튜브삽입홀(110)이 먼저 관통 형성되고, 그 후 상기 튜브시트(100)의 일측면에 상기 튜브삽입홀(110)로부터 외주방향을 향해 소정의 거리만큼 이격된 환형의 튜브시트홈(120)을 함몰 형성하는 튜브시트홈 형성단계이다.

상기 튜브시트홈 형성단계에서, 상기 튜브시트홈(120)이 상기 튜브삽입홀(110)로부터 이격된 사이의 거리가 상기 접합부(130)의 두께가 되고 상기 튜브시트홈(120)의 함몰된 거리가 상기 접합부(130)의 길이가 된다. 상기 튜브시트(100)의 접합부(130)는 상기 용접토치(T)에 의해 상기 튜브접합부재(200)의 일단과 후술할 튜브(300)의 타단과 함께 용접 결합된다.

다음으로, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 튜브시트(100)의 튜브삽입(110)홀 내부로 상기 튜브(300)와 동일한 직경으로 형성된 원통 형상의 튜브접합부재(200)를 삽입하는 튜브접합부재 삽입단계이다.

다음으로, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 튜브(300)의 타단이 상기 튜브접합부재(200)의 일단에 접촉함과 동시에 상기 튜브시트홈(120)의 함몰된 간격 범위 내에 위치하도록 상기 튜브(300)의 타단을 상기 튜브시트(100)의 일측방향으로 삽입하는 튜브 삽입단계이다.

상기 튜브접합부재 삽입단계와 튜브 삽입단계에서, 상기 튜브시트홈(120)의 함몰된 간격 범위가 상기 용접토치(T)에 의해 용접되는 범위이므로, 상기 튜브시트(100)의 튜브삽입홀(110)과 이격되어 함몰 형성된 상기 튜브시트홈(120)의 함몰된 간격 범위 내로 상기 튜브접합부재(200)의 일단과 상기 튜브(300)의 타단이 삽입되어 접촉되면 상기 튜브접합부재(200)의 내부로 삽입되는 상기 용접토치(T)의 용접 열에 의해 상기 튜브시트홈(120)에 의해 형성된 상기 접합부(130), 상기 튜브접합부재(200)의 일단 및 상기 튜브(300)의 타단이 함께 용접 결합된다.

다음으로, 도 5 내지 6에 도시된 바와 같이 상기 튜브시트(100)의 타측면에 상기 튜브접합부재(200)의 타단을 용접결합하는 튜브측 용접단계와, 용접토치(T)가 상기 튜브접합부재(200)의 내부로 삽입되어 상기 튜브시트(100)의 일측면에 상기 튜브접합부재(200)의 일단과 상기 튜브(300)의 타단을 용접결합하는 쉘측 용접단계를 포함하여 이루어지는 쉘앤튜브 용접방법이다.

여기서, 상기 튜브측 용접단계 및 상기 쉘측 용접단계의 용접순서는 어느 단계를 먼저 실시하더라도 무방하다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 쉘측 용접단계에서 상기 튜브시트(100)의 튜브삽입홀(110)에 삽입된 상기 튜브접합부재(200)의 타단 내부로 상기 용접토치(T)를 삽입한다. 다만, 상기 튜브접합부재(200)의 일단과 접촉되는 상기 튜브(300)의 타단 방향으로 상기 용접토치(T)를 삽입할 수도 있으나, 이는 상기 튜브(300)의 길이만큼 상기 용접토치(T)가 삽입되어야 하므로 삽입길이가 너무 길어지기 때문에 상기 튜브접합부재(200)의 타단 내부로 상기 용접토치(T)를 삽입하는 것이 바람직하다.

상기 도 3 내지 6의 설명은 쉘앤튜브 열교환기에 설치되는 한 쌍의 상기 튜브시트(100)와 튜브(300)의 쉘앤튜브 용접방법 중 한쪽에 대한 설명이고, 도 7 내지 9에 도시된 바와 같이 나머지 쪽도 동일한 방법으로 용접한다.

도 7은 상기 튜브시트(100)에 튜브삽입홀(110) 및 튜브시트홈(120)이 형성되는 튜브시트홈 형성되는 형성단계 및 상기 튜브삽입홀(110)에 튜브접합부재(200)가 삽입되는 튜브접합부재 삽입단계를 도시하였다. 도 8은 상기 튜브접합부재(200) 내부로 상기 용접토치(T)가 삽입된 상태를 도시하였는데, 상기 쉘측 용접단계에서 상기 튜브시트(100)의 튜브삽입홀(110)에 삽입된 상기 튜브접합부재(200)의 타단 내부 즉, 삽입거리가 짧은 쪽으로 상기 용접토치(T)를 삽입하는 것이 바람직하다. 도 9는 상기 용접토치(T)에 의해 튜브측 용접단계 및 쉘측 용접단계를 도시하였는데, 상기 튜브측 용접단계 및 상기 쉘측 용접단계의 용접순서는 어느 단계를 먼저 실시하더라도 무방하다. 또한, 본 발명에 따른 쉘앤튜브 용접방법으로 용접된 상태는 용접부위(W)로 도시된 부위이다.

따라서, 본 발명에 따른 쉘앤튜브 용접방법은 쉘앤튜브 열교환기의 쉘측 용접단계에서, 상기 튜브시트(100)의 튜브삽입홀(110)로부터 이격되어 함몰 형성된 상기 튜브시트홈(120)의 함몰된 간격 범위 내로 상기 튜브(300)와 동일한 직경의 상기 튜브접합부재(200)의 일단과 상기 튜브(300)의 타단이 접촉되도록 삽입하고 상기 튜브접합부재(200)의 타단 내부로부터 상기 용접토치(T)를 삽입할 수 있도록 하여 용접하는 방식으로 용접해야할 대상이 있는 곳에 용이하게 상기 용접토치(T)의 접근이 가능해진다. 또한, 상기 튜브접합부재(200)의 내부로 삽입된 상기 용접토치(T)의 용접 열이 직접 전달되어 상기 튜브시트(100)의 일측면(즉, 상기 튜브시트홈(120)의 함몰된 간격 범위 내)에 상기 튜브접합부재(200)의 일단과 상기 튜브(300)의 타단을 용접결합되는 방식으로 정밀한 용접이 가능하여 튜브의 파공을 방지하고 용접불량으로 인한 용접면의 부식을 방지하여 용접 후 쉘앤튜브 열교환기의 내구성 및 신로성이 담보된다.

또한, 본 발명에 따른 쉘앤튜브 용접방법의 튜브측 용접단계에 있어서 상기 쉘측 용접단계와 마찬가지로 상기 튜브삽입홀(110)이 관통 형성되는 상기 튜브시트(100)의 타측면에 상기 튜브삽입홀(110)로부터 외주방향을 향해 소정의 거리만큼 이격된 환형의 상기 튜브시트홈(120)을 함몰 형성시키고, 상기 용접토치(T)로 상기 튜브시트홈(120)에만 국부적으로 가열하면 상기 튜브삽입홀(110)의 타측면과 상기 튜브접합부재(200)의 타단의 용접시 필요한 열의 소모량을 줄이고 용접 효율을 더욱 높일 수 있다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

100. 튜브시트
110. 튜브삽입홀 120. 튜브시트홈
130. 접합부
200. 튜브접합부재
300. 튜브
T. 용접토치 W. 용접부위

Claims

쉘앤튜브 열교환기의 튜브시트에 관통 형성된 튜브삽입홀에 튜브를 용접 결합하는 쉘앤튜브 용접방법에 있어서,
상기 튜브시트의 일측면에 상기 튜브삽입홀로부터 외주방향을 향해 소정의 거리만큼 이격된 환형의 튜브시트홈을 함몰 형성하는 튜브시트홈 형성단계와,
상기 튜브시트의 튜브삽입홀 내부로 상기 튜브와 동일한 직경으로 형성된 원통 형상의 튜브접합부재를 삽입하는 튜브접합부재 삽입단계와,
상기 튜브의 타단이 상기 튜브접합부재의 일단에 접촉함과 동시에 상기 튜브시트홈의 함몰된 간격 범위 내에 위치하도록 상기 튜브의 타단을 상기 튜브시트의 일측방향으로 삽입하는 튜브 삽입단계와,
상기 튜브시트의 타측면에 상기 튜브접합부재의 타단을 용접결합하는 튜브측 용접단계와,
용접토치가 상기 튜브접합부재의 내부로 삽입되어 상기 튜브시트의 일측면에 상기 튜브접합부재의 일단과 상기 튜브의 타단을 용접결합하는 쉘측 용접단계를 포함하여 이루어지는 쉘앤튜브 용접방법.
제1항에 있어서,
상기 튜브접합부재의 길이는 상기 튜브삽입홀의 길이보다 작은 것을 특징으로 하는 쉘앤튜브 용접방법.
제2항에 있어서,
상기 튜브접합부재는,
타단이 상기 튜브삽입홀의 타단과 일치하도록 위치하고 일단은 상기 튜브의 타단에 접촉함과 동시에 상기 튜브시트홈의 함몰된 간격 범위 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 쉘앤튜브 용접방법.