KR20030048160A - 브레이징 호일 프리폼 및 열교환기 제조에서의 사용 - Google Patents

브레이징 호일 프리폼 및 열교환기 제조에서의 사용 Download PDF

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Abstract

브레이징 접합부를 갖는 조립체, 특히, 열교환기의 제조에 사용됨에 적합한 비정질 금속호일의 예비성형체 제품이 제공된다. 브레이징 접합부를 갖는 열교환기 또는 다른 조립체를 제조하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 상기 열교환기 또는 다른 조립체를 이루는 하나 이상의 구성요소와 접촉하는 비정질 금속합금의 브레이징 호일 조성물로 형성된 예비성형된 제품을 제공하는 공정단계를 포함한다.

Description

브레이징 호일 프리폼 및 열교환기 제조에서의 사용{Brazing Foil Preforms and Their Use in the Manufacture of Heat Exchangers}
브레이징은 종종 다른 조성을 갖는, 부품들을 상호 연결하는 공정이다. 정형적으로, 함께 결합되어질 부품들 보다도 낮은 융점을 갖는 필러금속이 조립체를 형성하기 위하여 상기 부품들 사이에 놓여진다. 상기 조립된 부품과 상기 필러금속의 접합부는 이어, 상기 필러금속을 용융함에는 충분하나 상기 부품의 융접보다는 일반적으로 낮은 온도로 가열된다. 냉각시, 강하고, 보이드 결함없는 연결이 이상적으로 형성된다.
브레이징은 여러 조립체 제조에 널리 사용되고 있으며, 이러한 조립체는 그들 스스로 사용되거나 판매되는 최종제품일 수 있으며, 또한 그러한 제품을 이루는 구성성분일 수도 있다. 브레이징 공정으로 생산되는 생산품의 일종류로 열교환기가 있다. 이러한 열교환기는 그 형상이 매우 다양하지만, 쉘-앤드-튜브타입, 및 플래이트 타입 열교환기라 일컬어지는 것들이 가장 빈번하게 만나진다. 전자의 형상으로는, 큰 직경의 하우징이 정형적으로 "쉘"일 일컬어지고 하나 이상의 작은 직경의"튜브" 내지 파이프를 둘러싸고 있다. 이러한 형상에 따르면, 제1 유체(액체, 가스)는 상기 쉘을 통과하여 상기 튜브의 외부로 지나가는 반면에, 동시에 제2 유체(액체, 가스)는 상기 튜브의 내부를 통과하여 지나간다. 상기 제1 유체와 제2 유체사이에는 물리적인 접촉이 허용되지 않으며, 상기 튜브를 따라 열전달이 일어난다. 플래이트 열교환기에 있어서는, 하나이상의 플래이트들이 제2 유체로부터 제1 유체를 분리시키는데, 열교환은 상기 플래이트를 따라 발생한다. (다른 조립체에 있어서 뿐만 아니라) 이러한 타입의 열교환기에 있어서는, 금속이 그들의 높은 강도와 좋은 열전달특성 때문에 가장 흔히 사용된다. 정형적으로, 이러한 타입의 열교환기를 제조함에 사용되는 개개의 부품들은 브레이징에 의해 접합된다. 따라서 그 연결부가 높은 강도를 나타내고, 상기 유체중 하나 또는 그 양자에 접촉으로 초래될 수 있는 잠재적인 해로운 효과에 저항성이 있음이 긴요하다.
이러한 요구를 충족하기 위해, 열교환기 제조용 재료들은 신중하게 선택되어 진다. 스테인레스 스틸은 우수한 기계적강도 및 내부식성을 나타내므로 아주 흔히 열교환기에서 접할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 다른 금속들도 열교환기에서의 사용여부를 또한 찾고 있다.
열교환기의 제조, 특히, 상기 쉘 앤드 튜브 형상의 것들은 빈번하게 아주 노동집약적이며, 종종 수많은 수동 조립단계(manual assembly step)를 요구하고 있다. 예를들면, 쉘 앤드 튜브 열교환기에 있어서, 다수의 튜브들이 그들을 수용할 수 있을 정도로 적절한 크기의 홀을 갖는 플래이트를 통하여 삽입된다. 상기 튜브와 상기 플래이트 사이에 프레스 타이트 씰(pressure tight seal)형성하기 위하여,이러한 부재들사이의 연결부는 땜납처리될 것이 필요하다. 정형적으로, "브레이징 페이스트(brazing paste) 조성물"이 사용된다. 이러한 종래의 브레이징 페이스트 조성물은 운반체로서 유기 바인더와 결합되는 파우더 형태의 브레이징 필러금속을 포함한다. 사용에 있어, 이러한 브레이징 페이스 조성물은 각 튜브와 상기 플래이트 사이의 연결영역내에 놓여진다. 후속하여, 상술한 브레이징 페이스트 조성물이 완전하게 적용되면, 이어 상기 조립체는, 상기 유기바인더를 제거하고 동시에 상기 쉘 앤드 튜브 열교환기에서 사용되는 개개의 튜브와 상기 플래이트 사이에 땜납 접합을 형성할 수 있도록 적절한 조건하에서 땜납처리된다. 그러나 각각의 연결영역내에 동일한 량의 브레이징 페이스 조성물을 놓기가 어렵기 때문에 상술한 조업은 신뢰성이 없다. 또한 상기 분말입자들의 부족한 용융때문에 실질적인 접합 기공이 초래된다. 또한 이러한 수동 제어하는 적용공정은 빈번히 많은 시간을 요하며, 많은 수동기술을 요구하며, 그리고 상기 완전한 공정동안 아주 제어된 처리를 요구한다. 그러한 조립공정에 많은 위험들이 관련되어 있으며, 이러한 각각의 위험은 그 땜납된 조립체내의 잘못된 접합을 야기할 수 있다.
하나의 잠재적인 기술위험은 사용되는 브레이징 필러금속 조성물 자체의 특성에 있다. 이 조성물은 접합부에서 퍼져야하며 거기에 보유되어야 하기 때문에, 정형적으로 농화제, 하나이상의 유기물질이 존재함이 필요한 것은 피할 수 없다. 이들은 브레이징이 실제로 발생할때 가열단계중 제거되지만, 상기 땜납접합부에 버블, 파단, 또는 다른 불연속성이 아주 빈번히 초래된다는 것은 본 기술분야에서 잘 알려져 있다. 공정과정에서 이들은 상기 완전하게, 땜납된 조립체내의 결함이 된다. 이러한 결함들을 고치기 위해, 리브레이징 단계가 특정 결함을 고치기 위해 필수적으로 시행되고 있다. 현재의 생산방법에서 나타나는 또다른 기술적 위험은, 상기 브레이징 재료의 아주 균일한 분포가 각 튜브와 상기 플래이트의 연결부에 있어야 한다는데 있다. 가압조업조건하에서 약한 접합부가 상기 열교환기의 가용 서비스기간동안 파단되지 않도록 상기 땜납의 두께는 필수적으로 일정해야 함이 이상적으로 필요한 것이다. 자연적으로, 이는 본 기술분야에서 현재 알려진 바와 같은 수동 적용공정에서 신뢰성있게 수행하는 것이 어려울 것이다. 종종 과도한 페이스트 배치는 상기 튜브의 얇은 벽에 대한 과도한 부식 내지 용해를 야기할 수 있으며, 상기 튜브벽내에 구멍형성을 초래할 수 있다. 또다른 기술적인 위험은 상기 브레이징 필러금속 조성물 뿐만 아니라 상기 브레징 필러금속의 적용이후 또는 그 동안 상기 쉘 앤드 튜브 조립체의 취급에 관한 것이다. 이러한 수동 조업에서 사용되는 브레이징 필러금속은 미량의 유기 결합제 및 /또는 다른 유기물질을 포함한다. 이러한 유기물질의 존재와 관련된 알려진 문제때문에, 그들의 존재량이 최소화가 바람직하다. 불행히도, 그러한 바람직하지 않은 유기물질의 최소화는 또한 조성을 포함하는 이러한 브레이징 필러금속의 부착특성 뿐만 아니라 분산성에 나쁜 영향을 준다. 따라서 브레이징 접합부의 형성이 발생할때까지 어떤 접합부에서 상기 조립공정동안 상기 플래이트상에 상기 하나이상의 튜브의 전이 또는 이동은 알려져 있지 않다. 이는 수많은 숫자의 튜브들이 조립되는 곳에 특히 일어나며, 특히, 상기 튜브의 대향하는 단부내의 2개의 플래이트들이 동시에 조립되는 곳에 일어난다. 더욱이, 실제적인 땜납접합을 형성할때까지 상기 브레이징 필러금속 조성의 배치와보유가 실패하면 또한 그 열교환기내에서 잘못된 브레이징 접합을 명백히 한다. 또다른 존재하는 기술적 위험은, 하나 이상의 상대적으로 작은 직경의 얇은 벽을 가진 튜브들이 하나이상의 단부 플래이트들에 땜납되어야 하는 작은 열교환기를 형성함에 있어서 어려움이 있다는데 있다. 작은 직경과 얇은 벽의 튜브의 제조는, 각 튜브와 각 플래이트 사이의 연결부에서 브레이징 필러금속 조성의 정확한 적용을 요구하기 때문에 번거롭다. 동시에, 그러한 작은 열교환기에 있어서는 각 접합을 형성하기 위하여 단지 아주 작으나, 충분한 량의 브레이징 필러금속을 사용하는 것이 또한 바람직하다. 불행히도, 심지어 시린지(syringes) 내지 다른 유형의 운반장치를 사용하여도 브레이징 필러금속을 정확한 량, 정확한 장소에 두는 것은 어렵다고 알려져 있다. 상기로 부터 브레이징 조립체의 생산, 특히, 쉘-앤드-튜브 열교환기와 관련한 기술분야에서 현실적이고 계속되는 기술개발의 필요성이 있음이 명백하다.
본 발명은 일반적으로 브레이징 호일로 형성된 예비성형된 제품과, 상기 예비성형된 제품을 포함하는 조립체의 제조방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 바람직한 실시예에 따른 브레이징 호일 프리폼을 나타낸다.
도 2는 개공기(piercing tool) 뿐만 아니라 도 1에 따른 브레이징 호일 프리폼의 측면부분을 나타낸다.
도 3은 브레이징 호일 프리폼의 또다른 실시예를 나타낸다.
도 4는 개공기 부분 뿐만 아니라 도 3에따른 브레이징 호일 프리폼의 측면부분을 나타낸다.
도 5는 도 3에 나타난 브레이징 호일 프리폼과 결합하여 사용될 수 있는 브레이징 호일 프리폼 스트립을 나타낸다.
도 6은 부분적으로 분해된 상태에서의 종래의 쉘-앤드-튜브 열교환기 부분을 나타낸다.
도 7은 도 6에 나타낸 조립체에 대한 부분 설명도이다.
도 8은 부분적으로 분해된 상태에서의 종래의 쉘-앤드-튜브 열교환기의 또다른 부분을 나타낸다.
도 9는 도 8에 나타낸 조립체의 부분 설명도이다.
도 10은 도 1에 따른 브레이진 호일 프리폼의 배치를 포함하는 부분적으로 조립된 쉘-앤드-튜브 열교환기를 나타낸다.
도 11은 도 1, 3 및 12에 따른 브레이진 호일 프리폼의 배치를 포함하는 부분적으로 조립된 쉘-앤드-튜브 열교환기를 나타낸다.
도 12는 도 3에 나타난 브레이징 호일 프리폼과 결합하여 사용될 수 있는 브레이징 호일 프리폼 링을 나타낸다.
도 13은 도 3, 6, 또는 12에 따른 브레이진 호일 프리폼의 배치를 포함하는 부분적으로 조립된 쉘-앤드-튜브 열교환기를 나타낸다.
따라서 본 발명은 하나 이상의 이러한 기술필요에 관한 것이다.
제1 견지에 있어서, 본 발명은 브레이징 접합부를 갖는 조립체, 특히 열교환기의 제조에 특히 적절히 사용될 수 있는 비정질 금속합금 프리폼을 제공한다.
제2 견지에 있어서, 본 발명은, 열교환기 또는 다른 조립체를 구성하는 하나 이상의 부재와 접촉하는 비정질 금속합금 프리폼을 제공하는 공정단계를 포함하는 브레이징 접합부를 갖는 열교환기 또는 다른 조립체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
제3 견지에 있어서, 본 발명에서 여기에서 기술되는 바와 같은 비정질 금속합금 프리폼을 이용하여 제조된 브레이징 접합부를 갖는 열교환기 또는 다른 조립체를 제공한다.
제4 견지에 있어서, 열교환기 또는 다른 조립체를 구성하는 하나 이상의 부재와 접촉하는 비정질 금속합금 프리폼을 제공하는 공정단계를 포함하는 방법으로 제조된 브레이징 접합부를 갖는 열교환기 또는 다른 조립체를 제공한다.
본 명세서와 청구항에 있어서, 용어 "예비성형된 제품(preformed article)"은 본 발명에 따라 기술된 브레이징 호일 프리폼을 나타내는 것으로, 용어 "프리폼(preform)"과 "예비성형된 제품"은 상호 교환하여 사용할 수 있다.
본 발명의 특징들은 후술하는 설명으로 부터 보다 명백할 것이다.
본 발명은 브레이징 된 금속 성분을 포함하는 에셈블리의 제조방법 및 브레이징 필러금속의 프리폼을 제공하는 것이다. 당해 기술분야에서 잘 알려져 있는 바와 같이, 어떠한 브레이징 공정에 있어서, 브레이징 필러 금속은 함께 브레이징되는 금속부품의 사용요건을 만족시키기 위한 강도를 제공하기 위하여 충분히 높은 융점을 가져야 한다. 그러나, 융점은 브레이징 작업을 곤란하게 할 정도로 높아서는 안된다. 더욱이, 필러 물질은 브레이징되는 물질과 함께 화학적으로 그리고 야금학적으로 양립되어야 한다.
본 발명에 따르는 방법 및 조립체에 특히 유효한 브레이징 필러 금속은 잘 알려진 기술에 따라 분말, 호일, 리본등의 다양한 형태로 제조될 수 있는 금속합금들이다. 합금을 분말형태로 제조하기 위하여 일반적으로 사용되는 방법들은 개스 또는 수 (water atomizatuion)아토마이징 뿐만아니라 기계적 분쇄를 포함한다. 본 발명의 합금들은 가장 바람직하게는 급속응고공정에 의하여 연성 호일, 리본 또는 와이어로 형성된다. 이러한 급속응고공정들은 용해된 물질의 용융물이 퀀칭됨으로써 응고되는 공정들로서, 용융물의 퀀칭은 비록 보다 큰 속도가 알려져 있고 그리고 보다 일반적으로 사용되고 있지만, 적어도 약 1×105℃/sec의 속도로 급냉하므로써 행해지는 것이다. 오늘날 이용가능한 다양한 급속응고공정중에서, 가장 바람직한 공정은 빠르게 회전하는 냉각 휠(chill wheel)을 사용하며, 이 냉각휠상에 용융합금이 놓이게 된다. 이러한 공정 그 자체는 당해 기술분야에서 알려져 있다. 이상적으로, 본 발명에 따라 사용되는 브레이징 필러는 취급이 용이하고 3-차원 프리폼으로 쉽게 굽혀질 수 있는 연성호일형태의 비정질 금속합금들이다. 이러한 굽힘가능한 프리폼은 평면상의 연성브레이징 호일부분을, 제조된 에셈블리의 조립에 사용되는 금속부품의 윤곽에 적절히 맞도록 비-평면상의 3차원 형태로 접음으로써 형성된다.
이러한 비-평면상의 모양으로의 형성은 연성호일을 회복이 불가능하도록 연성 호일을 굽힘 또는 스탬핑함으로써 일어날 수 있다. 더욱이, 이상적으로, 브레이징 호일은 그 조성에 있어서 근본적으로 균질하여야 하는데, 이는 유기 바인더와 같은 바인더들을 함유하지 않는다는 것을 의미하며, 이들 바인더는 브레이징 중에 오염 찌꺼기의 융착(deposition) 또는 보이드 형성의 잠재성을 제공하게 된다. 균일한 합금 용융물로부터 제조된 급속응고제품은 일반적으로 고체상태에서 균질하다. 상기 제품은 합금조성 및 공정인자들에 따라 유리질 또는 결정질이 될 수 있다.
더욱이, 적어도 약 90%유리질 제품은 호일 또는 리본형태의 합금이 파괴없이 그 두께보다 10배정도 작은 반경으로 굽혀질 수 있도록 충분한 연성을 나타낸다. 바람직하게는, 본 발명의 브레이징 필러 금속은 금속합금의 용융물을 적어도 약 1×105℃/sec의 퀀칭속도로 급속응고시킴으로써 형성되는 금속 합금들이다. 이러한 퀘칭속도는 적어도 약 92% 유리질이고, 그리고 결과적으로 이들을 복잡한 모양으로 스템핑될 수 있도록 충분한 연성을 갖는 합금을 제조하게 된다. 보다 바람직하게는, 본 발명의 합금은 적어도 약 92%유리질이고, 그리고 가장 바람직하게는 실질적으로 유리질(즉, 적어도 약 95%유리질)을 갖는 것인데, 그 이유는 실질적으로 유리질 합금들은 가장 높은 정도의 연성을 나타내기 때문이다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르는 프리폼은 평면상의 연 성브레이징 호일의 부분을, 제조된 에셈블리의 조립에 사용되는 금속부품의 윤곽에 적절히 맞도록 비-평면상의 3차원 형태로 접음으로써 형성된다. 이러한 비-평면상의 모양으로의형성은 평면상의 연성브레이징 호일에 대한 프리폼을 기계적으로 형성하기 위한 어떠한 적절한 수단, 예를 들면 연성호일의 변형이 회복불가능하도록 즉, 변형후에 프리폼이 2-차원 평면상태 되돌아가지 않고, 그리고 더욱이 브레이징 호일이 변형단계중에 파괴 또는 파손되지 않도록 연성 호일을 굽힘 또는 스탬핑하는 것에 의하여 일어날 수 있다. 본 발명에 유용한 합금들은 특히 여기서 기술된 방법에 대한 브레이징 필러금속으로서 특히 적절하다. 가장 바람직하게는, 합금들은 호일형태로 제조되고 그리고 호일이 유리질 또는 미세 결정질인지에 무관하게 유용한 것이다.
본 발명의 호일은 전형적으로 약 0.0007인치와 약 0.004인치(약 18에서 100마이크로미터)사이의 두께를 갖는다. 많은 경우에 있어서, 호일두께는 브레이징되는 부품들사이의 소정 공간에 상응하게 된다. 본 발명의 블레이징 필러금속은 금속부품들, 특히 스텐레스강 부품들의 접합에 특히 유용하다.
이러한 스테인레스강의 전형적인 등급(exemplary grade)은 UNS Classifications에 따르는 steel S31603 뿐만아니라 type 316L 스테인레스 강을 포함하는데, 이것은 전형적으로 대략 0.03wt%탄소, 2.00wt%망간, 1.0wt%실리콘 16-18wt%크롬 10-14wt%니켈, 2-3wt%몰리브덴, 0.1wt%질소 및 나머지 철(모두 합하여 100wt%가 되도록)을 함유하는 것으로 되어 있다. 물론, 여기에서 기술되고 논의된 본 발명의 이익으로부터 그리고 그 이익을 향유할 수 있는 다른 물질들도 물론 고려할 수 있을 것이다. 비-제한예(non-limiting example)로서 이들은 다른 등급의 스텐레스강 뿐만 아니라 니켈 또는 크롬을 함유하는 것과 같은 다른 내식성 합금들을 포함한다. 본 발명의 브레이징 필러 금속중의 하나의 등급은 니켈/크롬-기초 및니켈/코발트/크롬-기초 브레이징 필러 금속을 포함한다. 이러한 브레이징 필러금속은 스텐레스강 부품의 브레이징에 일반적으로 사용되는 가장 잘 알려진 Ni- 및 Ni/Cr-기초 합금을 포함하는 것으로 믿어지고, 이것들은 BNi- 및 BCo- 계열 브레이징 필러금속으로서 American Welding Society specification ANSI/A5.8에 의하여 규정되어 있다.
본 발명에 따르는 방법 및 제조품에 유용한 니켈/크롬-기초 브레이징 필러 금속으로서 특히 유용한 금속합금은 하기 식으로 나타낼 수 있는 조성을 포함한다.
NiaCobCrcBdSieFefMogWhX
상기 식에서 첨자 "a", "b","c","d","e","f","g" 및 "h"는 모두 wt%를 나타내고, 그리고 "b"는 약 0과 75사이, "c"는 0과 약 25사이, "d"는 0과 약 4사이, "e"는 0과 약 11사이, "f"는 0과 약 10사이, "g"는 0과 약 5사이, "h"는 0과 약 5사이의 값을 갖고, "X"는 약 1 wt%까지 함유될 수 있는 불순물을 포함하여 다른 원소들을 나타내고, 그리고 "a"는 잔부로서 총량이 100이되도록 하는 것이다.
바람직하게, 이들 니켈/크롬-기초 브레이징 필러 금속은 상기한 원소들로 근본적으로 이루어진다. 용어 "니켈/크롬-기초 브레이징 필러금속"이란 크롬이 존재하지 않은 합금을 포함하지만, 크롬이 전형적으로 존재하는 경우 이 용어의 사용이 유지되는 것으로 이해될 수 있다. 바람직하게는, 니켈/크롬-기초 브레이징 필러 금속은 적어도 약 90% 유리질 구조, 바랍직하게는 적어도 약 92% 유리질 구조, 가장 바람직하게는 적어도 약 95% 유리질 구조를 갖는 준안정구조상태에 있는 합금에 기초하는 것이다. 또한, 이러한 합금들은 당해기술분야에서 자주 "비정질 금속합금"이라고 한다.
여기서 기술된 브레이징 필러 금속으로서 사용될 수 있고 그리고 현재 상업적으로 이용가능한 합금들에 기초한 니켈/크롬-기초 브레이징 필러 금속들의 추가 예로서는 ANSI classification A 5.8(per American Welding Society)에 따라 필러 금속 BNi-1, BNi-1a, BNi-2, BNi-5, BNi-7, BNi-9, BNi-10, BNi-11, 및 BCo-1라고 부르는 것 뿐만 아니라 각각의 서브-카테고리(sub-categories)들을 포함한다. 상기한 화학조성을 갖고 현재 상업적으로 이용가능한 니켈/크롬-기초 브레이징 필러 금속으로서 유용한 바람직한 Ni- 및 Ni/Cr-기초 합금의 예로는 상기한 ANSI /A5.8 Classification 에 의한 BNi-2, BNi-5a 및 BNi-5b 조성물을 포함한다. 이상적으로, 본 발명에 따라 사용되는 니켈/크롬-기초 브레이징 필러 금속은 취급이 용이하고, 필요한 경우에는 윤곽에 맞추도록 형상화되거나 또는 필요한 복잡한 형상으로 형상화될 수 있는 연성 호일 형태을 갖는 것이다. 보다 이상적으로는, 니켈/크롬-기초 비정질 브레이징 필러 금속들은 그 조성에 있어서 근본적으로 균질하고, 그리고 브레이징 중에 오염 찌거기의 융착 또는 보이드 형성에 대한 잠재성을 제공하는 유기 바인더와 같은 유기 바인더를 함유하지 않는것이다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 브레이징 된 접합부를 갖는 열교환기 또는 다른 조립체를 제조하는 방법을 제공하며, 이 방법은 비정질 금속합금을 포함하는 브레이징 호일 프리폼을 상기 열교환기 또는 다른 조립체의 하나 또는 그 이상의 요소와 접촉상태로 제공하고 그리고 브레이징 물질의 용융을 가져오기 위하여병렬부품(juxtaposed part)들 및 브레이징 물질을 적절한 조건에서 가열하는 단계; 및 브레이징된 접합부를 제조하기 위하여 용융된 필러합금을 냉각하는 단계를 포함한다. 바람직하게는 상기한 공정에 있어서 부품의 브레이징을 가져오기 위한 병렬부품들의 가열은 아르곤 또는 질소와 같은 보호개스의 존재하에서 밀패된 오븐(closed oven)에서 일어난다. 또한, 가열은 진공조건하의 밀폐오븐에서도 일어날 수 있고 그리고 소정의 경우에 있어서 바람직하다. 이들 브렝이징 조건들은 보론, 실리콘 및 인등과 같은 산소-활성원소들을 함유하는 필러금속을 사용하는 경우 높은 접합강도 및 보전성(integrity) 를 달성하기 위하여 전형적으로 산업분야에서 사용된다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 부합되는 브레이징 호일 프리폼(10)을 나타낸다. 브레이징 호일 프리폼은 도면상에서 점선(12)로 표시되는 거의 원형의 구조를 가지며, 그것에 하나 또는 그 이상의 탭(14)이 매달려 있다. 이 바람직한 실시예에 따르면, 점선에 의하여 한정된 원의 직경은 브레이징 호일 프리폼이 위치될 플레이트의 직경에 상응하는 것이고, 그리고 다수의 탭(14)은 브레이징 호일 프리폼의 일부이다. 이것들은 접는 선 또는 굽힘선이 점선(12)과 거의 일치되도록, 또한 플레이트의 에지에 상응되도록 접거나 또는 굽혀지게 고려된 것이다. 이들 탭(14)의 크기 및 치수는 플레이트를 적절히 수용하도록 결정되어야 한다. 또한, 브레이징 호일 프리폼은 적어도 하나 그러나 바람직하게는 다수개의 관통공(16)을 포함하며, 이들은 브레이징 호일 프리폼을 관통하는 슬리트에 의하여 편리하게 형성된다.
도 1에서, 이들 관통공의 각각은 동일하고, 각각의 개별 관통공은 3개의 슬리트(16a, 16b, 16c)에 의하여 형성되며, 각각은 길이에 있어서 거의 또는 동일하고, 각각은 그들의 중심점에서 교차하고, 그리고 각각은 균등하게 방사상으로 나누어진다. 그러나, 이것은 항상 필요로 하는 것은 아니고 그리고 관통공(16)은 단지 호일을 관통하는 비연속성일 것을 필요하게 되는 것임을 명확히 알 수 있는데, 왜냐하면, 그것들의 기하학이 항상 임계적이 아니기 때문이다. 그러나, 바람직한 실시예에 따르면, 관통공은 하나 또는 그 이상의 플랩(flap)을 형성하도록 하나 또는 그 이상의 슬리트 형태를 가지며, 상기 플랩은 하나 또는 그 이상의 쉘이 플레이트와 함께 조립되도록 적절히 굽혀지거나 또는 접히게 되며, 그 후 브레이징 호일 프리폼이 하나 또는 그 이상의 플랩이 하나 또는 그 이상의 튜브내로 내부를 향해 아래로 굽혀질 수 있도록 플레이트의 표면(튜브의 단부)에 적용된다. 도 1에 나타난 실시예에 따르면, 또한 다수의 이들 플랩은 굽힘시 비정질 금속 호일의 파괴 또는 파손의 가능성을 감소시키는 것을 확실하게 해준다. 당해기술분야에서 숙련된 자들에게 알려져 있는 바와 같이, 비정질금속의 호일들은 전형적으로 아주 취약하고 그리고 또한 기계가공 또는 절단하는 것이 매우 곤란하다. 이것은 이들 금속호일의 매우 높은 경도에 기인하는 것이다. 그러나, 본 출원인은 작은 반경으로 느리게 굽힘시키는 경우, 크리스(crease)가 전형적으로 파손되지 않는 비정질 금속호일에서 형성될 수 있다는 것을 관찰하였다. 따라서, 비정질 포일의 어떠한 접힘 또는 굽힘동안에 브레이징 호일 프리폼이 파손없이 실질적으로 평면상, 2-차원 형태에서 3-차원형태로 굽혀질 때, 비교적 작은 반경이 유지되도록 하는 것이 특히 요망된다. 이상적으로, 굽힘반경은 대략 1mm보다 작게 되도록 유지되어야 한다.
상기한 것과 같은 작은 반경이 유지되는 경우, 크리스 또는 폴드는 비정질 금속내에 도입될 수 있고 그리고 동시에 비정질 금속 호일 부분은 특히 그들의 전, 비-굽힘 형태로 되튀거나 또는 복귀하려는 강한 경향을 갖지 않는다.
도 2는 도 1에 부합되는 브레이징 호일 프리폼 부분 뿐만 아니라 개공기(20) 부분을 측면에서 본 것이며, 이 개공기는 관통공(16)을 브레이징 호일 프리폼에 도입시키기 위하여 이롭게 사용된다. 도 2는 도 1의 "A-A"선을 따르는 도 1의 브레이징 호일 프리폼의 일부를 나타내는 것이다. 도 2에 나타난 바와 같이, 개공기는 다수의 커팅 에지(24)를 갖는 플런저(22)를 포함한다.
프런저(22)의 윤곽 뿐만 아니라 어떠한 커팅 에지(24)의 배열은 하나 또는 그 이상의 슬리트[16a,16b,16c 및 결과 관통공(16)]의 소망의 수 및 크기에 상응하는 것이다. 개공기(20)의 제2부분은 커팅에지(24) 및 플런저(22)의 프로파일과의 합치(mating correspondence)를 갖는 수용 컵(receiving cup)(26)이다. 가지고 있다면, 리세스(recess)(28)의 내부내의 프로파일은 어떠한 커팅 에지(24)의 프로파일에도이상적으로 상응되는 것이다. 비정질 금속의 취급하기 어려운 특성에 기인하여, 본 발명자들은 2-부분 개공구가 이롭게 사용될 수 있다는 것을 발견하였다. 작업시, 플런저(22) 및 수용컵(22)은 브레이징 호일 프리폼의 적어도 일부분을 도입을 허용하기에 충분한 그들사이의 공간을 형성하도록 수축된다. 커팅작업에 있어서, 다음에, 플런저(22) 및 수용 컵(26)은 브레이징 금속 프리폼의 변형 및 커팅이 일어나도록 서로에 대하여 접근하게 된다. 다음에, 플렌저(22) 및 수용 컵(26)은 브레이징 포일 프리폼이 개공기(2)로 부터 제거될 수 있도록 서로로부터 수축된다.
도 1에 나타난 특정한 관통공과 특정한 형상에 근거하여 설명되었지만, 상기 개공기(20)의 형상은 다른 배열 및/또는 형상을 갖는 관통공(16)을 궁극적으로 제공함에 적합할 수 있음은 물론 이해되어야 할 것이다. 또한 상기 개공기(20)는 단지 하나가 아니라, 다수의 플런저(22)와 대응하는 다수의 수용컵(26)을 포함한다. 이러한 배열에서는, 자동화 내지 반자동화 제조공정동안 블레이징 호일 프리폼이 약간 제공될 수 있으나, 바람직하게 모든 요망되는 관통공(16)이 하나의 스탬핑 오퍼레이션으로 제공될 수 있다. 어떤 바람직한 특정 실시예에서는, 상기 개공기 부재들은 비정질 금속합금 시트를 통하여 즉시 관통공(16)을 스탬핑함에 적합할 뿐만 아니라 그 전체 외주 형상을 스탬핑함에도 적합한, 즉, 싱글 스탬핑단계로 다수의 탭(16)을 형성함에 적합한 다이 조립체 일부를 형성한다. 이러한 조업에서, 브레이징 호일 프리폼의 정확한 생산이 담보된다.
도 2를 보면, 관통조작에 후속하여 셀과 튜브 어셈블레이즈(assemblage)의 위로 브레이징된 호일 프리폼의 도입 전에, 탭(14)은 브레이징된 호일 프리폼(10)의 제1의 평면(18)에 대해 실질적으로 수직으로 구부려지는 것이 바람직하다. 비정질 금속 호일 중간체로 형성된 개별적인 플랩과 관련하여, 슬리트(16a, 16b, 16c)들은 제1 평면(18)과 각을 형성하도록 구부러질 필요는 없으나, 결과로서 생기는 각은 브레이징 호일 프리폼(10)의 제1평면(18)과 관련하여 대략 0°-90°사이가 바람직하다.
단조 설명의 견지에서, 본 출원에서 제공되는 브레이징 호일 프리폼은 브레이징된 조립체 그리고 특히 셀과 튜브 종류의 열교환기의 제조와 관련된 기술에서 실질적으로 기술진보를 제공한다. 여기에서 설명된 것과 같이 브레이징된 호일 프리폼의 사용은, 튜브와 플레이트를 특별한 크기로 배열하도록 치수를 조정할 수 있는 브레이징 호일 프리폼의 반복적이고도 신리할 수 있는 제조를 허락한다. 따라서, 대다수의 실운용을 위해, 특히 대다수 특별한 형태의 셀과 튜브 열교환기가 제조되어 지며, 여기에서 설명되는 브레이징 호일 프리폼의 사용은 생산품을 제조할 수 있는 특별히 합당한 방법을 제공한다. 동시에, 특히 비정질 금속 페이스트 조성물과 셀과 튜브 타입 열교환기의 조립체와 관련하여, 여기에서 설명된 브레이징된 호일 프리폼의 조성물과 필러 금속 조성물을 분말형태로서 브레이징 하는 것과 관련한 현기술 수준 사이에서, 실질적인 차이를 간과하지 않는 것은 의미가 있다. 바람직한 실시예에 따라 설명하는 것은 특별히 의미가 있으며, 비유기 바인더(no organic binders) 또는 파손을 일으킨다고 알려져 있는 다른 유기재료가 본 발명에 따르는 브레이징 호일 프리폼에서는 제공되어 진다. 파손된 접합의 가능성을 실질적으로 줄이는 것은, 대다수의 브레이징된 접합이 동시에 요구되어 생산되어지는 것에서는 특별히 의미가 있다. 이것은 셀과 튜브 타입 열교환기 특히 대다수의 튜브에서는 중요한 이점이 있으며, 하나 이상의 플레이트에 신뢰성 있게 브레이즈 된다. 이러한 기술적인 이점은 소형의 셀과 튜브 열교환기에 알려진 제품 제조기술의 관점에서 훨씬 유용하다. 실질적으로 균일한 두께로 브레이징된 호일 프리폼, 플레이트상에 튜브의 배치와 상응하여 슬리트(또는 다른 관통공)의 정확한 배치와 결합하여 알려진 제품 제조기술에서 흔히 체험되는 어떠한 제조실수도 실질적으로 최소화된다. 전부는 아닐지라도 대부분, 알려진 제품기술 위험이 브레이징 호일 프리폼의 사용과 여기에서 설명되는 제조조공정의 사용으로 실질적이고도 완전히 제거될 수 있다.
도 3에는 도 1에서 설명된 것과 여러가지 측면에서 유사한 브레이징 호일 프리폼의 대안적인 실시예가 설명되어 있다. 도면에서, 동일한 요소들은 동일하게 라벨처리되고, 앞에서 설명한 동일한 기능을 한다. 도 3의 브리이징된 호일 프리폼과 도 1에 설명된 브리이징 호일 프리폼(10)의 사이에서 주요한 차이는 도 3의 실시예에는 외면의 탭(14)이 없다는 것이다. 브레이징 호일 프리폼은, 도 1에 설명된 브레이징 된 호일 프리폼(10)의 사용을 의도하는 것 보다 다른 환경을 가지는 스탬프된 플레이트를 갖는 셀과 튜브 타입 열교환기의 조립체에서 사용하는게 적합하다. 오히려, 도 3에 설명된 브레이징 호일 프리폼은 도 5에 설명된 브레이징 호일 프리폼 스트립(60)과 협력하여 전형적으로 사용될 수 있는 것이다. 브레이징 호일 프리폼 스트립(60)의 길이는 브레이징 호일 프리폼 스트립(60)이 설치될 수 있는 플레이트의 원주에 상응한다. 부가적으로 바람직한 실시예에 따라 도면에서 보여지는 것과 같이, 브레이징 호일 프리폼 스트립은 또한 도 1에서 설명된 탭(14)처럼 동일한 기능을 이행할 수 있는 그것의 일측에서 확장된 다수개의 탭(62)을 포함할 수 있다. 보여지는 바와 같이, 이들 탭(62)은 "톱니(saw tooth)" 프로파일을 가지고 있으며, 즉, 각각이 도 1의 점선(12)에 상응하는 폴드(fold) 또는 크리스 라인(crease line)을 만들수 있는 점선(64)에 일치하는 베이스를 갖는 근본적으로삼각형이다. 유리하다면 다른 프로파일 또한 사용될 수 있다.
도 4에는 브레이징 호일 프리폼(40)의 일부, 브레이징 호일 프리폼(40)을 통과하는 관통공(16)의 형성을 설명하는 개공기(piercing tool)(20)가 보여지고 있다. 또한, 브레이징 호일 프리폼(40)위에서 개공기(20)의 조작은 도 2와 관련된 앞의 설명한 바와 같다.
도 6에는 부분적으로 분해된 상태로서 종래의 셀과 튜브 열교환기(80)의 일부가 도시되어 있다. 거기에는 셀(82)의 일부, 다수의 튜브(84) 그리고, 플레이트(90)을 관통하여 적당한 치수의 통로를 통과하여 확장된 단부(86)가 도시되어 있다.
도 6을 자세히 보면, 플레이트(90)의 직경은 셀(82)의 내부 직경에 맞추어지며, 이것을 용이하게 하기 위해 그 에지(92)는 테이퍼진다. 또한, 고찰해 보면, 플레이트(90)의 외주경은 셀(82)의 내부 직경에 비례하여 작은 틈새를 갖어야 한다. 셀(82)과 플레이트(90) 사이에서 이러한 틈새는 보통 도 6에 도시된 바와 같이 브레이징 호일 프리폼(10)의 두께 보다 적어도 약간 크다. 이 틈새에 대한 이유는 고찰해 보면, 브레이징된 접합을 형성하기 위하여 브레이징 호일 프리폼(10)의 브레이징에 앞서 프리폼(10)의 주요한 평면(18)에 의존하는 탭(14)이 플레이트(90)의 에지(92)에 접촉하여 위치한다.
동시에 도 6을 보면, 평면(18)를 관통하여 존재하는 관통공(16)은 튜브의 단부(86)의 크기와 배열이 일치하는 크기와 배열을 갖는다. 브레이즈된 호일 프리폼(10)의 제조와 관련하여 앞에서 설명한 바와 같이, 신뢰할 수 있고 반복되는방식으로 쉽게 행해질 수 있다.
요구되는 조립단계와 관련하여, 브레이징 호일 프리폼(10)은 플레이트의 주요한 면(94)에 대해 적절히 위치를 갖고, 상기 탭(14)은 테이퍼를 갖는 에지(92)의 측면을 따라 접촉하기 위해 접혀지거나 적어도 늘어나며, 관통공(16)은 적당히 위치를 정한 튜브 단부(86)와 플레이트(90)에 상응한다. 그후 이러한 어셈블레이즈는 셀(82)내로 삽입될 수 있다. 그 다음 조작, 브레이징 단계는 조립체의 제조의 재료에 대해 특별히 요구되는 필요에 따라 진행되며, 비정질 금속의 조성과 관련하여 브레이징 호일 프리폼의 형성을 위하여 사용될 수 있다.
도 7를 보면, 도 6과 관련하여 설명된 요소들의 특징과 관련하여 단면도가 도시되어 있다. 도 7은 셀(82), 플레이트(90), 브레이징 호일 프리폼(10) 뿐만 아니라 두개의 튜브(84)의 최종적인 상대 위치가 일치한다. 명료하게 하기 위하여, 추가로 부가적인 튜브 뿐만 아니라 튜브(90)를 관통하는 홀의 도시는 생략하였다. 도 7의 상대적인 위치를 잘 살펴보면, 탭(14)은 플레이트(90)의 테이퍼진 에지(92), 그리고 쉘(82)의 내부벽(94) 사이에서 끼워진다. 밀접한 허용차의 적합도는 도면에서 도시되어 있지만 필요로 하는 것은 아니다. 플레이트와 쉘은 그 사이에 탭(14)의 위치를 허용하기 위한 그러한 크기를 갖으며, 브레이징 다음, 신뢰할 브레이징된 접합이 형성되도록 브레이징 호일 프리폼(10)의 충분한 재료를 제공한다. 마찬가지로, 각 관통공(16)을 형성하는 슬리트의 영역 중간내에 형성된 플랩이 각각의 튜브(84)의 내부내 안쪽으로 확장된다.
도면에 보여지는 바와 같이, 이들은 각 튜브(96)의 내부벽에 접할 필요는 없으며, 브레이징 호일 프리폼(10)이 각 튜브(86)의 단부와 플레이트(90) 둘다 동시에 물리적으로 접촉하도록 하는 것이 요구된다.
도 6과 7에 도시된 요소들의 상대적인 위치에 대한 변경 또한 본 발명의 범위내로 보는 것은 당연하다 할 것이다. 예를 들어, 하나의 변경으로 플레이트(90)은 쉘(82)의 단부에 본질적으로 일치하지 않고 외부로 확장될 수 있으며, 또는 그 내부로 확장될 수 있다.
또한, 요소들의 역배열도 만들어 질 수 있다. 역배열의 예로서, 브레이징된 호일 프리폼(10)의 주요한 평면(18)은 도 7에 보여지는 것과 반대로 플레이트(19)의 일측에 위치할 수 있으며, 각 튜브(84)의 단부(86)은 관통공(16)을 통해 통과할 수 있다. 그러한 방식으로, 각 관통공의 의존하는 플랩은 각 튜브의 외부벽(98)과 플레이트(90)을 관통하는 홀(100)의 내부 사이에서 산재된다. 마찬가지로, 상기 탭(14)은 어셈블된 쉘과 튜브의 열교환기의 내부에서 외부로 접하는 탭(14)의 각각 단부 일지라도 상기 플레이트(90)의 에지(92), 쉘(82)의 내부벽(94)의 중간에 위치된다. 이러한 역배열로서, 브레이징 호일 프리폼(10)은 쉘과 튜브 조립체의 내부상에 있는 플레이트(90)의 면상에 있는 것이다. 이러한 역배열은 특히 다음과 같을 때 유용하다. 쉘과 튜브가 튜브의 반대 단부에서 플레이트와 함께 다수의 튜브를 갖으면 조립체로 될 때, 하나의 플레이트가 도 6에 보여지는 실시예에 따라 첫번째 플레이트의 면상에 적용되는 브레이징 호일 프리폼(10)을 포함할 때, 튜브의 반대 단부에서 다른 플레이트가 위에서 설명한 역배열로서 브레이징 호일 프리폼(10)을 가지는 경우이다. 이러한 브레이징 호일 프리폼의 배열은 쉘과 튜브의 조립체가쉘(82)의 내로 삽입될 때 크게 유용하다.
도 8에는 나아가 본 발명의 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 스탬핑된 플레이트(110)는 다수의 관통하는 통로(112)를 포함하며, 각각은 쉘과 튜브 조립체의 부분을 형성하는 다수의 튜브(84)의 하나의 단부(86)을 수용하도록 된다.
마찬가지로, 도 6의 배열에 따르면, 스탬핑된 플레이트(110)은 셀과 튜브 열교환기가 조립체로 될 때 쉘(82)의 내부벽(94)의 내부에 꼭 맞게 된다. 나아가 도 8에 보여지는 바와 같이, 브레이징 호일 프리폼(40)은 도 3에 도시된 것과 뿐만 아니라 브레이징 호일 프리폼 스트림(60)은 도 5에 도시된 것과 일치하는 것이다. 또한, 도 6과 관련하여 일반적인 설명에 따르면, 브레이징된 호일 프리폼(40)은 스탬핑된 플레이트(110)와 튜브 단부(86)의 배열에 상응하는 적절한 크기와 적절히 위치한 관통공(16)을 다수개 포함하고 있다. 차이점은 브레이징 호일 프리폼(40)이 주위 탭(예를 들어 도 1의 탭(14))을 포함하지 않는 것이며, 브레이징된 호일 프리폼(40)의 직경이 스탬핑된 플레이트(110)의 경계지내에 맞출 의도가 있다. 상기 직경은 임계적이지 않으며, 브레이징된 호일 프리폼(40)의 부분이 튜브단부(86)와 스탬핑된 플레이트(110)을 관통하는 홀(112)가 접촉할 수 있다. 이러한 배열을 도 9에서 보다 명료하게 설명될 것이다. 또한, 도 8에서 보여지는 바와 같이, 브레이징된 호일 프리폼 스트립(60)은 또한 스탬핑된 플레이트(110)의 직경과 동일하거나 이 보다 큰 길이를 갖을 수 있다. 도 8에서 보여지는 바와 같이, 브레이징 호일 프리폼(60)은 일반적으로 원형을 형성하도록 배열되며, 상기 브레이징 호일 프리폼 스트립(60)의 적어도 일부가 쉘(82)의 적어도 일부와 스탬핑된 플레이트(110)의 사이에 놓여질 수 있도록 적절히 배치된다. 그러한 방식으로, 가열과 브레이징 단계중에 브레이징된 접합은 쉘(82)과 스탬핑된 플레이트(110)의 사이에서 확실하게 될 수 있다.
도 9에는 도 8에 도시된 조립체가 부분적으로 묘사되어 있다. 거기에서 보여지는 바와 같이, 브레이징 호일 프리폼(40)은 스탬핑된 플레이트(110)의 적어도 일부와 튜브(84)의 단부와 동시에 접촉된다. 또한, 도 9에 보는 바와 같이, 관통공(16)에 의해 형성된 플램부는 튜브(84)의 내부쪽을 향해 내부로 가리키도록 구부려지거나 편향된다. 도 9에 나타난 바와 같이, 브레이징된 호일 프리폼(60)은 스탬핑된 플레이트(110)과 쉘(82)의 부분 사이에서 나란히 놓여진다.
도 9에 도시된 배열에 따라 이들 요소들의 위치시키는 과정 다음으로, 종래의 브레이징 단계는 브레이징된 호일 프리폼(40)과 브레이징된 호일 프리폼 스트립(60)이 적어도 부분적으로 용융되고 냉각될 때 개개의 요소들 사이에서 브레이징 접합을 형성하도록 행해진다.
본 발명은 또한 브레이징된 접합을 갖는 열교환기 또는 다른 조립체의 제조방법을 제공한다. 그 제조방법은, 그 제조과정에서 상기 열교환기 또는 다른 조립체의 하나 이상의 요소에 접촉하는 비정질 금속합금의 브레이징 호일 조성의 프리폼을 제공하는 단계,
다음으로, 브레이징된 접합을 형성하기 위하여 브레이징 호일 조성으로 형성된 프리폼이 적어도 부분적으로 용융이 달성되기 위한 적절한 조건으로 열교환기 또는 다른 조립체를 가하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따라 브레이징 호일 프리폼을 활용하는 쉘과 튜브 타입 열교환기의 제조를 위한 하나의 기술은, 도 1에 따라 브레이징 호일 프리폼의 배열이 포함되어 조립체된 쉘과 튜브 열교환기가 부분적으로 도시된 도 10과 관련하여 설명된다. 이 기술에 따르면, 도 10과 관련하여 부분적으로 설명되어 있으며, 플레이트(90A)는 예를 들어 도 1에서 설명한 브레이징 호일 프리폼(10)과 함께 제공된다. 이 플레이트(90A)는 탭(14)이 플레이트(90A)의 에지와 쉘(82)의 내부직경과의 사이에 위치하도록 하기 위해 쉘(82)의 일측 단부내로 삽입된다. 상기 브레이징 호일 프리폼(10)은 쉘(82)의 내부에서 바깥쪽으로 향하는 플레이트(90A)의 면상에 위치한다. 다음 제조단계는, 튜브(84A)(84B)가 화살표 "a"의 방향으로 쉘(82)의 개공단부를 통과하여 삽입되어 튜브(84A)의 각각의 적어도 일측 단부가 플레이트(90A)내로 삽입된다(이미 삽입된 것들은 84A로, 삽입되는 공정의 것들은 84B로서 식별함). 또한, 두번재 플레이트(90B)와 쉘(82)의 내부에서 바깥 방향의 플레이트 면상에 적용된 브레이징 호일 프리폼(10)이 제공된다. 플레이트(90B)내로 튜브(84A)(84B)의 단부를 위치시키는 것을 용이하게 하고, 튜브(84A)(84B), 플레이트(90B), 쉘(82)의 단부사이에서 적합한 정렬을 보장하기 위하여 가이드 수단(120)을 사용하는 것이 유리하다. 모범적인 가이드 수단(120)은 로드(rods)를 포함하며, 이 로드는 튜브(84A)(84B)의 각각의 내부로 쉽게 삽입된 다음 플레이트(90B)내 적당한 홀을 통해 통과한다. 이 방법에서, 각각의 튜브단부, 플레이트(90B)의 홀의 정당한 정렬은 플레이트(90B)가 쉘(82) 단부내로 삽입된 다음에 보장될 수 있다. 이러한 정렬은 도 6, 8에서 보다 명료하게 설명된다. 편리하게 이들 가이드수단(120)은 브레이징 단계 전에 제거될 수 있으며, 물론 가이드 수단의 시용은 여기에서 설명된 기술에 선택수단으로 해석된다.
상기 기술의 다음 단계에 따라, 상기 조립된 조립체는 이후 상기 튜브(84A, 84B)의 단부, 상기 플레이트(90A, 90B)와 상기 쉘(82)의 적어도 하나의 부분 사이에 브레이징된 접합의 형성을 보장하기 위한 적절한 브레이징 조건에 적용된다.
쉘-앤드-튜브(shell-and-tube) 열교환기에 사용되는 조립체의 제조를 위한 두번째 기술에 따르면, 비록 약간 변경되기는 하였지만 유사한 순서의 조립체 단계가 실시된다. 본 기술에 따라, 튜브(84)의 첫번째 단부(86)는 상기 플레이트(90A, 90B) 내의 적절한 구멍으로 삽입된다. 그 후, 궁극적으로 상기 조립된 쉘-앤드-튜브 열교환기로부터 바깥쪽으로 향하게 될 플레이트(90A)의 표면 위에, 도 1에 묘사된 브레이징 호일 프리폼이 위치된다. 또한, 다른 플레이트(90B) 위에, 궁극적으로 상기 쉘(82)로부터 바깥쪽으로 향하게 될 상기 플레이트의 표면 위에 도 3에 묘사된 브레이징 호일 프리폼이 위치된다. 그 후, 상기 첫번째 플레이트(90A), 상기 조립된 튜브(84) 및 상기 두번째 플레이트(90B)는 이후 적절하게 크기가 조절된 쉘(82)의 한쪽 단부로 삽입되고, 이후 상기 쉘을 통하여 화살표 "a"의 방향으로 그들의 최종위치(묘사되지 않음)를 향하여 이동된다. 상기와 같은 방법에 있어서, 상기 플레이트(90A, 90B), 튜브(84) 및 상기 브레이징 호일 프리폼(10)의 조립체는 상기 쉘(82)을 통하여 이동될때 플런저(plunger) 또는 피스톤(piston)처럼 작용한다. 상기 두번째 플레이트(90B)의 상기 쉘(82)로의 브레이징을 보장하기 위하여,상기 플레이트(90B)의 모서리를 도 5에 묘사된 브레이징 호일 프리폼 스트립 또는 도 12에 묘사된 상기 브레이징 호일 프리폼 링 중에 선택하여 둘러싸는게 유리하다. 이러한 방식으로, 상기 조립체가 완성되었을때, 브레이징 호일 프리폼(124)은 상기 플레이트(90A, 90B)의 표면과 접촉한 외부의 위와 상기 각각의 튜브(84)의 단부 뿐만 아니라 상기 각각의 플레이트(90A, 90B)의 모서리 사이에 접촉된다.
그 후, 도 10에 관하여 설명했듯이, 상기 조립체는 브레이징이 발생되는 것을 보장하기 위하여 적절한 조건에 적용된다.
간단하게 언급된 것처럼, 도 12는 도 5에 묘사된 상기 브레이징 호일 프리폼 스트립을 대신하여 사용될 수 있는 대안으로서의 브레이징 호일 프리폼 링(124)이다. 상기 브레이징 호일 프리폼 링(124)은 내부 원형의 영역에 늘어져 있는 일련의 주변탭(peripheral tabs, 14)을 포함한다. 도 12에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 점선(128)은 상기 탭(14)이 상기 원형 면(126)의 평면으로부터 접혀질 수 있고, 도 3에 묘사된 브레이징 호일 프리폼과 결합하여 특정하게 이용되어 3-차원 프리폼을 형성할 수 있는 대략의 위치에 있는 폴드라인(fold line)을 가리킨다.
쉘-인-튜브(shell-in-tube) 열교환기의 제조에 이용되는 조립체의 제조를 위한 세번째 기술은 도 13을 참조하여 설명된다. 그 안에, 상기 쉘의 각 단부와 상기 플레이트(90A, 90B) 사이의 쉘의 각 단부에 위치한 브레이징 호일 프리폼(124) 뿐만 아니라 2개의 단부 플레이트(90A, 90B) 각각의 위에 위치한 브레이징 호일 프리폼(10)을 포함하는 조립된 쉘-인-튜브 열교환기의 부분단면도가 묘사되었다. 상기 브레이징 호일 프리폼(124)의 형상은 도 5에 묘사된 상기 브레이징 호일 프리폼 스트립 또는 도 12를 참조하여 묘사된 상기 브레이징 호일 프리폼 링과 일치될 수 있다.
본 기술에 따르면, 또한 상기 각각의 튜브(84)의 단부(86)와 상기 각각의 플레이트(90A, 90B) 사이에 양호한 정렬을 보장하는데 이로운 가이드 수단(120)이 이용되는 것이 유리하다. 본 기술에 따르면, 상기 각각의 튜브(84)는 그것과 함께 하나 이상의 가이드 수단(120)을 갖는다. 상기 가이드 수단은 상기 각각의 플레이트(90A, 90B) 내의 적당하게 크기가 조절된 구멍을 통하여 통과된다. 궁극적으로 상기 쉘-인-튜브 열교환기의 내부로부터 바깥쪽으로 향하게 될 상기 각각의 플레이트(90A, 90B)의 표면 위에 도 3을 참조하여 설명했듯이 브레이징 호일 프리폼이 위치된다. 그 후에, 플레이트(90A)는 상기 화살표 "a"와 반대방향으로 이동되고, 그 결과 그것은 상기 쉘(82)내로 적절하게 삽입되며, 또한 그 결과 상기 각각의 튜브(84)의 단부가 상기 플레이트(90A) 내의 적당하게 크기가 조절된 구멍으로 삽입된다. 또한, 상기 브레이징 호일 프리폼(124)이 상기 플레이트(90A)의 테이퍼된(tapered) 모서리(92)와 상기 쉘(82)의 내부벽 중간에 위치되는 것이 보장되기 위하여 주의가 요구된다. 유사한 방식으로, 상기 두번째 플레이트(90B)는 또한 상기 쉘(82)의 내부로 유사하게 삽입되고, 상기 튜브(84)의 반대쪽 단부는 상기 두번째 플레이트(90B) 내에 적당하게 크기가 조절된 구멍으로 삽입되며, 상기 브레이징 호일 프리폼(124)은 또한 상기 테이퍼된(tapered) 모서리(92)와 상기 쉘(82)의 내부벽 사이에 위치된다. 편리하게, 상기 가이드 수단(120)은 상기 조립된 쉘-인-튜브 열교환기로부터 제거되며, 그 후 상기 쉘-인-튜브 열교환기는 상기 브레이징 호일 프리폼을 응고하고 브레이징 결합을 형성하기 위한 적절한 조건에 적용된다.
본 발명의 적용은 열교환기의 제조에 제한되는 것이 아니라 또한 브레이징에 의하여 2개 이상의 금속 부품을 결합하고자 하는 어떠한 적용에서도 용도를 찾을 수 있는 것으로 이해되는 것이 마땅하다.
실시예
실시예 1
도 1에 묘사된 브레이징 호일 프리폼이 제조되었다. 도 1에 예시된 상기 브레이징 호일 프리폼(10)을 스탬핑하기에 적당한 형상을 갖는 금속 컷팅 다이(metal cutting die)가 제조되었다. 이후 상기 다이는 도 1에 묘사된 브레이징 호일 프리폼을 스탬핑하기 위하여 이용되었으며, 싱글 스탬핑 오퍼레이션(single stamping operation)에 이용되었다. 본 실시예에 따르면, 상기 관통공(16)이 상기 싱글 스템핑 오퍼레이션에서 동시에 스탬핑되었다는 것이 예상된다.
실시예 2
도 1에 묘사된 브레이징 호일 프리폼은 2-단계의 스템핑 오퍼레이션에서 제조되었다. 첫번째, 도 1에 따른 브레이징 호일 프리폼을 스탬핑하기 위한 형상을 가지나 관통공(16)이 없는 금속 컷팅 다이가 비정질 금속 합금의 판(sheet), 리본(ribbon) 또는 스트립(strip)으로부터 프리폼을 스탬핑하기 위하여 이용되었다. 그 후에, 도 2에 묘사된 개공기(piercing tool)가 도 1에 보여준 것처럼 상기관통공(16)을 형성하기 위하여 이용되었다.
실시예 3
도 3에 묘사된 브레이징 호일 프리폼은 실시예 1을 참조하여 특정되는 상기 공정에 따라 제조되었다. 그러나 본 실시예에 따르면, 상기 금속 컷팅 다이의 형상은 도 3에 묘사된 상기 브레이징 호일 프리폼(40)의 형상과 일치한다.
실시예 4
도 3에 묘사된 브레이징 호일 프리폼은 일반적으로 실시예 2에 인용된 제조 단계에 따라서 제조된다. 그러나 본 실시예에 따르면, 상기 브레이징 호일 프리폼(40)의 형태는 도 3의 형상과 일치한다.
쉘-인-튜브 열교환기 조립체는 2개의 단부를 갖는 다수의 튜브, 상기 튜브의 한 단부가 허용되는 치수의 그 곳을 통과하는 적어도 하나의 구멍을 갖는 첫번째 플레이트, 상기 튜브의 다른 단부가 허용되는 치수의 구멍을 갖는 두번째 플레이트, 상기 단부를 받아들이기 위한 치수를 갖는 쉘, 다수의 튜브, 도 1에 묘사된 브레이징 호일 프리폼으로 이루어진다. 상기 적당한 튜브 단부는 상기 각각의 플레이트에 있는 적당한 구멍으로 삽입되며, 상기 브레이징 호일 프리폼은 상기 쉘의 내부로부터 바깥쪽으로 향해진 상기 표면위에 위치된다. 브레이징 호일 프리폼, 플레이트 및 다수의 튜브의 조립체는 이후 상기 쉘의 내부에 제공되며, 그 후 상기 조립체는 상기 브레이징 호일 프리폼을 적어도 부분적으로 용융시키고 상기 쉘-인-튜브 열교환기의 요소들 사이에 브레이징 결합을 형성하기 위한 적절한 브레이징 조건이 적용된다. 그 후 상기 조립체는 냉각된다.
실시예 5
도 3에 묘사된 브레이징 호일 프리폼은 일반적으로 실시예 2에 인용된 상기 공정 단계에 따라 제조된다. 그러나 본 실시예에 따르면, 상기 브레이징 호일 프리폼(40)의 형태는 도 3의 배열과 일치된다.
쉘-인-튜브 열교환기 조립체는 2개의 단부를 갖는 다수의 튜브, 상기 튜브의 한 단부가 허용되는 치수의 그 곳을 통과하는 적어도 하나의 구멍을 갖는 첫번째 플레이트, 상기 튜브의 다른 단부가 허용되는 치수의 구멍을 갖는 두번째 플레이트, 상기 단부를 받아들이기 위한 치수를 갖는 쉘, 다수의 튜브, 도 1에 묘사된 브레이징 호일 프리폼으로 이루어진다. 상기 적당한 튜브 단부는 상기 각각의 플레이트의 적당한 구멍으로 삽입되며, 상기 브레이징 호일 프리폼은 상기 쉘의 내부로부터 바깥쪽으로 향해진 상기 표면 위에 위치된다. 브레이징 호일 프리폼, 플레이트 및 다수의 튜브의 조립체는 이후 상기 쉘의 내부에 제공되고, 그 후에 상기 조립체는 상기 브레이징 호일 프리폼을 적어도 부분적으로 용융하고 상기 쉘-인-튜브 열교환기의 요소들 사이에 브레이징 결합을 형성하기 위한 적절한 브레이징 조건에 적용된다. 그 후에 상기 조립체는 냉각된다.
부가적으로, 브레이징 호일 프리폼 스트립(60)은 또한 상기 각각의 플레이트 모서리와 상기 쉘의 내부벽 사이에 도입된다.
본 발명은 지금 바람직한 실시예들에 의하여 설명되고 있지만, 본 명세서는 예시된 것에 의하여 그러나 거기에 한정되지는 않는 것으로 이해될 수 있으며, 본 기술에서 개선된 것이 분명한 다양한 변경 및 수정은 본 발명의 범위 및 취지로 부터 분리되지 않는 것으로 이해될 수 있다.

Claims (17)

  1. 브레이징 접합부를 갖는 조립체 제조의 사용에 특히 적합한 비정질 금속 브레이징 호일로 형성된 예비성형된 제품에 있어서,
    상기 예비성형된 제품은 비평면상의 3차원 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 예비성형된 제품
  2. 제 1항에 있어서, 상기 비정질 금속합금은 Ni-또는 Ni/Cr기초 합금인 것을 특징으로 하는 예비성형된 제품
  3. 제 1항에 있어서, 상기 비정질 금속합금은 하기식으로 나타내어 질 수 있는 조성을 가짐을 특징으로 하는 예비성형된 제품
    NiaCobCrcBdSieFefMogWhX
    단, 여기에서,"a","b","c","d","e","f","g" 및 "h"는 모두 중량%이고, "b"는 약0 ~ 75, "c"는 0 ~ 약25, "d"는 0 ~ 약4, "e"는 0 ~ 약11, "f"는 0 ~ 약10, "g"는 0 ~ 약5, "h"는 0 ~ 약5이며, "X"는 약 1중량%로 존재할 수 있는 불순물을 포함하는 다른 원소들을 나타내며, 그리고 "a"는 전체량 100에 대한 잔여량이다.
  4. 제 1항에 있어서, 다수의 튜브를 적어도 하나의 플래이트에 브레이징함에 있어서 그 사용이 적합하며, 상기 플래이트를 상기 다수의 튜브들과 적어도 하나의 플래이트를 포함하는 쉘에 브레이징할 수 있는 형상을 가지는 예비성형된 제품
  5. 제 4항에 있어서, 상기 예비성형된 제품의 형상은 제1 평면, 상기 제1 평면을 관통하는 적어도 하나의 관통공을 가짐을 특징으로 하는 예비성형된 제품
  6. 제 4항에 있어서, 상기 예비성형된 제품의 형상은 제1 평면, 상기 제1 평면을 관통하는 적어도 하나의 관통홀, 및 상기 제1 평면에 의존하는 적어도 하나의 구부릴 수 있는 탭을 포함함을 특징으로 하는 예비성형된 제품
  7. 제 1항에 있어서,
    다수의 튜브를 적어도 하나의 플래이트에 브레이징함에 있어서 그 사용이 적합한 형상을 갖는 브레이징 호일 프리폼; 그리고
    상기 플래이트를, 상기 다수의 튜브들과 적어도 하나의 플래이트를 포함하는 실린더 형상의 쉘에 브레이징 하기 위한 사용에 적합한 형상을 갖는 브레이징 호일 프리폼 스트립;을 포함하는 예비성형된 제품
  8. 브레이징 접합부를 갖는 열교환기 또는 다른 조립체의 제조방법에 있어서
    상기 방법은,
    비정질 금속합금으로 이루어진 브레이징 호일 조성물로 형성된 예비성형된제품을 제공하는 단계;
    후속하여, 브레이징 호일 조성물로 형성된 상기 예비성형된 제품을 적어도 부분적으로 용융시켜 상기 열교환기 또는 다른 조립체를 이루는 구성요소들 사이에서 브레이징 접합부를 생성할 수 있도록, 상기 열교환기 또는 다른 조립체를 적절한 조건에서 처리하는 단계를 포함하고,
    상기 예비성형된 제품은, 그 제조동안 상기 열교환기 또는 다른 조립체를 이루는 하나이상의 구성요소들에 접하는 비평면상의 3차원 형태를 가짐을 특징으로 하는 방법
  9. 제 8항에 있어서, 상기 예비성형된 제품이 Ni-또는 Ni/Cr기초 합금의 비정질 금속합금으로 형성됨을 특징으로 하는 방법
  10. 제 9항에 있어서, 상기 비정질 금속합금은 하기식으로 나타내어 질 수 있는 조성을 가짐을 특징으로 하는 방법
    NiaCobCrcBdSieFefMogWhX
    단, 여기에서,"a","b","c","d","e","f","g" 및 "h"는 모두 중량%이고, "b"는 약0 ~ 75, "c"는 0 ~ 약25, "d"는 0 ~ 약4, "e"는 0 ~ 약11, "f"는 0 ~ 약10, "g"는 0 ~ 약5, "h"는 0 ~ 약5이며, "X"는 약 1중량%로 존재할 수 있는 불순물을 포함하는 다른 원소들을 나타내며, 그리고 "a"는 전체량 100에 대한 잔여량이다.
  11. 제 8항에 있어서, 상기 예비성형된 제품은, 다수의 튜브를 적어도 하나의 플래트에 브레이징함에 있어서 그 사용이 적합하고, 상기 플래이트를 상기 다수의 튜브들과 적어도 하나의 플래이트를 포함하는 쉘에 브레이징할 수 있는 형상을 가짐을 특징으로 하는 방법
  12. 제 8항에 있어서, 상기 예비성형된 제품의 형상은 제1 평면, 상기 제1 평면을 관통하는 적어도 하나의 관통공을 가짐을 특징으로 하는 방법
  13. 제 8항에 있어서, 상기 예비성형된 제품의 형상은 제1 평면, 상기 제1 평면을 관통하는 적어도 하나의 관통홀, 및 상기 제1 평면에 의존하는 적어도 하나의 구부릴 수 있는 탭을 포함함을 특징으로 하는 방법
  14. 청구항 1항의 비정질 금속합금 브레이징 호일로 형성된 적어도 하나의 예비성형된 제품을 포함하는, 브레이징 접합부를 갖는 열교환기 또는 다른 조립체
  15. 제 14항에 있어서, 상기 비정질 금속합금이 하기식으로 나타내어 질 수 있는 조성을 가짐을 특징으로 하는 브레이징 접합부를 갖는 열교환기 또는 다른 조립체
    NiaCobCrcBdSieFefMogWhX
    단, 여기에서,"a","b","c","d","e","f","g" 및 "h"는 모두 중량%이고, "b"는 약0 ~ 75, "c"는 0 ~ 약25, "d"는 0 ~ 약4, "e"는 0 ~ 약11, "f"는 0 ~ 약10, "g"는 0 ~ 약5, "h"는 0 ~ 약5이며, "X"는 약 1중량%로 존재할 수 있는 불순물을 포함하는 다른 원소들을 나타내며, 그리고 "a"는 전체량 100에 대한 잔여량이다.
  16. 열교환기 또는 다른 조립체를 이루는 하나 이상의 구성요소와 접촉하는 비정질 금속합금의 브레이징 호일 조성물로 형성된 예비성형된 제품을 제공하는 공정단계를 포함하는 방법으로 제조된 브레이징 접합부를 갖는 열교환기 또는 다른 조립체
  17. 제 16항에 있어서, 비정질 금속합금의 브레이징 호일로 형성된 상기 예비성형된 제품은 하기식으로 나타내어 질 수 있는 조성을 가짐을 특징으로 하는 브레이징 접합부를 갖는 열교환기 또는 다른 조립체
    NiaCobCrcBdSieFefMogWhX
    단, 여기에서,"a","b","c","d","e","f","g" 및 "h"는 모두 중량%이고, "b"는 약0 ~ 75, "c"는 0 ~ 약25, "d"는 0 ~ 약4, "e"는 0 ~ 약11, "f"는 0 ~ 약10, "g"는 0 ~ 약5, "h"는 0 ~ 약5이며, "X"는 약 1중량%로 존재할 수 있는 불순물을 포함하는 다른 원소들을 나타내며, 그리고 "a"는 전체량 100에 대한 잔여량이다.
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