WO2017122893A1 - 동 커넥터를 구비한 판형 열교환기 및 이를 제작하는 방법 - Google Patents

동 커넥터를 구비한 판형 열교환기 및 이를 제작하는 방법 Download PDF

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WO2017122893A1
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plate
connector
heat exchanger
copper
brazing
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PCT/KR2016/008381
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천성민
이덕희
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지에이씨피 주식회사
천성민
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations

Definitions

  • the present invention relates to a plate heat exchanger having a copper connector, and more particularly to a connector of a plate heat exchanger in order to improve weldability with a copper material connecting pipe for connection with a heat exchanger.
  • the present invention relates to a plate heat exchanger having a copper connector replaced with a copper material and a method of manufacturing the same.
  • the plate heat exchanger is used in various industrial fields for transferring heat to a heated fluid having a low temperature through heat transfer plate, and is also used for various purposes such as supplying hot water for heating and cooling.
  • a plurality of heat exchangers are arranged at narrow intervals and sealed around each other, and a fruit space and a heated fluid space formed between each heat exchanger plate are alternately formed.
  • the heat exchange is carried out by allowing the fruit and the heated fluid to circulate in the orthogonal direction with the heat transfer plate interposed therebetween.
  • the connector of the cover is coupled to the cover 5 of the plate heat exchanger so as to communicate with the internal heating / heating flow hole.
  • the connector 6, 6a for pipe connection is joined to the hole by brazing (B), and the pipe 1 connected to the connector 6 is also joined by brazing (B), or the connector 6a And screw the pipe together.
  • a heat exchanger plate fusion method for fusion bonding a plurality of stainless steel heat exchanger plate and copper plate is adopted.
  • Such a fabrication method specifically refers to Registration Utility Model Publication No. 20-0409691 (hereinafter referred to as Document 1), and a heat exchanger that performs a function of raising the temperature of fuel gas using a heated engine coolant is generally used. It consists of several sheets of heat exchanger plates formed of stainless steel, and between the heat exchanger plates is inserted a plate (i.e. flat-faced) type copper plate, which is brazed and connected to one plate type.
  • the copper plate (copper plate) is used as a filler (filler metal)
  • the stainless steel is used as a base material
  • the working temperature is about 1200Deg. Are bonded at high temperatures of degree
  • the copper plate having a flat surface and the heat exchange plate (heating plate) formed with a V-shaped (wrinkle-shaped) heat transfer path are sequentially laminated and brazed.
  • the copper plate is melted at a high temperature as a molten material, and the copper plate is melted by capillary action while the stainless steel sheets are laminated, and then bonded to the stainless steel plates by the cooling process.
  • the pipe connection connectors 6 and 6a of the plate heat exchanger are also made of stainless steel, which is a copper plate when the pipe connection connectors 6 and 6a are adopted as copper materials. Because it is the same material as the copper plate used as it melts at the same temperature as the copper plate can not maintain its shape.
  • connection pipe (1) connected to the connector (6) adopts a copper material in consideration of thermal shear efficiency, etc., which is the brazing of the connector (6) and the copper material connecting pipe (1) in the workplace B)
  • thermal shear efficiency etc.
  • the defect rate increases, and the cost increases due to the use of 20 times higher silver content than the copper-copper welding. There was a problem acting as a factor.
  • the present invention has been made to solve the above problems, the plate heat exchanger having a copper connector according to the present invention and a method of manufacturing the same by providing a method that can adopt the connector as a copper material (work),
  • the task is to allow welding of copper-clad pipes and copper-to-copper metals on site.
  • Plate-type heat exchanger having a copper connector using an air sculpture according to the present invention for achieving the above object and a method for manufacturing the same is a plurality of heat exchanger plates are laminated, brazed and welded so that the fruit and the heated fluid heat exchange with each other
  • the port plate is formed in communication with the inner port hole
  • the connector (151, 152, 161, 162) is brazed on the port hole (7)
  • the connector is a copper material
  • the connector brazing filler filler metal is a metal material having a lower melting point than the connector.
  • the connector brazing welding filler metal is the same material as the heat exchange plate brazing welding filler metal, and the welding filler metal is copper paste or nickel paste.
  • the connector brazing welding filler metal is silver solder, and the heat exchange plate brazing welding filler metal is copper paste or nickel paste.
  • a plurality of heat exchanger plates are laminated and brazed, and upper and lower plates are attached to the outside of the heat exchanger plate so that the fruit and the heated fluid are heat exchanged with each other, and the upper plate has a plate heat exchanger having a port hole in communication with an internal port hole.
  • the step of forming an assembly by applying the copper paste to the heat exchange plate and the upper and lower plates and laminated (S11); Inserting a connector into the port hole and applying copper paste or nickel paste to the insertion portion (S12); And inserting the assembly into which the connector is inserted into the vacuum brazing furnace and simultaneously brazing the assembly and the connector at 900 to 1,135 ° C. for 5 to 10 hours (S13).
  • a plurality of heat exchanger plates are laminated and brazed, and upper and lower plates are attached to the outside of the heat exchanger plate so that the fruit and the heated fluid are heat exchanged with each other, and the upper plate has a plate heat exchanger having a port hole in communication with an internal port hole.
  • the step of forming an assembly by applying the copper paste to the heat exchange plate and the upper and lower plates and laminated (S21); Charging the assembly to a vacuum brazing furnace and brazing bonding the assembly at 900 to 1,135 ° C.
  • the copper paste or nickel paste is applied to the heat exchange plate (2) is characterized in that it is made of a spray method or a dipping method.
  • Plate heat exchanger having a copper connector according to the present invention having the above characteristics and a method of manufacturing the same by using a welding rod 20 times lower in silver content than stainless-copper welding, the work cost is lowered, welding difficulty is homogeneous welding Low defect rate is low, and also skilled workers are unnecessary, there is an effect of reducing the labor cost.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the formation of a connector according to the prior art
  • FIG. 2 is a perspective view of a plate heat exchanger having a copper connector according to the present invention
  • FIG. 3 is a flowchart of a method of manufacturing a plate heat exchanger having a copper connector according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view of a method of manufacturing a plate heat exchanger having a copper connector according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart of a method of manufacturing a plate heat exchanger having a copper connector according to a second embodiment of the present invention.
  • a plate heat exchanger having a copper connector is laminated with a plurality of heat exchanger plates to be brazed and heat-welded to heat and heat the fluid to be heated, and an upper and lower plates are attached to the outside of the heat exchanger plate.
  • the upper plate is a plate heat exchanger in which a port hole is formed to communicate with an inner port hole.
  • the first plate 120 and the second plate 130 constituting the heat exchange plate on the lower plate 110 are sequentially formed.
  • the fruit layer (WS) through which the fruit flows and the heated fluid layer (OS) through which the heated fluid flows are sequentially formed, and the upper plate (140)
  • the upper plate 140 is formed with a port hole 141, the fruit inlet connector 151 and the fruit outlet connector 152 in the port hole 141 diagonally to each other
  • the heated fluid inflow connector 161 and the heated fluid outlet connector 162 are installed in diagonal directions to each other, and thus the first and second plates 120 and 130 are described below. It is structured to communicate with heating fluid inflow / outflow connector.
  • the connector 151, 152, 161, 162 adopted in the plate heat exchanger is a cooperating material.
  • copper-copper welding is possible in the conventional stainless-copper welding during the welding work for the connection with the pipe, it is possible to use the electrode with 20 times lower silver content than the stainless-copper welding in the pipe connection. Low speed has the effect of being able to weld quickly.
  • the reason why the conventional connector had to adopt the stainless steel material is generally described in that the first and second plates constituting the heat exchanger plate of the plate heat exchanger ( 120 and 130 are made of stainless steel, and the copper plate is used as filler metal between the stainless steel heat exchanger plates to perform brazing welding.
  • the connector is used as the copper material, the connector is also melted at the melting point of the copper plate. Due to the loss of function, in order to avoid this, the melting point is higher than that of copper, and the same material as the heat exchange plate is forced to adopt stainless steel.
  • a filler metal for brazing welding the copper connectors 151, 152, 161 and 162 has a lower melting point than the connector.
  • Adopt metal material
  • a brass lead plate of a plate type ie, having a flat-faced surface
  • they are brazed and manufactured by using a single plate heat exchanger.
  • silver solder, phosphorus copper solder, germanium solder, aluminum solder, etc. which have a lower melting point than copper, may be adopted in addition to brass solder. It is desirable to adopt a brass solder in consideration of the brazing efficiency.
  • the composition and composition ratio of brass solder is 59.56 to 63.62 wt% of copper (Cu), 0.10 to 0.12 wt% of nickel (Ni) and 0.05 weight of iron (Fe). %, 0.05 weight% of lead (Pb), 0.15-0.20 weight% of tin (Sn), 0.02-0.03 weight% of silicon (Si), and 36.0-40.0 weight% of zinc (Zn) are preferable.
  • the silicon (Si) is added, the fluidity is increased and the melting point is lowered.
  • the nickel (Ni) is added, the bonding property is increased.
  • the connector brazing welding filler metal can ensure the completeness of the plate heat exchanger assembly without loss of brazing efficiency, even if the brass brazing solder is used as the same material as the heat exchange plate brazing welding filler metal.
  • the connector brazing welding filler metal may be selected from a material different from that of the heat exchange plate brazing welding filler metal.
  • the connector brazing welding filler metal may adopt a lower melting point metal material than the heat exchange plate brazing welding filler metal.
  • the filler metal used for the primary brazing welding of the heat exchanger plate adopts brass solder
  • the filler metal for the second brazing welding of the connector adopts a silver solder having a lower melting point than the brass solder
  • the silver lead is a silver-copper-zinc (Ag-Cu-Zn) alloy or a silver alloy obtained by alloying cadmium (Cd), nickel (Ni), and tin (Sn), and has good fluidity and excellent strength and elongation.
  • the present invention will be described a method for manufacturing a plate heat exchanger having a copper connector in two ways, preferably a method of brazing welding the same heat exchanger plate and the connector at the same time, and brazing the heat exchanger plate first, and then the connector It is divided into the method of brazing welding.
  • the heating time is somewhat different depending on the thickness of the heat exchanger (the number of laminated plates), and the heating temperature is always constant regardless of the thickness of the heat exchanger.
  • the above-described heating conditions may vary to some extent depending on the structure and performance of the heat exchanger, which will be within the technical scope of the present invention.
  • a plurality of heat exchanger plates are laminated and brazed, and the upper and lower plates are attached to the outside of the heat exchanger plate so that the fruit and the heated fluid exchange with each other.
  • the port hole is formed so as to communicate with the internal port hole
  • the heat exchange plate is sequentially processed by pressing and washing processes such as shearing, notching, drawing, and piercing to process each heat exchange plate.
  • the brass lead plate 190 to be bonded to the heat exchange plate and the upper and lower plates are inserted between the heat exchange plate and the upper and lower plates, respectively, and laminated to form an assembly.
  • the copper connectors 151, 152, 161, and 162 are inserted together or in turn with the brass solder ring 170 in the port hole 141 of the upper plate 140 formed through the press working.
  • the brazing welding of the copper connector, the heat exchange plate, and the upper and lower plates at the same time has the advantage of increasing the efficiency of the process.
  • a plurality of heat exchanger plates are laminated and brazed, and the upper and lower plates are attached to the outside of the heat exchanger plate so that the fruit and the heated fluid exchange with each other.
  • the method for manufacturing a plate heat exchanger is formed in the port hole to communicate with the inner port hole, the step of inserting a brass lead plate between the upper and lower plates and the heat exchange plate (2) and then laminated to form an assembly (S21); Charging the assembly to a vacuum brazing furnace and brazing bonding the assembly at 980 to 1050 ° C.
  • the heat exchange plate is sequentially processed by pressing and cleaning processes such as shearing, notching, drawing, and piercing to process the heat exchange plate, respectively, and the upper plate 140 formed by press working.
  • Silver solder to be inserted into the port hole 141 is processed into a ring shape.
  • the brass lead plate 190 to be bonded to the heat exchange plate and the upper and lower plates are inserted between the heat exchange plate and the upper and lower plates, respectively, and laminated to form an assembly.
  • the assembly is not inserted into the assembly of the vacuum brazing furnace charged with a jig and then heated to 980 ⁇ 1050 °C for 5 to 10 hours to completely melt the brass lead plate and then cooled, heat exchange Only the plate and the upper and lower plates are first brazed.
  • the ring-shaped silver lead 170 is inserted into the port hole, and then the connector is inserted into the ring-shaped silver lead to complete preparation for brazing of the connector.
  • the ring-shaped silver lead may be inserted into the connector and then inserted into the port hole or simultaneously.
  • the ring-shaped silver lead 170 is composed of a cylindrical portion 171 and a flange 172 formed on the upper portion, the outer diameter of the cylindrical portion 171 abuts the inner surface of the port hole 141, the inner diameter While contacting the outer surface of the silver connector, the flange 172 is positioned to contact the upper surface of the upper plate 140.
  • the connector is formed on the outer surface of the flange (153, 163) in contact with the flange 172, maximizing the brazing area.
  • the heat exchanger plate and the upper and lower plates are first brazed using a brass lead plate to form an assembly, thereby maximizing the assembly efficiency of the assembly, and then the copper connector is significantly lower than the brass lead plate (980 to 1050 ° C.).
  • the copper connector can be brazed safely to the assembly without degrading the brazing performance of the assembly.
  • the present invention relates to a plate heat exchanger having a copper connector and a method of manufacturing the same, in order to increase the weldability of the copper material connecting pipe for connection with the heat exchanger, the connector of the plate heat exchanger is conventional stainless steel (stainless steel) It is characterized by a plate heat exchanger having a copper connector replaced with a copper material from a copper material and a method of manufacturing the same, and thus can be universally applied to general industrial fields.

Abstract

본 발명은 동 커넥터를 구비한 판형 열교환기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열교환기와 연결을 위한 동(cooper)재 연결 배관과의 용접성을 높이기 위하여 판형 열교환기의 커넥터를 종래 스테인리스강(stainless steel)재에서 동(cooper)재로 대체한 동 커넥터를 구비한 판형 열교환기 및 이를 제작하는 방법에 관한 것이다. 이를 위하여, 상기 상하부 플레이트 및 열교환판(2) 사이에 황동납 플레이트를 삽입한 후 적층하여 조립체를 형성하는 과정(S11); 상기 포트홀에 동 커넥터를 황동납 링과 함께 또는 차례로 삽입하는 과정(S12); 상기 커넥터가 삽입된 조립체를 진공브레이징로에 장입 후 980~1050℃로 조립체 및 커넥터를 동시에 브레이징 접합시키는 과정(S13);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

동 커넥터를 구비한 판형 열교환기 및 이를 제작하는 방법
본 발명은 동 커넥터를 구비한 판형 열교환기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열교환기와 연결을 위한 동(cooper)재 연결 배관과의 용접성을 높이기 위하여 판형 열교환기의 커넥터를 종래 스테인리스강(stainless steel)재에서 동(cooper)재로 대체한 동 커넥터를 구비한 판형 열교환기 및 이를 제작하는 방법에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이 판형 열교환기는 전열판을 통하여 열매의 열이 온도가 낮은 피가열유체에 열을 전달하는 용도로 각종 산업분야에서 사용되고 있는 것이며, 또한 냉난방용 온수를 공급하는 등의 다양한 용도로 사용되고 있다.
일반적인 열교환기의 구조를 살펴보면 도 1 로 보인 바와 같이 전열판을 다수 좁은 간격으로 배열하고 그 둘레를 밀폐시키며, 각 전열판 사이에 형성된 열매(熱媒)공간과 피가열유체공간이 교대로 형성되고, 이러한 열매와 피가열유체가 전열판을 사이에 두고 직교하는 방향으로 순환되도록 함으로써 열교환이 이루어지도록 한 것으로서, 판형 열교환기의 커버(5)에 결합되어 내부 가열/피가열 플로우홀과 연통하도록 상기 커버의 커넥터구멍에 배관연결용 커넥터(6,6a)가 브레이징(B)으로 접합되며, 상기 커넥터(6)와 연결되는 배관(1)도 역시 브레이징(B)으로 접합이 이루어지거나, 또는 상기 커넥터(6a)와 배관을 나사로 연결한다.
한편, 판형 열교환기를 제작하기 위하여 전열판을 밀폐시키는 방법으로는 통상적으로 다수개의 스테인레스재 열교환판과 동판을 서로 융착하여 결합하는 열교환판 융착방법을 채택하고 있다.
이러한 제작방법은 구체적으로 등록실용신안공보 등록번호 20-0409691호(이하 선행문헌 1이라 칭함)를 참조하면, 가열된 엔진 냉각수를 이용하여 연료가스의 온도를 높여주는 기능을 수행하는 열교환기는 일반적으로 스테인리스강(stainless steel)으로 성형된 여러 장의 열교환판들로 구성되고, 상기 열교환판들 사이에는 플레이트(즉, flat-face한 면을 가지는) 타입의 동판이 삽입되고, 이들은 브레이징 접합되어 하나의 판형열교환기로 제작된다. 이때 상기 동판(copper plate)은 용가재(filler metal)로 사용되고, 상기 스테인리스강은 모재로 사용되며, 작업온도는 약 1200Deg. 정도의 고열에서 접합된다
즉, 선행문헌 1에 따른 판형 열교환기의 브레이징 방법은 평평한 면을 가지는 동판과 V자 형상(주름진 형상)의 전열유로가 형성된 열교환판(heating plate)을 순차적으로 적층시켜 브레이징 한다. 이때 상기 동판은 용재로써 고온에서 녹아 스테인리스강판이 적층된 사이로 모세관 현상에 의해 동판이 녹아서 냉각과정에 의해 스테인리스 판재들에 접합된다.
한편, 판형 열교환기의 배관연결용 커넥터(6,6a) 역시 스테인리스강(stainless steel)으로 형성되는데, 이는 배관연결용 커넥터(6,6a)를 동(cooper)재로 채택할 경우 용재(copper plate)로 사용되는 동판과 동일 재질임에 따라 동판과 같은 온도에서 녹으므로 그 형태를 유지할 수 없기 때문이다.
그런데, 일반적으로 상기 커넥터(6)와 연결되는 연결배관(1)은 열전단효율 등을 고려하여 동재를 채택하고 있고, 이는 작업현장에서 상기 커넥터(6)와 동재 연결배관(1)의 브레이징(B) 접합을 위해 이종금속간의 용접을 실시해야 함에 따라 불량률이 상승하고, 동-동 용접 대비 은함유량이 20배 높은 용접봉 사용해야 함에 따라 단가가 상승하며, 용접 난이도가 높아 숙련공 필요함에 따라 인력비 상승의 요인으로 작용하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에 따른 동 커넥터를 구비한 판형 열교환기 및 이를 제작하는 방법은 커넥터를 동(cooper)재로 채택할 수 있는 방법을 제공함으로서, 작업현장에서 동재 연결배관과 동-동 동종금속간 용접을 실시할 수 있도록 하는 것을 과제로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공기조형물을 이용한 동 커넥터를 구비한 판형 열교환기 및 이를 제작하는 방법은 열매와 피가열유체가 서로 열교환하도록 다수 매의 열교환판이 적층되어 브레이징 용접되고 상기 열교환판의 외측으로 상하부 플레이트가 부착되며, 상기 상부 플레이트에는 내부 포트홀과 연통하도록 포트홀이 형성되어 있는 판형 열교환기에 있어서, 상기 포트홀(7)에는 커넥터(151, 152, 161, 162)가 브레이징 용접되어 있고, 상기 커넥터는 동(cooper)재이고, 상기 커넥터 브레이징 용접 용가재(filler metal)는 상기 커넥터 보다 용융점이 낮은 금속재인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 커넥터 브레이징 용접 용가재는 열교환판 브레이징 용접 용가재와 동일재질로서, 상기 용접 용가재는 동 페이스트 또는 니켈 페이스트인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 커넥터 브레이징 용접 용가재는 은납(silver solder)이고, 상기 열교환판 브레이징 용접 용가재는 동 페이스트 또는 니켈 페이스트인 것을 특징으로 한다.
또한, 열매와 피가열유체가 서로 열교환하도록 다수 매의 열교환판이 적층되어 브레이징 용접되고 상기 열교환판의 외측으로 상하부 플레이트가 부착되며, 상기 상부 플레이트에는 내부 포트홀과 연통하도록 포트홀이 형성되어 있는 판형 열교환기를 제작하는 방법에 있어서, 상기 열교환판 및 상하부 플레이트에 동 페이스트를 도포한 후 적층하여 조립체를 형성하는 과정(S11); 상기 포트홀에 커넥터를 삽입한 후 삽입부에 동 페이스트 또는 니켈 페이스트를 도포하는 과정(S12); 상기 커넥터가 삽입된 조립체를 진공브레이징로에 장입 후 900~1,135℃로 5~10시간 조립체 및 커넥터를 동시에 브레이징 접합시키는 과정(S13);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 열매와 피가열유체가 서로 열교환하도록 다수 매의 열교환판이 적층되어 브레이징 용접되고 상기 열교환판의 외측으로 상하부 플레이트가 부착되며, 상기 상부 플레이트에는 내부 포트홀과 연통하도록 포트홀이 형성되어 있는 판형 열교환기를 제작하는 방법에 있어서, 상기 열교환판 및 상하부 플레이트에 동 페이스트를 도포한 후 적층하여 조립체를 형성하는 과정(S21); 상기 조립체를 진공브레이징 로에 장입 후 900~1,135℃로 5~10시간 조립체를 브레이징 접합시키는 과정(S22); 상기 브레이징된 조립체의 포트홀에 커넥터와 링형 은납(160, silver solder)을 삽입하는 과정(S23); 상기 커넥터와 링형 은납이 삽입된 조립체를 진공브레이징 로에 장입 후 800 ~ 900℃로 3~5시간 커넥터를 브레이징 접합시키는 과정(S24);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열교환판(2)에 동 페이스트 또는 니켈 페이스트를 도포하는 것은 스프레이방식 또는 딥핑방식으로 이루어 지는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 동 커넥터를 구비한 판형 열교환기 및 이를 제작하는 방법은 스테인레스-동 용접 대비 은함유량이 20배 낮은 용접봉 사용함으로서, 작업단가가 낮아지며, 동종 용접이므로 용접 난이도가 낮아 불량률이 낮아지고, 또한 숙련공 불필요함에 따라 인력비 절감의 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 커넥터 형성을 나타내는 단면도
도 2는 본 발명에 따른 동 커넥터를 구비한 판형 열교환기의 사시도
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 동 커넥터를 구비한 판형 열교환기를 제작하는 방법의 흐름도
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 동 커넥터를 구비한 판형 열교환기를 제작하는 방법의 사시도
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 동 커넥터를 구비한 판형 열교환기를 제작하는 방법의 흐름도
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시 예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 동 커넥터를 구비한 판형 열교환기는 도 2에 도시한 바와 같이, 열매와 피가열유체가 서로 열교환하도록 다수 매의 열교환판이 적층되어 브레이징 용접되고 상기 열교환판의 외측으로 상하부 플레이트가 부착되며, 상기 상부 플레이트에는 내부 포트홀과 연통하도록 포트홀이 형성되어 있는 판형 열교환기로서, 구체적으로 하부 플레이트(110) 상에 열교환판을 구성하는 제1플레이트(120)와 제2플레이트(130)가 순차적으로 적층하여 제1플레이트(120)와 제2플레이트(130) 사이에는 열매가 흐르는 열매층(WS)과 피가열유체가 흐르는 피가열유체층(OS)이 순차적으로 형성되고, 상부 플레이트(140)로 상측이 마감되며, 상기 상부 플레이트(140)에는 포트홀(141)이 형성되고, 포트홀(141)에 열매 유입커넥터 (151)과 열매 유출커넥터(152)가 서로 대각 방향으로 설치되는 한편 피가열유체 유입커넥터(161)와 피가열유체 유출커넥터(162)가 서로 대각방향으로 설치되어 상기 제1, 제2플레이트(120)(130)에 후술하는 열매 유입/유출커넥터 또는 피가열유체 유입/유출커넥터에 연통하는 구조로 되어 있다.
본 발명에서는 판형 열교환기에 채택되는 커넥터(151, 152, 161, 162)를 동(cooper)재로 하는 것을 핵심적 특징으로 한다.
이는 통상적으로 작업현장에서 판형 열교환기와 연결되는 연결배관이 동(cooper)재를 채택하고 있음을 고려할 때 종래의 스테인리스강(stainless steel) 재질의 커넥터를 본 발명에 따른 동재 커넥터로 변경함으로써 커넥터와 연결배관과의 연결을 위한 용접 작업시 종래 스테인레스-동 용접에서 동-동의 용접이 가능해 짐에 따라 배관연결시 스테인레스-동 용접 대비 은 함유량이 20배 낮은 용접봉 사용이 가능해 지고, 동종 용접이므로 용접 난이도가 낮아 신속한 용접이 가능해지는 효과를 갖게 된다.
이처럼, 동-동의 동종재질의 채택에 따른 효과에도 불구하고, 종래의 커넥터는 스테인레스재질을 채택할 수 밖에 없었던 이유를 살펴보면, 통상적으로 판형 열교환기의 열교환판을 구성하는 제1 및 제2 플레이트(120, 130)가 스테인레스재이고, 스테인레스재 열교환판 사이에 동판을 용가재(filler metal)로 채택하여 브레이징 용접을 하고 있음에 따라, 커넥터를 동재로 채택할 경우 동판의 용융점에서 커넥터 또한 용융되므로 커넥터로서의 기능을 상실하게 됨으로 인해 이를 회피하고자 동보다 용융점이 높고 열교환판과 동일한 재질인 스테인레스재를 채택할 수 밖에 없게 된 것이다.
따라서, 본 발명은 동재 커넥터(151, 152, 161, 162)를 채택하기 위해, 상기 동재 커넥터(151, 152, 161, 162)를 브레이징 용접 하기 위한 용가재(filler metal)는 상기 커넥터 보다 용융점이 낮은 금속재를 채택한다.
그러한 용가재로서, 연성, 열전도성, 열팽창, 내부식성, 강한 침투력 및 모재인 스테인레스와의 친화력 등을 고려할 때 황동납(brass solder)을 채택하는 것이 바람직하다.
상기 상하부 플레이트 및 열교환판들 사이에는 플레이트(즉, flat-face한 면을 가지는) 타입의 황동납 플레이트가 삽입되고, 이들은 브레이징 접합되어 하나의 판형열교환기로 제작된다.
통상적으로, 황동납 이외에 동에 비해 용융점이 낮은 은납(silver solder), 인동납(Phosphorus copper solder), 양은납(german silver solder), 알루미늄납(Aluminum solder) 등을 채택할 수도 있으나, 스테인레스와의 브레이징 효율을 고려하여 황동납(brass solder)을 채택하는 것이 바람직하다.
더욱이, 스테인레스재와의 브레이징 효율을 극대화하기 위하여, 황동납(brass solder)의 성분 및 조성비는 구리(Cu) 59.56~63.62중량%, 니켈(Ni) 0.10~0.12중량%, 철(Fe) 0.05중량%, 납(Pb) 0.05중량%, 주석(Sn) 0.15~0.20중량%, 실리콘(Si) 0.02~0.03중량%, 아연(Zn) 36.0~40.0중량%가 바람직하다.
특히, 실리콘(Si)이 첨가됨에 따라 유동성이 증가하고 용융점이 낮아지는 효과가 있고, 니켈(Ni)이 첨가됨에 따라 접합성이 높아지는 효과가 있다.
따라서, 상기 커넥터 브레이징 용접 용가재는 열교환판 브레이징 용접 용가재와 동일재질인 황동납으로 채택하더라도 종래의 동판 용가재에 비하여 브레이징 효율의 손실없이 판형 열교환기 조립체의 완성도를 담보할 수 있게 된다.
한편, 상기 커넥터 브레이징 용접 용가재는 열교환판 브레이징 용접 용가재와 다른 재질로 선택할 수 있는데, 이 경우, 상기 커넥터 브레이징 용접 용가재는 열교환판 브레이징 용접 용가재보다 저융점 금속재를 채택하도록 한다.
이는 작업 공정상 열교환판을 1차 브레이징 용접한 후 커넥터를 2차 브레이징 용접하는 방법을 통해 이루어진다.
이를 위해, 열교환판을 1차 브레이징 용접에 채택되는 용가재는 황동납을 채택하고, 커넥터를 2차 브레이징 용접하는 용가재는 황동납에 비해 융점이 낮은 은납(silver solder)을 채택하는 것이 바람직하다.
상기 은납은 은-구리-아연(Ag-Cu-Zn) 합금 또는 카드뮴(Cd), 니켈(Ni) 및 주석(Sn)을 합금한 은 합금으로서, 유동성이 좋고 강도 및 연신율이 우수하다.
한편, 본 발명에서는 2가지의 방법으로 동 커넥터를 구비한 판형 열교환기 제작방법을 설명할 것이며, 바람직하게는 동일한 열교환판과 커넥터를 동시에 브레이징 용접시키는 방법과 열교환판을 먼저 브레이징 용접하고, 이어서 커넥터를 브레이징 용접하는 방법으로 나뉜다.
여기서, 상기 가열 조건에 있어서, 가열시간은 열교환기의 두께(분리판의 적층수)에 따라 다소 차이가 있으며, 가열온도는 열교환기의 두께에 관계없이 항상 일정하다. 하지만 전술한 가열 조건(가열온도 및 시간)은 열교환기의 구조 및 성능에 따라 어느정도 가변적일 수 있으며, 이러한 정도는 본 발명의 기술적 범위에 속한다 할 것이다.
[실시예 1]
실시예 1에 따른 동 커넥터를 구비한 판형 열교환기 제작방법은 열매와 피가열유체가 서로 열교환하도록 다수 매의 열교환판이 적층되어 브레이징 용접되고 상기 열교환판의 외측으로 상하부 플레이트가 부착되며, 상기 상부 플레이트에는 내부 포트홀과 연통하도록 포트홀이 형성되어 있는 판형 열교환기를 제작하는 방법에 있어서,
상기 상하부 플레이트 및 열교환판(2) 사이에 황동납 플레이트를 삽입한 후 적층하여 조립체를 형성하는 과정(S11); 상기 포트홀에 동 커넥터를 황동납 링과 함께 또는 차례로 삽입하는 과정(S12); ; 상기 커넥터가 삽입된 조립체를 진공브레이징로에 장입 후 980~1050℃로 5~10시간 조립체 및 커넥터를 동시에 브레이징 접합시키는 과정(S13);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
우선 열교환기의 구성에 있어서, 열교환판을 샤링, 노칭, 드로잉, 피어싱 등의 프레스 가공 및 세척의 과정을 순차적으로 진행하여 각기 열교환판을 가공한다.
상기 과정(S11)을 통해, 상기 열교환판 및 상하부 플레이트를 접합시킬 황동납 플레이트(190)를 열교환판 및 상하부 플레이트 사이에 각각 삽입시킨 후 적층시켜 조립체를 형성한다.
상기 과정(S12)을 통해, 상기 프레스 가공을 통해 형성된 상부 플레이트(140)의 포트홀(141)에 동 커넥터(151, 152, 161, 162)를 황동납 링(170)과 함께 또는 차례로 삽입한다.
상기 과정(S13)을 통해, 상기 커넥터가 삽입된 조립체를 진공브레이징로에 장입하여 지그로 고정시킨 후 980 ~ 1050℃로 5 ~ 10시간 동안 가열하여 동 페이스트를 완전히 용융시킨 후 냉각시킴으로서, 조립체 및 커넥터를 동시에 브레이징 접합시킨다.
이렇듯 동 커넥터와 열교환판 및 상하부 플레이트를 동시에 하나의 공정에서 브레이징 용접을 수행함에 따라 공정의 효율이 높아지는 장점이 있다.
[실시예 2]
실시예 2에 따른 동 커넥터를 구비한 판형 열교환기 제작방법은 열매와 피가열유체가 서로 열교환하도록 다수 매의 열교환판이 적층되어 브레이징 용접되고 상기 열교환판의 외측으로 상하부 플레이트가 부착되며, 상기 상부 플레이트에는 내부 포트홀과 연통하도록 포트홀이 형성되어 있는 판형 열교환기를 제작하는 방법에 있어서, 상기 상하부 플레이트 및 열교환판(2) 사이에 황동납 플레이트를 삽입한 후 적층하여 조립체를 형성하는 과정(S21); 상기 조립체를 진공브레이징 로에 장입 후 980 ~ 1050℃로 5 ~ 10시간 조립체를 브레이징 접합시키는 과정(S22); 상기 브레이징된 조립체의 포트홀에 커넥터와 링형 은납을 삽입하는 과정(S23); 상기 커넥터와 링형 은납이 삽입된 조립체를 진공브레이징 로에 장입 후 800 ~ 900℃로 3 ~ 5시간 커넥터를 브레이징 접합시키는 과정(S24);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
우선 열교환기의 구성에 있어서, 열교환판을 샤링, 노칭, 드로잉, 피어싱 등의 프레스 가공 및 세척의 과정을 순차적으로 진행하여 각기 열교환판을 가공하는 한편, 프레스 가공을 통해 형성된 상부 플레이트(140)의 포트홀(141)에 삽입될 은납(silver solder)을 링형으로 가공한다.
상기 과정(S21)을 통해, 열교환판 및 상하부 플레이트를 접합시킬 황동납 플레이트(190)를 열교환판 및 상하부 플레이트 사이에에 각각 삽입시킨 후 적층시켜 조립체를 형성한다.
상기 과정(S22)을 통해, 커넥터가 삽입되지 않은 조립체를 진공브레이징로에 장입하여 지그로 고정시킨 후 980 ~ 1050℃로 5 ~ 10시간 동안 가열하여 황동납 플레이트를 완전히 용융시킨 후 냉각시킴으로서, 열교환판 및 상하부 플레이트 만을 먼저 브레이징 접합시킨다.
상기 과정(S23)을 통해, 상기 링형 은납(170)을 포트홀에 삽입 후 커넥터를 링형 은납에 삽입하여 커넥터의 브레이징 준비를 완료한다.
이때, 작업 공정의 편의성에 따라 커넥터에 링형 은납을 삽입 후 포트홀에 삽입하거나 동시에 삽입할 수도 있다.
이를 위하여, 도 3을 참조하면, 링형 은납(170)은 원통부(171) 및 그 상부에 형성된 플랜지(172)로 구성되며, 원통부(171) 외경은 포트홀(141)의 내면에 접하고, 내경은 커넥터의 외면에 접하면서, 플랜지(172)는 상부 플레이트(140)의 상면과 접하도록 위치한다.
이를 위하여, 상기 커넥터는 상기 플랜지(172)와 면접하는 플랜지(153, 163)가 외면에 형성되어 있어, 브레이징 면적을 최대화하고 있다.
상기 과정(S24)을 통해, 커넥터와 링형 은납이 삽입된 조립체를 진공브레이징로에 장입하여 지그로 고정시킨 후 800 ~ 900℃로 3 ~ 5시간 동안 가열하여 은납을 완전히 용융시킨 후 냉각시킴으로서, 커넥터를 브레이징 접합시킨다.
이렇듯 열교환판 및 상하부 플레이트를 먼저 황동납 플레이트를 이용하여 브레이징 접합시켜서 조립체를 형성함으로써 조립체의 조립효율을 극대화 한 후 이어서 동 커넥터를 황동납 플레이트(980 ~ 1050℃) 보다 현저하게 저융점 온도(800 ~ 900℃)에서 브레이징 접함시킴으로서, 조립체의 브레이징 성능을 저하시키지 않은 채 안전하게 동 커넥터를 조립체에 브레이징시킬 수 있는 장점이 있다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것이고, 명세서에 게시된 실시예는 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되고, 그와 균등한 범위 내에 있는 기술적 사항도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명은 동 커넥터를 구비한 판형 열교환기 및 이를 제작하는 방법에 관한 것으로서, 열교환기와 연결을 위한 동(cooper)재 연결 배관과의 용접성을 높이기 위하여 판형 열교환기의 커넥터를 종래 스테인리스강(stainless steel)재에서 동(cooper)재로 대체한 동 커넥터를 구비한 판형 열교환기 및 이를 제작하는 방법을 특징으로 하는 바, 일반적인 산업분야에 범용적으로 적용 가능하다.

Claims (7)

  1. 열매와 피가열유체가 서로 열교환하도록 다수 매의 열교환판이 적층되어 브레이징 용접되고 상기 열교환판의 외측으로 상하부 플레이트가 부착되며, 상기 상부 플레이트에는 내부 포트홀과 연통하도록 포트홀이 형성되어 있는 판형 열교환기에 있어서,
    상기 포트홀(7)에는 커넥터(151, 152, 161, 162)가 브레이징 용접되어 있고,
    상기 커넥터는 동(cooper)이고, 상기 커넥터 브레이징 용접 용가재(filler metal)는 상기 커넥터 보다 용융점이 낮은 금속재인 것을 특징으로 하는 동 커넥터를 구비한 판형 열교환기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 커넥터 브레이징 용접 용가재는 열교환판 브레이징 용접 용가재와 동일재질인 것을 특징으로 하는 동 커넥터를 구비한 판형 열교환기.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 용접 용가재는 황동납(brass solder)인 것을 특징으로 하는 동 커넥터를 구비한 판형 열교환기.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 황동납은 구리(Cu) 59.56~63.62중량%, 니켈(Ni) 0.10~0.12중량%, 철(Fe) 0.05중량%, 납(Pb) 0.05중량%, 주석(Sn) 0.15~0.20중량%, 실리콘(Si) 0.02~0.03중량%, 아연(Zn) 36.0~40.0중량%로 조성된 것을 특징으로 하는 동 커넥터를 구비한 판형 열교환기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 커넥터 브레이징 용접 용가재는 은납(silver solder)이고,
    상기 열교환판 브레이징 용접 용가재는 황동납(brass solder)인 것을 특징으로 하는 동 커넥터를 구비한 판형 열교환기.
  6. 열매와 피가열유체가 서로 열교환하도록 다수 매의 열교환판이 적층되어 브레이징 용접되고 상기 열교환판의 외측으로 상하부 플레이트가 부착되며, 상기 상부 플레이트에는 내부 포트홀과 연통하도록 포트홀이 형성되어 있는 판형 열교환기를 제작하는 방법에 있어서,
    상기 상하부 플레이트 및 열교환판(2) 사이에 황동납 플레이트를 삽입한 후 적층하여 조립체를 형성하는 과정(S11);
    상기 포트홀에 동 커넥터를 황동납 링과 함께 또는 차례로 삽입하는 과정(S12);
    상기 커넥터가 삽입된 조립체를 진공브레이징로에 장입 후 980~1050℃로 조립체 및 커넥터를 동시에 브레이징 접합시키는 과정(S13);을 포함하는 것을 특징으로 하는 동 커넥터를 구비한 판형 열교환기 제작방법.
  7. 열매와 피가열유체가 서로 열교환하도록 다수 매의 열교환판이 적층되어 브레이징 용접되고 상기 열교환판의 외측으로 상하부 플레이트가 부착되며, 상기 상부 플레이트에는 내부 포트홀과 연통하도록 포트홀이 형성되어 있는 판형 열교환기를 제작하는 방법에 있어서,
    상기 상하부 플레이트 및 열교환판(2) 사이에 황동납(brass solder) 플레이트를 삽입한 후 적층하여 조립체를 형성하는 과정(S21);
    상기 조립체를 진공브레이징 로에 장입 후 980~1050℃로 조립체를 브레이징 접합시키는 과정(S22);
    상기 브레이징된 조립체의 포트홀에 커넥터와 링형 은납(silver solder)을 삽입하는 과정(S23);
    상기 커넥터와 링형 은납이 삽입된 조립체를 진공브레이징 로에 장입 후 800 ~ 900℃로 커넥터를 브레이징 접합시키는 과정(S24);을 포함하는 것을 특징으로 하는 동 커넥터를 구비한 판형 열교환기 제작방법.
PCT/KR2016/008381 2016-01-15 2016-07-29 동 커넥터를 구비한 판형 열교환기 및 이를 제작하는 방법 WO2017122893A1 (ko)

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