KR102481320B1 - 열 교환기용 판부를 제조하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열 교환기용 판부 블랭크의 제조 방법 및 장치에 관한 것이다. 연속 시팅(continuous sheeting) 형태의 시트 물질(2)이 대향 표면 패턴(7, 7', 8)을 갖는 2개의 롤들(5, 6) 사이에서 작업 되어 상기 시트 물질(2)에 프로파일링된 판부 블랭크(3, 3', 3")를 형성하여, 상기 롤들(5, 6)은 공통의 동기화 기어(9)를 사용하여 서로에 대하여 그들의 회전을 제어함에 의해 실질적으로 동일한 속도로 회전하게 동기화되며, 백래시(backlash)가 0.1 mm 미만이고, 상기 롤들(5, 6)의 1 회전 동안에 2개 이상의 판부 블랭크(3, 3', 3")가 상기 시트 물질(2)에 형성되도록 상기 기어(9)는 디스크팩 또는 기어 커플링을 갖는 샤프트(10, 11)에 의해 상기 롤들(5, 6)에 결합된다.

Description

열 교환기용 판부를 제조하는 방법 및 장치

본 발명은 아래에서 제시되는 독립항의 전제부에 따른 판부 블랭크(plate part blanks)를 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 열 교환기용 판부를 제조하는 설비(arrangement)에 관한 것이다.

판형 열 교환기의 전열판 조립체(plate pack)는 보통, 프로파일링된(profiled) 금속판으로 구성된다. 상기 판의 프로파일 패턴, 즉, 프로파일 형상 및 프로파일의 높이는 원하는 열교환 특성에 따라 변할 수 있다. 일반적으로, 판형 열 교환기의 프로파일링된 판은 평면 도구들 사이에서 한 번에 하나의 판을 눌러 냉간 가공 방법으로 제조된다. 도구 중 하나는 압축 기계로 사용되며 다른 하나는 다이로 사용된다. 판부의 제조에 사용되는 평면 도구는, 판 크기의 증가와 함께 특히 요구되는 거대한 물리력으로 인해 매우 무거우며, 또한, 그러한 도구의 제조 비용이 높다.

또한, 압연 방법에 의한 열 교환기의 프로파일링된 금속판의 제조가 이미 공지되어 있는데, 이 방법에서는 시트 물질의 연속 시팅(continuous sheeting)이 프로파일링된 판을 형성하기 위한 한 쌍의 롤들을 통해 운반된다. 국제특허공보 WO 00/53355에는 압연 방법에 의한 열 교환기의 판부를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 제시된 방법에서, 가공될 연속 시팅은 2개의 롤 사이에 공급되고, 여기서 판부는 대향 표면 패턴을 갖는 2개의 롤들 사이에서 형성되고, 그가 형성될 때에 최종 형상으로 동시에 절단된다. 제시된 장치에서, 롤들은 롤들의 일단부에 고정된 기어링(gearing)으로 서로 결합되고, 롤들의 동기화는 롤-특정 동기 모터 및 전기 제어 시스템을 사용하여 배열된다. 그러나, 상기 롤들 중 하나의 회전 속도가 압연(rolling)에서 나타나는 힘에 의해 변할 수 있고, 그리고 나서 상기 롤들의 회전 속도가 더 이상 동기화되지 않기 때문에 상기 롤들의 개별적인 구동 메커니즘으로 인해 판의 프로파일 패턴의 정확도와 관련된 문제점이 나타날 수 있다. 프로파일 패턴의 높이는 롤들의 휨으로 인해 판의 가장자리와 비해 판의 중간에서 상이할 수 있으며, 이는 형성될 전열판 조립체(plate pack)로 우회류를 야기할 수 있어, 열 교환기의 열 교환 특성에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 압연 방법에 의해 정확한 프로파일 패턴을 갖는 열 교환기용 판부를 제조할 수 있는 방법 및 장치가 여전히 필요하다.

본 발명의 일 목적은 압연 방법에 의한 열 교환기용 판부 블랭크(plate part blanks)제조를 위한 새로운 해결책을 제시하는 것이다.

본 발명의 목적은 특히, 판의 전체 표면적에서 더욱 정확한 프로파일 패턴을 갖는 판부(plate parts)를 제조할 수 있게 하는 판부 블랭크를 제조하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

다른 것들 중에서도 전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 첨부된 독립항의 특징부에 제시된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일부 바람직한 실시형태는 다른 청구항에 기술될 것이다.

본 명세서에서 언급된 실시형태 및 이점은, 비록 그것이 항상 구체적으로 언급되지는 않았지만 본 발명에 따른 적용 가능한 방법, 장치 및 설비 모두에 관한 것이다.

열 교환기용 판부 블랭크를 제조하기 위한 본 발명에 따른 일반적인 방법에서, 롤들이 공통의 동기화 기어를 사용하여 서로에 대하여 그들의 회전을 제어함에 의해 실질적으로 동일한 속도로 회전하게 동기화되도록, 연속 시팅(continuous sheeting) 형태의 시트 물질이 대향 표면 패턴을 갖는 2개의 롤들 사이에서 작업 되어 상기 시트 물질에 프로파일링된 판부 블랭크(profiled plate part blanks)를 형성하며, 백래시(backlash)가 0.1 mm 미만이고, 상기 롤들의 1 회전 동안에 2개 이상의 판부 블랭크가 상기 시트 물질에 형성되도록 상기 기어는 디스크팩 또는 기어 커플링을 갖는 샤프트에 의해 상기 롤들에 결합된다.

열 교환기용 판부 블랭크를 제조하기 위한 본 발명에 따른 일반 장치는, 적어도,

- 프레임부, 및

- 상기 프레임부상의 베어링에 장착되는 2개의 롤들로서, 상기 롤들은 서로 대향하는 표면 패턴을 포함하여 시트 물질에 프로파일링된 판부 블랭크를 형성하는, 상기 2개의 롤을 포함하고,

상기 장치는 롤들의 서로에 대한 회전을 제어하기 위해 동기화 기어를 더 포함하며, 백래시가 0.1 mm 미만이 되고, 상기 롤들은 상기 롤들의 1 회전 동안에 2개 이상의 판부를 형성하게 표면 패턴을 포함하도록 상기 기어는 디스크팩 또는 기어 커플링을 갖는 샤프트에 의해 상기 롤들에 결합된다.

본 발명에 따른 일반적인 설비는,

- 시트 물질에 판부 블랭크를 형성하기 위한 본 발명에 따른 장치, 및

- 상기 시트 물질로부터 판부 블랭크를 절단하기 위한 레이저 절단 기기로서, 상기 기기는 상기 판부 블랭크를 형성하기 위한 상기 장치와 동기화되는, 상기 레이저 절단 기기를 포함한다.

본 발명에 따른 방법은 열 교환기의 전열판 조립체용 프로파일링된 판부를 제조하기 위한 냉간 가공 방법이다. 프로파일링된 판부는 열 교환기의 주름진 금속판을 지칭하며, 즉, 그들은 그들 사이에 홈과 리지를 갖는다. 본 발명은 백래시가 없거나 거의 백래시가 없는, 즉 백래시가 0.1 mm 미만인 공통의 동기화 수단으로 롤들이 동기화되고 서로 결합되는, 장치의 한 쌍의 롤들을 기초로 한다. 따라서, 상기 롤들은 실질적으로 동일한 속도로 회전하도록 배열되고, 따라서 판의 프로파일링된 패턴은 판의 전체 표면적에서 기하학적으로 정확하고 정밀할 것이다. 본 발명에 따른 공통의 동기화 수단의 사용은 상기 롤들의 표면 패턴의 상호 오정렬을 최소화한다. 본 발명의 장치는 한 쌍의 롤들을 포함하며, 여기서 프로파일링된 판부는 물질이 상기 한 쌍의 롤들 사이에서 전달되는 동안에 시트 물질에 형성된다.

본 발명에 따른 상기 장치의 상기 롤들은 동기화 기어, 및 상기 롤들과 상기 기어를 결합하기 위한 디스크 팩 또는 기어 커플링을 갖는 2개의 샤프트를 포함하는 공통의 동기화 수단으로 서로 연결된다. 서로에 대한 상기 롤들의 회전은 그들이 실질적으로 동일한 속도로 회전하도록 제어되고 조절된다. 상기 공통의 동기화 수단은 압연에서 나타나는 힘이 상기 롤들에 미치는 영향을 제거하여, 정확한 프로파일 패턴이 판부에 달성된다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서, 상기 롤들은 디스크 팩 또는 기어 커플링을 갖는 2개의 샤프트, 제 1 샤프트 및 제 2 샤프트에 의해 상기 동기화 기어와 결합되어, 상기 제 1 및 제 2 샤프트의 일 단부들이 상기 롤들의 일 단부들과 관련하여 고정되고, 상기 제 1 및 제 2 샤프트의 다른 단부들은 상기 동기화 기어와 관련하여 배열된다. 디스크 팩 커플링은 2개의 금속 허브가 디스크 팩에 연결되는 강철(steel)로 만들어진 상기 디스크 팩을 구동 요소로 사용하는 제로 백래시 커플링이다. 디스크 팩 커플링은 단일 디스크 팩 또는 이중 디스크 팩이 될 수 있다. 기어 커플링은 2개의 내부 직선 치형 플랜지(internal straight teeth flanges)에 맞물리는 2개의 관식 치형 기어 허브(crowned tooth geared hubs)를 전달 요소로 사용하여 강철로 제조된 이중 조인트 커플링을 나타낸다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 상기 샤프트들 모두는 2개의 디스크 팩 커플링을 포함한다. 상기 디스크 팩 또는 기어 커플링은 샤프트 오정렬을 보상하기 위해 비틀림에는 뻣뻣하지만, 축 방향 및 각도로 유연하다. 디스크 팩 또는 기어 커플링을 갖는 샤프트는 롤들의 동기화 수단에 영향을 미치지 않으면서 상기 롤들 사이의 거리를 조정할 수 있다. 따라서, 상이한 두께를 가지며 프로파일 패턴의 상이한 높이를 갖는 판도 상기 장치의 동일한 롤들을 사용함으로써 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 방법에서, 판부 블랭크는 2개의 롤들 사이의 시트 물질의 연속 시팅으로 형성되며, 상기 2개의 롤은, 대향 표면 패턴을 포함하여 시트 물질에 프로파일링된 판부 블랭크 또는 블랭크를 형성하는 제 1 롤 및 제 2 롤이다. 2개 이상의 판부 블랭크가 상기 롤들의 1 회전 동안에 시트 물질에 형성되고, 즉, 판부 블랭크는 그가 한 쌍의 롤들을 통해 이동했을 때에 연속 시팅으로 형성된다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 상기 롤들의 1 회전 동안 2개의 판부 블랭크가 형성되고, 상기 판부 블랭크는 동일한 크기를 가지며, 즉 상기 롤들은 상기 롤의 대향 측면에 배열되는 2개의 유사한 표면 패턴을 포함한다. 상기 롤의 1 회전은 상기 롤의 원주의 전체 길이가 상기 시트 물질과 접촉한 롤의 완전한 회전을 의미한다. 1 회전 동안 형성될 판부 블랭크의 수는 제조될 판부의 크기에 의존한다. 형성될 판부 블랭크의 크기는 다를 수 있다. 시트 물질의 전체 폭에 걸쳐 프로파일링될 영역을 연장하는 것이 유리하며, 따라서 1 회전 동안 형성되는 판부의 양은 프로파일링되는 판부의 크기에 따른다. 더 작은 판부는 더 큰 판부로부터 빠진 시트 물질의 면적에 형성될 수 있다. 압연 하중이 균등하게 분할될 수 있기 때문에 상기 장치의 실질적으로 굽어지지 않은 롤이 이러한 설비에 의해 달성된다. 롤의 1 회전 동안 2개의 판부 블랭크가 형성될 때에, 롤의 굴곡은 롤의 중심 축에 대하여 0.02 mm 이하이고, 따라서 프로파일 패턴의 높이는 형성될 판의 전체 표면적에서 실질적으로 동일하다.

본 발명에 따른 방법 및 설비는 상이한 형상, 즉 직사각형 또는 원형 판부 또는 상이한 크기, 즉, 예를 들어, 원형 판부의 직경이 다를 수 있게, 판부를 제조하는 것을 가능하게 한다. 일반적으로, 원형 판부의 직경은 150 내지 1500 mm이다. 판부는 또한, 그 내부에 작은 개구를 포함할 수 있다.

롤들의 표면상에 반대 형상을 갖는 표면 패턴, 또는 소위 프로파일링 패턴은 고정된 방식(stationary manner)으로 상기 롤들의 표면에 고정되거나 또는 탈착 가능하고, 고정된 방식으로 롤들의 표면상에 잠금된다. 프로파일링 패턴은 판부의 주름, 즉, 그들 사이의 홈 및 리지를 언급한다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 상기 롤들은 상기 롤들의 1 회전 동안에 2개 이상의 판부를 형성하기 위한 표면 패턴을 포함한다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 롤들은 시트 물질에 연속적인 프로파일 패턴, 즉 연속적인 직사각형 프로파일 패턴을 형성하는 표면 패턴을 포함한다. 원하는 길이의 직사각형 판부 블랭크가 연속적인 프로파일 패턴을 갖는 시트 물질로부터 절단될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 동기화 기어는 전동 모터와 같은 구동 메커니즘을 구비하고, 상기 구동 메커니즘은 상기 롤들 양쪽과 상호 작용한다. 따라서 상기 롤의 속도는 무단계(stopless) 방식으로 조정될 수 있다.

롤의 회전 속도는 원료로서 시트 물질의 두께 및 물질 특성에 기반하여 조절될 수 있다.

본 발명에 따른 판부 제조 방법 및 장치는 다음과 같은 방식으로 사용된다. 상기 롤들의 거리는 원료로 사용된 시트 물질의 두께에 대응하도록 조절된다. 판부 블랭크는 프로파일링된 판부 블랭크를 형성하기 위해, 대향하는 형상, 즉 프로파일링 패턴을 갖는 2개의 롤들 사이에서 형성되고, 이어서 상기 블랭크는 별도의 절단 단계에서 상기 시트 물질로부터 판의 최종 형상으로 절단된다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 판부 블랭크는 레이저 절단 장치를 사용하여 절단된다. 통상적으로, 프로파일링된 판부 블랭크를 포함하는 연속 시팅 형태의 시트 물질은 압연 장치로부터 직접 레이저 절단 기기로 운반된다. 레이저 절단 기기의 기능은 롤의 회전 속도와 동기화된다.

판부 블랭크는 다른 적절한 절단 방법을 사용하여 시트 물질로부터 절단될 수도 있다.

본 발명의 실시형태에서, 판부 블랭크는 레이저 절단 단계 이전에 촬영되고, 절단될 판 부품의 위치는 사진에 기초하여 결정된다. 즉, 레이저 절단 기기의 정렬은 상기 사진의 기초하여 결정되고 조절된다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 시트 물질은 또한 롤들에 의해 형성된 개별 확인 패턴을 포함하고, 이러한 확인 패턴에 기초하여 레이저 절단 장치는 절단될 판 블랭크의 위치를 결정할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 카메라는 절단될 판부 블랭크의 양측에 배열된 2개의 확인 패턴을 촬영하고 이러한 확인 패턴을 기준 이미지와 비교한 다음 레이저 절단 장치의 정렬을 조정하도록 배열된다. 본 발명의 일 실시형태에서, 레이저 절단 장치는 시트 물질로부터 판부 블랭크를 절단하고 동시에 필요한 경우 판부로의 개구를 절단하도록 배치된다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 설비는 또한 형성된 판부의 프로파일 패턴의 깊이를 측정하기 위한 기구를 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 프로파일 패턴의 깊이는 레이저 센서로 자동 측정된다. 프로파일 패턴의 깊이는 판부의 하나, 둘 또는 그 이상의 지점에서 쉽게 확인할 수 있다. 측정은 레이저 절단 기기 전후에 수행될 수 있다. 프로파일 패턴의 깊이가 올바르지 않으면, 장치의 롤이 자동으로 중지될 수 있다.

본 발명에 따른 장치 및 설비는 또한, 예를 들어, 릴(reel) 상의 시트 물질을 풀기(unwind) 위해 필요한 장치를 포함하고, 상기 시트 물질을 상기 장치에 공급하고 절단 기기로 이송하기 위한 롤러 트랙을 포함한다.

상기 시트 물질은 일반적으로 스테인레스 강 또는 열 교환기의 판에 적합한 다른 물질과 같은 강재이다. 시트 물질의 두께는 일반적으로 0.5 내지 1.5 mm이다.

본 발명에 따른 판부를 제조하는 방법 및 장치는 현재 사용중인 방법 및 장치에 상당한 이점을 갖는다. 특히 큰 판부의 제조에서, 압연에 의해 요구되는 가압력은 평면 작업 공구와 비교할 때 실질적으로 감소 된다. 이러한 힘에 대한 필요성의 감소는 롤과 시트 물질 사이의 접촉면이 원칙적으로, 가공되는 면적이 작은 라인이라는 사실에 기초한다.

본 발명에 따른 판부를 제조하는 방법 및 장치는 작은 프로파일을 갖는, 보다 큰 판부의 제조 비용을 상당히 감소시킨다. 또한, 제조되는 판부의 품질이 개선된다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 판부 블랭크를 제조하기 위한 본 발명의 일 실시형태에 따른 장치를 도시하며,
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 레이저 기기를 도시하고,
도 3은 열 교환기용 판부를 제조하기 위한 본 발명의 일 실시형태에 따른 설비를 도시한다.

본 발명에 따른 방법에서, 열 교환기용 판부 블랭크는 도 1의 장치로 제조 될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 장치(1)는 프레임부(4, 4') 및 상기 프레임부(4, 4')상의 베어링에 장착되는 2개의 롤들(5, 6)을 포함한다. 상기 롤들(5, 6)은 서로 대향하는 프로파일링 패턴(7, 7', 8)을 포함하여 시트 물질(2)에 프로파일링된 판부 블랭크(3, 3')를 형성한다. 상기 시트 물질은 도 1에 도시된 바와 같이 연속 시팅의 형태로 상기 롤(5, 6)을 통해 전달되고, 상기 판부 블랭크(3, 3')는 상기 롤들 사이의 시트 물질(2)로 형성된다. 도 1에 도시된 본 발명에 따르면, 롤(5, 6)의 1 회전 동안 2개의 판부 블랭크(3, 3')가 시트 물질(2)에 형성된다. 상기 프로파일 패턴(7, 7', 8)은 일반적으로 롤(5, 6)의 표면에 고정된 방식으로 고정된다.

도 1에 도시된 장치(1)의 롤(5, 6)은 공통의 동기화 기어(9)로 서로 동기화되어, 디스크 팩 또는 기어 커플링으로 2개의 샤프트(10, 11)에 의해 상기 기어(9)가 상기 롤에 연결된다. 샤프트(10, 11)의 일단은 롤(5, 6)에 연결되고 상기 샤프트(10, 11)의 타단은 동기화 기어(9)에 연결된다. 상기 동기화 기어에는 전동 모터와 같은 구동 메커니즘(12)이 장착된다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 방법에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 레이저 절단 기기(13)를 사용하여 시트 물질(2)로부터 판부 블랭크(3, 3')를 절단하고, 상기 판부의 개구부(14)를 동시에 절단한다. 레이저 절단 기기(13)는 절단될 판부의 위치를 결정하는 카메라(15)를 포함한다.

도 3은 열 교환기용 판부를 제조하기 위한 본 발명의 일 실시형태에 따른 설비(16)를 도시하며, 이 설비는 시트 물질에 판부 블랭크(3, 3', 3")를 제조하기 위한 장치(1) 및 상기 장치와 함께 동일한 생산 라인에 배열되는 레이저 절단 기기(13)를 포함하고, 상기 레이저 절단 기기(13)의 기능이 상기 장치(1)의 롤(5, 6)의 회전 속도와 동기화된다.

본 발명의 다수의 변형은 상기 상세한 설명에 비추어 당업자에게 자명할 것이다. 이러한 명백한 변형은 첨부된 청구 범위의 전체 의도된 범위 내에 있다.

Claims (12)

1. 연속 시팅(continuous sheeting) 형태의 시트 물질(2)이 대향 표면 패턴들(7, 7', 8)을 갖는 2개의 롤들(5, 6) 사이에서 작업되어, 그 사이에서 홈과 리지(ridge)를 포함하는 프로파일링된 판부 블랭크들(profiled plate part blanks)(3, 3', 3")을 상기 시트 물질(2)에 형성하는, 열 교환기용 판부 블랭크들(plate part blanks)(3, 3', 3")을 제조하는 방법으로서,
   상기 롤들(5, 6)은 공통의 동기화 기어(9)를 사용하여 서로에 대하여 그들의 회전을 제어함에 의해 실질적으로 동일한 속도로 회전하게 동기화되며, 상기 기어(9)는 백래시(backlash)가 0.1 mm 미만이 되도록 디스크팩 또는 기어 커플링을 갖는 샤프트(10, 11)에 의해 상기 롤들(5, 6)에 결합되고,
   상기 롤들(5, 6)의 1 회전 동안에 상기 열 교환기용의 서로 동일한 크기를 갖는 2개 이상의 프로파일링된 판부 블랭크들(3, 3', 3")이 상기 시트 물질(2)에 형성되고 - 이 때 상기 프로파일링된 판부 블랭크들(3, 3', 3")을 위한 유사한 표면 패턴들이 상기 롤들의 대향 측들에 배열되어 상기 시트 물질에 프로파일링된 판부 블랭크들이 형성되고, 추가적인 확인 패턴들이 상기 롤들에 의해 상기 판부 블랭크들의 양 측의 시트 물질에 형성됨 -,
   상기 프로파일링된 판부 블랭크들(3, 3', 3")을 갖는 상기 시트 물질이 레이저 절단 기기(13)로 전달되어 상기 프로파일링된 판부 블랭크들(3, 3', 3")이 상기 시트 물질(2)로부터 절단되며 - 이 때 상기 레이저 절단 기기의 기능은 상기 롤들(5, 6)의 회전 속도와 동기화되어 상기 확인 패턴들이 레이저 절단 전에 카메라에 의해 촬영되고, 상기 레이저 절단 기기(13)의 배열을 결정하기 위해 상기 카메라에 의해 촬영된 상기 확인 패턴들의 사진에 기초하여 절단될 판부 블랭크들의 위치가 결정됨 -,
   상기 프로파일링된 판부 블랭크들의 표면 패턴의 깊이가 상기 레이저 절단 이전 및 이후에 측정되고, 상기 표면 패턴의 깊이가 올바르지 않은 경우 상기 롤들(5, 6)이 자동으로 정지되는,
   방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 롤들의 상기 표면 패턴들은 상기 시트 물질의 전체 폭에 걸쳐 연장하도록 배열되는 것을 특징으로 하는, 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 시트 물질은 0.5 내지 1.5 mm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 방법.
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