KR101723874B1 - 다열의 금속 판재 및 사출유로를 갖는 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환기의 내부에 동 재질의 파이프 간격보다 매우 조밀하게 배치되는 파이프가 사용되는 다열의 금속 판재 및 사출유로를 갖는 열교환기에 관한 것으로, 다열의 금속 판재를 이용하여 방열효율을 증대시킴에 따라 사출물을 사용하여 파이프의 양 단에서 밴딩 파이프 또는 드로잉(drawing)을 갖는 프레스 구조의 수로부를 사용하지 않고도 유로를 상호 통하여지게 연결할 수 있도록 한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 파이프(15)가 수용되는 통공(11a)이 형성되어 열교환기(10)의 방열판역할을 하는 복수 매의 금속 판재(11)와, 유로(12a)가 형성되게 사출되어 최외측에 위치하는 금속 판재(11)에 접속고정 되는 합성수지재질의 커버(12)와, 최외측에 위치하는 금속 판재(11) 및 커버(12) 사이에 설치되며 고온부(17)에서 이격 설치되는 오링(13)과, 상기 커버(12)를 금속 판재(11)에 형성된 체결공(11b)에 고정하여 이들을 일체화하는 스크류(14)로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

다열의 금속 판재 및 사출유로를 갖는 열교환기{Multifid Metal Plate and Heat Exchanger with Injection Flow Part}

본 발명은 열교환기의 내부에 동 재질의 파이프 간격보다 매우 조밀하게 배치되는 파이프가 사용되는 열교환기에 관한 것으로써, 좀더 구체적으로는 다열의 금속 판재를 이용하여 방열효율을 증대시킴에 따라 수로부를 구성하는 커버를 합성수지재질로 형성하여 파이프의 양 단에서 밴딩 파이프 또는 드로잉(drawing)을 갖는 프레스 구조의 수로부를 사용하지 않고도 유로를 상호 통하여지게 연결할 수 있도록 하는 다열의 금속 판재 및 사출유로를 갖는 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로, 가스 보일러에서 난방수와 급탕수 사이의 열 교환은 하나의 통로를 형성하여 난방수를 이동시키고, 상기 난방수와 혼합되지 않도록 또 다른 통로를 형성하여 급탕수를 이동시켜, 난방수와 급탕수 사이의 온도 차이에 의한 열전달의 효과를 이용하였다.

또한, 열교환기의 구성은 현열을 흡수하는 주 열교환기에 열전도율이 높은 동재질의 파이프를 사용하고, 배기가스 중에 포함된 수증기의 잠열을 흡수하여 열효율을 상승시키는 부 열교환기는 응축수에 의한 부식방지를 위해 내식성이 있는 재질의 파이프를 이용하여 제작하여 사용하고 있다.

도 1은 종래의 일 실시예를 나타낸 사진으로써, 복수 개 배치되는 파이프(1)의 양단을 밴딩 파이프(2)를 용접 고정하여 유로를 형성하도록 되어 있다.

그러나 이러한 경우에는 밴딩 파이프(2)의 곡률이 작아 급격한 밴딩이 필요하므로 제조에 어려움이 있었을 뿐만 아니라 급격한 밴딩 구간인 최대 연신구간에서는 재료의 살 두께가 최대한 얇아지게 되므로 밴딩 파이프의 두께를 두껍게 설계하여야만 되었으나, 원가를 절감하기 위해 최대 연신구간의 두께를 일반 두께와 동일하게 설계하면 최대 연신구간에서의 두께가 얇아져 부식에 따른 누수가 발생되는 치명적인 결함이 있었다.

따라서 상기한 문제점을 개선할 목적으로 새로운 타입의 열 교환기가 개발되었다.

도 2 및 도 3은 종래의 다른 실시예로 비대칭과 불규칙한 드로잉을 갖는 프레스 구조의 수로부를 나타낸 사진으로써, 부 열교환기의 파이프(1a)인 경우, 원형파이프보다 타원형 파이프 또는 플랫 파이프(flat pipe)를 더 많이 사용하는데, 이러한 특수한 파이프의 경우는 확관이나 밴딩이 어려울 뿐만 아니라 설령 밴딩을 하더라도 치수안정성이 확연히 떨어지게 된다.

따라서 파이프(1a)의 양단에서 드로잉된 측판(3)을 이용하여 유로를 형성할 때, 좁은 파이프(1a) 간에 수로부를 형성하기 위해서는 충분한 드로잉 구간을 확보하는 데 많은 어려움이 있었다.

즉, 측판(3) 쪽에 드로잉을 형성하여 드로잉된 자켓부분을 용접할 때 그 공간이 좁아 용접불량이 많이 발생되는 문제점이 발생되었다.

또, 측판(3)에 드로잉을 하지 않고, 측판(3)과 동일한 사이즈의 드로잉 수로부 형상이 구비된 프레스물을 측판(3)에 연결할 때에도 좁은 파이프(1a) 간격 때문에 용접부위가 좁아 변형으로 인해 누수가 발생되는 문제점이 발생되었다.

이러한 측판(3)과 드로잉된 측판의 용접부위에서는 라운드 구간이 존재함으로써, 내수압에는 더욱 취약하였고, 접합 부위에는 레이저 용접한 부분에 다시 2중으로 브레이징(brazing)을 실시하여야 하는 제조적 손실 및 불리한 점이 있었다.

따라서 복잡한 수로의 구성에 있어서는 알루미늄 다이케스팅이나 사출이 형상의 구현에 자유롭지만, 알루미늄의 경우는 부식과 스케일(scale)에 문제가 있고, 사출의 경우에는 열교환기의 측면의 고온(약 400℃ 정도)에 견디지 못하는 문제가 있어 적용할 수 없었다.

(선행기술문헌)

(특허문헌 0001) 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-0386717호(2003.05.26.등록)

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 안출한 것으로써, 파이프의 양단에 열 전도도가 양호하며 통공이 형성된 다열의 금속 판재를 이용하여 열교환기의 고온을 방열시킴에 따라 유로가 형성된 사출물을 커버로 적용하고도 파이프의 양단에 유로를 형성할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 금속 판재에 형성되는 통공의 단면적을 넓게 하여 금속 판재의 개수 또는 두께를 줄이고도 충분한 방열효율을 얻어 생산원가를 절감할 수 있도록 하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 금속 판재에 탭(tap)을 형성하지 않고도 스크류를 이용하여 복수 매의 금속 판재를 일체화할 수 있도록 하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 파이프가 수용되는 통공이 형성되어 열교환기의 방열판역할을 하는 복수 매의 금속 판재와, 유로가 형성되게 사출되어 최외측에 위치하는 금속 판재에 접속 고정되는 합성수지재질의 커버와, 최외측에 위치하는 금속 판재 및 커버 사이에 설치되며 고온부에서 이격 설치되는 오링과, 상기 커버를 금속 판재에 형성된 체결공에 고정하여 이들을 일체화하는 스크류로 구성된 것을 특징으로 하는 다열의 금속 판재 및 사출유로를 갖는 열교환기가 제공된다.

본 발명은 종래의 열교환기에 비하여 다음과 같은 여러 가지 장점을 갖는다.

첫째, 복수 매의 금속 판재를 이용하여 열교환기의 표면 온도를 떨어뜨리는 방열판 기능을 함으로써, 커버를 합성수지재질로 적용 가능하게 된다.

둘째, 금속 판재에 형성되는 통공의 단면적이 최대가 되게 그 형상을 스퍼어기어 형태 등으로 적용하면 방열효과가 보다 증대되므로 적층되는 금속 판재의 개수 또는 금속 판재의 두께를 줄일 수 있게 되므로 생산원가를 절감하게 된다.

셋째, 금속 판재에 펀칭작업에 의해 형성되는 체결공의 형상에 변화를 줌에 따라 금속 판재에 스크류를 체결하기 위한 탭(tap)을 가공하지 않고도 스크류를 체결할 수 있게 되므로 작업공수를 줄일 수 있게 된다.

넷째, 동판 또는 크레드 메탈(스테인레스 + 구리)을 이용하여 복수 매의 판재를 브레이징하므로 별도의 용재와 용가재가 필요 없게 된다.

도 1은 종래의 일 실시예를 나타낸 사진
도 2 및 도 3은 종래의 다른 실시예로 비대칭과 불규칙한 드로잉을 갖는 프레스 구조의 수로부를 나타낸 사진
도 4는 본 발명의 구조를 나타낸 종단면도
도 5는 본 발명의 금속 판재에 형성된 통공의 정면도
도 6a 및 도 6b는 복수 매의 금속 판재가 스크류에 의해 체결되는 일 실시예를 나타낸 사시도
도 7은 복수 매의 금속 판재가 스크류에 의해 체결되는 다른 실시예를 나타낸 사시도

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.

도 4는 본 발명의 구조를 나타낸 종단면도이고 도 5는 본 발명의 금속 판재에 형성된 통공의 정면도이며 도 6a 및 도 6b는 복수 매의 금속 판재가 스크류에 의해 체결되는 일 실시예를 나타낸 사시도로써, 본 발명은 복수 매 적층되어 열교환기(10)의 방열판역할을 하는 금속 판재(11)에 파이프(15)가 수용되는 통공(11a)이 형성되어 있고 최외측에 위치하는 금속 판재(11)에는 합성수지재질로 유로(12a)를 갖는 커버(12)가 접속되게 고정 설치되어 있다.

상기 금속 판재(11)에 형성되는 통공(11a)의 내부면을 도 5에 나타낸 바와 같이 스퍼어기어 형태로 펀칭하여 단면적이 커지도록 되어 있는데, 이는 열교환기 표면의 온도를 떨어뜨리는 방열판 기능을 할 때 금속 판재(11)의 사용개수를 줄이거나, 두께를 줄임에 따라 생산원가를 절감할 수 있도록 하기 위한 것이다.

그리고 최외측에 위치하는 금속 판재(11) 및 커버(12) 사이에 기밀을 유지하며 고온부(17)에서 이격되도록 하는 오링(13)이 설치되어 있고 상기 금속 판재(11)의 모서리에는 체결공(11b)이 형성되어 있어 상기 체결공(11b)을 통해 스크류(14)를 체결함에 따라 이들이 일체화하도록 되어 있다.

상기 금속 판재(11)의 모서리에 형성되는 체결공(11b)은 도 7과 같이 톱날형태로 펀칭하여 스크류(14)를 나사 결합하거나, 도 6a 및 도 6b와 같이 상기 금속 판재(11)에 내경이 크고, 작은 체결공(11b)을 지그재그로 배치하여 내경이 작은 체결공(11b)에 스크류(14)가 나사 결합되도록 구성할 수도 있다.

이는, 금속 판재(11)에 스크류(14)를 체결하기 위한 별도의 탭(tap)을 형성하지 않음에 따라 작업공수가 줄어들게 되므로 생산성 향상에 기여하게 된다.

상기 적층되는 복수 매의 금속 판재(11)는 브레이징수단에 의해 일체화되는데, 상기 브레이징수단은 금속 판재(11)의 일 측에 동판이 코팅된 크레드 메탈(스테인레스 + 구리)을 활용하거나, 금속 판재(11)의 일 측에 위치하며 금속 판재(11)에 형성된 통공과 동일한 통공이 형성된 동판을 위치시켜 브레이징(brazing)함에 따라 기밀이 유지되도록 되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 제조방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 금속 판재(11)에 프레스를 이용하여 2개의 파이프(15)가 통과되는 통공(11a)을 형성하는데, 이때 통공(11a)의 내주면을 스퍼어기어 형태로 펀칭하여 형성하면 고온의 열을 방열하는 방열면적이 극대화되어 금속 판재(11)의 개수를 줄이거나, 두께를 줄일 수 있게 되므로 생산원가를 절감하게 된다.

상기한 바와 같이 금속 판재(11)에 프레스를 이용하여 통공(11a)을 형성하는 과정에서 모서리부분에 체결공(11b)을 동시에 형성하므로 별도의 탭작업을 실시하지 않고도 스크류(14)를 체결할 수 있게 된다.

상기 금속 판재(11)에 통공(11a) 및 체결공(11b)을 형성하고 나면 복수 매의 금속 판재(11)를 적층한 다음 브레이징(brazing)공정을 거쳐 이들을 일체화하게 된다.

상기한 바와 같이 복수 매의 금속 판재(11)를 브레이징하여 일체화할 때, 각 금속 판재(11)의 일 측에 동판이 코팅된 크레드 메탈을 활용하거나, 금속 판재(11)의 사이에 통공(11a) 및 체결공(11b)과 같은 통공 및 체결공이 형성된 동판을 위치시켜 브레이징할 수도 있음은 이해 가능한 것이다.

상기 복수 매의 금속 판재(11)가 브레이징되어 일체화되고 나면 이를 열교환기(10)의 측벽에 위치시킨 다음 최외측에 위치하는 금속 판재(11)에 오링(13) 및 합성수지재질의 커버(12)를 차례로 대고 각 체결공(11b)에 스크류(14)를 체결함에 따라 본 발명의 열교환기가 완성된다.

이와 같이 완성된 본 발명은 열교환기(10)의 작동에 의해 발생되어 고온부(17)를 통과하더라도 고온(약 400℃ 정도)의 열이 방열판역할을 하는 금속 판재(11)에 의해 외부로 방열됨과 동시에 통공(11a)을 통해 파이프(15)를 순환하는 물(대략 50 ∼ 70℃ 정도)(16)에 의해 금속 판재(11)가 냉각되므로 합성수지재질의 커버(12)로 마감하여도 커버(12)가 변형되지 않게 되는 것이다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 상기 상세한 설명에서 기술된 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 열교환기 11 : 금속 판재
11a : 통공 11b : 체결공
12 : 커버 12a : 유로
13 : 오링 14 : 스크류
15 : 파이프 17 : 고온부

Claims (7)

1. 파이프(15)가 수용되는 통공(11a)이 형성되어 열교환기(10)의 방열판역할을 하는 복수 매의 금속 판재(11)와, 유로(12a)가 형성되게 사출되어 최외측에 위치하는 금속 판재(11)에 접속고정 되는 합성수지재질의 커버(12)와, 최외측에 위치하는 금속 판재(11) 및 커버(12) 사이에 설치되며 고온부(17)에서 이격 설치되는 오링(13)과, 상기 커버(12)를 금속 판재(11)에 형성된 체결공(11b)에 고정하여 이들을 일체화하는 스크류(14)로 구성된 것을 특징으로 하는 다열의 금속 판재 및 사출유로를 갖는 열교환기.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 금속 판재(11)에 형성되는 통공(11a)의 내주면을 스퍼어기어 형태로 펀칭하여 형성된 것을 특징으로 하는 다열의 금속 판재 및 사출유로를 갖는 열교환기.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 금속 판재(11)에 형성되는 체결공(11b)을 톱날형태로 펀칭하여 스크류(14)가 나사 결합되도록 구성된 것을 특징으로 하는 다열의 금속 판재 및 사출유로를 갖는 열교환기.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 금속 판재(11)에 내경이 크고, 작은 체결공(11b)을 지그재그로 배치하여 내경이 작은 체결공(11b)에 스크류(14)가 나사 결합되도록 구성된 특징으로 하는 다열의 금속 판재 및 사출유로를 갖는 열교환기.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   복수 매의 금속 판재(11)가 브레이징수단에 의해 일체화된 것을 특징으로 하는 다열의 금속 판재 및 사출유로를 갖는 열교환기.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 브레이징수단은 금속 판재(11)의 일 측에 동판이 코팅된 크레드 메탈인 것을 특징으로 하는 다열의 금속 판재 및 사출유로를 갖는 열교환기.
   
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 브레이징수단은 금속 판재(11)의 일 측에 위치하며 금속 판재(11)에 형성된 통공과 동일한 통공이 형성된 동판인 것을 특징으로 하는 다열의 금속 판재 및 사출유로를 갖는 열교환기.

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