KR20110128061A - Ｃｏ₂ 가스 히터 펌프용 판상형 열교환기의 제조방법 및 그 제품 - Google Patents

Ｃｏ₂ 가스 히터 펌프용 판상형 열교환기의 제조방법 및 그 제품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 CO2 가스 히터 펌프용 판상형 열교환기의 제조방법 및 그 제품에 관한 것으로, 두 개의 스테인리스 판재의 외부 테두리와 유로를 형성하기 위한 유로가이드를 용접을 통해 일체로 결합하여 내부공간을 팽창시킨 구조의 판상형 열교환기를 제조함으로써 CO2 가스를 이용한 고압의 히터 펌프에 사용할 수 있도록 함에 그 목적이 있다. 이를 위해 구성된 본 발명은 (a) 일정크기로 이루어진 판 상의 스테인리스 판재 두 개를 상하로 겹쳐 배열하는 단계; (b) 단계(a)의 과정을 통해 상하로 겹쳐 배열된 두 스테인리스 판재 사이의 일측과 타측에 인렛 파이프(Inlet pipe)와 아웃렛 파이프(Outlet pipe)의 일부분을 삽입하여 용접을 통해 고정시키는 단계; (c) 단계(b)의 과정을 통해 인렛 파이프(Inlet pipe)와 아웃렛 파이프(Outlet pipe)가 고정된 두 스테인리스 판재의 외부 테두리를 용접을 통해 일체로 결합하는 단계; (d) 단계(c)의 과정을 통해 외부 테두리가 용접된 두 스테인리스 판재 사이에 일정길이의 유로를 형성하기 위한 유로가이드를 심용접을 통해 다수 형성하는 단계; 및 (e) 단계(d)의 과정을 통해 유로가이드를 형성한 다음 인렛 파이프(Inlet pipe)와 아웃렛 파이프(Outlet pipe)를 통해 고압력을 주입하여 두 스테인리스 판재 사이를 팽창시켜 유로가이드에 의한 유로가 형성되도록 하는 단계를 포함한 구성으로 이루어진다.

Description

ＣＯ₂ 가스 히터 펌프용 판상형 열교환기의 제조방법 및 그 제품{Heat exchanger method and Heat exchanger of plate format}
본 발명을 CO2 가스 히터 펌프용 판상형 열교환기의 제조방법 및 그 제품에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 두 개의 스테인리스 판재 일측과 타측에 인렛 파이프(Inlet pipe)와 아웃렛 파이프(Outlet pipe)을 용접을 통해 고정시켜 내부공간을 팽창시킨 판상형 열교환기 구조를 제공함으로써 CO2 가스를 이용한 고압의 히터 펌프에 사용할 수 있는 CO2 가스 히터 펌프용 판상형 열교환기의 제조방법 및 그 제품에 관한 것이다.
일반적으로 열교환기(Heat Exchanger)라 함은 서로 온도가 다르고 고체벽으로 분리된 두 유체 사이에 열교환을 수행하는 장치를 말하는 것으로, 좁은 의미의 열교환기는 일반적으로 상변화가 없는 두 공정 흐름 사이에 열을 교환하는 장치를 말하고, 넓은 의미로는 냉각기, 응축기 등을 포함한다. 이러한 열교환기는 난방, 공기조화, 동력발생, 냉각 및 폐열회수 등에 널리 이용된다.
전술한 바와 같은 열교환기의 종류로는 기하학적 형태에 따른 분류로써 원통다관식 (Shell&Tube) 열교환기, 이중관식(Double Pipe Type) 열교환기, 평판형(Plate Type) 열교환기, 공냉식 냉각기(Air Cooler), 가열로 (Fired Heater) 및 코일식 (Coil Type) 열교환기가 있고, 기능에 따른 분류로써 열교환기(Heat Exchanger), 냉각기(Cooler), 응축기(Condenser), 재비기(Reboiler), 증발기(Evaporator), 예열기(Preheater) 및 2상 흐름 열교환기(Two Phase Flow Heat Exchanger) 등이 있다.
한편, 전술한 바와 같은 열교환기의 하나로써 증발기(Evaporator)는 공기조화기나 차량의 냉각계통에 사용되는 것으로 종래 기술에 따른 증발기의 구조는 다음과 같다.
먼저, 종래 기술에 따른 열교환기로써의 증발기 중 하나의 예로는 상하로 대향 설치되어 냉각수(또는 냉매)의 출입을 안내하는 탱크기능의 헤더파이프, 상·하의 헤더파이프 사이에 일정간격으로 배열 설치되어 냉각수(또는 냉매)의 방열이 이루어지는 방열튜브 및 방열튜브 각각의 사이에 배열되어 방열튜브로부터 전달된 열을 대기중으로 방열시키는 알루미늄재질의 방열핀으로 이루어진 알루미늄 핀 타입의 증발기를 그 예로 들 수가 있다.
또한, 전술한 바와 같은 종래 기술에 따른 열교환기로써의 증발기 중 다른 예로는 Copper tube 타입의 증발기 코일을 그 예로 들 수가 있다. 이러한 Copper tube 타입의 증발기 코일 역시 알루미늄 핀 타입의 증발기와 마찬가지로 냉매로는 냉각수를 이용하는 구조이다.
전술한 바와 같은 종래의 기술에 따른 열교환기로써 알루미늄 핀 타입의 증발기 및 Copper tube 타입의 증발기는 냉매로 저압의 냉각수를 이용하는 구조로 이루어져 있어 고압력에 취약하다는 문제가 있다.
따라서, 종래 기술에 따른 종래의 기술에 따른 열교환기로써 알루미늄 핀 타입의 증발기 및 Copper tube 타입의 증발기는 고압력에 취약하여 파괴될 수 있으므로, CO2 가스를 이용한 에어컨디셔너(Air conditioner)나 냉동기(Refrigerator)의 증발기 코일로는 사용할 수 없다는 문제가 있다.
본 발명은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 두 개의 스테인리스 판재 일측과 타측에 인렛 파이프(Inlet pipe)와 아웃렛 파이프(Outlet pipe)을 용접을 통해 고정시켜 외부 테두리와 유로를 형성하기 위한 유로가이드를 용접을 통해 일체로 결합하여 내부공간을 팽창시킨 구조의 판상형 열교환기를 제조함으로써 CO2 가스를 이용한 고압의 히터 펌프에 사용할 수 있는 CO2 가스 히터 펌프용 판상형 열교환기의 제조방법 및 그 제품을 제공함에 그 목적이 있다.
아울러, 본 발명에 따른 기술은 두 개의 스테인리스 판재 일측과 타측에 인렛 파이프(Inlet pipe)와 아웃렛 파이프(Outlet pipe)을 용접을 통해 고정시켜 외부 테두리와 유로를 형성하기 위한 유로가이드를 용접을 통해 일체로 결합하여 내부공간을 팽창시킨 구조의 판상형 열교환기를 제공함으로써 냉각효율을 향상시켜 냉난방 시스템 전체의 냉난방 능력을 향상시킬 수 있도록 함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 구성되는 본 발명은 다음과 같다. 즉, 본 발명에 따른 CO2 가스 히터 펌프용 판상형 열교환기의 제조방법은 (a) 일정크기로 이루어진 판 상의 스테인리스 판재 두 개를 상하로 겹쳐 배열하는 단계; (b) 단계(a)의 과정을 통해 상하로 겹쳐 배열된 두 스테인리스 판재 사이의 일측과 타측에 인렛 파이프(Inlet pipe)와 아웃렛 파이프(Outlet pipe)의 일부분을 삽입하여 용접을 통해 고정시키는 단계; (c) 단계(b)의 과정을 통해 인렛 파이프(Inlet pipe)와 아웃렛 파이프(Outlet pipe)가 고정된 두 스테인리스 판재의 외부 테두리를 용접을 통해 일체로 결합하는 단계; (d) 단계(c)의 과정을 통해 외부 테두리가 용접된 두 스테인리스 판재 사이에 일정길이의 유로를 형성하기 위한 유로가이드를 심용접을 통해 다수 형성하는 단계; 및 (e) 단계(d)의 과정을 통해 유로가이드를 형성한 다음 인렛 파이프(Inlet pipe)와 아웃렛 파이프(Outlet pipe)를 통해 고압력을 주입하여 두 스테인리스 판재 사이를 팽창시켜 유로가이드에 의한 유로가 형성되도록 하는 단계를 포함한 구성으로 이루어진다.
전술한 바와 같은 본 발명의 구성에서 스테인리스 판재의 두께는 0.8∼1.5mm로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 구성에서 단계(d)의 과정에는 심용접을 통해 유로가이드를 형성한 후 일정간격의 점용접을 하여 단계(e)의 과정을 통해 고압력의 주입시 두 스테인리스 판재의 상하부면이 엠보싱 형태로 형성되도록 하는 단계(d-1)가 더 추가될 수 있다.
본 발명의 구조적인 CO2 가스 히터 펌프용 판상형 열교환기의 특징은 앞서 기술한 바와 같은 방법을 통해 제조되어진다. 이때, 본 발명에 따라 제조된 판상형 열교환기는 다수가 격층되어 이루어질 수 있다.
본 발명의 기술에 따르면 두 개의 스테인리스 판재를 겹쳐 제조된 판상형 구조의 열교환기를 제공함으로써 CO2 가스를 이용한 고압의 히터 펌프에 사용할 수 있다는 효과가 발현된다.
또한, 본 발명에 따른 기술의 다른 효과로는 두 개의 스테인리스 판재를 겹쳐 제조된 판상형 구조의 열교환기를 제공함으로써 냉각효율을 향상시켜 냉난방 시스템 전체의 냉난방 능력을 향상시킬 수가 있다.
아울러, 본 발명에 따른 기술의 또 다른 효과로는 두 개의 스테인리스 판재를 겹쳐 제조된 판상형 구조의 열교환기를 제공함으로써 견고한 구조의 연교환기를 제공할 수가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 CO2 가스 히터 펌프용 판상형 열교환기를 보인 사시 구성도.
도 2 는 본 발명에 따른 CO2 가스 히터 펌프용 판상형 열교환기를 보인 평면 구성도.
도 3 은 본 발명에 따른 CO2 가스 히터 펌프용 판상형 열교환기를 보인 단면 구성도.
도 4 는 본 발명에 따른 CO2 가스 히터 펌프용 판상형 열교환기의 격층구조를 보인 사시 구성도.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 CO2 가스 히터 펌프용 판상형 열교환기를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 CO2 가스 히터 펌프용 판상형 열교환기를 보인 사시 구성도, 도 2 는 본 발명에 따른 CO2 가스 히터 펌프용 판상형 열교환기를 보인 평면 구성도, 도 3 은 본 발명에 따른 CO2 가스 히터 펌프용 판상형 열교환기를 보인 단면 구성도, 도 4 는 본 발명에 따른 CO2 가스 히터 펌프용 판상형 열교환기의 격층구조를 보인 사시 구성도이다.
도 1 내지 도 4 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 CO2 가스 히터 펌프용 판상형 열교환기(100)는 일정크기로 이루어진 판 상의 스테인리스 판재(110) 두 개를 상하로 겹쳐 배열하는 과정, 상하로 겹쳐 배열된 두 스테인리스 판재(110) 사이의 일측과 타측에 인렛 파이프(Inlet pipe :120)와 아웃렛 파이프(Outlet pipe : 122)의 일부분을 삽입하여 용접을 통해 고정시키는 과정, 인렛 파이프(120)와 아웃렛 파이프(122))가 고정된 두 스테인리스 판재(110)의 외부 테두리를 용접을 통해 일체로 결합하는 과정, 외부 테두리가 용접된 두 스테인리스 판재(110)의 사이에 일정길이의 유로(132)를 형성하기 위한 유로가이드(130)를 심용접을 통해 다수 형성하는 과정 및 유로가이드(130)를 형성한 다음 인렛 파이프(120)와 아웃렛 파이프(122)를 통해 고압력을 주입하여 두 스테인리스 판재(110) 사이를 팽창시켜 유로가이드(130)에 의한 유로(132)가 형성되도록 하는 과정을 포함한 구성으로 이루어진다.
전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 CO2 가스 히터 펌프용 판상형 열교환기(100)는 두 개의 스테인리스 판재(110) 사이의 일측과 타측에 CO2 가스의 유입과 유출이 이루어지는 인렛 파이프(120)와 아웃렛 파이프(122)의 일부를 삽입하여 용접을 통해 고정시킨다.
다음으로, 전술한 바와 같이 인렛 파이프(120)와 아웃렛 파이프(122)의 일부를 두 스테인리스 판재(110) 사이에 삽입하여 용접을 통해 고정한 다음에는 두 스테인리스 판재(110)의 외부 테두리를 용접을 통해 일체로 결합한다. 이때, 두 스테인리스 판재(110) 사이에 삽입되는 인렛 파이프(120)와 아웃렛 파이프(122)의 형태는 납작한 사각형 형태의 파이프를 사용함이 보다 양호하다 할 것이다.
전술한 바와 같이 두 스테인리스 판재(110)의 외부 테두리를 용접을 통해 일체로 결합한 다음에는 두 스테인리스 판재(110)의 일측 표면에서 심용접(Seam welding : 원형의 전극로울러를 회전시켜 점용접을 연속적으로 행하는 용접법이다)을 통해 두 스테인리스 판재(110) 사이에 연속적으로 용접되어 유로가이드(130)가 형성되도록 한다.
그리고, 전술한 바와 같이 심용접을 통해 두 스테인리스 판재(110) 사이에 연속적으로 용접되어 유로가이드(130)를 형성한 후에는 인렛 파이프(120)와 아웃렛 파이프(122)를 통해 두 스테인리스 판재(110) 사이로 고압력을 주입하여 팽창되도록 함으로써 두 스테인리스 판재(110) 사이에 냉매가 흐를 수 있는 내부공간이 형성되도록 한다.
한편, 전술한 바와 같이 두 스테인리스 판재(110) 사이로 고압력을 주입하여 팽창시키는 경우 심용접을 통해 용접된 유로가이드(130) 부분은 여전히 용접된 상태로 붙어 있게 되고, 용접되지 않은 부분만이 팽창되어진다.
본 발명에 따른 CO2 가스 히터 펌프용 판상형 열교환기(100)를 제작하는 과정을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 먼저, 단계(a)의 과정은 상하로 동일한 크기의 스테인리스 판재(110)를 배열한 과정으로, 이러한 스테인리스 판재(110)의 배열과정은 도 1 내지 도 4 에 도시된 바와 같이 일정크기로 이루어진 판 상의 스테인리스 판재(110) 두 개를 상하로 겹쳐 배열하게 된다.
전술한 바와 같은 단계(a) 과정의 스테인리스 판재(110) 배열과정에서 상하로 배열되는 동일한 크기의 스테인리스 판재(110)의 두께는 0.8∼1.5mm의 두께로 이루어진다. 이때, 상하로 배열되는 두 스테인리스 판재(110)의 크기는 동일한 크기로 이루어진다.
다음으로, 본 발명을 구성하는 단계(b)의 과정은 상하로 배열된 두 스테인리스 판재(110) 사이의 일측과 타측에 냉매의 유입과 유출이 이루어질 수 있도록 하는 냉매 유입구와 냉매 유출구를 형성하는 과정으로, 이러한 냉매 유입구와 냉매 유출구를 형성하는 과정은 도 1 내지 도 4 에 도시된 바와 같이 단계(a)의 과정을 통해 상하로 겹쳐 배열된 두 스테인리스 판재(110) 사이의 일측과 타측에 인렛 파이프(120)와 아웃렛 파이프(122)의 일부분을 삽입하여 용접을 통해 고정시킴으로써 달성할 수 있다.
다시 말해서, 상하로 배열된 두 스테인리스 판재(110)의 사이에 냉매 유입구와 냉매 유출구를 형성하는 단계(b)의 과정은 냉매 유입구와 냉매 유출구를 구성하는 인렛 파이프(120)와 아웃렛 파이프(122)의 일부분을 상하로 겹쳐 배열된 두 스테인리스 판재(110) 사이에 삽입한 상태에서 인렛 파이프(120)와 아웃렛 파이프(122)의 외주면에 인접한 스테인리스 판재(110)의 테두리 끝단을 용접을 통해 결합 고정시킴으로써 두 스테인리스 판재(110)의 사이에 냉매 유입구와 냉매 유출구를 형성할 수가 있다.
한편, 전술한 바와 같이 상하로 배열된 두 스테인리스 판재(110)의 사이에 냉매 유입구와 냉매 유출구를 형성하는 인렛 파이프(120)와 아웃렛 파이프(122)는 동심원이나 타원형 또는 사각형의 파이프 등 어떠한 것을 사용할 수도 있으나, 두 스테인리스 판재(110) 사이에 삽입 설치되는 것이기 때문에 납작한 타원형 파이프나 사각형 파이프 형태가 보다 양호하다 할 수 있다.
본 발명을 구성하는 단계(c)의 과정은 두 스테인리스 판재(110)의 외부 테두리를 용접하는 과정으로, 이러한 두 스테인리스 판재(110)의 외부 테두리 용접과정은 도 1 내지 도 4 에 도시된 바와 같이 두 스테인리스 판재(110) 사이에 인렛 파이프(120)와 아웃렛 파이프(122)의 설치를 통해 냉매 유입구와 냉매 유출구를 형성한 다음 두 스테인리스 판재(110)의 외부 테두리를 용접을 통해 일체로 결합함으로써 인렛 파이프(120)와 아웃렛 파이프(122)를 제외한 나머지 부분이 기밀될 수 있도록 한다.
전술한 바와 같이 두 스테인리스 판재(110)의 사이 내부로는 냉매로써 CO2 가스가 흐르기 때문에 두 스테인리스 판재(110)는 기밀이 매우 중요하다는 것을 알 수 있다. 따라서, 두 스테인리스 판재(110)의 외부 테두리를 용접하여 일체로 결합하는 것을 통해 밀봉이 이루어지도록 하는 단계(c)의 과정은 매우 세밀하게 이루어져야 함을 알 수 있다.
다음으로, 단계(d)의 과정은 유로가이드(130)를 형성을 통해 유로(132)를 형성하기 위한 과정으로, 이러한 단계(d) 과정의 유로(132) 형성과정은 도 1 내지 도 4 에 도시된 바와 같이 외부 테두리가 용접된 두 스테인리스 판재(110) 사이에 일정길이의 유로(132)를 형성하기 위한 유로가이드(130)를 심용접을 통해 다수 형성하게 된다.
다시 말해서, 전술한 바와 같은 단계(d)의 유로(132) 형성과정에서 유로가이드(130)는 두 스테인리스 판재(110) 사이로 흐르는 냉매의 길인 유로(132)를 형성하기 위한 것으로, 다수가 형성되는 유로가이드(130)의 일측은 폭이 넓게 형성되어 타측으로 갈수록 점차적으로 좁게 이루어질 수 있도록 형성된다.
그리고, 전술한 바와 같이 유로가이드(130)를 형성한 후에는 단계(e)의 과정을 통해 두 스테인리스 판재(110) 사이를 팽창시키게 된다. 이때, 단계(e)의 두 스테인리스 판재(110)의 팽창과정은 도 1 내지 도 4 에 도시된 바와 같이 유로가이드(130)를 형성한 다음 인렛 파이프(120) 아웃렛 파이프(122)를 통해 고압력을 주입하여 두 스테인리스 판재(110) 사이를 팽창시켜 유로가이드(130)에 의한 유로(132)가 형성되도록 한다.
다시 말해서, 전술한 바와 같이 단계(e)의 과정을 통해 인렛 파이프(120) 아웃렛 파이프(122)를 통해 고압력을 주입하게 되면 유로가이드(130)에 의한 부분은 붙어 있는 상태로 있고, 그 외에 용접되지 않은 부분은 팽창하게 되여 두 스테인리스 판재(110) 사이에는 일정의 공간이 형성된다.
한편, 본 발명에서는 CO2 가스 히터 펌프용 판상형 열교환기(100)의 표면적을 넓혀 냉각 성능을 향상시키기 위하여 단계(e) 과정의 팽창과정을 행하기 전 단계(d) 과정의 유로가이드(130)를 형성하는 과정에서 심용접을 통해 유로가이드(130)를 형성한 후 일정간격의 점용접을 하는 단계(d-1)가 더 추가되어진다.
전술한 바와 같이 단계(d-1)의 과정을 통해 두 스테인리스 판재(110)의 표면에 점용접을 한 다음, 단계(e)의 과정을 통해 인렛 파이프(120)와 아웃렛 파이프(122)를 통해 고압력을 주입하게 되면 두 스테인리스 판재(110)의 상하부면이 엠보싱 형태로 형성되어 표면적이 극대화된다.
또한, 본 발명에 따른 CO2 가스 히터 펌프용 판상형 열교환기(100)는 도 4 에 도시된 바와 같이 냉각성능을 극대화시키기 위해 다수가 격층되는 구조로 이루어질 수 있다.
본 발명은 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.
100. 열교환기 110. 스테인리스 판재
120. 인렛 파이프 122. 아웃렛 파이프
130. 유로가이드 132. 유로

Claims (5)

  1. (a) 일정크기로 이루어진 판 상의 스테인리스 판재 두 개를 상하로 겹쳐 배열하는 단계;
    (b) 단계(a)의 과정을 통해 상하로 겹쳐 배열된 상기 두 스테인리스 판재 사이의 일측과 타측에 인렛 파이프(Inlet pipe)와 아웃렛 파이프(Outlet pipe)의 일부분을 삽입하여 용접을 통해 고정시키는 단계;
    (c) 단계(b)의 과정을 통해 상기 인렛 파이프(Inlet pipe)와 아웃렛 파이프(Outlet pipe)가 고정된 상기 두 스테인리스 판재의 외부 테두리를 용접을 통해 일체로 결합하는 단계;
    (d) 단계(c)의 과정을 통해 외부 테두리가 용접된 상기 두 스테인리스 판재의 사이에 일정길이의 유로를 형성하기 위한 유로가이드를 심용접(Seam welding)을 통해 다수 형성하는 단계; 및
    (e) 단계(d)의 과정을 통해 유로가이드를 형성한 다음 상기 인렛 파이프(Inlet pipe)와 아웃렛 파이프(Outlet pipe)를 통해 고압력을 주입하여 상기 두 스테인리스 판재 사이를 팽창시켜 상기 유로가이드에 의한 유로가 형성되도록 하는 단계를 포함한 구성으로 이루어진 CO2 가스 히터 펌프용 판상형 열교환기의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스테인리스 판재의 두께는 0.8∼1.5mm인 것을 특징으로 하는 CO2 가스 히터 펌프용 판상형 열교환기의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 단계(d)의 과정에는 심용접을 통해 유로가이드를 형성한 후 일정간격의 점용접을 하여 상기 단계(e)의 과정을 통해 고압력의 주입시 상기 두 스테인리스 판재의 상하부면이 엠보싱 형태로 형성되도록 하는 단계(d-1)가 더 추가되는 것을 특징으로 하는 CO2 가스 히터 펌프용 판상형 열교환기의 제조방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 방법을 통해 제조된 CO2 가스 히터 펌프용 판상형 열교환기.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제조된 판상형 열교환기는 다수가 격층되어 이루어진 것을 특징으로 하는 CO2 가스 히터 펌프용 판상형 열교환기.
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KR101889312B1 (ko) * 2018-01-30 2018-08-21 (주)청호열처리 공업로용 냉각장치
CN114313322A (zh) * 2021-12-01 2022-04-12 北京卫星环境工程研究所 一种新型液氮管路不锈钢热沉

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