CN105849499A - 热交换器涂层 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热交换器，特别是一种用于车辆的空调回路的蒸发器，所述交换器允许第一流体和第二流体之间的热交换，且具有意于与所述流体中的一种接触的表面，所述表面由铝和/或铝合金制成，并涂覆有氧化铝层和增强对铝的天然保护的被称为增强层的层，所述增强层包括部分有机物质和部分矿物质，所述部分有机物质包括至少一种聚合物，所述部分矿物质包括至少一种能够与铝反应以形成抗腐蚀材料的物质。本发明还涉及一种用于制造交换器的方法。

Description

热交换器涂层
技术领域
本发明涉及一种热交换器，该热交换器特别是用于车辆的空调流体回路，且本发明更具体地涉及一种蒸发器，且还涉及一种用于制造这样的交换器的方法。
背景技术
在车辆的空调系统中，蒸发器被要被冷却的空气流扫过。由于暴露于空气流的蒸发器的表面的低温，包含在该空气流中的湿气倾向于沉积在这些表面上。由此沉积的水减小空气的流动面积，且阻碍空气流和蒸发器金属表面之间的直接接触，这对于热交换能力是有损的。此外，污物附着到潮湿表面，促进微生物繁衍和难闻气味的产生。水滴的存在还引起交换器表面的腐蚀，这导致交换器的劣化和脆化。
为了克服这些缺点，已知包含意于在干燥后在蒸发器的表面上形成附着层的物质的涂层，所述附着层具有亲水、抗微生物和抗腐蚀特性。这些涂层通常以多个步骤沉积，特别是意于允许所述层的良好附着的表面转换的预先步骤。
特别是从EP 2 045 559和WO 2003/0038471还已知用于覆盖这样的表面的处理液体，所述处理液体直接在焊接步骤之后的单个步骤中沉积。另一方面，这些液体在干燥之后在所述表面上形成附着层，所述附着层仅具有膜成形、亲水和抗微生物特性，而没有真正的抗腐蚀特性。
发明内容
为了克服这些缺点，存在对用于蒸发器的表面的涂层的需求，所述表面意于与要被冷却的介质接触，该涂层具有抗腐蚀特性，甚至是亲水和抗微生物特性，且其在单个步骤中被沉积。
为此目的，本发明涉及一种热交换器，特别是一种用于车辆的空调回路的蒸发器，所述交换器允许第一流体和第二流体之间的热交换，且具有意于与所述流体中的一种接触的表面，所述表面由铝和/或铝合金制成，并涂覆有氧化铝层和涂覆有增强对铝的天然保护的被称为增强层的层，所述增强层包括部分有机物质和部分矿物质，所述部分有机物质包括至少一种聚合物，所述部分矿物质包括至少一种能够与铝反应以形成抗腐蚀材料的物质。
换句话说，交换器首先被它们的天然氧化铝层保护。施加至其的涂层还使得可以，当交换器的表面经受侵蚀且特别是点蚀时，通过与表面的、因此和该涂层接触的铝反应，重新建立保护。此外，并没有宣称是对所涉及现象的精确应用，所使用的一种或多种聚合物材料有助于涂层在表面上的稳定化，尽管不存在预处理。所述增强涂层或层使得可以增强对铝的天然保护，特别是通过使氧化铝层再生。该涂层使得可以改善交换器的抗腐蚀性。
根据本发明的、能够被一起或单独地采用的各个实施例：
-所述氧化铝层本身涂覆有所述增强层，
-所述增强层被涂覆，而没有对表面的激活或酸渍类型的预先准备，
-能够与铝反应的一种或多种所述物质使得可以填充所述表面和/或其氧化铝层的表面不规则部，
-能够与铝反应的一种或多种所述物质是至少一种铬基物质，
-所述一种或多种铬基物质可以是三价铬盐，
-所述部分有机物质和/或所述部分矿物质为所述增强层提供亲水特性和/或抗微生物特性，
-所述部分有机物质的所述聚合物包括包含游离羟基官能团的聚合物，诸如聚乙烯醇，
-所述部分有机物质包括粘结剂，
-所述粘结剂是有机酸、乙醇或胺类型的，且可与所述聚合物的羟基官能团反应，
-所述部分有机物质按重量为50％至80％，优选地为55％至65％，
-所述部分矿物质按重量为20％至50％，优选地为35％至45％，
-所述增强层还包括至少一种腐蚀抑制剂，
-所述一种或多种腐蚀抑制剂在侵蚀的情况下重新形成氧化铝层，
-所述一种或多种腐蚀抑制剂是至少一种钛基物质，
-所述一种或多种钛基物质是钛盐，
-所述增强层包括至少一种抗微生物物质，
-所述抗微生物物质可以是有机物质，诸如溴硝丙二醇、多菌灵、唑啉酮，和/或是至少一种锌基物质，如吡啶硫酮锌，
-所述增强层具有0.5至1.5g/m2的表面密度，优选地为0.8至1.2g/m2，
-所述交换器包括一个面，该面的表面覆盖有增强层，该增强层具有的厚度大于覆盖相对面的增强层的厚度，
-覆有较大厚度的所述面是暴露于外部空气流的面。
本发明还涉及一种用于制造交换器的方法，所述交换器特别是用于车辆的空调回路的蒸发器，在该方法中，将所述交换器形成为具有意于与要被冷却的流体中的一种接触的表面，所述表面由铝和/或铝合金制成，并涂覆有氧化铝层，所述氧化铝层涂覆有增强对铝的天然保护的涂层，所述涂层包括部分有机物质和部分矿物质，所述部分有机物质包括至少一种聚合物，所述部分矿物质包括至少一种能够与铝反应以形成抗腐蚀材料的物质。
换句话说，根据本发明的方法，涂层可直接施加在交换器的表面上，而没有预先表面处理和/或准备步骤。再换句话说，涂层的单次施加使得可以为交换器的表面提供保护对抗腐蚀。
根据本发明的、能够一起或单独地采用的各个实施例：
-在交换器的焊接步骤之后覆盖所述表面，
-通过喷涂和/或吹送将所述涂层施加到所述表面，
-在已经用涂层覆盖交换器的表面之后，在干燥之前，向交换器吹送，以便调整存在于交换器的相对面中的两个面上的涂层的厚度，
-干燥所述涂层，
-在处于130℃至180℃的加热步骤期间干燥所述涂层，优选地为在处于150℃的加热步骤期间干燥所述涂层，
-所述加热步骤持续1至10min；优选地，其持续5min，
-施加所述涂层，从而被施加到所述交换器的外部表面的涂层的量为15至20ml/m2，
-所述涂层的pH值从1.5至5中选择，优选地，在2至3.5中选择，
-所述涂层包括减小部分的、小于1000ppm的氟化物。
附图说明
参照附图1，在以下以仅示例性和非限制性举例的方式给出的本发明的至少一个实施例的详细解释性描述的过程中，本发明将被更好地理解并且本发明的其它目标、细节、特征和优势将变得更显而易见，该附图1是根据本发明的热交换器的一部分的视图。
具体实施方式
图1以综合方式展示热交换器的一部分，该热交换器允许第一流体和第二流体之间的热交换。该热交换器例如可以是一种用于车辆空调回路的蒸发器。在该情况下，两种流体中的一种是要被冷却的空气流，和/或另一种流体是制冷剂。特别地，在该示例中，其是焊接的蒸发器，由铝或铝合金制成。
所述交换器在此由束10形成，其包括导管12，用于制冷剂的流通。所述导管12例如由连接到一个或多个收集器的管道形成，和/或由彼此连通的堆叠板对形成。在管道和/或板对之间，可以提供干扰器14，特别是蜿蜒形状的分离器。这些分离器14扰乱空气流的流通，且增加交换面积。空气流和制冷剂之间的热交换由此被改善。这些分离器14与管道和/或板对接触，特别是经由它们的弯曲部的顶端接触。
所述交换器具有意于与所述流体中的一种(特别是要被冷却的空气流)接触的表面，该表面特别是所述管道、板对和/或分离器的壁。
根据本发明，所述表面由铝和/或由铝合金形成。它们涂覆有氧化铝层和增强对铝的天然保护的被称为增强层的层。该增强层包括部分有机物质和部分矿物质，所述有机物质包括至少一种聚合物，所述矿物质包括至少一种能够与铝反应以形成抗腐蚀材料的物质。所述增强层有利地构成所述氧化铝层的涂层。
能够与铝反应的矿物质的存在使得可以补偿氧化铝层上的侵蚀，或甚至使所述氧化铝层再生。保护层由此再次形成，且对交换器的表面的腐蚀侵蚀的后果被限制。通过与铝反应，所述物质还可使得填充所述表面和/或其氧化铝层的表面不规则部成为可能。
在涂层中的有机物质和/或矿物质可额外地为交换器的表面提供亲水和/或抗微生物特性。由此，水滴以膜的形式摊开，这更容易排走且避免由水滴去除导致的水的溅射。
所述物质有利地是已知用于固定氧分子的物质。所述物质优选地是铬基物质，特别是三价铬盐。
该机构通过处于酸介质中被改善，特别是酸介质在1.5至5的pH值时，优选地为2至3.5的pH值。该pH值可通过添加酸得到，特别是有机酸，所述有机酸此外可以是能够与部分有机物质的一种或多种聚合物反应的粘结剂。所述聚合物例如包括乙烯醇型的羟基化聚合物。如果涂层包括小部分的小于1000ppm的氟化物，该机构也被改善。
能够与铝反应的物质提供的抗腐蚀特性可通过向所述增强层添加一种或多种腐蚀抑制剂而被增强。这些腐蚀抑制剂可以是钛基物质，特别是钛盐。这些腐蚀抑制剂可以是固定氧的物质。
同样地，为了改善抗微生物特性，所述增强层可包括一种或多种抗微生物物质。这些物质可从溴硝丙二醇、多菌灵、唑啉酮和锌基物质(如吡啶硫酮锌)中选择。在具有1.5至5的pH值的涂层的情况下，一种或多种抗微生物物质必须经得起酸性介质。
这样的热交换器例如可通过本发明的方法获得。
在第一步骤中，将所述交换器形成为具有意于与要被冷却的流体中的一种接触的表面，所述表面由铝和/或由铝合金形成且涂覆有氧化铝层。优选地，交换器通过焊接步骤获得。
在第二步骤中，用增强对铝的天然保护的涂层涂覆所述氧化铝层。所述涂层包括部分有机物质和部分矿物质，所述部分有机物质包括至少一种聚合物，所述部分矿物质包括至少一种能够与铝反应以形成抗腐蚀材料的物质。根据本发明，涂层直接在焊接步骤之后施加，而没有附加步骤，所述附加步骤诸如激活或酸渍类型的表面处理，或用于传统浸没方法的准备——闭合内部电路，插入到用于在浴中浸没的设备中。
该步骤使得可以形成再生和/或增强对铝的天然保护的层，有利地为通过使氧化铝层再生。
如上所述，涂层的pH值优选地为1.5至5，以优化的方式为2至3.5，以便获得氧化铝层的良好再生和通过增强层的获得对交换器的表面的良好保护。
涂层通常以均匀的方式施加于交换器，例如通过喷涂和/或通过吹送。优选地，被施加的量为15至20ml/m2。
继覆盖步骤之后的可以是向交换器吹送的步骤。该步骤使得可以调整存在于交换器的相对面中的两个面上的涂层的厚度。通常，在要被喷洒和吹送的相对面上的涂层的厚度略微更大。优选地，该面是暴露于空气流的面，因为该增厚导致改善交换器的抗腐蚀性。有利地，该步骤在干燥步骤之前发生。
继这些步骤之后是使涂层干燥的步骤。该干燥步骤特别地允许增强层的形成。实际上，该步骤允许存在于涂层的部分有机物质中的一种或多种聚合物的聚化。聚化可通过聚合物的交联而增强，特别是如果交联剂添加到涂层的话。交联剂可以是有机酸、环氧树脂或丙烯酸类型的，其被选择以与聚合物的游离羟基官能团反应。
如果所述涂层在处于130℃至180℃的加热步骤期间被干燥，优选地为所述涂层在处于150℃的加热期间被干燥，则干燥和聚化可还以有利的方式增强。所述加热步骤持续1至10min；优选地，其持续5min。
增强层的一个示例已经使得可以获得具有满意的亲水、抗菌和抗腐蚀特性的交换器，该增强层的示例包括60％的有机物质和40％的矿物质，其中包括30％的铬基物质。包含在部分有机物质中的聚合物特别是乙烯醇系聚合物。该层具有0.8至1.2g/m2的表面密度且在暴露于空气流的面上具有20％的增厚，所述增厚例如通过上述吹送步骤而获得。
在这样的交换器和现有技术的交换器之间进行了比较测试。
由此示出，这样的交换器在亲水、抗微生物和抗气味特性方面相对于已知的现有技术的交换器的这些相同的特性具有等同效果。
另外，抗腐蚀性由于增强层的存在被显著改善。腐蚀测试使得可以证明：
-根据本发明的交换器上的铝表面的腐蚀侵蚀的迹象被推迟多于60天；
-在腐蚀腔室中与腐蚀溶液接触90天之后，根据本发明的交换器的表面上的点蚀的深度稳定，而现有技术的交换器的表面上的点蚀的深度增加；
-根据本发明的交换器的故障比现有技术的交换器故障晚大约50天发生。
应注意到，实施例的变型当然是可行的，且本发明不限于用于车辆空调的蒸发器。特别地，可以将本发明延伸到其他类型的热交换器，以及其他领域。

Claims (16)

1.一种热交换器，特别是一种用于车辆的空调回路的蒸发器，所述交换器允许第一流体和第二流体之间的热交换，且具有意于与所述流体中的一种接触的表面，所述表面由铝和/或铝合金制成，并涂覆有氧化铝层和涂覆有增强对铝的天然保护的被称为增强层的层，所述增强层包括部分有机物质和部分矿物质，所述部分有机物质包括至少一种聚合物，所述部分矿物质包括至少一种能够与铝反应以形成抗腐蚀材料的物质。
2.如前一项权利要求所述的交换器，其中，能够与铝反应的一种或多种所述物质可以使得氧化铝再生。
3.如前述权利要求中的任一项所述的交换器，其中，能够与铝反应的一种或多种所述物质使得可以填充所述表面和/或其氧化铝层的表面不规则部。
4.如前述权利要求中的任一项所述的交换器，其中，能够与铝反应的一种或多种所述物质是至少一种铬基或氟化物基物质。
5.如前述权利要求中的任一项所述的交换器，其中，所述部分有机物质和/或所述部分矿物质为所述增强层提供亲水特性和/或抗微生物特性。
6.如前一项权利要求所述的交换器，其中，所述部分有机物质为50％至80％。
7.如前一权利要求所述的交换器，其中，所述部分矿物质为20％至50％。
8.如前述权利要求中的任一项所述的交换器，其中，所述增强层还包括至少一种腐蚀抑制剂。
9.如前述权利要求中的任一项所述的交换器，其中，所述增强层还包括至少一种抗微生物物质。
10.如前述权利要求中的任一项所述的交换器，其中，所述增强层具有0.5至1.5g/m2的表面密度。
11.如前述权利要求中的任一项所述的交换器，其中，所述交换器包括一个面，其表面覆盖有增强层，该增强层具有的厚度大于覆盖相对面的增强层的厚度。
12.一种用于制造交换器的方法，所述交换器特别是用于车辆的空调回路的蒸发器，在所述方法中，将所述交换器形成为具有用意于与要被冷却的流体中的一种接触的表面，所述表面由铝和/或铝合金制成，并用氧化铝层涂覆该表面，用增强对铝的天然保护的涂层覆盖该氧化铝层，所述涂层包括部分有机物质和部分矿物质，所述部分有机物质包括至少一种聚合物，所述部分矿物质包括至少一种能够与铝反应以形成抗腐蚀材料的物质。
13.如前一项权利要求所述的方法，其中，所述涂层被干燥。
14.如前述权利要求12和13中的任一项所述的方法，其中，所述涂层的pH值从1.5至5中选择。
15.如前述权利要求12至14中的任一项所述的方法，其中，涂层包括减小部分的、小于1000ppm的氟化物。
16.如前述权利要求12至15中的任一项所述的方法，其中，施加所述涂层，从而被施加到所述交换器的外部表面的涂层的量为15至20ml/m2。
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