KR101772207B1

KR101772207B1 - 슬라이딩 프레임 구조를 가진 열교환기 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101772207B1
Application number: KR1020160083432A
Authority: KR
Inventors: 구병수; 조민수; 박영민
Original assignee: 주식회사 동화엔텍
Priority date: 2016-07-01
Filing date: 2016-07-01
Publication date: 2017-08-28

Abstract

본 발명은 바(bar)의 단부가 연결된 육면체 형으로 형성되며, 상기 바의 내측에 열팽창을 수용할 수 있도록 공간부가 확장된 형태의 슬라이드홈이 형성된 프레임;과, 상기 프레임 내부에 적층된 형태로 구비되는 튜브모듈;과 상기 프레임의 상,하측 방향에 각각 위치하도록 대응되는 한 쌍의 상기 바의 사이로 양측이 상기 슬라이드홈에 삽입되는 상,하측시트; 및 상기 프레임의 좌,우측 방향에 각각 위치하도록 대응되는 한 쌍의 상기 바의 사이로 양측이 상기 슬라이드홈에 삽입되고, 상,하부에 상기 튜브모듈이 안착되는 안착홈이 형성되고 상기 안착홈이 상호 밀착되어 안착홀을 이루는 시트플레이트가 복수 개로 분할 적층된 형태로 이루어진 좌,우측시트;가 포함되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 프레임 구조를 가진 열교환기를 제공한다.

Description

슬라이딩 프레임 구조를 가진 열교환기 및 그 제조방법{Heat exchanger with sliding frame structure and method manufacturing the heat exchanger}

본 발명은 슬라이딩 프레임 구조를 가진 열교환기 및 그 제조방법에 관한 것으로, 열교환기에서 온도에 의한 열응력을 줄이기 위해 슬라이딩 프레임 구조를 가진 열교환기 및 그 제조방법에 관한 기술이다.

열교환기는 전열벽을 통하여 온도가 높은 유체로부터 온도가 낮은 유체에 열을 전달하는 장치이다.

열교환기는 구조에 따라 여러가지 방식이 있으며, 본 발명에서는 통상적으로 많이 사용하는 튜브형에 관한 것으로 종래 기술로는 대한민국 등록특허 제10-1462152호에 개시되어 있다.

종래의 고온용 열교환기의 경우 온도에 의한 열팽창으로 인해 열교환기의 튜브를 고정하는 시트에 열 응력(thermal stress)이 작용하고, 특히 모서리 부분에 많이 작용하여 프레임 전체적 구조적으로 취약한 문제가 있다.

이를 방지하고자 모서리 부분을 보강하거나 시트의 두께를 두껍게 하는 경우 사용 조건에 따라 온도에 의한 변형이 증가되어 열응력이 오히려 증가하는 문제점이 발생하게 된다.

사용 조건에 따라 두께증가나 보강으로 안전성 확보가 안 될 경우 열교환기 형태를 원형으로 설계해야 하는데, 원형구조의 열교환기는 부피가 크고 튜브를 지지하기 위한 구조가 복잡해지는 단점이 있다.

KR

10-1462152

B1

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 시트의 열팽창을 충분히 수용하여 프레임에 미치는 열 응력을 최소화하여 열 응력에 안정적인 구조를 가지는 슬라이딩 프레임 구조를 가진 열교환기 및 그 제조방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 바(bar)의 단부가 연결된 육면체 형으로 형성되며, 상기 바의 내측에 열팽창을 수용할 수 있도록 공간부가 확장된 형태의 슬라이드홈이 형성된 프레임;과, 상기 프레임 내부에 적층된 형태로 구비되는 튜브모듈;과 상기 프레임의 상,하측 방향에 각각 위치하도록 대응되는 한 쌍의 상기 바의 사이로 양측이 상기 슬라이드홈에 삽입되는 상,하측시트; 및 상기 프레임의 좌,우측 방향에 각각 위치하도록 대응되는 한 쌍의 상기 바의 사이로 양측이 상기 슬라이드홈에 삽입되고, 상,하부에 상기 튜브모듈이 안착되는 안착홈이 형성되고 상기 안착홈이 상호 밀착되어 안착홀을 이루는 시트플레이트가 복수 개로 분할 적층된 형태로 이루어진 좌,우측시트;가 포함되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 프레임 구조를 가진 열교환기를 제공한다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 기대할 수 있을 것이다.

바(bar)의 슬라이드홈이 시트가 결합되고, 바에 시트 결합시 슬라이드홈에 여유가 있어 시트가 열팽창 하더라도 충분히 수용할 수 있어 프레임에 영향을 최소화할 수 있다.

또한, 프레임을 사각구조로 설계할 수 있어 구조가 간단해지며, 프레임에 미치는 응력이 감소하여 바의 두께도 줄일 수 있고 보강재도 최소화할 수 있다.

도 1(a)은 본 발명의 실시예에 따른 슬라이딩 프레임 구조를 가진 열교환기의 정면도이며, 도 1(b)는 도 1(a)의 평면도이다.
도 2는 프레임의 형상도이다.
도 3은 도 2의 프레임 모서리 상세도이다.
도 4는 시트플레이트의 적층된 상태도이다.
도 5는 플러그 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 슬라이딩 프레임 구조를 가진 열교환기의 제조방법의 순서도이다.
도 7은 도 6의 순서도에 따른 슬라이딩 프레임 구조를 가진 열교환기의 제조방법의 예시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

도 1(a),(b)을 참조하면, 본 발명인 슬라이딩 프레임 구조를 가진 열교환기는 크게 프레임(100), 튜브모듈(200), 상,하측시트(300,300'), 좌,우측시트(400,400')로 구성되어 이루어진다. 그리고, 전,후 방향으로 개구되어 있으며, 유체가 흐르는 배관과 연결되게 된다.

상기 프레임(100)은 상기 튜브모듈(200), 상,하측시트(300,300'), 좌,우측시트(400,400')를 설치하기 위한 구조물로써, 육면체가 되게 바(bar)의 단부가 이어진 형상으로 제작된다.

상기 튜브모듈(200)은 냉매가 유동되는 전열관으로 상기 프레임(100) 내부에 적층된 형태로 구비된다.

여기서, 튜브모듈(200)은 'U'형이 수평방향으로 연속적으로 이어진 형태로 제작된다.

상기 상,하측시트(300,300')는 상기 프레임(100)의 상,하측 방향에 각각 위치하는 케이스판이다.

여기서, 상,하측시트(300,300')는 상기 프레임(100)의 상,하측 방향에 대응되는 한 쌍의 상기 바의 사이로 양측이 상기 슬라이드홈에 삽입된다.

상기 좌,우측시트(400,400')는 상기 프레임(100)의 좌,우측 방향에 각각 위치하는 케이스판이다.

여기서, 좌,우측시트(400,400')는 상기 프레임(100)의 좌,우 방향에 대응되는 한 쌍의 상기 바의 사이로 양측이 상기 슬라이드홈에 삽입된다. 그리고, 상,하부에 상기 튜브모듈이 안착되는 안착홈이 형성되고 상기 안착홈이 상호 밀착되어 안착홀을 이루는 시트플레이트가 복수 개로 분할 적층된 형태로 이루어진다. 상기 바의 형상은 도 3에 도시되어 있으며, 프레임을 설명할 때 상세 설명하기로 한다.

본 발명은 프레임(100)의 케이스판에 해당되는 상,하측시트(300,300')와 좌,우측시트(400,400')의 열팽창을 수용할 수 있도록 구성된 것으로 이와 관련하여 상세 설명하기로 한다.

도 2는 프레임의 형상도이고, 도 3은 도 2의 프레임 모서리 상세도이다.

도 2를 참조하면, 상기 프레임(100)은 바(bar,120)의 단부가 연결된 육면체 형으로 형성된다.

그리고, 도 3을 참조하면, 상기 바(120)의 내측에 열팽창을 수용할 수 있도록 공간부가 확장된 형태의 슬라이드홈(140)이 형성된다.

여기서, 슬라이드홈(140)의 상기 바의 길이방향으로 내측에 일정 폭으로 형성되어 좌,우측시트와 상,하측시트가 삽입될 수 있으며, 깊이는 상기 좌,우측시트와 상,하측시트가 삽입되어 각 시트 단부와 슬라이드 홈의 저면의 사이 공간을 의미하는 것이다. 여기서, 상기 슬라이드홈(140)에 공간부의 여유를 두는 것은 상기 좌,우측시트와 상,하측시트가 열팽창에 의한 변형을 방지하기 위함이다.

도 4는 시트플레이트의 적층된 상태도이다.

상기 시트플레이트(420)는 상,하부에 상기 튜브모듈이 안착되는 안착홈(422)이 형성되고 상기 안착홈이 상호 밀착되어 안착홀(423)을 이루는 시트플레이트(420)가 복수 개로 분할 적층된 형태로 이루어진다.

여기서, 최하단에 위치하는 시트플레이트(420)는 상부에 상기 안착홈(422)이 형성되고, 최상단에 위치하는 시트플레이트(420)는 하부에 상기 안착홈(422)이 형성된다.

그리고, 시트플레이트(420)는 길이방향을 따라 요부와 철부가 연속적으로 형성되며, 상기 요부와 철부에 각각 안착홈이 형성되도록 하고, 인접한 시트플레이트는 대응되는 형상으로 철부와 요부가 형성되게 하여 상호 밀착이 되게 하여 구조적으로도 안정하고, 가능한 많은 튜브모듈을 안착시킬 수 있다.

도 5는 플러그 예시도이다.

도 5(a),(b)를 참조하면, 시트플레이트(420)의 밀착에 형성된 안착홀(422)에는, 상기 시트플레이트보다 상대적으로 마찰계수가 낮은 플러그(500)가 더 구비되어 상기 플러그(500)에 상기 튜브모듈이 삽입되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 플러그(500)는 마찰계수가 작은 합성수질의 재질(예 테프론)을 사용하면 간극도 막을 수 있고, 튜브모듈의 슬라이딩도 자유로운 장점이 있다.

도 5(a)를 참조하면, 상기 플러그(500)는, 상기 튜브모듈을 감싸도록 상,하로 분할되어 밀착에 의해 관형으로 형성되는 몸체부(520)와, 상기 몸체부(520) 단부에 외주면으로 연장되어 상기 시트플레이트에 밀착되는 날개부(540)로 구성되며, 몸체부(520)의 외경은 안착홀(423)의 직경과 같거나 상대적으로 작고, 상기 날개부(540)는 안착홀(423)의 직경보다 상대적으로 크게 형성되어 장착 시 튜브의 길이방향 팽창이 용이하면서 시트플레이트 내부의 유체가 새는 것을 방지한다.

만일, 튜브모듈의 연속된 U형의 진행방향으로도 열팽창이 클 경우 늘어난 변위를 고려하여 도 5(b)에서 처럼 안착홀(423)을 타원 형태로 제작할 수 있으며 이 경우 플러그(500)가 타원형 안착홀(423)에서 튜브가 늘어남에 따라 유동이 가능하면서 내부의 유체가 새는 것을 방지하도록 타원형 안착홀(423) 보다 큰 날개부(540)를 가지는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 플러그(500)의 몸체부(520)는 튜브형상에 따라 원형뿐 아니라 타원형 등 다양한 형태로 형성할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 슬라이딩 프레임 구조를 가진 열교환기의 제조방법의 순서도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예인 슬라이딩 프레임 구조를 가진 열교환기는 하부구조물을 형성하는 단계(S1), 중간구조물을 형성하는 단계(S2) 및 상부구조물을 중간구조물에 결합하는 단계(S3)를 거쳐 제작되게 된다.

도 7은 도 6의 순서도에 따른 슬라이딩 프레임 구조를 가진 열교환기의 제조방법의 예시도이다.

하부구조물을 형성하는 단계(S1)는 하측시트(300') 테두리를 따라 수용할 수 있도록 내측에 열팽창을 수용하는 공간부가 확장된 형태의 슬라이드홈(140)이 형성된 바(bar,120a)를 연결하여 하부구조물을 형성한다.

상세하게, 상기 하측시트(300')는 사각형으로 형성하고 각 벽에 대응되게 상기 바를 끼워맞춤하고 각 단부를 용접하여 하부구조물을 형성한다.

중간구조물을 형성하는 단계(S2)는 상기 하부구조물 모서리 각각에 수직방향으로 슬라이드홈이 형성된 바(bar,120b)를 연결하고, 상기 바(120b) 사이에 상,하부에 안착홈이 형성된 시트플레이트(420)를 상기 슬라이드홈에 삽입하고, 상기 안착홈에 튜브모듈을 안착시켜 상기 시트플레이트(420)와 상기 튜브모듈(200)을 교대로 적층하여 상기 시트플레이트(420)가 복수 개 적층 형성된 좌,우측시트(400,400')와 상기 튜브모듈(200)로 구성된 중간구조물을 형성한다.

상기 중간구조물을 형성하는 단계에서는 추가적으로 상기 안착홈에 상기 시트플레이트보다 상대적으로 마찰계수가 낮은 관형의 플러그를 더 결합하고 상기 플러그 내부로 상기 튜브모듈을 안착시킬 수 도 있다. 플러그에 관해서는 앞서 상세 설명에 설명하였고 도 5를 참조하기로 한다.

상부구조물을 중간구조물 상부에 결합하는 단계(S3)는 상측시트(300) 테두리를 따라 수용할 수 있도록 내측에 열팽창을 수용하는 공간부가 확장된 형태의 슬라이드홈이 형성된 바(bar,120c)를 연결하여 상부구조물을 형성하고 상기 상부구조물을 상기 중간구조물 상부에 결합한다.

이상과 같이 본 발명은 슬라이딩 프레임 구조를 가진 열교환기 및 그 제조방법을 제공하는 것을 기본적인 기술적인 사상으로 하고 있음을 알 수 있으며, 이와 같은 본 발명의 기본적인 사상의 범주내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.

100: 프레임 120: 바
140: 슬라이드홈 200: 튜브모듈
300: 상측시트 300': 하측시트
400: 좌측시트 400': 우측시트
500: 플러그

Claims

바(bar,120)의 단부가 연결된 육면체 형으로 형성되며, 상기 바의 내측에 열팽창을 수용할 수 있도록 공간부가 확장된 형태의 슬라이드홈(140)이 형성된 프레임(100);과,
상기 프레임 내부에 적층된 형태로 구비되는 튜브모듈(200);과
상기 프레임의 상,하측 방향에 각각 위치하도록 대응되는 한 쌍의 상기 바의 사이로 양측이 상기 슬라이드홈에 삽입되는 상,하측시트(300,300'); 및
상기 프레임의 좌,우측 방향에 각각 위치하도록 대응되는 한 쌍의 상기 바의 사이로 양측이 상기 슬라이드홈에 삽입되고, 상,하부에 상기 튜브모듈이 안착되는 안착홈(422)이 형성되고 상기 안착홈이 상호 밀착되어 안착홀(423)을 이루는 시트플레이트(420)가 복수 개로 분할 적층된 형태로 이루어진 좌,우측시트(400,400');가 포함되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 프레임 구조를 가진 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 안착홀(423)에는,
상기 시트플레이트보다 상대적으로 마찰계수가 낮은 플러그(500)가 더 구비되어 상기 플러그에 상기 튜브모듈이 삽입되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 프레임 구조를 가진 열교환기.
제2항에 있어서,
상기 플러그(500)는,
상기 튜브모듈을 감싸도록 상,하로 분할되어 밀착에 의해 관형으로 형성되는 몸체부(520)와, 상기 몸체부 단부에 외주면으로 연장되어 상기 시트플레이트에 밀착되는 날개부(540)로 구성되며,
상기 몸체부(520)의 외경은 상기 안착홀의 직경과 같거나 상대적으로 작고, 상기 날개부(540)는 상기 안착홀의 직경보다 상대적으로 크게 형성되어 상기 안착홀의 형상에 따라서 고정이 되거나 상기 안착홀에서 반지름방향으로 유동가능한 것을 특징으로 하는 슬라이딩 프레임 구조를 가진 열교환기.
하측시트(300') 테두리를 따라 수용할 수 있도록 내측에 열팽창을 수용하는 공간부가 확장된 형태의 슬라이드홈(140)이 형성된 바(bar,120a)를 연결하여 하부구조물을 형성하는 단계;
상기 하부구조물 모서리 각각에 수직방향으로 슬라이드홈이 형성된 바(bar,120b)를 연결하고, 상기 바(120b) 사이에 상,하부에 안착홈이 형성된 시트플레이트(420)를 상기 슬라이드홈에 삽입하고, 상기 안착홈에 튜브모듈을 안착시켜 상기 시트플레이트와 상기 튜브모듈을 교대로 적층하여 상기 시트플레이트가 복수 개 적층 형성된 좌,우측시트(400,400')와 상기 튜브모듈로 구성된 중간구조물을 형성하는 단계;
상측시트 테두리를 따라 수용할 수 있도록 내측에 열팽창을 수용하는 공간부가 확장된 형태의 슬라이드홈이 형성된 바(bar,120c)를 연결하여 상부구조물을 형성하고 상기 상부구조물을 상기 중간구조물 상부에 결합하는 단계;가 포함된 것을 특징으로 하는 슬라이딩 프레임 구조를 가진 열교환기 제조방법.
제4항에 있어서,
상기 중간구조물을 형성하는 단계에서는,
상기 안착홈에 상기 시트플레이트보다 상대적으로 마찰계수가 낮은 관형의 플러그를 더 결합하고 상기 플러그 내부로 상기 튜브모듈을 안착시키는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 프레임 구조를 가진 열교환기 제조방법.