WO2012015139A1 - 플레이트형 열교환기 제조방법 - Google Patents

플레이트형 열교환기 제조방법 Download PDF

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WO2012015139A1
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heat exchanger
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plate unit
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홍성희
김창수
김현준
김인곤
이재근
강정윤
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(주)동화엔텍
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Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger manufacturing method, and more particularly to a plate heat exchanger manufacturing method capable of producing a very thin heat exchanger plate by electro-forming (Electro-forming) method.
  • the heat exchanger is a device for transferring heat from a high temperature fluid to a low temperature fluid through a heat transfer surface, and has been applied to various fields of the industry.
  • heat exchangers used in vehicles, aircrafts, etc. need to be implemented in a compact size because the installation space is narrow.
  • plate heat exchangers are widely used among various types of heat exchangers.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a general plate heat exchanger
  • Figure 2 is a perspective view showing a plate unit constituting the plate heat exchanger shown in FIG.
  • the heat exchanger shown in FIG. 1 is a small heat exchanger mainly used for an aircraft gas turbine.
  • the heat exchanger includes a plate unit 30 having a plate shape as shown in FIG. 2 and having a plurality of flow grooves 32 formed on a surface thereof. It is a laminated form.
  • Each stacked plate unit 30 may be joined by a fastening means or joined by a brazing method.
  • the flow grooves 32 formed in each plate unit 30 are generally formed to be inclined to one side, and when stacked, the flow grooves 32 are laminated so as to cross each other to form a flow path, and hot and low temperature fluids are formed in each layer. By alternating flow, heat exchange occurs through the plate unit 30.
  • a plate having a thickness of about 0.1 mm is used, so that the plate unit is torn when manufactured by the press method.
  • the plate unit has a corrugated waveform for the purpose of expanding the heat transfer area while forming a plurality of flow grooves, this problem becomes more severe when manufactured by the press method.
  • Embodiments of the present invention to provide a plate type heat exchanger manufacturing method of electroplating the plate in the mold and the plate unit plated with the brazing bonding material on the plate separated from the mold again separated from the mold, laminated, bonded.
  • the present invention is to provide a method for manufacturing a plate heat exchanger in which a brazing bonding material, a plate, and a brazing bonding material are plated in a mold, and then the plate unit is separated from the mold and laminated and bonded.
  • a method for manufacturing a heat exchanger comprising: electroplating a surface of a mold on which a flow groove pattern is formed on a surface to form a plate; Separating the plate from the mold; Electroplating a brazing bonding material on both sides of the separated plate to form a plate unit; Stacking the plate units, wherein the flow grooves formed in the plate units cross each other; And pressurizing the laminated plate units while heating them to be bonded to each other.
  • a plate type heat exchanger manufacturing method may be provided.
  • a method of manufacturing a heat exchanger comprising: electroplating a brazing bonding material on a surface of a mold having a flow groove pattern formed on a surface thereof; Electroplating the surface of the braze bonding material to form a plate; Electroplating a brazing bonding material on the surface of the plate to form a plate unit; Separating the plate unit from the mold; Stacking the separated plate units, wherein the plate grooves formed with the plate units cross each other; And pressurizing the laminated plate units while heating them to be bonded to each other.
  • a plate type heat exchanger manufacturing method may be provided.
  • Embodiments of the present invention can be easily and safely manufactured without damaging a very thin plate-shaped heat exchanger by plating and separating the plate unit in the mold by electroforming.
  • the mold can be used semi-permanently, greatly reducing cost and manufacturing time.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a typical plate heat exchanger.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a plate unit constituting the plate heat exchanger shown in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a plate unit constituting the plate heat exchanger shown in FIG. 1.
  • Figure 3 is a flow chart showing a manufacturing method of a plate heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a mold used in the present invention.
  • FIG. 5 is a flow chart showing a manufacturing method of a plate heat exchanger according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a flow chart showing a manufacturing method of a plate heat exchanger according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a perspective view showing a mold used in the present invention.
  • the first step is to plate the plate 10 on the mold 100.
  • the mold 100 has a flow groove pattern 110 formed on a surface thereof.
  • the flow groove pattern 110 forms a flow groove 32 on a plate unit 30 to be described later.
  • the wave form (Wave form) is generally in the form inclined to one side.
  • the mold 100 may be manufactured by injection molding, or may be manufactured by any other method.
  • the material of the mold 100 may be made of a conductive material or electroconductive coating for electroplating.
  • it may be made of aluminum or copper.
  • the mold 100 is placed in an electroplating bath and electroplated to plate the plate 10 on the surface.
  • the plate 10 may be a metal that may be plated, and nickel (Ni) may be used in the present invention.
  • the thickness of the plate 10 can be arbitrarily controlled. Since a thickness of about 0.1 mm is used in the present invention, the thickness can be appropriately selected by controlling electrically.
  • the second step is to separate the plate 10 from the mold 100.
  • the present method is based on the electroforming method, when the plating of the mold 100 is completed, the plate 10 is separated from the mold 100.
  • the air may be separated by spraying the air between the mold 100 and the plate 10, but the method is not limited thereto.
  • the third step is to plate the braze bonding material 20 on the plate 10.
  • the plate 10 separated from the mold 100 is put back into an electroplating bath to perform electroplating, and the plate 10 is coated with the brazing bonding material 20 on both surfaces by plating the brazing bonding material 20 on the plate 10.
  • the unit 30 is formed.
  • the brazing bonding material 20 is a bonding material used for brazing and may plate a nickel-phosphorus (Ni-P) alloy in the present invention. Alternatively, silver-copper (Ag-Cu) alloys may be used.
  • the fourth step is to stack the plate unit 30.
  • a plurality of plate units 30 made by plating the braze bonding material 20 on both sides of the plate 10 are laminated using an appropriate jig.
  • the flow grooves 32 formed in the plate unit 30 are stacked to cross each other.
  • the point contact is made perpendicular to the mountain forming the flow groove of the lower plate unit.
  • the fifth step is to heat and press the stacked plate units 30.
  • the acid and valleys of the flow grooves 32 which are in point contact with each other when pressurized while being heated to a temperature at which the brazing bonding material 20 can be melted to mutually bond the plate units 30 stacked in the fourth step are brazed
  • the bonding material 20 is melted together to melt and the heat exchanger is completed.
  • FIGS. 4 and 5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a plate heat exchanger according to another preferred embodiment of the present invention.
  • the first step is to plate the braze bonding material 20 on the mold 100.
  • the braze bonding material 20 is first electroplated on the mold 100 described in the first embodiment.
  • the material of the brazing bonding material 20 is substantially the same as described above.
  • the second step is to plate the plate 10 on the brazing bonding material 20.
  • the plate 10 is directly electroplated on the surface of the brazing bonding material 20 without removing the brazing bonding material 20.
  • the third step is to plate the braze bonding material 20 on the plate 10.
  • brazing bonding material 20 is again electroplated on the surface of the plate 10 plated in the second step.
  • the mold 100 is plated in the order of the braze bonding material 20, the plate 10, and the brazing bonding material 20, so that the plate unit 30 is formed in the mold 100.
  • the fourth step is to separate the plate unit 30 from the mold 100.
  • air may be separated from the mold 100 using air as described above.
  • the fifth step is to stack the plate unit 30, the sixth step is to heat and press the stacked plate unit 30.
  • Laminating, pressing, heating, and bonding the separated plate units 30 are substantially the same as those described above.
  • the present invention is applicable to a heat exchanger manufacturing method, and more particularly, to a plate heat exchanger manufacturing method capable of manufacturing a very thin heat exchanger plate by electro-forming method.

Abstract

플레이트형 열교환기 제조방법이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 플레이트형 열교환기 제조방법은 열교환기를 제조하는 방법에 있어서, 표면에 유동홈 패턴이 형성된 몰드의 표면에 전기 도금하여 플레이트를 형성하는 단계; 상기 플레이트를 상기 몰드로부터 분리시키는 단계; 분리된 상기 플레이트의 양면에 브레이징 접합재를 전기 도금하여 플레이트 유닛을 형성하는 단계; 상기 플레이트 유닛을 적층하되, 상기 플레이트 유닛에 형성된 유동홈이 교차하도록 적층하는 단계; 및 적층된 상기 플레이트 유닛을 가열하면서 가압하여 상호 접합하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 포함한다.

Description

플레이트형 열교환기 제조방법
본 발명은 열교환기 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기 주조(Electro-forming) 방식에 의해 매우 얇은 열교환기 플레이트를 제조할 수 있는 플레이트형 열교환기 제조방법에 관한 것이다.
열교환기는 온도가 높은 유체로부터 전열면을 통해 온도가 낮은 유체로 열을 전달하는 장치로, 산업의 모든 분야에 다양하게 적용되고 있다.
그런데, 차량, 항공기 등에 사용되는 열교환기는 설치공간이 협소하기 때문에 컴팩트한 사이즈로 구현될 필요가 있다.
따라서, 다양한 형태의 열교환기 중에 플레이트 방식의 열교환기가 널리 사용되고 있다.
도 1은 일반적인 플레이트형 열교환기를 나타내는 사시도, 도 2는 도 1에 도시된 플레이트형 열교환기를 구성하는 플레이트 유닛을 나타내는 사시도이다.
도 1에 도시된 열교환기는 주로 항공기 가스터빈용으로 사용되는 소형 열교환기로 대략 도 2에 도시된 바와 같이 판(Plate) 형상을 이루고 표면에 다수개의 유동홈(32)이 형성된 플레이트 유닛(30)을 적층한 형태이다.
적층된 각 플레이트 유닛(30)은 체결수단에 의해 결합하거나 브레이징 방법에 의해 접합할 수 있다.
이때 각 플레이트 유닛(30)에 형성된 유동홈(32)은 보통 일측으로 경사지게 형성되는데, 적층할 때 유동홈(32)이 서로 교차하도록 적층하여 유로를 형성하며 각층 마다 고온의 유체와 저온의 유체가 교대로 유동함으로써 플레이트 유닛(30)을 통해 열교환이 일어난다.
그런데 이와 같은 플레이트는 종래 프레스 공법으로 제조되었다.
그러나 항공 가스터빈에 사용되는 소형 열교환기의 경우 두께가 약 0.1mm인 플레이트가 사용되기 때문에 프레스 공법으로 제조할 때 플레이트 유닛이 찢어지는 현상이 발생하였다.
더구나 다수개의 유동홈을 형성하면서 열전달 면적을 확장할 목적으로 플레이트 유닛이 주름진 파형을 이루기 때문에 프레스 공법으로 제작하면 이러한 문제는 더욱 심해진다.
본 발명의 실시 예들은 몰드에 플레이트를 전기 도금한 후 몰드에서 분리한 플레이트에 다시 브레이징 접합재를 도금한 플레이트 유닛을 몰드에서 분리하고 적층, 접합한 플레이트형 열교환기 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 몰드에 브레이징 접합재, 플레이트, 브레이징 접합재를 차례로 도금한 후 플레이트 유닛을 몰드에서 분리하고 적층, 접합한 플레이트형 열교환기 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 열교환기를 제조하는 방법에 있어서, 표면에 유동홈 패턴이 형성된 몰드의 표면에 전기 도금하여 플레이트를 형성하는 단계; 상기 플레이트를 상기 몰드로부터 분리시키는 단계; 분리된 상기 플레이트의 양면에 브레이징 접합재를 전기 도금하여 플레이트 유닛을 형성하는 단계; 상기 플레이트 유닛을 적층하되, 상기 플레이트 유닛에 형성된 유동홈이 교차하도록 적층하는 단계; 및 적층된 상기 플레이트 유닛을 가열하면서 가압하여 상호 접합하는 단계;를 포함하여 이루어지는 플레이트형 열교환기 제조방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 열교환기를 제조하는 방법에 있어서, 표면에 유동홈 패턴이 형성된 몰드의 표면에 브레이징 접합재를 전기 도금하는 단계; 상기 브레이징 접합재의 표면에 전기 도금하여 플레이트를 형성하는 단계; 상기 플레이트의 표면에 브레이징 접합재를 전기 도금하여 플레이트 유닛을 형성하는 단계; 상기 플레이트 유닛을 상기 몰드로부터 분리시키는 단계; 분리된 상기 플레이트 유닛을 적층하되, 상기 플레이트 유닛 형성된 유동홈이 교차하도록 적층하는 단계; 및 적층된 상기 플레이트 유닛을 가열하면서 가압하여 상호 접합하는 단계;를 포함하여 이루어지는 플레이트형 열교환기 제조방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 전기 주조방식에 의해 몰드에 플레이트 유닛을 도금하고 분리함으로써 매우 얇은 판 형상의 열교환기를 손상 없이 용이하고 안전하게 제조할 수 있다.
또한, 몰드를 반 영구적으로 사용할 수 있어서 비용 및 제조시간을 크게 줄일 수 있다.
도 1은 일반적인 플레이트형 열교환기를 나타내는 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 플레이트형 열교환기를 구성하는 플레이트 유닛을 나타내는 사시도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 따른 플레이트형 열교환기의 제조방법을 나타내는 순서도.
도 4는 본 발명에서 사용되는 몰드를 나타내는 사시도.
도 5는 본 발명의 바람직한 다른 실시 예를 따른 플레이트형 열교환기의 제조방법을 나타내는 순서도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 상세하게 설명하고자 한다. 하기 설명 및 첨부 도면에 나타난 바는 본 발명의 전반적인 이해를 위해 제시된 것이므로 본 발명의 기술적 범위가 그것들에 한정되는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 구성 및 기능에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
<제 1 실시 예>
*도 3과 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 설명한다. 도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 따른 플레이트형 열교환기의 제조방법을 나타내는 순서도, 도 4는 본 발명에서 사용되는 몰드를 나타내는 사시도이다.
먼저, 첫 번째 단계는 몰드(100)에 플레이트(10)를 도금하는 단계이다.
상기 몰드(100)는 도 4에 도시된 바와 같이 표면에 유동홈 패턴(110)이 형성되어 있는데, 상기 유동홈 패턴(110)은 후술하는 플레이트 유닛(30) 상에 유동홈(32)을 형성하고 열전달 효율을 높이기 위한 것이며, 파형(Wave form)을 이루면서 일측으로 경사진 형태가 일반적이다.
상기 몰드(100)는 사출 성형에 의해 제조될 수 있으며, 다른 임의의 방법으로 제조될 수도 있다
*그리고 상기 몰드(100)의 재질은 전기 도금을 위해 도전성 재료로 제조되거나 또는 도전성 코팅이 제공될 수 있다. 예를 들면, 알루미늄 또는 구리로 제조될 수 있다.
이러한 상기 몰드(100)를 전기 도금조에 넣고 전기 도금을 수행하여 표면에 플레이트(10)를 도금시킨다.
상기 플레이트(10)는 도금될 수 있는 금속이면 가능하고 본 발명에서는 니켈(Ni)을 사용할 수 있다.
물론, 상기 플레이트(10)의 두께는 임의로 제어될 수 있다. 본 발명에서 약 0.1mm 정도의 두께가 사용되므로 전기적으로 제어하여 두께를 적절하게 선택할 수 있다.
두 번째 단계는 몰드(100)로부터 플레이트(10)를 분리하는 단계이다.
본 방식은 전기 주조 방식에 의한 것이므로 상기 몰드(100)에 도금이 완료되면 상기 몰드(100)로부터 플레이트(10)를 분리한다.
이때 상기 몰드(100)와 플레이트(10) 사이에 공기를 분사하여 분리할 수 있으나 이러한 방법에 한정되지 않을 것이다.
세 번째 단계는 플레이트(10)에 브레이징 접합재(20)를 도금하는 단계이다.
상기 몰드(100)에서 분리한 상기 플레이트(10)는 다시 전기 도금조에 넣어 전기 도금을 수행하되, 양 표면에 브레이징 접합재(20)를 도금하여 플레이트(10)에 브레이징 접합재(20)가 코팅된 플레이트 유닛(30)을 형성한다.
상기 브레이징 접합재(20)는 브레이징(Braising)에 사용되는 접합재료로 본 발명에서 니켈-인(Ni-P) 합금을 도금할 수 있다. 또한 다르게 은-구리(Ag-Cu) 합금을 사용할 수도 있다.
네 번째 단계는 플레이트 유닛(30)을 적층하는 단계이다.
상기 플레이트(10) 양면에 상기 브레이징 접합재(20)를 도금하여 만들어진 복수개의 플레이트 유닛(30)을 적절한 지그를 사용하여 적층한다.
이때 상기 플레이트 유닛(30)에 형성된 유동홈(32)이 서로 교차하도록 적층한다.
다시 말해서, 어느 하나의 플레이트 유닛(30)의 유동홈(32)이 이것과 접합하는 다른 하나의 플레이트 유닛의 유동홈(32)과 유로가 상호 교차하도록 배치되어 상부 플레이트 유닛의 유동홈을 이루는 골이 하부 플레이트 유닛의 유동홈을 이루는 산과 수직으로 만나면서 점 접촉하게 된다.
이와 같이 적층하는 것은 공지된 것이므로 상세한 설명은 생략한다.
다섯 번째 단계는 적층된 플레이트 유닛(30)을 가열 및 가압하는 단계이다.
네 번재 단계에서 적층된 플레이트 유닛(30)을 상호 접합하기 위해 상기 브레이징 접합재(20)가 용융될 수 있는 온도로 가열한 상태에서 가압하면 서로 점 접촉하는 유동홈(32)의 산과 골은 상기 브레이징 접합재(20)가 녹으면서 서로 접합되어 열교환기가 완성된다.
<제 2 실시 예>
도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시 예를 설명한다. 도 5는 본 발명의 바람직한 다른 실시 예를 따른 플레이트형 열교환기의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
먼저, 첫 번째 단계는 몰드(100)에 브레이징 접합재(20)를 도금하는 단계이다.
도 5에 도시된 바와 같이 제 1 실시 예에서 설명한 상기 몰드(100)에 상기 브레이징 접합재(20)를 먼저 전기 도금한다. 상기 브레이징 접합재(20)의 재질은 이미 설명한 바와 대동소이하다.
두 번째 단계는 브레이징 접합재(20)에 플레이트(10)를 도금하는 단계이다.
상기 몰드(100)에 브레이징 접합재(20)가 도금된 상태에서 브레이징 접합재(20)를 분리하지 않고 바로 상기 브레이징 접합재(20) 표면에 상기 플레이트(10)를 다시 전기 도금한다.
세 번째 단계는 플레이트(10)에 브레이징 접합재(20)를 도금하는 단계이다.
즉, 두 번째 단계에서 도금된 상기 플레이트(10) 표면에 상기 브레이징 접합재(20)를 다시 전기 도금하여 코팅한다.
도시된 바와 같이 상기 몰드(100)에 브레이징 접합재(20), 플레이트(10), 브레이징 접합재(20) 순서로 도금되어 상기 몰드(100)에 플레이트 유닛(30)이 형성된 상태가 된다.
네 번째 단계는 몰드(100)로부터 플레이트 유닛(30)을 분리하는 단계이다.
상기 몰드(100)에서 상기 플레이트 유닛(30)을 분리할 때 상술한 바와 같이 공기를 사용하여 상기 몰드(100)로부터 이탈시킬 수 있다.
다섯 번째 단계는 플레이트 유닛(30)을 적층하는 단계이고, 여섯 번째 단계는 적층된 플레이트 유닛(30)을 가열 및 가압하는 단계이다.
분리한 상기 플레이트 유닛(30)을 적층하고 가압 및 가열하여 상호 접합하는 것은 상술한 바와 대동소이하다.
상기에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 하기의 특허청구범위에서 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
- 부호의 설명 -
10 : 플레이트 20 : 브레이징 접합재
30 : 플레이트 유닛 32 : 유동홈
100 : 몰드 110 : 유동홈 패턴
본 발명은 열교환기 제조방법에 이용 가능한 것으로서, 보다 상세하게는 전기 주조(Electro-forming) 방식에 의해 매우 얇은 열교환기 플레이트를 제조할 수 있는 플레이트형 열교환기 제조방법에 이용 가능한 것이다.

Claims (2)

  1. 열교환기를 제조하는 방법에 있어서,
    표면에 유동홈 패턴(110)이 형성된 몰드(100)의 표면에 전기 도금하여 플레이트(10)를 형성하는 단계;
    상기 플레이트(10)를 상기 몰드(100)로부터 분리시키는 단계;
    분리된 상기 플레이트(10)의 양면에 브레이징 접합재(20)를 전기 도금하여 플레이트 유닛(30)을 형성하는 단계;
    상기 플레이트 유닛(30)을 적층하되, 상기 플레이트 유닛(30)에 형성된 유동홈(32)이 교차하도록 적층하는 단계; 및
    적층된 상기 플레이트 유닛(30)을 가열하면서 가압하여 상호 접합하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플레이트형 열교환기 제조방법.
  2. 열교환기를 제조하는 방법에 있어서,
    표면에 유동홈 패턴(110)이 형성된 몰드(100)의 표면에 브레이징 접합재(20)를 전기 도금하는 단계;
    상기 브레이징 접합재(20)의 표면에 전기 도금하여 플레이트(10)를 형성하는 단계;
    상기 플레이트(10)의 표면에 브레이징 접합재(20)를 전기 도금하여 플레이트 유닛(30)을 형성하는 단계;
    상기 플레이트 유닛(30)을 상기 몰드(100)로부터 분리시키는 단계;
    분리된 상기 플레이트 유닛(30)을 적층하되, 상기 플레이트 유닛(30) 형성된 유동홈(32)이 교차하도록 적층하는 단계; 및
    적층된 상기 플레이트 유닛(30)을 가열하면서 가압하여 상호 접합하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플레이트형 열교환기 제조방법.
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