다층적층판재확산접합기술 2015. 12.
요약 기술명 다층적층판재확산접합기술 기술분야 (6T) 기술 개요 환경 분석 ET 분야 기술요약 기술의효과 기술의응용분야 기술키워드 기술완성도 (TRL) 시장동향 업체동향 기술사업화방안 산업기술분류코드대분류중분류소분류코드번호 기계 / 소재 에너지 / 환경, 기계시스템 유체기계 100303 에너지 / 자원 원자력 원자력기반ㆍ첨단기술 600710 다층적층판재 ( 열교환기 ) 의확산접합기술에관한것으로 고정지그, 고정부재, 구형의접합방지부재, 접합방지부재고정지그구성을통해 다층판재의층수가증가하여도전단응력이최소화되어일체화접합용이 적층된다층판재의층수가증가하여도전단응력을최소화 고정부재와다층적층판재사이의확산접합방지 열전도특성이유지되며공정후열변형없이일체화가능 Plate Pin Type 의적층열교환기가요구되는모든분야 발전장치분야열교환기, 오일 & 가스분야열교환기, 석유화학분야열교환기 원자력분야열교환기 국문 : 다층적층판재, 열교환기, 판열교환기, 적층열교환기, 확산접합등 영문 : multi layer component, heat exchanger, plate pin heat exchanger, diffusion bonding 등 기초연구단계실험단계시작품단계제품화단계사업화 기본원리파악 기본개념정립 기능및개념검증 연구실환경테스트 유사환경테스트 파일럿현장테스트 상용모델개발 실제환경최종테스트 세계유수의판형열교환기업체에비해국내업체가열위에있음 국내업체내수판매부진에도불구하고수입액증가로내수시장규모증가 (3,068,004 천달러 ) 열교환기 5 대수출국은독일, 이탈리아, 미국, 한국, 프랑스순 국내열교환기제조업체는 318 개로 ( NICE 평가정보 ) 상위기업에비해 일반기업과개인기업의매출합계감소중 2013 년해외플랜트경기가부진, 국내시장에집중되면서 상대적으로경쟁력이열악한중소기업의매출감소에영향을미침 종류 형태 권장 기술거래 기반기술을토대로사업화가능기업에기술실시권부여 Joint Venture 연구원과기업의공동투자를통한시장개척진입 Venture 연구원주도의창업보육및기업성장후기술이전 R&BD 기술이전을전제로한공동연구개발 상용운영 - 1 -
Ⅰ. 기술성분석 1. 기술의개요및특징 1) 기술의간략한설명 다층적층판재확산접합기술 기술은적층판재와이를고정하는고정지그사이에접합방지부재를구비시킴으로써, 확산접합시적층된판재간의수평방향전단응력으로인하여발생하는미끌림현상을방지하고확산접합을원활하게수행할수있는다층적층판재의확산접합장치및그방법에관한것임 < 표 > 기술의구성요소 대표도면 1 기술구성요소 1. 고정부재 (1) - 고정지그상부와하부에구비되며다층적층판재를가압 - 볼트또는나사 2. 고정지그 (2) - 다층적층판재가구비되는이격공간양측에구비 - 다층적층판재를고정하는 ㄷ 자및역 ' ㄷ ' 자형상 - 합금공구강 - 두께는 4~10cm - 열팽창도는다층적층판재열팽창도에비해 90% 이하 3. 접합방지부재고정지그 (3) - 고정지그와접합방지부재사이에구비 - 접합방지부재를고정 - 합금공구강 - 접합방지부재를고정하기위한고정홈을포함 4. 접합방지부재 (4) - 다층적층판재와고정부재사이에구비 - 다층적층판재와고정부재의확산접합을방지 - 세라믹볼 ( 알루미나, 실리카카바이드, 지르코니아, 이산화티타늄중하나 ) - 판재의길이만큼배열되며단열또는다열로배열 - 볼직경은 0.5~5mm 5. 다층적층판재 (5) - 적층열교환기 - 2 -
2) 대표도면 등록특허제 1239355 호대표도면및실제제품사진 < 그림 > 특허제 1239355 호의대표도면및실제제품사진 3) 기술의특징및우수성 본기술은공정후열변형없이일체화가능한분야로가압하여접합하는열적확산을이용 한확산접합방법을사용함 여러가지형상으로가공된판재를적층하여접합하는열교환기에적용가능한기술로열전도 특성이유지되는우수성이있음 < 표 > 기존기술과의대비 기존기술 한국원자력연구원기술 접합방법 용접또는브레이징 확산접합 열변형 있음 없음 열전도특성 중단 지속 전단응력 ( 미끌림 ) 높음 최소화 4) 기술의효과 적층된다층판재의층수가증가하여도전단응력을최소화하며, 일체화접합이매우용이하고 고정부재와다층적층판재사이의확산접합을방지, 열전도특성이유지되며공정후열변 형없이일체화가가능함 - 3 -
5) 기술의완성도 핵심요소기술의기술적성숙도에대한일관성있는객관적인지표를말하는 TRL 에따라본 기술은 7 단계인제품화단계로 상용모델개발 단계로정의될수있음 실제환경에서성능검증이이루어지는단계로부품및소재개발의경우수요업체에서직접파 일롯시작품을현장평가 ( 성능및신뢰성 ) 를진행하고, 가능하면인증기관등에신뢰성평가 결과를제출하는단계임 6) 기술키워드 국문 : 다층적층판재, 열교환기, 판열교환기, 적층열교환기, 확산접합, 고상접합등 영문 : multi layer component, heat exchanger, plate pin heat exchanger, diffusion bonding 등 2. 기술의적용분야및경쟁력 열교환기는전방플랜트및건축경기에영향을받으며핵발전소, 석유및가스처리분야, 발 전장치분야, 화학분야, 산업용가스분야등에사용되거나선박등의엔진냉각, 보일러열 회수등에사용되기때문에적용분야가넓음 구분 내용 적용분야 Plate Pin Type의적층열교환기가요구되는모든분야 - 발전장치분야열교환기, 오일 & 가스분야열교환기, 석유화학분야열교환기, 원자력분야열교환기 1) 석유및가스처리 - 가스이슬점제어, LNG액화, 고온복좌, 가스압축냉각 2) 발전장치분야 - IGT( 산업용가스터빈, Industry Gas Turbine), 에너지저장 ( 태양광발전, 극저온에너지저장 ), 유기랭킨사이클 (Organic Rankine Cycle) 3) 화학분야 - 스테이지간열교환, 촉매효율, 소형열교환기 4) 산업용가스분야 5) 기타 - 태양에너지열및극저온에너지저장시스템분야 - 4 -
3. 기술실시를위한기업에서의구비조건 본기술은공정열교환기에속하는확산접합열교환기에관한것으로원자력플랜트에적용가 능한기술이며일반적인열교환기들보다훨씬크고설계에따른신뢰성이중요함 중요고유기능을충실히수행가능하도록제작해야하기때문에일반중소 / 중견기업보다는대 기업또는외국기업같은대형기업에서기술이전하여수행가능하기유리한기술임 4. 기술실시에따른기업에서의이점 본기술에따라확산접합을통해열교환기의열전도특성이유지되며공정후열변형없이 일체화되기때문에추가공정이필요하지않아예산절감이가능함 - 5 -
Ⅱ. 시장성분석 1. 시장의정의 본특허기술은다층적층판재는 Plate Pin Type 의열교환기를뜻하는것으로열교환기산업 이주요시장으로간주할수있음 < 그림 > formed plate heat exchanger (heatric 사 ) < 그림 > hybrid heat exchanger (heatric 사 ) 1) 열교환기산업의정의 열교환기는사용목적에따라여러가지형태로제작되며다방면의기술이광범위하게적용되 는제품임 화력발전소, 핵발전소, 화학산업, 해양플랜트등에사용되거나선박등의엔진냉각, 보일러열 회수등에사용되는등사용범위가매우넓으며경우에따라보일러, 증발기, 과열기, 응축기, 냉각기등의이름으로도불리며모두열교환기를의미함 2) 열교환기산업의특성 열교환기는보일러, 공조기, 선박, 항공기, 발전소등에다양하게사용되며, 특히플랜트엔지니 어링업체로부터대부분의수요가발생하는바플랜트산업의경기변동에영향을받음 플랜트용대형열교환기의경우장치산업으로기술경쟁력이중요하며진입장벽이높은편이나 선박용이나작은열교환기와같이제품이비교적표준화된경우에는다수의기자재업체가경 쟁할수있는품목이므로경쟁업체가다수존재한다고볼수있음 - 6 -
3) 국내열교환기시장의현황 국내열교환기산업은크게관형열교환기와판형열교환기시장 2 가지로구분되며, 관형열교 환기가전체시장의 80% 정도를차지하는것으로파악됨 판형열교환기대부분중소기업이생산하고있는품목으로국내판형열교환기생산업체들은 Alfa Laval( 스웨덴 ), GEA( 독일 ), Hisaka( 일본 ), APV( 영국 ), SWEP( 미국 ) 등세계유수의판형열교환기업체들에비해국내기술수준및브랜드인지도가열위에있으며해외기업들이국내외시장을상당부문잠식하여내수시장의경쟁강도가높고수출비중은낮은편임 Plate Pin Type 열교환기 Plate 와 Pin 으로이루어진열교환기로고효율 / 고집적형태로소형경량화가가능하여극저온 및고온, 항공분야에주로사용됨 일반적인구조는편평한층으로구성되는판과그사이에존재하는주름진형태의핀으로구 성되어있으며최근플랜트와산업용으로시장이확대되고있지만사용환경에적합한국내 기술부족으로시장진입이이루지지못한상태임 2. 시장동향및규모 국내열교환기내수시장규모 ( 국내업체내수매출액 + 수입 ) 는 2008 년이후지속적으로증가하 고있으며, 특히 2013 년에는국내업체내수판매부진에도불구하고수입액증가가내수시장규 모확대에기여한것으로판단됨 출처 : NICE 평가정보, 한국무역협회 < 그림 > 내수시장규모및내수시장수입점유율추이 ( 합산매출액기준 ) - 7 -
< 표 > 내수시장규모및내수시장의수입점유율추이 구분 ( 연도 ) 2008 2009 2010 2011 2012 2013 열교환기전체매출액 3,029,533 2,854,967 2,812,830 3,243,941 3,657,859 3,395,301 내수시장규모 2,058,661 2,172,901 2,394,131 2,503,734 2,845,150 3,068,004 내수판매액 1,942,148 2,015,508 2,260,394 2,381,855 2,665,196 2,695,412 수입액 116,513 157,393 133,737 121,879 179,954 372,592 수입점유율 (%) 5.66 7.24 5.59 4.87 6.32 12.14 수출액 1,087,385 839,459 552,436 862,086 992,663 699,889 출처 : NICE 평가정보, 한국무역협회, 단위 : 천달러, % 2013 년기준세계열교환기전체수출규모는 10,272,760 천달러이며, 열교환기 5 대수출국은 독일 (1,352,713 천달러 ), 이탈리아 (1,150,673 천달러 ), 미국 (1,118,180 천달러 ), 한국 (639,145 천달 러 ), 프랑스 (607,202 천달러 ) 로파악됨 국내열교환기업체들은선진국업체들과대등한품질및기술수준을보유하면서, 상대적으로 낮은가격에제품을공급함으로써글로벌시장에서점유율을확보하고있는것으로조사됨 < 표 > 열교환기세계수출시장규모와한국수출점유율및순위 구분 ( 연도 ) 2008 2009 2010 2011 2012 2013 세계수출금액 10,599,769 8,520,845 7,544,389 9,033,311 9,627,472 10,272,760 한국수출금액 986,210 657,677 477,778 777,979 880,895 639,145 점유율 (%) 9.30 7.7 6.3 8.6 9.1 6.2 수출규모순위 3위 4위 4위 4위 4위 4위 출처 : NICE 평가정보, 한국무역협회, 단위 : 천달러, % < 그림 > 열교환기세계수출시장규모와한국수출점유율및순위 단위 : 천달러, % 출처 : UN Comtrade - 8 -
3. 시장의주요참여자 1) 국내핵심시장 회사명설비유형소재지전화이메일 / 홈페이지 코헥스 판형열교환기, 로터리열교환기 서울마포구월드컵북로서교동벤스빌딩 4 층 02-3142-5658 http://www.korhex.co.kr/ 동화엔텍 콤팩트열교환기, 항공용열교환기등 부산광역시강서구녹산단 261 로 7 051-970-1000 http://www.dh.co.kr/ 케이피에치이 KPHE 판형열교환기, 용접열교환기 인천광역시서구원당동 43-2 번지 032-563-7564 http://www.kphe.co.kr/ 베에이치아이 열교환기, 보일러 경상남도하만군경북면장기리 165-2 055-585-3800 http://www.bhi.co.kr/ 무진기연열교환기 ( 원자력설비 ) 광주광산구안청동 734-7 062-719-8383 http://newmoojin.co.kr 마이텍 조선, 산업 / 플랜트용열교환기등 부산강서구미음동미음산단 4 로 33 051-831-7474 http://www.imytec.com/main /main.php 동명기계 열교환기, 원자력 chiller 전주시덕진구팔복동 1 가 263-1 번지 063-212-3200 http://www.dmmachine.net 티에스엠텍열교환기및자력발전기울산남구부곡동 22-3 052-227-1680 www.tsm-tech.com 성산 열교환기, 압력 vessel 등 경기도김포시통집읍가현리 726-16 031-997-8090 http://www.sungsankor.com/ 두산중공업다관원통식열교환기등 서울특별시서초구서초동 1303-22 02-513-6114 http://www.doosanheavy.co m/kr/main.do 포스코건설 정유 / 화학 / 토목열교환기 충청남도천안시동남구구성동 172-3 041-554-1800 www.poscoenc.com/ 출처 : 구글링을통한재구성 2) 국내응용시장 회사명설비유형소재지전화이메일 / 홈페이지 엘에치이 LHE Spiral/PLATE/GASKET TYPE heat Exchanger GS 엔텍 HEAT EXCHANGE 등 동아엔지니어링 대성기계공업 판형열교환기 스팀용열교환기 경남김해시한림면장방리 1089 번지 울산광역시남구용잠로 353 서울특별시영등포구문래동 3 가 54-66 인천광역시서구원창동 382-57 경기도화성시정남면망월리 290 055-340-0100 http://www.lhe.co.kr/ 052-231-7300 http://www.gsentec.com/ 02-2676-4994 031-213-0092 http://www.dong-a-eng.co.k r/ http://www.daesungtank.co. kr/ - 9 -
회사명설비유형소재지전화이메일 / 홈페이지 광진산업 히터쿨러, 열교환기부품 부산강서구녹산산단 261 로 1 번길 10 051-831-4131 - 기성하이스트 대동엔텍 대인테크 동영 ENG 열교환기부품등 열교환기생산 열교환기, 산업기계부품 열교환기등 ( 주 ) 유엔에스열교환기등 플루엔 태광산업사 열교환기, 유압필터등열교환기, 보일러, 펌프 한일중공업 열교환기, 가열로등 경상남도창원시성주동 30-6 부산광역시강서구송정동 1500-23 부산광역시강서구송정동 1599-6 경남김해시한림면안하리 2002-2번지부산광역시강서구화전산단 1로 155 경남김해시장유면유하리 425 인천광역시남동구남동동로 327 경상남도창원시진해구남문동 1189-1190번지 055-256-8379 http://www.kisungh.com/ 051-832-1123 http://www.ddentec.com 051-831-2781 www.dihex.com 055-329-0789 www.dongyoungeng.com 051-831-1190~ 1 http://www.unsgas.co.kr/ 055-333-5613 www.fluen.com 051-831-1801~ 3 http://www.taibong.com 051-832-1715 www.hanilhi.com 출처 : 구글링을통한재구성 3) 해외시장 회사명설비유형소재지전화홈페이지 HEATRIC The Compact Diffusion Bonded Heat Exchanger 46 Holton Road Holton Heath Poole Dorset BH16 6LT United Kingdom +44 1202 627000 http://www.heatric.com UK Exchangers Ltd Universal Heat Exchangers Limited. Bowman Koch Heat Transfer Company Tranter Baode heat exchanger Gasketed Plate Heat Exchangers Brazed Plate Heat Exchangers Heat Exchanger, Tube Bundle Heat exchangers heat exchanger Plate Heat Exchangers Brazed/Gasket Exchangers UK Exchangers Ltd Unit 55 Stilebrook Road Olney Buckinghamshire MK46 5EA United Kingdom Pollachi Road Malumachampatti Post Coimbatore- 641021, India Chester Street Birmingham B6 4AP United Kingdom 12602 FM 529 Houston TX 77041 US 1900 Old Burk Hwy Wichita Falls, Tx 76306 United States No.1-2Kailai Road, JiangYin, China +44 (0)1234 244320 +91-(422)-261 0835, 2610836 +44 (0)121 359 5401 +1 713 466 3535 http://www.uk-exchang ers.com/index.htm http://www.uniheat.com http://www.ejbowman.c o.uk/contact http://www.kochheattra nsfer.com/ 940-723-7125 http://www.tranter.com +86-510-86020 2000-812 http://www.baode-phe. com/ Universal Hydraulik GmbH Heat Exchangers, Pump Siemensstr.33 61267 Neu-Anspach +49(0)6081-94 180 http://www.universalhy draulik.com/contact.htm l 출처 : http://www.directindustry.com/industrial-manufacturer/plate-heat-exchanger-72088.html 재가공 - 10 -
4. 시장진입가능성 열교환기는사용목적에따라광범위한산업에적용가능한기술이며한국원자력연구원기술 또한플랜트엔지니어링업체로부터대부분수요가발생하여플랜트산업경기에영향을받는 후방산업임 본기술은판형열교환기중에서도 Plate Pin Type 열교환기로써극저온및고온, 항공분야에 주로사용되는분야이며국내기술부족으로적극적으로시장진입이이루어지지못한상태임 따라서제품화단계에있어실제환경에서성능검증이이루어져수요업체에서직접시작품 평가가가능하고, 인증기관등에의해신뢰성평가를받는다면시장진입가능성은충분히경쟁 력이있음 Ⅲ. 원자력 ( 연 ) 보유특허및연락처 원자력 ( 연 ) 보유특허 구분 1 발명의명칭 다층적층판재의확산접합장치및이를이용한 확산접합방법 출원번호 ( 출원일 ) 10-2010-0140706 (2010.12.31.) 등록번호 ( 등록일 ) 제1239355호 (2013.02.26.) 출원국가 한국 담당자연락처 구분성명전화이메일비고 기술이전담당 유재복 042-868-2236 jbyoo@kaeri.re.kr - 함형욱 042-868-4538 ham@kaeri.re.kr - 연구자 ( 주발명자 ) 박재원 054-705-3810 pjw@kaeri.re.kr - - 11 -