KR20180128505A - 알루미늄 열교환기용의 솔더링 가능한 유체 채널 - Google Patents

알루미늄 열교환기용의 솔더링 가능한 유체 채널 Download PDF

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KR20180128505A
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Abstract

본 발명은 열교환기용 유체 채널에 있어서,
금속 시트(1) 및,
상기 유체 채널의 내부에 배열된 하나 이상의 구조(4, 14)를 포함하며,
상기 금속 시트(1)는 알루미늄계 합금제의 하나 이상의 코어 영역을 가지며,
상기 구조(4, 14)는 금속 시트의 표면(3)에 대항하여 놓여지며, 솔더링 작업시 제 1 솔더 조인트를 통해 플럭스 없이 금속 시트에 솔더링될 수 있으며,
금속 시트의 솔더링 영역(5a, 5b, 7, 12, 13) 및 카운터파트(5a, 5b, 7, 12, 13)는 서로 대향하여 놓이며, 플럭스에 의해 습식으로 제 2 솔더 조인트에서와 동일한 솔더링 작업시 서로 솔더링될 수 있으며,
상기 솔더링 작업 이전에 2 개의 솔더 조인트들 사이에서 개방 경로(open path)가 존재하는 것을 특징으로 하는,
열교환기용 유체 채널에 관한 것이다.

Description

알루미늄 열교환기용의 솔더링 가능한 유체 채널 {SOLDERABLE FLUID CHANNEL FOR A HEAT EXCHANGER OF ALUMINIUM}
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 열교환기용 유체 채널에 관한 것이다.
열교환기들, 특히 자동차용 열교환기들의 구조에서, 솔더링(soldering) 작업으로부터 플럭스들이 가장 작게 잔류하는 것에 대한 가능성에 대한 요구들이 더욱 높아지고 있다. 아주 최신의 조사결과들은, 예컨대, 순환하는 엔진 냉매(engine coolant)는 냉매 내의 플럭스 성분(constituent)들의 농도들이 더 높아지게 된다면 손상을 입을 수 있다는 것을 제안하고 있다.
EP 0 781 623 B1 는 용접된(welded) 플랫 튜브(flat tube)들이 사용된 알루미늄 열교환기의 제조 프로세스를 설명한다. 이 경우에, 플랫 튜브의 냉매를 유도하는 내부는 플럭스 없이 솔더링되며, 내부에 형성된 비드(bead)들은 지지 벽들을 형성하기 위해서 대향하는 튜브 벽에 결합되거나, 또는 튜브에 삽입되는 내부 부품들이 플럭스 없이 솔더링된다. 플랫 튜브들의 외벽은 플럭스에 의해 종래 방식으로 코팅되며, 이 플럭스는 조립 전에 이루어지는 튜브 벽의 용접을 고려하여 튜브의 내부로 통과될 수 없다.
본 발명의 목적은, 유체 유도 공간이 가장 작은 플럭스 로딩의 가능성을 갖도록 열교환기용 유체 채널을 특정하는 것이다.
도입부에 언급된 유체 채널을 위해서, 본 발명의 목적은 청구항 1의 특징부들에 의해 본 발명에 따라 이루어진다. 솔더링 작업 이전에 솔더 조인트(solder joint)들 사이에서 개방된 경로 때문에, 유체 채널은 종래 기술에 비해 상당히 큰 유연성(flexibility)을 갖도록 설계될 수 있다.
게다가, 유리하게는, 예컨대, 플랫 튜브들의 제조를 위해서, 솔더링 작업 이전에 제공된 용접 시임(weld seam)이 필요없어질 수 있다. 플럭스에 의한 솔더링 영역 및 카운터파트의 솔더링에 기인하여, 가장 작은 양의 플럭스가 유체 채널의 내부로 그리고 이에 의해 나중에 유도된 유체와 접촉하게 통과한다. 이와 동시에, 유체 채널의 내부에 배열된 구조의 플럭스-프리 솔더링은, 예컨대 기계적 보강들, 격벽들 및/또는 터뷸런스 발생 수단을 갖는 유체 채널의 소망하는 구조를 허용한다.
본 발명의 문맥 내에서, 유체 채널은 알루미늄계의 임의의 유체 유도 구조, 특히 적층식(stacked) 플레이트 설계의 열교환기들에서 접이식 플랫 튜브들 또는 유체 유도 챔버들을 의미하는 것으로 이해된다. 플럭스에 의해 발생되는 금속 시트의 솔더링 영역의 솔더링은, 플럭스의 솔더링의 바람직하며 절차적으로 신뢰가능한 특성들이 특히 유리한 유밀 방식(fluid-tight manner)으로 유체 채널을 폐쇄하는(closing off) 특히 유리한 효과를 갖는다. 카운터파트는, 예컨대 유체 채널의 추가 부품, 예컨대 다중 부품 플랫 튜브인 경우에 플랫 튜브 절반부(half)일 수 있다. 이는, 예컨대 단일 부품으로 접히며 그리고 단지 하나의 폐쇄 폴드를 갖는 플랫 튜브들인 경우에 금속 시트의 다른 부분일 수 있다.
본 발명의 문맥 내에서, 플럭스는 알루미늄의 브레이징(brazing)에 적절한 임의의 첨가제를 의미한다. 그 중에서도, 플럭스로서 하기의 플럭스들이 사용된다: 불화 알루미늄 칼륨(potassium aluminum fluorides)(상표명: NOCOLOK), 불화 알루미늄 칼륨과 불화 세슘 및/또는 불화 리튬 및/또는 불화 아연의 혼합물들. 게다가, 불화 실리콘 칼륨(potassium silicon fluorides) 및 실리콘 분말, 또한 상기 언급된 플럭스들과의 혼합물들이 사용된다. 상표명 NOCOLOK으로 시판중인 플럭스들의 사용은, 열교환기들용의 알루미늄 접이식 튜브들인 경우에, 폴드들의 밀봉된(tightly sealed) 솔더링을 위해서 주로 사용되는 기술로서 바람직하게 보급되고 있다. 플럭스는 분말, 현탁액(suspension), 페이스트(paste) 등으로서 적용되며, 솔더 직전에 용융되어, 솔더링되는 표면들을 세정하여, 금속 광택이 있으며 산화물이 없는 알루미늄 표면을 만들어내고, 액체 솔더는 습식(wet)으로 결합(bind)할 수 있도록 이 표면들을 필요로 한다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 솔더링 작업 중에 솔더링 영역 및 카운터파트 사이에 모세관 간극(capillary gap)이 형성되며, 모세관 간극은 접촉면 및 플러싱 채널을 포함한다. 바람직하게는, 반드시 필요한 것은 아니지만, 카운터파트는 추가로 금속 시트의 추가의 솔더링 영역이며; 예시로서, 솔더링 영역들은 동일한 표면의 다양한 부분들일 수 있다. 이는, 솔더링 작업 도중에 모세관 간극을 통한 용융 플럭스의 이송 및 플러싱 채널을 통한 수집 및/또는 배출을 전체적으로 실행하는 것을 가능하게 한다. 이러한 배열체는 마그네슘-함유 알루미늄 합금들이 존재하는 경우에서 조차 플럭스에 의한 솔더링을 가능하게 하는데 특히 잘 들어맞는 것으로 시험을 통해 입증되고 있다. 일반적으로, 종래 기술에 따르면, 마그네슘-함유 합금들의 경우에, 마그네슘의 비율은 가열 도중에 확산하여 플럭스와 함께 솔더링 작업에 유해한 결정들, 예컨대 불화 마그네슘 결정들을 형성한다. 바람직한 실시예의 놀랄 정도로 양호한 기능의 가능하지만, 필수는 아닌 정확한 설명은, 모세관 간극으로부터 플러싱 채널 내로 유동하는 유동 플럭스에 의해 이러한 결정들을 버리는 것이다.
본 발명의 문맥 내에서, 마그네슘-프리 합금은, 알루미늄에 0.03% 미만의 마그네슘 함량이 존재함을 의미하는 것으로 이해된다. 여기서, 합금들에 대해 나타내는 모든 퍼센트들은 중량 %로서 이해된다.
금속 시트의 코어 영역은, 적어도 대략 0.03%, 특히 바람직하게는 대략 0.1% 내지 대략 0.3%의 마그네슘 함량을 갖는 것이 일반적으로 유리하다. 코어 영역의 마그네슘 함량은 대략 1.0% 이하인 것이 일반적으로 바람직하다. 이에 의해, 기계적 특징들이 개선될 수 있다. 코어 영역이 추가의 코팅들, 예컨대 보호 플레이팅(plating)들을 갖지 않는다면, 이러한 마그네슘 함량이, 금속 시트의 표면에의 구조의 플럭스-프리 솔더링을 추가로 개선하거나 가능하게 한다.
바람직한 실시예에서, 금속 시트는 하나 이상의 일방의(unilateral) 솔더 플레이팅을 가지며, 솔더 플레이팅은 이것으로 제한하는 것은 아니지만, 대략 2.5% 미만의 마그네슘 함량을 갖는다. 마그네슘 함량의 이러한 상한은, 플럭스-프리 솔더링에 적합하며, 마그네슘을 증발시킴으로써 이웃하는 플럭스-함유 솔더링으로의 부정적인 영향에 대한 충분한 한도를 제공한다. 특히 최적의 실시예에서, 솔더 플레이팅의 마그네슘 함량은, 대략 0.03% 내지 대략 0.8%이다.
대안의 또는 보충 실시예에서, 상기 구조는, 유체 채널에 삽입된 알루미늄 합금제의 터뷸레이터(turbulator) 형태이다. 터뷸레이터는, 예컨대, 임의의 공지된 형태의 내부(inner) 핀, 예를 들면, 주름진 핀, 웨브 핀 등을 가질 수 있다. 터뷸레이터의 플럭스-프리 솔더링이 특히 유리한데, 이는 예컨대, 프로세스 파라미터들에서 바람직하지 않은 편차들로 부여된 솔더링에서의 고립된 붕괴(disruption)들의 발생이 예컨대, 카운터파트로의 솔더링 영역의 유밀 솔더링인 경우에, 더욱 양호하게 견뎌낼 수 있기 때문이다. 특히, 유리한 개선예에서, 터뷸레이터의 재료는, 어떠한 마그네슘도 포함하지 않으며(또는 마그네슘 함량이 < 0.03%임), 금속 시트는 플럭스 없는 터뷸레이터로의 솔더링을 위해 마그네슘을 포함한다. 이는, 터뷸레이터들이 통상적으로 큰 표면을 가지며, 이를 통해, 바람직하지 않은 분위기 하에서, 심지어 소량의 마그네슘 함량들인 경우에조차, 이웃하는 플럭스-함유 솔더링이 붕괴될 정도로 많은 마그네슘이 전체적으로 증발될 수 있다. 이에 대한 대안의 실시예에서, 터뷸레이터의 재료는 0.7% 이하의 마그네슘을 함유하며/함유하거나 0.03% 내지 0.8%의 마그네슘 함량을 갖는 솔더 플레이팅을 포함하는 것이 제공된다. 심지어 코어 재료 및/또는 터뷸레이터의 가능한 솔더 플레이팅에서의 이러한 마그네슘 농도들이 아주 무해한 것으로 시험들을 통해 입증되고 있다.
본 발명의 일반적으로 바람직한 실시예에서, 유체 채널은 튜브의 길이 방향으로 이어지는 폴드를 갖는 플랫 튜브 형태이며, 상기 폴드는 금속 시트의 솔더링 영역 형태이다. 본 발명의 문맥 내에서, 튜브의 길이 방향으로 이어지는 폴드는 면적으로 솔더링될 수 있는 임의의 인터페이스를 의미하는 것으로 이해된다. 예시로서, 폴드는 플랫 튜브의 넓은 측 또는 좁은 측으로 이어질 수 있다. 특히, 플랫 튜브가 좁은 측인 경우에, 폴드는 튜브의 클립 마개(clip closure)로서 형성될 수 있다. 폴드가 넓은 측에서 이어지고 플랫 튜브에 웨브들이 제공된다면, 플랫 튜브의 대향 측들 상에 인접한 웨브들 및 폴드의 솔더 조인트들을 제공하는 것이 유리하다.
일반적으로 매우 바람직하게는, 본 발명에 따른 플랫 튜브의 폴드는, 가장 가까운 플럭스-프리 솔더 조인트로부터 2 mm의 최소 간격, 특히 바람직하게는 4 mm의 최소 간격으로 플럭스에 의한 습식 솔더링되고 있으므로, 충분한 안전 간격을 보장한다.
본 발명의 가능한 구성에서, 상기 구조는, 금속 시트로 형성되는 하나 이상의 웨브 형태이며, 상기 금속 시트의 표면에 대항하여 놓일 수 있다. 바람직하게는, 이것으로 제한하는 것은 아니지만, 다중 챔버 플랫 튜브는 웨브에 의해 형성될 수 있다. 삽입되는 터뷸레이터들을 갖거나 갖지 않는 단일 챔버 및 다중 챔버 플랫 튜브들 양자가 제공될 수 있는 것은 자명하다.
본 발명의 바람직한 상세 설계에서, 금속 시트의 솔더링 영역은 플럭스에 의의 면적으로(areally) 습식 솔더링될 수 있는 접힘부 및, 또한 90°초과로 구부러지는 인접한 에지폴드를 갖는 것이 제공된다. 에지폴드는 표면에 대한 맞닿음 및/또는 예컨대 접힘부에 직접적으로 인접하는 플러싱 채널을 형성하기 위해서 규정된 라운딩(rounding)을 갖는 에지를 제공한다. 사용된 재료에 따라, 특히 바람직하게는, 에지폴드의 길이(L) 및 금속 시트의 두께(D)에 대해서 하기의 관계가 적용되며,
L > 2 * D
여기서, 특히 180°로 구부러진 에지폴드(6)의 경우에 대해서, 추가로,
L < (B - 2.5 * D)(여기서, B 는 상기 플랫 튜브의 폭)
인 관계가 적용되는 것이 제공될 수 있다.
전체적으로, 이는, 에지폴드의 또는 금속 시트의 단부면 상의 절단 에지가 플럭스 또는 플럭스 유도 영역(예컨대, 플러싱 채널)에 의해 습식 솔더 조인트로부터 충분히 최소의 간격으로 위치되는 것을 보장한다. 이에 의해, 예컨대, 가능하게는, 고함량 마그네슘을 포함하는 금속 시트의 절단 에지에 노출된 코어 재료는 마그네슘 증발 및 플럭스와의 반응에 의해 솔더링 프로세스를 붕괴시키지 않는 것이 가능하다.
일반적으로, 유리하게는, 솔더링 작업 이전에 금속 시트의 대향 표면의 적어도 일부에서, 플럭스가 면적으로 그리고 과도하게 도포된다. 특히, 금속 시트 또는 카운터파트의 에지가 적절하게 형성된다면, 플럭스는 플럭스-프리 솔더링이 발생하는 유체 채널의 내부 영역으로 단지 작은 범위로만 유동하거나 유동하지 않는다. 특히 바람직하게는, 플럭스는 열 용사(thermal spraying) 프로세스 및 페인트플럭스(paintflux) 프로세스로 구성된 군으로부터의 프로세스에 의해 도포된다. 열 용사 프로세스에서, 플럭스는 고 에너지의 고온 가스 스트림으로 도입되어 기류(air-stream powder) 분말을 이송한다. 플럭스는 부분적으로 또는 완전히 용융되며, 이에 의해 표면에 도포된다. 공지된 프로세스들은, 그중에서도 특히, 플라즈마 용사 프로세스, 레이저 유도 용사 프로세스, 및 고온 가스 용사 프로세스이다. 페인트플럭스 프로세스는, 특히, 이것으로 제한하는 것은 아니지만, 문헌 EP 1 287 941 A1 에 따른 프로세스를 의미하는 것으로 이해된다.
도포 프로세스에 관계없이 플럭스 장입(loading)은, 유리하게는 3 내지 40 g/m2, 바람직하게는 5 내지 20 g/m2 및 특히 바람직하게는 7 내지 14 g/m2 이다.
본 발명의 추가의 이점들 및 특징들은 하기에 설명된 예시적 실시예들 및 종속항들로부터 명확해질 것이다.
*본 발명의 바람직한 복수의 예시적 실시예들은 하기 첨부 도면들을 참조로 하여 보다 상세히 개시되고 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 유체 채널의 제 1 실시예를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 유체 채널의 제 2 실시예를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 유체 채널의 제 3 실시예를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 유체 채널의 제 4 실시예를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 유체 채널의 제 5 실시예를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 유체 채널의 제 5 실시예를 도시한다.
도 7은 도 1 내지 도 6에 도시된 실시예들 중 하나의 폴드(fold)의 상세 단면을 도시한다.
도 8은 도 7에 도시된 폴드의 제 1 수정예를 도시한다.
도 9는 도 7에 도시된 폴드의 제 2 수정예를 도시한다.
도 10은 클립 튜브의 방식으로 본 발명에 따른 유체 채널의 추가의 실시예를 도시한다.
도 11은 삽입된 터뷸레이터(turbulator)를 갖는 도 10에 도시된 유체 채널의 수정예를 도시한다.
도 1에 도시된 유체 채널은, 단일 금속 시트(1)로부터 형성된 플랫 튜브의 형태이다. 금속 시트(1)는 알루미늄 합금이며, 이 합금은 본 발명의 경우에, 마그네슘 함량을 갖는다. 본 발명의 경우에, 일반적으로 필수는 아니지만, 솔더 플레이팅(solder plating)이 외부면(2) 상에서 적어도 금속 시트의 코어 영역에 적용되는 것이 가능하다. 본 발명의 예시적 실시예, 그리고 모든 추가의 예시적 실시예들에 대해, 솔더 플레이팅이 존재하지 않으면 전체 금속 시트에 해당하는 코어 영역에, 그리고 솔더 플레이팅에 대해 하기의 합금들이 바람직하다(모든 수치들은 중량 %임):
금속 시트의 코어 영역/베이스 재료:
최소 바람직함 최대
Al 잔부 잔부 잔부
Si 0 - 1.2
Fe 0 0 - 0.4 0.7
Cu 0.1 0.3 - 0.8 1.2
Mn 0 - 2.0
Mg 0.03 0.1 - 0.3 1.0
Cr 0 0 - 0.2 0.5
Zn 0 - 2.5
Ti 0 0 - 0.10 0.3
Sn 0 - 0.05
Zr 0 - 0.2
Bi 0 - 0.05
Sr 0 - 0.05
솔더 플레이팅:
최소 바람직함 최대
Al 잔부 잔부 잔부
Si 5 내지 6 7 - 11 20
Fe 0 0 - 0.2 0.8
Cu 0 0 - 0.3 1
Mn 0 - 0.15
Mg 0 0.03 - 0.8 2.5
Cr 0 - 0.05
Zn 0 0 - 2.0 4
Ti 0 0 - 0.10 0.2
Sn 0 - 0.05
Zr 0 - 0.05
Bi 0 0 - 0.20 0.5
Sr 0 0 - 0.05 0.2
본 발명의 경우에, 플랫 튜브는 길이 방향을 따라 튜브를 폐쇄하기 위한 폴드(5) 및 접이식 웨브(folded web)(4)들을 갖는 멀티 챔버 플랫 튜브의 형태이다.
본 발명의 경우에, 폴드(5)는 플랫 튜브의 넓은 측면(broad side) 상에 배열된다. 이 폴드는 제 1 접힘부(5a) 및 제 2 접힘부(5b)를 포함하며, 이들 접힘부는 금속 시트(1)의 대향하는 에지 영역들을 90°로 구부림으로써 각각 형성된다. 각각의 에지폴드(6)는 접힘부(5a, 5b)들에 180°로 인접한다. 에지폴드(6)들의 영역에서, 접힘부(5a, 5b)들은 내부 시트 금속 표면(3)의 맞닿음(abutment) 영역(7) 또는 플랫 튜브의 내부측에 대항하여 놓여진다. 맞닿음 영역(7)에 나란히, 접힘부(5a, 5b)들 각각은 본 발명의 문맥 내에서 카운터파트(counterpart) 또는 솔더링 영역을 형성한다.
접힘부들 사이 접촉면에 의해 서로 대항하여 놓이는 접힘부들(5a, 5b)은 모세관 간극(capillary gap)(8)을 형성한다. 플러싱 채널(9)이, 솔더링 영역(7)과 에지폴드(6)들 사이의 폴드에서 형성되며, 플러싱 채널 내로 모세관 간극(8)이 작용하며 플러싱 채널은 모세관 간극(8)보다 큰 직경을 갖는다.
웨브(4)들은 플랫 튜브의 내경에 대응하는 높이를 가지며, 맞닿음 영역(10)에서 금속 시트(1)의 내측 상의 표면(3)에 대항하여 놓여진다. 맞닿음 영역(10)은 솔더링 영역(7) 반대쪽에 놓이는 플랫 튜브의 측면에 위치되며, 이에 따라 맞닿음 영역(10)과 맞닿음 영역(7) 사이에 특히 큰 간격이 존재한다.
웨브(4)들은 본 발명의 문맥 내에서 유체 채널의 내부에 배열되는 구조를 형성하며, 이러한 유체 채널은 거기에 플럭스가 없는 제 1 솔더 조인트를 형성하기 위해서 맞닿음 영역(10)에서 금속 시트의 내부 표면(3)에 대항하여 놓인다.
폴드(5)는 그의 접힘부(5a, 5b)들 및 맞닿음 영역(7)과 함께 솔더링 작업시 플럭스에 의해 습식 제 2 솔더 조인트를 형성한다. 이를 위해, 제 1 예시적 실시예에서, 플랫 튜브의 전체 외부의 넓은 측에는 폴드(5)의 측면 상에서 플럭스(11)가 제공된다. 플럭스(11)는 페인트 플럭스 프로세스에 의해 도포되고 있는 NOCOLOK(상표명)이다.
솔더링 이전에 개방되는 폴드는 2개의 솔더 조인트들 사이에 개방 경로(path)를 형성한다. 특히, 기하학적인 관점에서, 제 2 솔더 조인트로부터 제 1 솔더 조인트까지 용융 플럭스가 직접 유동할 수 있지만, 실제로는, 본 발명에 따르면 이는 방지된다.
전체가 열교환기를 형성하는 구성요소들의 스택의 핀 또는 다른 구조가 외부측(도시 생략)에 위치될 수 있다. 이렇게 미리 조립된 구조는 솔더링 노(furnace)에 배치되어 가열된다. 이 경우, 플럭스-프리 제 1 솔더 조인트와 플러스에 의한 습식 제 2 솔더 조인트 양자는 동일한 솔더링 작업시 동시에 솔더링된다.
적절한 온도에서, 우선, 외부 측에 도포된 플럭스가 액화되고 모세관 간극(8) 내로 유동한다. 본 예시에서, 플럭스는 과도하게 존재한다. 모세관 작용에 의해 구동되는 캡(8)을 통해 플럭스가 유동한 후에, 플럭스는 플러싱(flushing) 채널(9)에서 수집된다. 상세한 설계에 따라, 플럭스가 플랫 튜브(도시 생략)의 단부에의 포메이션에 의해 플러싱 채널로부터 플럭스가 배출되는 것이 추가로 제공될 수 있지만, 이것으로 제한하는 것은 아니다.
분리(separating) 작용을 갖는 플러싱 채널을 고려하면, 본 예시에서, 플럭스-프리 제 1 솔더 조인트(4, 10)의 습식(wetting)은 존재하지 않는다. 선택된 재료들을 고려하면, 플럭스가 없는 솔더링이 실행되므로, 웨브(4)는 금속 시트의 대향 표면에의 구조로서 솔더링된다. 그 결과, 유체 채널의 기계적 치밀화(mechanical consolidation)가 이루어지며, 복수개의 분리된 챔버들이 형성된다.
도 2 내지 도 4에 도시된 예시적 실시예들은 단지 외부 측으로의 플럭스의 도포가 전체 표면적에 걸쳐 실행되지 않는 점이 제 1 실시예와 상이하다.
도 2에 도시된 예시에서, 폴드(5)의 영역에 걸쳐서 넓은 스트립(wide strip)으로 나누어서(in parts) 단지 선택된 도포가 실행된다.
도 3에 도시된 예시에서, 플럭스는 폴드 모세관에서 직접적인 줄무늬(streak)로서만 도포되어, 모세관의 가장자리에 채워진다.
도 4에 도시된 예시에서, 플럭스는 폴드(5)의 각각의 측면에서 2 개의 좁은 스트립들로 도포된다. 쉽게 젖는 플럭스가 액화된 후에, 플럭스는 또한 모세관 간극 내로 유동한다.
도 1 내지 도 4에 도시된 예시들의 각각에서, 플럭스는 과도하게 도포된다.
도 5에 도시된 예시는 접힘부(5a, 5b)들로의 직접적인 도포를 도시하며, 튜브의 접힘중 또는 튜브가 완전히 함께 접히기 이전에 플럭스가 도포된다.
도 6은 튜브가 함께 접히기 이전에 에지폴드(6)가 대항하여 놓여지는 솔더링 영역(7)들에 플럭스가 도포되어 있는 예시를 도시한다. 이 예시에서, 도포된 솔더의 적어도 일부는 플러싱 채널에 의해 신뢰가능하게 수용되지 않으며, 원칙적으로는, 플럭스 없이 솔더링되도록 웨브들에 대해 측면으로 유동한다. 이러한 원치않는 젖음을 회피하기 위해서, 도 6에 도시된 실시예에서, 도포된 플럭스의 양은 과도한 것이 아니라 오히려 규정되어 있다. 이러한 규정된 치수들은, 도 5에 도시된 예시를 위해 가능한 개선에 적합하다.
도 7 내지 도 9는 전술한 임의의 예시들과 조합될 수 있는 에지폴드(6)들의 다양한 변형예들을 도시한다. 특히, 금속 시트의 코어 영역이 다량의 마그네슘을 함유하며 유사하게 마그네슘을 함유하는 솔더에 의해 도금된다면, 금속 시트의 에지의 개방 단부면은 가열시 다량의 마그네슘을 방출할 수 있다. 발생한(emerging) 마그네슘은 플럭스의 허용 불가한 소비를 유도할 수 있으며, 염화 마그네슘이 솔더링된 조인트에서 형성된다.
따라서, 바람직하게는, 금속 시트 두께(D), 에지폴드의 길이(L) 및 튜브 폭(B)을 위해서 하기의 관계가 적용된다.:
L > 2 * D.
여기서, 에지폴드는 90°보다 상당히 큰 각도(도 9의 예시 참조)를 통해, 특히 180°(도 7, 도 8 참조)로 구부러질 수 있다.
에지폴드가 180°에 이르게 되면, 단부 에지와 금속 시트의 대향 측이 너무 가까워지는 것을 방지하기 위해서, 어디에서는 하기의 관계가 가능해야 하며 또한 준수되어야 한다(도 8 참조):
L < B - 2.5 * D.
일반적으로, 편의상, 에지폴드(6)들의 단부 에지들이 접힘부(5a, 5b)들의 벽들과 접촉하지 않게 되는 것이 보장되어야 한다. 여기서, 적어도 대략적인 금속 시트 두께(D)의 안전 거리를 지키는 것이 바람직하다. 플럭스가 제공된 영역(플럭스가 코팅됨)과 플럭스가 제공되지 않은 영역(플럭스가 코팅되지 않음)(이들 영역은 또한 각각 솔더링됨) 사이의 거리가 대략 2 내지 4mm, 또는 3 내지 5mm이라면 유리하다.
웨브(들)(4)가 튜브 벽의 반대쪽 내부에 대항하여 놓여지면 또한 유리하다.
전체적으로, 이는 특히 효과적으로 원치않는 영역들을 향해 마그네슘이 증발 또는 확산하는 것을 방지하거나 에지폴드(6)들의 단부 에지들의 영역 내로 플럭스가 유입하는 것을 방지한다.
도 10에 도시된 예시에서, 폴드는 선행하는 예시들에서와 같이 플랫 튜브의 넓은 측에 제공되는 것이 아니라, 오히려 좁은 측에 제공된다. 금속 시트(1)의 2개의 대향하는 에지들은 각각 부분적으로 원형인 구부러짐부(bend)(12, 13)를 가지므로, 이들은 폐쇄된 상태에서 형상 끼워맞춤(form-fitting) 방식으로 서로 맞물림 된다. 이렇게 하여, 플랫 튜브는 클립 튜브로서 형성된다. 내부측에 놓인 구부러짐부(12)의 외부면 및 외부측에 놓인 구부러짐부(13)의 내부면은 서로에 대항하여 놓이므로, 모세관 간극(8)이 그 사이에서 형성된다. 선행하는 실시예들에서와 유사한 작용을 갖는 플러싱 채널은, 외부측에 놓인 구부러짐부(13)의 단부와 내부측에 놓인 구부러짐부(12)의 그래쥬에이션(graduation)(12a) 사이의 보이드(void)에 의해 형성된다.
플럭스는 선행하는 예시들에서와 유사한 방식으로 튜브의 외부면에 도포되거나, 서로 솔더링되는 구부러짐부(12, 13)들의 면들 중 하나 또는 양자에 목표로 하는 방식으로 도포될 수 있다.
선행하는 실시예들과 유사하게, 플랫 튜브는 그의 내부에 플럭스 없이 솔더링되는 적어도 2 개의 웨브(4)들을 가지므로, 플랫 튜브는 멀티 챔버 플랫 튜브 방식으로 구조된다.
도 11은 도 10에서와 같이 폴드(5)가 형성되는 추가의 예시를 도시한다. 도 10에 반해, 터뷸레이터(14) 형태의 구조가 튜브 내로 삽입되고, 금속 시트(1)의 내부측 상에서 표면에 플럭스 없이 솔더링된다. 이 경우에, 터뷸레이터(14)는 주름진 핀(corrugated fin)으로서 형성된다. 요구조건들에 따라, 또한, 터뷸레이터가 도 10에서와 같이 멀티 챔버 플랫 튜브 내에 삽입될 수 있다는 것은 자명하다.
터뷸레이터에 대해서는 하기 합금들이 바람직하다:
최소 바람직함 최대
Al 잔부 잔부 잔부
Si 0 0.2 - 0.6 1.2
Fe 0 0 - 0.4 0.7
Cu 0 - 0.7
Mn 0 - 2.0
Mg 0 0 - 0.7 3.0
Cr 0 0 - 0.2 0.5
Zn 0 - 3.5
Ti 0 - 0.3
Sn 0 - 0.2
Zr 0 - 0.2
Bi 0 - 0.05
Sr 0 - 0.05
매우 바람직한 구성에 있어서, 터뷸레이터에는 마그네슘이 없다(마그네슘 함량: < 0.03%). 이는 종종 터뷸레이터들의 큰 표면을 고려하여 원치않게 높은 마그네슘의 증발을 회피한다. 이러한 구성에서, 플럭스-프리 솔더링을 위해 요망되는 마그네슘은 금속 시트 재료 및/또는 금속 시트의 솔더 플레이팅에 의해 전체적으로 제공된다. 원칙적으로, 터뷸레이터는 또한 솔더 플레이팅을 가질 수 있다.
하기 사항이 일반적으로 유효하다: 튜브의 내부측 상에서 플럭스-프리 웨브 솔더링 또는 튜브의 내부 측으로의 내부 터뷸레이터의 플럭스-프리 웨브 솔더링과 플럭스-함유 폴드 솔더링의 조합은, 튜브 및 솔더 플레이팅의 베이스 재료 또는 내부 터뷸레이터의 경우에, 터뷸레이터 및 터뷸레이터 솔더 플레이팅의 베이스 재료로 적합한 재료들을 필요로 한다.
도금식(plated) 및 비도금식(unplated) 결합 파트너들의 하기의 변형예들이 바람직하다:
- 내부측 및 외부측 상에서 솔더 플레이팅된 튜브 금속 시트, 단지(only) 웨브들 및 폴드만 솔더 플레이팅되고, 도금되지 않은 터뷸레이터,
- 내부측 및 외부측 상에서 솔더 플레이팅된 튜브 금속 시트, 단지 폴드만 솔더 플레이팅되고, 웨브들은 솔더 플레이팅되지 않으며, 약간(bare) 솔더 플레이팅된 터뷸레이터,
- 단지 외부측 상에서만 솔더 플레이팅된 튜브 금속 시트 및 양측들 상에서 솔더 플레이팅된 터뷸레이터.
플럭스-프리 내부 솔더링을 위한 이하의 재료 개념들이 바람직하다:
- 보통의 3 층 구조(솔더/튜브의 베이스 재료/솔더 및/또는 솔더/터뷸레이터 재료/솔더로 이루어짐)의 재료 개념들, 이들은 일정의 최소 비율들의 마그네슘을 함유한다. 또한, 튜브 및 삽입된 터뷸레이터를 위한 마그네슘 함유 합금들의 사용은, 사용된 알루미늄 재료들의 강도 특징들을 개선하기 위한 가능성을 성립시킨다.
- 4 층 또는 5 층 구조(솔더/튜브 재료/솔더/상부 층 또는 상부 층/솔더/튜브 재료/솔더/상부 층 및 터뷸레이터에 대해 유사하게 이루어짐)의 다중 층 개념들, 이들은 플럭스-프리 솔더링에서 발생하는 메카니즘들을 고려하여, 단지 솔더에서만 마그네슘을 단지 작은 비율로 함유해야 한다(< 0.10%). 또한, 튜브의 베이스 재료는 작은 비율의 마그네슘을 함유할 수 있지만, Mg 로부터 완전히 자유롭게 선택될 수 있다(< 0.03%).
다양한 예시적 실시예들의 각각의 특징들은 요구사항들에 따라서 서로 조합될 수 있음은 자명하다.

Claims (14)

  1. 열교환기용 유체 채널로서,
    금속 시트(1) 및,
    상기 유체 채널의 내부에 배열된 하나 이상의 구조(4, 14)를 포함하며,
    상기 금속 시트(1)는 알루미늄계 합금제의 하나 이상의 코어 영역을 가지며,
    상기 구조(4, 14)는 금속 시트의 표면(3)에 대항하여 놓여지며, 솔더링(soldering) 작업시 제 1 솔더 조인트를 통해 플럭스 없이 금속 시트에 솔더링될 수 있으며,
    상기 금속 시트의 솔더링 영역(5a, 5b, 7, 12, 13) 및 카운터파트(5a, 5b, 7, 12, 13)는 서로 대향하여 놓이며, 플럭스에 의해 습식으로(wetting) 제 2 솔더 조인트에서와 동일한 솔더링 작업시 서로 솔더링될 수 있는, 열교환기용 유체 채널에 있어서,
    상기 솔더링 작업 이전에 2 개의 솔더 조인트들 사이에서 개방 경로(open path)가 존재하는 것을 특징으로 하는,
    열교환기용 유체 채널.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 솔더링 작업 중에 상기 솔더링 영역(5a, 5b, 7, 12, 13) 및 카운터파트(5a, 5b, 7, 12, 13) 사이에 모세관 간극(capillary gap)(8)이 형성되며,
    상기 모세관 간극(8)은 접촉면(5a, 5b, 12, 13) 및 플러싱 채널(9)을 포함하며,
    특히, 상기 카운터파트(5a, 5b, 7, 12, 13)는 금속 시트의 추가의 솔더링 영역인 것을 특징으로 하는,
    열교환기용 유체 채널.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속 시트(1)의 코어 영역은 적어도 대략 0.03%, 특히 대략 0.1% 내지 대략 1.0% 사이의 마그네슘 함량을 갖는 것을 특징으로 하는,
    열교환기용 유체 채널.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 시트(1)는 하나 이상의 일방의(unilateral) 솔더 플레이팅을 가지며,
    특히 상기 솔더 플레이팅은 대략 2.5% 미만의 마그네슘 함량을 갖는 것을 특징으로 하는,
    열교환기용 유체 채널.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 솔더 플레이팅의 마그네슘 함량은 대략 0.03% 내지 대략 0.8%인 것을 특징으로 하는,
    열교환기용 유체 채널.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조는, 상기 유체 채널에 삽입되는 알루미늄 합금제의 터뷸레이터(turbulator)(14) 형태인 것을 특징으로 하는,
    열교환기용 유체 채널.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 터뷸레이터(14)의 재료는, 어떠한 마그네슘도 포함하지 않으며,
    상기 금속 시트(1)는 플럭스 없이 상기 터뷸레이터(14)로의 솔더링을 위한 마그네슘을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    열교환기용 유체 채널.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 터뷸레이터(14)의 재료는 0.7% 이하의 마그네슘을 함유하며/함유하거나 0.03% 내지 0.8%의 마그네슘 함량을 갖는 솔더 플레이팅을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    열교환기용 유체 채널.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체 채널은, 상기 튜브의 길이 방향으로 이어지는 폴드(5)를 갖는 플랫 튜브 형태이며,
    상기 폴드(5)는 상기 금속 시트(1)의 솔더링 영역 형태인 것을 특징으로 하는,
    열교환기용 유체 채널.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 구조는, 상기 금속 시트로부터 형성되는 하나 이상의 웨브(4) 형태이며, 상기 금속 시트(1)의 표면(3), 특히 다중 챔버 플랫 튜브를 형성하는 표면에 대향하여 놓이는 것을 특징으로 하는,
    열교환기용 유체 채널.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 금속 시트(1)의 솔더링 영역은 플럭스에 의해 면적으로(areally) 습식 솔더링될 수 있는 접힘부(5a, 5b) 및 또한 90°초과로 구부러지는 인접한 에지폴드(6)를 갖는 것을 특징으로 하는,
    열교환기용 유체 채널.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 에지폴드(6)의 길이(L) 및 상기 금속 시트(1)의 두께(D)에 대해서 하기의 관계가 적용되며,
    L > 2 * D;
    여기서, 특히 180°로 구부러진 에지폴드(6)의 경우에 대해, 추가로,
    L < (B - 2.5 * D)(여기서, B 는 상기 플랫 튜브의 폭)
    인 관계가 적용되는 것을 특징으로 하는,
    열교환기용 유체 채널.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 솔더링 작업 이전에 상기 금속 시트(1)의 대향 표면(2)의 적어도 일부에서, 상기 플럭스가 면적으로 그리고 과도하게 도포되는 것을 특징으로 하는,
    열교환기용 유체 채널.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플럭스는 열 용사(thermal spraying) 프로세스 및 페인트플럭스(paintflux) 프로세스로 구성된 군으로부터의 프로세스에 의해 도포되는 것을 특징으로 하는,
    열교환기용 유체 채널.


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