알루미늄 열교환기에 대한 오해와 진실
2줄 요약
- 보일러의 알루미늄합금 열교환기는 100년 이상 사용가능 합니다.
- 브레이징 용접은 열교환기 구조에 따라 실제 제조공정에서 하자발생률이 높습니다.
보일러의 알루미늄 열교환기의 내식성능
보일러에 사용하는 알루미늄 열교환기는 1970년대부터 유럽에서 시작하였습니다.
기존의 주철이나 구리보다 더 효율이 우수한 보일러를 개발하는 과정에서
열전도율이 높고 제조가 쉬운 재료로 채택되었습니다.
초기에는 응축수에 대한 부식이라는 과제가 있었으나,
산화피막 처리와 AlSi 합금으로 이문제를 해결하여
현재는 응축수 pH 3-5 상황에서도 문제없는 열교환기를 개발하였습니다.
오늘날에는 발리안트 같은 독일 유명 제조사도 사용할 정도로
스테인레스스틸과 함께 보일러 열교환기의 양대 산맥을 이루고 있습니다.
자동차 엔진의 본체블록도 알루미늄인 만큼
알루미늄은 가혹한 환경에 적합한 재료입니다.
특히, 알루미늄은 열전달 성능이 스테인레스스틸보다 10배 이상 우수하여
보일러의 효율을 90% 이상 끌어 올리는데 결정적인 기여를 하였습니다.
모업체에서는 알루미늄 열교환기가 형편없는 성능을 가진 것처럼 언급하였으나,
그들이 직접 제조하고 판매하는 보일러의 연소계통에서
응축수가 수집되는 보일러의 하부에서 조차 알루미늄을 사용하고 있습니다.
위의 영문은 그 제조사가 판매하는 보일러의 영문 시방서 중 일부입니다.
시방서에 “배기매니폴드의 재질은 알루미늄”이다 라고 명시되어 있습니다.
이 알루미늄은 다른 알루미늄과 무엇이 다른 지 묻지 않을 수 없습니다.
심지어, 그 제조사는 알루미늄 열교환기를 적용한 유럽제품을 수입하여
미국시장에 판매 중입니다.
한국에서는 미군부대에 납품한 제품이 다수 있습니다.
유럽국가들과 미국에서 판매하는 보일러도
알루미늄 열교환기를 사용합니다.
그들이 판매하는 보일러에도 알루미늄을 사용하고,
아예 열교환기 자체가 알루미늄인 보일러 제품을 판매하면서도
알루미늄 열교환기가 아예 몹쓸 기계로 비방하는 것은
앞뒤가 맞지 않는 어불성설입니다.
남의 제품을 비방하려면
제대로 된 공학적 지식과 사실을 가지고 해 주시기 바랍니다.
결국, 어떤 열교환기를 적용하느냐 하는 판단은
제조사가 처한 환경에서 얼마나 제조원가를 절감할 수 있고,
어떠한 기술을 가지고 있느냐의 문제이지
시장에서 널리 퍼진 제품을 마치 사용하지 못하는 제품으로 묘사하는 것은
소비자를 기만하는 행위입니다.
공학적인 데이터를 통한 접근
AlSi 합금 열교환기는 pH3.5~4.0 환경에서
1.0-5.0mpy 정도의 내식성능을 가지고 있습니다.
mpy는 Mils Per Year의 약자로
1mpy는 1년에 0.001inch가 줄어든다는 의미입니다.
mm로 환산하면 0.0254mm/년입니다.
100% 운전하는 보일러의 알루미늄 열교환기가
24시간 365일 응축수에 노출된다면
100~300년 후에 열교환기가 닳아 없어진다는 의미입니다.
부식을 고려한 설계 시 보수적으로 접근한다면
일반적으로 15mpy 이내로 설계합니다.
브레이징 용접방식을 사용하는 보일러 열교환기의 숙제
브레이징(Brazing)은 우리말로 '경납땜' 또는 '은납땜'이라고도 불리는
금속 접합 기술입니다.
일반적인 용접(Welding)이
모재(금속 판재 자체)를 녹여서 붙이는 방식이라면,
브레이징은 모재는 녹이지 않고
모재 보다 녹는점이 낮은 '납재(Filler metal)'를 녹여
틈새를 메우는 방식입니다.
두 재료사이에서 발생하는 모세관 현상에 의해
납재가 스며들어 채우는 방식으로,
접합틈새를 정확히 유지해야 하는 정밀한 용접방식입니다.
브레이징 용접으로 작업한 부품이나 기계를 운전하는
주위환경이 가혹하지 않은 상황이라면 문제가 없겠지만,
고온과 산성물질이 항상 접촉하는 가혹한 환경에서는
문제 발생의 우려가 높습니다.
평평하고 일직선의 두 재료가 고정되어 있다면
브레이징 방식으로 용접한다고 해도 크게 문제 없을 것 입니다.
하지만 아래와 같이 원형의 튜브를 구멍에 끼워서 설치하는 형상이라면
실제 제작과정에서 균일한 틈새를 유지하기 어렵고,
한쪽으로 쏠린 부분에는 납재가 채워지지 못해
수압과 부식을 견디지 못하는 불량이 발생합니다.
위 그림은 튜브와 본체사이의 틈에 정상적으로 스며들지 못하거나 흘러내린 납재(Filler)의 사진입니다.
또한, 몇 년 사용 후라도
납재가 덜 채워진 부위는
일반용접보다 산성부식과 열응력에 취약하여
구멍이 발생하는 경우가 자주 발생합니다.
부하가 많고 운전시간이 긴 현장은
1년 단위로 하자가 발생하는 경우도 있습니다.
이 사진은 1~3년 사용 후 필러의 일부분이 깨어져 떨어져 나가거나,
표면 도금이 떨어지면서 필러도 동시에 떨어져 나간 사진입니다.
누수가 되는 부위의 납재를 제거하고
다시 용접하는 것은 구조상 불가능 하여
열교환기 전체를 교체해야 하기 때문에
수천만원의 보수비용을 지불할 수밖에 없습니다.
시간의 문제이지
거의 모든 부품에서 발생하는 문제입니다.
결국 보일러 열교환기의 재질은
오랜 시간동안 검증된 재료와 제조방식, 구조,
경제적 이익을 고려하여 선택하는 것이 현명한 판단입니다.
완벽 한 제품은 없습니다.
그러나, 문제가 생기더라도
가장 경제적으로 신속히 해결할 수 있는 방안이 있는 제품을 선택하는 것이
가장 최선일 것입니다.
알루미늄 열교환기에 대한 오해와 진실
2줄 요약
보일러의 알루미늄 열교환기의 내식성능
보일러에 사용하는 알루미늄 열교환기는 1970년대부터 유럽에서 시작하였습니다.
기존의 주철이나 구리보다 더 효율이 우수한 보일러를 개발하는 과정에서
열전도율이 높고 제조가 쉬운 재료로 채택되었습니다.
초기에는 응축수에 대한 부식이라는 과제가 있었으나,
산화피막 처리와 AlSi 합금으로 이문제를 해결하여
현재는 응축수 pH 3-5 상황에서도 문제없는 열교환기를 개발하였습니다.
오늘날에는 발리안트 같은 독일 유명 제조사도 사용할 정도로
스테인레스스틸과 함께 보일러 열교환기의 양대 산맥을 이루고 있습니다.
자동차 엔진의 본체블록도 알루미늄인 만큼
알루미늄은 가혹한 환경에 적합한 재료입니다.
특히, 알루미늄은 열전달 성능이 스테인레스스틸보다 10배 이상 우수하여
보일러의 효율을 90% 이상 끌어 올리는데 결정적인 기여를 하였습니다.
모업체에서는 알루미늄 열교환기가 형편없는 성능을 가진 것처럼 언급하였으나,
그들이 직접 제조하고 판매하는 보일러의 연소계통에서
응축수가 수집되는 보일러의 하부에서 조차 알루미늄을 사용하고 있습니다.
위의 영문은 그 제조사가 판매하는 보일러의 영문 시방서 중 일부입니다.
시방서에 “배기매니폴드의 재질은 알루미늄”이다 라고 명시되어 있습니다.
이 알루미늄은 다른 알루미늄과 무엇이 다른 지 묻지 않을 수 없습니다.
심지어, 그 제조사는 알루미늄 열교환기를 적용한 유럽제품을 수입하여
미국시장에 판매 중입니다.
한국에서는 미군부대에 납품한 제품이 다수 있습니다.
유럽국가들과 미국에서 판매하는 보일러도
알루미늄 열교환기를 사용합니다.
그들이 판매하는 보일러에도 알루미늄을 사용하고,
아예 열교환기 자체가 알루미늄인 보일러 제품을 판매하면서도
알루미늄 열교환기가 아예 몹쓸 기계로 비방하는 것은
앞뒤가 맞지 않는 어불성설입니다.
남의 제품을 비방하려면
제대로 된 공학적 지식과 사실을 가지고 해 주시기 바랍니다.
결국, 어떤 열교환기를 적용하느냐 하는 판단은
제조사가 처한 환경에서 얼마나 제조원가를 절감할 수 있고,
어떠한 기술을 가지고 있느냐의 문제이지
시장에서 널리 퍼진 제품을 마치 사용하지 못하는 제품으로 묘사하는 것은
소비자를 기만하는 행위입니다.
공학적인 데이터를 통한 접근
AlSi 합금 열교환기는 pH3.5~4.0 환경에서
1.0-5.0mpy 정도의 내식성능을 가지고 있습니다.
mpy는 Mils Per Year의 약자로
1mpy는 1년에 0.001inch가 줄어든다는 의미입니다.
mm로 환산하면 0.0254mm/년입니다.
100% 운전하는 보일러의 알루미늄 열교환기가
24시간 365일 응축수에 노출된다면
100~300년 후에 열교환기가 닳아 없어진다는 의미입니다.
부식을 고려한 설계 시 보수적으로 접근한다면
일반적으로 15mpy 이내로 설계합니다.
브레이징 용접방식을 사용하는 보일러 열교환기의 숙제
브레이징(Brazing)은 우리말로 '경납땜' 또는 '은납땜'이라고도 불리는
금속 접합 기술입니다.
일반적인 용접(Welding)이
모재(금속 판재 자체)를 녹여서 붙이는 방식이라면,
브레이징은 모재는 녹이지 않고
모재 보다 녹는점이 낮은 '납재(Filler metal)'를 녹여
틈새를 메우는 방식입니다.
두 재료사이에서 발생하는 모세관 현상에 의해
납재가 스며들어 채우는 방식으로,
접합틈새를 정확히 유지해야 하는 정밀한 용접방식입니다.
브레이징 용접으로 작업한 부품이나 기계를 운전하는
주위환경이 가혹하지 않은 상황이라면 문제가 없겠지만,
고온과 산성물질이 항상 접촉하는 가혹한 환경에서는
문제 발생의 우려가 높습니다.
평평하고 일직선의 두 재료가 고정되어 있다면
브레이징 방식으로 용접한다고 해도 크게 문제 없을 것 입니다.
하지만 아래와 같이 원형의 튜브를 구멍에 끼워서 설치하는 형상이라면
실제 제작과정에서 균일한 틈새를 유지하기 어렵고,
한쪽으로 쏠린 부분에는 납재가 채워지지 못해
수압과 부식을 견디지 못하는 불량이 발생합니다.
위 그림은 튜브와 본체사이의 틈에 정상적으로 스며들지 못하거나 흘러내린 납재(Filler)의 사진입니다.
또한, 몇 년 사용 후라도
납재가 덜 채워진 부위는
일반용접보다 산성부식과 열응력에 취약하여
구멍이 발생하는 경우가 자주 발생합니다.
부하가 많고 운전시간이 긴 현장은
1년 단위로 하자가 발생하는 경우도 있습니다.
이 사진은 1~3년 사용 후 필러의 일부분이 깨어져 떨어져 나가거나,
표면 도금이 떨어지면서 필러도 동시에 떨어져 나간 사진입니다.
누수가 되는 부위의 납재를 제거하고
다시 용접하는 것은 구조상 불가능 하여
열교환기 전체를 교체해야 하기 때문에
수천만원의 보수비용을 지불할 수밖에 없습니다.
시간의 문제이지
거의 모든 부품에서 발생하는 문제입니다.
결국 보일러 열교환기의 재질은
오랜 시간동안 검증된 재료와 제조방식, 구조,
경제적 이익을 고려하여 선택하는 것이 현명한 판단입니다.
완벽 한 제품은 없습니다.
그러나, 문제가 생기더라도
가장 경제적으로 신속히 해결할 수 있는 방안이 있는 제품을 선택하는 것이
가장 최선일 것입니다.