KR20230042846A - 고 내식성 열교환기 - Google Patents

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Abstract

본 명세서에서는 튜브재와 핀재의 합금성분을 제어하고 핀재의 희생부식을 유도함으로써 내식성을 향상시킨, 고 내식성 열교환기를 개시하고 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고 내식성 열교환기는, 냉매가 유동하도록 내부에 채널이 형성되어 있는 튜브; 및 상기 튜브의 외주면에 결합되는 복수개의 핀을 포함하고, 상기 핀은, 중량%로, Mg: 0.1% 이상 0.45% 이하, Zn: 0.5% 초과 0.8% 이하, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.

Description

고 내식성 열교환기 {HIGH CORROSION RESISTANCE HEAT EXCHANGER}
본 발명은 고 내식성 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 튜브재와 핀재의 합금성분을 제어하고 핀재의 희생부식을 유도함으로써 내식성을 향상시킨, 고 내식성 열교환기에 관한 것이다.
냉장고의 구성요소 중 열 교환기는 냉장고의 성능 및 수명을 결정하는 중요한 부품이다. 일반적으로 열 교환기에는 가격 경쟁력 및 열전도 특성을 감안하여 알루미늄 합금 소재가 널리 사용되고 있다.
내식성이 뛰어난 3000계열 알루미늄 소재는 가공성이 떨어지므로, 여러 가공공정을 거치는 냉장고 증발기에 적용하기 어려운 문제가 있다.
따라서, 종래의 냉장고 열 교환기에는 압출성 및 표면처리성이 뛰어난 1000계열의 알루미늄 소재를 활용했다. 일반적으로 알루미늄은 산화피막이 형성되어 높은 내식성을 유지하지만, Si, Cu등의 영향으로 전위차 부식이 발생할 수 있다. 1000계열의 알루미늄 소재를 활용한 튜브의 경우에는, 튜브가 먼저 부식되어 튜브 안쪽으로 파고드는 피팅(Pitting) 부식이 발생할 수 있다. 따라서, 피팅(Pitting) 부식에 의해 튜브가 관통되어 냉매 누설, 냉동 불량 등의 문제점이 발생할 수 있다.
튜브의 부식을 방지하기 위해 가장 널리 쓰이는 알루미늄 부식방지 방법으로는 표면처리(Alumite)를 통해 증발기의 부식을 방지하는 방법이 있다. 그러나, 표면처리 공정이 추가됨에 따른 비용상승 문제가 있고, 코팅 결함이 발생할 우려가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 내식성이 향상된 합금조성을 설계하여 열교환기 튜브 및 핀에 적용함으로써, 피팅(Pitting) 부식이 아닌 전면 부식이 일어나도록 하는데 있다.
또한, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 새로운 합금조성으로 구성된 튜브에 대응하여 핀재의 합금조성을 설계함으로써, 핀의 희생부식을 유도하여, 부식으로부터 튜브를 보호하도록 하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고 내식성 열교환기는, 냉매가 유동하도록 내부에 채널이 형성되어 있는 튜브; 및 상기 튜브의 외주면에 결합되는 복수개의 핀을 포함하고, 상기 핀은, 중량%로, Mg: 0.1% 이상 0.45% 이하, Zn: 0.5% 초과 0.8% 이하, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고 내식성 열교환기에서, 상기 튜브는, 복수열의 지그재그로 연결되도록 마련될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고 내식성 열교환기에서, 상기 복수개의 핀은, 상기 튜브의 길이방향으로, 상기 튜브의 외주면을 따라 마련될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고 내식성 열교환기는, 상기 튜브의 양측에 높이방향으로 마련되는 판형 증발기를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고 내식성 열교환기에서, 상기 복수개의 핀은 상기 튜브에 압입 방식으로 결합될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고 내식성 열교환기에서, 상기 핀은, 중량%로, Fe: 0% 초과 0.2% 미만 및 Si: 0% 초과 0.1% 미만을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고 내식성 열교환기에서, 상기 핀은, 중량%로, Mg, Zn, Fe 및 Si 함량의 총 합이 0% 초과 1.0% 이하일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고 내식성 열교환기에서, 상기 튜브는, 중량%로, Mg: 0.1% 이상 0.45% 이하, Zn: 0.1% 이상 0.6% 이하, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고 내식성 열교환기에서, 상기 튜브는, 중량%로, Fe: 0% 초과 0.1% 미만 및 Si: 0% 초과 0.1% 미만을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고 내식성 열교환기는, 상기 튜브보다 상기 핀의 부식 전위값(Corrosion Potential)이 더 낮을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고 내식성 열교환기는, 상기 튜브의 부식 전위값(Corrosion Potential)이 -760 내지 -780 mV일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고 내식성 열교환기는, 상기 핀의 부식 전위값(Corrosion Potential)이 -790 내지 -810 mV일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고 내식성 열교환기는, 상기 튜브와 상기 핀의 부식 전위값(Corrosion Potential) 차이가 10 내지 30 mV일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고 내식성 열교환기는, ASTM G85에 따른 SWAAT 시험 시, 튜브의 부식 깊이가 78㎛ 이상 400㎛ 이하일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고 내식성 열교환기는, 냉매가 유동하도록 내부에 채널이 형성되어 있는 튜브; 상기 튜브의 외주면에 결합되는 복수개의 핀; 및 상기 튜브의 양측에 높이방향으로 마련되는 판형 증발기를 포함하고, 상기 튜브는, 복수열의 지그재그로 연결되도록 마련되고, 상기 튜브는, 중량%로, Mg: 0.1% 이상 0.45% 이하, Zn: 0.1% 이상 0.6% 이하, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고 내식성 열교환기는, 상기 튜브는 Fe: 0% 초과 0.1% 미만 및 Si: 0% 초과 0.1% 미만을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고 내식성 열교환기는, 상기 튜브보다 상기 핀의 부식 전위값(Corrosion Potential)이 더 낮을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고 내식성 열교환기는, 상기 튜브와 상기 핀의 부식 전위값(Corrosion Potential) 차이가 10 내지 30 mV일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고 내식성 열교환기는, 냉매가 유동하도록 내부에 채널이 형성되어 있는 튜브; 상기 튜브의 외주면에 결합되는 복수개의 핀; 및 상기 튜브의 양측에 높이방향으로 마련되는 판형 증발기를 포함하고, 상기 튜브는, 복수열의 지그재그로 연결되도록 마련되고, 상기 복수개의 핀은, 상기 튜브의 길이방향으로, 상기 튜브의 외주면을 따라 마련될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고 내식성 열교환기에서, 상기 복수개의 핀은 상기 튜브에 압입 방식으로 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 새로운 합금성분을 적용하여 피팅(Pitting) 부식이 아닌 전면 부식이 일어나도록 함으로써, 내식성이 향상된 열교환기를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 핀의 희생부식을 유도하여, 부식으로부터 튜브를 보호함으로써, 내식성이 향상된 열교환기를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 표면처리(Alumite) 공정을 생략하더라도 고 내식성을 구현할 수 있으므로, 제조비용을 절감할 수 있다.
다만, 본 발명의 실시예들에 따른 고 내식성 열교환기가 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 튜브 및 핀의 부식 전위값(Corrosion Potential)에 대한 시뮬레이션 측정값을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기 튜브의 일 단면에 발생한 전면부식을 촬영한 사진이다.
도 4는 비교예에 따른 열교환기 튜브의 일 단면에 발생한 피팅(Pitting) 부식을 촬영한 사진이다.
도 5는 실시예 1에 대해, SWAAT 부식 시험한 후 부식부분을 촬영한 3D 이미지이다.
도 6은 도 5의 3D 이미지에 대해, 튜브 길이방향의 거리에 따른 부식 깊이를 나타낸 그래프이다.
도 7은 실시예 2에 대해, SWAAT 부식 시험한 후 부식부분을 촬영한 3D 이미지이다.
도 8은 도 7의 3D 이미지에 대해, 튜브 길이방향의 거리에 따른 부식 깊이를 나타낸 그래프이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
각 단계들에 있어 식별 부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별 부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고 내식성 열교환기는, 냉매가 유동하도록 내부에 채널이 형성되어 있는 튜브; 및 상기 튜브의 외주면에 결합되는 복수개의 핀을 포함할 수 있다. 상기 튜브는, 복수열의 지그재그로 연결되도록 마련될 수 있다. 상기 복수개의 핀은, 상기 튜브의 길이방향으로, 상기 튜브의 외주면을 따라 마련될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고 내식성 열교환기는, 상기 튜브의 양측에 높이방향으로 마련되는 판형 증발기를 더 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 사시도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고 내식성 열교환기(1)는, 냉매가 유동하도록 내부에 채널이 형성되어 있는 튜브(10)와 상기 튜브(10)의 외주면에 결합되는 핀(11)을 포함할 수 있다. 상기 핀(11)은 복수개로 마련될 수 있다.
또한, 상기 튜브(10)는, 튜브(10) 내부에 유동하는 냉매와 외부공기 사이의 열교환 면적을 확대하기 위해 복수열의 지그재그로 연결되도록 마련될 수 있다.
또한, 복수개로 마련된 상기 핀(11)은, 상기 튜브(10) 내부에 형성된 채널을 따라 유동하는 냉매와 외부 공기가 효율적으로 열을 교환할 수 있도록, 복수의 튜브(10) 사이에 마련될 수 있다. 즉, 상기 핀(11)은 열교환 공간에서 상기 튜브(10)와 접촉되도록 배치될 수 있다. 또한, 복수개로 마련된 상기 핀(11)은, 상기 튜브(10)의 길이방향으로, 상기 튜브(10)의 외주면을 따라 마련될 수 있다. 이때, 상기 핀(11)의 형태가 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 핀(11)은 상기 튜브(10)의 부식을 방지하기 위해 일정 거리마다 복수개가 설치될 수 있으나, 설치 위치가 특별히 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고 내식성 열교환기(1)는, 상기 튜브(10)의 양측에 높이방향으로 마련되는 판형 증발기(12)를 더 포함할 수 있다. 상기 판형 증발기(12)는 열교환 기능을 수행할 뿐만 아니라, 상기 튜브(10)를 고정시킴으로써 열교환기(1)의 형태를 유지시키는 역할을 수행한다. 또한, 상기 판형 증발기(12)에는 센서 등 부자재가 결합될 수 있다.
복수개로 마련된 상기 핀(11)은 상기 튜브(10)에 압입 방식으로 결합될 수 있다. 즉, 상기 튜브(10) 및 상기 핀(11)은, 상기 튜브(10)의 외경보다 작은 홀이 뚫린 상기 핀(11)을 밀어 넣어 결합될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에서의 합금성분 함량의 수치 한정 이유에 대하여 설명한다. 이하에서는 특별한 언급이 없는 한 단위는 중량%이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고 내식성 열교환기(1)에서, 상기 핀(11)은, 중량%로, Mg: 0.1% 이상 0.45% 이하, Zn: 0.5% 초과 0.8% 이하, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
상기 핀(11)에 포함된 Mg(마그네슘)의 함량은 0.1% 이상 0.45% 이하일 수 있다.
Mg은 비교적 낮은 전위를 갖는 원소이다. 따라서, Mg의 함량을 제어함으로써, 상기 튜브(10)와 상기 핀(11)의 부식 전위값(Corrosion Potential) 차이를 조절할 수 있다. 본 발명에서는, 상기 핀(11)에 포함된 Mg의 함량을 상기 튜브(10)에 포함된 Mg의 함량보다 높게 제어함으로써, 상기 핀(11)의 부식 전위값(Corrosion Potential)이 낮게 나타나도록 조절할 수 있다. 상기 핀(11)의 부식 전위값(Corrosion Potential)이 낮게 나타남으로써, 상기 튜브(10)보다 상기 핀(11)이 먼저 부식되도록 유도하여, 상기 튜브(10)를 부식으로부터 보호할 수 있다.
또한, Mg은 알루미늄 합금의 기계적 강도를 향상시키는데 효과적인 원소이다. 이를 고려하여 Mg은 0.1% 이상 첨가될 수 있다. 그러나, Mg의 함량이 과다한 경우에는, 강도의 증가로 인해 압출성이 감소하게 된다. 이를 고려하여, Mg 함량의 상한은 0.45%로 제한될 수 있다.
상기 핀(11)에 포함된 Zn(아연)의 함량은 0.5% 초과 0.8% 이하일 수 있다.
Zn은 Mg와 마찬가지로 비교적 낮은 전위를 갖는 원소이다. 따라서, Zn의 함량을 제어함으로써, 상기 튜브(10)와 상기 핀(11)의 부식 전위값(Corrosion Potential) 차이를 조절할 수 있다. 따라서, Mg와 마찬가지로, 상기 핀(11)에 포함된 Zn의 함량을 상기 튜브(10)에 포함된 Zn의 함량보다 높게 제어함으로써, 상기 튜브(10)보다 상기 핀(11)이 먼저 부식되도록 유도하여, 상기 튜브(10)를 부식으로부터 보호할 수 있다.
또한, Zn은 Al3Mg2 형성을 억제함으로써 피팅(Pitting) 부식에 대한 저항성을 증가시키는데 효과적인 원소이다. 피팅(Pitting)은 국부적인 부식으로 금속 표면에 구멍이나 피트(pit)를 생성시키는 부식을 의미한다. 피팅 부식이 발생될 경우 열교환기(1)의 내구성을 저하시킬 우려가 있는 바, 이러한 부식을 최소화 하도록 함이 바람직하다. 이를 고려하여 Zn은 0.5%를 초과하여 첨가될 수 있다. 그러나, Zn의 함량이 과다한 경우에는, 결정립계 주위에 연속적으로 Mg32(Al, Zn)49상을 형성하여 부식 특성을 감소시키게 된다. 이를 고려하여 Zn 함량의 상한은 0.8%로 제한될 수 있다.
상기 핀(11)에 포함된 나머지 성분은, 가볍고, 표면에 형성되는 산화피막에 의해 높은 내식성을 나타내는 Al(알루미늄)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고 내식성 열교환기(1)에서, 상기 핀(11)은, 중량%로, Fe: 0% 초과 0.2% 미만 및 Si: 0% 초과 0.1% 미만을 더 포함할 수 있다.
상기 핀(11)에 포함된 Fe(철)의 함량은 0% 초과 0.2% 미만일 수 있다.
Fe은 알루미늄의 원료광석인 보크사이트(Bauxite)에 산화철 형태로 포함되어 있는 공업용 알루미늄에 함유된 주된 불순물로써, Al 및 Cu와 금속간 화합물을 형성하여 합금의 내식성을 감소시키는 원소이다. 따라서 본 발명에서는 Fe을 불순물로 관리하고, 그 상한은 0.2% 미만으로 제한될 수 있다.
상기 핀(11)에 포함된 Si(실리콘)의 함량은 0% 초과 0.1% 미만일 수 있다.
Si은 알루미늄의 원료광석인 보크사이트(Bauxite)에 실리카(Silica) 형태로 포함되어 있는 공업용 알루미늄에 함유된 주된 불순물로써, Al 및 Cu와 금속간 화합물을 형성하여 합금의 내식성을 감소시키는 원소이다. 따라서 본 발명에서는 Si을 불순물로 관리하고, 그 상한은 0.1% 미만으로 제한될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고 내식성 열교환기(1)에서, 상기 핀(11)은, 중량%로, Mg, Zn, Fe 및 Si 함량의 총 합이 0% 초과 1.0% 이하일 수 있다. Al의 함량을 99.0% 이상으로 관리함으로써, 표면의 산화피막에 의한 높은 내식성을 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 적정 수준의 항복강도를 유지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고 내식성 열교환기(1)에서, 상기 튜브(10)는, 중량%로, Mg: 0.1% 이상 0.45% 이하, Zn: 0.1% 이상 0.6% 이하, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
상기 튜브(10)에 포함된 Mg(마그네슘)의 함량은 0.1% 이상 0.45% 이하일 수 있다.
상술한 바와 같이, Mg은 비교적 낮은 전위를 갖는 원소이다. 따라서, Mg의 함량을 제어함으로써, 상기 튜브(10)와 상기 핀(11)의 부식 전위값(Corrosion Potential) 차이를 조절할 수 있다. 본 발명에서는, 상기 튜브(10)에 포함된 Mg의 함량을 상기 핀(11)에 포함된 Mg의 함량보다 낮게 제어함으로써, 상기 튜브(10)의 부식 전위값(Corrosion Potential)이 높게 나타나도록 조절할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, Mg은 알루미늄 합금의 기계적 강도를 향상시키는데 효과적인 원소이다. 이를 고려하여 상기 튜브(10)에도 Mg은 0.1% 이상 첨가될 수 있다. 그러나, Mg의 함량이 과다하면, 압출성이 감소하게 되므로, Mg 함량의 상한은 0.45%로 제한될 수 있다.
상기 튜브(10)에 포함된 Zn(아연)의 함량은 0.1% 이상 0.6% 이하일 수 있다.
상술한 바와 같이, Zn은 Mg와 마찬가지로 비교적 낮은 전위를 갖는 원소이다. 따라서, Zn의 함량을 제어함으로써, 상기 튜브(10)와 상기 핀(11)의 부식 전위값(Corrosion Potential) 차이를 조절할 수 있다. 따라서, Mg와 마찬가지로, 상기 튜브(10)에 포함된 Zn의 함량을 상기 핀(11)에 포함된 Zn의 함량보다 낮게 제어함으로써, 상기 튜브(10)의 부식 전위값(Corrosion Potential)이 높게 나타나도록 조절할 수 있다.
다만, Zn은 피팅(Pitting) 부식에 대한 저항성을 증가시키는데 효과적인 원소이므로, 상기 튜브(10)에는 Zn을 0.1% 이상 첨가할 수 있다. 그러나, Zn의 함량이 과다한 경우에는 부식 특성이 감소하므로, Zn 함량의 상한은 0.6%로 제한될 수 있다.
상기 튜브(10)에 포함된 나머지 성분은 Al(알루미늄)이다. 다만, 상술한 바와 같이 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고 내식성 열교환기(1)에서, 상기 튜브(10)는, 중량%로, Fe: 0% 초과 0.2% 미만 및 Si: 0% 초과 0.1% 미만을 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, Fe와 Si는 공업용 알루미늄에 함유된 주요 불순물이다. 따라서, 본 발명에서는 Fe와 Si을 불순물로 관리한다. 이를 고려하여, Fe 함량의 상한은 0.2% 미만으로 제한될 수 있고, Si 함량의 상한은 0.1% 미만으로 제한될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기 튜브의 일 단면에 발생한 전면부식을 촬영한 사진이고, 도 4는 비교예에 따른 열교환기 튜브의 일 단면에 발생한 피팅(Pitting) 부식을 촬영한 사진이다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기 튜브는 100㎛ 깊이의 전면부식이 발생했다. 즉, 본 발명의 일 실시에에 따른 열교환기 튜브는 튜브 자체의 내식성이 우수하다고 평가할 수 있다. 한편, 도 4를 참고하면, 비교예에 따른 열교환기 튜브는 700㎛ 깊이의 피팅(Pitting) 부식이 발생했다. 피팅(Pitting) 부식은 튜브 안쪽으로 파고드는 부식으로써, 열교환기 튜브의 내구성이 비교적 빠르게 저하된다. 따라서, 비교예에 따른 열교환기 튜브는 내식성이 열위하다고 평가할 수 있다.
본 발명에서는, 상술한 합금조성 및 성분범위를 적용함으로써, 상기 튜브(10) 및 상기 핀(11)에서 피팅(Pitting) 부식이 아닌 전면 부식이 일어나도록 하였다. 따라서, 본 발명을 통해 내식성이 향상된 열교환기(1)를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고 내식성 열교환기(1)는, 상기 튜브(10)보다 상기 핀(11)의 부식 전위값(Corrosion Potential)이 더 낮을 수 있다. 이를 통해, 상기 핀(11)의 희생부식을 유도하여 상기 튜브(10)를 부식으로부터 보호할 수 있다.
희생 부식은 어떤 금속의 부식을 막기 위해 다른 금속을 부식시키는 것을 말한다. 이는 서로 다른 금속이 갖는 고유의 전위차로 인해 발생될 수 있다. 이때, 전위가 낮은 금속의 부식이 촉진되고, 전위가 높은 금속은 부식으로부터 보호받을 수 있다.
본 발명의 일 예에서는, 상기 핀(11)의 전위가 낮으므로 상기 핀(11)의 부식이 촉진되고, 상기 튜브(10)의 전위가 높으므로 상기 튜브(10)는 부식으로부터 보호받을 수 있다. 특히, 고내식의 새로운 합금조성으로 이루어진 상기 튜브(10)에 대응하여, 희생부식을 유도할 수 있도록 상기 핀(11)의 합금조성 설계를 했다는 점이 본 발명의 일 특징이라고 할 수 있다. 따라서, 새로운 합금조성을 통한 상기 튜브(10) 자체의 고내식성 뿐만 아니라, 상기 핀(11)과의 조합을 통해 희생부식을 유도함으로써, 더욱 높은 고내식성을 확보할 수 있다.
새로운 합금조성으로 이루어진 상기 튜브(10)의 부식 전위값(Corrosion Potential)은 -760 내지 -780 mV일 수 있다. 또한, 상기 튜브(10)에 대응하여, 희생부식을 유도할 수 있도록 설계된 상기 핀(11)의 부식 전위값(Corrosion Potential)은 -790 내지 -810 mV일 수 있다. 상기 부식 전위값(Corrosion Potential) 측정은, ASTM G69 규격에 의거하여, 25℃에서, 1mol/L 의 NaCl 및 10mL의 30% 과산화수소 시약으로 구성된 용액으로 수행했다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고 내식성 열교환기(1)는, 상기 튜브(10)와 상기 핀(11)의 부식 전위값(Corrosion Potential) 차이가 10 내지 30 mV일 수 있다.
부식 전위값(Corrosion Potential) 차이가 작은 경우에는 희생부식에 의한 부식방지 효과가 저하되므로, 상기 튜브(10)와 상기 핀(11)이 동시에 부식이 진행될 수 있다. 이를 고려하여, 부식 전위값(Corrosion Potential) 차이는 10mV 이상일 수 있다. 그러나, 부식 전위값(Corrosion Potential) 차이가 지나치게 큰 경우에는, 상기 핀(11)의 부식이 빠르게 진행되므로, 희생부식에 의한 상기 튜브(10)의 부식방지 지속시간이 짧아질 수 있다. 이를 고려하여, 부식 전위값(Corrosion Potential) 차이의 상한은 30mV로 제한될 수 있다.
상기 튜브(10)와 상기 핀(11)의 부식 전위값(Corrosion Potential)을 설계함으로써, 본 발명의 일 예에 따른 고 내식성 열교환기(1)는, ASTM G85에 따른 SWAAT 시험 시, 튜브의 부식 깊이가 78㎛ 이상 400㎛ 이하일 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면으로써, 일 실시예에 따른 고 내식성 열교환기(1)는, 냉매가 유동하도록 내부에 채널이 형성되어 있는 튜브(10); 상기 튜브의 외주면에 결합되는 복수개의 핀(11); 및 상기 튜브의 양측에 높이방향으로 마련되는 판형 증발기(12)를 포함하고, 상기 튜브(10)는, 복수열의 지그재그로 연결되도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 복수개의 핀(11)은, 상기 튜브(10)의 길이방향으로, 상기 튜브(10)의 외주면을 따라 마련될 수 있다.
또한, 상기 복수개의 핀(11)은 상기 튜브(10)에 압입 방식으로 결합될 수 있다.
또한, 상기 튜브(10)는, 중량%로, Mg: 0.1% 이상 0.45% 이하, Zn: 0.1% 이상 0.6% 이하, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 튜브(10)는 Fe: 0% 초과 0.1% 미만 및 Si: 0% 초과 0.1% 미만을 더 포함할 수 있다. 즉, 새로운 합금조성으로 설계되어 자체 내식성이 향상된 상기 튜브(10)를 적용함으로써, 고 내식성 열교환기(1)를 확보할 수 있다.
상기 열교환기(1)의 형상과 상기 튜브(10) 및 상기 핀(11)의 합금 성분범위에 대한 상세한 설명은 상술한 바와 같다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이러한 실시예의 기재는 본 발명의 실시를 예시하기 위한 것일 뿐 이러한 실시예의 기재에 의하여 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의하여 결정되는 것이기 때문이다.
{실시예}
아래 표 1에 나타낸 조성을 갖는 알루미늄 합금을 마련한 후, 부식 전위값 시뮬레이션 및 ASTM G85에 따른 SWAAT 시험을 수행했다.
성분(중량 %)
Mg Zn Fe Si
실시예1 튜브 0.15 0.2 0.05 0.05
핀 0.25 0.55 0.02 0.03
실시예2 튜브 0.15 0.2 0.05 0.05
핀 0.3 0.65 0.02 0.02
비교예 튜브 0.025 0.04 0.25 0.2
핀 0.0 0.1 0.6 0.8
<부식 전위값 시뮬레이션>
도 2는 실시예 1 및 2에 따른 열교환기의 튜브 및 핀의 부식 전위값(Corrosion Potential)에 대한 시뮬레이션 측정값을 나타낸 그래프이다. 도 2에서, (A)는 실시예 1 및 2 튜브의 평균 부식 전위값(Corrosion Potential)을 나타낸 선이고, (B)는 실시예 1 핀의 평균 부식 전위값(Corrosion Potential)을 나타낸 선이고, (C)는 실시예 2 핀의 평균 부식 전위값(Corrosion Potential)을 나타낸 선이다.
도 2를 참고하면, 시간 경과에 따른 튜브 및 핀의 부식 전위값 변화를 확인할 수 있다. 실시예 1의 경우에는, 튜브와 핀의 평균 부식 전위값(Corrosion Potential) 차이가 10 mV로 나타났고, 핀에 포함된 Mg 및 Zn의 함량이 비교적 높은 실시예 2의 경우에는, 튜브와 핀의 평균 부식 전위값(Corrosion Potential) 차이가 30 mV로 나타났다. 즉, 고내식의 새로운 합금조성으로 이루어진 튜브에 대응하여, 효율적인 희생부식을 유도할 수 있도록 핀의 합금조성 설계를 했다는 것을 알 수 있다.
<SWAAT 시험>
ASTM G85에 따른 SWAAT 시험은, 염수분무 챔버에서, 5%의 NaCl과 10mol/L의 아세트산 혼합액을 사용하여, pH 2.8 내지 3.0 및, 상대습도 98% 이상에서, 90분 침지 후 30분 스프레이 하여, 48일동안 수행하는 싸이클로 진행했다.
도 5는 실시예 1에 대해, SWAAT 부식 시험한 후 부식부분을 촬영한 3D 이미지이고, 도 6은 도 5의 3D 이미지에 대해, 튜브 길이방향의 거리에 따른 부식 깊이를 나타낸 그래프이다. 또한, 도 7은 실시예 2에 대해, SWAAT 부식 시험한 후 부식부분을 촬영한 3D 이미지이고, 도 8은 도 7의 3D 이미지에 대해, 튜브 길이방향의 거리에 따른 부식 깊이를 나타낸 그래프이다.
튜브 길이방향의 거리에 따른 부식 깊이가 얕을수록, 내식성이 우수하다고 평가할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 튜브와 핀의 평균 부식 전위값(Corrosion Potential) 차이가 10 mV인 실시예 1의 경우에는, 부식 깊이가 400 ㎛로 측정되었다. 동일한 조건에서 SWAAT 시험을 수행했을 때, 비교예에 따른 열교환기 튜브의 일 단면에 발생한 피팅(Pitting) 부식 깊이가 700㎛로 측정되는 것과 비교하면, 내식성이 양호하다고 평가할 수 있다.
도 7 및 도 8을 참고하면, 튜브와 핀의 평균 부식 전위값(Corrosion Potential) 차이가 30 mV인 실시예 2의 경우에는, 부식 깊이가 78 ㎛로 측정되었다. 즉, 내식성이 매우 우수하다고 평가할 수 있다.
1: 열교환기 10: 튜브
11: 핀 12: 판형 증발기

Claims (20)

  1. 냉매가 유동하도록 내부에 채널이 형성되어 있는 튜브; 및
    상기 튜브의 외주면에 결합되는 복수개의 핀을 포함하고,
    상기 핀은, 중량%로, Mg: 0.1% 이상 0.45% 이하, Zn: 0.5% 초과 0.8% 이하, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는, 고 내식성 열교환기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 튜브는, 복수열의 지그재그로 연결되도록 마련되는, 고 내식성 열교환기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수개의 핀은, 상기 튜브의 길이방향으로, 상기 튜브의 외주면을 따라 마련되는, 고 내식성 열교환기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수개의 핀은, 상기 튜브의 길이방향으로, 상기 튜브의 외주면을 따라 마련되는, 고 내식성 열교환기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수개의 핀은 상기 튜브에 압입 방식으로 결합된, 고 내식성 열교환기.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 핀은, 중량%로, Fe: 0% 초과 0.2% 미만 및 Si: 0% 초과 0.1% 미만을 더 포함하는, 고 내식성 열교환기.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 핀은, 중량%로, Mg, Zn, Fe 및 Si 함량의 총 합이 0% 초과 1.0% 이하인, 고 내식성 열교환기.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 튜브는, 중량%로, Mg: 0.1% 이상 0.45% 이하, Zn: 0.1% 이상 0.6% 이하, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는, 고 내식성 열교환기.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 튜브는, 중량%로, Fe: 0% 초과 0.1% 미만 및 Si: 0% 초과 0.1% 미만을 더 포함하는, 고 내식성 열교환기.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 튜브보다 상기 핀의 부식 전위값(Corrosion Potential)이 더 낮은, 고 내식성 열교환기.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 튜브의 부식 전위값(Corrosion Potential)이 -760 내지 -780 mV인, 고 내식성 열교환기.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 핀의 부식 전위값(Corrosion Potential)이 -790 내지 -810 mV인, 고 내식성 열교환기.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 튜브와 상기 핀의 부식 전위값(Corrosion Potential) 차이가 10 내지 30 mV인, 고 내식성 열교환기.
  14. 청구항 1에 있어서,
    ASTM G85에 따른 SWAAT 시험 시, 튜브의 부식 깊이가 78㎛ 이상 400㎛ 이하인, 고 내식성 열교환기.
  15. 냉매가 유동하도록 내부에 채널이 형성되어 있는 튜브;
    상기 튜브의 외주면에 결합되는 복수개의 핀; 및
    상기 튜브의 양측에 높이방향으로 마련되는 판형 증발기를 포함하고,
    상기 튜브는, 복수열의 지그재그로 연결되도록 마련되고,
    상기 튜브는, 중량%로, Mg: 0.1% 이상 0.45% 이하, Zn: 0.1% 이상 0.6% 이하, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는, 고 내식성 열교환기.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 튜브는 Fe: 0% 초과 0.1% 미만 및 Si: 0% 초과 0.1% 미만을 더 포함하는, 고 내식성 열교환기.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 튜브보다 상기 핀의 부식 전위값(Corrosion Potential)이 더 낮은, 고 내식성 열교환기.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 튜브와 상기 핀의 부식 전위값(Corrosion Potential) 차이가 10 내지 30 mV인, 고 내식성 열교환기.
  19. 냉매가 유동하도록 내부에 채널이 형성되어 있는 튜브;
    상기 튜브의 외주면에 결합되는 복수개의 핀; 및
    상기 튜브의 양측에 높이방향으로 마련되는 판형 증발기를 포함하고,
    상기 튜브는, 복수열의 지그재그로 연결되도록 마련되고,
    상기 복수개의 핀은, 상기 튜브의 길이방향으로, 상기 튜브의 외주면을 따라 마련되는, 고 내식성 열교환기.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 복수개의 핀은 상기 튜브에 압입 방식으로 결합된, 고 내식성 열교환기.
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