KR101603063B1 - 초저온 가스 열교환기에 사용하는 열교환기 튜브 - Google Patents

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Abstract

초저온 가스 열교환기에 사용하는 열교환기 튜브가 개시된다. 초저온 가스 열교환기에 사용하는 열교환기 튜브는 중공의 관 형태의 결합보스 및 상기 결합보스의 둘레에 방사상으로 형성된 방열날개들을 포함하는 핀튜브; 및 상기 결합보스의 내부로 삽입되고, 고압용 펌프로 압력을 주입하면 팽창하여 상기 결합보스의 내면에 밀착하는 튜브를 포함하고, 상기 핀튜브는 상기 결합보스의 길이가 상기 튜브의 전체 길이의 절반 이하의 길이를 갖도록 하여 상기 결합보스가 다수 조립되도록 구성되고, 상기 각각의 결합보스에는 상기 결합보스의 원주 방향을 따라 절개된 적어도 하나의 절개부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

초저온 가스 열교환기에 사용하는 열교환기 튜브{HEAT EXCHANGES PIPE OF AMBIENT AIR VAPORIZER}
본 발명은 초저온 가스 열교환기에 사용하는 열교환기 튜브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열전도율의 저하가 방지된 초저온 가스 열교환기에 사용하는 열교환기 튜브에 관한 것이다.
초저온 가스 열교환기는 영하 50℃부터 영하200℃까지 사용하는 LNG(액화천연가스) 및 산업용가스(액화산소, 액화질소, 액화알곤, 액화탄산가스)등의 액체상태의 초저온가스를 기화상태로 변화시키는 장치로 열교환 성능을 향상시키기 위하여 알루미늄 합금강의 튜브를 주로 사용하게 된다. 이는 주로 2.0MPa이하의 설계압력에 적용하고 있으나. 사용 또는 설계압력이 5.0MPa이상을 초과하게 되면 알루미늄합금강의 인장 및 항복강도 등의 한계로 인해 알루미늄튜브 내에 스테인레스강 또는 동합금강을 삽입한 이중관을 사용하게 된다.
열교환용 핀튜브(Fin Tube)내로 고압용 튜브를 삽입하기 위하여는 일정한 간격(틈새)이 필요하며 열교환용 튜브를 삽입시에는 나무 또는 고무 등의 부드러운 재질의 망치 및 전용공구를 이용한다. 원활한 삽입에 필요한 간격(틈새)을 열교환용 고압튜브의 선팽창계수(Coefficient of expansion) 및 프와송비(Poisson's ratio)를 이용하며 최대팽창(확관) 가능량의 10% 이내로 제한한다.
튜브를 삽입하기 위하여 사용한 간격(틈새)를 그대로 두면 열교환기의 효율이 현저히 저하 하게 되며, 열교환기의 본연의 역할을 못하게 될 수도 있기 때문에 열교환용 핀튜브와 내부로 삽입된 튜브와의 간격(틈새)을 최대한 줄여서 열교환기의 효율을 최대한 높여주어야 할 필요성이 있다.
핀튜브와 튜브의 간격을 줄이기 위해 튜브를 팽창시키는 방법이 이용되고 있는데, 튜브를 팽창시키는 과정에서 수축변형에 의해 핀튜브의 내면과 튜브의 외면이 밀착하지 않는 경우가 발생되어 열전도율이 저하되는 문제가 있었다.
또한, 초저온 가스 열교환기는 상온 상태에서 서로 다른 열팽창계수를 갖는 이종 금속, 즉 핀튜브와 튜브가 조립되어 구성되므로 핀튜브 및 튜브 간의 온도차로 인해 수축율로 인한 길이변화가 발생될 수 있고, 더 나아가 열교환기 전체의 변형이 발생될 수도 있다. 따라서 초저온 가스 열교환기의 수축율을 감소시킬 수 있는 기술이 요구된다.
대한민국 공개특허 제10-2014-0050026호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 튜브의 수축변형에 의해 열전도율의 저하를 방지하는 초저온 가스 열교환기에 사용하는 열교환기 튜브를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초저온 가스 열교환기에 사용하는 열교환기 튜브는 중공의 관 형태의 결합보스 및 상기 결합보스의 둘레에 방사상으로 형성된 방열날개들을 포함하는 핀튜브; 및 상기 결합보스의 내부로 삽입되고, 고압용 펌프로 압력을 주입하면 팽창하여 상기 결합보스의 내면에 밀착하는 튜브를 포함하고, 상기 핀튜브는 상기 결합보스의 길이가 상기 튜브의 전체 길이의 절반 이하의 길이를 갖도록 하여 상기 결합보스가 다수 조립되도록 구성되고, 상기 각각의 결합보스에는 상기 결합보스의 원주 방향을 따라 절개된 적어도 하나의 절개부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 초저온 가스 열교환기에 사용하는 열교환기 튜브는 상기 결합보스의 하단부는 막혀있고, 상기 결합보스는 상기 결합보스의 내면에 원주 방향을 따라 등간격으로 배열되고 상기 결합보스의 길이방향으로 연장된 돌출부들 및 돌출부들 사이에 위치하는 공간부들을 포함하고, 상기 열교환기 튜브는 상기 공간부들의 내부에 상기 결합보스의 하단부로부터 소정의 높이만큼 채워져 있는 미세분말들을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 초저온 가스 열교환기에 사용하는 열교환기 튜브에 의하면, 튜브가 팽창될 때 튜브의 전체 길이 중 튜브가 핀튜브의 결합보스의 내경보다 더 넓게 팽창할 수 있는 영역을 제공하여 튜브가 변형될 수 있는 영역을 미리 제공하고, 이에 의해 절개부에 대응하는 튜브의 일부 영역들을 제외한 나머지 영역들은 변형 없이 핀튜브의 결합보스의 내면에 고르게 밀착함에 따라 튜브 및 핀튜브의 내면 사이의 간격을 확실히 제거하여 열전도율이 저하되는 현상을 방지할 수 있고, 핀튜브 및 튜브 간의 온도차로 인한 각각의 핀튜브 및 튜브의 수축률을 감소시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초저온 가스열교환기에 사용하는 열교환기 튜브의 구성을 나타낸 분리 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 열교환기 튜브의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초저온 가스 열교환기에 사용하는 열교환기 튜브의 구성을 설명하기 위해 열교환기 튜브의 원주 방향으로 절단한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초저온 가스 열교환기에 사용하는 열교환기 튜브의 구성을 설명하기 위해 열교환기 튜브의 축 방향으로 절단한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 초저온 가스 열교환기에 사용하는 열교환기 튜브에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초저온 가스열교환기에 사용하는 열교환기 튜브의 구성을 나타낸 분리 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 열교환기 튜브의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초저온 가스열교환기에 사용하는 열교환기 튜브는 핀튜브(20) 및 튜브(10)를 포함한다.
핀튜브(20)는 튜브(10)와 대기 중에 열교환이 이루어지도록 한다. 이러한 핀튜브(20)는 중공의 관 형태의 결합보스(21) 및 상기 결합보스(21)의 둘레에 방사상으로 형성된 방열날개들(21)을 포함한다.
상기 결합보스(21)는 튜브(10)의 전체 길이의 절반 이하의 길이로 형성될 수 있고, 각각의 결합보스(21)가 서로 조립되도록 구성될 수 있다. 결합보스(21)를 조립하는 방법에는 특별한 제한은 없으며, 예를 들면, 각각의 결합보스(21)와 결합 가능한 별도의 연결관(30)을 통해 조립 가능할 수 있다.
튜브(10)는 고압의 초저온 액체 가스가 통과하는 관이다. 튜브(10)는 핀튜브(20)의 결합보스(21)의 내부로 삽입되고, 고압용 펌프로 압력을 주입하면 팽창하여 결합보스(21)의 내면에 밀착한다.
이러한 본 발명의 열교환기 튜브는 초저온 가스 열교환기에 이용되는 것으로서, 초저온 가스 열교환기는, LNG 및 산업용 가스 등의 액체 상태 초저온 가스를 기화 상태로 변화시켜서 공급하는 장비이다.
열교환기는 영하 50℃부터 영하 200℃까지 사용하는 LNG(액화천연가스) 및 산업용 가스(액화산소, 액화질소, 액화알곤, 액화탄산가스, 액화산화에틸렌, 액화암모니아) 등의 액체 상태의 초저온 가스를 기화 상태로 변화시키는 장치로써, 사용압력이 최저 5MPa 이상의 초고압을 사용하는 시설에 적용된다.
사용 초저온 유체와 대기와의 열교환하는 상기 핀튜브(10)의 재질은 알루미늄합금(A6061, A6163, A6063), 오스테나이트계 스테인레스강(STS304, STS304L, STS316, STS316L)을 사용할 수 있다.
고압의 초저온 액체가 흐르는 내부의 배관은 상기 튜브(20)이며, 튜브(20)는 오스테나이트계 스테인레스강으로 이루어진다.
열교환 효율을 극대화하기 위한 핀튜브(10)(Fin Tube)의 방열핀의 배열 형식은 4핀, 8핀, 12핀, 16핀 등을 사용하고, 길이와 총 전열 면적은 사용 유체의 총량에 따라 변화된다.
이러한 초저온 가스 열교환기에서 효율적인 열교환을 위해 핀튜브(10)의 외면과 핀튜브(10)의 내부로 삽입된 튜브(20)의 내면 사이의 간격을 제거해야 하며, 이를 위해 튜브(10)를 팽창시킨다. 튜브(10)의 팽창시키는 과정은, 핀튜브(20) 및 튜브(10)가 가결합되면 튜브(10)의 일단에는 고압용 펌프(미도시)를 연결하고 튜브(10)의 타단에는 마개(미도시)를 결합시켜서 튜브(10) 내부를 밀폐한 다음, 튜브(10) 내부에 고압용 펌프로 압력을 주입하여서 튜브(10) 내부에 압력을 세팅된 압력까지 상승시키고, 이와 같이 튜브(10)의 내부를 가압하면 증가된 내부압으로 튜브(10) 내부를 팽창시켜서 튜브(10)의 외주면이 핀튜브(20)의 결합보스(21) 내주면에 밀착되도록 한다.
그런데 튜브(10)를 팽창시키는 과정에서 튜브(10)의 길이 전체가 균일하게 팽창되지 않는 문제가 발생하게 되며, 이에 의해 튜브(10)와 핀튜브(20)의 결합보스(21)의 내면 사이에 간격이 발생하게 된다.
이러한 문제의 해결을 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 초저온 가스 열교환기에 사용하는 열교환기 튜브는 핀튜브(20)의 서로 조립된 각각의 결합보스(21)에는 결합보스(21)의 원주 방향을 따라 절개된 적어도 하나의 절개부(21a)를 형성하였다.
절개부(21a)를 형성하는 이유는, 튜브(10)가 팽창될 때 튜브(10)의 전체 길이 중 튜브(10)가 핀튜브(20)의 결합보스(21)의 내경보다 더 넓게 팽창할 수 있는 영역을 제공하여 튜브(10)가 변형될 수 있는 영역을 미리 제공하고, 이에 의해 절개부(21a)에 대응하는 튜브(10)의 일부 영역들을 제외한 나머지 영역들은 변형 없이 핀튜브(20)의 결합보스(21)의 내면에 고르게 밀착하도록 하기 위한 것이다.
따라서, 튜브(10)를 팽창시키는 과정에서 튜브(10)의 내부로 압력이 공급되면 절개부(21a)에 대응하는 튜브(10)의 일부 영역들은 핀튜브(20)의 결합보스(21)의 내경보다 더 넓게 팽창하여 변형하고, 상기 더 넓게 팽창하는 영역들을 제외한 나머지 영역들은 핀튜브(20)의 결합보스(21)의 내면에 고르게 밀착하게 된다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 초저온 가스 열교환기에 사용하는 열교환기 튜브를 이용하면, 튜브(10)가 팽창될 때 튜브(10)의 전체 길이 중 튜브(10)가 핀튜브(20)의 결합보스(21)의 내경보다 더 넓게 팽창할 수 있는 영역을 제공하여 튜브(10)가 변형될 수 있는 영역을 미리 제공하고, 이에 의해 절개부(21a)에 대응하는 튜브(10)의 일부 영역들을 제외한 나머지 영역들은 변형 없이 핀튜브(20)의 결합보스(21)의 내면에 고르게 밀착함에 따라 튜브(10) 및 핀튜브(20)의 내면 사이의 간격을 확실히 제거하여 열전도율이 저하되는 현상을 방지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 핀튜브(20)와 튜브(10) 간의 온도차로 인한 수축이 발생될 수 있는데, 이러한 각 핀튜브(20) 및 튜브(10) 간의 수축 변화는 핀튜브(20)의 결합보스(21)를 다수로 조립하는 것에 의해 수축률 균형이 조절될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초저온 가스 열교환기에 사용하는 열교환기 튜브를 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 초저온 가스 열교환기에 사용하는 열교환기 튜브와의 차이점을 중심으로 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초저온 가스 열교환기에 사용하는 열교환기 튜브의 구성을 설명하기 위해 열교환기 튜브의 원주 방향으로 절단한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초저온 가스 열교환기에 사용하는 열교환기 튜브의 구성을 설명하기 위해 열교환기 튜브의 축 방향으로 절단한 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 초저온 가스 열교환기에 사용하는 열교환기 튜브는 절개부(21a)를 포함하는 결합보스(21) 및 방열날개들(22)을 포함하는 핀튜브(20) 및 튜브(10)를 포함하고, 핀튜브(20)의 결합보스(21)의 하단부는 막혀있고, 상기 결합보스(21)는 상기 결합보스(21)의 내면에 원주 방향을 따라 등간격으로 배열되고 상기 결합보스(21)의 길이방향으로 연장된 돌출부들(21b) 및 돌출부들(21b) 사이에 위치하는 공간부들(21c)을 포함하고, 공간부들(21c)의 내부에 상기 결합보스(21)의 하단부로부터 소정의 높이만큼 채워져 있는 미세분말들(40)을 더 포함하는 것을 제외하고는 본 발명의 일 실시예에 따른 초저온 가스 열교환기에 사용하는 열교환기 튜브와 동일하므로 이하에서는 상기 돌출부들(21b), 미세분말들(40)을 중심으로 설명하기로 한다.
돌출부들(21b)은 핀튜브(20)의 결합보스(21)의 내면보다 돌출된 부분들이고, 돌출부들(21b)의 형상에는 특별한 제한은 없으며, 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이 반원 형상일 수 있고, 반원 형상의 돌출부들(21b)은 앞서 언급한 바와 같이 핀튜브(20)의 결합보스(21)의 원주방향을 따라 등간격 배열되고, 돌출부들(21b)의 길이는 결합보스(21)의 길이방향을 따라 연장된 길이를 갖는다. 이러한 돌출부들(21b)은 튜브(10)가 결합보스(21)의 내부로 삽입되면 튜브(10)의 외면에 밀착한다.
공간부들(21c)은 돌출부들(21b)이 형성됨에 따라 돌출부들(21b) 사이에 위치하여 핀튜브(20)의 결합보스(21)의 내부로 삽입된 튜브(10)의 외면과 결합보스(21)의 내면 사이에 형성된 공간이다.
미세분말들(40)은 공간부들(21c)의 내부에 수용되되 앞서 언급한 바와 같이 결합보스(21)의 하단부로부터 소정의 높이만큼 채워져 있다. 미세분말들(40)은 마이크로미터 크기일 수 있다. 공간부들(21c)을 향해 튜브(10)가 팽창할 때 튜브(10)의 수축변형에 의해 결합보스(21)의 내면과 밀착하는 영역 및 밀착하지 않는 영역이 발생하는 경우 미세분말들(40)은 결합보스(21)의 내면과 밀착하도록 팽창하는 영역들에 의해 밀려나면서 결합보스(21)의 내면과 밀착하지 않도록 변형되어 팽창하는 영역들을 향해 이동할 수 있다. 미세분말들(40)의 형상은 타원형일 수 있다. 미세분말들(40)이 타원형의 구 형상인 경우 공간부들(21c) 내측으로 팽창하는 튜브(10)의 일부 영역들에 의해 밀려나서 이동하는 것이 용이할 수 있다.
이러한 본 발명의 다른 실시예에 따른 초저온 가스 열교환기에 사용하는 열교환기 튜브는 튜브(10) 내부에 압력을 공급하여 튜브(10)를 팽창시킬 때 핀튜브(20)의 결합보스(21)에 형성된 공간부들(21c)에 대응하는 영역들이 상기 공간부들(21c)의 내측을 향해 팽창하게되며, 이에 의해 튜브(10)는 일정한 패턴으로 팽창하게 되고, 상기 공간부들(21c)에 대응하는 영역에서만 팽창이 이루어지므로 팽창영역이 수축변형이 발생될 수 있는 영역이 감소할 수 있다.
또한, 핀튜브(20)의 결합보스(21)에 형성된 공간부들(21c)에서 튜브(10)이 팽창할 때 수축변형에 의한 간극, 즉 튜브(10)의 외면 및 핀튜브(20) 결합보스(21)의 내면이 밀착하지 않도록 팽창하는 경우 서로 밀착하지 않은 튜브(10) 및 핀튜브(20)의 결합보스(21)의 내면 사이에서 튜브(10) 및 핀튜브(20)와 접촉하여 튜브(10) 및 핀튜브(20)가 서로 열전도되도록 한다. 따라서, 튜브(10)가 팽창할 때 수축변형이 발생되어 튜브(10) 및 핀튜브(20)의 결합보스(21)의 내면이 밀착하지 않는 영역이 발생되어도 미세분말들(40)에 의해 튜브(10) 및 핀튜브(20)가 서로 열전도되도록 하여 열전도율이 저하되는 현상을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 핀튜브(20)는 아연도 강판 또는 알루미늄 소재 등의 재질로 구성될 수도 있으며, 이러한 경우 핀튜브(20)는 먼지, 오염물질 등으로부터 표면의 부식현상을 방지시키기 위해 금속재의 표면 도포재료로 도포층이 형성될 수 있다. 이 도포층은 알루미나 분말 60중량%, NH4Cl 30중량%, 아연 2.5중량%, 구리 2.5중량%, 마그네슘 2.5중량%, 티타늄 2.5중량%로 구성된다.
상기 알루미나 분말은 고온으로 가열될 때 소결, 엉킴, 융착 방지 등의 목적으로 첨가된다. 이러한 알루미나 분말이 60중량% 미만으로 첨가되면, 소결, 엉킴, 융착 방지의 효과가 떨어지며, 알루미나 분말이 60중량%를 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에, 재료비가 크게 증가된다. 따라서, 알루미나 분말은 60중량%를 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 NH4Cl은 증기 상태의 알루미늄, 아연, 주식, 구리 및 마그네슘과 반응하여 확산 및 침투를 활성화시키는 역할을 한다. 이러한 NH4Cl은 30중량% 첨가된다. NH4Cl이 30중량% 미만으로 첨가되면, 증기 상태의 알루미늄, 아연, 주식 구리 및 마그네슘과 반응이 제대로 이루어지지 않으며 이에 따라 확산 및 침투를 활성화시키지 못한다. 반면에, NH4Cl이 30중량% 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에, 재료비가 크게 증가된다. 따라서 NH4Cl은 30중량%를 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 아연은 물에 닿는 금속의 부식을 방지하는 것과 전기 방식용으로 사용되도록 배합된다. 이러한 아연은 2.5중량%가 혼합된다. 아연의 혼합비율이 2.5중량%를 초과하면 물에 닿는 금속의 부식을 제대로 방지시키지 못하게 된다. 반면에 아연의 혼합비율이 2.5중량%를 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에 재료비가 크게 증가된다. 따라서 아연은 2.5중량% 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 구리는 상기 알루미늄과 조합하여 금속의 경도 및 인장강도를 높이게 된다. 이러한 구리는 2.5중량% 혼합된다. 구리의 혼합 비율이 2.5중량% 미만이면, 알루미늄과 조합될시 금속의 경도 및 인장강도를 제대로 높이지 못하게 된다. 반면에 구리의 혼합 비율이 2.5중량%를 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에 재료비가 크게 증가된다. 따라서 구리는 2.5중량% 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 마그네슘의 순수한 금속은 구조강도가 낮으므로 상기 아연 등과 함께 조합하여 금속의 경도, 인장강도 및 염수에 대한 내식성을 높이는 용도로 배합된다. 이러한 마그네슘은 2.5중량% 혼합된다. 마그네슘의 혼합 비율이 2.5중량% 미만이면, 아연 등과 함께 조합될 시 금속의 경도, 인장강도 및 염수에 대한 내식성이 크게 개선되지 않는다. 반면에 마그네슘의 혼합 비율이 2.5중량%를 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에 재료비가 크게 증가된다. 따라서 마그네슘는 2.5중량% 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 티타늄은 가볍고 단단하고 내부식성이 있는 전이 금속 원소로 은백색의 금속광택이 있는바, 뛰어난 내식성과 비중이 낮아 강철 대비 무게는 60% 밖에 되지 않으므로 금속모재에 도포되는 도포재의 중량은 줄이되 광택을 높이고 뛰어난 방수성 및 내식성을 갖도록 배합된다.
이러한 티타늄은 2.5중량% 혼합된다. 티타늄의 혼합 비율이 2.5중량% 미만이면, 금속모재에 도포되는 도포재의 중량이 그다지 경감되지 않고, 광택성, 방수성, 내식성이 크게 개선되지 않는다. 반면에, 티타늄의 혼합 비율이 2.5중량%를 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에 재료비는 크게 증가된다. 따라서 티타늄은 2.5중량% 혼합되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 핀튜브(20)의 표면도포방법은 다음과 같다.
도포층이 형성되어야 할 모재와 상기 구성으로 배합된 도포재료를 폐쇄로 내에 함께 투입시키고 폐쇄로 내부에는 모재의 산화를 방지하기 위하여 2 L/min의 비율로 아르곤 가스를 주입시킨다, 아르곤 가스가 주입된 상태에서 700℃ 내지 800℃의 온도로 4 ~ 5 시간 동안 유지한다.
상기 단계를 수행하여 증기 상태의 알루미나 분말, 아연, 구리, 마그네슘 및 티타늄이 폐쇄로 내부에 형성되고, 알루미늄 분말, 알루미나 분말, 아연, 구리, 마그네슘 및 티타늄 배합물은 모재의 표면에 침투하여 도포층이 형성된다.
도포층이 형성된 후 폐쇄로 내부의 온도를 도포 물질/기재 복합물이 800℃~900℃로 하여 30 ~ 40시간을 유지하면 모재의 표면에는 부식 방지용 도포층이 형성되어 모재의 표면과 외기를 격리시키게 된다. 이때 상기 공정을 수행함에 있어 급격한 온도 변화는 모재 표면의 도포층이 박리될 수 있으므로 60℃/hr의 비율로 온도 변화를 시킨다.
본 발명의 도포층은 다음과 같은 장점이 있다.
본 발명의 도포층은 매우 넓은 범위의 용도를 가지므로 커튼 도포, 스프레이 페인팅, 딥 도포, 플루딩(flooding) 등과 같은 여러 가지 방법에 의해 도포될 수 있다.
본 발명의 도포층은 부식 및/또는 스케일에 대한 원칙적인 보호 기능에 추가하여 도포가 매우 얇은 층두께로 도포될 수 있어 전기전도성을 개선하는 것은 물론 물질 및 비용 절감이 가능하다. 열간 성형 과정 이후에도 높은 전기전도성이 바람직하다면 얇은 전기전도성 프라이머가 도포층의 상부에 도포될 수 있다.
성형 과정 또는 열간 성형 과정 이후, 도포 물질은 기재의 표면상에 유지될 수 있으며, 예를 들어, 긁힘 내성을 증가시키며, 부식 보호를 개선하고, 미적 외관을 충족시키며, 변색을 방지하고, 전기전도성을 변화시키며 종래 다운스트림 공정(예, 침린 및 전기이동 딥 도포)용 프라이머로 제공될 수 있다.
이러한 본 발명은 본 발명의 핀튜브(20)이 아연도 강판 또는 알루미늄 소재 등의 재질로 구성될 수 있고, 이와 같은 재질의 핀튜브(20)에 알루미나 분말, NH4Cl, 아연, 구리, 마그네슘, 티타늄으로 이루어진 도포층이 도포되므로 먼지, 오염물질 등으로부터 핀튜브(20)의 표면의 부식현상을 방지시킬 수 있다.
한편, 본 발명은 알루미늄합금 재질인 결합보스(21)의 절개부(21a)의 절개부분의 부식방지용 피복 조성물을 포함할 수 있다.
피복 조성물은, 레조르시놀 디글리시딜에테르(Resorcinol diglycidyl ether) 80중량% 및 프로판올아민(Propanol amine) 20중량%를 혼합하여 제조한 수용해성 수지 조성물 100중량부에 대하여, 헥사메틸레이티드-헥사메틸롤 멜라민(Hexamethylated-hexamethylol melamine)을 1 내지 10중량부로 구성된다.
본 발명에서는 레조르시놀 디글리시틸에테르의 우수한 내화학성, 치수안정성 등의 특성과 프로판올아민의 내부식성 등의 특성 및 멜라민 유도체의 우수한 윤활특성 등을 활용하여 보다 친환경적인 절개부(21a)의 부식방지를 위한 피복을 형성할 수 있다.
상기 부식방지용 피복 조성물을 도포하는 방법은 특별한 제한은 없으나, 알루미늄합금 표면에 건조도막두께가 10 내지 30㎛가 되도록 도포되는 것이 바람직하다. 건조도막두께가 10㎛ 미만이면 수명이 짧아질 수 있고, 30㎛를 초과하는 경우에는 기능상 문제점은 없으나 경제적 이점이 감소한다.
또한, 상기 부식방지용 피복 조성물이 도포된 결합보스(21)의 절개부(21a)는 10 내지 30분 동안 공기 건조 후 100 내지 200℃, 바람직하게는 150 내지 180℃에서 10 내지 50분 동안 경화하여 비점착성이고 광택이 우수한 도막을 얻는 것이 가능하다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.
10 : 튜브 20 : 핀튜브
21 : 결합보스 22 : 방열핀들
40 : 미세분말들

Claims (2)

  1. 중공의 관 형태의 결합보스(21) 및 상기 결합보스(21)의 둘레에 방사상으로 형성된 방열날개들(21)을 포함하는 핀튜브(20); 및 상기 결합보스(21)의 내부로 삽입되고, 고압용 펌프로 압력을 주입하면 팽창하여 상기 결합보스(21)의 내면에 밀착하는 튜브(10)를 포함하고, 상기 핀튜브(20)는 상기 결합보스(21)의 길이가 상기 튜브(10)의 전체 길이의 절반 이하의 길이를 갖도록 하여 상기 결합보스(21)가 다수 조립되도록 구성되고, 상기 각각의 결합보스(21)에는 상기 결합보스(21)의 원주 방향을 따라 절개된 적어도 하나의 절개부(21a)가 형성되어 있으며;
    상기 결합보스(21)의 하단부는 막혀있고, 상기 결합보스(21)는 상기 결합보스(21)의 내면에 원주 방향을 따라 등간격으로 배열되고 상기 결합보스(21)의 길이방향으로 연장된 돌출부들(21b) 및 돌출부들(21b) 사이에 위치하는 공간부들(21c)을 포함하고, 상기 열교환기 튜브는 상기 공간부들(21c)의 내부에 상기 결합보스(21)의 하단부로부터 소정의 높이만큼 채워져 있는 미세분말들(40)을 더 포함하며;
    핀튜브(20)는 표면의 부식현상을 방지시키기 위해 표면 도포재료로 도포층이 형성되되, 상기 도포층은 알루미나 분말 60중량%, NH4Cl 30중량%, 아연 2.5중량%, 구리 2.5중량%, 마그네슘 2.5중량%, 티타늄 2.5중량%로 구성되고;
    결합보스(21)의 절개부(21a)에는 부식방지용 피복 조성물이 도포되되, 상기 피복 조성물은, 레조르시놀 디글리시딜에테르(Resorcinol diglycidyl ether) 80중량% 및 프로판올아민(Propanol amine) 20중량%를 혼합하여 제조한 수용해성 수지 조성물 100중량부에 대하여, 헥사메틸레이티드-헥사메틸롤 멜라민(Hexamethylated-hexamethylol melamine)을 1 내지 10중량부로 구성되며, 절개부의 표면에 10 내지 30㎛의 두께로 도포되고, 상기 피복 조성물이 도포된 결합보스(21)의 절개부(21a)는 10 내지 30분 동안 공기 건조 후 100 내지 200℃에서 10 내지 50분 동안 경화하여서 이루어진 것을 특징으로 하는 초저온 가스 열교환기에 사용하는 열교환기 튜브.
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