KR20060090969A - 판형 열교환기를 제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

용접형, 이중 벽의 판형 열교환기를 제조하는데 있어서, 이중의 벽(5, 6)은 교환기의 포트 구멍주위에서 서로 밀봉되고 연결된 영역(5a, 5b)을 포함한다. 이로 인하여 상기 영역(5a, 5b) 서로 덮지 않는 영역을 포함하도록 형상화되어진다. 브레이징은 다른 판 영역으로부터 브레이징 재료의 모세관 흡입에 의하여 형성되어진다.

Description

판형 열교환기를 제조하는 방법{A METHOD OF MANUFACTURING A PLATE HEAT EXCHANGER}
본 발명은 각각의 열교환 판이 이중의 벽으로 형상화되어 지는 판형 열교환기를 제조하는 방법에 관한 것이다. 다수의 출원서에서, 상기 방법은 인간의 소비를 위하여 사용되어 지고, 열을 교환하며, 유체 매체가 다른 유체의 통로로 유입되는 것을 야기하는 판의 누수를 방지하도록 제어에 의하여 특징되어 진다. 이중의 벽을 형성하는 열교환기 판의 2 개의 벽들 중 하나를 통한 누수는 이중의 벽을 형성하는 열교환기 판의 표면을 향하는 2 개의 벽들 사이에서 누수량을 배출함에 의하여 탐지되어 진다.
대부분의 밀집된 판형 열교환기에 있어서, 열을 교환하고 흐름을 분리하는 다수의 적층된 판들은 브레이징 재료(brazing material)로서 니켈 또는 구리를 사용하여 브레이징(brazing)에 의하여 상호 연결되고, 스테인리스 스틸로 제조되어 진다. 브레이징은 판의 한 측부 상에서 얇은 브레이징 재료와 다른 판을 연결하고, 밀봉되어 지는 모든 판들을 제공함에 의하여 일반적으로 수행되어 진다. 그 후 판 들은 적층되어지고, 진공 오븐 내에서 브레이징을 형성하기에 충분한 온도까지 가열되어 진다. 이중 벽(double wall)들을 가지는 판들이 장착된 형태의 판형 열교환기는 첨부된 도면인 도 1 및 도 2 내에 도시되어 지고, 종래 기술의 특허 명세서 참조인 실례는 WO 011 165 44 A1로 형성된다. 용접되고, 이중 벽을 형성하며, 밀집된 판형 열교환기를 제조하는데 발생되는 문제점은 포트 구멍을 통과하는 흐름이 교환기를 통과하는 매개물의 하나 이상의 다른 흐름의 통로로 유입되는 것을 방지하는 판 내에서 포트 홀 주위의 신뢰할 만한 밀봉 기능을 제공하고, 뿐만 아니라 이중의 벽들 사이의 작을 공간으로 유입되는 것을 방지한다. 브레이징 재료의 우선하는 사용으로 인하여, 이중의 벽을 통하는 누수는 누수되는 유체가 교환기의 주변으로 배출시키기 위하여 2개의 벽들 사이의 공간으로 도달되지 않는 통로를 따라 형성되는 것을 가능하게 만드는 위치에서 이중 벽의 2개의 벽들 사이에 의도되지 않는 브레이징 연결을 야기하여, 따라서 탐지가 불가능하다.
본 발명의 목적은 용접된(brazed), 이중 벽의 열교환기의 제조 방법을 제공함에 있으며, 브레이징 재료는 이중 벽 중 하나를 통하여 2개의 벽들 사이의 외부를 향하여 유출된 공간으로 유입되는 유체의 누수를 방지하고, 이러한 범위에 대하여 열교환기 판의 2개의 벽 사이의 공간으로 유입되는 것을 방지할 것이다.
상기 목적은 다음의 방법에 의하여 달성되어 지며, 상기 방법에 따르면, 판형 열교환기는 복수의 적층된 판을 포함하고, 복수의 적층된 판들은 상기 판들을 따라 열을 교환하는 2개 이상의 분리된 유체들을 제한하며, 상기 판들은 판의 벽을 통하여 유체가 다른 유체의 통로로 유입되어 새는 것을 방지하기 위하여 이중의 벽 구조로 형성되고, 판 내에서 상기 판들의 이중의 벽들은 포트 구멍(port hole)의 테두리(border) 주위에서 밀봉을 형성하며 서로 연결되어 지고, 브레이징 과정(brazing operation)에 앞서 교환기의 각각의 이중 벽을 형성하는 판은 다른 이중 벽을 형성하는 판을 연결하는 표면상에 브레이징 재료가 제공되어 지고, 포트 구멍의 테두리주위에서 이중의 벽 판을 형성하는 2개의 판들의 벽 표면들을 상호 접촉하는 영역들은 서로 부분적으로 덮기 위하여 형상화되어 진다.
도 1은 교환기의 모든 부분이 브레이징에 의하여 상호 연결되어 지기에 적합하고, 열 교환 판은 이중을 벽을 가지는 공지된 구조의 판형 열교환기의 도식적이고 분해된 투시도.
도 2는 도 1 내의 화살표 A-A의 방향이 수용되어 진 단면, 도 1에 도시된 형태의 교환기의 확대된 크기의 단면도.
도 3은 부분은 포트 홀을 둘러싸고, 본 발명에 따라 제조된 교환기의 적층된 열교환 판의 부분의 도 2내에서 화살표 B-B의 방향에서 확대된 평면도.
도 4는 브레이징을 위하여 가열하기에 앞서 도 3의 화살표 B1-B1에 의하여 지시된 확대된 수직 단면도.
도 5는 브레이징을 위하여 가열하기에 앞서 도 3의 화살표 B2-B2에 의하여 지시된 수직 단면도.
도 6은 도 4에 대응하지만, 브레이징 후의 상태를 도시한 도.
도 7은 도 5에 대응하지만, 브레이징 후의 상태를 도시한 도.
도 8은 도 3에 도시된 교환기에 대안적인 도.
도 9는 브레이징을 위하여 가열하기에 앞서, 도 8의 화살표 C1-C1에 의하여 지시된 수직 단면도.
도 10은 브레이징을 위하여 가열하기에 앞서, 도 8의 화살표 C2-C2에 의하여 지시된 수직 단면도.
도 11은 도 9에 대응하지만 브레이징 후의 상태를 도시한 도.
도 12는 도 10에 대응하지만 브레이징 후의 상태를 도시한 도.
도 13은 도 3에 도시된 것의 대안의 부가적인 실시예에 따르는 도.
도 14는 브레이징을 위하여 가열하기에 앞서, 도 13 내의 화살표 D-D에 의하여 지시된 단면도.
도 15는 브레이징을 위하여 가열한 후, 도 13 내의 화살표 D-D에 의하여 지시된 단면도.
도 16은 도 3에 도시된 것의 대안의 부가적인 실시예에 따르는 도.
도 17은 브레이징을 위하여 가열하기에 앞서, 도 16 내의 화살표 E1-E1에 의하여 지시된 단면도.
도 18은 브레이징을 위하여 가열하기에 앞서, 도 16 내의 화살표 E2-E2에 의 하여 지시된 단면도.
도 19는 브레이징을 위하여 가열한 후, 도 16 내의 화살표 E1-E1에 의하여 지시된 단면도.
도 20은 브레이징을 위하여 가열한 후, 도 16 내의 화살표 E2-E2에 의하여 지시된 단면도.
<참조 부호>
1: 단부 판
2: 단부 판
3 및 4: 흐름 안내 판
5a: 판의 벽
5b: 판의 벽
5 내지 8: 열 교환 판
9: 유체를 가열하기 위한 입구 개구부
10: 유체를 가열하기 위한 출구 개구부
11: 가열된 유체를 위한 입구 개구부
12: 가열된 유체를 위한 출구 개구부
13 포트 개구부의 테두리
14 및 15: 압흔
16 및 17: 벽 판 내에서 구멍
18 내지 21: 포트 구멍 테두리
2개의 순환 판형 열교환기(circuit plate heat exchanger)의 기본적인 형상은 도 1 내에 도식적으로 도시되어 진다. 교환기는 2개의 단부 판(end plate, 1, 2)과 2개의 흐름 안내 판(flow guiding plate, 3, 4)과 4개의 열교환 판(5 내지 8)을 포함한다. 판(3 내지 8)은 헤링본 형상을 형성하는 함몰부와 융기부의 압축된 패턴으로 제공되어 진다. 열교환기의 2가지의 순환을 설명하기 위하여, 판(1 내지 8)은 분해도 1로서 분류되어 도시되어 진다. 단부 판(1)은 가열되는 유체를 위한 입구 개구부(inlet opening, 9)와 출구 개구부(outlet opening, 10)가 제공되어 지고, 뿐만 아니라 가열되어 진 유체를 위한 입구 개구부(11)와 출구 개구부(12)가 제공되어 진다. 분해도가 튜브로서 도시되어지기 때문에, 가열 유체는 포트 홀들에 의하여 흐름 안내 판(3)과 단부 판(1)을 통하여 개별적으로 통과되어 진다. 상기 가열 유체의 부분은 판(3)과 판(5) 사이에서 상부를 향하여 통과하고, 그 뒤 단부 판(1)에서 출구 개구부(10)를 통과한다. 가열 유체의 나머지 부분은 판(6)과 판(7) 사이의 공간으로 이동되어 지거나 그 뒤 판(8)과 판(4) 사이에서 출구 개구부(10)로 이동되어 진다. 가열되어 진 흐름은 입구 개구부(11)에 의하여 단순한 방법으로 공급되어 지고, 판(7)과 판(8) 사이의 공간 또는 판(5)과 판(6) 사이의 공간을 통하여 이동되며, 그 뒤 출구 개구부(12)로 이동되어 진다. 열이 판(5 내지 8)에 의하여 2개의 유체 흐름 사이에서 교환되어 진다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 기 술된 상기 조절은 2개의 흐름 중 하나가 소비를 위하여 사용되어 지는 경우에 교환기 판(5 내지 8) 내에서 이중 벽(도 1에 도시되지 않음)의 용도로 종종 요구되어 진다.
도 2는 도 1 내에서 화살표 A-A에 의하여 지시된 절단부이다. 도 2는 가열 유체를 위한 입구 개구부(9) 및 가열된 유체를 위한 출구 개구부(12)를 도시하며, 유체의 2가지 흐름을 안내하는 판(3 내지 8)이 동일한 크기와 형상의 적층 판을 형성하기 위하여 서로 어떻게 접촉하는지를 도시하며, 적층된 서로의 판은 이웃하는 판에 대한 평면 내에서 180 도 회전되어 진다. 판(5 내지 8)의 이중 벽(double wall)은 굵은 선으로 도시된다.
도 2의 화살표 B-B 방향에서 확대되어 진 도 3은 본 발명에 따르는 열교환기 내의 적층 된 열교환기 판들의 부분을 도시한 평면도이며, 포트 홀을 둘러싸는 상기 부품인 참조 번호 (13)는 판(6)과 판(7) 사이의 공간과 판(3)과 판(5) 사이의 공간을 연결하는 판(5) 내에서 포트 개구부의 테두리(border)를 나타낸다. 판(5)과 판(6)은 포트 개구부의 테두리(13) 주위에서 링 형태의 접촉 영역을 따라 함께 브레이징되고, 밀봉되어 질 것이다. 도 4 및 도 5 내에서 도 3의 화살표 B2-B2, 화살표 B1-B1에 의하여 지시된 절단부로 도시되어 지며, 판(5)은 4개의 압흔(indentation, 14)이 제공되어 진 벽(5a)의 영역을 제외하고 서로 접촉을 형성하는 2개의 벽(5a)과 벽(5b)으로 구성되어 지는 것으로 도시된다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 판(5 내지 8)의 하부 측부들은 두꺼운 선으로 도시된 예를 들어 구리 또는 니켈인 브레이징 재료(brazing material)의 얇은 포일이 제공되어 진다. 브레이징 재료(brazing material)의 포일이 열교환기의 판을 형성하는 예를 들어 벽(5a, 5b)인 2개의 벽들의 근접한 표면 사이에 위치되어 지지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 도 4 및 도 5는 브레이징의 효과를 위하여 진공 오븐 내에서 가열하기에 앞서 적층된 판(5 내지 8)을 도시한다. 도 4 및 도 5에 대응하는 도 6 및 도 7은 진공 오븐 내에서 진부한 처리를 한 후 브레이징 재료가 어떻게 이동되는지를 도시한다. 브레이징 재료는 근접한 판에 접촉하는 부분을 제외하고 열교환기 판의 하측부로부터 대부분 사라진다. 그러나 2개의 표면 사이에서 자유 표면 영역이 좁은 간격으로 연장되는 곳에서 모세관 흡입이 발생됨으로 인하여, 브레이징 재료는 이중 벽 열교환기 판을 형성하는 2개의 벽(5a, 5b) 사이에서 밀봉 기능을 제공하고 유입된 것이다. 이러한 자유 표면 영역들은 압흔(12, 15)에 의하여 제공되어 진다. 압흔(14, 15)의 개수는 선택 및 경험의 문제이다. 압흔 사이의 외주 거리는 바람직하게 5 mm 미만 이여야 한다.
요구되어 진다면, 브레이징 재료의 작은 링 형태의 포일들은 포트 개구부 주위에서 서로 접촉을 형성하는 이중 벽 판의 표면들 사이에 위치되어 지지만, 이중 벽들이 열교환 기능을 가지는 브레이징 재료가 영역으로 유입될 수 있는 범위에는 위치되어 지지 않는다. 대부분의 경우 브레이징 재료인 포일의 사용이 요구되어 지 지 않는다.
도 8은 예를 들어 도 2의 화살표 B-B에 의하여 도시되지만 모세관 흡입을 제공하는 대안의 방법을 도시하지 않는 도 3에 대응하는 열교환기 판의 부분을 나타내는 평면도이다. 도 9 및 도 10은 도 8의 C1-C1 개별적으로 C2-C2에 의하여 지시된 단면이다. 2개의 표면 사이에서 좁은 간격으로 연속하는 자유 영역은 벽(5b) 내에서 4개의 구멍(17)에 의하여 그리고 벽(5a) 내에서 4개의 구멍(16)에 의하여 형성되어 진다. 도 11 및 도 12는 판형 열교환기를 제조하는데 있어서, 적층된 판을 연결하는 전통적인 방법에 따라 진공 오븐 내에서 브레이징 재료를 용해시킨 후에 모세관 흡입에 의하여 브레이징 재료가 각각의 열교환기 판의 2개의 벽 사이로 어떻게 유입되어지는지를 도시한다. 브레이징 재료는 굵은 선으로 도시되어 진다.
브레이징 재료의 모세관 흡입에 의하여 밀봉 기능을 제공하는 부가적인 실례는 도 13 내지 도 15 에 도시되어 진다. 이는 벽(5a) 내에서 어떻게 포트 홀 테두리(port hole border, 18)와 벽(5b) 내에서 포트 홀 테두리(19)가 상대적으로 이동되어지고, 모세관 흡입을 제공하는 자유 영역을 형성하는지 도시한다. 도 14 및 도 15는 도 13의 화살표 D-D에 의하여 지시된 양쪽의 단면이며, 각각 브레이징을 위한 가열을 한 후에 그 이전의 브레이징 재료의 위치를 도시한다.
부가적인 실례는 도 16 내지 도 20에 도시되어 진다. 2개의 벽(5a, 5b) 내에서 교환기 판(5)을 형성하는 포트 홀 테두리(20, 21)는 서로 접촉을 형성하는 벽의 영역에 근접한 자유 벽 영역을 형성하기 위하여 위치되어 지고 타원형으로 형성되어 진다. 도 17 및 도 19 는 도 16 내의 화살표 E1-E1에 의하여 지시된 단면을 따라 브레이징 오븐 내에서 각각 가열되어 진 후, 가열되기 전의 브레이징 재료의 분포를 도시한다. 도 18 및 도 20은 도 16의 화살표 E2-E2에 의하여 지시된 단면을 고려한 해당 도면을 나타낸다.

Claims (6)

  1. 복수의 적층된 판(5 내지 8)들을 포함하고, 복수의 적층된 판들은 상기 판들을 가로질러 열을 교환하는 2개 이상의 분리된 유체들을 제한하며, 상기 판(5 내지 8)들은 판(5 내지 8)의 벽을 통하여 유체가 다른 유체의 통로로 유입되어 새는 것을 방지하기 위하여 이중의 벽 구조로 형성되며, 판(5 내지 8) 내에서 상기 판들의 이중의 벽들은 포트 구멍(port hole)의 테두리(border) 주위에서 밀봉을 형성하며 서로 연결되어 지는 판형의 열교환기를 제조하는 방법에 있어서,
    브레이징 과정(brazing operation)에 앞서 교환기의 각각 이중 벽을 형성하는 판(5 내지 8)은 다른 이중 벽을 형성하는 판(5 내지 8)을 연결하는 표면상에 브레이징 재료가 제공되어 지고, 포트 구멍의 테두리(도 3 및 도 8의 13; 도 13의 18, 19; 도 16의 20, 21) 주위에서 이중의 벽 판을 형성하는 2개의 판들의 상호 접촉을 형성하는 벽 표면들의 영역들은 서로 부분적으로 덮기 위하여 형상화되어 지는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기를 제조하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 판형 열교환기의 판(5) 내에서 서로 연결하는 벽(5a, 5b) 내에서의 포트 구멍들의 테두리(13, 도 3 내지 7)들은 동일한 직경을 가지며, 상대적으로 이동된 압흔(relatively displaced indentation, 14, 15)이 제공되어 지는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기를 제조하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 열교환기의 판(5) 내에서 2개의 벽(5a,5b)들의 포트 구멍들의 테두리(13, 도 8 내지 12) 주위의 영역들은 구멍(16, 17)이 제공되어 지고, 하나의 벽(5a) 내에서 상기 구멍(17)들은 다른 벽(5b) 내에서 상기 구멍(16)에 대응하여 각을 형성하며 이동되어 지는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기를 제조하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 열교환기 판의 2개의 벽(5a, 5b)들은 포트 구멍 개구부 주위에서 접촉하는 표면 영역에 근접한 자유 영역을 형성하는(leaving) 상대적으로 이동된 포트 구멍들이 제공되어 지는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기를 제조하는 방법.(도 13 내지 도 15)
  5. 제 1 항에 있어서, 열교환기 판 내에서 포트 구멍을 형성하는 한 쌍의 벽 내에서의 2개의 구멍들은 타원형으로 형성되고, 각을 이루며 이동되어 지는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기를 제조하는 방법.(도 16 내지 20)
  6. 전 항 중 어느 한 항에 있어서, 판형의 열교환기를 제조하는 것을 특징으로 하는 판형의 열교환기를 제조하는 방법.
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