KR20150042496A - 열교환판의 가변식 프레스 금형 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환기의 주전열면(primary surface)을 이루는 평면상에서 파형으로 연장되며 요철이 형성되는 웨이비핀(wavy fin) 구조의 열교환판에 있어서, 하나의 금형으로 다양한 피치의 열교환판을 생산하거나, 하나의 열교환판 내에 다양한 피치를 구성할 수 있는 열교환판의 가변식 프레스 금형, 이를 이용한 열교환판 제작방법 및 열교환판에 관한 것이다. 이를 위하여 가압방향으로 돌출형성되어 금속시트에 요철을 형성하는 펀치를 포함하고, 금속시트를 사이에 두고 하부금형과 밀착되도록 구성되는 상부금형; 펀치와 형상맞춤되도록 구성되는 요철 형성홈을 포함하고, 상부금형과 금속시트를 사이에 두고 밀착되도록 구성되는 하부금형; 및 상부금형 및 하부금형의 일측에 구비되어 금속시트를 요철을 구성하는 금속시트의 길이보다 긴 공급길이로 공급하고, 펀치가 금속시트를 가압할 때에 금속시트의 일측을 고정하는 피더;를 포함하는 열교환판 프레스 금형을 제공할 수 있다. 본 발명에 따르면 하나의 금형으로 다양한 피치의 열교환판을 제작할 수 있는 효과가 있다.

Description

열교환판의 가변식 프레스 금형, 이를 이용한 열교환판 제작방법, 열교환판 및 분배판{Alternative Press Metal Die for Heat Exchanging Plate, Method and Plate thereof}

본 발명은 열교환판 프레스 금형, 이를 이용한 열교환판 제작방법, 열교환판 및 분배판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열교환기의 주전열면(primary surface)을 이루는 평면상에서 파형으로 연장되며 요철이 형성되는 웨이비핀(wavy fin) 구조의 열교환판에 있어서, 하나의 금형으로 다양한 피치의 열교환판을 생산하거나, 하나의 열교환판, 분배판 내에 다양한 피치를 구성할 수 있는 열교환판의 가변식 프레스 금형, 이를 이용한 열교환판 제작방법, 열교환판 및 분배판에 관한 것이다.

열교환기는 저온유체와 고온유체 간의 열교환을 위한 장치로서 다양한 분야에 사용되고 있다. 예를 들어, 발전소, 가스터빈, 가열장치, 공기조절기, 냉동장치, 촉매반응기 등의 화학산업 등에서 가열기, 예열기, 과열기, 재가열기, 냉각기, 응축기 및 증발기 등으로 사용된다.

이러한 열교환기에는 열교환 방식에 따라 격벽식, 축열식으로 나눠질 수 있으며, 격벽식 열교환기는 벽에 의해 분리된 공간에 서로 온도가 다른 유체가 흐르고, 벽을 통한 열전도 및 벽 표면에서의 유체 대류에 의해 열 교환이 이루어지는 형식의 열교환기이다. 이러한 격벽식 열교환기에는 관열형, 핀튜브형, 플레이트핀형으로 구분될 수 있다. 본 발명은 격벽식 열교환기에 이용되는 웨이비핀 구조의 열교환판에 관한 것이다. 도 1은 웨이비핀 구조의 열교환판의 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일측 프레스 가공 전의 열교환판(1)은 평면상으로 파형이 연장되는 요철이 형성된 금속시트로 구성될 수 있다. 이는 유체의 대류를 발생시키고, 접촉면적과 접촉시간을 향상시키기 위한 구성이다. 분배판은 주전열면의 일측에 구비되어 유체를 열교환판에 고르게 분배하기 위한 구성이다.

종래 이러한 열교환판의 제작방법으로는 프레스 가공법과 기어 맞물림 제작방법이 있다. 도 2는 종래의 열교환판 프레스 금형의 흐름을 도시한 흐름도, 도 3은 종래의 열교환판 기어 맞물림 제작방법을 도시한 모식도이다. 도 2, 3에 도시된 바와 같이, 기어 맞물림 제작방법은 폭방향이 직선인 열교환판(1)만 제작할 수 있는 단점이 있었고, 프레스 가공법과 기어 맞물림 제작방법은 모두 하나의 금형으로 하나의 피치를 가지는 가공물만 생산할 수 있는 단점이 있었다. 도 2에서 S1은 초기단계, S2는 상부금형(10)의 폐형 및 개형단계, S3은 하부금형(20)의 피더 측 다이에 구비된 스프링에 의해 금속시트(3)가 요철 형성홈(22)에서 이탈되는 이탈단계, S4는 피더에 의해 금속시트(3)가 이동하는 이동단계, S5는 상부금형(10)의 폐형 및 개형단계, S6은 이탈단계, S7은 이동단계를 나타낸 것이다.

특히, 도 2에 도시된 바와 같이 종래의 열교환판 프레스 금형은 S4에서 S5로 넘어갈 때, 금속시트(3)의 공급부인 피더(feeder)에서 소정길이 공급 후, 상부금형(10)의 펀치(12)가 금속시트(3)을 프레스하여 요철을 형성하는데, 도 2에 도시된 바와 같이 금속시트(3)에서 요철 형성홈(22)의 좌측은 기형성된 요철에 의해 요철 형성홈(22)에 밀착되어 고정되고, 금속시트(3)에서 요철 형성홈(22)의 우측은 피더가 금속시트(3)를 자유상태로 놓아주도록 구성된다. 즉 펀치(12)의 프레스에 의해 자연스럽게 금속시트(3)가 공급되는 방식으로 진행된다. 이는 S4와 S5의 금속시트(3)에 도시된 점에 의해 유추할 수 있다.

따라서 이러한 방식에 의하면 하나의 금형은 하나의 피치만을 제작할 수 밖에 없게 되므로, 열교환판의 제작에 있어서 다양한 피치의 구현이 요구되는바, 하나의 금형을 이용하여 다양한 피치의 열교환판을 제작하기 위한 금형, 하나의 열교환판 또는 분배판 내에 다양한 피치를 구현하기 위한 금형이 필요한 실정이다.

등록특허 10-1284183 등록특허 10-1018514

따라서 본 발명은 상기 제시된 문제점을 개선하기 위하여 창안되었다.

본 발명의 목적은, 열교환기의 주전열면(primary surface)을 이루는 평면상에서 파형으로 연장되며 요철이 형성되는 웨이비핀(wavy fin) 구조의 열교환판에 있어서, 하나의 금형으로 다양한 피치의 열교환판을 생산하거나, 하나의 열교환판 또는 분배판 내에 다양한 피치를 구성할 수 있는 열교환판의 가변식 프레스 금형, 이를 이용한 열교환판 제작방법, 열교환판 및 분배판을 제공하는데에 있다.

이하 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구체적 수단에 대하여 설명한다.

본 발명의 제1목적은, 금속시트에 평면상에서 파형으로 요철을 형성하여 열교환판을 제작하는 프레스 금형에 있어서, 가압방향으로 돌출형성되어 상기 금속시트에 요철을 형성하는 펀치를 포함하고, 상기 금속시트를 사이에 두고 하부금형과 밀착되도록 구성되는 상부금형; 상기 펀치와 형상맞춤되도록 구성되는 요철 형성홈을 포함하고, 상기 상부금형과 상기 금속시트를 사이에 두고 밀착되도록 구성되는 하부금형; 및 상기 상부금형 및 상기 하부금형의 일측에 구비되어 상기 금속시트를 상기 요철 형성홈의 둘레길이 이상인 소정의 공급길이로 공급하고, 상기 펀치가 상기 금속시트를 가압할 때에 상기 금속시트의 일측을 고정하는 피더;를 포함하는 열교환판 프레스 금형을 제공하여 달성될 수 있다.

상기 펀치가 상기 금속시트를 가압할 때에, 상기 요철 형성홈을 중심으로 상기 피더 반대측의 상기 금속시트가 상기 금속시트의 공급방향의 반대방향으로 이동하며 상기 요철을 형성하도록 구성될 수 있다.

상기 피더는, 상기 금속시트의 공급길이를 조절할 수 있도록 구성될 수 있다.

본 발명의 제2목적은, 제1항에 따른 열교환판 프레스 금형의 일구성인 피더가 상기 열교환판 프레스 금형에 금속시트를 공급하여, 상기 금속시트에 평면상에서 파형으로 요철을 형성하여 열교환판을 제작방법에 있어서, 상기 열교환판 프레스 금형의 일구성인 상부금형이 상기 금속시트를 가압하고, 상기 열교환판 프레스 금형의 일구성인 펀치와 요철 형성홈이 암수결합되어 상기 금속시트에 요철이 형성되는 폐형단계; 상기 상부금형이 가압 전의 원위치로 복귀하는 개형단계; 상기 금속시트가 이동할 수 있도록 상기 요철 형성홈에서 이탈되는 이탈단계; 및 상기 열교환판 프레스 금형의 일구성인 피더가 상기 금속시트를 상기 요철 형성홈의 둘레길이 이상인 소정의 공급길이만큼 공급방향으로 이동시키는 이동단계;를 포함하고, 상기 폐형단계에서는 상기 피더가 상기 금속시트를 고정하며, 상기 금속시트의 상기 요철 간의 간격인 피치는 상기 공급길이에 의해 결정되고, 상기 단계를 반복하여 상기 금속시트에 평면상에서 파형으로 요철을 형성하고 소정길이만큼 커팅하여 열교환판을 제작하는 열교환판 제작방법을 제공하여 달성될 수 있다.

본 발명의 제3목적은, 금속시트에 평면상에서 파형으로 요철이 형성되는 열교환판에 있어서, 제4항에 따른 열교환판 제작방법으로 제작되는 열교환판을 제공하여 달성될 수 있다.

본 발명의 제4목적은, 금속시트에 평면상에서 연장되는 요철이 형성되고, 주전열면의 일측에 구비되어 열교환판에 유체를 분배하는 분배판에 있어서, 제4항에 다른 열교환판 제작방법으로 제작되고, 상기 요철 간의 간격인 피치가 일방향으로 점진적으로 변화하도록 구성되는 분배판을 제공하여 달성될 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 이하와 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명에 따르면 하나의 금형으로 다양한 피치의 열교환판을 제작할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 본 발명에 따르면 하나의 금형으로 하나의 열교환판 또는 분배판 내에 다양한 피치를 구현할 수 있는 효과가 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 웨이비핀 구조의 열교환판의 사시도,
도 2는 종래의 열교환판 프레스 금형의 흐름을 도시한 흐름도,
도 3은 종래의 열교환판 기어 맞물림 제작방법을 도시한 모식도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 열교환판 프레스 금형의 흐름을 도시한 흐름도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 열교환판의 다양한 피치를 도시한 모식도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 분배판과 열교환판이 설치된 모습의 모식도를 도시한 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작원리를 상세하게 설명함에 있어서 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

< 열교환판 프레스 금형>

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 열교환판 프레스 금형의 흐름을 도시한 흐름도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 열교환판 프레스 금형은 상부금형(10), 하부금형(20), 피더로 구성될 수 있다. 개형은 상부금형(10)과 하부금형(20)이 서로 멀어지며 금형이 열리는 것을 의미하고, 폐형은 상부금형(10)과 하부금형(20)이 서로 밀착되며 금형이 닫히는 것을 의미한다. 도 4에서 S10은 초기단계, S20는 상부금형(10)의 폐형 및 개형단계, S30은 하부금형(20)의 피더 측 다이에 구비된 스프링에 의해 금속시트(3)가 요철 형성홈(22)에서 이탈되는 이탈단계, S40는 피더에 의해 금속시트(3)가 이동하는 이동단계, S50는 상부금형(10)의 폐형 및 개형단계, S60은 이탈단계, S70은 이동단계를 나타낸 것이다. 도 4에서 S40과 S50에 도시된 점에서 유추할 수 있는 바와 같이, 폐형 시 피더가 금속시트(3)의 공급되는 측을 고정하여 금속시트 공급 반대방향에서만, 즉 피더 반대측에서만 금속시트(3)가 요철 형성홈(22)으로 밀려들어가며 요철이 형성된다.

상부금형(10)은 하부금형(20)과 밀착되도록 구성되어 금속시트(3)에 요철을 형성하도록 구성될 수 있다. 따라서 펀치(12)가 상부금형(10)의 가압방향으로 돌출구성되고, 하부금형(20)의 요철 형성홈(22)와 맞춤형상되며 암수결합되도록 구성될 수 있다. 이러한 상부금형(10)과 하부금형(20)의 사이에 금속시트(3)가 공급되어 열교환판이 제작된다.

요철 형성홈(22)는 펀치(12)와 맞춤형상되는 홈이 구성되고, 홈을 중심으로 피더 측은 금속시트(3)를 지지하기 위한 다이가 형성되며, 피더 반대측은 홈을 구성하기 위한 격벽과 형성된 요철이 이동할 수 있도록 공간이 구성된다. 다이에는 코일스프링과 같은 탄성부재가 구비되어 개형 시에 금속시트(3)가 이동할 수 있도록 형성된 요철을 요철 형성홈(22)에서 이탈시키게 된다.

피더는 상부금형(10)과 하부금형(20)의 일측에 위치하여 금속시트(3)를 공급하는 역할을 한다. 종래에는 폐형 시 피더가 금속시트(3)를 자유롭게 하여 요철 형성홈(22)의 금속시트(3)가 펀치(12)에 의해 가압될 때, 금속시트 공급방향 및 반대방향에서 금속시트(3)가 요철 형성홈(22)으로 밀려들어가며 요철이 형성되었다. 따라서 종래에는 요철 간의 간격인 피치를 변화시킬 수 없었다.

본 발명의 일실시예에 따른 열교환판 프레스 금형은, 피더가 금속시트(3)를 소정의 공급길이로 공급하고, 폐형 시 피더가 금속시트(3)의 공급되는 측을 고정하여 금속시트 공급 반대방향에서만 금속시트(3)가 요철 형성홈(22)으로 밀려들어가며 요철이 형성된다. 따라서 본 발명에 따르면 피더가 금속시트(3)를 공급하는 소정의 공급길이에 따라 요철 간의 간격인 피치를 변화시킬 수 있다.

< 열교환판 제작방법>

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 열교환판 제작방법은 폐형단계, 개형단계, 이탈단계, 이동단계로 구성될 수 있다.

폐형단계는, 상부금형(10)이 금속시트(3)를 가압하고, 펀치(12)와 요철 형성홈(22)이 암수결합되어 금속시트(3)에 요철이 형성되는 단계이다. 도 4에서는 S20, S50에 도시되어 있다. 초기단계인 S10에 이어서 진행되거나, 제작 진행 중의 이동단계인 S40에 이어서 진행될 수도 있다.

개형단계는, 상부금형(10)이 원위치로 복귀하는 단계이다. 도 4에서는 S20, S50에 도시되어 있다. 개형단계로 금속시트(3)가 가압에서 해제되게 된다.

이탈단계는, 금속시트(3)가 이동할 수 있도록 요철 형성홈(22)에서 이탈되는 단계이다. 본 발명의 일실시예에 따르면 하부금형(20)의 피더 측 다이에 스프링이 설치되고, 그 위에 금속시트(3)가 배치되는 방식으로 개형 후 금속시트(3)를 이탈시킨다. 도 4에서는 S30, S60에 도시되어 있다.

이동단계는, 피더가 금속시트(3)를 요철을 구성하는 금속시트(3)의 길이보다 긴 소정의 공급길이만큼 공급방향으로 이동시키는 단계이다. 폐형 시 피더가 금속시트(3)의 공급되는 측을 고정하여 금속시트 공급 반대방향에서만 금속시트(3)가 요철 형성홈(22)으로 밀려들어가며 요철이 형성된다. 따라서 본 발명에 따르면 피더가 금속시트(3)를 공급하는 소정의 공급길이에 따라 요철 간의 간격, 즉 피치를 변화시킬 수 있다. 도 4에서는 S40, S70에 도시되어 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 열교환판 제작방법에 있어서, 금속시트의 요철 간의 간격인 피치는 공급길이에 의해 결정되고, 공급길이는 피더에서 금속시트(3)가 공급되는 속도 또는 길이로 결정된다. 공급길이는 최소한 요철 형성홈(22)의 둘레와 요철 형성홈(22)의 피더 반대측에 구비되는 격벽의 너비를 포함한 길이로 구성되어야 한다. 공급길이가 요철 형성홈(22)의 둘레와 요철 형성홈(22)의 피더 반대측에 구비되는 격벽의 너비를 포함한 길이보다 짧게 구성되는 경우, 폐형 시 선행적으로 형성된 요철까지 요철 형성홈(22)에 밀려들어가 선행적으로 형성된 요철의 형태가 망가지게 됨이 자명하다. 따라서 본 발명의 일실시예에 따른 열교환판 제작방법에 있어서 공급길이는, 요철 형성홈(22)의 둘레와 요철 형성홈(22)의 피더 반대측에 구비되는 격벽의 너비를 포함한 길이보다 크게 구성하여 요철 간의 간격, 즉 피치를 조절할 수 있게 되는 것이다.

본 발명의 일실시예에 따른 열교환판 제작방법은 상기의 단계를 반복하여 금속시트(3)에 평면상에서 파형으로 요철을 형성하고 주전열판 제작에 필요한 소정길이만큼 커팅하여 열교환판을 제작하게 된다. 또한 본 발명의 일실시예에 따른 열교환판 제작방법을 이용하여 분배판(30)을 제작하는 것도 가능하다.

< 열교환판 >

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 열교환판의 다양한 피치를 도시한 모식도, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 열교환판이 설치된 모습의 모식도를 도시한 것이다. 도 5, 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 열교환판(1)은 하나의 금형으로 다양한 피치의 열교환판 제작이 가능해지는 효과가 있다. 도 5에서 d는 펀치(12)의 너비이다.

특히, 도 6에 도시된 바와 같이, 유체가 일측에서 공급되는 경우에 유체가 동일한 압력과 속도로 열교환판에 진입하기 위해서는 각도에 따라 피치를 달리하는 분배판(30)이 요구된다. 이러한 분배판(30)과 더불어 다양한 피치를 갖는 열교환판이 요구되는 것이다. 본 발명의 일실시예에 따른 열교환판 프레스 금형에 의하면 도 5에 도시된 바와 같은 점진적으로 피치가 넓어지는 열교환판(1)의 구현이 가능해지는 효과가 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

1: 열교환판
3: 금속시트
10: 상부금형
12: 펀치
20: 하부금형
22: 요철 형성홈
30: 분배판

Claims (6)

1. 금속시트에 평면상에서 파형으로 요철을 형성하여 열교환판을 제작하는 프레스 금형에 있어서,
   가압방향으로 돌출형성되어 상기 금속시트에 요철을 형성하는 펀치를 포함하고, 상기 금속시트를 사이에 두고 하부금형과 밀착되도록 구성되는 상부금형;
   상기 펀치와 형상맞춤되도록 구성되는 요철 형성홈을 포함하고, 상기 상부금형과 상기 금속시트를 사이에 두고 밀착되도록 구성되는 하부금형; 및
   상기 상부금형 및 상기 하부금형의 일측에 구비되어 상기 금속시트를 상기 요철 형성홈의 둘레길이 이상인 소정의 공급길이로 공급하고, 상기 펀치가 상기 금속시트를 가압할 때에 상기 금속시트의 일측을 고정하는 피더;
   를 포함하는 열교환판 프레스 금형.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 펀치가 상기 금속시트를 가압할 때에,
   상기 요철 형성홈을 중심으로 상기 피더 반대측의 상기 금속시트가 상기 금속시트의 공급방향의 반대방향으로 이동하며 상기 요철을 형성하도록 구성되는 열교환판 프레스 금형.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 피더는,
   상기 금속시트의 공급길이를 조절할 수 있도록 구성되는 열교환판 프레스 금형.
   
4. 제1항에 따른 열교환판 프레스 금형의 일구성인 피더가 상기 열교환판 프레스 금형에 금속시트를 공급하여, 상기 금속시트에 평면상에서 파형으로 요철을 형성하여 열교환판을 제작방법에 있어서,
   상기 열교환판 프레스 금형의 일구성인 상부금형이 상기 금속시트를 가압하고, 상기 열교환판 프레스 금형의 일구성인 펀치와 요철 형성홈이 암수결합되어 상기 금속시트에 요철이 형성되는 폐형단계;
   상기 상부금형이 가압 전의 원위치로 복귀하는 개형단계;
   상기 금속시트가 이동할 수 있도록 상기 요철 형성홈에서 이탈되는 이탈단계; 및
   상기 열교환판 프레스 금형의 일구성인 피더가 상기 금속시트를 상기 요철 형성홈의 둘레길이 이상인 소정의 공급길이만큼 공급방향으로 이동시키는 이동단계;
   를 포함하고,
   상기 폐형단계에서는 상기 피더가 상기 금속시트를 고정하며,
   상기 금속시트의 상기 요철 간의 간격인 피치는 상기 공급길이에 의해 결정되고,
   상기 단계를 반복하여 상기 금속시트에 평면상에서 파형으로 요철을 형성하고 소정길이만큼 커팅하여 열교환판을 제작하는 열교환판 제작방법.
   
5. 금속시트에 평면상에서 파형으로 요철이 형성되는 열교환판에 있어서,
   제4항에 따른 열교환판 제작방법으로 제작되는 열교환판.
   
6. 금속시트에 평면상에서 연장되는 요철이 형성되고, 주전열면의 일측에 구비되어 열교환판에 유체를 분배하는 분배판에 있어서,
   제4항에 다른 열교환판 제작방법으로 제작되고, 상기 요철 간의 간격인 피치가 일방향으로 점진적으로 변화하도록 구성되는 분배판.
   

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