KR102077565B1 - 쉘 튜브 열교환기 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉매 유입구와 냉매 유출구와 물 유입구 및 물 유출구가 형성된 쉘과; 쉘 내부를 물 유로와 냉매 유로를 구획하고 통공부가 형성된 튜브 시트와; 튜브 시트에 지지되고 물 유로와 연통되어 물이 통과하는 튜브를 포함하고, 튜브는 물이 통과하고 구리 재질의 이너 튜브와; 이너 튜브의 외둘레 적어도 일부를 둘러싸고 냉매 유로의 냉매와 접촉되며 알루미늄 재질의 아우터 튜브와; 이너 튜브와 결합되고 통공부에 밀착되는 구리 재질의 패킹을 포함하여, 재료비를 최소화하면서 알루미늄 재질의 아우터 튜브가 물에 의해 부식되는 것을 방지할 수 있다.

Description

쉘 튜브 열교환기 및 그 제조방법{Shell and tube type heat exchanger and Manufacturing method of the same}
본 발명은 쉘 튜브 열교환기 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 알루미늄 재질의 아우터 튜브와 구리 재질의 이너 튜브를 갖는 쉘 튜브 열교환기 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 열교환기는 2개의 유체 사이에서 열을 이동시키는 장치로서, 냉방, 난방, 급탕(給湯) 등으로 폭넓게 사용된다.
열교환기는 폐열을 회수하는 폐열 회수 열교환기로 기능하거나 고온측 유체를 냉각시키는 냉각기로 기능하거나 저온측 유체를 가열시키는 가열기로 기능하거나 증기를 응축시키는 응축기로 기능하거나 저온측 유체를 증발시키는 증발기로 기능할 수 있다.
열교환기는 다양한 종류가 사용될 수 있고, 제 1 유체가 통과하는 튜브와 튜브에 설치된 핀을 갖고 튜브와 핀이 그 주변의 제 2 유체와 제 1 유체를 열교환시키는 핀 튜브 열교환기와, 제 1 유체가 통과하는 쉘과, 제 1 유체와 열교환되기 위한 제 2 유체가 통과하는 튜브를 포함하는 쉘 튜브 공기조화기와, 제 1 유체가 통과하는 내측관과 제 1 유체와 열교환되는 제 2 유체가 통과하고 내측관을 둘러싸고 외측관을 갖는 이중관 열교환기와, 제 1 유체와 제 2 유체가 전열판을 사이에 두고 통과하는 판형 열교환기 등이 있다.
본 발명은 물에 의한 튜브의 부식을 방지할 수 있고, 냉매 누설을 최소화할 수 있는 쉘 튜브 열교환기 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 쉘 튜브 열교환기는 냉매 유입구와 냉매 유출구와 물 유입구 및 물 유출구가 형성된 쉘과; 상기 쉘 내부를 물 유로와 냉매 유로를 구획하고 통공부가 형성된 튜브 시트와; 상기 튜브 시트에 지지되고 상기 물 유로와 연통되어 물이 통과하는 튜브를 포함하고, 상기 튜브는 물이 통과하고 구리 재질의 이너 튜브와; 상기 이너 튜브의 외둘레 적어도 일부를 둘러싸고 상기 냉매 유로의 냉매와 접촉되며 알루미늄 재질의 아우터 튜브와; 상기 이너 튜브와 결합되고 상기 통공부에 밀착되는 구리 재질의 패킹을 포함한다.
상기 아우터 튜브는 상기 이너 튜브 보다 길이가 짧을 수 있다.
상기 패킹은 상기 이너 튜브의 내둘레에 브레이징 접합될 수 있다.
상기 패킹은 일부가 물 유로에 위치될 수 있다.
상기 패킹은 내부에 물이 통과하고 이너 튜브와 연통되는 이너 물 유로가 형성될 수 있다.
상기 패킹의 일예는 상기 이너 튜브에 내삽되는 소경부와; 상기 통공부에 접촉되고 상기 소경부 보다 직경이 큰 대경부와; 상기 소경부와 대경부를 잇는 연결부를 포함할 수 있다.
상기 패킹의 다른예는 상기 이너 튜브의 외둘레 중 상기 아우터 튜브에 의해 둘러싸이지 않는 부분에 씌워질 수 있다. 상기 패킹은 중공 원통 형상일 수 있다.
상기 패킹의 또 다른 예는 상기 이너 튜브의 외둘레 일부 또는 상기 아우터 튜브의 외둘레 일부를 둘러싸는 외통체와; 상기 외통체에서 꺽인 형상으로 형성되고 상기 이너 튜브의 단부를 덮는 링체를 포함할 수 있다. 상기 패킹은 상기 링체에서 꺽인 형상으로 형성되고 상기 이너 튜브의 내측으로 삽입된 내통체를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 쉘 튜브 열교환기의 제조방법은 구리 재질의 이너 튜브 외둘레에 알루미늄 재질의 아우터 튜브를 배치하여 이중관을 준비하는 단계와; 상기 이너 튜브에 패킹을 결합하는 단계와; 상기 패킹을 튜브 시트에 형성된 통공부로 삽입하는 단계와; 상기 패킹을 확관하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 쉘 튜브 열교환기의 제조방법은 구리 재질의 이너 튜브 외둘레 일부에 알루미늄 재질의 아우터 튜브를 배치하여 이중관을 준비하는 단계와; 상기 이너 튜브의 외둘레에 패킹을 결합하는 단계와; 상기 패킹을 튜브 시트에 형성된 통공부로 삽입하는 단계와; 상기 이너 튜브을 확관하는 단계를 포함한다.
상기 이중관을 준비하는 단계는 상기 아우터 튜브가 이너 튜브의 외둘레 전체를 감싸게 형성되는 과정과, 상기 이중관 중 알루미늄 재질의 아우터 튜브 일부를 박피하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 이너 튜브에 패킹을 결합하는 단계는 상기 이중관 중 알루미늄 재질의 아우터 튜브가 박피된 부분에 용접화염을 막을 수 있는 기구물을 위치시키는 과정과; 상기 이너 튜브 내측 및 패킹 주변에 질소를 분사하여 냉각시키는 과정과; 상기 이너 튜브와 패킹을 브레이징 접합하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명은 재료비를 최소화하면서 알루미늄 재질의 아우터 튜브가 물에 의해 부식되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제조 공정이 단순하고, 냉매와 물의 누설 가능성이 최소화되는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 쉘 튜브 열교환기의 제 1 실시예가 도시된 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 쉘 튜브 열교환기의 제조방법 제 1 실시예가 도시된 순서도,
도 3은 본 발명에 따른 쉘 튜브 열교환기의 제 2 실시예가 도시된 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 쉘 튜브 열교환기의 제조방법 제 2 실시예가 도시된 순서도,
도 5는 본 발명에 따른 쉘 튜브 열교환기의 제 3 실시예의 주요부가 확대 도시된 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 쉘 튜브 열교환기의 제 1 실시예가 도시된 단면도이다.
쉘 튜브 열교환기는 쉘(2)과 , 쉘(2) 내부에 배치되는 튜브(4)와, 튜브(4)를 지지하는 튜브 시트(6)를 포함한다.
쉘(2)은 쉘 튜브 열교환기의 외관을 형성할 수 있다. 쉘(2)은 냉매 유입구(12)와 냉매 유출구(14)와 물 유입구(16) 및 물 유출구(18)가 형성된다. 쉘(2)은 내부에 공간이 형성될 수 있다. 쉘(2)은 내부에 냉매가 통과하는 냉매 유로(P1)와 물이 통과하는 물 유로(P2)가 형성될 수 있다. 쉘 튜브 열교환기는 튜브 시트(6)가 냉매 유로(P1)와 물 유로(P2)를 구획할 수 있다. 쉘(2)은 냉매 유입구(12)와 냉매 유출구(14)가 냉매 유로(P1)와 통하게 형성될 수 있다. 물 유로(P2)는 물 유입구(16)로 유입된 물이 튜브(4)로 유동되기 위해 통과하는 물 입구유로(P21)와, 튜브(4)를 통과한 물이 물 유출구(18)로 유출되기 위해 통과하는 물 출구유로(P22)를 포함할 수 있다. 쉘 튜브 열교환기는 튜브(4)가 물 입구유로(P21)와 물 출구유로(P22)를 연통 시키게 설치될 수 있다. 냉매는 냉매 유입구(12)와 냉매 유로(P1)와 냉매 유출구(14)를 순차적으로 통과할 수 있고, 물은 물 유입구(16)와 물 입구유로(P21)와 튜브(4)와 물 출구유로(P22)와 물 유출구(18)를 순차적으로 통과할 수 있으며, 냉매와 물은 튜브(4)를 통해 열교환될 수 있다. 쉘 튜브 열교환기는 가열기나 냉동기에서 사용되는 열교환기가 될 수 있다. 쉘 튜브 열교환기는 쉘(2)로 유입된 냉매의 온도가 튜브(4)를 통과하는 물 온도 보다 높으면, 냉매가 물로 열을 빼앗기면서 응축되는 응축기로 기능할 수 있다. 쉘 튜브 열교환기는 쉘(2)로 유입된 냉매의 온도가 튜브(4)를 통과하는 물 온도 보다 낮으면, 냉매가 물의 열을 흡열하면서 증발되는 증발기로 기능할 수 있다. 쉘 튜브 열교환기는 압축기와 응축기와 팽창기구와 증발기로 이루어지는 냉동사이클 장치에 사용될 수 있다. 쉘(2)은 내부에 냉매 유로(P1)를 형성하는 공간을 갖는 쉘 바디(22)과, 쉘 바디(22)와 결합되고 내부에 물 유로(P2)를 형성하는 공간을 갖는 헤더(24)를 포함할 수 있다. 냉매 유입구(12)와 냉매 유출구(14)는 쉘 바디(22)에 형성될 수 있고, 물 유입구(16)와 물 유출구(18)는 헤더(24)에 형성될 수 있다.
쉘(2)은 쉘 바디(22)의 양단이 개방된 중공 통 형상으로 형성되고, 헤더(24)가 쉘 바디(22)의 일단에 결합되고 물 유입구(16)가 형성된 제 1 헤더와, 쉘 바디(22)의 타단에 결합되고 물 유출구(18)가 형성된 제 2 헤더를 포함하는 것이 가능하다. 이 경우, 튜브(4)는 쉘 바디(22)의 길이 방향으로 길게 배치될 수 있다.
쉘(2)은 쉘 바디(22)의 일단이 막히고 쉘 바디(22)의 타단이 개방되게 형성되며, 단수개의 헤더(24)가 쉘 바디(22)의 타단에 결합되며, 헤더(24)의 내부에 물 입구유로(P21)와 물 출구유로(P22)를 구획하는 구획판(26)이 설치될 수 있다. 이 경우, 단수개의 헤더(24)에는 물 입구유로(P21)와 통하는 물 유입구(16)와 물 출구유로(P22)와 통하는 물 유출구(18)가 함께 형성되는 것이 가능하다. 그리고, 튜브(4)는 쉘 바디(22)의 길이 방향으로 길게 배치된 한 쌍의 튜브부와, 한 쌍의 튜브부를 잇고 U 자 형상으로 벤딩된 벤딩부를 포함할 수 있다.
튜브(4)는 일단이 물 입구유로(P1)와 연통되고, 타단이 물 출구유로(P2)에 연통될 수 있다. 튜브(4)는 내부에 물이 통과하는 물 통로(5)가 형성될 수 있다. 튜브(4)는 복수개가 설치될 수 있고, 물은 복수개의 튜브(4)로 분산되어 냉매와 열교환될 수 있다. 이하, 튜브(4)에 대해서는 후술하여 상세히 설명한다.
튜브 시트(6)는 쉘(2)에 배치될 수 있다. 튜브 시트(6)는 쉘(2) 내부에 배치될 수 있다. 튜브 시트(6)는 쉘 바디(22)와 헤더(24)의 사이에 위치되게 설치될 수 있다. 튜브 시트(6)는 일면이 냉매 유로(P1)를 형성할 수 있고, 타면이 물 유로(P2)를 형성할 수 있다. 튜브 시트(6)는 튜브(4)가 밀착되는 통공부(7)가 형성될 수 있다. 튜브(4)는 통공부(7)에 밀착된 상태에서 튜브 시트(6)에 지지될 수 있다. 통공부(7)는 튜브 시트(6)에 복수개 형성될 수 있다. 통공부(7)는 튜브(4) 중 튜브(4)의 단부와 인접한 외둘레와 접촉될 수 있다. 통공부(7)는 튜브(4)를 지지하는 튜브 지지공일 아니라, 튜브(4)가 관통되는 튜브 관통공일 수 있다.
튜브(4)는 이종(異種)재질 튜브들(42)(44)의 이중관으로 구성될 수 있다. 튜브(4)는 이너 튜브(42)를 아우터 튜브(42)가 감싸고, 이너 튜브(42)와 아우터 튜브(44)의 재질이 상이할 수 있다. 튜브(4)는 물 유로(P2)의 물이 냉매 유로(P1)로 유동되지 않게 막는 패킹(46)을 더 포함할 수 있다.
튜브(4)는 물이 통과하고 구리 재질의 이너 튜브(42)와; 이너 튜브(42)의 외둘레 적어도 일부를 둘러싸고 냉매 유로(P1)의 냉매와 접촉되며 알루미늄 재질의 아우터 튜브(44)와; 이너 튜브(42)와 결합되고, 통공부(7)에 밀착되는 구리 재질의 패킹(46)을 포함한다. 본 발명에서의 구리 재질은 구리 재질과 구리 합금 재질을 포함하는 의미이고, 본 발명에서의 알루미늄 재질은 알루미늄 재질과 알루미늄 합금 재질을 포함하는 의미일 수 있다.
튜브(4)는 구리 재질의 이너 튜브(42)와 알루미늄 재질의 아우터 튜브(44)가 면접촉될 수 있고, 구리 재질의 이너 튜브(42)와 알루미늄 재질의 아우터 튜브(44)는 전도 방식으로 열을 전달할 수 있다. 쉘(2)로 입수된 냉매가 튜브(4)를 통과하는 물 보다 고온일 경우, 냉매의 열은 아우터 튜브(44)로 전달된 후 아우터 튜브(44)에서 이너 튜브(42)로 전달될 수 있고, 이너 튜브(42)의 열이 물로 전달될 수 있다. 쉘(2)로 입수된 냉매가 튜브(4)를 통과하는 물 보다 저온일 경우, 물의 열은 이너 튜브(42)로 전달된 후 이너 튜브(42)에서 아우터 튜브(44)로 전달될 수 있고, 아우터 튜브(44)의 열이 냉매로 전달될 수 있다. 튜브(4)는 재료비 절감을 위해 아우터 튜브(44)가 알루미늄 재질로 이루어질 수 있다. 쉘 튜브 열교환기는 프레온계 냉매가 냉매로 사용될 수 있고, 냉매와 접촉되는 아우터 튜브(44)가 구리 보다 열전도율이 더 낮은 알루미늄 재질로 이루어지고, 물과 접촉되는 이너 튜브(42)가 구리 재질로 이루어질 경우, 열전달 성능의 저하를 최소화하면서 재료비를 절감할 수 있다. 한편, 알루미늄 재질의 아우터 튜브(44)는 물과 접촉될 경우, 부식될 우려가 높은 반면, 구리 재질의 이너 튜브(42)는 물과 접촉될 경우, 부식될 우려가 낮으며, 튜브(4)는 구리 재질의 이너 튜브(42)로 물이 통과하고, 알루미늄 재질의 아우터 튜브(44)가 냉매와 접촉되는 것이 바람직하다.
이너 튜브(42)에는 물 통로(5)가 형성될 수 있고, 물 통로(5)는 이너 튜브(42)를 따라 이너 튜브(42)의 길이 방향으로 길게 형성될 수 있다. 이너 튜브(42)는 전체적인 형상이 U자 형상으로 형성되는 것이 가능하고, 물 통로(5)는 U자 형상으로 형성될 수 있다. 아우터 튜브(44)가 이너 튜브(42)의 외둘레 일부만을 둘러쌀 경우, 이너 튜브(42)는 외둘레에 아우터 튜브(44)가 접촉되는 아우터 튜브 접촉부(42A)와, 외둘레에 아우터 튜브(44)가 비접촉되는 아우터 튜브 비접촉부(42B)(42C)를 포함할 수 있다. 이너 튜브(42)는 이너 튜브(42)의 길이 방향으로 일측 아우터 튜브 비접촉부(42B)와 타측 아우터 튜브 비접촉부(42C)의 사이에 아우터 튜브 접촉부(42A)가 위치될 수 있다. 이너 튜브(42)는 외둘레 중 이너 튜브(42)의 일단과 근접한 일부분이 일측 아우터 튜브 비접촉부(42B)가 될 수 있고, 외둘레 중 이너 튜브(42)의 타단과 근접한 다른 부분이 타측 아우터 튜브 비접촉부(42C)가 될 수 있다.
아우터 튜브(44)는 이너 튜브(42) 보다 길이가 짧을 수 있다. 아우터 튜브(44)가 이너 튜브(42)의 외둘레 일부만을 둘러쌀 경우 아우터 튜브(44)는 이너 튜브(42) 중 일측 아우터 튜브 비접촉부(42B)와 타측 아우터 튜브 비접촉부(42C)의 사이만을 둘러쌀 수 있다. 아우터 튜브(44)는 이너 튜브(42)의 외둘레 전체를 감싸게 설치된 후, 아우터 튜브(44)의 일단측 일부와, 타단측 일부가 각각 제거되는 것이 가능하다. 아우터 튜브(44)는 그 제작시부터 이너 튜브(42)의 외둘레 일부에만 형성되는 것이 가능하다.
패킹(46)은 이너 튜브(42)의 내둘레에 접합될 수 잇다. 패킹(46)은 이너 튜브(42)와 재질이 같기 때문에 이너 튜브(42)와 브레이징 접합되었을 때, 상호간의 접합력이 높고, 이너 튜브(42)에 신뢰성 높게 고정될 수 있으므로, 이너 튜브(42)에 브레이징 접합될 수 있다. 패킹(46)은 이너 튜브(42)에 브레이징 접합되는 것에 한하지 않고 접착제 등을 이용하는 다양한 방법으로 이너 튜브(42)의 내둘레에 접합되는 것도 가능함은 물론이다. 패킹(46)은 일부가 이너 튜브(42)에 내삽될 수 있고, 이너 튜브(42)에 내삽된 부분이 이너 튜브(42)와 브레이징 접합될 수 있다. 패킹(46)은 적어도 일부가 튜브 시트(6)의 통공부(7)에 배치되어 물 유로(P2)의 물이 알루미늄 재질의 아우터 튜브(42)에 닿지 않게 막을 수 있다. 패킹(46)은 이너 튜브(42)와 튜브 시트(6) 사이를 막게 배치되어 물 유로(P2)의 물이 냉매 유로(P1)로 유동되는 것을 막을 수 있다. 패킹(46)은 길이(L)가 튜브 시트(6)의 두께(T) 보다 길 수 있다. 패킹(46)은 중공 형상으로 형성될 수 있고, 그 내부에는 물이 통과하는 이너 물 유로(47)가 형성될 수 있으며, 이너 물 유로(47)는 패킹(46)의 길이 방향으로 길게 형성될 수 있다. 이너 물 유로(47)는 이너 튜브(42)의 내부와 연통될 수 있다. 패킹(46)은 아우터 튜브(44) 보다 두께가 두꺼울 수 있다. 패킹(46)은 이너 튜브(42)에 내삽되는 소경부(48)와; 통공부(7)에 접촉되고 소경부(48) 보다 직경이 큰 대경부(49)와; 소경부(48)와 대경부(49)를 잇고 소경부(48)에서 대경부(49)로 갈수록 직경이 큰 연결부(50)를 포함할 수 있다. 패킹(46)은 일부가 쉘(2)의 물 유로(P2)에 위치될 수 있다. 패킹(46)은 튜브 시트(6)의 통공부(7)를 관통하게 배치될 수 있다. 패킹(46)은 물 유로(P2)에 위치되어 외둘레가 물과 접촉되는 물 접촉부(49A)를 포함할 수 있다. 패킹(46)은 외둘레가 통공부(7)와 접촉되는 통공부 접촉부(49B)를 포함할 수 있다. 패킹(46)은 냉매 유로(P1)에 위치되어 외둘레가 냉매와 접촉되는 냉매 접촉부(49C)를 포함할 수 있다. 패킹(46)은 냉매 접촉부(49C)를 포함하지 않고 물 접촉부(48A)와 통공부 접촉부(49B)를 포함하는 것이 가능하고, 물 접촉부(49A)를 포함하지 않고 통공부 접촉부(49B)와 냉매 접촉부(49C)를 포함하는 것이 가능하며, 물 접촉부(49A)와 통공부 접촉부(49B) 및 냉매 접촉부(49C) 모두를 포함하는 것이 가능하다. 패킹(46)은 대경부(49)가 물 접촉부(49A)와 통공부 접촉부(49B) 및 냉매 접촉부(49C)를 모두 포함할 수 있다. 패킹(46)은 물과 냉매의 유동을 막는 기능 이외에 물과 냉매를 열교환시키는 열교환부로 기능할 수 있다. 패킹(46)은 하나의 이너 튜브(42)에 2개 설치될 수 있다. 패킹(46)은 일부가 이너 튜브(42)의 일단에 내삽되는 제 1 패킹(46A)과, 일부가 이너 튜브(42)의 타단에 내삽되는 제 2 패킹(46B)을 포함할 수 있고, 튜브(4)는 물 유동 방향으로 제 1 패킹(46A)과 이너 튜브(42) 및 제 2 패킹(46B)이 순차적으로 배치될 수 있다. 이하, 본 실시예는 제 1 패킹(46A)과 제 2 패킹(46B)의 공통된 구성에 대한 설명은 패킹(46)으로 설명하여 구분하여 설명하는 경우에는 제 1 패킹(46A)과 제 2 패킹(46B)으로 설명한다.
쉘 튜브 열교환기는 그 제조시 이너 튜브(42)와 접합된 패킹(46)을 튜브 시트(6)의 통공부(7)에 위치시킬 수 있고, 패킹(46)을 확관시킬 수 있다. 패킹(46)의 확관시 패킹(46)은 직경이 확장되면서 튜브 시트(6)의 통공부(7)와 밀착될 수 있고, 튜브 시트(6)를 통한 냉매의 누설 가능성 및 물의 누설 가능성은 최소화될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
냉매는 냉매 유입구(12)를 통과해 쉘(2) 내부로 유입될 수 있고, 쉘(2) 내부에서 알루미늄 재질의 아우터 튜브(44)와 접촉될 수 있고, 아우터 튜브(44)와 열교환된 후 냉매 유출구(14)로 유출될 수 있다. 쉘 튜브 열교환기는 구리 재질의 패킹(46) 일부가 냉매 유로(P1)에 위치될 경우, 냉매가 아우터 튜브(44) 및 패킹(46)과 접촉될 수 있고, 아우터 튜브(44) 및 패킹(46)과 열교환된 후 냉매 유출구(14)로 유출될 수 있다.
물은 물 유입구(16)를 통과해 물 입구유로(P21)로 유입될 수 있다. 물 입구유로(P21)로 유입된 물은 제 1 패킹(46A)에 막혀 아우터 튜브(44)와 접촉되지 않고, 물과 아우터 튜브(44)의 접촉시 발생될 수 있는 아우터 튜브(44)의 부식은 방지될 수 있다. 물 입구유로(P1)의 물은 제 1 패킹(46A)의 내부로 유입될 수 있고, 제 1 패킹(46A)의 내부에서 이너 튜브(42)로 유동될 수 있다. 이너 튜브(42)로 유동된 물은 이너 튜브(42)를 통과하면서 이너 튜브(42)와 열교환될 수 있고, 이후 제 2 패킹(46B)의 내부로 유입될 수 있다. 제 2 패킹(46B)으로 유입된 물은 제 2 패킹(46B)을 통과하여 물 출구유로(P22)로 유출될 수 있다. 물 출구유로(P22)의 물은 제 2 패킹(46B)에 막혀 아우터 튜브(44)와 접촉되지 않고, 물과 아우터 튜브(44)의 접촉시 발새될 수 있는 아우터 튜브(44)의 부식은 방지될 수 있다. 제 2 패킹(46B)에서 물 출구유로(P22)로 유동된 물은 물 유출구(18)로 유출될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 쉘 튜브 열교환기의 제조방법 제 1 실시예가 도시된 순서도이다.
쉘 튜브 열교환기의 제조방법은 이중관 준비단계(S1)와, 패킹 결합단계(S2)와, 패킹 삽입단계(S3)와, 패킹 확관단계(S4)를 포함한다.
이중관 준비단계(S1)는 구리 재질의 이너 튜브(42) 외둘레에 알루미늄 재질의 아우터 튜브(44)를 배치하여 이중관을 준비하는 단계일 수 있다. 이중관 준비단계(S1)는 알루미늄 재질의 아우터 튜브(44)가 구리 재질의 이너 튜브(42) 외둘레 일부를 둘러싸게 제조할 수 있다. 이중관 준비단계(S1)는 이중관 중 알루미늄 재질의 아우터 튜브(44) 일부를 박피하는 과정을 포함할 수 있고, 이중관은 이너 튜브(42)의 외둘레 일부가 외부로 노출될 수 있다. 튜브(4)는 아우터 튜브(44)가 이너 튜브(42)의 외둘레 전체를 감싸게 설치된 후, 아우터 튜브(44)의 일단측 일부와, 타단측 일부가 제거되어 이중관이 박피되는 것이 가능하다. 즉, 이중관 준비단계(S)1는 아우터 튜브(44)가 이너 튜브(42)의 외둘레 전체를 감싸게 형성되는 과정과, 이중관 중 알루미늄 재질의 아우터 튜브(44) 일부를 박피하는 과정을 포함할 수 있다. 아우터 튜브(44)는 그 제작시부터 이너 튜브(42) 보다 길이가 짧게 형성될 수 있고, 아우터 튜브(44)는 그 형성 시점에 이너 튜브(42)의 외둘레 일부가 외부로 노출되게 형성되는 것도 가능함은 물론이다.
패킹 결합단계(S2)는 이중관 준비 단계(S1)에서 준비된 이너 튜브(42)에 패킹(46)을 결합하는 단계일 수 있다. 패킹(46)은 이너 튜브(42)의 내부로 일부가 삽입될 수 있다. 패킹(46)은 소경부(48)가 이너 튜브(42)로 내삽될 수 있고, 패킹(46)과 이너 튜브(42)는 브레이징 접합되거나 접착제 등에 의해 접합될 수 있고, 패킹(45)과 이너 튜브(42)와 아우터 튜브(46)는 일체화될 수 있다. 패킹(46)과 이너 튜브(42)를 브레이징 접합할 경우, 패킹 결합단계(S2)는 튜브(4) 중 알루미늄 재질의 아우터 튜브가 박피된 부분에 용접화염을 막을 수 있는 기구물을 위치시키는 과정을 포함할 수 있다. 그리고, 패킹 결합단계(S2)는 구리 재질의 이너 튜브(42) 내측 및 패킹(46) 주변에 질소를 분사하여 냉각시키는 과정을 포함할 수 있다. 그리고, 패킹 결합단계(S2)는 재질이 동일한 이너 튜브(42)와 패킹(46)을 브레이징 접합하는 과정을 포함할 수 있다. 이너 튜브(42)와 패킹(46)의 브레이징 접합시, 그 이전에 실시된 질소분사에 의해 구리 재질의 아우터 튜브(42)는 용융되지 않고, 그 형태를 유지할 수 있다. 패킹 결합단계(S2)는 이너 튜브(42)와 패킹(46)의 브레이징 접합 후 알루미늄 재질의 아우터 튜브가 박피된 부분에 위치된 기구물을 제거하는 과정을 더 포함할 수 있다. 패킹(46)은 이너 튜브(42)와 접합되었을 때, 대경부(49)가 이너 튜브(42)의 옆에 위치될 수 있다. 패킹(46)은 이너 튜브(42)의 양측에 각각 설치될 수 있고, 튜브(4)는 길이 방향으로 제 1 패킹(46A)의 대경부와, 이너 튜브(42)와 제 2 패킹(46B)의 대경부 순서로 배치될 수 있다.
패킹 삽입단계(S3)는 이중관에 결합된 패킹(46)을 튜브 시트(6)에 형성된 통공부(7)로 삽입하는 단계일 수 있다. 패킹(46)은 대경부(49)가 튜브 시트(6)의 통공부(7)에 위치되게 튜브 시트(6)로 삽입될 수 있고, 튜브(4)는 패킹(46)이 튜브 시트(6)의 통공부(7)를 관통하게 배치될 수 있다.
패킹 확관단계(S4)는 패킹 삽입단계(S3)에 의해 튜브 시트(6)의 통공부(7)로 삽입된 패킹(46)을 확관하는 단계일 수 있다. 패킹 확관단계(S4)는 확관볼을 패킹(46)으로 삽입하고 회전시킬 수 있다. 확관볼의 확관 작업시 패킹(46)은 확관되면서 그 외둘레가 튜브 시트(6)의 통공부(7)와 밀착될 수 있고, 튜브(4)는 패킹(46)이 튜브 시트(6)에 고정될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 쉘 튜브 열교환기의 제 2 실시예가 도시된 단면도이다.
본 실시예의 쉘 튜브 열교환기는 이너 튜브(42)의 외둘레 중 일부가 아우터 튜브(44)에 의해 둘러싸이지 않을 수 있고, 패킹(46')이 이너 튜브(42)의 외둘레 중 아우터 튜브(42)에 의해 둘러싸이지 않는 부분에 씌워질 수 있다. 본 실시예의 쉘 튜브 열교환기는 패킹(46') 이외의 기타 구성 및 작용이 본 발명 일실시예와 동일하거나 유사하므로 동일 부호를 사용하고 그에 대한 상세한 설명은 생략될 수 있다. 패킹(46')은 물 유로(P2)의 물이 알루미늄 재질의 아우터 튜브(44)에 닿지 않게 막을 수 있다. 패킹(46')은 물 유로(P2)와 아우터 튜브(44) 사이에 위치될 수 있다. 패킹(46')은 이너 튜브(42)와 튜브 시트(6) 사이를 막게 배치되어 물 유로(P2)의 물이 냉매 유로(P1)로 유동되는 것을 막을 수 있고, 냉매 유로(P1)의 냉매가 물 유로(P2)로 유동되는 것을 막을 수 있다. 패킹(46')은 중공 원통 형상일 수 있다.
이너 튜브(42)는 아우터 튜브(42)에 의해 둘러싸이지 않는 부분이 패킹(46')에 내삽될 수 있다. 패킹(46')은 물 유로(P2)에 위치되어 외둘레가 물과 접촉되는 물 접촉부(49A)를 포함할 수 있다. 패킹(46')은 외둘레가 통공부(7)와 접촉되는 통공부 접촉부(49B)를 포함할 수 있다. 패킹(46')은 냉매 유로(P1)에 위치되어 외둘레가 냉매와 접촉되는 냉매 접촉부(49C)를 포함할 수 있다. 패킹(46')은 냉매 접촉부(49C)를 포함하지 않고 물 접촉부(48A)와 통공부 접촉부(49B)를 포함하는 것이 가능하고, 물 접촉부(49A)를 포함하지 않고 통공부 접촉부(49B)와 냉매 접촉부(49C)를 포함하는 것이 가능하며, 물 접촉부(49A)와 통공부 접촉부(49B) 및 냉매 접촉부(49C) 모두를 포함하는 것이 가능하다. 패킹(46')은 이너 튜브(42)와 이중관을 구성할 수 있다. 튜브(4)는 이너 튜브(42)와 아우터 튜브(46)가 본 발명 일실시예와 같이, 이종재질인 이중관을 구성할 수 있고, 이너 튜브(42)와 패킹(46')이 동종재질의 이중관을 구성할 수 있다. 패킹(46')은 이너 튜브(42)와 브레이징 접합되는 것이 가능하고, 접착제 등에 의해 접합되는 것이 가능하다. 패킹(46')은 중공 형상으로 형성될 수 있고, 그 내부에는 물이 통과하는 이너 물 유로(47)가 형성될 수 있다. 패킹(46')은 이너 튜브(42) 중 아우터 튜브(44)에 의해 둘러싸이지 않는 어느 한 부분이 내삽되고 튜브 시트(6)의 일측 통공부를 관통하는 제 1 패킹(46A')과, 이너 튜브(42) 중 아우터 튜브(44)에 의해 둘러싸이지 않는 다른 한 부분이 내삽되고 튜브 시트(6)의 타측 통공부를 관통하는 제 2 패킹(46B')을 포함할 수 있고, 튜브(4)는 길이 방향으로 제 1 패킹(46A')과 아우터 튜브(44) 및 제 2 패킹(46B')이 순차적으로 배치될 수 있다.
쉘 튜브 열교환기는 그 제조시 이너 튜브(42)와 접합된 패킹(46')을 튜브 시트(6)의 통공부(7)에 위치시킬 수 있고, 이너 튜브(42)를 확관시킬 수 있다. 이너 튜브(42)의 확관시, 이너 튜브(42) 및 패킹(46') 각각은 직경이 확장될 수 있고, 이때 패킹(46')은 이너 튜브(42)의 외둘레와 튜브 시트(6)의 통공부(7) 사이 위치에서, 이너 튜브(42) 및 튜브 시트(6)의 각각과 밀착될 수 있다. 이너 튜브(42)는 패킹(46')이 설치된 이후 확관볼에 의해 확관될 수 있고, 이너 튜브(42)의 확관시 이너 튜브(42)는 일부가 확곽되면서 패킹(46')과 밀착될 수 있다. 이너 튜브(42)의 확관시, 패킹(46')는 확관되고 있는 이너 튜브(42)에 밀리면서 직경이 증대될 수 있으며, 직경이 증대되는 패킹(46')은 튜브 시트(6)와 밀착될 수 있다. 이너 튜브(42)의 확관시, 튜브 시트(6)를 통한 냉매의 누설 가능성 및 물의 누설 가능성은 최소화될 수 있다.
한편, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되지 않고, 아우터 튜브(44)의 단부와 패킹(46')의 단부 모두가 튜브 시트(6)의 통공부(7)에 각각 위치될 수 있고, 아우터 튜브(44) 및 패킹(46')의 각각이 튜브 시트(6)의 통공부(7)에 밀착되는 것도 가능함은 물론이다. 이 경우, 아우터 튜브(44)는 냉매와 접촉되는 냉매 접촉부와, 튜브 시트(6)의 통공부(7)와 접촉되는 통공부 접촉부를 포함할 수 있고, 패킹(46')은 냉매와 접촉되는 냉매 접촉부를 포함하지 않고, 물과 접촉되는 물 접촉부(49A)와, 튜브 시트(6)의 통공부(7)와 접촉되는 통공부 접촉부(49B)를 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 쉘 튜브 열교환기의 제조방법 제 2 실시예가 도시된 순서도이다.
쉘 튜브 열교환기의 제조방법은 이중관 준비단계(S1)와, 패킹 결합단계(S2')와, 패킹 삽입단계(S3)와, 이너 튜브 확관단계(S4')를 포함한다.
이중관 준비단계(S1)는 구리 재질의 이너 튜브(42) 외둘레 일부에 알루미늄 재질의 아우터 튜브(44)를 배치하여 이중관을 준비할 수 있다. 이중관 준비단계(S1)는 아우터 튜브(44)가 이너 튜브(42)의 외둘레 전체를 감싸게 형성되는 과정과, 이중관 중 알루미늄 재질의 아우터 튜브(44) 일부를 박피하는 과정을 포함할 수 있다. 아우터 튜브(44)는 그 제작시부터 이너 튜브(42) 보다 길이가 짧게 형성될 수 있고, 아우터 튜브(44)는 그 형성 시점에 이너 튜브(42)의 외둘레 일부가 외부로 노출되게 형성되는 것도 가능함은 물론이다.
패킹 결합단계(S2')는 이너 튜브(42)의 외둘레에 패킹(46')을 결합하는 단계일 수 있다. 이너 튜브(42)는 그 외둘레가 아우터 튜브(44)에 의해 둘러싸이지 않는 부분이 패킹(46')으로 내삽될 수 있다. 패킹(46')과 이너 튜브(42)는 브레이징 접합되거나 접착제 등에 의해 접합될 수 있고, 패킹(46')과 이너 튜브(42)와 아우터 튜브(46)는 일체화될 수 있다. 패킹(46')과 이너 튜브(42)를 브레이징 접합할 경우, 패킹 결합단계(S2')는 이너 튜브(42)의 일부가 패킹(46')으로 내삽되는 것 이외는 본 발명의 열교환기 제조방법 일실시예의 패킹 결합단계(S2)와 동일하거나 유사하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
패킹 삽입단계(S3)는 패킹(46')을 튜브 시트(6)에 형성된 통공부(7)로 삽입하는 단계일 수 있다. 패킹 삽입단계(S3)는 이너 튜브(42)의 외둘레에 위치하는 패킹(46')이 이너 튜브(42)와 함께 튜브 시트(6)의 통공부(7)로 삽입될 수 있고, 이너 튜브(42)의 일부와 패킹(46')이 함께 튜브 시트(6)의 통공부(7)로 삽입되는 것 이외는 본 발명의 열교환기 제조방법 일실시예의 패킹 삽입단계(S3)와 동일하거나 유사하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이너 튜브 확관단계(S4')는 이너 튜브(42)을 확관하는 단계일 수 있다. 이너 튜브 확관단계(S4')는 패킹 삽입단계(S3)에 의해 튜브 시트(6)의 통공부(7)로 삽입된 패킹(46') 및 패킹(46')이 둘러싸고 있는 이너 튜브(42)의 일부를 확관하는 단계일 수 있다. 이너 튜브 확관단계(S4')는 확관볼을 이너 튜브(42)로 삽입하고 회전시킬 수 있다. 확관볼의 확관 작업시 이너 튜브(42)는 확관볼에 의해 확관될 수 있고, 이너 튜브(42)의 확관시 패킹(46')은 확관되고 있는 이너 튜브(42)에 밀리면서 직경이 증대될 수 있으며, 직경이 증대되는 패킹(46')은 그 외둘레가 튜브 시트(6)와 밀착될 수 있다. 튜브(4)는 이너 시트(42)의 일부 및 패킹(46')이 튜브 시트(6)에 고정될 수 있다.
한편, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되지 않고, 이중관 준비단계(S1)를 실시한 이후, 이중관 중 아우터 튜브(44) 일부를 박피된 부분을 튜브 시트(6)의 통공부(7)로 삽입하는 이너 튜브 삽입단계를 실시할 수 있고, 이중관 중 아우터 튜브(44) 일부를 박피된 부분과 튜브 시트(6)의 통공부(7) 사이로 패킹(46')을 삽입한 후 이너 튜브(42)와 패킹(46')를 패킹 결합단계를 실시할 수 있으며, 패킹 결합단계 이후에 이너 튜브(42)를 확관하는 확관단계를 실시하는 것도 가능함은 물론이다.
도 5는 본 발명에 따른 쉘 튜브 열교환기의 제 3 실시예의 주요부가 확대 도시된 단면도이다.
본 실시예의 쉘 튜브 열교환기는 패킹(46")이 이너 튜브(42)의 외둘레 일부 또는 아우터 튜브(46)의 외둘레 일부를 둘러싸는 외통체(51)와; 외통체(52)에서 꺽인 형상으로 형성되고 이너 튜브(42)의 단부를 덮는 링체(52)를 포함할 수 있다. 패킹(46")은 링체(52)에서 꺽인 형상으로 형성되고 이너 튜브(42)의 내측으로 삽입된 내통체(53)를 더 포함할 수 있다.
외통체(51)는 튜브 시트(6)의 통공부(7)와 밀착되어 튜브 시트(6)의 통공부(7)에 고정될 수 있다. 외통체(52)는 중공 원통 형상으로 형성될 수 있다. 튜브(4)는 아우터 튜브(44)가 이너 튜브(42) 외둘레 전체를 둘러싼 상태에서, 외통체(51)가 아우터 튜브(44)의 외둘레 일부를 둘러싸는 것이 가능하다. 튜브(4)는 본 발명 제 2 실시예와 같이 아우터 튜브(44)가 이너 튜브(42)의 외둘레 일부만을 둘러싸고, 외통체(51)가 이너 튜브(42)의 외둘레 중 아우터 튜브(44)에 의해 둘러싸이지 않은 부분을 둘러싸는 것이 가능하며, 이 경우 외통체(51)는 본 발명 제 2 실시예의 패킹(46')과 기능 및 위치가 동일한 구성일 수 있다.
링체(52)는 외통체(51)가 아우터 튜브(44)의 외둘레 일부를 둘러쌀 경우, 아우터 튜브(44)의 단부와 이너 튜브(42)의 단부를 함께 덮는 것이 가능하고, 외통체(51)가 이너 튜브(42)의 외둘레 일부를 둘러쌀 경우, 이너 튜브(42)의 단부를 함께 덮는 것이 가능하다.
내통체(53)는 내통체(53)는 중공 원통 형상으로 형성될 수 있고, 이너 튜브(42)로 내삽될 수 있다. 내통체(53)는 외통체(51) 보다 직경이 작게 형성될 수 있다. 내통체(52)와 외통체(51)의 사이에는 공간(54)이 형성될 수 있다. 외통체(51)가 아우터 튜브(44)의 외둘레 일부를 둘러싸는 경우, 공간(54)에는 이너 튜브(42)의 일부와 아우터 튜브(44)의 일부가 함께 삽입될 수 있다. 외통체(51)가 이너 튜브(42)의 외둘레 일부를 둘러싸는 경우, 공간(54)에는 아우터 튜브(44)의 일부가 삽입되지 않고, 이너 튜브(42)의 일부가 삽입될 수 있다. 내통체(53)는 패킹(46")의 설치시 그 외둘레가 이너 튜브(42)의 내둘레에 밀착될 수 있다. 내통체(53)는 내부에 물이 통과하고 이너 튜브(42)와 연통되는 이너 물 유로(55)가 형성될 수 있다.
본 실시예의 쉘 튜브 열교환기는 패킹(46") 이외의 기타 구성 및 작용이 본 발명 제 2 실시예와 동일하거나 유사할 수 있으므로 동일부호를 사용하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 실시예의 쉘 튜브 열교환기의 제조방법은 패킹(46")을 설치한 후 이너 튜브(42)의 내통체(53)를 확관하는 것 이외의 기타 구성 및 작용이 본 발명 제 2 실시예와 동일하거나 유사할 수 있고, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
2: 쉘 4: 튜브
6: 튜브 시트 7: 통공부
42: 이너 튜브 44: 아우터 튜브
46,46',46" : 패킹 47: 이너 물 유로
48: 소경부 49: 대경부
50: 연결부 51: 외통체
52: 링체 53: 내통체
54: 공간 55: 이너 물 유로
P1: 냉매 유로 P2: 물 유로

Claims (14)

  1. 냉매 유입구와 냉매 유출구와 물 유입구 및 물 유출구가 형성된 쉘과;
    상기 쉘 내부를 물 유로와 냉매 유로를 구획하고 통공부가 형성된 튜브 시트와;
    상기 튜브 시트에 지지되고 상기 물 유로와 연통되어 물이 통과하는 튜브를 포함하고,
    상기 튜브는
    물이 통과하고 구리 재질의 이너 튜브와;
    상기 이너 튜브의 외둘레 적어도 일부를 둘러싸고, 상기 튜브 시트와 이격되게 배치되고, 상기 냉매 유로의 냉매와 접촉되며 알루미늄 재질의 아우터 튜브와;
    상기 이너 튜브와 결합되고 상기 통공부에 밀착되는 구리 재질의 패킹을 포함하는 쉘 튜브 열교환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 아우터 튜브는 상기 이너 튜브 보다 길이가 짧은 쉘 튜브 열교환기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 패킹은 상기 이너 튜브의 내둘레에 브레이징 접합된 쉘 튜브 열교환기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 패킹은 일부가 물 유로에 위치되는 쉘 튜브 열교환기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 패킹은 내부에 물이 통과하고 이너 튜브와 연통되는 이너 물 유로가 형성된 쉘 튜브 열교환기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 패킹은
    상기 이너 튜브에 내삽되는 소경부와;
    상기 통공부에 접촉되고 상기 소경부 보다 직경이 큰 대경부와;
    상기 소경부와 대경부를 잇는 연결부를 포함하는 쉘 튜브 열교환기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 패킹은 상기 이너 튜브의 외둘레 중 상기 아우터 튜브에 의해 둘러싸이지 않는 부분에 씌워진 쉘 튜브 열교환기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 패킹은 중공 원통 형상인 쉘 튜브 열교환기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 패킹은
    상기 이너 튜브의 외둘레 일부 또는 상기 아우터 튜브의 외둘레 일부를 둘러싸는 외통체와;
    상기 외통체에서 꺽인 형상으로 형성되고 상기 이너 튜브의 단부를 덮는 링체를 포함하는 쉘 튜브 열교환기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 패킹은 상기 링체에서 꺽인 형상으로 형성되고 상기 이너 튜브의 내측으로 삽입된 내통체를 더 포함하는 쉘 튜브 열교환기.
  11. 구리 재질의 이너 튜브 외둘레에 알루미늄 재질의 아우터 튜브를 배치하여 이중관을 준비하는 단계와;
    상기 이너 튜브에 패킹을 결합하는 단계와;
    상기 아우터 튜브와 튜브 시트가 이격되도록 상기 패킹을 튜브 시트에 형성된 통공부로 삽입하는 단계와;
    상기 패킹을 확관하는 단계를 포함하는 쉘 튜브 열교환기의 제조방법.
  12. 구리 재질의 이너 튜브 외둘레 일부에 알루미늄 재질의 아우터 튜브를 배치하여 이중관을 준비하는 단계와;
    상기 이너 튜브의 외둘레에 패킹을 결합하는 단계와;
    상기 아우터 튜브와 튜브 시트가 이격되도록 상기 패킹을 튜브 시트에 형성된 통공부로 삽입하는 단계와;
    상기 이너 튜브을 확관하는 단계를 포함하는 쉘 튜브 열교환기의 제조방법.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 이중관을 준비하는 단계는
    상기 아우터 튜브가 이너 튜브의 외둘레 전체를 감싸게 형성되는 과정과,
    상기 이중관 중 알루미늄 재질의 아우터 튜브 일부를 박피하는 과정을 포함하는 쉘 튜브 열교환기의 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 이너 튜브에 패킹을 결합하는 단계는 상기 이중관 중 알루미늄 재질의 아우터 튜브가 박피된 부분에 용접화염을 막을 수 있는 기구물을 위치시키는 과정과;
    상기 이너 튜브 내측 및 패킹 주변에 질소를 분사하여 냉각시키는 과정과;
    상기 이너 튜브와 패킹을 브레이징 접합하는 과정을 포함하는 쉘 튜브 열교환기의 제조방법.
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