KR200409691Y1

KR200409691Y1 - 압축천연가스의 연소를 위한 에어 드라이어용 판형열교환기

Info

Publication number: KR200409691Y1
Application number: KR2020050030601U
Authority: KR
Inventors: 오철주; 서진욱
Original assignee: 오철주; 서진욱
Priority date: 2005-10-28
Filing date: 2005-10-28
Publication date: 2006-03-03

Abstract

본 고안은 열교환시에 고압에 견딜 수 있도록 하기 위하여 전면커버와 열교환판(바람직하게는, 첫 번째에 위치하는 스테인리스강판) 사이에 보강판을 삽입하고 또한 상기 각 판에 형성된 포트 주위에 돌기와 홈들을 규칙적으로 배열한 다음 이들을 브레이징으로 접합하여 적층시킨 압축천연가스의 연소를 위한 에어 드라이어용 판형 열교환기를 제시한다.

압축천연가스, CNG, 판형열교환기, 보강판, 동판, 돌기, 홈, 브레이징.

Description

압축천연가스의 연소를 위한 에어 드라이어용 판형 열교환기{heat exchanger a board type}

도 1은 본 고안의 바람직한 일 실시 예에 따른 압축천연가스의 연소를 위한 에어 드라이어용 판형 열교환기의 구조를 보이고 있는 도면.

도 2는 도 1에서 도시하고 있는 판형 열교환기의 상세구성을 확대하여 나타낸 도면.

도 3은 도 2에서 도시하고 있는 보강판과 동판 및 스테인리스강판의 형상을 보이고 있는 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 전면커버 12: 열교환판

14: 후면커버 16: 보강판

18, 22: 동판 20: 스테인리스강판

a: 돌기 b: 홈

본 고안은 압축천연가스 차량의 에어 드라이어에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 동판(또는 니켈판)을 스테인리스강판과 동일한 형상으로 가공하여 이들을 브레이징 접합하고 열교환기의 구조를 개선시켜 고압의 내압을 견딜 수 있도록 구성한 압축천연가스의 연소를 위한 에어 드라이어용 판형 열교환기에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 천연가스차량은 천연가스를 연료로 사용하는 자동차로서 통상 NGV(natural gas vehicles) 차량으로 불리고 있으며, 사용되는 천연가스의 상태에 따라 압축천연가스(CNG: compressed natural gas) 자동차와 액화천연가스(LNG: liquefied natural gas) 자동차로 나눌 수 있다. 상기 천연가스를 연료로 사용할 경우 배기가스 중의 대기오염물질이 현저하게 감소되며, 특히 유황 배출물(SO_X)과 매연(smoke) 및 미세먼지(PM)의 배출이 없어 대도시의 대기환경 개선에 탁월한 효과가 있으므로 그 적용이 점차 증가하고 있는 추세이다.

상기 액화천연가스는 자연상태의 천연가스에 비하여 부피가 1/600밖에 되지 않아 저장공간의 확보 및 1회 연료충전 주행거리의 증가 등의 측면에서 매우 유리하나 온도를 -162℃ 이하로 유지해야 하므로 일반적인 승용차나 버스 등에서 이용하기에는 무리가 있다. 따라서 현재 상용되는 대부분의 천연가스차량은 압축천연가스(CNG) 차량으로서, 가스상태의 연료를 저장하는 가스탱크의 설치공간 확보에 유리한 버스에 주로 적용되며, 우리나라에서도 현재 시내버스로 서울, 인천, 대전, 부산 등 전국에 걸쳐 운행대수가 증가하고 있는 추세이다.

이와 같은 압축천연가스 차량에 사용되는 연료가스는 고압(약 200kg/㎠)으로 압축되어 차량의 플로어 하부에 설치된 가스탱크에 저장되며, 압축된 가스는 가스탱크로부터 연료배관을 거쳐 감압밸브에서 사용압력으로 감압된 후 공기와 혼합되어 엔진 내부로 공급됨으로써 연소된다. 부가적으로 이러한 압축천연가스 차량의 기술적 구성은 국내 공개특허공보 공개번호 제10-2004-0093566호(압축천연가스 자동차의 연료공급장치와 냉방장치의 상호보완 시스템)에 상세히 기술되어 있다.

한편, 위와 같은 압축천연가스(CNG) 차량에 있어서, 가열된 엔진 냉각수를 이용하여 연료가스의 온도를 높여주는 기능을 수행하는 열교환기는 일반적으로 스테인리스강(stainless steel)으로 성형된 여러장의 열교환판들로 구성되고, 상기 열교환판들 사이에는 플레이트(즉, flat-face한 면을 가지는) 타입의 동판이 삽입되고, 이들은 브레이징 접합되어 하나의 판형 열교환기로 제작된다. 이때 상기 동판은 용재(copper plate)로 사용되고, 상기 스테인리스강은 모재로 사용되며, 작업온도는 약 1200Deg. 정도의 고열에서 접합된다.

즉, 종래 기술에 따른 판형 열교환기의 브레이징 방법은 평평한 면을 가지는 동판과 V자 형상(주름진 형상)의 전열유로가 형성된 열교환판(heating plate)을 순차적으로 적층시켜 브레이징 한다. 이때 상기 동판은 용재로써 고온에서 녹아 스테인리스강판이 적층된 사이로 모세관 현상에 의해 동판이 녹아서 냉각과정에 의해 스테인리스 판재들에 접합되어진다.

그러나, 위와같은 종래의 브레이징 방법은 평평한 형상의 동판을 사용하기 때문에 상기 동판이 고온의 분위기 온도(Environment Temperature) 상태에서 녹아 서 열교환판의 형상을 따라 일정하게 브레이징될 수 없을 뿐만 아니라, 상기 열교환판의 제조과정에서 항상 클리어런스(공차)를 길이방향으로 깊이 0.1~0.2mm 정도를 주기 때문에 이 과정에서 평평한 형태의 동판이 상기 공차를 가진 열교환판 면을 따라 일정하게 브레이징된다는 것은 거의 불가능하였다.

또한, 이와 같이 제작된 종래의 판형 열교환기는 열교환판 자체의 클리어런스와 상기 열교환판을 적층시의 누적 공차로 인해 브레이징 작업시에 동판은 고온의 진공상태에서 브레이징시에 모세관 현상에 의해 접촉된 부분을 브레이징 하지만 동판의 형상에 의해 균일하거나 완벽하게 접합되지 않고 열교환판 사이에 일부 접합되지 않아 갭이 형성되기 때문에 열교환기의 강도와 효율이 현저히 떨어져 장기간 사용시에는 열교환판들의 간격이 서로 벌어지게 되고, 또한 열교환시에 고압의 내압에 견딜 수가 없어 누수(Leakage) 현상이 발생하거나 열교환기가 쉽게 파손되는 단점이 있었다.

또한, 종래에는 스테인레스강으로 성형된 열교환판과 접합되는 동판의 표면에는 상기 열교환판에 형성된 전열유로가 형성되어 있지 않고 단순히 평평한 면(Flat Surface)을 이루고 있기 때문에 열교환시에 열효율이 현저히 떨어지게 되고 또한 브레이징 작업이 제대로 이루어지지 않는 단점이 있다.

따라서, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 고안의 목적은 동판의 전체적인 형상을 아래의 열교환판의 형성과 동일하게 형성하여 브레이징 작업시에 상기 동판이 열교환판의 형상을 따라서 모세관 현상에 의해 상부의 열교환판과 열교환판 사이의 홈에 모세관 현상에 의해 일정하게 브레이징될 수 있도록 분위기를 형성함으로써 열교환시에 고압의 내압에 견딜 수 있도록 하는 압축천연가스의 연소를 위한 에어 드라이어용 판형 열교환기를 제공함에 있다.

본 고안의 다른 목적은 동판(또는 니켈판)의 형상을 열교환판과 동일한 모양으로 성형하여 열교환기로 사용할 때 고압(120kg/㎠)에서 견딜 수 있도록 하는 압축천연가스의 연소를 위한 에어 드라이어용 판형 열교환기를 제공함에 있다.

이하 본 고안의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

후술될 상세한 설명에서는 상술한 기술적 과제를 이루기 위해 본 고안에 있어 한 개의 대표적인 실시 예를 제시할 것이다. 그리고 본 고안으로 제시될 수 있는 다른 실시 예들은 본 고안의 구성에서 설명으로 대체한다. 도면상에서 동일한 도면부호는 동일한 요소를 지칭한다.

우선 본 고안에서 제안하고자 하는 에어 드라이어용 판형 열교환기의 개념을 살펴보면, 열교환시에 고압에 견딜 수 있도록 하기 위하여 전면커버와 열교환판(바람직하게는, 첫 번째에 위치하는 스테인리스강판) 사이에 보강판을 삽입하고 또한 상기 각 판의 상/하면에 형성된 포트 주위에 돌기와 홈들을 규칙적으로 배열한 다음 이들을 브레이징으로 접합하여 적층시킨 판형 열교환기를 제안하고자 한다.

또한 본 고안에서는 판형 열교환기의 브레이징 작업시에 동판 또는 니켈판( 이하 '동판'이라 함)을 종래와 같이 평평한 플레이트 타입으로 형성하지 않고 고온에서 열처리한 다음 이를 상기 스테인리스강판과 동일한 모양으로 성형한 다음 이를 스테인리스강판과 브레이징 작업을 하였으며, 이와 같은 기술은 판형 열교환기가 고압의 내압에서도 견딜 수 있도록 하고 또한 열교환판이 벌어지는 현상을 방지할 수 있도록 한다.

그리고 본 고안에서는 고압에 견딜 수 있도록 하기 위하여, 열교환판의 포트 쪽에 일정한 간격의 높낮이를 통한 균일한 벌집(Honey Comb)구조를 형성하고 또한 열교환판의 내압이 2차적 압력에 견딜 수 있도록 하기 위하여 외부를 접시형태의 접합 구조를 형성한 구성을 보이고 있다.

본 고안의 실시 예에 따라 앞에서 제안한 압축천연가스의 연소를 위한 에어 드라이어용 판형 열교환기의 구성은 도 1에서 나타내고 있는 바와 같다. 상기 도 1을 참조하면, 본 고안에서 구현하고자 하는 판형 열교환기는 전면커버(10)와 후면커버(14) 및 다수매의 열교환판(12)으로 구성되며, 이들은 순차적으로 적층되고 브레이징 작업에 의해 서로 접합된다.

상기 전면커버(10)와 다수매의 열교환판(12)에는 냉각수와 연료가스가 유입되고 배출되기 위한 포트(50)들이 각각 형성된다. 또한 상기 열교환판(12)의 표면에는 V자형의 전열유로가 형성되고 테두리면을 따라 각 모서리에는 돌기(a)들과 홈(b)들이 규칙적으로 형성되며, 이와 같은 열교환판(12)의 상세구성은 후술하는 도 2 및 도 3의 상세설명에 의해 용이하게 이해될 것이다.

전술한 열교환판(12)은 도 2,3에 도시한 바와 같이 크게 3가지 판으로 구성 되며, 바람직하게는 스테인리스강으로 제작된 보강판(16) 및 전열유로가 형성된 스테인리스강판(20), 그리고 상기 스테인리스강판(20)과 동일한 모양으로 성형된 동판(18,22)으로 구성된다.

즉, 상기 보강판(16)은 테두리면을 따라 절곡되어 있으며, 이 절곡된 면이 스테인리스강판(20)의 테두리면을 감싸면서 브레이징되기 때문에 종래의 판형 열교환기보다 강도가 훨씬 높게 나타난다. 다시 말해서, 전/후면 커버(10,14)와 다수매의 스테인리스강판(20)이 적층되어 브레이징 작업에 의해 접합 될 때 상기 전면커버(10)과 첫 번째의 스테인리스강판(20) 사이에 보강판(16)을 삽입한 다음 브레이징을 하게 되면, 상기 보강판(16)의 절곡된 테두리면이 상기 첫 번째의 스테인리스강판(20)을 감싸면서 브레이징된다. 이와 같은 구성에 따라서, 본 고안의 판형 열교환기는 열교환시 고압의 내압에도 파손되거나 벌어지지 않게 된다.

또한, 전술한 보강판(16)과 스테인리스강판(20) 및 후술하는 동판(18,22)에는 일정한 간격을 유지하면서 규칙적으로 배열된 돌기(a)와 홈(b)이 각각 형성되어 있으며, 이러한 구성 역시 앞에서 언급한 효과(즉, 열교환시 고압에 견딜 수 있다)를 한층 더 배가시킬 수 있다.

즉, 도 3에 도시한 바와 같이 상기 각 판(16~22)의 좌측에 형성된 포트(50)에는 돌기(a)들이 형성되고 반대로 우측에 형성된 포트(50)에는 홈(b)들이 형성되며, 이와 같이 돌기(a)와 홈(b)들이 형성된 각 판(16~22)들을 적층시키게 되면 상기 돌기(a)들은 각 홈(b)에 삽입되며 이때 브레이징을 하게 되면 더욱더 견고하게 접합되어진다. 이러한 구성에 따라 열교환시에도 고압에 견딜 수 있게 된다.(종래 에는 30kg/㎠ 정도밖에 견딜 수 없었지만, 본 고안의 열교환기는 120kg/㎠의 고압에서 견딜 수 있다.)

한편, 위와 같이 구성된 보강판(16)과 각 스테인리스강판(20)의 저면에는 동판(18,22)이 적층되어 브레이징되는데, 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

상기 동판(18,22)은 종래와 같이 평평한 플레이트 타입의 동판이 아니라 전술한 스테인리스강판(20)과 동일한 구조 및 동일한 모양으로 성형된 동판이다. 즉, 상기 동판(18,22)은 700~900℃(바람직하게는, 800℃)의 가열로에서 열처리하고 이를 상기 스테인리스강판(20)과 동일한 모양으로 프레스 가공한 것이다. 이와 같이동판을 제조하게 되면 판형 열교환기의 강도를 높일 뿐만 아니라 상기 동판이 스테인리스강판의 형상을 따라서 모세관 현상에 의해 상부의 열교환판(스테인리스강판)과 열교환판 사이의 홈에 모세관 현상에 의해 일정하고 균일하게 브레이징될 수 있는 분위기를 형성함으로써 열교환시에 열효율을 현저히 높일 수 있고 또한 강도를 향상시킬 수 있다.

이상으로 살펴본 바와 같이, 본 고안은 일정하고 균일하게 브레이징됨으로써 열효율을 현저히 높일 수 있고 또한 열교환판의 상/하면 가장자리에 돌기와 홈을 각각 형성하여 이들이 서로 밀착되면서 브레이징이 이루어지도록 함으로써 열교환기의 강도를 높이고 열교환시에 고압의 내압에도 견딜 수 있도록 하여 열교환기의 내구성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

그리고, 본 고안은 동판의 형상을 열교환판(즉, 스테인리스강판)과 동일한 모양으로 성형함으로써 열교환기로 사용할 때 열교환판이 고압(120kg/㎠)에서 견딜 수 있도록 하고, 또한 장기간 사용시에도 열교환기가 파손되거나 열교환판이 벌어지는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 고안은 라운딩진 곡면 형태를 가지고 유체의 흐름을 원활히 함과 아울러 열교환 성능(곡면을 구성하므로서 전열면적, 즉 제한된 공간내의 표면적이 크다)이 뛰어날 뿐만 아니라 상기 라운딩진 형태에 의해 단면 모멘트가 커서 높은 압력에 잘 견딜 수 있는 장점이 있다.

Claims

전면커버와 후면커버로 구성되며, 상기 전/후면 커버 사이에는 냉각수 또는 연료가스가 유입되고 배출되는 포트와 V자형 전열유로가 각각 형성된 동판 및 스테인리스강판으로 이루어진 열교환판을 포함하여 구성된 압축천연가스의 연소를 위한 에어 드라이어용 판형 열교환기의 구조에 있어서,

상기 전면커버와 열교환판 사이에는 보강판이 삽입되며, 상기 보강판은 테두리면을 따라 절곡되어 상기 스테인리스강판의 테두리면을 감싸면서 브레이징으로 접합됨을 특징으로 하는 압축천연가스의 연소를 위한 에어 드라이어용 판형 열교환기.
제1항에 있어서,

상기 보강판과 동판 및 스테인리스강판에는 포트의 일측 둘레면을 따라 다수의 돌기와 홈들이 선택적으로 형성됨을 특징으로 하는 압축천연가스의 연소를 위한 에어 드라이어용 판형 열교환기.
제2항에 있어서,

상기 보강판과 동판 및 스테인리스강판에 상기 돌기와 홈이 형성될 때 서로 마주보는 지점을 기준으로 일측면에 상기 돌기가 형성되면 타측면에는 상기 돌기에 대응하는 홈이 형성됨을 특징으로 하는 압축천연가스의 연소를 위한 에어 드라이어용 판형 열교환기.