KR101426631B1 - 섬유강화된 보디 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세라믹 재료를 포함하고, 열교환기에서 사용하기 위해 그리고 유체의 안내를 위해 적합한 보디(1)에 관한 것으로서, 상기 보디(3)의 외부측(15)은 종방향 및/또는 원주방향으로 적어도 2개의 섬유 번들(9)에 의해 적어도 부분적으로 포위되고, 그 섬유 번들에 비 포지티브식으로 연결되고, 상기 섬유 번들(9)은 예비 인장되어 있고, 상기 섬유 번들(9)의 인접하는 부분들은 소정의 거리를 두고 배열되는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 더욱 보디(1)의 제조를 위한 방법으로서, a) 세라믹 재료를 포함하고, 열교환기에서 사용하기 위해 그리고 유체의 안내를 위해 적합한 보디(3)를 제공하는 단계, 및 b) 비 포지티브 연결을 형성하는 소정의 예비 인장 하에서 적어도 2개의 섬유 번들(9)에 의해 상기 보디(3)의 외부측(15)의 적어도 일 부분들을 포위하는 단계를 포함하고, 상기 섬유 번들(9)의 인접 부분들은 소정의 거리를 두고 배열된다. 본 발명은 더욱 열교환기 내의 관 또는 관의 베이스로서의 본 발명에 따른 보디(1)의 용도에 관한 것이다.

Description

섬유강화된 보디{FIBRE-REINFORCED BODY}

본 발명의 목적은 섬유강화된 보디, 섬유강화된 보디의 제조 방법, 및 열교환기에서 관 또는 관 저부로서의 섬유강화된 보디의 사용에 관한 것이다.

실리콘 카바이드 관과 같은 세라믹 재료로 이루어진 구성요소는 열교환기에서 빈번하게 사용된다. 세라믹 재료인 누설방지 실리콘 카바이드 관은 취성 균열하는(brittle fracture) 경향이 있다. 기계적 고장(mechanical failure)의 경우, 관은 파멸적으로, 즉 균열된 섹션들로 파괴된다. 관은 그 완전성을 상실한다. 이러한 종류의 관으로 제작된 열교환기는 이러한 성질의 균열에 의해 파괴될 수 있는데, 이는 부식성 산이 부식으로부터 보호되지 않는 열 교환기의 서비스 구역(service compartment)에 도달하기 때문이다. 더욱이, 열교환기가 연결되어 있는 냉각 시스템이나 가열 시스템에서 추가의 손상이 발생할 수 있다.

본 발명이 다룰 문제점은 파멸적인 취성 균열에 영향을 받지 않는 재료를 제공하는 것이다.

이 문제는 청구항 제1항의 특징을 갖춘 보디에 의해 그리고 청구항 제7항의 특징을 갖춘 제조 방법에 의해 해결된다.

본 발명에 따른 보디는 열교환기에서의 사용과 전도성 유체에 적합한 세라믹 재료를 포함하는 보디이다. 보디의 외부측은 종방향 및/또는 원주방향으로 적어도 2개의 섬유 번들(fibre bundle)에 의해 적어도 부분적으로 포위되고, 그 섬유 번들에 비 포지티브식으로(non-positively) 연결된다. 이 섬유 번들은 예비 인장된다(pre-tensioned). 이 섬유 번들의 인접 부분들은 소정의 거리를 두고 배열된다. 섬유 번들에 의한 보디의 강화는 보디가 취성 균열에 대해 더욱 영향을 받지 않게 되고 그 내압력 및 내부하력(load-bearing capacity)이 증대되는 것을 의미한다.

섬유 강화재는 파열 압력 증대와 같은 보디의 특성을 개선하는데, 파열 압력의 증대에 의해 보디는 취성 파괴, 스팀 해머링(steam hammering) 및 허용되지 않는 작동 압력의 초과에 대해 더욱 영향을 받지 않게 된다. 정상 작동 중에 유체가 섬유강화된 보디를 통해 안내되고, 또 노화 예를 들면 부적절한 사용이나 과도한 응력의 결과로 종방향 크랙이 내부에 출현하더라도, 이 보디는 소정의 차압(differential pressure)에 이르기까지 어떤 중대한 누설도 보이지 않는다. 보디의 파편의 돌출(pushing out) 또는 파열이 섬유 번들에 의한 보디의 포위로 인해 어느 정도까지 저지되고, 그 결과 보디의 원형으로부터의 돌출 조각 또는 파열 조각이 포위하고 있는 예비 인장 섬유 번들에 의해 소정의 형태로 유지된다. 보디로부터의 조각의 파열 및 그로 인한 유체의 대량의 누설이 방지된다. 이 보디가 사용되는 열교환기는 계획된 운전 정지까지 중단없이 일반적으로 더 작동될 수 있다. 그러므로 본 발명에 따른 보디는 강화되지 않은 보디에 비해 결함이 있는 상태에서도 어느 정도까지는 누설 방지된다.

보디는 관 형상의 보디인 것이 바람직하다. 본 발명의 의미의 범위 내에서, 관 형상의 보디는 바람직하게 유체를 안내하기에 적합하도록 원형의 단면을 갖고 그 종방향 연장부의 양 단부에서 개방되는 보디를 특히 의미하는 것이다. 그러나, 대안으로서 관 형상의 보디는 사각형, 타원형 또는 기타 형상의 단면일 수도 있다. 관 형상의 보디의 종방향 연장부는 그 단면보다 큰 것이 바람직하다. 관 형상의 보디는 원형 단면을 갖는 관인 것이 바람직하다.

대안으로서, 보디는 복수의 구멍이 커버의 종방향으로 연장되는 커버이다. 본 발명의 맥락에서 커버는 단일 공동이 아닌 복수의 공동을 보이는 바람직하게는 원형 단면인 보디를 의미한다. 커버가 유체를 안내하기에 적합해지도록 하기 위해, 커버는 커버의 종방향으로 연장하여 공동(cavities)을 제공하는 복수의 구멍을 갖는다. 본 발명의 의미의 범위 내에서, 커버는 관 형상의 보디로 간주되고, 그 길이의 범위에는 단일 공동이 아니라 복수의 공동이 횡단되어 있고, 이 복수의 공동은 커버의 종방향(g)으로 단일 공동으로 이어지거나 커버의 종방향을 따라 연속적으로 분리된 상태로 연장할 수 있다. 커버의 종방향 연장부는 그 단면보다 작은 것이 바람직하다. 예를 들면, 커버는 매우 작아서 둥근 디스크 또는 플레이트의 형상을 보이고, 커버의 종방향으로 연장하는 구명들에 의해 횡단된다. 커버의 전체 단면은 복수의 구멍을 보일 수 있다. 대안으로서, 적어도 일부 섹션만이 복수의 구멍을 보이는 것도 고려될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 섬유 번들은 망(network)을 형성한다. 이것은 예를 들면 적어도 2개의 섬유 번들이 보디의 종방향 축에 대해 ± 80°의 각도로 서로를 향해 경사를 이루는 것을 의미한다.

상기 망의 밀도는 보디의 용도의 특성, 보디가 노출되는 부하 및 보디의 강도 및 치수에 의존한다. 보디가 균열 시 더 작은 파편으로 파괴되는 것이 예상되는 경우 섬유 번들의 촘촘한 망이 바람직하다. 반면, 섬유 번들 내의 더 많은 재료의 사용은 또한 비용을 상승시키므로, 사용되는 망상(networed) 섬유 번들의 밀도는 결과적인 재료의 비용을 고려하여 원하는 효과에 개별적으로 맞춰져야 한다.

바람직한 실시예에서, 인접 섬유 번들 사이의 거리 대 섬유 번들의 직경의 비는 5:1 내지 10:1의 범위에 있다. 이것은 보디의 기계적 부하의 함수이다. 이 비에 비례하는 보디의 열 저항은 본질적으로 불변이다. 섬유 번들의 종방향 연장부에 대한 특정 각도의 각 방향에서 비교적 얇은 섬유 번들 및 넓은 표면적을 가진 피복되지 않은 스트립이 보디의 외부측 상에서 교대로 배치된다.

상기 적어도 2개의 섬유 번들은 보디를 부분적으로 또는 완전하게 포위하거나 강화할 수 있다. 보디에 중 부하(heavy load)가 가해지는 경우 완전 강화가 바람직하다. 대안으로서, 비용을 고려하여 특별히 중 부하에 노출되는 보디의 부분만을 강화시키는 것도 적절할 수 있다. 예를 들면, 관의 경우 특히 다른 구성요소와 연결되는 단부 섹션은 열교환기와 같은 장치 내의 영역으로 특히 부하에 노출되거나 균열이 발생하기 쉬운 영역이며, 강화의 형태의 특별한 보호를 필요로 할 수 있다. 보디가 온도 부하 구성요소(temperature-loaded component)인 경우, 보디와 섬유 번들이 상이한 열팽창 계수를 가질 수 있고 또 이것에 따라 섬유 번들 배열의 길이 및 폭이 맞춰져야 한다는 것을 추가로 고려해야 한다. 그러므로 섬유 번들은 보디의 열팽창이 섬유 번들에 의해 보상될 수 있도록 또는 보디의 파괴로 이어지지 않고 허용될 수 있도록 보디의 적어도 하나의 외부측 상에 배열되어야 한다.

세라믹 재료는 고밀도의 소결 실리콘 카바이드(dense sintered silicon carbide)인 것이 바람직하다. 이것은 예를 들면 높은 열 전도성, 고 강도, 산성 매체 및 염기성 매체에 대한 높은 내부식성 및 높은 내부하력과 같은 탁월한 특성을 위해 선택된다. 실리콘 카바이드는 상압 소결 실리콘 카바이드(pressureless sintered silicon carbide)인 것이 바람직하며, 이는 다이아몬드의 것과 유사한 경도, 높은 내마모성, 높은 열 전도성, 높은 열 변화 저항성 및 산성 및 염기성 매체에 대한 극히 높은 내부식성을 나타내며, 이는 마찬가지로 매우 높은 온도에도 견딜 수 있다. 추가의 대안으로서, 실리콘 카바이드는 실리콘 카바이드 및 다른 산화물 세라믹으로부터 제조되고 고강도를 특징으로 하는 액상 소결 실리콘 카바이드일 수 있다.

상기 실리콘 카바이드는 적어도 하나의 세라믹 또는 무기질 충전재 재료(filler material)를 포함할 수 있는데, 충전재 재료의 선택은 그 용도에 맞춰진다. 충전재 재료의 예는 자연 발생적인 편상 흑연(flake graphite), 인공적으로 생산된 전기흑연(electrographite), 검댕 또는 탄소, 흑연 또는 탄소 섬유 또는 보로카바이드의 그룹으로부터의 재료이다. 더욱, 세라믹 또는 무기질 충전재 재료는 규산염(silicate), 탄산염(carbonate), 설페이트(sulphate), 산화물, 유리 또는 이들의 선택된 혼합물로서 입자 형태, 판(platelet) 형태 또는 섬유 형태로 사용될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 섬유 번들은 탄소 섬유 번들이다. 탄소 섬유 번들은 양호한 인장강도, 내부식성 및 강성, 낮은 파단 신율(breaking elongation)을 갖고, 부하를 받는 보디의 사용 온도에서 저항성을 갖는다. 탄소 섬유 번들의 특정성능은 관이 고도의 가변 부하 또는 동적 부하에 노출되는 경우에도 강화재의 예비 인장이 유지되는 것을 의미한다. 탄소 섬유 번들의 종방향의 음의 열팽창 계수로 인해, 강화재는 온도 상승의 경우에 추가로 예비 인장되고, 파열 압력 및 누설 방지 압력은 실온에서보다 더 높은 온도에서 증대된다. 탄소 섬유 강화재는 특히, 실리콘 카바이드 관의 경우 파열 압력 증대와 같은 보디의 특성을 개선하는데, 실온에서 보디의 파열 압력이 강화되지 않은 보디와 비교할 때 치수에 따라 30 내지 40% 더 크기 때문에, 스팀 해머링 및 허용되지 않는 작동 압력의 초과에 대해 더욱 영향을 받지 않게 된다. 다른 섬유 번들의 예는 글라스 섬유 번들 또는 아라미드 섬유 번들이다.

바람직한 실시예에서, 섬유 번들과 보디의 외부측 사이의 비 포지티브 연결(non-positive connection)은 접착제 시스템이다. 이것은 섬유 번들을 보디에 고정하기 위해 사용된다. 이 접착제 시스템은 페놀 수지, 에폭시 수지 또는 폴리실라잔계 수지로 제조된 접착제를 포함하는 그룹으로부터 선택된다. 필요한 경우, 접착제 시스템은 실리콘 또는 실리콘 카바이드 충전재 재료를 포함할 수 있다. 이것을 본 발명에서 시멘트라고도 부른다. 접착제 시스템은 전술한 하나 이상의 접착제 및/또는 시멘트를 포함할 수 있다. 필요한 경우, 접착제 또는 시멘트는 경화 촉매(hardening catalyst) 및/또는 가소제(plasticiser)를 더 포함할 수 있다. 이 종류의 접착제 또는 시멘트는 일반적으로 내산화성이다. 이들 접착제 또는 시멘트는 실리콘 카바이드와 같은 세라믹 재료 및 탄소 섬유 번들과 같은 섬유 번들 양자에 모두 잘 접착되고, 또 섬유를 효과적으로 습윤(wetting)시킬 수 있다.

접착제 시스템은 페놀 수지인 것이 바람직하다. 페놀 수지는 레졸인 것이 더 바람직하다. 대안으로서, 페놀 수지는 또 노볼락일 수 있다. 비스페놀 에이-디글리시딜 에테르 또는 비스페놀 에프-디글리시딜 에테르를 포함하는 수지 시스템(resin system)은 또한 에폭시 수지로서 적합하다. 특히, 각각의 경우에 총 중량에 대해 50 중량%를 초과하는 비스페놀 에이-디글리시딜 에테르 또는 비스페놀 에프-디글리시딜 에테르에 추가하여 특히 25 내지 50 중량%의 메틸 헥사히드로프탈산 무수물을 포함하는 수지 시스템이 에폭시 수지 시스템으로서 적합하다. 폴리실라잔 수지 시스템은 또한 접착제 시스템으로서 바람직하게 사용될 수 있다.

전술한 모든 접착제는 충전재 재료로서 실리콘 또는 실리콘 카바이드를 더 포함할 수 있다. 시멘트의 가소성은 혼합물 내의 수지의 비율에 의해 또는 가소제의 첨가에 의해 원하는 접착제 본드로 조절될 수 있다. 수지 접착제와 함께 실리콘 또는 실리콘 카바이드를 포함하는 시멘트의 사용은 이것이 섬유 번들에 적용되는 경우에 특히 적합하다. 시멘트에 의한 섬유 번들의 함침(impregnation) 및 후속되는 소성(burning)을 통해, 탄소 섬유를 갖는 실리콘은 실리콘 카바이드를 형성할 수 있거나, 또는 충전재료서 실리콘 카바이드로 함침 및 소성된 탄소 섬유는 실리콘 카바이드를 나타낸다.

접착제 시스템의 선택은 원하는 본드 및 결정적으로 본 발명에 따른 보디의 용도의 특성에 특히 의존한다. 보디에 가해지는 접착제 시스템으로서 또는 섬유 번들을 함침 또는 경화시키기 위한 접착제 시스템으로서 에폭시 수지를 선택하는 경우, 예를 들면 경화된 층의 취성(brittleness)으로 인해 인장을 더 크게 감소시키는 것은 불가능하고, 강고한 연결이 섬유 번들과 보디의 사이에 유지된다. 가소제의 사용에 의해, 이 연결은 예를 들면 온도 변화 중에 섬유 번들과 보디의 가능한 전단 응력이나 상이한 팽창을 저지하도록 가변성을 가지게 될 수 있다.

보디와 섬유 번들은 접착제 시스템을 이용하여 고정될 수 있고, 여기서 접착제 시스템은 보디, 섬유 번들 또는 이들 양자에 가해지고, 그 후 경화 또는 소성된다. 대안으로서, 보디 및 섬유 번들은 상호 독립적으로 접착제 시스템을 구비하고, 상호 고정될 수 있다. 이 경우 적용된 접착제 시스템은 동일한 것이거나 상이한 것일 수 있다. 그 선택은 필요한 접착력에 의존하고, 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 적절히 선택 및 변경될 수 있다.

접착제 시스템은 보디와 섬유 번들 사이의 지점들 또는 섹션들에 배열될 수 있고, 그 결과 섬유 번들 상의 다수의 미리결정된 지점들이 보디에 고정된다. 대안으로서, 섬유 번들은 접착제에 의해 보디에 완전히 고정될 수 있다. 섬유 번들은 보디에 완전히 고정되는 것이 바람직하다.

섬유 번들은 실(yarn)의 형태로 존재할 수 있고, 이것은 특히 섬유 번들이 보디 상에 권선되거나 가능하게는 보디 상에 고정되는 경우에 특히 그러하다. 실은 복수의 필라멘트로 이루어진 섬유 번들으로 간주된다. 실은 일직선으로, 대각선방향으로 및/또는 만곡된 형태로 연장하는 섹션을 나타낼 수 있다. 적어도 1개 바람직하게는 2개의 망을 형성하기 위해, 실은 원하는 각도, 바람직하게는 ± 80°의 각도로 미리결정된 지점에서 교차한다. 실 섹션들은 또한 꼬아 합쳐지거나(intertwined), 메쉬형성(meshed)되거나, 일부의 다른 방법으로 합체될 수 있다.

다른 방법으로는, 섬유 번들은 브레이딩(braiding), 레이드 웨브(laid webs), 니트 직물, 편직물(woven fabric) 또는 섞여 짜여진 실(interlaced yarn), 바람직하게는 편직물 또는 섞여 짜여진 실의 형태일 수 있고, 이것은 보디 상에 예비 인장 상태로 당겨져서 필요에 따라 고정된다. 브레이딩은 반대 방향에서 대각선으로 연장하는 브레이드/스레드(braid/thread) 시스템의 교차를 통해 생산되고, 여기서 브레이딩된 스레드는 직물 에지에 대해 조절 가능한 각도로 상호 교차하는 면적 계측 직물(area-measured fabric)을 의미한다. 레이드 웨브는 교차 지점들을 고정하거나 고정하지 않은 상태에서 상이한 배향 방향을 갖는 하나 이상의 신장되고 중첩된 스레드 시스템으로 구성되어 있는 면적 계측 직물로 간주된다. 니트 직물은 메쉬가 수평 레이드 스레드(horizontally laid thread)로부터 개별적으로 그리고 연속적으로 형성되고 추가적으로 다른 스레드 시스템이 강화를 위해 또한 합체될 수 있는 면적 계측 직물이다. 일반적으로 직각으로 상호 교차하는 적어도 2개의 스레드 시스템을 포함하는 면적 계측 직물은 편직물로서 간주된다. 섞여 짜여진 실은 종방향으로의 메쉬의 동시 형성을 통해 하나 이상의 스레드로부터 생산되는 면적 계측 직물로서, 물론 추가의 스레드가 추가의 강화를 위해 합체될 수 있다. 미리결정된 길이의 적어도 하나의 섬유 번들이 이 경우 스레드로 간주된다. 스레드 시스템은 몇 개의 스레드를 의미한다.

물론 섬유 번들이 편직물이나 섞여 짜여진 실의 형태로 배열된 경우 편직물 또는 섞여 짜여진 실이 보디보다 길 수 있고, 그 결과 필수적으로 편직물 또는 섞여 짜여진 실은 보디의 상의 배열을 통해 다른 구성 요소에 대한 보디의 연결을 보호한다.

본 발명에 따른 보디는 하기의 단계를 포함하는 방법을 사용하여 제작될 수 있다.

a) 세라믹 재료를 포함하고 열교환기에서의 사용과 유체 안내에 적합한 보디를 제공하는 단계, 및

b) 비 포지티브 연결을 형성하는 미리결정된 예비 인장 하에서 적어도 2개의 섬유 번들에 의해 보디의 외부측의 적어도 일 섹션들을 포위하는 단계로서, 섬유 번들의 인접 부분들이 소정의 거리를 두고 배열되는, 보디의 외부측의 적어도 일 섹션들을 포위하는 단계.

이 방법을 이용하면, 설비의 생산에 일반적으로 필요한 보디의 내압성은 섬유 번들에 의해 보디를 강화시키는 것에 의해 달성된다. 본 발명에 따라 사용되는 예비 인장은 섬유 번들 및 보디의 용도 분야에 따라 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 조절될 수 있다.

단계 b)는 섬유 번들이 망의 형태가 되도록 적어도 2개의 섬유 번들에 의해 보디의 외부측의 적어도 일 섹션들을 포위하는 단계를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 대안으로서, 섬유 번들이 면적 계측 직물의 형태로 보디의 둘레에 당겨지는 것이 고려될 수 있다. 단계 b)는 인접 섬유 번들 사이의 거리/섬유 번들의 직경의 비가 5:1과 10:1 사이에 있는 방식으로 실행되는 것이 바람직하다. 따라서 보디의 강도의 증대가 보디의 외부측을 비교적 작게 덮어서 달성된다.

바람직한 실시예에서, 단계 b) 전에 접착제 시스템이 섬유 번들 및/또는 보디에 적어도 부분적으로 가해지고, 다음에 경화 또는 소성된다. 그 결과 섬유 번들 배열체는 보디의 외부측에 고정된다. 고정을 위해 사용되는 접착제 시스템은 페놀 수지, 에폭시 수지 또는 폴리실라잔계 수지로부터 형성되는 접착제를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것이 바람직하고 경우에 따라 실리콘 및 실리콘 카바이드 충전재 재료와 혼합되는 것이 바람직하다. 이 종류의 접착제 시스템은 쉽게 사용 가능하고 보디의 형상에 맞춰질 수 있거나 섬유의 함침에 적절하여, 이들은 열 경화 또는 소성 후에 많은 유형의 섬유 및 실리콘 카바이드와 같은 세라믹 재료 그리고 특히 탄소 섬유에 대해 양호한 접착 강도를 나타낸다.

보디 및 섬유 번들은 접착제 시스템에 의해 고정될 수 있고, 여기서 접착제 시스템은 보디, 섬유 번들 또는 이들 양자 모두에 가해진 후 경화 또는 소성된다. 충전재 재료로서 실리콘 또는 실리콘 카바이드를 포함하지 않는 접착제 시스템은 경화되고, 한편 충전재 재료로서 실리콘 또는 실리콘 카바이를 포함하는 접착제 시스템은 소성된다. 경화는 상압 분위기 하에서 또는 0.5 바아와 1.5 바아 사이의 압력에서 한 시간에서 최대 2시간 동안 120 내지 180 ℃의 범위의 온도에서 실행되는 것이 바람직하다. 고온, 즉 약 170 내지 180 ℃의 온도에서는 최대 15분의 경화 시간이 일반적으로 충분하다. 온도가 높을수록 경화 시간은 단축된다. 접착제 시스템이 경화 촉매를 포함하는 경우, 경화는 실온에서도 일어날 수 있다. 소성은 상압 분위기 하에서 또는 0.5 내지 1.5 바아 범위의 압력하에서 1500 ℃를 초과하는 온도로 최대 2시간 동안 실행되는 것이 바람직하다. 접착제의 경화 또는 시멘트의 소성 후에 섬유 번들은 보디의 외부측 상에 배열된다.

보디 및 섬유 번들의 각각은 상호 독립적으로 접착제나 시멘트를 구비하고, 다음에 고정될 수 있다. 가해진 접착제 또는 시멘트는 이 경우 동일한 것이거나 상이한 것일 수 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 상호 양호하게 접착하는 적절한 접착제 또는 시멘트를 선택할 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예에서, 섬유 번들은 접착제 또는 시멘트로 함침되고, 그 후 경화되거나 소성되어 최종적으로 보디의 외면 상에 배열된다.

접착제 시스템은 보디와 섬유 번들 사이의 지점들 또는 섹션들에 배열될 수 있고, 그 결과 섬유 번들 상의 다수의 미리결정된 지점이 보디에 고정된다. 대안으로서, 섬유 번들은 접착제 또는 시멘트에 의해 보디에 완전히 고정될 수 있다. 섬유 번들은 보디에 완전히 고정되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 방법에서 사용되는 보디는 관 형상의 보디 또는 커버인 것이 바람직하고, 여기서 복수의 구멍이 커버의 종방향으로 연장해 있다.

본 발명에 따른 방법에서 사용되는 세라믹 재료는 실리콘 카바이드인 것이 바람직하고, 이것은 적어도 하나의 세라믹 또는 무기질 충전재 재료를 선택적으로 포함한다.

본 발명에 따른 방법에서, 섬유 번들은 탄소 섬유 번들인 것이 바람직하다. 탄소 섬유 번들은 실 형태로 미리결정된 예비 인장된 상태에서 보디의 주위에 권선될 수 있다. 대안으로서, 탄소 섬유 번들은 브레이딩, 레이드 웨브, 니트 직물, 편직물 또는 섞여 짜여진 실, 바람직하게는 편직물 또는 섞여 짜여진 실의 형태로 존재하고, 가능하게는 경화된 접착제 또는 소성된 시멘트를 구비하는 보디의 상기 적어도 하나의 외부측 상에서 당겨진다. 한편, 탄소 섬유 번들이 경화된 접착제 또는 소성된 시멘트가 제공된 섬유 번들으로서 본 발명에 따른 방법에서 사용되는 것이 고려될 수 있다. 특히, 탄소 섬유 번들의 경우 충전재 재료로서 실리콘을 구비한 시멘트를 사용하는 것이 적합한데, 이는 실리콘이 소성 공정 중에 탄소 섬유와 반응하여 실리콘 카바이드를 생성할 수 있어, 탄소 섬유와 시멘트 사이에 더 견고한 본드가 달성될 수 있기 때문이다.

본 발명에 따른 보디는 예를 들면 증대된 기계적 응력 및/또는 극도의 부식성 매체 및 용매가 존재하는 열교환기용 그리고 압력 및 온도 부하에 노출되는 모든 다른 구성요소용 관으로서 사용하기에 특히 적합하다. 이것은 열교환기의 구조에 특히 이상적인 재료인데, 이는 이러한 보디가 높은 열 전도성, 내압력을 가지며 취성 균열에 영향을 받지 않기 때문이다. 본 발명에 따른 보디는 열교환기의 관으로서 사용되는 것이 바람직한데, 이는 열교환기의 관으로서 사용되는 것이 특히 바람직한데, 이는 이러한 보디가 내식성이며 높은 유동 속도를 허용하여, 관의 자기 세정 작용이 입자가 포함되어 있는(charged) 신속하게 유동하는 매체를 통해 달성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안으로서, 본 발명에 따른 보디는 열교환기의 관 베이스로서 사용되는 것이 바람직하다. 조립된 형태에서, 본 발명에 따른 관 형상의 보디 및 커버는 관 번들(pipe bundle) 열교환기로서 사용된다.

본 발명에 따른 보디를 포함하는 열교환기는 예를 들면 독일특허 제DE 197 14 423호에 따라 다음의 구조를 보인다. 이 열교환기는 케이싱, 지지부를 구비한 베이스, 분배기 공간을 형성하기 위한 스페이서, 내측 관 및 외측 관을 구비한 분배기 베이스, 및 관 베이스의 보어 내에 배열되고 그 내부에서 밀봉제에 의해 밀봉되는 관들을 포함한다. 베이스 및 케이싱은 통상 나사 체결되고, 여기서 상기 스페이서는 분배기 공간을 형성하기 위해 중간에 개재된다. 상기 분배기 베이스의 내측 관 베이스는 내측 케이싱의 직경에 비해 작은 직경을 갖는다. 외측 관의 베이스는 더 큰 직경을 가져서, 케이싱과 분배기 공간의 사이의 밀봉 기능을 담당한다. 관은 상압 소결 실리콘 카바이드로 제작되고 그 외부측이 예비 인장된 탄소 섬유 번들에 의해 포위된 관의 형태의 본 발명에 따른 보디에 상당한다. 온도의 상승이 존재하는 경우, 강화재의 예비 인장은 탄소 섬유의 음의 열팽창 계수에 의해 유리하게 증대된다. 그 결과 열교환기는 더 확실하고 안전하게 작동한다. 추가적으로 또는 대안으로서, 외측 관 및/또는 내측 관의 베이스는 상압 소결 실리콘 카바이드를 추가로 포함할 수 있으며, 이는 예비 인장된 탄소 섬유 번들에 의해 포위된다. 대안으로서, 실리콘 카바이드 관 및 탄소 섬유 번들의 망에 더하여 상기 관은 2개의 요소를 고정하기 위해 전술한 접착제 시스템들 중의 하나를 더 나타낸다. 접착제 시스템이 내산화성인 경우, 이것을 이용하여 구축된 열교환기의 서비스 공간에서 냉각 또는 가열하기 위해 산화 매체가 사용될 수도 있다.

본 발명의 추가의 특징 및 이점은 이들에 제한되지 않는 하기의 도면과 관련하여 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 보디의 개략 측면도이다;
도 2는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 보디의 일부를 단면으로 도시한 추가의 개략 측면도이다;
도 3은 도 2에서 일점쇄선을 이용하여 둘러싸인 III-III으로 표시한 부분의 확대 단면도이다;
도 4는 본 발명에 따른 추가의 보디의 부분 단면도이다.

본 발명에 따른 보디(1)의 개략 측면도는 도 1에 도시되어 있다. 보디(1)는 상압 소결 실리콘 카바이드로 제작된 매끈한 표면의 관(본체)(3)을 포함한다. 이 관(3)은 그 두 단부(5, 7) 모두에 개구를 가져서, 유체 안내용으로 적합하다. 이 관(3)은 관의 둘레에 권선되는 탄소 섬유 번들로 이루어진 실(9, yarn)을 갖고, 상기 탄소 섬유 번들은 고도로 예비 인장되고 관(3)을 위한 강화재로 작용한다. 이 실(9)은 페놀 수지 층(도시되지 않음)을 나타내고, 이것은 접착제 층으로서 작용한다. 이 실(9)은 소정의 지점에서 교차하여 망(network)을 형성하는 방식으로 관(3)의 주위에 권취된다.

도 1에 도시된 본 발명에 따른 보디(1)의 추가의 개략 측면도는 도 2에 도시되어 있다. 도 1의 것과 동일한 요소에 대해서는 도 2에서 동일한 참조번호가 사용된다. 도 2에 관의 양 단부(5, 7)를 갖는 매끈한 표면의 관(3)이 마찬가지로 도시되어 있고, 상기 관은 그 둘레에 권취된 페놀 수지 층을 갖는 예비 인장 탄소 섬유 번들으로 제조된 실(9)을 갖는다. 단면도의 부분은 관(3)의 관 벽(13)을 추가로 도시하고, 관 벽은 내측면(14)과 외부측(15)을 나타낸다. 내측면(14)은 관(3)의 중공 공동(11)을 규정하는데, 이는 종방향으로는 제한되지 않고 관의 양 단부(5, 7)의 개구에서 각각 종결된다. 유체는 내측면(14)에 의해 제한된 공동(11)을 통해 안내될 수 있다. 이 실(9)은 관벽(13)의 외부측(15) 상에 배열되어 있다.

도 3은 도 2에서 일점쇄선을 이용하여 둘러싸인 III-III으로 표시한 부분의 확대 단면도이다. 도 2의 것과 동일한 요소에 대해서는 도 3에서 동일한 참조번호가 사용된다. 이 확대도로부터 실(9)이 관벽(13)의 외부측(15) 상에 배열되고, 한편 공동(11)은 관벽(13)의 내측면(14)에 의해 형성되는 것을 볼 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 추가의 보디(41)의 부분 단면도이다. 본 발명에 따른 보디(41)는 상압 소결 실리콘 카바이드로 제작된 매끈한 표면의 관(본체)(43)이다. 이 관(43)은 관벽(413)을 보이고, 이것은 내측면(414)과 외부측(415)을 갖는다. 페놀 수지로 제조된 접착제(417)는 관벽(413)의 외부측(415) 상에 배치되고, 상기 외부측 상에는 탄소 섬유로 제조된 실(49)이 배열된다. 접착제(417)는 실(49)이 배열되는 관(413)의 외부측(415)의 이러한 영역에만 위치된다. 이 접착제(417)는 관벽(413)의 외부측(415)에 실(49)을 고정하기 위해 사용된다. 이 관은 공동(411)을 갖고, 이 공동은 관(43)의 관벽(413)의 내측면(414)에 의해 제한된다.

Claims (15)

1. 열교환기에서의 사용 및 유체 안내에 적합한 세라믹 재료를 포함하는 보디(1, 41)에 있어서,
   상기 보디는 관 형상의 보디 또는 커버이고, 복수의 구멍이 상기 커버의 종방향으로 연장하고, 상기 세라믹 재료는 고밀도 소결 실리콘 카바이드이며, 상기 보디(1, 41)의 외부측(15, 415)은 적어도 2개의 섬유 번들(9, 49)에 의해 적어도 부분적으로 포위되고, 섬유 번들(9, 45)은 카본 섬유 번들이고, 종방향 및 원주방향 중 어느 하나 또는 양자 모두의 방향으로 보디의 외부측에 비 포지티브식으로 연결되며, 상기 섬유 번들(9, 49)은 예비 인장되고, 상기 섬유 번들(9, 49)의 인접하는 섹션들은 미리결정된 거리에 배열되어, 망을 형성하는 것을 특징으로 하는 보디(1, 41).
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 인접하는 섬유 번들 사이의 거리와 섬유 번들의 직경의 비가 5:1과 10:1 사이인 것을 특징으로 하는 보디(1, 41).
4. 삭제
5. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 세라믹 재료는 적어도 하나의 세라믹 또는 무기질 충전재 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 보디(1, 41).
6. 제1항에 있어서, 섬유 번들(49)과 상기 외부측(415) 사이의 상기 비 포지티브 연결은 페놀 수지, 에폭시 수지 또는 폴리실라잔계 수지로 구성되어 있는 접착제를 포함하는 그룹으로부터 선택된 접착제 시스템(417)이고, 실리콘 및 실리콘 카바이드 충전재 재료와 혼합되는 것을 특징으로 하는 보디(1, 41).
7. 보디(1, 41)를 제조하는 방법이며,
   a) 고밀도 소결 실리콘 카바이드인 세라믹 재료를 포함하고, 열교환기에서의 사용 및 유체 안내에 적합한 본체(3, 43)를 제공하는 단계 및
   b) 비 포지티브 연결을 형성하는 미리결정된 예비 인장 하에서 적어도 2개의 섬유 번들(9, 49)에 의해 상기 본체(3, 43)의 외부측(15, 415)의 적어도 일 섹션들을 포위하는 단계로서, 상기 섬유 번들(9, 49)은 카본 섬유 번들이고, 상기 섬유 번들(9, 49)의 인접하는 섹션들은 미리결정된 거리에 배열되는, 상기 보디의 외부측의 적어도 일 부분들을 포위하는 단계를 포함하고,
   상기 본체는 관 형상의 본체 또는 커버이고, 복수의 구멍이 상기 커버의 종방향으로 연장하는 보디 제조 방법.
8. 삭제
9. 제7항에 있어서, 상기 단계 b)는 인접하는 섬유 번들 사이의 거리와 섬유 번들의 직경의 비가 5:1와 10:1 사이에 있도록, 적어도 2개의 섬유 번들(9, 49)에 의해 상기 보디(3, 43)의 외부측(15, 415)의 적어도 일 섹션들을 포위하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보디 제조 방법.
10. 제7항 또는 제9항에 있어서, 상기 단계 b) 이전에 접착제 시스템(417)이 상기 본체(43) 및 상기 섬유 번들(49) 중 어느 하나 또는 양자 모두에 적어도 부분적으로 가해진 후, 경화 또는 소성되는 것을 특징으로 하는 보디 제조 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 접착제 시스템(417)은 페놀 수지, 에폭시 수지 또는 폴리실라잔계 수지로 구성되어 있는 접착제를 포함하는 그룹으로부터 선택되고, 실리콘 및 실리콘 카바이드 충전재 재료와 혼합되는 것을 특징으로 하는 보디 제조 방법.
12. 삭제
13. 삭제
14. 제7항 또는 제9항에 있어서, 상기 세라믹 재료는 적어도 하나의 세라믹 또는 무기질 충전재 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 보디 제조 방법.
15. 삭제

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