SWEP의 All-Stainless 브레이징 판형 열 교환기(BPHE: Brazed Plate Heat Exchangers)는 주요 냉각수가 탈이온수인 판금 레이저 절단 장비에 최적화된 냉각 성능을 제공하는 작업을 돕습니다. 구리가 없는 냉각기 시스템은 비전도성 냉각제의 무결성 유지에 필수적인 기능을 담당하였습니다.
사례 세부 정보
이 특정 레이저 절단 케이스의 초기 단계에서 가장 중요한 문제는 이전 공급 업체가 제공한 구리 브레이징 열교환기의 부식으로 인한 증발기의 누출이었습니다. SWEP은 All-Stainless 열교환기를 대신 제공하여 Glen Dimplex 열 솔루션(GDTS: Glen Dimplex Thermal Solutions )이 이러한 주요 장애물을 극복하는 작업을 도왔습니다.
이 사례에서 냉각 판금 레이저 절단 장비가 주요 응용 제품이기 때문에 GDTS는 OEM 레이저 절단 통합업체와 협력 관계를 맺고 냉동 및 순환수식 냉각 시스템을 공정의 주된 방열 수단으로 활용하는 자사 제품에 클로즈드 루프 냉각 솔루션을 제공하였습니다.
냉각을 통한 정밀한 온도 제어는 절단 빔의 무결성과 정확성을 유지하는 작업에 매우 중요합니다. 이렇게 하면 절단 작업 중에 레이저가 매우 엄격한 공차를 유지할 수 있습니다. 이 과정에서 레이저 공진기, 광학 및 전자 장치에 의해 상당한 양의 폐열이 발생하므로, 반드시 제어된 방식으로 방열되어야 합니다. 주된 방열 방법은 레이저의 냉각 플레이트를 통과하는 탈이온수와 냉각기로 이동하는 것이며, 냉각기는 냉각 회로에 의해 냉각되는 브레이징 판형 열 교환기(BPHE: Brazed Place Heat Exchanger)에 의해 냉각됩니다. 탈이온수를 주 냉각수로 사용하는 것은 매우 중요합니다. 그 이유는 내부 누출이 발생할 가능성이 낮은 상황에서 중요한 전자 및 전기 구성 요소가 단락되는 것을 방지하기 때문입니다.
냉각기는 최종 사용자가 레이저 절단 작업을 위해 사용하는 장비 제품군의 핵심적인 부분이므로 냉각기의 안정성은 좋은 품질의 절단력을 보장하고 비용이 많이 드는 가동 중지 시간 예방에 핵심적인 역할을 합니다. 냉각기는 최종 사용자의 바닥 공간을 최소화함으로써 OEM의 턴키(turnkey) 솔루션의 시장성을 높이기 위해 엄격한 설치 공간 제한 기준을 충족해야 합니다. 이 두 가지 요인은 결국 이 애플리케이션의 냉각 장치 내에 BPHES를 구현하도록 이끌었습니다. BPHES는 매우 작고 표면적에서 용적까지의 비율이 높아 효율적인 열 전달을 가능하게 하므로 공간을 최소화하고 냉각기 용적과 설치 공간을 줄일 수 있습니다. 구리는 주로 BPHEs의 브레이징 재료로 사용되지만 스테인리스 스틸 브레이징 소재도 대안으로 널리 사용되고 있으며, 이는 구리 부식성 탈이온수에 대한 불침투성을 제공하기 때문에 특히 중요합니다. 다른 유형의 All stainless 스틸 열교환기와 비교했을 때 BPHE는 견고성과 낮은 총 소요 비용을 제공하며, 위에서 말씀드린 비용에 민감한 OEM 응용 분야에서 핵심적인 역할을 해왔습니다.
Q80ASx60 SWEP BPHE를 보여주는 레이저 냉각기 3D CAD 모델의 스크린샷
SWEP의 BPHE 기술을 왜 선택해야 할까요?
미국 미시건의 캘러머주(Kalamazoo)에 소재한 GDTS의 시설에서 생산된 냉각기들의 상당 수에 과거에 다른 제조업체의 BPHE를 이미 채택하여 사용했지만 옵션과 지원이 부족했습니다. 이로 인해 BPHE의 크기가 초과되고 많은 OEM 애플리케이션에 상당한 비용이 추가되었습니다. OEM 파트너와의 비즈니스 기회는 2016년에 등장했으며, SWEP은 GDTS에 처음 접근하여 주요 BPHE 공급업체가 되기 위한 파트너십을 형성했습니다. 당시 GDTS는 OEM 냉각기 공급업체를 성공적으로 교체하기 위한 열교환기 설계 카테고리에 최적의 솔루션이 부족한 형편이었습니다. GDTS는 SWEP에 대한 경험이 없었기에 SWEP의 영업 및 엔지니어링 팀이 다양한 옵션(다양한 실행을 통한 다양한 유형의 브레이징 재료), 심층 선택 안내(SWEP의 선택 소프트웨어 SSP를 통한)및 기술 지원을 통해 매우 매력적인 가치 제안을 제공하며 최상의 성과를 내는 방식을 설명하자 GDTS의 관계자들은 매우 깊은 감명을 받았습니다.
앞서 언급드렸듯이, 정밀한 온도 제어는 레이저 정확성 유지 작업에 핵심적인 역할을 수행합니다. SWEP은 냉각기에 컴프레서에서 배출되는 뜨거운 냉매가 회로의 증발기로 직접 공급되는 고온 가스 바이패스(이 경우 the BPHE)를 구현하여 정밀한 온도제어를 가능하게 했습니다. 이를 통해 증발기의 과도한 냉각을 정밀한 방식으로 조절할 수 있으므로 냉각수 온도의 엄격한 공차가 보장됩니다. 일반적으로 뜨거운 가스는 증발기로 들어가기 전에 스로틀 장치의 차가운 냉매 다운스트림(예: 자동 온도 조절 팽창 밸브)과 합쳐져 두 개의 스트림이 균일하게 혼합될 수 있도록 추가적인 배관 및 충분한 길이가 필요합니다. 이러한 요건은 SWEP의 고유한 Q-파이프 기술을 통해 포화액 냉매의 분배에 영향을 주지 않도록 뜨거운 가스를 분배 포트에 주입함으로써 충족되었습니다. SWEP은 GDTS와 긴밀하게 협력하여 이 뜨거운 가스 스트림을 BPHE에 직접 통합하는 방법을 구현했으며, 이에 따라 동등한 기능을 제공하면서도 배관 구성 요소 및 길이를 더 많이 감소시킬 수 있습니다.
에어 필터가 제거된 레이저 냉각기
SWEP의 All-Stainless 제품군은 도전적인 과제에 대한 효율적인 해결책을 제공합니다.
공급업체의 냉각기와 GDTS가 직면했던 주요 문제는 증발기에서 누출현상이 발생하는 것이었습니다. 비용 제한으로 인해 이전의 냉각기 제조업체는 All stainless 스틸 BPHES 대신 표준 구리 브레이징 BPHE를 사용하기 시작했습니다. 구리로 브레이징된 BPHE는 탈이온수로 유발되는 부식 현상을 견딜 수 없습니다. 이러한 BPHE는 탈이온수에 장시간 노출되면 냉매와 수로의 핀 홀 누출을 형성하여 냉각기 및 레이저 장비의 교차 오염, 매우 비싼 수리 비용 및 고객에게 심각한 가동 중지 시간을 초래합니다.
GDTS는 이 문제를 고객의 중요한 고충으로 기록하였고 SWEP에게 전달하였습니다 SWEP은 탈이온수의 전도도 수준은 물질 호환성 측면에서 철저하게 평가하여 All-Stainless 스틸 브레이징 BPHE가 필요하다는 결정을 내렸습니다. SWEP의 All-Stainless 제품은 100% 스테인리스 스틸을 요구하는 시스템 및 고온 응용 분야를 위해 개발되었습니다. 이 제품군은 구리 부식성이 있는 액체 사용 응용 분야, 예를 들면 암모니아 또는 구리 및 니켈 오염을 피해야 하는 민감한 응용 분야에 사용할 수 있습니다. SWEP의 독특한 프로세스 기술을 통해 기계 강도에 비해 상대적으로 적은 재료를 사용함으로써 컴팩트한 제품을 만듭니다. SWEP은 All-Stainless 제품군을 추가하여 제품 제공 범위를 확장했으며 다른 경쟁 기술 업체에 더 많은 도전을 줄 수 있습니다. 이 특별한 사례에서, SWEP은 필요한 자료를 패키지로 제공하려고 했으며 총 소요 비용 측면에서 여전히 감당할 만한 가격이었습니다.
SWEP Q80ASx60 BPHE의 실제 설치 (절연)
현재 이 OEM 레이저 절단 통합업체용으로 설계된 냉각기에는 SWEP의 수백 개의 BPHE가 장착되어 있습니다. SWEP의 브레이징 판형 열 교환기(BPHE:the Brazed Heat Exchanger)는 미국 전역에 걸쳐 3교대 근무부터 연중 무휴 24시간 운영되는 대규모 사업부터 소규모 사업까지 다양한 기계점과 제작업체에서 사용 중입니다. 현장의 모든 BPHE는 아무 문제 없이 설계된 조건에 충실하게 작동 중입니다. SWEP의 BPHE로 인해 BPHE의 누출, 교차 오염 및 과도한 가동 중지 시간은 더 이상 경험하지 않아도 되는 과거의 일이 되었습니다. 이러한 성과로 인해 GDTS와 OEM 레이저 절단 통합자 사이의 관계는 매우 신뢰할 수 있는 공급업체라는 사실이 입증되면서 더욱 강화되었습니다. SWEP의 기술 팀은 OEM 프로젝트에 비용 효율적인 솔루션을 제공하는 것을 염두에 두면서도 애플리케이션의 요구 사항에 관련된 BPHE 선택을 꼼꼼하고 정확하게 수행한다는 것을 입증받게 되었습니다.
“’우리는 특히 이 프로젝트에서 SWEP 팀의 시간과 헌신을 진심으로 감사하고 있습니다. SWEP은 전문화된 All-Stainless BPHE 제품군을 공급하여 지속 가능한 솔루션을 제공함으로써 진행 중인 문제를 해결할 수 있도록 도왔습니다.” Sean Weera, Glen Dimplex R&D 수석 엔지니어
SWEP과 Glen Dimplex는 BPHE를 사용하여 매우 효율적인 솔루션을 제공할 수 있는 여러 애플리케이션을 개발할 수 있도록 여러 해 동안 지속적으로 협력하기를 기대합니다.
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Glen Dimplex 소개
Glen Dimplex 열 솔루션(GDTS: Glen Dimplex Thermal Solutions)은 공냉식 및 수냉식 냉각기를 제조합니다. GDTS는 아일랜드 Glen Dimplex Group의 구성 회사입니다 Glen Dimplex Group은 세계 시장의 가전 제품, 냉각, 환기, 재생 에너지 솔루션 분야에서 중요한 위치를 차지하고 있습니다.
반세기 이상 국제적인 사업을 운영해 온 Glen Dimplex는 브랜드, 제품, 인력으로 고객의 신뢰를 얻는 견고한 글로벌 비즈니스 명성을 쌓아 왔습니다. 선도적인 브랜드와 저탄소 기술의 역동적인 포트폴리오를 갖춘 Glen Dimplex Group은 미래의 시장 과제를 해결할 수 있는 전략적인 위치에 있습니다.