KR102615029B1 - Heat exchanger and air conditioner including the same - Google Patents
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Abstract
열 교환기에 관한 발명으로, 보다 상세하게는 열교환기의 튜브 및 열교환핀이 전위차를 가지도록 설계된 알루미늄 합금재 열 교환기에 관한 발명이다.
일 측면에 따른 열교환기는 냉매가 유동하는 튜브, 튜브 표면에 결합되는 열교환핀 및 튜브와 열교환핀을 결합시키는 필러를 포함하고, 튜브는 희토류 금속을 포함하는 알루미늄 합금재로 마련되고, 열교환핀과 필러는, 실리콘(Si), 구리(Cu) 및 아연(Zn)을 포함하는 알루미늄 합금재로 마련될 수 있다. This invention relates to a heat exchanger, and more specifically, it relates to an aluminum alloy heat exchanger in which the tubes and heat exchange fins of the heat exchanger are designed to have a potential difference.
A heat exchanger according to one aspect includes a tube through which a refrigerant flows, a heat exchange fin coupled to the surface of the tube, and a filler combining the tube and the heat exchange fin. The tube is made of an aluminum alloy material containing a rare earth metal, and the heat exchange fin and the filler are may be made of an aluminum alloy material containing silicon (Si), copper (Cu), and zinc (Zn).
Description
열 교환기 및 이를 포함하는 공기조화기에 관한 발명으로, 보다 상세하게는 핀과 튜브가 전위차를 가지도록 설계된 알루미늄 합금재 열 교환기 및 이를 포함하는 공기조화기에 관한 발명이다. This invention relates to a heat exchanger and an air conditioner including the same. More specifically, it relates to an aluminum alloy heat exchanger designed so that fins and tubes have a potential difference, and an air conditioner including the same.
일반적으로 열교환기는 내부에 냉매가 유동하며 외부 공기와 열교환하는 튜브와, 방열 면적을 넓히도록 튜브에 접촉하는 열교환핀과, 튜브의 양단이 연통되는 헤더를 구비하여, 냉매를 외부 공기와 열교환시키는 장치이다. 열교환기는 증발기 또는 응축기를 포함하고, 냉매를 압축시키는 압축기와, 냉매를 팽창시키는 팽창밸브와 더불어 냉동 사이클 장치를 구성할 수 있다. Generally, a heat exchanger is a device that has a tube through which refrigerant flows inside and exchanges heat with the outside air, a heat exchange fin that contacts the tube to expand the heat dissipation area, and a header through which both ends of the tube communicate, and heat exchanges the refrigerant with the outside air. am. The heat exchanger may include an evaporator or a condenser, and may constitute a refrigeration cycle device with a compressor that compresses the refrigerant and an expansion valve that expands the refrigerant.
최근에는 가볍고 열전도성이 우수한 알루미늄이 열교환기의 튜브 및 열교환핀의 재질로 사용되고 있으며, 알루미늄의 내식성 확보를 위한 합금소재 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다. 뿐만 아니라 알루미늄의 내식성 확보를 위해 유/무기 코팅, 아연의 희생부식 설계 또는 핀의 희생부식 설계 등과 같은 연구가 수행되고 있다. Recently, aluminum, which is lightweight and has excellent thermal conductivity, is being used as a material for heat exchanger tubes and heat exchange fins, and research and development of alloy materials to secure the corrosion resistance of aluminum is actively underway. In addition, research is being conducted on organic/inorganic coatings, sacrificial corrosion design of zinc, or sacrificial corrosion design of pins to ensure corrosion resistance of aluminum.
일 측면은 튜브, 필러 및 열교환핀 순서로 높은 전위를 가지도록 설계되어 튜브재의 부식을 방지하도록 마련된 열 교환기 및 이를 포함하는 공기조화기를 제공하고자 한다. One aspect is to provide a heat exchanger designed to have a high potential in the order of the tube, filler, and heat exchange fin to prevent corrosion of the tube material, and an air conditioner including the same.
또한, 튜브의 재료를 희토류 금속을 포함하는 알루미늄 합금 재로 형성한 열 교환기 및 이를 포함하는 공기조화기를 제공하고자 한다.In addition, it is intended to provide a heat exchanger in which the tube material is made of an aluminum alloy material containing rare earth metals and an air conditioner including the same.
일 측면에 따른 열교환기는, 냉매가 유동하는 튜브; 튜브 표면에 결합되는 열교환핀; 및 튜브와 열교환핀을 결합시키는 필러;를 포함하고, 튜브는, 희토류 금속을 포함하는 알루미늄 합금재로 마련되고, 열교환핀과 필러는, 실리콘(Si), 구리(Cu) 및 아연(Zn)을 포함하는 알루미늄 합금재로 마련된다. A heat exchanger according to one aspect includes a tube through which a refrigerant flows; Heat exchange fins coupled to the tube surface; and a filler that couples the tube and the heat exchange fin. The tube is made of an aluminum alloy material containing a rare earth metal, and the heat exchange fin and the filler are made of silicon (Si), copper (Cu), and zinc (Zn). It is prepared with an aluminum alloy material containing.
또한, 튜브의 알루미늄 합금재는, 실리콘(Si), 철(Fe), 구리(Cu), 망간(Mn) 및 지르코늄(Zr)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.Additionally, the aluminum alloy material of the tube may further include at least one selected from the group including silicon (Si), iron (Fe), copper (Cu), manganese (Mn), and zirconium (Zr).
또한, 튜브의 알루미늄 합금재는, 전체 알루미늄 중량 대비 0.05 내지 0.2 중량부의 희토류 금속을 포함하고, 전체 알루미늄 중량 대비 0.05 내지 0.1 중량부의 실리콘(Si), 0.05 내지 0.2 중량부의 철(Fe), 0.05 내지 0.3 중량부의 구리(Cu), 0.05 내지 0.3 중량부의 망간(Mn) 및 0.01 내지 0.05 중량부의 지르코늄(Zr) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. In addition, the aluminum alloy material of the tube includes 0.05 to 0.2 parts by weight of rare earth metals relative to the total weight of aluminum, 0.05 to 0.1 parts by weight of silicon (Si), 0.05 to 0.2 parts by weight of iron (Fe), and 0.05 to 0.3 parts by weight compared to the total weight of aluminum. It may further include at least one of copper (Cu), 0.05 to 0.3 parts by weight of manganese (Mn), and 0.01 to 0.05 parts by weight of zirconium (Zr).
또한, 희토류 금속은, 이트륨(Y), 란탄(La), 세륨(Ce), 네오디뮴(Nd), 스칸듐(Sc) 및 이테르븀(Yb)을 포함하는 희토류 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. Additionally, the rare earth metal may include at least one selected from the rare earth group including yttrium (Y), lanthanum (La), cerium (Ce), neodymium (Nd), scandium (Sc), and ytterbium (Yb).
또한, 열교환핀은 튜브에 브레이징 용접된 것을 포함할 수 있다. Additionally, the heat exchange fin may include one brazed and welded to the tube.
또한, 튜브와 필러와 열교환핀의 전위가 순차적으로 낮아지도록 형성될 수 있다. Additionally, the electric potential of the tube, the filler, and the heat exchange fin may be formed to sequentially lower.
또한, 열교환핀은, 코어층과 코어층의 적어도 일면에 형성된 클래드층을 포함하고, 필러는, 열교환핀과 튜브의 브레이징 용접 시 클래드층이 용융되어 형성된 것을 포함할 수 있다. Additionally, the heat exchange fin may include a core layer and a clad layer formed on at least one surface of the core layer, and the filler may include one formed by melting the clad layer during brazing welding of the heat exchange fin and the tube.
또한, 필러는 열교환핀의 코어층에 비해 더 높은 전위를 가지는 것을 포함할 수 있다. Additionally, the filler may include one having a higher potential compared to the core layer of the heat exchange fin.
또한, 튜브와 열교환핀의 코어층은, 50 내지 80 mV 범위 내의 부식 전위를 형성하는 것을 포함할 수 있다. Additionally, the core layer of the tube and heat exchange fin may include forming a corrosion potential within the range of 50 to 80 mV.
또한, 열교환핀의 코어층은, 전체 알루미늄 중량 대비 0.1 내지 0.6 중량부의 실리콘(Si), 0.05 내지 0.2 중량부의 구리(Cu) 및 2.3 내지 2.7 중량부의 아연(Zn)을 포함하는 알루미늄 합금재로 마련될 수 있다. In addition, the core layer of the heat exchange fin is made of an aluminum alloy material containing 0.1 to 0.6 parts by weight of silicon (Si), 0.05 to 0.2 parts by weight of copper (Cu), and 2.3 to 2.7 parts by weight of zinc (Zn) relative to the total weight of aluminum. It can be.
또한, 필러는, 전체 알루미늄 중량 대비 6.8 내지 8.2 중량부의 실리콘(Si), 0.1 내지 0.25 중량부의 구리(Cu) 및 0.1 내지 0.2 중량부의 아연(Zn)을 포함하는 알루미늄 합금재로 마련될 수 있다. In addition, the filler may be made of an aluminum alloy material containing 6.8 to 8.2 parts by weight of silicon (Si), 0.1 to 0.25 parts by weight of copper (Cu), and 0.1 to 0.2 parts by weight of zinc (Zn) relative to the total weight of aluminum.
또한, 열교환핀과 필러 중 적어도 하나는, 철(Fe), 망간(Mn), 크롬(Cr), 지르코늄(Zr) 및 티타늄(Ti)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함하는 알루미늄 합금재로 마련될 수 있다. In addition, at least one of the heat exchange fin and the filler is an aluminum alloy material further containing at least one selected from the group including iron (Fe), manganese (Mn), chromium (Cr), zirconium (Zr), and titanium (Ti). It can be prepared with
또한, 열교환핀의 코어층은, 전체 알루미늄 중량 대비 0.1 내지 0.3 중량부의 철(Fe), 1.0 내지 1.5 중량부의 망간(Mn), 0.01 내지 0.1 중량부의 크롬(Cr), 0.01 내지 0.1 중량부의 지르코늄(Zr) 및 0.01 내지 0.1 중량부의 티타늄(Ti)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함하는 알루미늄 합금재로 마련될 수 있다. In addition, the core layer of the heat exchange fin contains 0.1 to 0.3 parts by weight of iron (Fe), 1.0 to 1.5 parts by weight of manganese (Mn), 0.01 to 0.1 parts by weight of chromium (Cr), and 0.01 to 0.1 parts by weight of zirconium ( It may be made of an aluminum alloy material further containing at least one selected from the group consisting of Zr) and 0.01 to 0.1 parts by weight of titanium (Ti).
또한, 필러는, 전체 알루미늄 중량 대비 0.6 내지 0.8 중량부의 철(Fe), 0.05 내지 0.1 중량부의 망간(Mn), 0.01 내지 0.1 중량부의 크롬(Cr), 0.01 내지 0.1 중량부의 지르코늄(Zr) 및 0.01 내지 0.1 중량부의 티타늄(Ti)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함하는 알루미늄 합금재로 마련될 수 있다.In addition, the filler is 0.6 to 0.8 parts by weight of iron (Fe), 0.05 to 0.1 parts by weight of manganese (Mn), 0.01 to 0.1 parts by weight of chromium (Cr), 0.01 to 0.1 parts by weight of zirconium (Zr), and 0.01 parts by weight relative to the total weight of aluminum. It may be prepared as an aluminum alloy material further containing at least one selected from the group containing from 0.1 parts by weight of titanium (Ti).
다음으로, 일 측면에 따른 열교환기는 냉매가 유동하는 튜브; 튜브 표면에 결합되는 열교환핀; 및 튜브와 열교환핀 사이에 마련되는 필러;를 포함하고, 튜브와 필러와 열교환핀의 전위가 순차적으로 낮아지도록 형성된다. Next, a heat exchanger according to one aspect includes a tube through which a refrigerant flows; Heat exchange fins coupled to the tube surface; and a filler provided between the tube and the heat exchange fin, and is formed so that the electric potential of the tube, the filler, and the heat exchange fin are sequentially lowered.
또한, 튜브와 열교환핀의 코어층은, 50 내지 80 mV 범위 내의 전위차를 가질 수 있다. Additionally, the core layer of the tube and the heat exchange fin may have a potential difference within the range of 50 to 80 mV.
또한, 튜브는, 희토류 금속을 포함하는 알루미늄 합금재로 마련된 것을 포함할 수 있다. Additionally, the tube may include one made of an aluminum alloy material containing a rare earth metal.
또한, 튜브의 알루미늄 합금재는, 실리콘(Si), 철(Fe), 구리(Cu), 망간(Mn) 및 지르코늄(Zr)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. Additionally, the aluminum alloy material of the tube may further include at least one selected from the group including silicon (Si), iron (Fe), copper (Cu), manganese (Mn), and zirconium (Zr).
또한, 튜브의 알루미늄 합금재는, 전체 알루미늄 중량 대비 0.05 내지 0.2 중량부의 희토류 금속을 포함하고, 전체 알루미늄 중량 대비 0.05 내지 0.1 중량부의 실리콘(Si), 0.05 내지 0.2 중량부의 철(Fe), 0.05 내지 0.3 중량부의 구리(Cu), 0.05 내지 0.3 중량부의 망간(Mn) 및 0.01 내지 0.05 중량부의 지르코늄(Zr) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.In addition, the aluminum alloy material of the tube includes 0.05 to 0.2 parts by weight of rare earth metals relative to the total weight of aluminum, 0.05 to 0.1 parts by weight of silicon (Si), 0.05 to 0.2 parts by weight of iron (Fe), and 0.05 to 0.3 parts by weight compared to the total weight of aluminum. It may further include at least one of copper (Cu), 0.05 to 0.3 parts by weight of manganese (Mn), and 0.01 to 0.05 parts by weight of zirconium (Zr).
또한, 희토류 금속은, 이트륨(Y), 란탄(La), 세륨(Ce), 네오디뮴(Nd), 스칸듐(Sc) 및 이테르븀(Yb)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. Additionally, the rare earth metal may include at least one selected from the group including yttrium (Y), lanthanum (La), cerium (Ce), neodymium (Nd), scandium (Sc), and ytterbium (Yb).
또한, 열교환핀과 필러는, 실리콘(Si), 구리(Cu) 및 아연(Zn)을 포함하는 알루미늄 합금재로 마련될 수 있다. Additionally, the heat exchange fins and fillers may be made of an aluminum alloy material containing silicon (Si), copper (Cu), and zinc (Zn).
또한, 열교환핀의 코어층은, 전체 알루미늄 중량 대비 0.1 내지 0.6 중량부의 실리콘(Si), 0.05 내지 0.2 중량부의 구리(Cu), 2.3 내지 2.7 중량부의 아연(Zn)을 포함하는 알루미늄 합금재로 마련될 수 있다. In addition, the core layer of the heat exchange fin is made of an aluminum alloy material containing 0.1 to 0.6 parts by weight of silicon (Si), 0.05 to 0.2 parts by weight of copper (Cu), and 2.3 to 2.7 parts by weight of zinc (Zn) relative to the total weight of aluminum. It can be.
또한, 필러는, 전체 알루미늄 중량 대비 6.8 내지 8.2 중량부의 실리콘(Si), 0.1 내지 0.25 중량부의 구리(Cu) 및 0.1 내지 0.2 중량부의 아연(Zn)을 포함하는 알루미늄 합금재로 마련될 수 있다. In addition, the filler may be made of an aluminum alloy material containing 6.8 to 8.2 parts by weight of silicon (Si), 0.1 to 0.25 parts by weight of copper (Cu), and 0.1 to 0.2 parts by weight of zinc (Zn) relative to the total weight of aluminum.
또한, 열교환핀과 필러 중 적어도 하나는, 철(Fe), 망간(Mn), 크롬(Cr), 지르코늄(Zr) 및 티타늄(Ti)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함하는 알루미늄 합금재로 마련될 수 있다. In addition, at least one of the heat exchange fin and the filler is an aluminum alloy material further containing at least one selected from the group including iron (Fe), manganese (Mn), chromium (Cr), zirconium (Zr), and titanium (Ti). It can be prepared with
또한, 열교환핀의 코어층은, 전체 알루미늄 중량 대비 0.1 내지 0.3 중량부의 철(Fe), 1.0 내지 1.5 중량부의 망간(Mn), 0.01 내지 0.1 중량부의 크롬(Cr), 0.01 내지 0.1 중량부의 지르코늄(Zr) 및 0.01 내지 0.1 중량부의 티타늄(Ti)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함하는 알루미늄 합금재로 마련될 수 있다. In addition, the core layer of the heat exchange fin contains 0.1 to 0.3 parts by weight of iron (Fe), 1.0 to 1.5 parts by weight of manganese (Mn), 0.01 to 0.1 parts by weight of chromium (Cr), and 0.01 to 0.1 parts by weight of zirconium ( It may be made of an aluminum alloy material further containing at least one selected from the group consisting of Zr) and 0.01 to 0.1 parts by weight of titanium (Ti).
또한, 필러는, 전체 알루미늄 중량 대비 0.6 내지 0.8 중량부의 철(Fe), 0.05 내지 0.1 중량부의 망간(Mn), 0.01 내지 0.1 중량부의 크롬(Cr), 0.01 내지 0.1 중량부의 지르코늄(Zr) 및 0.01 내지 0.1 중량부의 티타늄(Ti) 중 적어도 하나를 더 포함하는 알루미늄 합금재로 마련될 수 있다. In addition, the filler is 0.6 to 0.8 parts by weight of iron (Fe), 0.05 to 0.1 parts by weight of manganese (Mn), 0.01 to 0.1 parts by weight of chromium (Cr), 0.01 to 0.1 parts by weight of zirconium (Zr), and 0.01 parts by weight relative to the total weight of aluminum. It may be made of an aluminum alloy material further containing at least one of titanium (Ti) in an amount of 0.1 parts by weight.
다음으로, 일 측면에 따른 열교환기를 포함하는 공기조화기에 있어서, 열교환기는, 냉매가 유동하는 튜브; 튜브 표면에 결합되는 열교환핀; 및 튜브와 열교환핀을 결합시키는 필러;를 포함하고, 튜브는, 희토류 금속을 포함하는 알루미늄 합금재로 마련되고, 열교환핀과 필러는, 실리콘(Si), 구리(Cu) 및 아연(Zn)을 포함하는 알루미늄 합금재로 마련된다.Next, in an air conditioner including a heat exchanger according to one aspect, the heat exchanger includes: a tube through which a refrigerant flows; Heat exchange fins coupled to the tube surface; and a filler that couples the tube and the heat exchange fin. The tube is made of an aluminum alloy material containing a rare earth metal, and the heat exchange fin and the filler are made of silicon (Si), copper (Cu), and zinc (Zn). It is prepared with an aluminum alloy material containing.
또한, 튜브의 알루미늄 합금재는, 실리콘(Si), 철(Fe), 구리(Cu), 망간(Mn) 및 지르코늄(Zr)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.Additionally, the aluminum alloy material of the tube may further include at least one selected from the group including silicon (Si), iron (Fe), copper (Cu), manganese (Mn), and zirconium (Zr).
또한, 희토류 금속은, 이트륨(Y), 란탄(La), 세륨(Ce), 네오디뮴(Nd), 스칸듐(Sc) 및 이테르븀(Yb)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. Additionally, the rare earth metal may include at least one selected from the group including yttrium (Y), lanthanum (La), cerium (Ce), neodymium (Nd), scandium (Sc), and ytterbium (Yb).
또한, 튜브와 필러와 열교환핀의 전위가 순차적으로 낮아지도록 형성될 수 있다. Additionally, the electric potential of the tube, the filler, and the heat exchange fin may be formed to sequentially lower.
또한, 열교환핀은, 코어층과 코어층의 적어도 일면에 마련된 클래드층을 포함하고, 필러는, 열교환핀의 코어층에 비해 더 높은 전위를 가지는 것을 포함할 수 있다. Additionally, the heat exchange fin may include a core layer and a clad layer provided on at least one surface of the core layer, and the filler may include one having a higher potential compared to the core layer of the heat exchange fin.
또한, 튜브와 열교환핀의 코어층은, 50 내지 80 mV 범위 내의 부식 전위를 형성할 수 있다. Additionally, the core layer of the tube and heat exchange fin may form a corrosion potential within the range of 50 to 80 mV.
또한, 열교환핀과 필러 중 적어도 하나는, 철(Fe), 망간(Mn), 크롬(Cr), 지르코늄(Zr) 및 티타늄(Ti)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함하는 알루미늄 합금재로 마련될 수 있다. In addition, at least one of the heat exchange fin and the filler is an aluminum alloy material further containing at least one selected from the group including iron (Fe), manganese (Mn), chromium (Cr), zirconium (Zr), and titanium (Ti). It can be prepared with
일 측면에 따른 열 교환기에 의하면 튜브, 필러 및 열교환핀의 코어층 순서로 전위차 설계를 함으로써 열교환기 튜브재의 내식성을 향상시킬 수 있다. According to the heat exchanger according to one aspect, the corrosion resistance of the heat exchanger tube material can be improved by designing the potential difference in the order of the core layers of the tube, filler, and heat exchange fin.
보다 상세하게, 튜브재로 사용되는 소재의 합금화 설계 만으로 열교환기 튜브재의 내식성을 향상시킬 수 있다.More specifically, the corrosion resistance of the heat exchanger tube material can be improved simply by alloying the material used as the tube material.
또한, 핀과 튜브의 브레이징(brazing) 후 행해지는 코팅 비용을 절감할 수 있다.Additionally, the cost of coating performed after brazing fins and tubes can be reduced.
도 1은 일 실시 예에 따른 공기조화기의 외관을 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 공기조화기의 냉매의 흐름과 관련된 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 열교환기의 외관을 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 열교환기를 도시한 분해 사시도 이다.
도 5는 도 4의 A부분을 확대 도시한 도면이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 열교환기의 열교환핀과 튜브의 결합 예를 도시한 도면이다.
도 7은 복수의 튜브에 열교환핀을 브레이징 용접하는 과정을 도시한 도면이다.
도 8 및 도 9는 갈바니 부식에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일 실시 예에 따른 열교환기의 전위차 설계 예를 도시한 도면이다.
도 11은 일 실시 예에 따른 열교환기의 부식 과정을 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating the appearance of an air conditioner according to an embodiment.
Figure 2 is a diagram illustrating a configuration related to the flow of refrigerant in an air conditioner according to an embodiment.
Figure 3 is a diagram showing the appearance of a heat exchanger according to an embodiment.
Figure 4 is an exploded perspective view showing a heat exchanger according to an embodiment.
Figure 5 is an enlarged view of part A of Figure 4.
Figure 6 is a diagram showing an example of coupling a heat exchange fin and a tube of a heat exchanger according to an embodiment.
Figure 7 is a diagram showing the process of brazing and welding heat exchange fins to a plurality of tubes.
Figures 8 and 9 are diagrams to explain galvanic corrosion.
Figure 10 is a diagram illustrating an example of potential difference design of a heat exchanger according to an embodiment.
Figure 11 is a diagram illustrating a corrosion process of a heat exchanger according to an embodiment.
이하 첨부된 도면을 참조하여 열교환기의 실시 예에 대해 상세하게 설명한다. Hereinafter, an embodiment of a heat exchanger will be described in detail with reference to the attached drawings.
일반적으로 열교환기는 내부에 냉매가 유동하며 외부 공기와 열교환하는 튜브와, 방열 면적을 넓히도록 튜브에 접촉하는 열교환핀과, 튜브의 양단이 연통되는 헤더를 구비하여, 냉매를 외부 공기와 열교환시키는 장치이다. Generally, a heat exchanger is a device that has a tube through which refrigerant flows inside and exchanges heat with the outside air, a heat exchange fin that contacts the tube to expand the heat dissipation area, and a header through which both ends of the tube communicate, and heat exchanges the refrigerant with the outside air. am.
이러한 열교환기는 고온 액체와 저온 액체 사이에서 열 이동을 실시하는 범위 내에서 다양한 형태로 적용 가능할 수 있다. 예를 들어 열교환기는 폐열의 회수, 고온측 유체의 냉각, 저온측 유체의 가열, 증기의 응축 및 저온측 유체의 증발 등과 같은 여러 분야에 적용될 수 있다. These heat exchangers can be applied in various forms within the scope of performing heat transfer between high-temperature liquid and low-temperature liquid. For example, heat exchangers can be applied to various fields such as waste heat recovery, cooling of high-temperature fluids, heating of low-temperature fluids, condensation of vapor, and evaporation of low-temperature fluids.
이러한 열 교환기는 공기조화기, 냉장고 등을 포함하는 다양한 기기에 적용될 수 있다. 이하, 열 교환기에 대해 설명하기에 앞서 공기조화기를 예로 들어 열 교환기의 적용 예를 설명하도록 한다. These heat exchangers can be applied to various devices including air conditioners, refrigerators, etc. Hereinafter, before explaining the heat exchanger, an application example of the heat exchanger will be explained using an air conditioner as an example.
도 1은 일 실시 예에 따른 공기조화기의 외관을 도시한 도면이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 공기조화기의 냉매의 흐름과 관련된 구성을 도시한 도면이다.FIG. 1 is a diagram illustrating the exterior of an air conditioner according to an embodiment, and FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration related to the flow of refrigerant of the air conditioner according to an embodiment.
도 1에 도시된 바를 참조하면, 일 실시 예에 따른 공기조화기(200)는 실외 공간에 마련되어 실외 공기와 냉매 사이의 열교환을 수행하는 실외기(300)와, 실내 공간에 마련되어 실내 공기와 냉매 사이에 열교환을 수행하는 실내기(400)를 포함한다. Referring to FIG. 1, an
실외기(300)는 실외기(300)의 외관을 형성하는 본체(310), 실외기 본체(310)의 일측에 마련되어 열교환된 공기를 토출하는 실외기 토출구(311)를 포함한다. The
실내기(400)는 실내기(400)의 외관을 형성하는 실내기 본체(410)와, 실내기 본체(410)의 전면에 마련되어 열교환된 공기를 토출하는 실내기 토출구(411)와, 사용자로부터 공기조화기(200)에 대한 동작 명령을 입력받는 입력부(412)와, 공기조화기(200)의 동작 정보를 표시하는 표시부(413)를 포함할 수 있다. The
도 2에 도시된 바를 참조하면, 일 실시 예에 따른 공기조화기(200)는 실외기(300) 및 실내기(400)와 함께 실외기(300)와 실내기(400) 사이를 연결하며 기상 냉매가 유동하는 통로가 되는 가스관(P1)과 액상 냉매가 유동하는 통로가 되는 액관(P2)을 포함하며, 가스관(P1)과 액관(P2)은 실외기(300) 및 실내기(400) 내부로 연장된다. Referring to FIG. 2, the
실외기(300)는 냉매를 압축하는 압축기(310)와, 실외 공기와 냉매 사이의 열교환을 수행하는 실외 열교환기(320)와, 난방 또는 냉방 모드에 따라 압축기(310)에서 압축된 냉매를 실외 열교환기(320)와 실내기(400) 가운데 어느 하나로 선택적으로 안내하는 사방 밸브(330)와, 난방 모드 시에 실외 열교환기(320)로 안내되는 냉매를 감압하는 실외 팽창밸브(340)와, 미처 증발되지 못한 액상 냉매가 압축기(310)로 유입되는 것을 방지하는 어큐뮬레이터(350)를 포함한다. The
압축기(310)는 외부 전원으로부터 전기에너지를 공급받아서 회전하는 압축기 모터(미도시)의 회전력을 이용하여 저압의 기상 냉매를 고압으로 압축할 수 있다. The
사방 밸브(330)는 냉방 시에는 압축기(310)에서 압축된 냉매를 실외 열교환기(320)로 안내하고, 난방 시에는 압축기(310)에서 압축된 냉매를 실내기(400)로 안내한다. The four-
실외 열교환기(320)는 냉방 시에 압축기(310)에서 압축된 냉매를 응축하고, 난방 시에 실내기(400)에서 감압된 냉매를 증발시킨다. 이와 같은 실외 열교환기(320)는, 개시된 발명에 따른 열교환기(1)가 적용될 수 있다. 다시 말해 냉매가 유동하는 튜브(10), 튜브 표면에 결합되는 열교환핀(30)을 포함하고, 튜브(10)와 열교환핀(30)은 필러(36)에 의해 결합될 수 있다. 이하 전술한 바와 중복되는 설명은 생략하도록 한다. The
실외 팽창밸브(340)는 난방 모드 시에 냉매를 감압할 뿐만 아니라 실외 열교환기(320)에서 충분한 열교환이 이루어지도록 실외 열교환기(320)에 제공되는 냉매의 양을 조절할 수도 있다. 구체적으로 실외 팽창밸브(340)는 냉매가 좁은 유로를 통과하면 외부와의 열교환 없이도 압력이 감소하는 냉매의 교축(throttling) 작용을 이용하여 냉매를 감압할 수 있다. The
실내기(400)는 실내 공기로 냉매 사이의 열 교환을 수행하는 실내 열교환기(410)와, 냉방 시에 실내 열교환기(410)로 제공되는 냉매를 감압하는 실내 팽창밸브(420)를 포함한다. The
실내 열교환기(410)는 냉방 시에는 저압의 액상 냉매를 증발시키고, 난방시에는 고압의 기상 냉매를 응축할 수 있다. 이와 같은 실내 열교환기(320) 는, 개시된 발명에 따른 열교환기(1)가 적용될 수 있으며, 설명의 편의상 전술한 바와 중복되는 설명은 생략하도록 한다. The
실내 팽창밸브(320)는 교축 작용을 이용하여 냉매를 감압할 뿐만 아니라 실내 열교환기(410)에서 충분한 열교환이 이루어지도록 실외 열교환기(320)에 제공되는 냉매의 양을 조절할 수 있다. The
이상에서는 일 실시 예에 따른 열교환기(1)가 공기조화기(200)에 적용된 예에 대해 설명하였다.In the above, an example in which the
다음으로, 개시된 발명에 따른 열교환기(1)에 대해 보다 상세하게 설명한다.Next, the
도 3은 일 실시 예에 따른 열교환기의 외관을 도시한 도면이고, 도 4는 일 실시 예에 따른 열교환기를 도시한 분해 사시도 이고, 도 5는 도 4의 A 부분을 확대 도시한 도면이고, 도 6는 일 실시 예에 따른 열교환기의 열교환핀과 튜브의 결합 예를 도시한 도면이다.FIG. 3 is a view showing the appearance of a heat exchanger according to an embodiment, FIG. 4 is an exploded perspective view showing a heat exchanger according to an embodiment, FIG. 5 is an enlarged view of portion A of FIG. 4, and FIG. 6 is a diagram showing an example of coupling a heat exchange fin and a tube of a heat exchanger according to an embodiment.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 일 실시 예에 따른 열교환기(1)는 복수의 튜브(10), 헤더(20a, 20b) 및 복수의 열교환핀(30)을 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 3 to 6 , the
복수의 튜브(10)는 서로 나란히 배치될 수 있으며, 유체인 냉매가 유동할 수 있도록 내부에 채널이 형성될 수 있다. 아울러, 복수의 튜브(10)는 결합되어 튜브 어셈블리를 형성할 수 있다.The plurality of
냉매는 기체 상태에서 액체 상태로 상 변화(압축)하면서 외부 공기와 열교환 하거나, 액체상태에서 기체상태로 상 변화(팽창)하면서 외부 공기와 열교환할 수 있다. 냉매가 기체 상태에서 액체 상태로 상 변화 할 때 열교환기(1)는 응축기로 사용될 수 있으며, 냉매가 액체 상태에서 기체 상태로 상 변화 할 때 열교환기(1)는 증발기로 사용될 수 있다.The refrigerant can exchange heat with external air while changing phase from a gaseous state to a liquid state (compression), or exchange heat with external air while changing phase from a liquid state to a gaseous state (expansion). When the refrigerant changes phase from a gaseous state to a liquid state, the
복수의 튜브(10)는 압출 및 사출 성형될 수 있으며, 이하 설명의 편의상 복수의 튜브(10)가 사출 성형된 경우를 예로 들어 설명한다. 실시 예에 따라 복수의 튜브(10) 양 단부에는 연결부재가 결합될 수 있다. 연결부재(12)는 복수의 튜브(10)의 양 단부에 결합되어 튜브 어레이를 형성할 수 있다. 연결부재는 복수의 튜브(10)와 별도의 구성일 수 있으나, 실시 예에 따라 연결부재가 복수의 튜브(10)와 일체로 사출 성형될 수도 있다.The plurality of
헤더(20a, 20b)는 연결 부재의 외측에 결합되는 제 1 헤더(20a) 및 제 2 헤더(20b)를 포함할 수 있다. 제 1 헤더(20a)는 제 1 방향을 향하고, 제 2 헤더(20b)는 제 2 방향(B)을 향하도록 튜브(10)의 외측에 결합될 수 있다. 제 1 헤더(20a) 및 제 2 헤더(20b)는 상호 일정 간격으로 이격 되도록 배치될 수 있으며, 제 1 헤더(20a) 및 제 2 헤더(20b) 사이에는 복수 개의 튜브(10)가 배치될 수 있다.The
제 1 헤더(20a)에는 제 1 방향(D1)을 향하는 복수의 튜브(10)의 일단부가 연결될 수 있고, 제 2 헤더(20b)에는 제 2 방향(D2)을 향하는 복수의 튜브(10)의 다른 단부가 연결될 수 있다. 다만 헤더(20a, 20b) 및 복수의 튜브(10)의 배치 구조가 전술한 예에 한정되는 것은 아니다.One end of a plurality of
제 1 헤더(20a)는 유입 헤더(21) 및 유출 헤더(22)를 포함할 수 있으며, 유입 헤더(21)에는 복수의 튜브(10)를 향하여 냉매가 유입되는 유입구가 형성되고 유출 헤더(22)에는 복수의 튜브에서 냉매가 유출되는 유출구가 형성될 수 있다. The
실시 예에 따라 유입 헤더와 유출 헤더가 서로 다른 방향을 향하도록 유입 헤더(21)가 제 2 헤더(20b)에 마련되거나 유출 헤더(22)가 제 2 헤더(20b)에 마련될 수 있음은 물론이다.Depending on the embodiment, the
열교환핀(30)은 튜브(10) 내부에 형성된 채널을 따라 유동하는 냉매와 외부 공기가 효율적으로 열을 교환할 수 있도록 복수의 튜브(10) 사이에 개재될 수 있다. 즉, 열교환핀(30)은 열교환 공간에서 튜브(10)와 접촉되도록 배치될 수 있다.The
복수의 열교환핀(30)과 복수의 튜브(10)가 접촉되는 부분은 브레이징 용접에 의해 고정될 수 있다. 브레이징 용접은 필러 메탈(filler metal)을 고온에서 용융시켜 용접하는 방식으로, 이 때 필러 메탈(filler metal)은 피접착제 보다 저용융점의 것이 사용될 수 있다.The portion where the plurality of
이하 도 7을 참조해 튜브(10)와 열교환핀(30) 의 결합 형태에 대해 보다 상세하게 설명한다. 도 7은 복수의 튜브(10)에 열교환핀(30)을 브레이징 용접하는 과정을 도시한 도면이다. Hereinafter, the combination form of the
도 7에 도시된 바를 참조하면 열교환핀(30)은 복수회 절곡된 형상으로 마련될 수 있다. 보다 상세하게 열교환핀(30)은 제 1 방향으로 상향경사진 제 1 경사면과 제 1경사면으로부터 연장되어 제 1 방향으로 하향경사진 제 2 경사면을 포함할 수 있다. 여기서 제 1 방향은 튜브(10)와 열교환핀(30)의 접촉부를 따라 열교환핀(30)이 연장된 방향으로 정의한다. 열교환핀(30)은 제 1 경사면과 제 2 경사면이 복수 개가 결합되어 지그재그 형상으로 마련될 수 있다. 실시 예에 따라 열교환핀(30)은 외부 공기와 접촉되는 면을 증가시키기 위해 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 제 1 경사면과 제 2 경사면이 연결되어 절곡되는 부분이 튜브(10)와의 접촉부(10a)의 내측면에 접촉되어 열 교환이 일어나도록 설치될 수 있다. Referring to Figure 7, the
열교환핀(30)의 핀재는 고온에서 납땜 가능한 브레이징 시트형 핀재일 수 있다. 이러한 브레이징 시트(S)는 코어층(32) 및 코어층(32)의 일면 또는 양면에 형성된 클래드층(34)을 포함할 수 있다.The fin material of the
코어층(32)의 일면에 클래드층(34)이 형성된 경우, 튜브(10)와 열교환핀(30)의 브레이징 용접 시 클래드층(34)의 클레드면과 튜브(10)가 마주보는 상태에서 브레이징 용접을 수행할 수 있다. 실시 예에 따라 복수의 튜브(10) 사이에 열교환핀(30)을 개재할 경우 코어층(32)의 양면에 클래드층(34)을 형성함이 바람직하다. When the clad
브레이징 용접 과정에서 클래드층(34)에 고온의 열이 가해질 수 있으며, 이에 클래드층(34)이 용융되어 튜브(10)와 열교환핀(30)의 접촉부(10a)를 고정시킬 수 있다. 이하, 열교환핀(30)의 클래드층(34)이 용융되어 열교환핀(30)의 코어층(32)와 튜브(10) 사이에 형성된 결합 부위를 필러(36)라 정의한다. During the brazing welding process, high temperature heat may be applied to the clad
필러(36)는 열교환핀(30)의 클래드층(34)이 용융되어 형성된 것으로 그 구성 성분은 클래드층(34)과 동일할 수 있다. 다시 말해, 클래드층(34)이 용융되어 형성된 알루미늄 합금재가 필러 메탈이 되어 필러를 형성할 수 있다. 다만, 실시 예에 따라 용융 과정에서 가해지는 열에 의해 클래드층(34)의 전위값과 필러(36)의 전위 값이 미세하게 차이를 나타낼 수 있으며, 그밖에 다른 물리적 특징들이 달라질 수 있음은 물론이다. The
개시된 발명에 따른 열교환기(1)는 열교환기(1)의 튜브재 및 핀재에 첨가되는 합금원소 성분을 최적화함으로써 튜브(10)의 전극 전위를 높게 형성하여 튜브의 내부식성을 향상시키는 것을 목적으로 한다. 다시 말해, 열교환핀(30)의 전극 전위를 낮게 형성하여 열교환핀(30)의 희생부식을 유도할 수 있으며, 결과적으로 튜브재의 보호를 유도할 수 있다. The purpose of the heat exchanger (1) according to the disclosed invention is to improve the corrosion resistance of the tube by forming a high electrode potential of the tube (10) by optimizing the alloy element component added to the tube material and fin material of the heat exchanger (1). do. In other words, by setting the electrode potential of the
이와 같은 열교환핀(30)의 희생 부식을 갈바니 부식(Galvanic corrosion, 또는 이종금속 접촉부식)이라 하며, 이하 이해를 돕기 위해 도 8 및 도 9를 참조해 갈바니 부식에 대해 보다 상세하게 설명한다. Such sacrificial corrosion of the
갈바니 부식은 서로 다른 금속이 접촉하여 한쪽 금속이 다른 쪽 금속의 산화를 촉진시킴으로써 일어나는 부식으로, 서로 다른 금속이 가지고 있는 고유의 전기 전위 차이로 인해 발생될 수 있다. 구체적으로, 서로 다른 금속이 전기적으로 접속된 상태에서 전해질 용액에 접촉하면 부식 전지가 형성되는데, 이 때 전위가 낮은 쪽의 금속이 애노드(anode)가 되어 부식이 촉진되게 되고, 전위가 높은 쪽의 금속이 캐소드(cathode)가 되어 보호되게 된다.Galvanic corrosion is corrosion that occurs when different metals come into contact and one metal accelerates the oxidation of the other metal. It can occur due to differences in the inherent electrical potential of the different metals. Specifically, when different metals are electrically connected and come into contact with an electrolyte solution, a corrosion cell is formed. At this time, the metal with a lower potential becomes an anode and corrosion is accelerated, and the metal with a higher potential becomes an anode and accelerates corrosion. The metal becomes a cathode and is protected.
도 8에 도시된 바를 참조하면, 아연(Zn)과 철(Fe)이 접촉할 경우 상대적으로 전위가 낮은 아연(Zn)이 애노드가 되어 아연(Zn)의 부식이 촉진될 수 있으며, 상대적으로 전위가 높은 철(Fe)이 캐소드가 되어 철(Fe)의 부식이 방지될 수 있다. 구체적으로, 아연(Zn)에서 철(Fe) 방향으로 전자(e-)가 이동하게 되고, 이온화된 아연(Zn^2+)은 전해질 용액에 용해되게 된다. 즉, 철(Fe)보다 아연(Zn)이 먼저 부식되게 되며, 결과적으로 음극 보호에 의해 철(Fe)의 부식을 늦출 수 있다.Referring to Figure 8, when zinc (Zn) and iron (Fe) come into contact, zinc (Zn), which has a relatively low potential, becomes an anode and corrosion of zinc (Zn) can be promoted, and the corrosion of zinc (Zn) can be promoted. Iron (Fe) with a high value becomes a cathode and corrosion of iron (Fe) can be prevented. Specifically, electrons (e-) move from zinc (Zn) to iron (Fe), and ionized zinc (Zn^2+) is dissolved in the electrolyte solution. In other words, zinc (Zn) corrodes before iron (Fe), and as a result, corrosion of iron (Fe) can be slowed down by cathodic protection.
도 9에 도시된 바를 참조하면, 구리(Cu)와 철(Fe)이 접촉할 경우 상대적으로 전위가 낮은 철(Fe)이 애노드가 되어 부식이 촉진될 수 있으며, 상대적으로 전위가 높은 구리(Cu)가 캐소드가 되어 구리(Cu)의 부식이 방지될 수 있다. 구체적으로, 철(Fe)에서 구리(Cu) 방향으로 전자(e-)가 이동하게 되고, 이온화된 철 (Fe^2+)은 전해질 용액에 용해되게 된다. 즉, 구리(Cu)보다 철(Fe)이 먼저 부식되게 되며 결과적으로 음극 보호에 의해 구리(Cu)의 부식을 늦출 수 있다.Referring to Figure 9, when copper (Cu) and iron (Fe) come into contact, iron (Fe) with a relatively low potential becomes an anode and corrosion can be promoted, and copper (Cu) with a relatively high potential becomes an anode. ) becomes the cathode and corrosion of copper (Cu) can be prevented. Specifically, electrons (e-) move from iron (Fe) to copper (Cu), and ionized iron (Fe^2+) is dissolved in the electrolyte solution. In other words, iron (Fe) corrodes before copper (Cu), and as a result, corrosion of copper (Cu) can be slowed down through cathodic protection.
도 8 및 도 9에 도시된 바를 종합하면, 아연(Zn), 철(Fe), 구리(Cu) 순서로 금속의 고유 전위가 낮으며, 따라서 아연(Zn), 철(Fe) 및 구리(Cu)가 서로 접촉할 경우 아연의 부식이 가장 빠르게 일어날 수 있음을 확인할 수 있다. Summarizing what is shown in Figures 8 and 9, the intrinsic potential of metals is low in the order of zinc (Zn), iron (Fe), and copper (Cu), and therefore zinc (Zn), iron (Fe), and copper (Cu) ) can be confirmed that corrosion of zinc can occur most quickly when they come into contact with each other.
전술한 부식 작용을 역이용하면 금속의 부식을 막을 수도 있는데, 이를 음극 보호라 한다. 본 실시 예에 따른 열교환기(1)는 음극 보호 방법에 의해 튜브(10)의 부식을 막을 수 있다. 보다 상세하게, 열교환기(1)의 튜브(10)와 열교환핀(30)의 코어층(32)이 약 50 내지 80 mV 범위의 전위차를 가지도록 설계함으로써 튜브재를 보호할 수 있다. 다만, 전술한 수치 범위는 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기 위한 것이며, 발명의 기술적 사상이 전술한 수치 범위에 의해 한정되는 것은 아니다.Corrosion of metals can be prevented by reversing the corrosion action described above, and this is called cathodic protection. The
전위차 설계와 관련해, 튜브(10)와 코어층(32)의 전위차가 지나치게 큰 경우 열교환핀(30)의 부식이 가속화되어 튜브(10)가 부식되는 것을 막기 어려울 수 있으며, 튜브(10)와 코어층(32)의 전위차가 지나치게 적을 경우 열교환핀(30)과 튜브(10)의 부식이 동시에 진행되어 결과적으로 튜브(10)의 보호가 어려울 수 있다. 이에, 튜브(10)의 부식을 막기 위해서는 튜브(10)와 코어층(32) 간에 갈바닉 쌍의 형성 시 튜브(10)와 코어층(32) 사이에 형성되는 부식 전위를 일정 범위 내에서 조절할 필요가 있다.Regarding the potential difference design, if the potential difference between the
같은 이유로 코어층(32)과 필러(36), 필러(36)와 튜브(10) 표면, 그리고 튜브(10) 표면과 튜브(10) 내부 사이에 형성되는 부식 전위 역시 적절하게 조절할 필요가 있다. 일 예에 따르면 코어층(32)과 필러(36), 필러(36)와 튜브(10) 표면, 튜브(10) 표면과 튜브(10) 내부 사이에 형성되는 부식 전위는 각각 10 내지 30 mV 범위로 형성될 수 있다. 다만, 전술한 수치 범위는 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기 위한 것이며, 발명의 기술적 사상이 전술한 수치 범위에 의해 한정되는 것은 아니다.For the same reason, the corrosion potential formed between the
개시된 발명에서는 튜브(10)와, 필러(36)와, 코어층(32) 간에 형성되는 전위차를 조절하기 위해 각각의 알루미늄 합금재에 다양한 물질들을 여러 조성비로 첨가할 수 있다. 이하, 알루미늄 합금재의 조성 비에 대해 구체적으로 설명한다. In the disclosed invention, various materials can be added at various composition ratios to each aluminum alloy material to adjust the potential difference formed between the
먼저, 일 실시 예에 따른 열교환기(1)용 튜브(10)의 알루미늄 합금재 성분에 대해 설명하도록 한다. First, the aluminum alloy material components of the
일 실시 예에 따른 열교환기(1)용 튜브(10)는 알루미늄 합금재로 마련될 수 있다. 일반적으로 알루미늄 재료는 가볍고 내구성이 큰 특성을 가지며, 특히 튜브(10)의 소재로 주로 사용되는 알루미늄 재료는 높은 강도와 내식성을 가지는 알루미늄-망간계(A3XXX) 재료일 수 있다. 예를 들어 A3102과 같은 알루미늄 재료가 사용될 수 있으며, 다만 튜브(10)의 소재로 사용되는 알루미늄 재료의 예가 전술한 예에 한정되는 것은 아니다.The
열교환기(1)용 튜브(10)는 전술한 알루미늄 재료를 베이스 재료로 하여 희토류 금속을 포함할 수 있으며, 실시 예에 따라 실리콘(Si), 철(Fe), 구리(Cu), 망간(Mn) 및 지르코늄(Zr)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. The
이러한 성분들은 튜브(10)의 전위를 높게 형성하도록 하는 목적 범위 내에서 그 첨가되는 양을 적절하게 조절할 수 있다. 구체적으로, 알루미늄 합금재는 전체 알루미늄 중량 대비 0.05 내지 0.2 중량부의 희토류 금속을 포함할 수 있으며, 실시 예에 따라 전체 알루미늄 중량 대비 0.05 내지 0.1 중량부의 실리콘(Si), 0.05 내지 0.2 중량부의 철(Fe), 0.05 내지 0.3 중량부의 구리(Cu), 0.05 내지 0.3 중량부의 망간(Mn) 및 0.01 내지 0.05 중량부의 지르코늄(Zr) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.The amount of these components added can be appropriately adjusted within the target range for forming a high potential of the
이하, 튜브(10)를 형성하는 알루미늄 합금재에 포함되는 각 성분들의 성질 및 각 성분들의 함량 제어 이유에 대해 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the properties of each component included in the aluminum alloy material forming the
먼저, 알루미늄 합금 튜브재는 희토류 금속을 포함한다.First, the aluminum alloy tube material contains rare earth metals.
일반적으로 희토류는 화학적으로 매우 안정하고, 건조한 공기에도 잘 견디며, 열을 잘 전도하는 특징이 있다. 개시된 발명에서는 알루미늄 합금 튜브재에 희토류 금속을 첨가함으로써 철(Fe), 망간(Mn), 구리(Cu) 등의 첨가에 따른 입계 부식의 민감성을 감소시킬 수 있다. In general, rare earth elements are chemically very stable, withstand dry air well, and conduct heat well. In the disclosed invention, the susceptibility to intergranular corrosion due to the addition of iron (Fe), manganese (Mn), copper (Cu), etc. can be reduced by adding rare earth metals to the aluminum alloy tube material.
구체적으로, 알루미늄 합금 튜브재 내에 철(Fe), 망간(Mn), 구리(Cu) 등의 함량을 증가시킬 경우 튜브재 계면에서 석출상이 형성될 수 있다. 다시 말해, 튜브재의 결정 경계(grain boundary)에서 Al2Cu, Al3Fe와 같은 금속간 화합물을 형성할 수 있는데, 결정 경계에서 이와 같은 금속간 화합물이 형성될 경우 피팅 부식(pitting corrosion)이 유발될 수 있다.Specifically, when the content of iron (Fe), manganese (Mn), copper (Cu), etc. in the aluminum alloy tube material is increased, a precipitate phase may be formed at the interface of the tube material. In other words, intermetallic compounds such as Al2Cu and Al3Fe can be formed at the grain boundary of the tube material, and if such intermetallic compounds are formed at the grain boundary, pitting corrosion may be caused.
피팅은 국부적인 부식으로 금속 표면에 구멍이나 피트(pit)를 생성시키는 부식을 의미한다. 실시 예에 따라 이러한 부식 형태가 유용한 경우가 있을 수 있으나, 열교환기(1)의 튜브재에서 피팅 부식이 발생될 경우 열교환기(1)의 내구성을 저하시킬 우려가 있는 바, 개시된 발명에 따른 열교환기(1)에서는 이러한 부식을 최소화 하도록 함이 바람직하다. Pitting refers to corrosion that creates holes or pits on the metal surface through localized corrosion. Depending on the embodiment, there may be cases where this form of corrosion is useful, but if pitting corrosion occurs in the tube material of the heat exchanger (1), there is a risk of deteriorating the durability of the heat exchanger (1), so the heat exchanger according to the disclosed invention In group (1), it is desirable to minimize this corrosion.
작은 피트는 부식 생성물로 덮여 있는 경우가 일반적이므로 발견이 어렵고 피트의 수와 깊이도 다양해 피팅에 의한 손상을 수치화하기는 어렵다. 또한, 피팅은 대개 잠복기를 필요로 하지만, 한번 시작되면 증가되는 속도가 가속화 될 수 있다. 따라서 이러한 피팅을 피하기 위해서는 피팅 부식의 경향을 가지고 있지 않은 새로운 재료를 사용하거나, 부식 저항이 강한 재료를 사용함이 바람직하다. Small pits are usually covered with corrosion products, making them difficult to detect, and the number and depth of pits vary, making it difficult to quantify damage caused by pitting. Additionally, fitting usually requires an incubation period, but once initiated, the rate of increase can be accelerated. Therefore, in order to avoid such pitting, it is desirable to use a new material that does not have a tendency to pitting corrosion, or to use a material with strong corrosion resistance.
이에, 개시된 발명에 따른 알루미늄 합금 재료는 피팅 부식을 피하기 위해 희토류 금속을 첨가하고, 그 함량을 조절함으로써 합금재 내에서 철(Fe), 망간(Mn) 또는 구리(Cu) 원소와 알루미늄 성분 간에 금속간 화합물이 형성되는 것을 막을 수 있다. 개시된 발명에 따른 알루미늄 조성물에 사용되는 희토류 금속은 이트륨(Y), 란탄(La), 세륨(Ce), 네오디뮴(Nd), 스칸듐(Sc) 및 이테르븀(Yb)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만, 사용 가능한 희토류 금속의 예가 이에 한정되는 것은 아니다.Accordingly, the aluminum alloy material according to the disclosed invention adds a rare earth metal and adjusts its content to avoid pitting corrosion, thereby forming a metal gap between the iron (Fe), manganese (Mn), or copper (Cu) elements and the aluminum component in the alloy material. It can prevent liver compounds from forming. The rare earth metal used in the aluminum composition according to the disclosed invention is at least one selected from the group including yttrium (Y), lanthanum (La), cerium (Ce), neodymium (Nd), scandium (Sc), and ytterbium (Yb). It can be included. However, examples of rare earth metals that can be used are not limited to this.
희토류 금속들 중 이트륨(Y)을 예로 들어 그 동작 원리에 대해 설명한다. 실시 예에 따라 알루미늄 합금재 내에는 알루미늄의 내식성을 향상시키기 위해 이트륨(Y)이 소량 첨가될 수 있다. Among rare earth metals, yttrium (Y) is used as an example to explain its operating principle. Depending on the embodiment, a small amount of yttrium (Y) may be added to the aluminum alloy material to improve the corrosion resistance of aluminum.
이트륨(Y)이 알루미늄 합금재 내에 첨가될 경우, Al3Y는 튜브재의 결정 경계(grain boundary)에서 Al2Cu, Al3Fe와 같은 금속간 화합물이 생성되는 것을 완화시켜 피팅 부식(Pitting corrosion)의 발생을 억제하며, 튜브 표면에서 Al2O3와 같은 부동태피막(Passive Film)의 박리를 막아 부식환경에서 내식성을 향상시킬 수 있다. When yttrium (Y) is added to an aluminum alloy material, Al3Y suppresses the occurrence of pitting corrosion by mitigating the formation of intermetallic compounds such as Al2Cu and Al3Fe at the grain boundary of the tube material. It can improve corrosion resistance in corrosive environments by preventing peeling of passive films such as Al2O3 from the tube surface.
한편, 알루미늄 합금재가 희토류를 다량 함유할 경우 희토류와 알루미늄 합금내 내의 다른 금속 성분들 간에 금속간 반응이 일어날 수 있으며, 결과적으로 알루미늄의 기계적 성질이 저하될 수 있다. 이에, 이러한 점을 고려해 알루미늄 합금재에 포함되는 희토류의 상한치 범위를 적절하게 조절함이 바람직하다.Meanwhile, when an aluminum alloy material contains a large amount of rare earth elements, intermetallic reactions may occur between the rare earth elements and other metal components within the aluminum alloy, and as a result, the mechanical properties of aluminum may deteriorate. Therefore, taking this into consideration, it is desirable to appropriately adjust the upper limit range of rare earth elements contained in aluminum alloy materials.
또한, 알루미늄 합금재는 실리콘(Si)을 포함할 수 있다.Additionally, the aluminum alloy material may contain silicon (Si).
실리콘(Si)은 알루미늄의 원료광석인 보크사이트(Bauxite)에 4 내지 10 중량부 실리카(Silica) 형태로 포함되어 있는 공업용 알루미늄의 주된 불순물 원소로, 유동성과 주조성을 높이기 위해 주조재료에 첨가되어 주조재료의 압출성을 높이고 주조결함을 낮출 수 있다. 다만, 실리콘(Si)의 함량이 지나치게 높을 경우 주조 재료의 압출성이 낮아져 주조 결함이 발생할 수 있는 바, 실리콘(Si) 함량의 상한선은 전체 알루미늄 중량 대비 0.1 중량부 이하로 조절됨이 바람직하다.Silicon (Si) is the main impurity element of industrial aluminum contained in the form of 4 to 10 parts by weight silica in bauxite, the raw material ore of aluminum, and is added to casting materials to increase fluidity and castability. It can increase the extrudability of the material and reduce casting defects. However, if the content of silicon (Si) is too high, the extrudability of the casting material may decrease and casting defects may occur. Therefore, the upper limit of the silicon (Si) content is preferably adjusted to 0.1 part by weight or less relative to the total weight of aluminum.
또한, 알루미늄 합금재는 철(Fe)을 포함할 수 있다.Additionally, the aluminum alloy material may contain iron (Fe).
철(Fe)은 알루미늄의 원료광석인 보크사이트(Bauxite)에 10 내지 30 중량부 산화철 형태로 포함되어 있는 공업용 알루미늄의 주된 불순물 원소로, 알루미늄 합금재에 첨가되는 철(Fe)의 함량은 전체 알루미늄 중량 대비 0.1 중량부 이하로 조절될 수 있다. Iron (Fe) is the main impurity element of industrial aluminum contained in the form of 10 to 30 parts by weight iron oxide in bauxite, a raw material ore of aluminum. The content of iron (Fe) added to aluminum alloy materials is equal to that of all aluminum. It can be adjusted to less than 0.1 part by weight.
알루미늄 합금재 내에 철(Fe)은 Al3Fe, Al7Cu2Fe와 같은 금속간화합물을 형성하여, 함량이 높을수록 튜브(10)의 내식성을 감소시키므로, 철(Fe) 함량의 상한선은 0.1 중량부 이하로 조절될 수 있다. Iron (Fe) in the aluminum alloy material forms intermetallic compounds such as Al3Fe and Al7Cu2Fe, and the higher the content, the lower the corrosion resistance of the
또한, 알루미늄 합금 튜브재는 망간(Mn)을 포함할 수 있다. Additionally, the aluminum alloy tube material may contain manganese (Mn).
망간(Mn)은 석출물 입자의 크기가 균일하게 마련되도록 제어함으로써 조직을 미세화시키고, 튜브재의 강도를 증가시킬 수 있다. 이에, 신뢰할만한 합금 튜브재의 강도를 확보하도록 망간(Mn) 함량의 하한선은 전체 알루미늄 중량 대비 0.2 중량부 이상으로 조절될 수 있다.Manganese (Mn) can refine the structure and increase the strength of the tube material by controlling the size of the precipitate particles to be uniform. Accordingly, to ensure reliable strength of the alloy tube material, the lower limit of the manganese (Mn) content can be adjusted to 0.2 parts by weight or more based on the total weight of aluminum.
다만, 알루미늄 합금 튜브재 내에 망간(Mn)의 함량이 지나치게 높을 경우 알루미늄 합금 튜브재의 압출성이 저하될 수 있다. 따라서 작절한 강도를 확보함과 동시에 알루미늄 합금 튜브재의 압출성을 확보하도록 망간(Mn) 함량은 전체 알루미늄 중량 대비 0.3 중량부 이하로 조절될 수 있다. However, if the content of manganese (Mn) in the aluminum alloy tube material is excessively high, the extrudability of the aluminum alloy tube material may be reduced. Therefore, the manganese (Mn) content can be adjusted to 0.3 parts by weight or less based on the total weight of aluminum to ensure appropriate strength and at the same time ensure extrudability of the aluminum alloy tube material.
또한, 알루미늄 합금 튜브재는 구리(Cu)를 포함할 수 있다.Additionally, the aluminum alloy tube material may contain copper (Cu).
전술한 바와 같이 구리(Cu)는 아연(Zn) 또는 철(Fe)에 비하여 더 높은 전위를 가지며, 따라서 핀재에 비해 튜브재에 함유되는 구리(Cu)의 함량을 높게 설계함으로써 튜브재가 핀재와 비교해 먼저 부식되는 것을 방지할 수 있다. 튜브재와 핀재의 전위차 설계를 위해 튜브재에 포함되는 구리 함량의 하한선은 전체 알루미늄 중량 대비 0.2 중량부 이상으로 조절될 수 있다.As mentioned above, copper (Cu) has a higher potential than zinc (Zn) or iron (Fe). Therefore, by designing the content of copper (Cu) contained in the tube material to be higher than that of the fin material, the tube material has a higher potential than the fin material. First, it can prevent corrosion. In order to design the potential difference between the tube material and the fin material, the lower limit of the copper content contained in the tube material can be adjusted to 0.2 parts by weight or more compared to the total weight of aluminum.
한편, 알루미늄 합금재에 포함되는 구리(Cu)의 함량이 지나치게 높을 경우 Al2Cu, Al7Cu2Fe와 같은 금속간 화합물을 형성하여, 튜브재의 내식성이 저하될 수 있다. 이에, 구리(Cu) 함량의 상한선은 전체 알루미늄 중량 대비 0.3중량부 이하로 조절될 수 있다.On the other hand, if the content of copper (Cu) contained in the aluminum alloy material is excessively high, intermetallic compounds such as Al2Cu and Al7Cu2Fe may be formed, thereby reducing the corrosion resistance of the tube material. Accordingly, the upper limit of the copper (Cu) content can be adjusted to 0.3 parts by weight or less based on the total weight of aluminum.
또한, 알루미늄 합금 튜브재는 지르코늄(Zr)을 포함할 수 있다. Additionally, the aluminum alloy tube material may contain zirconium (Zr).
지르코늄(Zr)은 입자의 크기(Grain Size)를 미세화하여 강도를 향상시킬 수 있으며, 소재 내부의 전위차를 발생시켜 부식의 개시시점으로 작동하는 석출물 들을 미세하게 분산시켜 철(Fe), 망간(Mn), 구리(Cu) 등의 첨가에 따른 입계 부식의 민감성을 감소시킬 수 있다. Zirconium (Zr) can improve strength by refining the grain size, and generates a potential difference inside the material to finely disperse precipitates, which act as the starting point of corrosion, and iron (Fe) and manganese (Mn) ), the susceptibility to intergranular corrosion due to the addition of copper (Cu), etc. can be reduced.
이를 위해 지르코늄(Zr) 함량은 전체 알루미늄 합금 대비 0.01 내지 0.05 중량부 범위로 조절될 수 있으며, 해당 범위를 벗어날 경우 부식 저항력이 저하될 수 있다. 구체적으로, 지르코늄(Zr)의 함량이 기준치를 초과할 경우 지르코늄(Zr)의 고유 특성에 의해 합금재의 강도가 증가하게 되어 합금재의 압출성이 떨어질 수 있으며, 지르코늄(Zr)의 함량이 기준치 미달인 경우 지르코늄(Zr)의 특성이 발현되기 어려울 수 있다. 이에, 지르코늄(Zr)의 함량을 적절하게 조절하는 것이 바람직하며, 이하 희토류 금속 부분에서 설명한 내용과 중복되는 설명은 생략하도록 한다. For this purpose, the zirconium (Zr) content can be adjusted to a range of 0.01 to 0.05 parts by weight relative to the total aluminum alloy, and if it is outside this range, corrosion resistance may be reduced. Specifically, if the zirconium (Zr) content exceeds the standard value, the strength of the alloy material increases due to the inherent properties of zirconium (Zr), which may reduce the extrudability of the alloy material, and if the zirconium (Zr) content falls below the standard value, the strength of the alloy material may increase. In this case, it may be difficult for the characteristics of zirconium (Zr) to be expressed. Accordingly, it is desirable to appropriately control the content of zirconium (Zr), and descriptions that overlap with those described in the rare earth metal section below will be omitted.
다음으로, 일 실시 예에 따른 열교환기(1)용 핀재의 알루미늄 합금재 성분에 대해 보다 상세하게 설명한다.Next, the aluminum alloy material components of the fin material for the
일 실시 예에 따른 열교환기(1)의 핀재는 고온에서 남땜 가능한 브레이징 시트 핀재일 수 있다. 브레이징 시트는 코어층(32) 및 클래드층(34)의 접합에 의해 형성될 수 있으며, 튜브(10)와 브레이징 시트가 브레이징 용접에 의해 결합될 경우 브레이징 시트의 클래드층(34)이 용융되어 코어층(32)과 튜브(10) 사이에 필러(36)가 형성될 수 있다. 필러(36)는 클래드층(34)이 용융되어 형성되며, 따라서 그 구성 성분은 클래드층(34)의 구성 성분과 동일 또는 유사할 수 있다. 이러한 이유로, 이하 핀재라 함은 열교환핀(30)의 코어층(32)을 형성하는 코어재와 열교환핀(30)의 클래드층(34)을 형성하는 클래드재를 포함하는 개념일 수 있으며, 실시 예에 따라 열교환핀(30)의 코어층(32)을 형성하는 코어재와 필러(36)를 형성하는 필러(36)재를 포함하는 개념일 수도 있다. The fin material of the
브레이징 시트의 코어층(32) 및 클래드층(34)은 각각 알루미늄 재료로 마련될 수 있다. 코어층(32) 및 클래드층(34)에 각각 사용되는 알루미늄 재료는 알루미늄-망간계(A3XXX) 재료 또는 알루미늄-실리콘계(A4XXX) 재료일 수 있다. 일 예에 따르면 코어층(32)에는 A3003과 같은 알루미늄 재료가 사용될 수 있으며, 시트층에는 A4343과 같은 알루미늄 재료가 사용될 수 있다. 다만 코어층(32) 및 클래드층(34)에 각각 사용되는 알루미늄 재료의 예가 전술한 예에 한정되는 것은 아니다. The
열교환기(1)용 핀재는 알루미늄 재료를 베이스로 하여 실리콘(Si), 구리(Cu) 및 아연(Zn)을 포함하는 알루미늄 합금재로 마련될 수 있다. 여기서, 알루미늄 합금재에 포함되는 성분들은 핀재의 전위를 조절하기 위한 목적 범위 내에서 그 첨가되는 양을 일정 농도 범위로 조절할 수 있다. 보다 상세하게, 필러(36)가 코어층(32)에 비해 더 높은 전위를 형성하도록 각각 필러(36)와 코어층(32)을 형성하는 알루미늄 합금재에 포함되는 실리콘(Si), 구리(Cu) 및 아연(Zn)의 함량을 조절할 수 있다. The fin material for the
일 예에 따르면 코어층(32)은 전체 알루미늄 중량 대비 실리콘(Si) 0.1 내지 0.6 중량부, 구리(Cu) 0.05 내지 0.2 중량부, 아연(Zn) 2.3 내지 2.7 중량부를 포함하는 알루미늄 합금재로 마련될 수 있다. 또한, 필러(36)는 전체 알루미늄 중량 대비 실리콘(Si) 6.8 내지 8.2 중량부, 구리(Cu) 0.1 내지 0.25 중량부, 아연(Zn) 0.1 내지 0.2 중량부를 포함하는 알루미늄 합금재로 마련될 수 있다. According to one example, the
한편, 실시 예에 따라 알루미늄 합금재는 실리콘(Si), 구리(Cu) 및 아연(Zn) 성분 외에 철(Fe), 망간(Mn), 크롬(Cr), 지르코늄(Zr) 및 티타늄(Ti)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.Meanwhile, according to the embodiment, the aluminum alloy material contains iron (Fe), manganese (Mn), chromium (Cr), zirconium (Zr), and titanium (Ti) in addition to silicon (Si), copper (Cu), and zinc (Zn) components. It may include at least one selected from the group containing.
일 예에 따르면 코어층(32)은 전체 알루미늄 중량 대비 철(Fe) 0.1 내지 0.3 중량부, 망간(Mn) 1.0 내지 1.5 중량부, 크롬(Cr) 0.01 내지 0.1 중량부, 지르코늄(Zr) 0.01 내지 0.1 중량부 및 티타늄(Ti) 0.01 내지 0.1 중량부 중 적어도 하나를 더 포함하는 알루미늄 합금재로 마련될 수 있다. 또한, 필러(36)는 전체 알루미늄 중량 대비 철(Fe) 0.6 내지 0.8 중량부, 망간(Mn) 0.05 내지 0.1 중량부, 크롬(Cr) 0.01 내지 0.1 중량부, 지르코늄(Zr) 0.01 내지 0.1 중량부 및 티타늄(Ti) 0.01 내지 0.1 중량부 중 적어도 하나를 더 포함하는 알루미늄 합금재로 마련될 수 있다. According to one example, the
이하, 핀재에 포함되는 각 성분들의 성질 및 각 성분들의 함량 제어 이유에 대해 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the properties of each component included in the fin material and the reason for controlling the content of each component will be described in detail.
먼저, 코어층(32)과 필러(36)를 형성하는 알루미늄 합금재는 구리(Cu)를 포함한다. First, the aluminum alloy material forming the
전술한 바와 같이 구리(Cu)는 아연(Zn)에 비하여 더 높은 전위를 가진다. 따라서 아연(Zn) 대비 구리(Cu)의 함량을 조절하여 알루미늄 합금재의 전위를 조절할 수 있다. 개시된 발명에 따른 열교환기(1)는 튜브(10), 필러(36), 코어층(32) 순서로 전위가 높게 형성되도록 조절함으로써 튜브(10)를 보호하는 것을 목적으로 한다. As mentioned above, copper (Cu) has a higher potential than zinc (Zn). Therefore, the potential of the aluminum alloy material can be adjusted by adjusting the content of copper (Cu) compared to zinc (Zn). The purpose of the
이를 위해 튜브(10)를 형성하는 알루미늄 합금재는 가장 높은 함량의 구리(Cu) 성분을 포함할 수 있다. 아울러, 필러(36)를 형성하는 알루미늄 합금재는 튜브(10)를 형성하는 알루미늄 합금재에 비해 더 적은 양의 구리(Cu) 성분을 포함할 수 있으며, 코어재를 형성하는 알루미늄 합금재는 필러(36)를 형성하는 알루미늄 합금재에 비해 더 적은 양의 구리(Cu) 성분을 포함할 수 있다. For this purpose, the aluminum alloy material forming the
구체적으로, 튜브(10)를 형성하는 알루미늄 합금재에 포함되는 구리(Cu) 성분은 전체 알루미늄 대비 0.2 내지 0.3 중량부 범위 내에서 조절될 수 있으며, 필러(36)를 형성하는 알루미늄 합금재에 포함되는 구리(Cu) 성분은 전체 알루미늄 대비 0.1 내지 0.25 중량부 범위 내에서 조절될 수 있으며, 열교환핀(30)의 코어층(32)을 형성하는 알루미늄 합금재에 포함되는 구리(Cu) 성분은 전체 알루미늄 대비 0.05 내지 0.2 중량부 범위 내에서 조절될 수 있다. 즉, 튜브(10)를 형성하는 알루미늄 합금재의 구리 함량이 가장 높을 수 있으며, 코어층(32)을 형성하는 알루미늄 합금재의 구리 함량이 가장 낮을 수 있다. Specifically, the copper (Cu) component contained in the aluminum alloy material forming the
한편, 알루미늄 합금재에 포함되는 구리(Cu)의 함량이 지나치게 높을 경우 코어층(32) 또는 필러(36) 전위의 역전 현상이 발생할 수 있으며, 코어층(32) 또는 필러(36)의 내식성이 저하될 수 있다. 이에, 코어층(32) 및 필러(36)의 전위를 목적하는 바와 같이 조절함과 동시에 석출상이 형성되는 것을 방지하도록 합금재에 포함되는 구리(Cu) 함량의 상한치를 전술한 바와 같이 조절 함이 바람직하다. On the other hand, if the content of copper (Cu) contained in the aluminum alloy material is too high, the potential reversal of the
또한, 알루미늄 합금재는 아연(Zn)을 포함한다. Additionally, aluminum alloy materials contain zinc (Zn).
전술한 바와 같이 아연(Zn)은 구리(Cu)에 비해 더 낮은 전위를 가진다. 따라서, 구리(Cu) 대비 아연(Zn)의 함량을 조절해 알루미늄 합금재의 전위를 조절할 수 있다. 아연(Zn)의 함량 조절함으로써 알루미늄 합금재의 전위를 조절하는 원리는 구리(Cu)의 함량을 조절하는 것과 유사할 수 있다.As mentioned above, zinc (Zn) has a lower potential than copper (Cu). Therefore, the potential of the aluminum alloy material can be adjusted by adjusting the content of zinc (Zn) compared to copper (Cu). The principle of controlling the electric potential of an aluminum alloy material by controlling the zinc (Zn) content may be similar to controlling the copper (Cu) content.
튜브(10)를 형성하는 알루미늄 합금재는 가장 적은 함량의 아연(Zn) 성분을 포함할 수 있다. 아울러, 필러(36)를 형성하는 알루미늄 합금재는 튜브(10)를 형성하는 알루미늄 합금재에 비해 더 많은 양의 아연(Zn) 성분을 포함할 수 있으며, 코어층(32)을 형성하는 알루미늄 합금재는 필러(36)를 형성하는 알루미늄 합금재에 비해 더 많은 양의 아연(Zn) 성분을 포함할 수 있다. The aluminum alloy material forming the
구체적으로 튜브(10)를 형성하는 알루미늄 합금재에 포함되는 아연(Zn) 성분은 전체 알루미늄 대비 0.05 중량부 이하 범위 내에서 조절될 수 있으며, 필러(36)를 형성하는 알루미늄 합금재에 포함되는 아연(Zn) 성분은 전체 알루미늄 대비 0.1 내지 0.2 중량부 범위 내에서 조절될 수 있으며, 열교환핀(30)의 코어층(32)을 형성하는 알루미늄 합금재에 포함되는 아연(Zn) 성분은 전체 알루미늄 대비 2.3 내지 2.7 중량부 범위 내에서 조절될 수 있다.Specifically, the zinc (Zn) component contained in the aluminum alloy material forming the
한편, 알루미늄 합금재에 포함되는 아연(Zn)의 함량이 지나치게 높을 경우 알루미늄 합금 핀재의 강도가 떨어질 수 있으며, 따라서 알루미늄 합금재에 적절한 양의 아연(Zn)을 첨가하는 것이 바람직하다.On the other hand, if the content of zinc (Zn) contained in the aluminum alloy material is too high, the strength of the aluminum alloy fin material may decrease. Therefore, it is desirable to add an appropriate amount of zinc (Zn) to the aluminum alloy material.
또한, 알루미늄 합금재는 실리콘(Si)을 포함한다.Additionally, aluminum alloy materials contain silicon (Si).
실리콘(Si)은 일반적으로 합금재의 융점을 낮추는 성질이 있다. 본 실시 예에 따른 열교환기(1)는 핀재의 클래드재가 용융되어 필러(36)를 형성하는 바, 클래드재에 다량의 실리콘(Si)이 함유되도록 함으로써 브레이징 가공이 용이하게 수행되도록 할 수 있다. 필러(36)는 클래드재가 용융되어 형성된 것으로, 클래드재와 동일하게 다량의 실리콘(Si)을 함유하게 된다. Silicon (Si) generally has the property of lowering the melting point of alloy materials. In the
또한, 실시 예에 따라 알루미늄 합금재는 철(Fe)을 더 포함할 수 있다. Additionally, depending on the embodiment, the aluminum alloy material may further include iron (Fe).
알루미늄 합금재에 포함되는 철(Fe)의 함량을 조절하여 알루미늄 합금재의 강도를 증가시킬 수 있음은 전술한 바와 같으며, 다만 알루미늄 합금재 내에 철(Fe)의 함량이 지나치게 높을 경우 튜브(10)의 내식성이 저하될 수 있는 바 철(Fe)의 함량을 적절하게 조절함이 바람직하다. 이하, 철(Fe) 성분의 첨가 이유 등과 관련해 전술한 바와 중복되는 설명은 생략한다. As mentioned above, the strength of the aluminum alloy material can be increased by adjusting the content of iron (Fe) contained in the aluminum alloy material. However, if the content of iron (Fe) in the aluminum alloy material is too high, the
또한, 실시 예에 따라 알루미늄 합금재는 크롬(Cr) 또는 지르코늄(Zr)을 더 포함할 수 있다.Additionally, depending on the embodiment, the aluminum alloy material may further include chromium (Cr) or zirconium (Zr).
크롬(Cr)과 지르코늄(Zr)은 필러(36)재 또는 코어재의 결정 경계(grain boundary)에서 Al2Cu, Al3Fe와 같은 금속간 화합물을 형성되는 것을 막을 수 있다. 다시 말해, 전술한 희토류와 유사한 기능을 수행할 수 있다. Chromium (Cr) and zirconium (Zr) can prevent the formation of intermetallic compounds such as Al2Cu and Al3Fe at the grain boundary of the
다만, 크롬(Cr)과 지르코늄(Zr)을 다량 첨가할 경우, 알루미늄(Al) 성분과의 관계에서 일정한 전위차를 형성할 수 있다. 뿐만 아니라, 크롬(Cr)과 지르코늄(Zr)의 고유 특성에 의해 합금재의 강도가 증가하게 되며, 결과적으로 알루미늄 합금재의 압출성이 떨어질 수 있다. 따라서, 이러한 점을 고려해 크롬(Cr)과 지르코늄(Zr)의 함량을 적절하게 조절함이 바람직하다. However, when a large amount of chromium (Cr) and zirconium (Zr) are added, a certain potential difference can be formed in relation to the aluminum (Al) component. In addition, the strength of the alloy material increases due to the unique properties of chromium (Cr) and zirconium (Zr), and as a result, the extrudability of the aluminum alloy material may decrease. Therefore, taking this into consideration, it is desirable to appropriately adjust the contents of chromium (Cr) and zirconium (Zr).
또한, 실시 예에 따라 알루미늄 합금재는 티타늄(Ti)을 더 포함할 수 있다.Additionally, depending on the embodiment, the aluminum alloy material may further include titanium (Ti).
타티늄(Ti)은 알루미늄 합금재 내에 형성되는 결정들을 미세화 시킨다. 알루미늄 합금재 내에 형성되는 결정들을 미세화할 경우 재료의 강도, 인장력 등과 같은 기계적 성질이 강화될 수 있으며, 내부식성과 같은 화학적 성질 역시 강화될 수 있다. 따라서, 이러한 점을 고려해 알루미늄 합금재 내에 포함되는 티타늄(Ti)의 함량을 적절하게 조절함이 바람직하다. Titanium (Ti) refines the crystals formed in aluminum alloy materials. When crystals formed in an aluminum alloy material are refined, mechanical properties such as strength and tensile strength of the material can be strengthened, and chemical properties such as corrosion resistance can also be strengthened. Therefore, taking this into consideration, it is desirable to appropriately adjust the content of titanium (Ti) contained in the aluminum alloy material.
이하, 도 10은 일 실시 예에 따른 열교환기(1)의 전위차 설계 예를 도시한 도면이고, 도 11은 일 실시 예에 따른 열교환기(1)의 부식 과정을 도시한 도면이다. Hereinafter, FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a potential difference design of the
도 10에 도시된 바를 참조하면, 일 실시 예에 따른 열교환기(1)는 열교환핀(30)의 코어층(32)의 전위 Vc와, 필러(36)의 전위 Vf와, 튜브(10) 표면의 전위 Vs와, 튜브(10)의 전위 Vt가 각각 Vt > Vs > Vf > Vc의 관계를 가지도록 설계될 수 있다. 이 때, 코어층(32)과 튜브(10)의 갈바닉 쌍에 의해 형성되는 부식 전위, 다시 말해 Vc와 Vt의 전위 차는 50 내지 80 mV 범위를 가질 수 있다. 한편, 실시 예에 따라 Vt와 Vs, Vs와 Vf 그리고 Vf와 Vc의 전위차는 10 내지 30 mV 범위를 가질 수 있다. Referring to FIG. 10, the
도 11에 도시된 바를 참조하면, 위와 같이 형성된 전위 차에 의해 열교환핀(30)의 코어층(32)이 가장 먼저 부식될 수 있으며, 이어서 필러(36)와 튜브 표면의 부식이 진행될 수 있다. 코어층(32)의 부식이 진행될 경우, 코어층(32)과 필러(36) 또는 코어층(32)과 튜브(10) 사이에 갈바닉 쌍이 형성될 수 있다. 이 경우, 코어층(32)에서 필러(36) 방향으로 또는 코어층(32)에서 튜브(10) 방향으로 전자(e-)가 이동할 수 있으며, 결과적으로 코어층(32)의 희생 부식이 진행될 수 있다. Referring to FIG. 11, the
코어층(32)의 희생 부식이 어느정도 진행되면, 이어서 필러(36)의 부식과, 튜브 표면의 부식이 진행될 수 있다. 필러(36)와 튜브 표면의 부식이 진행될 경우, 코어층(32)과 필러(36) 또는 코어층(32)과 튜브 표면 사이에 갈바닉 쌍이 형성될 수 있다. 이 경우 필러(36)에서 튜브(10) 방향 또는 튜브 표면에서 튜브(10) 내부 방향으로 전자(e-)가 이동할 수 있다. 이와 같이 코어층(32), 필러(36) 및 튜브 표면의 부식이 순차적으로 진행된 후, 최종적으로 튜브 내부가 부식되게 됨에 따라 튜브재를 보호할 수 있다. If the sacrificial corrosion of the
이하 [표 1]은 열교환기(1)의 튜브재와 핀재에 포함되는 성분들의 조성비를 정리한 것이다. [Table 1] below summarizes the composition ratios of components contained in the tube material and fin material of the heat exchanger (1).
(Si)silicon
(Si)
(Fe)steel
(Fe)
(Cu)copper
(Cu)
(Mn)manganese
(Mn)
(Zn)zinc
(Zn)
(Zr)zirconium
(Zr)
(Y)yttrium
(Y)
(클래드재)filler material
(clad material)
[표 1]의 내용을 참조하면, 코어재, 필러재, 튜브재 순서로 구리의 함량이 높아지며, 아연의 함량이 낮아짐을 확인할 수 있다. 다시 말해, 코어재에서 튜브재로 갈수록 전위가 높게 설계됨을 확인할 수 있다.Referring to [Table 1], it can be seen that the copper content increases and the zinc content decreases in the order of core material, filler material, and tube material. In other words, it can be seen that the potential is designed to be higher as it moves from the core material to the tube material.
또한, 튜브재에 이트륨이 첨가될 수 있음을 확인할 수 있다. 다시 말해, 튜브재에 많은 양의 구리를 첨가함에 따라 발생 가능한 피팅 부식을 방지하기 위해 희토류 금속 중 하나인 이트륨이 첨가될 수 있다. 실시 예에 따라, 피팅 부식을 방지하기 위해 튜브재에 지르코늄(Zr)이 첨가될 수 있음은 물론이다. Additionally, it can be confirmed that yttrium can be added to the tube material. In other words, yttrium, one of the rare earth metals, may be added to prevent pitting corrosion that may occur when adding a large amount of copper to the tube material. Depending on the embodiment, of course, zirconium (Zr) may be added to the tube material to prevent corrosion of the fitting.
이상으로, 일 실시 예에 따른 열 교환기(1)에 대해 설명하였다. Above, the
개시된 발명에 따른 열 교환기의 전위차 설계 방식이 전술한 형태의 열 교환기(1)에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 개시된 발명에 따른 전위차 설계 방식은 압연된 튜브(outer tube)와 절첩된 핀(inner fin) 형식을 가지는 폴디드 튜브 열 교환기(folded tube heat exchanger)에도 적용 가능할 수 있다. The potential difference design method of the heat exchanger according to the disclosed invention is not limited to the
이상으로 개시된 발명의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 개시된 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며 청구범위에서 청구하는 요지를 벗어남 없이 개시된 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능할 수 있다.Although embodiments of the disclosed invention have been shown and described above, the disclosed invention is not limited to the specific embodiments described above, and can be understood by those skilled in the art in the technical field to which the disclosed invention belongs without departing from the gist of the claims. Various modifications may be possible.
1: 열교환기
10 : 튜브
20a, 20b : 헤더
30 : 열교환핀
32 : 코어층
34 : 클래드층
36 : 필러
200 : 공기조화기
300 : 실외기
400 : 실내기1: Heat exchanger
10: tube
20a, 20b: header
30: heat exchange fin
32: core layer
34: Clad layer
36: filler
200: air conditioner
300: Outdoor unit
400: indoor unit
Claims (33)
상기 튜브 표면에 결합되는 열교환핀; 및
상기 튜브와 상기 열교환핀을 결합시키는 필러;를 포함하고,
상기 튜브는 튜브는 전체 알루미늄 중량 대비 0.05 내지 0.3 중량부의 구리(Cu), 0.05 중량부 이하의 아연(Zn) 및 0.05 내지 0.2 중량부의 희토류 금속을 포함하는 알루미늄 합금재로 마련되고,
상기 희토류 금속은,
이트륨(Y), 란탄(La), 세륨(Ce), 네오디뮴(Nd) 및 이테르븀(Yb)을 포함하는 희토류 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하고,
상기 열교환핀의 코어층은 전체 알루미늄 중량 대비 0.1 내지 0.6 중량부의 실리콘(Si), 0.05 내지 0.2 중량부의 구리(Cu) 및 2.3 내지 2.7 중량부의 아연(Zn)을 포함하고,
상기 필러는 전체 알루미늄 중량 대비 6.8 내지 8.2 중량부의 실리콘(Si), 0.1 내지 0.25 중량부의 구리(Cu) 및 0.1 내지 0.2 중량부의 아연(Zn)을 포함하고,
상기 튜브, 상기 필러, 상기 코어층에서 전체 알루미늄 중량 대비 구리(Cu)의 중량부는 상기 튜브가 가장 높고, 상기 코어층이 제일 낮으며, 아연(Zn)의 중량부는 상기 튜브가 가장 낮고, 상기 코어층이 제일 높으며,
상기 튜브와 상기 열교환핀의 코어층은 50 내지 80 mV 범위 내의 부식 전위를 형성하고,
상기 튜브와 상기 필러와 상기 열교환핀의 코어층의 전위가 순차적으로 낮아지도록 형성되는 열교환기.Tube through which refrigerant flows;
Heat exchange fins coupled to the surface of the tube; and
Includes a filler that couples the tube and the heat exchange fin,
The tube is made of an aluminum alloy material containing 0.05 to 0.3 parts by weight of copper (Cu), 0.05 parts by weight or less of zinc (Zn), and 0.05 to 0.2 parts by weight of rare earth metals, based on the total weight of aluminum,
The rare earth metals are,
Contains at least one selected from the group of rare earths including yttrium (Y), lanthanum (La), cerium (Ce), neodymium (Nd), and ytterbium (Yb),
The core layer of the heat exchange fin includes 0.1 to 0.6 parts by weight of silicon (Si), 0.05 to 0.2 parts by weight of copper (Cu), and 2.3 to 2.7 parts by weight of zinc (Zn), based on the total weight of aluminum,
The filler includes 6.8 to 8.2 parts by weight of silicon (Si), 0.1 to 0.25 parts by weight of copper (Cu), and 0.1 to 0.2 parts by weight of zinc (Zn), based on the total weight of aluminum,
In the tube, the filler, and the core layer, the weight portion of copper (Cu) relative to the total weight of aluminum is the highest in the tube and the lowest in the core layer, and the weight portion of zinc (Zn) is lowest in the tube and the core. The highest floor,
The core layer of the tube and the heat exchange fin forms a corrosion potential in the range of 50 to 80 mV,
A heat exchanger formed so that the potential of the core layers of the tube, the filler, and the heat exchange fin is sequentially lowered.
상기 튜브의 알루미늄 합금재는,
실리콘(Si), 철(Fe), 망간(Mn) 및 지르코늄(Zr)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함하는 열교환기.According to clause 1,
The aluminum alloy material of the tube is,
A heat exchanger further comprising at least one selected from the group consisting of silicon (Si), iron (Fe), manganese (Mn), and zirconium (Zr).
상기 튜브의 알루미늄 합금재는,
전체 알루미늄 중량 대비 0.05 내지 0.1 중량부의 실리콘(Si), 0.05 내지 0.2 중량부의 철(Fe), 0.05 내지 0.3 중량부의 망간(Mn) 및 0.01 내지 0.05 중량부의 지르코늄(Zr) 중 적어도 하나를 더 포함하는 열교환기.According to clause 2,
The aluminum alloy material of the tube is,
It further contains at least one of 0.05 to 0.1 parts by weight of silicon (Si), 0.05 to 0.2 parts by weight of iron (Fe), 0.05 to 0.3 parts by weight of manganese (Mn), and 0.01 to 0.05 parts by weight of zirconium (Zr) relative to the total weight of aluminum. heat exchanger.
상기 열교환핀은 상기 튜브에 브레이징 용접된 열교환기.According to clause 1,
A heat exchanger wherein the heat exchange fins are brazed and welded to the tube.
상기 열교환핀은,
코어층과 상기 코어층의 적어도 일면에 형성된 클래드층을 포함하고,
상기 필러는,
상기 열교환핀과 상기 튜브의 브레이징 용접 시 상기 클래드층이 용융되어 형성된 열교환기.According to clause 1,
The heat exchange fins are,
It includes a core layer and a clad layer formed on at least one surface of the core layer,
The filler is,
A heat exchanger formed by melting the clad layer during brazing welding of the heat exchange fin and the tube.
상기 열교환핀과 상기 필러 중 적어도 하나는,
철(Fe), 망간(Mn), 크롬(Cr), 지르코늄(Zr) 및 티타늄(Ti)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함하는 알루미늄 합금재로 마련된 열교환기.According to clause 1,
At least one of the heat exchange fin and the filler,
A heat exchanger made of an aluminum alloy material further comprising at least one selected from the group consisting of iron (Fe), manganese (Mn), chromium (Cr), zirconium (Zr), and titanium (Ti).
상기 열교환핀의 코어층은,
전체 알루미늄 중량 대비 0.1 내지 0.3 중량부의 철(Fe), 1.0 내지 1.5 중량부의 망간(Mn), 0.01 내지 0.1 중량부의 크롬(Cr), 0.01 내지 0.1 중량부의 지르코늄(Zr) 및 0.01 내지 0.1 중량부의 티타늄(Ti)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함하는 알루미늄 합금재로 마련된 열교환기.According to clause 12,
The core layer of the heat exchange fin is,
Based on the total weight of aluminum, 0.1 to 0.3 parts by weight of iron (Fe), 1.0 to 1.5 parts by weight of manganese (Mn), 0.01 to 0.1 parts by weight of chromium (Cr), 0.01 to 0.1 parts by weight of zirconium (Zr), and 0.01 to 0.1 parts by weight of titanium. A heat exchanger made of an aluminum alloy material further comprising at least one selected from the group containing (Ti).
상기 필러는,
전체 알루미늄 중량 대비 0.6 내지 0.8 중량부의 철(Fe), 0.05 내지 0.1 중량부의 망간(Mn), 0.01 내지 0.1 중량부의 크롬(Cr), 0.01 내지 0.1 중량부의 지르코늄(Zr) 및 0.01 내지 0.1 중량부의 티타늄(Ti)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함하는 알루미늄 합금재로 마련된 열교환기.According to clause 12,
The filler is,
Based on the total weight of aluminum, 0.6 to 0.8 parts by weight of iron (Fe), 0.05 to 0.1 parts by weight of manganese (Mn), 0.01 to 0.1 parts by weight of chromium (Cr), 0.01 to 0.1 parts by weight of zirconium (Zr), and 0.01 to 0.1 parts by weight of titanium. A heat exchanger made of an aluminum alloy material further comprising at least one selected from the group containing (Ti).
상기 열교환기는,
냉매가 유동하는 튜브;
상기 튜브 표면에 결합되는 열교환핀; 및
상기 튜브와 상기 열교환핀을 결합시키는 필러;를 포함하고,
상기 튜브는 전체 알루미늄 중량 대비 0.05 내지 0.3 중량부의 구리(Cu), 0.05 중량부 이하의 아연(Zn) 및 0.05 내지 0.2 중량부의 희토류 금속을 포함하는 알루미늄 합금재로 마련되고,
상기 희토류 금속은,
이트륨(Y), 란탄(La), 세륨(Ce), 네오디뮴(Nd) 및 이테르븀(Yb)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하고,
상기 열교환핀의 코어층은 전체 알루미늄 중량 대비 0.1 내지 0.6 중량부의 실리콘(Si), 0.05 내지 0.2 중량부의 구리(Cu) 및 2.3 내지 2.7 중량부의 아연(Zn)을 포함하고,
상기 필러는 전체 알루미늄 중량 대비 6.8 내지 8.2 중량부의 실리콘(Si), 0.1 내지 0.25 중량부의 구리(Cu) 및 0.1 내지 0.2 중량부의 아연(Zn)을 포함하고,
상기 튜브, 상기 필러, 상기 코어층에서 전체 알루미늄 중량 대비 구리(Cu)의 중량부는 상기 튜브가 가장 높고, 상기 코어층이 제일 낮으며, 아연(Zn)의 중량부는 상기 튜브가 가장 낮고, 상기 코어층이 제일 높으며,
상기 튜브와 상기 열교환핀의 코어층은 50 내지 80 mV 범위 내의 부식 전위를 형성하고,
상기 튜브와 상기 필러와 상기 열교환핀의 코어층의 전위가 순차적으로 낮아지도록 형성되는 공기조화기.In an air conditioner including a heat exchanger,
The heat exchanger,
Tube through which refrigerant flows;
Heat exchange fins coupled to the surface of the tube; and
Includes a filler that couples the tube and the heat exchange fin,
The tube is made of an aluminum alloy material containing 0.05 to 0.3 parts by weight of copper (Cu), 0.05 to 0.05 parts by weight of zinc (Zn), and 0.05 to 0.2 parts by weight of rare earth metals,
The rare earth metals are,
Contains at least one selected from the group consisting of yttrium (Y), lanthanum (La), cerium (Ce), neodymium (Nd), and ytterbium (Yb),
The core layer of the heat exchange fin includes 0.1 to 0.6 parts by weight of silicon (Si), 0.05 to 0.2 parts by weight of copper (Cu), and 2.3 to 2.7 parts by weight of zinc (Zn), based on the total weight of aluminum,
The filler includes 6.8 to 8.2 parts by weight of silicon (Si), 0.1 to 0.25 parts by weight of copper (Cu), and 0.1 to 0.2 parts by weight of zinc (Zn), based on the total weight of aluminum,
In the tube, the filler, and the core layer, the weight portion of copper (Cu) relative to the total weight of aluminum is the highest in the tube and the lowest in the core layer, and the weight portion of zinc (Zn) is lowest in the tube and the core. The highest floor,
The core layer of the tube and the heat exchange fin forms a corrosion potential in the range of 50 to 80 mV,
An air conditioner formed so that the potential of the core layer of the tube, the filler, and the heat exchange fin is sequentially lowered.
상기 튜브의 알루미늄 합금재는,
실리콘(Si), 철(Fe), 망간(Mn) 및 지르코늄(Zr)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함하는 공기조화기.According to clause 27,
The aluminum alloy material of the tube is,
An air conditioner further comprising at least one selected from the group consisting of silicon (Si), iron (Fe), manganese (Mn), and zirconium (Zr).
상기 열교환핀은,
코어층과 상기 코어층의 적어도 일면에 마련된 클래드층을 포함하고,
상기 필러는,
상기 열교환핀의 코어층에 비해 더 높은 전위를 가지는 공기조화기.According to clause 27,
The heat exchange fins are,
It includes a core layer and a clad layer provided on at least one side of the core layer,
The filler is,
An air conditioner having a higher potential compared to the core layer of the heat exchange fin.
상기 열교환핀과 상기 필러 중 적어도 하나는,
철(Fe), 망간(Mn), 크롬(Cr), 지르코늄(Zr) 및 티타늄(Ti)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함하는 알루미늄 합금재로 마련된 공기조화기.According to clause 27,
At least one of the heat exchange fin and the filler,
An air conditioner made of an aluminum alloy material further comprising at least one selected from the group consisting of iron (Fe), manganese (Mn), chromium (Cr), zirconium (Zr), and titanium (Ti).
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