KR102200799B1 - 튜브 매트릭스 및 금속 튜브 매트릭스 시스템에서 사용되는 튜브 조립체 - Google Patents

튜브 매트릭스 및 금속 튜브 매트릭스 시스템에서 사용되는 튜브 조립체 Download PDF

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Abstract

다수개의 조립체가 기부 판에 의해 매트릭스 내로 함께 접합된다. 기부 판은 제1 표면, 대향 제2 표면 및 복수개의 구멍을 갖는다. 각각의 구멍은 제1 표면으로부터 기부 판 내로 하강되는 카운터싱크 영역을 갖는다. 튜브 조립체가 제공된다. 각각의 튜브 조립체는 제1 단부, 대향 제2 단부 및 플레어 구조물을 갖는다. 플레어 구조물은 카운터싱크 영역 내에 완전히 수용되는 크기로 형성된다. 튜브 조립체는 기부 판 내의 구멍을 통해 연장된다. 각각의 튜브 조립체의 플레어 구조물은 각각의 튜브 조립체가 통과되는 각각의 구멍의 카운터싱크 영역 내에서 기부 판에 용접된다.

Description

튜브 매트릭스 및 금속 튜브 매트릭스 시스템에서 사용되는 튜브 조립체{TUBE MATRIX AND TUBE ASSEMBLY FOR USE IN METAL TUBE MATRIX SYSTEM}
일반적으로, 본 발명은 병렬 튜브의 매트릭스를 제조하는 데 사용되는 방법 및 절차에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 다중의 병렬 튜브가 공통의 기부 판에 용접되는 방법 및 절차에 관한 것이다.
병렬 튜브의 매트릭스가 많은 상이한 장비 부품에서 사용된다. 예컨대, 많은 열 교환기가 병렬 튜브를 사용한다. 병렬 튜브의 매트릭스의 더 많은 독특한 용도 중 하나가 수소 가스 처리 셀(hydrogen gas processing cell)에서 찾아볼 수 있다.
수소 정화기(hydrogen purifier) 및 수소 증기 개질기(hydrogen steam reformer) 등의 수소 가스 처리 셀에서, 팔라듐 합금의 튜브가 수소를 함유하는 가스에 노출된다. 팔라듐 합금은 높은 온도에서 수소에 투과성이다. 따라서, 수소는 튜브의 벽을 통과하고, 다른 가스로부터 분리된다. 병렬 튜브의 매트릭스를 이용하는 수소 처리 장비의 예가 혼합 가스 소스로부터 수소 가스를 효율적으로 분리하는 마이크로-채널 구성을 갖는 수소 가스 분리기 시스템(Hydrogen Gas Separator System Having Micro-Channel Construction For Efficiently Separating Hydrogen Gas From A Mixed Gas Source)의 발명의 명칭을 갖는 미국 특허 제7,972,417호에서 찾아볼 수 있다.
많은 이유로, 수소 가스 처리 셀에서 매우 작은 직경의 튜브를 사용하는 것이 바람직하다. 접촉되지 않으면서 최대한 함께 근접하게 튜브를 위치시키는 것이 또한 바람직하다. 요구된 매트릭스 배향으로 견고하게 튜브를 보유하기 위해, 다양한 튜브가 전형적으로 공통의 금속 기부 판 내로 고정된다. 종래 기술에서, 구멍이 기부 내로 천공된다. 튜브는 그 다음에 구멍 내로 위치되고, 적절한 위치에 브레이징(brazing)된다.
일부의 수소 가스 처리 셀 적용 분야에서, 수백 개의 튜브가 단일의 기부 내로 고정된다. 튜브는 1 ㎜의 몇 분의 1만이 인접한 튜브들 사이에 있는 상태로 매우 치밀하게 충전된다. 전통적인 용접 기술이 용접될 미세한 영역 그리고 각각의 용접부 주위의 가용 공간의 부족 때문에 사용될 수 없다. 따라서, 열 브레이징 기술이 적용된다.
수소 가스 처리 셀에서, 팔라듐 합금의 튜브가 스테인리스강 단부 캡에 브레이징된다. 팔라듐 튜브는 그 다음에 누출에 대해 시험되고, 그 외에 상업적인 사용을 위해 처리된다. 팔라듐 튜브가 품질 시험된 후에만 이것이 튜브의 매트릭스에 추가된다. 이것은 튜브의 매트릭스가 전체의 매트릭스를 결함이 있는 것으로 만드는 결합성 튜브를 수용하지 않을 것을 보증하다.
일단 시험된 튜브가 매트릭스에 추가되면, 시험된 튜브는 전통적으로 매트릭스에 튜브를 연결하는 제2 브레이징 절차를 겪는다. 제2 브레이징 절차 중에, 사전-시험된 튜브의 일체성은 열 응력에 의해 손상될 수 있다. 나아가, 제2 브레이징 절차 중에, 초기의 브레이징 연결부는 해제되어 누출부를 생성할 수 있다. 추가로, 전통적인 브레이징 기술이 큰 튜브 매트릭스에 대해 사용될 때에, 모든 튜브 주위에서 일관된 브레이징 밀봉부를 생성하는 것은 어려운 것으로 입증되었다. 종종, 일부의 튜브가 적절한 브레이징 밀봉부를 갖지만, 다른 것들은 그렇지 않다. 수백 개의 튜브가 단일의 매트릭스 내에 존재하므로, 99.9% 유효성을 갖는 브레이징 기술이라도 모든 수소 가스 처리 셀이 적어도 1개의 누출 브레이징 밀봉부 때문에 결손되는 결과를 초래할 것이다.
미국 특허 제8,230,594호에서, 출원인은 기부 판에 튜브를 용접하는 데 레이저 용접을 사용하는 시스템에 대해 특허를 받았다. 이러한 시스템에서, 튜브는 기부 판 상에 배치되는 플레어를 갖도록 형성된다. 레이저 용접은 그 다음에 하부의 기부 판에 플레어(flare)를 용접한다. 이러한 시스템은 종래 기술의 브레이징 기술보다 상당한 개선이다. 그러나, 일부의 문제점이 여전히 일어난다. 대개, 용접에 요구되는 영역은 튜브가 매트릭스 내로 충전될 때의 치밀한 정도를 제한한다. 치밀한 매트릭스 주위로 레이저를 유도할 때에 레이저 광으로부터의 반사 그리고 용접에 의해 유발되는 밝은 상태가 광학 표적 시스템(optical targeting system)을 방해하는 경향이 있으므로, 문제점이 또한 일어난다.
그러므로, 매우 치밀한 매트릭스 내의 공통의 기부 판에 병렬로 수백 개의 작은 직경의 튜브를 접합하는 개선된 기술에 대한 필요성이 존재한다. 용접부가 생성될 때에 이들을 시각화하는 개선된 기술에 대한 필요성이 또한 존재한다. 이들 필요성은 아래에서 설명 및 청구된 것과 같은 본 발명에 의해 충족된다.
본 발명은 튜브 매트릭스 그리고 튜브 매트릭스와 결합되는 튜브 조립체이다. 튜브 조립체는 기부 판에 의해 매트릭스 내로 함께 접합된다. 기부 판은 제1 표면, 대향 제2 표면 그리고 제1 표면으로부터 제2 표면까지 연장되는 복수개의 구멍을 갖는다. 각각의 구멍은 제1 표면으로부터 기부 판 내로 하강되는 카운터싱크 영역(countersunk region)을 갖는다.
복수개의 튜브 조립체(튜브 요소)가 제공된다. 각각의 튜브 조립체는 제1 단부, 대향 제2 단부 그리고 제1 단부에 근접한 플레어 구조물을 갖는다. 플레어 구조물은 카운터싱크 영역 내에 완전히 수용되는 크기로 형성된다. 튜브 조립체는 기부 판 내의 구멍을 통해 연장된다. 각각의 튜브 조립체의 플레어 구조물은 각각의 튜브 조립체가 통과되는 각각의 구멍의 카운터싱크 영역 내에서 기부 판에 용접된다.
본 발명의 더 양호한 이해를 위해, 첨부 도면과 연계하여 고려되는 그 예시 실시예의 다음의 설명을 참조하기로 한다.
도 1은 표면 확산 영역을 도시하는 종래 기술의 레이저 빔 용접의 도면이다.
도 2는 표면-하부 확산 영역을 도시하는 종래 기술의 레이저 빔 용접의 단면도이다.
도 3은 튜브 매트릭스의 세그먼트의 분해 단면도이다.
도 4는 용접 종단부(welding termination)를 갖는 튜브 조립체의 분해도이다.
도 5는 용접 종단부 상의 플레어 구조물의 확대 단면도이다.
도 6은 레이저 용접 기계에서의 튜브 매트릭스의 세그먼트를 도시하는 개략도이다.
도 7은 대체 실시예의 튜브 매트릭스의 세그먼트의 단면도이다.
도 1 및 도 2의 양쪽 모두를 참조하면, 레이저 빔(12)이 용접부(14)를 생성하는 데 사용될 때에, 그 용접부(14)는 제1 직경 D1의 표면 용융 영역(16)을 갖는다는 것이 이해될 것이다. 용접부(14)는 최대 깊이 D2의 표면-하부 용융 영역(18)을 또한 갖는다.
용융 영역(16, 18) 내에서, 용접될 금속은 함께 용융되어 요구된 용접부를 생성한다. 표면 용융 영역(16)의 직경 D1은 전형적으로 레이저 빔(12)의 직경보다 상당히 넓다. 용융 영역(16, 18)의 직경 D1 및 깊이 D2의 양쪽 모두는 레이저의 강도, 레이저의 펄스의 지속 시간 그리고 용접될 재료에 의해 영향을 받는다.
그러므로, 물체가 치밀한 패턴으로 레이저 용접 중일 때에, 밀도를 결정하는 주요 인자는 용접부에 의해 생성되는 용융 영역(16, 18)의 치수라는 것이 이해될 것이다. 형성되는 용융 영역이 작을수록, 형성될 수 있는 용접부가 치밀해진다.
본 발명의 시스템 및 방법은 이전에 가능했던 것보다 치밀한 튜브 매트릭스를 용접하는 데 사용될 수 있다. 매트릭스 내의 튜브는 스테인리스강, 팔라듐 합금 등의 많은 상이한 재료로 제조될 수 있다. 선택될 튜브 재료는 튜브 매트릭스의 의도된 용도에 의존한다. 본 발명은 수소 가스 처리기에서 사용되는 튜브의 매트릭스를 제조하는 데 특히 유용하다. 일부 모델의 수소 처리기 셀은 스테인리스강 튜브의 매트릭스 및 팔라듐 합금 튜브의 매트릭스의 양쪽 모두를 사용한다. 이와 같이, 본 출원은 매트릭스 내로 용접될 팔라듐 합금의 튜브 및 스테인리스강의 튜브를 보여주는 2개의 예시 실시예를 제공한다. 이러한 실시예는 본 발명에 대해 고려되는 최상 모드를 제공한다. 그러나, 이들 예는 예시일 뿐이고, 특허청구범위의 범주에 대한 제한으로 간주되지 않아야 한다.
도 3을 참조하면, 튜브 매트릭스(20)의 세그먼트가 도시되어 있다. 튜브 매트릭스(20)는 복수개의 튜브 조립체(22)를 수용한다. 각각의 튜브 조립체(22)는 팔라듐 합금의 튜브(24)를 수용한다. 용접 종단부(26)가 팔라듐 합금 튜브(24)의 일단부에 연결된다. 용접 종단부(26)는 팔라듐 합금 튜브(24)의 일단부 위로 활주되는 짧은 튜브형 요소이다.
도 3과 연계하여 도 4 및 도 5를 참조하면, 용접 종단부(26)는 상부 단부(30) 및 저부 단부(32)를 보유한 원통형 본체(28)를 갖는다. 용접 종단부(26)는 바람직하게는 이것이 결국 용접될 기부 판과 동일한 재료로 제조된다. 원통형 본체(28)의 상부 단부(30) 및 저부 단부(32)의 양쪽 모두는 개방형이고, 개방형 중심 도관(34)의 양쪽 대향 단부를 그 내에 한정한다. 리지(ridge)(36)가 개방형 중심 도관(34) 내에 형성되고, 여기에서 개방형 중심 도관(34)의 내경은 제1 내경으로부터 더 큰 제2 내경으로 급격하게 변화된다. 리지(36)는 용접 종단부(26)의 상부 단부(30)로부터 길이 L1에 배치된다.
용접 종단부(26)의 상부 단부(30)는 복잡한 플레어 구조물(40)을 갖는다. 용접 종단부(26)의 대부분이 공통의 외경 D3을 갖는다. 플레어 구조물(40)에서, 외경은 제2의 더 큰 외경 D4까지 5% 내지 20%만큼 증가된다. 플레어 구조물(40)의 상부는 평탄형 표면(42)을 갖는다. 플레어 구조물(40)은 평탄형 표면(42)으로부터 개방형 중심 도관(34)을 한정하는 내부측 벽(45)까지 연장되는 내부측 경사형 표면(44)을 갖는다. 내부측 경사형 표면(44)은 바람직하게는 수평선 아래로 20˚ 내지 45˚인 예각 AI로 경사형이다.
플레어 구조물(40)은 평탄형 표면(42)으로부터 원통형 본체(28)의 외부측 벽(48)까지 연장되는 외부측 경사형 표면(46)을 또한 갖는다. 외부측 경사형 표면(46)은 바람직하게는 40˚ 내지 75˚인 예각 A2로 경사형이다.
팔라듐 합금 튜브(24)는 팔라듐 합금 튜브(24)가 리지(36)에 대해 장착될 때까지 용접 종단부(26)의 개방형 저부 단부(32) 내로 삽입된다. 팔라듐 합금 튜브(24)는 별개의 절차로 적절한 위치에 브레이징된다. 용접 종단부(26)가 팔라듐 합금 튜브(24)에 브레이징되어 튜브 조립체(22)를 형성한 후에, 튜브 조립체(22)는 품질 시험된다. 튜브 조립체(22)가 품질 시험을 통과하면, 용접 종단부(26)와 팔라듐 합금 튜브(24) 사이의 브레이징은 적절한 것으로 인식된다. 팔라듐 합금 튜브(24) 그 자체는 균열, 파열 또는 그렇지 않으면 결함이 없는 것으로 추가로 인식된다.
도 3 및 4에서, 기부 판(50)의 세그먼트가 도시되어 있다. 기부 판(50)은 금속이고, 바람직하게는 스테인리스강 합금이다. 그러나, 하스텔로이(Hastelloy®) 등의 다른 비-반응성 합금이 또한 사용될 수 있다. 기부 판(50) 및 용접 종단부(26)는 용접의 용이성을 증진하고 상이한 팽창 계수를 갖는 합금을 사용함으로써 유발될 수 있는 응력을 감소시키도록 동일한 합금 또는 호환성 합금인 것이 양호하다. 기부 판(50)은 제1 표면(51) 및 대향 제2 표면(53)을 갖는다. 구멍(52)이 치밀한 매트릭스 패턴으로 제1 표면(51)으로부터 제2 표면(53)까지 기부 판(50)을 통해 기계 가공된다. 각각의 구멍(52)은 튜브 조립체(22)의 주 외경 D3보다 약간만 큰 주 내경을 갖는다. 따라서, 튜브 조립체(22)는 구멍(52) 내로 통과되어 구멍(52) 내에 일단 매우 작은 측방 간극을 가질 수 있다. 구멍(52)의 직경은 튜브 조립체(22) 상의 플레어 구조물(40)의 직경 D4보다 작다. 따라서, 플레어 구조물(40)은 튜브 조립체(22)가 구멍(52)을 완전히 통과하는 것을 방지한다.
각각의 구멍(52)은 기부 판(50)의 제1 표면(51)으로부터 그 내로 연장되는 카운터싱크 영역(55)을 갖는다. 카운터싱크 영역(55)은 용접 종단부(26)의 플레어 구조물(40)을 수용하는 크기로 형성된다. 도시된 실시예에서, 카운터싱크 영역(55)은 제1 표면(51)으로부터 구멍(52)을 향해 깔때기형으로 형성되는 경사형 표면(54)에 의해 한정된다. 경사형 표면(54)의 각도는 용접 종단부(26)의 플레어 구조물(40)의 외부측 경사형 표면(46)과 정합된다. 나아가, 카운터싱크 영역(55)의 깊이는 플레어 구조물(40)의 높이와 대체로 동일하다. 결국, 용접 종단부(26) 상의 플레어 구조물(40)은 플레어 구조물(40)이 구멍(52) 위로 연장되지 않으면서 대응하는 구멍(52)의 경사형 표면(54)에 대해 동일 높이로 장착된다.
도 6을 이제부터 참조하면, 용접 종단부(26)의 플레어 구조물(40)은 기부 판 구멍(52)의 경사형 표면(54)에 대해 장착된 상태로 도시되어 있다. 이것은 플레어 구조물(40)의 외부측 경사형 표면(46)과 구멍(52)의 상부에서의 경사형 표면(54)의 전체 길이 사이의 표면-표면 인접부를 유발한다.
도 6에서, 표면-표면 인접부가 또한 레이저 용접기(56)의 레이저 빔(12)에 의해 용접되는 것으로 도시되어 있다. 레이저 빔(12)은 적어도 경사형 표면(46)의 저부 정도의 깊이로 관통하는 표면-하부 용융 영역(16)을 생성하도록 작동된다. 그러나, 경사형 표면(46)은 중심부 근처에서 가장 깊고, 그 주연부에서 얕다. 결국, 매우 작은 에너지가 주연부 근처에서 요구된 용접부를 생성하는 데 필요하다. 경사형 표면(54)의 길이를 따른 표면-표면 접촉부는 표면-하부 용융 영역(16)에서 함께 용접된다. 표면-하부 용융 영역(16)은 주연부로부터 내향으로 이동될 수 있다. 이것은 매우 작은 오버플로를 생성하고, 용접 영역의 직경은 용접될 플레어 구조물(40)보다 크지 않다. 나아가, 용접 종단부(26)의 대부분이 기부 판(50)의 상부 위로 연장되지 않으므로, 레이저 용접은 기부 판(50)의 상부 표면(51) 아래로 유동되어 그에 걸쳐 퍼지는 용융 유동을 생성하지 않는다는 것이 이해될 것이다. 그 결과는 플레어 구조물(40)의 직경보다 약간만 큰 직경을 갖는 표면 용융 영역(18)이다.
레이저 빔(12)에 의해 생성되는 용융 영역(16, 18)은 상당히 효율적인 방식으로 생성된다. 따라서, 팔라듐 합금 튜브(24)에 용접 종단부(26)를 접합하는 브레이징은 용접으로부터 최소량의 열 및 응력만을 경험한다. 결과로서, 양호한 것으로서 품질 시험된 팔라듐 합금 튜브 조립체(22)는 레이저 용접 공정 전체에 걸쳐 그 상태로 일관되게 유지될 수 있다.
그러므로, 기부 판(50)의 구멍(52) 위의 경사형 표면(54) 그리고 용접 종단부(26) 상의 플레어 구조물(40)은 3개의 중요한 기능을 수행한다는 것이 이해될 것이다. 첫째로, 이들 특징부는 기부 판(50) 내로 정확한 깊이에 용접 종단부(26)를 고정하도록 결합된다. 둘째로, 이들 특징부는 용접에 의해 접합되는 긴 영역의 표면-표면 접촉부를 생성한다. 이것은 특히 강력하고 높은 품질의 용접부를 가져온다. 셋째로, 용접될 재료가 기부 판(50)의 상부 표면 위에 없으므로, 용접에 의해 생성되는 용융 영역은 작고, 기부 판(50) 상의 경사형 표면(54)의 직경보다 약간만 크다. 결국, 튜브 조립체(22)는 고도로 치밀한 패턴으로 공통의 기부 판(50) 내의 구멍(52)을 통해 용접될 수 있다.
또 다른 이익이 본 발명의 용접 종단부 및 경사형 구멍을 사용함으로써 얻어질 수 있다. 도 6을 재차 참조하면, 일부의 레이저 용접 시스템에서, 레이저 용접기(56)는 광학 표적 소프트웨어를 사용하여 제어된다는 것이 이해될 것이다. 이러한 시스템은 스테인리스강 등의 윤기있는 금속이 용접 중일 때에 이미징을 유지하기 어렵다. 이것은 레이저 빔 및 조사 광의 많은 에너지가 금속의 반사성에 의해 표적 시스템을 향해 재차 반사되기 때문이다.
용접 종단부(26)에는 내부측 경사형 표면(44)이 형성된다. 내부측 경사형 표면(44)은 수평선에 대해 예각으로 되어 있다. 광원(60)이 레이저 용접 유닛의 측면에 위치된다. 광원(60)은 내부측 경사형 표면(44)의 각도에 상보성인 각도로 광속(62)을 생성한다. 그 결과에 따르면, 내부측 경사형 표면(44)은 광학 표적 시스템(64)을 향해 수직으로 상향으로 광을 반사한다. 광학 표적 시스템(64)은 그에 따라 레이저 용접 공정 중에 더 양호한 표적 제어를 유지할 수 있다.
이전에 언급된 것과 같이, 수소 가스 처리기는 스테인리스강 튜브로써 제조되는 튜브 매트릭스를 또한 포함한다. 도 7을 참조하면, 스테인리스강 또는 하스텔로이®의 튜브(70)가 기부 판(72)에 직접적으로 용접되는 매트릭스의 세그먼트가 도시되어 있다. 이러한 실시예에서, 용접 종단부의 일부로서 이전에 예시된 플레어 구조물 치수가 각각의 튜브(70)의 단부 상으로 직접적으로 기계 가공될 수 있다. 기부 판(72)은 이전에 설명된 것과 동일한 경사형 구멍(74)을 갖는다. 튜브(70)는 구멍(74) 내로 통과되고, 여기에서 각각의 플레어 구조물(75)은 이전에 설명된 방식으로 경사형 구멍(74) 내로 장착된다. 플레어 구조물(75)은 그 다음에 이전에 설명된 것과 동일한 방식으로 기부 판(72)에 레이저 용접된다.
예시 및 설명된 본 발명의 실시예는 예시일 뿐이고, 통상의 기술자라면 이들 실시예에 대한 많은 변화를 수행할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예컨대, 도시된 최대 밀도 실시예 이외의 임의의 요구된 거리가 튜브들 사이에 형성될 수 있다. 나아가, 튜브 및 플레어 구조물의 직경은 기능적인 한계 내에서 변화될 수 있다. 마찬가지로, 둥근형 이외의 형상을 갖는 튜브 및 플레어 구조물이 사용될 수 있다. 예컨대, 정사각형 플레어를 갖는 정사각형 튜브가 사용될 수 있다. 모든 이러한 변화, 변형 및 대체 실시예는 특허청구범위에 의해 한정된 것과 같은 본 발명의 범주 내에 포함되도록 의도된다.

Claims (18)

  1. 튜브 매트릭스이며,
    제1 표면, 대향 제2 표면 그리고 상기 제1 표면으로부터 상기 제2 표면까지 연장되는 복수개의 구멍을 갖는 금속 기부 판으로서, 상기 복수개의 구멍으로부터의 각각의 구멍은 상기 제1 표면으로부터 상기 구멍 내로 깔때기형으로 형성되는 제1 각도 및 제1 깊이를 보유한 제1 경사형 표면을 갖는, 금속 기부 판과;
    복수개의 수소 투과성 금속 튜브 요소로서, 상기 복수개의 수소 투과성 금속 튜브 요소로부터의 각각의 수소 투과성 금속 튜브 요소는 제1 단부, 대향 제2 단부 그리고 상기 제1 단부에 근접한 플레어 구조물을 갖고, 상기 플레어 구조물은 제1 경사형 표면의 제1 각도 및 제1 깊이와 정합되는 제2 각도 및 제2 깊이를 보유한 제2 경사형 표면을 갖고, 그에 의해 플레어 구조물은 플레어 구조물이 구멍 위로 연장되지 않으면서 제1 경사형 표면에 대해 동일 높이에 장착되는, 복수개의 수소 투과성 금속 튜브 요소
    를 포함하고,
    상기 복수개의 수소 투과성 금속 튜브 요소는 상기 금속 기부 판 내의 상기 복수개의 구멍을 통해 연장되고, 각각의 상기 수소 투과성 금속 튜브 요소의 상기 제2 경사형 표면은 각각의 상기 수소 투과성 금속 튜브 요소가 통과되는 각각의 상기 구멍의 상기 제1 경사형 표면에 용접되고,
    상기 복수개의 수소 투과성 금속 튜브 요소의 각각의 상기 수소 투과성 금속 튜브 요소는 팔라듐 합금 튜브 그리고 상기 팔라듐 합금 튜브에 부착되는 용접 종단부를 포함하는 조립체이고, 상기 플레어 구조물은 상기 용접 종단부의 일부이고,
    상기 용접 종단부는 개방형 중심 도관 및 상기 개방형 중심 도관 내에 형성된 리지를 가지고,
    상기 팔라듐 합금 튜브는 상기 리지에 대해 장착되고,
    상기 금속 기부 판 및 상기 용접 종단부는 동일한 금속 합금으로부터 제조되는, 튜브 매트릭스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속 합금은 스테인리스강을 포함하는 튜브 매트릭스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 금속 합금은 비-반응성 금속 합금을 포함하는 튜브 매트릭스.
  4. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 구멍의 각각은 수소 투과성 금속 튜브 요소의 주 외경보다 수소 투과성 금속 튜브 요소가 통과할 정도로만 큰 주 내경을 갖는 튜브 매트릭스.
  5. 제1항에 있어서, 각각의 상기 플레어 구조물은 내부 모서리 및 외부 모서리를 보유한 평탄형 상부 표면을 갖고, 상기 제2 경사형 표면은 상기 평탄형 상부 표면의 상기 외부 모서리에서 시작되는 튜브 매트릭스.
  6. 제5항에 있어서, 상기 플레어 구조물의 상기 내부 모서리에서 시작되고 내향으로 깔때기형으로 형성되는 제3 경사형 표면을 추가로 포함하는 튜브 매트릭스.
  7. 튜브 매트릭스이며,
    비-반응성 금속 합금으로부터 제조되고 제1 표면, 대향 제2 표면 그리고 상기 제1 표면으로부터 상기 제2 표면까지 연장되는 복수개의 구멍을 갖는 기부 판으로서, 상기 복수개의 구멍의 각각의 구멍은 상기 제1 표면으로부터 상기 기부 판 내로 하강되는 카운터싱크 영역을 갖는, 기부 판과;
    복수개의 수소 투과성 튜브 요소로서, 상기 복수개의 수소 투과성 튜브 요소로부터의 각각의 수소 투과성 튜브 요소는 제1 단부, 대향 제2 단부 그리고 상기 제1 단부에 근접한 플레어 구조물을 갖고, 상기 플레어 구조물은 플레어 구조물이 구멍 위로 연장되지 않도록 상기 카운터싱크 영역 내에 완전히 수용되는 크기로 형성되는 복수개의 수소 투과성 튜브 요소
    를 포함하고,
    상기 복수개의 수소 투과성 튜브 요소는 상기 기부 판 내의 상기 복수개의 구멍을 통해 연장되고, 각각의 상기 수소 투과성 튜브 요소의 상기 플레어 구조물은 각각의 상기 수소 투과성 튜브 요소가 통과되는 각각의 상기 구멍의 상기 카운터싱크 영역 내에서 상기 기부 판에 용접되고,
    상기 복수개의 수소 투과성 튜브 요소는 기부 판과 동일한 비-반응성 금속 합금으로부터 제조되는 용접 종단부를 갖고, 각각의 플레어 구조물은 상기 용접 종단부 상으로 직접적으로 형성되고,
    상기 복수개의 수소 투과성 튜브 요소는 팔라듐 합금 튜브 그리고 상기 팔라듐 합금 튜브에 캡을 형성하는 용접 종단부를 포함하는 튜브 조립체이고, 상기 플레어 구조물의 각각은 상기 용접 종단부 상에 형성되고,
    상기 용접 종단부는 개방형 중심 도관 및 상기 개방형 중심 도관 내에 형성된 리지를 가지고,
    상기 팔라듐 합금 튜브는 상기 리지에 대해 장착되는 튜브 매트릭스.
  8. 제7항에 있어서, 각각의 비-반응성 금속 합금은 스테인리스강을 포함하는 튜브 매트릭스.
  9. 제7항에 있어서, 상기 비-반응성 금속 합금은 하스텔로이 합금을 포함하는 튜브 매트릭스.
  10. 제7항에 있어서, 각각의 상기 카운터싱크 영역은 상기 구멍을 향해 깔때기형으로 형성되는 제1 경사형 표면을 제공하는 튜브 매트릭스.
  11. 제10항에 있어서, 상기 플레어 구조물은 각각의 상기 카운터싱크 영역 내에서 상기 제1 경사형 표면에 대해 인접되는 제2 경사형 표면을 제공하는 튜브 매트릭스.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 경사형 표면 및 상기 제2 경사형 표면은 상기 카운터싱크 영역 내에서 함께 용접되는 튜브 매트릭스.
  13. 금속 튜브 매트릭스 시스템에서 사용되는 튜브 조립체이며,
    제1 단부 및 제2 단부를 갖는 팔라듐 합금 튜브와;
    상기 팔라듐 합금 튜브의 상기 제1 단부 위로 활주되는 짧은 튜브형 저부 단부, 그리고 평탄형 상부, 40˚ 내지 75˚인 예각으로 경사형인 외부 표면 그리고 20˚ 내지 45˚인 예각으로 경사형인 내부 표면을 보유한 플레어 구조물을 갖는 상부 단부를 포함하는 비-반응성 금속 합금으로부터 제조되는 용접 종단부로서, 내부 표면은 광속을 반사할 수 있는 윤기있는 금속 표면인, 용접 종단부
    를 포함하고,
    상기 용접 종단부는 개방형 중심 도관 및 상기 개방형 중심 도관 내에 형성된 리지를 가지고,
    상기 팔라듐 합금 튜브는 상기 리지에 대해 장착되는 튜브 조립체.
  14. 제13항에 있어서, 상기 용접 종단부는 스테인리스강을 포함하는 튜브 조립체.
  15. 제14항에 있어서, 상기 용접 종단부는 상기 저부 단부와 상기 플레어 구조물 사이에서 일정한 외경을 갖고, 상기 플레어 구조물은 상기 외경보다 큰 직경을 갖는 튜브 조립체.
  16. 제13항에 있어서, 상기 용접 종단부는 상기 팔라듐 합금 튜브와 연통되는 개방형 내부 도관을 한정하는 튜브 조립체.
  17. 제16항에 있어서, 상기 용접 종단부는 브레이징된 연결로써 상기 팔라듐 합금 튜브에 부착되는 튜브 조립체.
  18. 제17항에 있어서, 상기 플레어 구조물은 예각으로 상기 개방형 내부 도관 내로 깔때기형으로 형성되는 내부 경사형 표면을 또한 갖는 튜브 조립체.
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