KR20090054929A - 브레이징 플럭스의 조성물 및 이 조성물을 이용하는 열교환기 튜브의 제조 방법 - Google Patents

브레이징 플럭스의 조성물 및 이 조성물을 이용하는 열교환기 튜브의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

열교환기의 절곡형 튜브(10)를 제조하는 방법으로서, 제1 튜브부(20)를 접촉 구역(Z)에서 제2 튜브부(22)의 지지면에 대해 접촉시키는 단계와, 상기 제1 튜브부(20)와 제2 튜브부(22)를 브레이징 재료와 브레이징 플럭스를 이용하여 상기 접촉 구역(Z)에서 브레이징하는 단계를 포함하는 열교환기의 절곡형 튜브의 제조 방법이 개시되어 있다. 본 발명에 따르면, 상기 브레이징 플럭스는 헥실렌 글리콜계 용제와 플루오르화물계 플럭스의 혼합물을 포함한다. 본 발명은 콘덴서, 증발기, 히터 코어, 라디에이터 등과 같은 가열 및 공기 조화 시스템에 관한 것이다.

Description

브레이징 플럭스의 조성물 및 이 조성물을 이용하는 열교환기 튜브의 제조 방법{COMPOSITION OF BRAZING FLUX AND METHOD FOR MANUFACTURING HEAT EXCHANGER TUBES USING SAID COMPOSITION}
본 발명은 자동차 산업에서 열교환기의 브레이징 부품에 사용하도록 의도된 브레이징 플럭스의 조성물에 관한 것이고, 본 발명은 특히 콘덴서, 증발기, 히터 코어, 라디에이터 등과 같은 가열 및 공기 조화 시스템에 관한 것이다.
예컨대, 상기 브레이징 플럭스의 조성물로 피복되기에 적당한 부품들은 얇은 알루미늄 히터 코어를 구성하는 핀(fin) 및/또는 튜브이다.
본 발명에 포함되는 튜브는 임의의 타입일 수 있고, 절곡, 압출 또는 일렉트로 용접되는 타입이다. 본 발명에 따른 조성물은 튜브의 내표면 또는 외표면 상에서 확산될 수 있다.
본 발명은 또한 열교환기의 절곡형 튜브를 제조하는 방법에 관한 것이다.
열교환기 분야에서의 현재의 경향은 히터 코어, 라디에이터, 증발기, 콘덴서 등과 같은 튜브 적층형 코어를 제조하는 데에 절곡형 튜브를 사용하는 것이다. 이들 절곡형 튜브는 금속 코어, 일반적으로는 3xxx 또는 6xxx 시리즈에서 선택된 알 루미늄 합금의 시트 또는 스트립으로부터 제조된다. 추가 제조 단계에서, 금속 코어의 시트는 B형 튜브로서 공지된 것과 같은 튜브를 형성하도록 절곡되어, 튜브의 단면에서 유체 유동을 위한 2개의 평행한 채널을 한정한다. 그러나, 본 발명은 그러한 B형 튜브로 제한되지 않는다는 점을 유념해야 한다.
더욱이, 이들 절곡형 튜브는 4xxx 시리즈의 알루미늄 합금으로부터 제조되는 브레이징 재료(또한 "클래드" 재료나 "필러 금속"이라고도 함)에 의해 일면 또는 양면이 피복될 수 있다. 제품에 누출이 없게 하는 브레이징 단계 중에, 클래드 재료는 코어 재료가 점성이 되는 동안에 용융된다.
그러나, 제조 공정에서 브레이징 전에 플럭싱 단계를 포함으로써 보다 양호한 브레이징 결과가 달성될 수 있다는 것이 입증되었는데, 이 플럭싱 단계는 브레이징 플럭스층을 피복하는 것으로 이루어진다. 실제로, 부품의 플럭싱은 알루미나를 분해하고 습윤성 및 모세관 현상 때문에 브레이징 단계 중에 클래드 재료의 거동을 촉진시키는 데에 필요한 것으로 판명되었다. 따라서, 정수압 하에서 튜브의 기계적 강도를 향상시킬 수 있는 양호한 브레이징 시일을 얻을 수 있다.
B형의 절곡형 튜브에 관한 일례로서, 그러한 튜브의 내부 링크는 단순히 브레이징된 경우에 5 바아보다 높은 압력을 견디지 못하는 반면에, 브레이징될 영역 또는 그 다음의 영역이 브레이징 전에 브레이징 플럭스로 피복되는 경우에 손상없이 최대 19 바아의 압력에 도달될 수 있다는 것이 증명되었다.
부품들은 그 전체 표면이 브레이징 플럭스로 피복될 수 있거나, 바람직한 실시예에서는 브레이징 플럭스를 절약하기 위하여 브레이징될 영역 또는 그 다음의 영역만이 피복될 수 있다.
브레이징 플럭스는 칼륨과 알루미늄 플루오르화물이 다양한 비율로 혼합된 혼합물(K2AlF5, KALF4 및 K3AlF6)인 플루오르화물계 플럭스로부터 제조되는 것이 일반적이다. 플루오르화물계 플럭스는 상표명 "NOCOLOK"로 시판되고 있다.
플루오르화물계 플럭스는 피복될 표면에서의 확산을 용이하게 하도록 적어도 하나의 다른 화합물에 혼합되어야 하는 분말 형태를 갖는다.
미국 특허 제6,412,174호는 플루오르화물계 플럭스를 합성 수지, 특히 폴리부텐 수지 또는 아크릴산계 수지, 예컨대 부틸 아크릴레이트와 혼합할 것을 제안하고 있다.
그러나, 전술한 특허에 기술된 바와 같이, 합성 수지를 포함하는 브레이징 플럭스는 실온에서 동적 점성도가 매우 크고(100 Pa.s를 초과), 연동식 펌프와 같이 플럭싱 공정에 사용되는 특정 타입의 펌프와 호환되지 않아, 플럭싱 작업을 시작하는 장치 사이클이 너무 길어짐으로써, 이 공지된 해법에 따라 혼합물을 확산시키는 데에 어려움이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 브레이징 플럭스의 동적 점성도가 합성 수지에 의해 직면되는 단점이 없이 열교환기의 부품, 특히 절곡형 튜브를 제조하는 현재의 장치에 사용될 정도로 낮은 브레이징 플럭스의 조성물을 제공하는 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 자동차 산업에서 열교환기의 브레이징 부품들에 사용되도록 의도된 브레이징 플럭스의 조성물로서, 헥실렌 글리콜계 용제와 플루오르화물계 플럭스의 혼합물을 포함하는 브레이징 플럭스의 조성물을 제안한다.
플루오로화물계 플럭스와 혼합된 헥실렌 글리콜(2-메틸-2,4-펜탄디올)을 사용하면 동적 점성도를 합성 수지에 의해 얻어지는 것보다 적어도 2자리가 작은 1 Pa.s 만큼 낮게 할 수 있다는 것이 출원인에 의해 증명되었다.
바람직한 실시예에서, 플루오로화물계 플럭스의 양은 상기 혼합물의 25 내지 65 중량%이다. 특히, 플루오로화물계 플럭스의 양은 상기 혼합물의 38 중량%이다.
전술한 매우 낮은 동적 점성도 이외에, 본 발명은 다른 많은 이점을 갖는다.
낮은 농도로 인해 플루오로화물계 플럭스의 소비를 감소시킬 수 있다.
낮은 점성도 때문에, 플럭싱을 시작하는 장치와 펌프의 사이클을 크게 감축시킬 수 있다(예컨대, 10분 내지 15초).
본 발명에 따른 브레이징 플럭스의 습윤성이 향상되기 때문에, 표면을 100% 성공적으로 피복하게 할 수 있다.
본 발명의 브레이징 플럭스는 잠시간의 정지 후에 변경 또는 세척될 플럭싱 장치의 공구들, 예컨대 롤 및 플럭스 컵을 필요로 하지 않는 매우 낮은 휘발성으로 인해 건조할 수 없기 때문에 장치의 PRR(Production Rate of Return)이 증가된다. 본 발명에 따른 페이스트의 사용으로 인해 장비의 유지 보수에 필요한 시간이 감소된다.
증점제, 바인더 등으로서 사용되는 유기 화합물을 포함하는 몇몇의 브레이징 플럭스과 달리 제어된 분위기(CAB)에서 브레이징 후에 튜브에서 블랙 카본이 형성될 수 없다.
본 발명은 제1 튜브부를 접촉 구역에서 제2 튜브부의 지지면에 대해 접촉시키는 단계와, 상기 제1 튜브부와 제2 튜브부를 브레이징 재료와 브레이징 플럭스를 이용하여 상기 접촉 구역에서 브레이징하는 단계를 포함하고, 상기 브레이징 플럭스는 헥실렌 글리콜계 용제와 플루오르화물계 플럭스의 혼합물을 포함하는 열교환기의 절곡형 튜브의 제조 방법을 더 제안한다.
본 발명의 이들 및 다른 양태는 후술되는 실시예로부터 명백하고 그 실시예를 참조하면 이해될 것이다.
본 발명에 따르면, 브레이징 플럭스의 동적 점성도가 합성 수지에 의해 직면되는 단점이 없이 열교환기의 부품, 특히 절곡형 튜브를 제조하는 현재의 장치에 사용될 정도로 낮은 브레이징 플럭스의 조성물을 제공할 수 있다. 또한, 낮은 농도로 인해 플루오로화물계 플럭스의 소비를 감소시킬 수 있다. 더욱이, 낮은 점성 도 때문에, 플럭싱을 시작하는 장치와 펌프의 사이클을 크게 감축시킬 수 있다
이하, 본 발명을 일례로서 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 1에는 열교환기용 튜브(10)의 단면도가 튜브가 절곡된 후, 브레이징되기 전의 상태로 도시되어 있다. 튜브(10)는 금속 시트, 바람직하게는 알루미늄계 금속으로부터 제조되고, 2개의 보다 작은 U형 표면(16, 18)에 의해 연결되는 2개의 평행하고 큰 표면(12, 14)을 포함한다.
튜브(10)는 상기 금속 시트의 제1 에지 영역을 롤링하여 형성되는 제1 튜브부(20)를 구비하고, 상기 제1 튜브부(20)는 제2 튜브부(22)의 지지면에 대해 접촉된다. 이 제2 튜브부(22)는 큰 표면(12)의 내측에 형성되고 도 1 및 도 2의 확대도에서 알 수 있는 바와 같이 하방으로 배향된다.
금속 시트의 제2 에지 영역(24)은 절곡되어 제1 튜브부(20)의 시작 섹션(26)과 접촉함으로써 함께 분리벽(28)을 구성하여 튜브를 통해 유동하는 유체를 위한 2개의 평행한 채널(30)을 형성한다. 바람직한 실시예에서, 2개의 채널(30)은 동일한 단면적을 갖는다.
제1 튜브부(20)는 나중에 브레이징 구역이 되는 접촉 구역(Z)에서 제2 튜브부(22)에 대해 부착된다는 것은 주목할 만한 가치가 있다.
튜브(10)의 브레이징은 브레이징 재료와 브레이징 플럭스를 사용하여 전통적인 방식으로 수행된다.
브레이징 재료는 일반적으로 금속 시트의 내측 및/또는 외측에 도금되는 금 속층으로 이루어진다. 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서, 브레이징 재료는 시트의 내측, 즉 제2 튜브부(22)의 지지면에 도금되는 것이 유리하다.
전술한 바와 같이, 브레이징 플럭스는 브레이징 공정을 향상시키기 위하여 브레이징 재료에 추가하여 사용된다.
제1 실시예에서, 브레이징 재료는 브레이징 영역이 생기는 접촉 구역(Z)에 직접 확산, 배치 또는 피복된다.
도 1 및 도 2에 도시된 제2 실시예에서, 제2 튜브부(22)의 지지면이 소위 "선택적 플럭싱" 기법에 따라 폭(L)을 갖는 좁은 밴드에 걸쳐서 접촉 구역(Z)에 가깝게 거리(D)를 두고 브레이징 플럭스(32)에 의해 제어된 상태로 피복된다는 것을 알 수 있다.
거리(D)와 폭(L)은 각각 0 내지 6 mm와 0.5 내지 3 mm의 범위일 수 있다.
CAB("Controlled Atmosphere Brazing") 도가니에서 수행되는 브레이징 단계 중에, 브레이징 플럭스(32)는 브레이징 개선의 통상적인 기능을 충족시키도록 접촉 구역(Z)으로 이동될 수 있다.
그래서, 용융 후에 브레이징 플럭스는 함께 놓이게 될 부품의 표면 상에 자연적으로 형성되는 알루미나층을 용해시킬 수 있다. 더욱이, 브레이징 플럭스는 브레이징될 튜브 부분을 젖게 할 수 있어, 브레이징 재료가 접촉면에 걸쳐서 확산되게 할 수 있다.
이 공정에 사용되도록 권고되는 브레이징 플럭스는 헥실렌 글리콜계(2-메틸-2,4-펜탄디올) 용제와 플루오로화물계 플럭스의 혼합물이다.
플루오로화물계 플럭스의 양은 상기 혼합물의 25 내지 65 중량%인 것이 유리하다.
바람직한 실시예에서, 플루오로화물계 플럭스의 양은 상기 혼합물의 38 중량%이다.
이 브레이징 플럭스의 많은 이점은 앞에서 언급하였다.
이 브레이징 플럭스는 제조 장치의 롤에 의해 릴로부터 풀리는 금속 시트 상에 연속적으로 도포된다. 이어서, 금속 시트는 튜브에 원하는 단면 프로파일을 제공하도록 제조 장치에서 절곡되고, 개별적인 튜브를 구성하는 섹션으로 절단된다. 이렇게 얻은 튜브를 핀과 조립하여 CAB 도가니에서 단일 작업으로 브레이징된 조립체를 형성한다.
도 1은 열교환기용 B형 튜브의 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 튜브의 확대도.

Claims (6)

  1. 자동차 산업에서 열교환기의 브레이징 부품들에 사용되도록 의도된 브레이징 플럭스의 조성물로서, 헥실렌 글리콜계 용제와 플루오르화물계 플럭스의 혼합물을 포함하는 브레이징 플럭스의 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 플루오로화물계 플럭스의 양은 상기 혼합물의 25 내지 65 중량%인 것인 브레이징 플럭스의 조성물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 플루오로화물계 플럭스의 양은 상기 혼합물의 38 중량%인 것인 브레이징 플럭스의 조성물.
  4. 열교환기의 절곡형 튜브(10)를 제조하는 방법으로서, 제1 튜브부(20)를 접촉 구역(Z)에서 제2 튜브부(22)의 지지면에 대해 접촉시키는 단계와, 상기 제1 튜브부(20)와 제2 튜브부(22)를 브레이징 재료와 브레이징 플럭스를 이용하여 상기 접촉 구역(Z)에서 브레이징하는 단계를 포함하고, 상기 브레이징 플럭스는 헥실렌 글리콜계 용제와 플루오르화물계 플럭스의 혼합물을 포함하는 것인 열교환기의 절곡형 튜브의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 플루오로화물계 플럭스의 양은 상기 혼합물의 25 내지 65 중량%인 것인 열교환기의 절곡형 튜브의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 플루오로화물계 플럭스의 양은 상기 혼합물의 38 중량%인 것인 열교환기의 절곡형 튜브의 제조 방법.
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