KR20120122030A - The het exchanger for a cooling system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 냉동시스템용 히트익스체인저에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 알루미늄 소재를 사용하고 나아가 다양한 특성을 가지는 냉동시스템용 히트익스체인저에 관한 것이다.The present invention relates to a heat exchanger for a refrigeration system, and more particularly to a heat exchanger for a refrigeration system using an aluminum material and further having various characteristics.
냉동시스템용 히트익스체인저는 열교환을 수행하는 냉동시스템에서 소정의 유체통로가 형성된 얇은 금속판을 다수 적층하고 두가지 이상의 유체를 열교환하는 수단으로서 소형, 경량화가 가능하면서 효율이 높아 각 종 보일러 설비, 폐수처리 설비, 염색설비, 발전소, 소각로 등의 냉각 및 가열장치로 널리 이용되고 있다.Heat exchanger for refrigeration system is a means of stacking a plurality of thin metal plates with a predetermined fluid passage in a refrigeration system that performs heat exchange and heat-exchanging two or more fluids. It is widely used as a cooling and heating device for facilities, dyeing facilities, power plants, incinerators, etc.
도 1은 일반적인 냉동시스템용 히트익스체인저에서와 같이 종래의 냉동시스템용 히트익스체인저는 스테인레스재로 제조되어져 왔다는 것이 주된 특징인데,1 is a main feature that the heat exchanger for a conventional refrigeration system has been made of stainless material, as in the heat exchanger for a conventional refrigeration system,
이러한 종래 히트익스체인저의 구조를 살펴 보면 프론트플레이트(11)와 리어플레이트(12) 사이에는 유체의 유동을 위한 다수의 히터튜브(13)가 적층되고,Looking at the structure of the conventional heat exchanger, a plurality of
프론트플레이트(11)에는 제1유체 및 제2유체의 출입을 위한 유체포트(14)(15)가 설치된다. 통상 히터튜브(13)는 내구성 향상을 위해 프론트플레이트(11) 및 리어플레이트(12)와 함께 스테인레스 강판 소재로 성형되며 볼트와 같은 별도의 체결부재를 사용하지 않고 브레이징 접합한다.The
즉, 스테인레스재로 된 히터튜브(13) 사이마다 얇은 동판을 삽입한 다음 진공 브레이징 방식 또는 수소분위기 연속로 방식으로 접합하고 있다. 그리고 상기 어느 방식이나 산소가 없는 상태에서 브레이징을 수행하여 히터튜브(13)와 히터튜브(13) 사이의 접합부에 산화막이 형성되지 않도록 한다.That is, a thin copper plate is inserted between the
그러나 종래 냉동시스템용 히트익스체인저는 얇은 동판을 스테인레스재로 된 히터튜브(13) 사이마다 별도로 삽설해야 하므로 재료비와 가공비가 추가되고, 특히 약 1150 도 섭씨의 고온에서 브레이징해야 하므로 에너지 비용이 과다하는 등 원가 상승요인이 많다는 단점이 있다.However, since the conventional heat exchanger for a refrigeration system has to insert a thin copper plate separately between the
그리고 후자의 수소분위기 연속로 방식은 메쉬벨트상에 다수의 히터튜브(13)를 순서대로 적층한 다음, 메쉬벨트를 이동시키면서 브레이징을 하므로 히터튜브(13)의 연속적인 성형이 가능하지만 브레이징 온도가 높은 만큼 열손실도 커지 며, 특히 브레이징을 위하여 고가의 메쉬벨트를 시설해야 하는 문제점이 있다.In the latter hydrogen atmosphere continuous furnace method, a plurality of
또한, 스테인레스 소재를 사용하는 경우 냉동시스템용 히트익스체인저로서의 열전도성이 상대적으로 미흡할 뿐 아니라 중량 증가에 따른 운반 및 설치 상의 불편함도 상존한다.In addition, in the case of using a stainless material, not only the thermal conductivity as a heat exchanger for a refrigeration system is relatively insufficient, but also inconveniences in transportation and installation due to weight increase exist.
이밖에 종래의 또 다른 방식으로서, 상기한 동판 대신 가스켓을 히터튜브(13) 사이마다 삽입하고 기계적으로 압착하여 조립하는 방식이 있다. 그러나 이 방식의 냉동시스템용 히트익스체인저는 설비 용량에 따라 히터튜브(13)를 추가하여 증설하기 용이하나 전열성의 개선을 기대하기 곤란하고 중량과 외형상 크기도 크게 증가되며, 가스켓과 히터튜브(13)를 압착하기 위한 별도의 시설이 요구되는 문제가 있다.In addition, as another conventional method, a gasket is inserted between the
이에 따라 본 발명은 상기한 단점을 해결하기 위한 것으로, 전열성이 우수한 경량의 알루미늄 소재를 사용함으로써 동판의 사용을 배제하고 비교적 저온에서 용이하게 제작 가능한 냉동시스템용 히트익스체인저를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the above-mentioned disadvantages, by using a lightweight aluminum material having excellent heat transfer characteristics to provide a heat exchanger for a refrigeration system that can be easily manufactured at a relatively low temperature without the use of a copper plate. have.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 프론트플레이트(21)의 유체포트를 통하여 두 가지 이상의 유체를 대향류로 유동시키는 냉동시스템용 히트익스체인저를 형성함에 있어서,In order to achieve the above object, the present invention provides a heat exchanger for a refrigeration system in which two or more fluids flow in a counter flow through a fluid port of the
각 히터튜브(23)과 린포서(24)(25), 그리고 리어플레이트(22) 등을 알루미늄재로 형성함을 주된 특징으로 하되, 상기 유체의 출입을 위한 유체공(23a)(23b)과 함께 빗살형 유체통로(23c)를 일체로 구비하는 히터튜브(23); 상기 프론트플레이트(21)과 히터튜브(23) 사이에 유체의 누출을 방지하도록 재개되고,The
유체공(24a)(24b)을 구비하는 평판 구조의 프론트린포서(24), 상기 히터튜브(23)의 후방측 배면에 접합되고 빗살형 유체통로(25c)를 구비하는 리어린포서(25); 및 상기 리어린포서(25)의 배면에 접합되고, 유동압에 의한 변형을 방지하도록 강화절곡부(22a)를 구비하는 리어플레이트(22)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.A
본 발명의 다른 특징으로서, 상기 히터튜브(23)과 린포서(24)(25)는 일변에 슬리트(23d)를 구비하고 대향하는 타변에 핑거(23e)를 구비하여 상하를 역전하여 장착시 상호 맞물림 가능하다.As another feature of the present invention, the
본 발명의 또 다른 특징으로서, 상기 프론트플레이트(21)를 포함한 히터튜브(23), 린포서(24)(25), 리어플레이트(22)는 심재(23')의 외면으로 용융점이 낮은 용융피복재(23')가 피복된 이중 알루미늄 합금을 사용하여 성형된다.As another feature of the present invention, the
구성 및 작용에 따르면 본 발명은 전열성이 우수한 이중 구조의 알루미늄 소재를 사용함으로써 브레이징 접합에서 동판을 배제하더라도 비교적 저온에서 용이하게 냉동시스템용 히트익스체인저의 제작이 가능하다.According to the configuration and operation, the present invention enables the manufacture of heat exchanger for a refrigeration system easily at a relatively low temperature even if the copper plate is excluded from the brazing joint by using a double structure aluminum material having excellent heat transfer properties.
또한, 알루미늄재로 된 냉동시스템용 히트익스체인저는 스테인레스와 동판을 이용한 종래의 냉동시스템용 히트익스체인저에 비하여 중량을 대폭 줄일 수 있는 효과외에도 열교환의 효율성이 탁월한, 유용한 효과가 있다.In addition, the heat exchanger for a refrigeration system made of aluminum has a useful effect of excellent heat exchange efficiency as well as an effect of significantly reducing weight compared to a conventional heat exchanger for a refrigeration system using stainless steel and copper plates.
도 1은 종래로부터의 냉동시스템용 히트익스체인저의 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 열교환기의 요부를 분해하여 나타내는 사시도.
도 3은 도 2의 부분 확대와 함께 나타내는 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 브레이징상태를 도시하는 설명도이다.1 is a perspective view of a conventional heat exchanger for a refrigeration system,
2 is an exploded perspective view illustrating the main parts of a heat exchanger according to the present invention;
3 is a block diagram showing the partial enlargement of FIG.
4 is an explanatory diagram showing a brazing state according to the present invention.
이하 첨부되는 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 구성과 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 열교환기의 요부를 분해하여 나타내는 사시도로서, 프론트플레이트(21)의 유체포트를 통하여 두 가지 이상의 유체를 대향류로 유동시키는 열교환기에 관하여 도시된다. 제1유체의 출입을 위한 유체포트(14) 및 제2유체의 출입을 위한 유체포트(15)는 도 1과 같으나 용도에 따라 유체포트(14)(15)의 수가 증감되기도 한다.2 is an exploded perspective view showing the main portion of the heat exchanger according to the present invention, and is shown with respect to a heat exchanger for flowing two or more fluids in opposite flow through the fluid port of the
프론트플레이트(21)의 유체공(21a)(21b)은 유체포트(14)(15)가 연결되는 부분이며, 특히 일측의 유체공(21b)은 내측으로 일정 높이로 돌출된 부분에 형성된다.The
본 발명에 따른 히터튜브(23)는 상기 유체의 출입을 위한 유체공(23a)(23b)과 함께 빗살형 유체통로(23c)를 일체로 구비한다.The
히터튜브(23)는 수직 중심선을 기준으로 좌우측의 높이차가 유지되는 2단 구조로서 모두 동일한 금형을 이용하여 동일한 형태로 제작된다. 따라서 빗살형 유체통로(23c)는 높은 부분에서 음각형태, 낮은 부분에서 양각형태로 되지만 모두 가 전체적으로 연통된다.The
또, 본 발명에 따르면 유체공(24a)(24b)을 구비하는 평판 구조의 프론트린포서(24)가 상기 프론트플레이트(21)와 히터튜브(23) 사이에 유체의 누출을 방지하도록 재개된다. 프론트린포서(24)는 히터튜브(23)와 동일한 두께의 판재로서 유체가 유동되는 유체공(24a)(24b)을 구비하지만 전술한 빗살형 유체통로(23c)는 구비하지 않고 프론트플레이트(21)와 틈새없이 완전히 밀착된다.In addition, according to the present invention, the
일측의 유체공(24b)은 전술한 프론트플레이트(21)의 유체공(21b)과 밀착되도록 동일한 형태로 형성된다.One side of the fluid hole 24b is formed in the same shape so as to be in close contact with the
또, 본 발명에 따르면 빗살형 유체통로(25c)를 구비하는 리어린포서(25)가 상기 히터튜브(23)의 후방측 배면에 접합된다.Further, according to the present invention, the
리어린포서(25)는 유체의 흐름 방향을 전환하여 프론트플레이트(21) 측으로 되돌리도록 아무런 유체공을 구비하지 않는다. 반면 유체의 유동을 허용하는 빗살형 유체통로(25c)를 포함한 여타의 구성은 히터튜브(23)와 전적으로 동일하므로 동일한 금형으로 제작이 가능하다.The
또, 본 발명에 따르면 상기 리어린포서(25)의 배면에 접합되는 리어플레이트(22)의 유동압에 의한 변형을 방지하도록 강화절곡부(22a)를 구비한다.In addition, according to the present invention is provided with a reinforcing bent portion (22a) to prevent deformation due to the flow pressure of the
리어플레이트(22)는 프론트플레이트(21)와 동일하게 두꺼운 판재로 성형되나 유체공을 구비하지 않는다. 리어린포서(25)는 히터튜브(23)와 동일하게 높이차를 지닌 2단 구조이므로 리어플레이트(22)와 밀착되지 않는 부분이 존재한다.The
리어린포서(25)에서 밀착되지 않은 부분은 유체의 유동압에 의해 변형을 초래하고 기밀이 파손될 우려가 있다. 그러므로 히터튜브(23)의 일측 유체공(23a)을 중심으로 하는 고압 영역에서 강화절곡부(22a)를 형성하여 밀착시킨다.The part not in close contact with the
강화절곡부(22a)은 별도의 스페이서를 접합할 수도 있으나, 프레스를 이용한 소성가공으로 일정한 높이로 돌출시키는 것이 바람직하다.Reinforcing bent portion (22a) may be bonded to a separate spacer, it is preferable to protrude to a constant height by plastic working using a press.
이때, 프론트플레이트(21)의 네모서리는 프론트린포서(24)를 향하여 약간 연장되도록 절곡되어 조립 위치를 맞추기 용이하다.At this time, the four corners of the
도 3은 도 2의 히터튜브을 부분 확대와 함께 나타내는 구성도가 도시된다.3 is a block diagram illustrating the heater tube of FIG. 2 with partial enlargement.
본 발명의 히터튜브(23)와 린포서(24)(25)는 일변에 슬리트(23d)를 구비하고 대향하는 타변에 핑거(23e)를 구비하여 상하를 역전하여 장착시 상호 맞물림 가능하다. 전술한 바와 같이 히터튜브(23)는 모두 동일한 형태로 성형되며 조립에 있어서 하나씩 교대로 상하를 180°역전하여 적층 된다.The
따라서 슬리트(23d)와 핑거(23e)는 히터튜브(23)의 수평 중심선으로부터 동일한 거리에 형성해야 상호 맞물려 결합이 가능하다. 이는 히터튜브(23)의 적층에 따른 작업과 적절한 적층 상태의 확인이 용이하게 할 뿐 아니라 적층후 브레이징 과정에서 제 위치를 이탈하지 않도록 지지하는 역할도 수행한다.Therefore, the
도 4는 본 발명에 따른 히터튜브의 브레이징 구조를 나타내는 도식도로서 히터튜브(23)의 2단 구조와 빗살형 유체통로(23c)의 위치를 개념적으로 도시한다. 즉, 전술한 바와 같이 히터튜브(23)의 일면에서 빗살형 유체통로(23c)를 볼 때 낮은 측은 양각으로 높은 측은 음각으로 나타나면서 일체로 연통된다.Figure 4 is a schematic diagram showing the brazing structure of the heater tube according to the present invention conceptually showing the position of the two-stage structure and the comb-shaped fluid passage (23c) of the heater tube (23). That is, as described above, when the comb-
이를 180°씩 교대로 역전하여 적층하면 제1유체가 유동하는 좌측의 공간과 제2유체가 유동하는 우측의 공간으로 분리되지만 빗살형 유체통로(23c)가 상호 반대측으로도 연장되는 구조이므로 전열성이 향상되어 고효율이 달성된다.When the layers are alternately inverted by 180 °, they are separated into a space on the left side where the first fluid flows and a space on the right side where the second fluid flows, but the comb-
이때, 본 발명에 따르면 상기 프론트플레이트(21)를 포함한 히터튜브(23), 린포서(24)(25), 리어플레이트(22)는 심재의 외면으로 용융점이 낮은 용융피복재가 피복된 이중 알루미늄 합금을 사용하여 성형된다. 도 4에서 도시하는 것처럼 부호 23'의 심재에 부호 23'의 용융피복재로 구성되는 이중 알루미늄은 서로 계열이 다른 알루미늄재가 계면상태로 압연된 형태이다.In this case, according to the present invention, the
예컨대 심재로는 용융점이 약 630℃ 정도인 AA3003(3000계열의 알루미늄재)을 사용하고 용융피복재(Filler metal)로는 용융점이 약 575~590℃ 정도인 4000계열의 AA4045(4000계열의 알루미늄재)를 사용한다. 이에 따라 종래와 같이 동판을 사용하지 않고 단순하게 히터튜브(23)를 적층한 상태에서 약 600℃ 정도로 브레이징을 수행하면 수초 내에 심재(23') 표면의 클래드(clad) 층인 용융피복재(23')가 먼저 용융되어 접합된다. 도시에서 미설명 부호 B는 상호 적층되는 히터튜브(23)에서 접촉에 의한 브레이징이 이루어지는 부분을 나타낸다.For example, the core material uses AA3003 (3000 series aluminum materials) with a melting point of about 630 ° C, and the 4000 series AA4045 (4000 series aluminum materials) with a melting point of about 575 to 590 ° C is used for the melt coating material (Filler metal). use. Accordingly, if brazing is performed at about 600 ° C. in a state in which
본 발명에 적용되는 이중 알루미늄의 경우에 용융피복재의 두께는 심재 두께의 0.05~0.1배로 하는 것이 바람직하다. 통상 히터튜브(23)의 두께가 0.6㎜인 점을 고려하면 용융피복재는 0.06㎜가 적절하다. 다만, 본 발명에 따른 브레이징 과정에서 산화피막(Al 2 O 3 )이 생성되면 접합력이 약화되므로 이를 방지하기 위한 브레이징 공법이 필요하다.In the case of the double aluminum applied to the present invention, the thickness of the molten coating material is preferably 0.05 to 0.1 times the thickness of the core material. Considering that the thickness of the
이를 위해 진공 브레이징 방식 또는 질소분위기 연속로 방식을 적용하는데, 고진공을 사용하는 전자보다 후자가 제조설비 비용이 매우 저렴하고 유지보수와 단품관리가 용이하여 생산성이 높으므로 히터튜브(23) 등을 접합하는 주된 방식으로서 질소 분위기 연속로 방식을 적용하는 것이 바람직하다.To this end, a vacuum brazing method or a nitrogen atmosphere continuous furnace method is used. The latter is much cheaper in manufacturing facilities than the former using high vacuum, and is easy to maintain and manage separately, thus joining the
그리고 질소분위기 브레이징을 하는 경우 소량의 플럭스(flux)가 필요한 경우가 있으나 일반적으로 세척(cleaning)은 필요없다. 또한 본 발명에서 사용되는 소정의 플럭스 재료로서는 약 10~20%정도의 KAlF 4 를 80~90%의 물 또는 증발성 용액에 희석시킨 혼합액을 사용하며, 이러한 혼합액속에 히터튜브(23) 등을 침지(deeping)한 다음, 디핑이 완료된 히터튜브(23)를 차례로 적층하고 질소분위기 브레이징을 실시하는 것이 보다 바람직할 것으로 사료된다. 참고로 질소는 대부분의 금속과 불활성(Inert)으로서 폭발성과 가연성이 낮아 안전한 반면 수소는 모재에 따라 수소취성(Hydrogen embrittlement)을 유발한다.When brazing the nitrogen atmosphere, a small amount of flux may be required, but in general, no cleaning is required. In addition, as a predetermined flux material used in the present invention, a mixed solution obtained by diluting about 10-20% KAlF 4 in 80-90% water or an evaporative solution is used, and the
한편, 질소분위기 연속로 방법을 적용하게 되면 브레이징 후 잔존 플럭스재가 알루미늄재의 내식성을 향상시키는 역할을 하여 종래의 스테인레스재에 버금가는 내구성이 보장된다. 외부의 내식성을 향상하기 위해서 분체도장, 아노다이징, 다크로 처리 등을 수행할 수 있어 더욱 내구성이 향상된다.On the other hand, if the method is applied in a nitrogen atmosphere continuously, the residual flux material after brazing serves to improve the corrosion resistance of the aluminum material to ensure the durability comparable to the conventional stainless steel. In order to improve external corrosion resistance, powder coating, anodizing, and darkening may be performed, thereby further improving durability.
이러한 방식으로 본 발명의 냉동시스템용 히트익스체인저는 상호 적층과 동시에 유체의 유체통로인 모든 유체공이 일치하고 접촉되는 부분에서 브레이징 접합으로 완성되며, 이종의 유체가 상호 다른 유체포트로 유입되어 대향류로 흐르며 전열성이 우수한 알루미늄 소재를 통하여 열교환하는 작동이 수행된다.In this way, the heat exchanger for the refrigeration system of the present invention is completed by brazing at the part where all the fluid holes, which are fluid passages of the fluid, coincide and contact each other at the same time, and the heterogeneous fluids flow into different fluid ports and face each other. The heat exchange is carried out through the aluminum material having excellent heat transfer properties.
11, 21: 프론트플레이트
12, 22: 리어플레이트
13, 23: 히터튜브
14, 15: 유체포트
24, 25: 린포서11, 21: front plate
12, 22: rear plate
13, 23: heater tube
14, 15: fluid port
24, 25: Linfoscer
Claims (1)
각 히터튜브(23)와 린포서(24)(25), 그리고 리어플레이트(22)를 포함하고,
상기 유체의 출입을 위한 유체공(23a)(23b)과 함께 빗살형 유체통로(23c)를 일체로 구비하는 히터튜브(23); 상기 프론트플레이트(21)와 히터튜브(23) 사이에 유체의 누출을 방지하도록 재개되고, 유체공(24a)(24b)을 구비하는 평판 구조의 프론트린포서(24); 상기 히터튜브(23)의 후방 측 배면에 접합되고 빗살형 유체통로(25c)를 구비하는 리어린포서(25); 및 상기 리어린포서(25)의 배면에 접합되고, 유동압에 의한 변형을 방지하도록 강화절곡부(22a)를 구비하는 리어플레이트(22)를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동시스템용 히트익스체인저.Forming a heat exchanger for a refrigeration system for flowing two or more fluids in opposite flow through a fluid port of the front plate (21);
Each heater tube 23, linfos 24, 25, and rear plate 22,
A heater tube (23) integrally provided with a comb-shaped fluid passage (23c) together with fluid holes (23a) (23b) for entering and exiting the fluid; A front reinforcement 24 having a flat structure which is resumed to prevent leakage of fluid between the front plate 21 and the heater tube 23 and has fluid holes 24a and 24b; A rearliner 25 bonded to the rear side of the heater tube 23 and having a comb-shaped fluid passage 25c; And a rear plate (22) bonded to the rear surface of the rear lincer (25) and having a reinforcing bent portion (22a) to prevent deformation due to flow pressure.
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KR1020110039981A KR20120122030A (en) | 2011-04-28 | 2011-04-28 | The het exchanger for a cooling system |
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