DE102018217299A1

DE102018217299A1 - Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers

Info

Publication number: DE102018217299A1
Application number: DE102018217299.4A
Authority: DE
Inventors: Takashi Terada; Kazuyuki Takahashi; Hiroshi Otsuki; Mana KOBAYASHI
Original assignee: Keihin Thermal Technology Corp
Current assignee: Mahle Behr Thermal Systems Japan Ltd
Priority date: 2017-10-11
Filing date: 2018-10-10
Publication date: 2019-04-11
Also published as: CN109648167A; US20190105742A1; JP2019070499A

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, umfassend das Herstellen von Wärmetauschrohren unter Verwendung eines Aluminiumextrudats aus einer Legierung, die Mn (0,1 bis 0,3 Massen-%) und Cu (0,4 bis 0,5 Massen-%) enthält, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen sind; Herstellen von Lamellen unter Verwendung eines Aluminium-Rohmaterials aus einer Legierung, die Mn (1,0 bis 1,5 Massen-%) und Zn (1,2 bis 1,8 Massen-%) enthält, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen sind; Herbeiführen einer Adhäsion von Zn, Si, und Flussmittelpulver an den Außenflächen der Wärmetauschrohre, so dass die Adhäsionsmenge des Zn-Pulvers 2 bis 3 g/m² beträgt, die Adhäsionsmenge des Si-Pulvers 3 bis 6 g/m² beträgt und die Adhäsionsmenge des Flussmittelpulvers 6 bis 24 g/m² beträgt; und Verlöten der Wärmetauschrohre und der Lamellen miteinander unter Verwendung des Si-Pulvers und des Flussmittelpulvers, die an den Außenflächen der Wärmetauschrohre haften.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, der als Kondensator für eine an einem Fahrzeug, wie z.B. einem Kraftfahrzeug, angebrachte Fahrzeugklimaanlage verwendet wird.
In dieser Beschreibung und in den Ansprüchen umfasst der Begriff „Aluminium“ neben reinem Aluminium Aluminiumlegierungen. Auch Materialien, die durch chemische Symbole dargestellt werden, stellen reine Materialien dar und mit dem Begriff „Al-Legierung“ ist eine Aluminiumlegierung gemeint.
Der Begriff „Spontanpotential“ eines Materials bezieht sich auf das Elektrodenpotential des Materials in einer sauren (pH: 3) wässrigen Lösung von 5% NaCl gegenüber einer gesättigten als Referenzelektrode dienenden Kalomelelektrode (SCE) .
Ein Wärmetauscher mit der folgenden Struktur ist weithin bekannt und wird als Kondensator für eine Fahrzeugklimaanlage eingesetzt. Der Wärmetauscher weist eine Vielzahl von flachen Wärmetauschrohren, die aus einem Aluminiumextrudat gebildet sind, Sammelbehälter („header-tanks“), wellenförmige Aluminiumlamellen und Aluminiumseitenplatten auf. Die flachen Wärmetauschrohre sind in ihrer Dickenrichtung in vorbestimmten Abständen derart angeordnet, dass sie die gleiche Längsrichtung aufweisen und ihre Breitenrichtung mit einer Luftströmungsrichtung übereinstimmt. Die Sammelbehälter sind an gegenüberliegenden Längsenden der Wärmetauschrohre so angeordnet, dass ihre Längsrichtungen mit der Richtung übereinstimmen, in der die Wärmetauschrohre nebeneinander liegen. Die gegenüberliegenden Enden der Wärmetauschrohre sind mit den entsprechenden Sammelbehältern verbunden. Die Lamellen sind jeweils zwischen benachbarten Wärmetauschrohren oder an der Außenseite des Wärmetauschrohrs an den jeweils gegenüberliegenden Enden angeordnet und mit dem entsprechenden Wärmetauschrohr (den Wärmetauschrohren) verlötet. Die Seitenplatten sind an den gegenüberliegenden Enden außerhalb der Lamellen angeordnet und mit den entsprechenden Lamellen verlötet. Jeder der Sammelbehälter besteht aus einem rohrförmigen Behälterkörper, der aus Aluminium gebildet ist, und Verschlusselementen, die aus Aluminium gebildet sind. Der Behälterkörper wird gebildet, indem ein Aluminiumlötblech mit einer Lötmaterialschicht auf jeder der gegenüberliegenden Seiten gebogen wird und die aneinander anstoßenden gegenüberliegenden Seitenkanten des Blechs verlötet werden. Der Behälterkörper weist an seinen gegenüberliegenden Enden Öffnungen auf. Die Verschlusselemente sind mit den gegenüberliegenden Enden des Behälterkörpers so verlötet, dass die Öffnungen an den gegenüberliegenden Enden verschlossen sind. Der Behälterkörper weist eine Vielzahl von Rohreinsatzlöchern auf, die sich entlang der Luftströmungsrichtung erstrecken und in Abständen voneinander entlang der Längsrichtung des Behälterkörpers angeordnet sind. Ein Endabschnitt jedes Wärmetauschrohrs ist in das entsprechende Rohreinsatzloch eingesetzt und mit dem Behälterkörper verlötet.
Die vorliegende Anmelderin hat ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen Wärmetauschers vorgeschlagen (siehe japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 2014-238209). Das vorgeschlagene Verfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen von Wärmetauschrohren und Lamellen; Herbeiführen einer Adhäsion von Zn-Pulver und Flussmittelpulver an den Außenflächen der Wärmetauschrohre; und Verlöten der Wärmetauschrohre und der Lamellen und Bilden einer Schicht mit eindiffundiertem Zn in einem Außenflächen-Schichtabschnitt von jedem Wärmetauschrohr. Jedes der Wärmetauschrohre weist eine Wandstärke von 200 µm oder weniger auf und wird aus einem Aluminiumextrudat aus einer Legierung gebildet, die Mn in einer Menge von 0,2 bis 0,3 Massen-%, Cu in einer Menge von 0,05 Massen-% oder weniger, und Fe in einer Menge von 0,2 Massen-% oder weniger enthält, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen sind. Jede der Lamellen ist aus einem Lötblech gebildet, das zusammengesetzt ist aus einem Aluminiumkernmaterial und einem Beschichtungsmaterial, das aus einem Aluminiumlötmaterial gebildet wird und die gegenüberliegenden Seiten des Kernmaterials bedeckt. In dem Schritt, in dem eine Adhäsion des Zn-Pulvers und des Flussmittelpulvers an den Außenflächen der Wärmetauschrohre herbeigeführt wird, wird eine Dispersionsflüssigkeit hergestellt, indem Flussmittelpulver und Zn-Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 3 bis 5 µm und einer maximalen Teilchengröße von weniger als 10 µm in einem Bindemittel durch Mischen dispergiert werden.
Die Dispersionsflüssigkeit wird auf die Außenfläche jedes der Wärmetauschrohre aufgetragen und die flüssige Komponente der Dispersionsflüssigkeit wird verdampft, um eine Adhäsion des Zn-Pulvers und des Flussmittelpulvers an der Außenfläche jedes Wärmetauschrohrs herbeizuführen, so dass die Adhäsionsmenge des Zn-Pulvers 1 bis 3 g/m² beträgt, die Adhäsionsmenge des Flussmittelpulver 15 g/m² oder weniger beträgt und das Verhältnis der Adhäsionsmenge des Flussmittelpulvers zur Adhäsionsmenge des Zn-Pulvers (Adhäsionsmenge des Flussmittelpulvers / Adhäsionsmenge des Zn-Pulvers) 1 oder mehr beträgt. In dem Schritt, in dem die Wärmetauschrohre und die Lamellen verlötet werden, werden die zusammengesetzten Wärmetauschrohre und Lamellen erwärmt, um die Wärmetauschrohre und die Lamellen unter Verwendung des Beschichtungsmaterials der Lamellen und des an den Außenflächen der Wärmetauschrohre haftenden Flussmittelpulvers zu verlöten und das an den Außenflächen der Wärmetauschrohre haftende Zn-Pulver zu schmelzen, um Zn in die Außenflächen-Schichtabschnitte der Wärmetauschrohre einzudiffundieren, wodurch Schichten mit eindiffundiertem Zn in den Außenflächen-Schichtabschnitten der Wärmetauschrohre gebildet werden.
Bei der Herstellung des Wärmetauschers nach dem in der Veröffentlichung beschriebenen Verfahren, werden die Wärmetauschrohre und die Lamellen durch ein Lötmaterial verbunden, das aus dem Beschichtungsmaterial des Lötblechs für die Bildung der Lamellen herausgeschmolzen wird.
In den letzten Jahren wurde ein Wärmetauscher gefordert, dessen Lamellen eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit aufweisen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben beschriebenen Umstände erreicht und ihre Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers zur Verfügung zu stellen, das die Korrosionsbeständigkeit der Lamellen weiter verbessern kann.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, der Wärmetauschrohre aus Aluminium und Lamellen aus Aluminium, die mit den Wärmetauschrohren verlötet sind, aufweist.
Das Verfahren umfasst:

Herstellen von Wärmetauschrohren, die aus einem Aluminiumextrudat aus einer Legierung gebildet werden, die Mn in einer Menge von 0,1 bis 0,3 Massen-%, Cu in einer Menge von 0,4 bis 0,5 Massen-%, Si in einer Menge von 0,2 Massen-% oder weniger, Fe in einer Menge von 0,2 Massen-% oder weniger, Zn in einer Menge von 0,05 Massen-% oder weniger, und Ti in einer Menge von 0,05 Massen-% oder weniger enthält, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen sind;
Herstellen von Lamellen, die aus einem Aluminium-Rohmaterial aus einer Legierung hergestellt wird, die Mn in einer Menge von 1,0 bis 1,5 Massen-%, Zn in einer Menge von 1,2 bis 1,8 Massen-%, Si in einer Menge von 0,6 Massen-% oder weniger, Fe in einer Menge von 0,5 Massen-% oder weniger, und Cu in einer Menge von 0,05 Massen-% oder weniger enthält, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen sind;
Auftragen einer Dispersionsflüssigkeit, die hergestellt wird, indem Zn-Pulver, Si-Pulver und Flussmittelpulver in einem Bindemittel durch Mischen dispergiert werden, auf Außenflächen der Wärmetauschrohre und Verdampfen einer flüssigen Komponente der Dispersionsflüssigkeit, wodurch eine Adhäsion des Zn-Pulvers, des Si-Pulvers, und des Flussmittelpulvers an den Außenflächen der Wärmetauschrohre herbeigeführt wird, so dass die Adhäsionsmenge des Zn-Pulvers 2 bis 3 g/m² beträgt, die Adhäsionsmenge des Si-Pulvers 3 bis 6 g/m² beträgt, und die Adhäsionsmenge des Flussmittelpulvers 6 bis 24 g/m² beträgt; und
Erwärmen einer Anordnung der Wärmetauschrohre und der Lamellen im inneren eines Lötofens, um die Wärmetauschrohre und die Lamellen unter Verwendung des Si-Pulvers und des Flussmittelpulvers, die an den Außenflächen der Wärmetauschrohre haften, miteinander zu verlöten.

Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die die Gesamtstruktur eines durch ein Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellten Kondensators für eine Fahrzeugklimaanlage zeigt;
2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Abschnitt der Wand eines Wärmetauschrohrs des Kondensators von 1 zeigt; und
3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Bereich des Kondensators von 1 zeigt, in dem eine Wärmetauschröhre und eine wellenförmige Lamelle miteinander verlötet sind.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der Ausführungsform wird das Verfahren der vorliegenden Erfindung auf die Herstellung eines Kondensators für eine Fahrzeugklimaanlage angewendet.
1 zeigt die Gesamtstruktur eines durch ein Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellten Kondensators für eine Fahrzeugklimaanlage und 2 und 3 zeigen die Struktur von charakteristischen Abschnitten des Kondensators.
Insbesondere wird in der folgenden Beschreibung die obere, untere, linke und rechte Seite von 1 als „oben“, „unten“, „links“ bzw. „rechts“ bezeichnet.
Wie in 1 gezeigt, enthält ein Kondensator 1 für eine Fahrzeugklimaanlage eine Vielzahl von flachen Wärmetauschrohren 2, die aus einem Aluminiumextrudat gebildet werden, wellenförmige Lamellen 3, die jeweils aus einem Aluminium-Rohmaterial gebildet werden, ein Paar von Sammelbehältern 4 und 5 aus Aluminium und Seitenplatten 6, die aus einem Aluminiumlötblech gebildet werden. Die Wärmetauschrohre 2 sind in vorbestimmten Abständen in vertikaler Richtung (der Dickenrichtung der Wärmetauschrohre 2) derart angeordnet, dass ihre Längsrichtung mit der Links-Rechts-Richtung und ihre Breitenrichtung mit einer Luftdurchgangsrichtung übereinstimmen. Die wellenförmigen Lamellen 3 sind zwischen benachbarten Wärmetauschrohren 2 und auf den Außenseiten der obersten und untersten Wärmetauschrohre 2 angeordnet und mit den entsprechenden Wärmetauschrohren 2 verlötet. Die Sammelbehälter 4 und 5 sind in einem vorbestimmten Abstand derart in der Links-Rechts-Richtung angeordnet, dass ihre Längsrichtung mit der vertikalen Richtung übereinstimmt (der Richtung, in der die Wärmetauschrohre 2 nebeneinander angeordnet sind). Linke und rechte Endabschnitte der Wärmetauschrohre 2 sind mit den Sammelbehältern 4 bzw. 5 verbunden. Die Seitenplatten 6 sind an den äußeren Seiten der obersten und untersten wellenförmigen Lamellen 3 angeordnet und mit den entsprechenden wellenförmigen Lamellen 3 verlötet. Die Luft strömt in eine Richtung, die durch einen Pfeil W in 1 angezeigt ist.
Der linke Sammelbehälter 4 ist durch eine Trennplatte 7 in obere und untere Sammelbehälterabschnitte 4a und 4b an einer Stelle unterteilt, die über der Mitte des linken Sammelbehälters 4 in der Höhenrichtung liegt. Der rechte Sammelbehälter 5 ist durch eine weitere Trennplatte 7 in obere und untere Sammelbehälterabschnitte 5a und 5b an einer Stelle unterteilt, die unter der Mitte des rechten Sammelbehälters 5 in der Höhenrichtung liegt. Ein Kältemitteleinlass (nicht gezeigt) ist am oberen Sammelbehälterabschnitt 4a des linken Sammelbehälters 4 ausgebildet, und ein Aluminiumeinlasselement 8 mit einem Einströmungskanal 8a, der mit dem Kältemitteleinlass in Verbindung steht, ist mit dem oberen Sammelbehälterabschnitt 4a verlötet. Ein Kältemittelauslass (nicht gezeigt) ist am unteren Sammelbehälterabschnitt 5b des rechten Sammelbehälters 5 ausgebildet, und ein Aluminiumauslasselement 9 mit einem Ausströmungskanal 9a, der mit dem Kältemittelauslass in Verbindung steht, ist mit dem unteren Sammelbehälterabschnitt 5b verlötet. Kältemittel, das in den oberen Sammelbehälterabschnitt 4a des linken Sammelbehälters 4 durch den Einströmungskanal 8a des Einlasselementes 8 geströmt ist, strömt nach rechts innerhalb der Wärmetauschrohre 2, die über der Trennplatte 7 des linken Sammelbehälters 4 angeordnet sind, und strömt in einen oberen Abschnitt des oberen Sammelbehälterabschnitts 5a des rechten Sammelbehälters 5. Das Kühlmittel strömt dann innerhalb des oberen Sammelbehälterabschnitts 5a nach unten, strömt innerhalb der Wärmetauschrohre 2, deren vertikale Positionen zwischen der Trennplatte 7 des linken Sammelbehälters 4 und der Trennplatte 7 des rechten Sammelbehälters 5 angeordnet sind, nach links und strömt in einen oberen Abschnitt des unteren Sammelbehälterabschnitts 4b des linken Sammelbehälters 4. Das Kühlmittel strömt dann innerhalb des unteren Sammelbehälterabschnitts 4b nach unten, strömt innerhalb der Wärmetauschrohre 2, die unterhalb der Trennplatte 7 des rechten Sammelbehälters 5 angeordnet sind, nach rechts und strömt in den unteren Sammelbehälterabschnitt 5b des rechten Sammelbehälters 5. Das Kühlmittel strömt dann durch den Ausströmungskanal 9a des Auslasselements 9 zur Außenseite des Kondensators 1.
Jeder des linken und rechten Sammelbehälters 4 und 5 ist aus einem Behälterkörper 11 und Verschlusselementen 12 zusammengesetzt. Der Behälterkörper 11 wird aus einem Aluminiumrohr gebildet, das eine Lötmaterialschicht auf mindestens einer Außenfläche davon aufweist; zum Beispiel aus einem rohrförmigen Element, das gebildet wird, indem ein Aluminiumlötblech mit einer Lötmaterialschicht auf jeder ihrer gegenüberliegenden Seiten in eine röhrenförmige Form gebogen wird und deren überlappende Seitenränder verlötet werden. Der Behälterkörper 11 weist eine Vielzahl von Rohreinsetzlöchern auf, die sich entlang der Luftströmungsrichtung erstrecken. Die Verschlusselemente 12 bestehen aus Aluminium und sind mit den gegenüberliegenden Enden des Behälterkörpers 11 so verlötet, dass die Öffnungen an den gegenüberliegenden Enden verschlossen sind. Eine detaillierte Darstellung des Sammelbehälterkörpers 11 ist ausgelassen. Der Sammelbehälterkörper 11 kann auch aus einem rohrförmigen Aluminiumextrudat gebildet werden, das ein Lötmaterial aufweist, das thermisch auf eine äußere Umfangsfläche davon aufgesprüht wird.
Kurz gesagt, der Kondensator 1 wird durch ein Verfahren hergestellt, bei dem eine Adhäsion von Zn-Pulver, Si-Pulver und Flussmittelpulver an den Außenflächen der Wärmetauschrohre 2, die aus einem Extrudat aus einer Al-Legierung gebildet werden, herbeigeführt wird und bei dem die Wärmetauschrohre 2 und die wellenförmigen Lamellen 3 in einem Lötofen erwärmt werden, um die Wärmetauschrohre 2 und die wellenförmigen Lamellen 3 zu verlöten, indem ein Lötmaterial verwendet wird, das sich aus Al, das in der Al-Legierung enthalten ist, die das Aluminiumextrudat (die Wärmetauschrohre 2) bildet, und Si des Si-Pulvers, das vor dem Verbinden an den Oberflächen der Wärmetauschrohre 2 zum Haften gebracht wurde, zusammensetzt. Wie in den 2 und 3 gezeigt, weist jedes Wärmetauschrohr 2 eine Wand 30 auf, die sich aus einem Hauptkörperabschnitt 31 aus der Al-Legierung, die das Aluminiumextrudat (den Wärmetauschrohren 2) bildet und einer Deckschicht 32 aus einer Al-Si-Cu-Zn-Legierung, die die Außenfläche des Hauptkörperabschnitts 31 bedeckt, zusammensetzt. Eine Diffusionsschicht 33, die aus der Deckschicht diffundiertes Zn, Si und Cu enthält, ist in einem Außenflächen-Schichtabschnitt des Hauptkörperabschnitts 31 der Wand 30 jeder Wärmetauschröhre 2 ausgebildet. Ferner ist eine Kehlnaht 35 aus der Al-Si-Cu-Zn-Legierung in einem Bereich ausgebildet, in dem eine Wärmetauschröhre 2 und eine wellenförmige Lamelle 3 miteinander verlötet sind.
Das Verfahren zur Herstellung des Kondensators wird nun im Detail beschrieben.
Hergestellt werden zuerst die Wärmetauschrohre 2, die aus einem Aluminiumextrudat gebildet werden; die wellenförmigen Lamellen 3, die aus einem Aluminium-Rohmaterial gebildet werden; die Seitenplatten 6, die Trennplatten 7, die Verschlusselemente 12, das Einlasselement 8 und das Auslasselement 9 aus geeignetem Aluminium; und ein Paar von rohrförmigen Aluminium-Behälterkörper-Zwischenstufen mit einer geeigneten Materialqualität und einer Lötmaterialschicht auf mindestens ihren Außenflächen. Das Aluminiumextrudat ist aus einer Legierung, die einen Mn-Gehalt von 0,1 bis 0,3 Massen-%, einen Cu-Gehalt von 0,4 bis 0,5 Massen-%, einen Si-Gehalt von 0,2 Massen-% oder weniger, einen Fe-Gehalt von 0,2 Massen-% oder weniger, einen Zn-Gehalt von 0,05 Massen-% oder weniger und einen Ti-Gehalt von 0,05 Massen-% oder weniger aufweist, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen sind. Das Aluminium-Rohmaterial ist aus einer Legierung, die einen Mn-Gehalt von 1,0 bis 1,5 Massen-%, einen Zn-Gehalt von 1,2 bis 1,8 Massen-%, einen Si-Gehalt von 0,6 Massen-% oder weniger, einen Fe-Gehalt von 0,5 Massen-% oder weniger, und einen Cu-Gehalt von 0,05 Massen-% oder weniger aufweist, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen sind. Die Sammelbehälterkörper-Zwischenstufe weist eine Vielzahl von darin ausgebildeten Rohreinsetzlöchern auf. Die Al-Legierung, die die Wärmetauschrohre 2 bildet, ist eine Legierung, die üblicherweise für extrudierte Wärmetauschrohre verwendet wird, und die Al-Legierung, die die wellenförmigen Lamellen 3 bildet, ist eine Legierung, die üblicherweise für Lamellen aus Rohmaterial verwendet wird.
Wie oben beschrieben, wenn die Wärmetauschrohre 2 und die wellenförmigen Lamellen 3 zusammengelötet werden, tritt in der Legierung, die die Wärmetauschrohre 2 bildet, enthaltenes Cu in die Kehlnähte 35 ein, die in den Lötbereichen zwischen den Wärmetauschröhren 2 und den gewellten Lamellen 3 ausgebildet werden, was zu dem Effekt führt, dass das Spontanpotential der Kehlnähte 35 höher ist, als das Spontanpotential der wellenförmigen Lamellen 3. Bei einem Cu-Gehalt von weniger als 0,4 Massen-% wird die Wirkung jedoch nicht erzielt. Bei einem Cu-Gehalt von mehr als 0,5 Massen-% erhöht sich die Korrosionsgeschwindigkeit der Wärmetauschrohre 2. Daher wird der Cu-Gehalt auf 0,4 bis 0,5 Massen-% eingestellt.
Mn, das in der Legierung, die die Wärmetauschrohre 2 bildet, enthalten ist, hat die Eigenschaft, die Festigkeit der Wärmetauschrohre 2 zu verbessern. Bei einem Mn-Gehalt von weniger als 0,1 Massen-% wird die Wirkung jedoch nicht erzielt. Bei einem Mn-Gehalt von mehr als 0,3 Massen-% verschlechtert sich die Verarbeitbarkeit durch Extrusion. Daher wird der Mn-Gehalt auf 0,1 bis 0,3 Massen-% eingestellt.
Si, Fe, Zn und Ti sind Verunreinigungen in der Legierung, die die Wärmetauschrohre 2 bildet, und ihre einzelnen Gehalte können in manchen Fällen Null betragen. Bei einem Si- oder Fe-Gehalt von mehr als 0,2 Massen-% verschlechtert sich die Korrosionsbeständigkeit der Wärmetauschrohre 2. Bei einem Zn-Gehalt von mehr als 0,05 Massen-% verschlechtert sich die Eigenkorrosionsbeständigkeit der Lamellen. Bei einem Ti-Gehalt von mehr als 0,05 Massen-% steigen die Kosten. Insbesondere kann die Legierung, die die Wärmetauschrohre 2 bildet, andere unvermeidbare Verunreinigungen als Si, Fe, Zn und Ti enthalten, so dass die einzelnen Gehalte 0,05 Massen-% oder weniger (einschließlich null Massen-%) betragen und der Gesamtgehalt 0,15 Massen-% oder weniger beträgt.
Mn, das in der Legierung, die die gewellten Lamellen 3 bildet, enthalten ist, hat die Eigenschaft, die Festigkeit der gewellten Lamellen 3 zu verbessern. Bei einem Mn-Gehalt von weniger als 1,0 Massen-% wird die Wirkung nicht erzielt. Bei einem Mn-Gehalt von mehr als 1,5 Massen-% verschlechtert sich die Verarbeitbarkeit. Daher wird der Mn-Gehalt auf 1,0 bis 1,5 Massen-% eingestellt.
Zn, das in der Legierung, die die wellenförmigen Lamellen 3 bildet, enthalten ist, hat die Eigenschaft, das Potentialgleichgewicht zwischen dem Spontanpotential der wellenförmigen Lamellen 3 und dem Spontanpotential der Wärmetauschrohre 2 in geeigneter Weise aufrechtzuerhalten. Bei einem Zn-Gehalt von weniger als 1,2 Massen-%, wird die Wirkung jedoch nicht erzielt. Bei einem Zn-Gehalt von mehr als 1,8 Massen-% tritt eine erhebliche Korrosion der wellenförmigen Lamellen 3 auf. Daher wird der Zn-Gehalt auf 1,2 bis 1,8 Massen-% eingestellt.
Si, Fe und Cu sind Verunreinigungen in der Legierung, die die wellenförmigen Lamellen 3 bildet, und ihre einzelnen Gehalte können in einigen Fällen Null betragen. Bei einem Si-, Fe- oder Cu-Gehalt oberhalb einer oberen Grenze erhöht sich die Korrosionsgeschwindigkeit der wellenförmigen Lamellen 3. Insbesondere kann die Legierung, die die wellenförmigen Lamellen 3 bildet, andere unvermeidbare Verunreinigungen als Si, Fe und Cu enthalten, so dass die einzelnen Gehalte 0,05 Massen-% oder weniger (einschließlich null Massen-%) betragen und der Gesamtgehalt 0,15 Massen-% oder weniger beträgt.
Ebenfalls wird eine Dispersionsflüssigkeit hergestellt, indem Flussmittelpulver, Zn-Pulver und Si-Pulver in einem Bindemittel durch Mischen dispergiert werden. Das Zn-Pulver hat eine mittlere Teilchengröße von 2 bis 6 µm und eine maximale Teilchengröße von weniger als 10 µm. Das Si-Pulver hat eine mittlere Teilchengröße von 2 bis 6 µm und eine maximale Teilchengröße von weniger als 10 µm. Das Flussmittelpulver ist beispielsweise aus einem nichtkorrosiven Flussmittel auf Fluoridbasis, das eine Mischung aus KAlF₄ und KAlF₅ als Hauptkomponente enthält. Das Bindemittel ist beispielsweise eine Lösung, die durch Lösen von Acrylharz in 3-Methoxy-3-methyl-1-butanol hergestellt wird. Insbesondere wird, um die Viskosität des Bindemittels einzustellen, ein Verdünnungsmittel von beispielsweise 3-Methoxy-3-methyl-1-butanol zu der Dispersionsflüssigkeit zugegeben.
Als nächstes wird die Dispersionsflüssigkeit auf die Außenfläche von jedem Wärmetauschrohr 2 aufgebracht und die flüssige Komponente der Dispersionsflüssigkeit wird verdampft, um eine Adhäsion des Zn-Pulvers, des Si-Pulvers und das Flussmittelpulvers an der Außenfläche von jedem Wärmetauschrohr 2 herbeizuführen, so dass die Adhäsionsmenge des Zn-Pulvers 2 bis 3 g/m² beträgt, die Adhäsionsmenge des Si-Pulvers 3 bis 6 g/m² beträgt und die Adhäsionsmenge des Flussmittels 6 bis 24 g/m² beträgt. Ein Verfahren, bei dem eine Adhäsion des Zn-Pulvers, des Si-Pulvers und des Flussmittelpulvers an der Außenfläche jedes Wärmetauschrohrs 2 herbeigeführt wird, ist wie folgt: Die Dispersionsflüssigkeit wird auf die Außenfläche jedes Wärmetauschrohrs 2 durch ein Sprühenverfahren aufgebracht und anschließend wird jedes Wärmetauschrohr 2 durch Erwärmen getrocknet, um die flüssige Komponente der Dispersionsflüssigkeit zu verdampfen, wodurch eine Adhäsion des Zn-Pulvers, des Si-Pulvers und des Flussmittelpulvers an der Außenfläche jedes Wärmetauschrohrs 2 herbeigeführt wird; Alternativ wird die Dispersionsflüssigkeit auf die vorgewärmte Außenfläche jedes Wärmetauschrohrs 2 mittels eines Walzenbeschichtungsverfahren aufgebracht und anschließend wird jedes Wärmetauschrohr 2 durch Erwärmen getrocknet, um die flüssige Komponente der Dispersionsflüssigkeit zu verdampfen, wodurch eine Adhäsion des Zn-Pulvers, des Si-Pulvers und des Flussmittelpulvers an der Außenfläche jedes Wärmetauschrohrs 2 herbeigeführt wird.
Das Zn-Pulver, das an der Außenfläche jedes Wärmetauschrohrs 2 haftet, hat die folgende Eigenschaft. Während des Lötens diffundiert Zn, das im Zn-Pulver enthalten ist, von der Außenfläche der Wand 30 des Wärmetauschrohrs 2, so dass in der Wand 30 jedes Wärmetauschrohrs 2 eines hergestellten Kondensators 1 die Zn-Konzentration an der äußersten Oberfläche am höchsten ist und nach innen abnimmt. Als Ergebnis erfolgt die Korrosion der Wand 30 gleichmäßig von der äußersten Oberfläche über die gesamte Wand 30. Wenn jedoch die Menge des Zn-Pulvers weniger als 2 g/m² beträgt, tritt diese Wirkung nicht ein. Wenn die Adhäsionsmenge des Zn-Pulvers mehr als 3 g/m² beträgt, erhöht sich die Zn-Konzentration in den Kehlnähten 35, die in den Lötbereichen zwischen den Wärmetauschrohren 2 und den wellenförmigen Lamellen 3 gebildet werden. Als Ergebnis wird das Spontanpotential der Kehlnähte 35 kleiner als das Spontanpotential der wellenförmigen Lamellen 3 und die Korrosion der Kehlnähte 35 wird beschleunigt. Daher wird die Adhäsionsmenge des Zn-Pulvers auf 2 g/m² bis 3 g/m² eingestellt.
Der Grund, warum die mittlere Teilchengröße des Zn-Pulvers auf 2 bis 6 µm eingestellt wird und die maximale Teilchengröße des Zn-Pulvers auf weniger als 10 µm eingestellt wird, ist wie folgt. Wenn die mittlere Teilchengröße übermäßig klein ist, wird die Herstellung schwierig, die Oberfläche des Zn-Pulvers nimmt zu und die Menge des Oberflächenoxidfilms erhöht sich, was zu einer Erhöhung der Flussmittelmenge führt, die zur Entfernung des Oberflächenoxidfilms erforderlich ist. Wenn die mittlere Teilchengröße übermäßig groß ist, tritt Erosion auf, und die Zn-Konzentration nach dem Schmelzen des Zn-Pulvers aufgrund des Erwärmens in einer späteren Stufe wird stellenweise ungleichförmig.
Das Si-Pulver, das an den Außenflächen der Wärmetauschrohre 2 haftet, reagiert mit Al in den Wärmetauschrohren 2 und den wellenförmigen Lamellen 3 und wird zum Verlöten der Wärmetauschrohre 2 und der wellenförmigen Lamellen 3 verwendet. Wenn jedoch die Adhäsionsmenge des Si-Pulvers weniger als 3 g/m² beträgt, können die Wärmetauschrohre 2 und die wellenförmigen Lamellen 3 nicht gut verlötet werden. Wenn die Adhäsionsmenge des Si-Pulvers mehr als 6 g/m² beträgt, wird die Steuerung der Abmessungen der Produkte nach dem Löten schwierig, wodurch die Unterschiede zwischen den Abmessungen vor dem Verlöten und den Abmessungen nach dem Verlöten zunehmen. Daher wird die Adhäsionsmenge des Si-Pulvers auf 3 g/m² bis 6 g/m² eingestellt.
Der Grund, warum die mittlere Teilchengröße des Si-Pulvers auf 2 bis 6 µm eingestellt wird und die maximale Teilchengröße des Si-Pulvers auf weniger als 10 µm eingestellt wird, ist wie folgt. Wenn die mittlere Teilchengröße des Si-Pulvers übermäßig klein ist, wird, da die Oberfläche des Si-Pulvers zunimmt, eine große Menge an Flussmittel benötigt, um den Oxidfilm zu entfernen, und es tritt eine Erosion der Wärmetauschrohre 2 auf.
Der Grund, warum die Menge des Flussmittelpulvers, das an den Außenflächen der Wärmetauschrohre 2 haftet (d.h. die Adhäsionsmenge des Flussmittelpulvers), auf 6 bis 24 g/m² eingestellt wird, ist wie folgt. Wenn die Adhäsionsmenge des Flussmittelpulvers weniger als 6 g/m² beträgt, wird der Oxidfilm nur unzureichend entfernt und es kann ein Lötfehler auftreten. Wenn die Adhäsionsmenge des Flussmittelpulvers 24 g/m² übersteigt, erhöht sich die Menge des Flussmittelrückstands, was die Abmessungen des Wärmetausch-Kernabschnitts beeinflusst.
Als Ergebnis der Adhäsion des Zn-Pulvers, des Si-Pulvers und des Flussmittelpulvers an der Außenfläche jedes Wärmetauschrohrs 2 wird eine Flussmittelpulverschicht, die das Zn-Pulver und das Si-Pulver enthält, auf der Außenfläche jedes Wärmetauschrohrs 2 gebildet. Das Zn-Pulver und das Si-Pulver sind in der Flussmittelpulverschicht gleichmäßig dispergiert und enthalten.
Als nächstes werden die gepaarten Sammelbehälterkörper-Zwischenstufen mit den darin ausgebildeten Rohreinsetzlöchern in einem vorbestimmten Abstand angeordnet; die Verschlusselemente 12 an den gegenüberliegenden Enden der entsprechenden Sammelbehälterkörper-Zwischenstufen angeordnet; und die Trennplatten 7 in den jeweiligen Sammelbehälterkörper-Zwischenstufen angeordnet. Damit sind die Sammelbehälter-Zwischenstufen vollständig. Die Wärmetauschrohre 2 und die wellenförmigen Lamellen 3 werden abwechselnd angeordnet und gegenüberliegende Endabschnitte der Wärmetauschrohre 2 werden in die entsprechenden Rohreinsetzlöcher der Sammelbehälter-Zwischenstufen eingefügt. Die Seitenplatten 6 werden an gegenüberliegenden Enden außerhalb der wellenförmigen Lamellen 3 angeordnet und das Einlasselement 8 und das Auslasselement 9 werden an ihren Positionen angeordnet.
Anschließend werden die Sammelbehälter-Zwischenstufen (zusammengesetzt aus Sammelbehälterkörper-Zwischenstufen, den Verschlusselementen 12 und den Trennplatten 7), die Wärmetauschrohre 2, die wellenförmigen Lamellen 3, die Seitenplatten 6, das Einlasselement 8 und das Auslasselement 9 vorübergehend miteinander verbunden, wodurch sich eine provisorische Anordnung ergibt.
Anschließend wird die provisorische Anordnung in einem Lötofen angeordnet und innerhalb des Lötofens derart erwärmt, dass die Temperatur der provisorischen Anordnung eine vorbestimmte Temperatur erreicht. Insbesondere wird vorher Flussmittel auf andere Komponenten als die Wärmetauschrohre 2 aufgebracht, wie es nach einem der Öffentlichkeit bekanntem Verfahren, wie z.B. Bürsten, erforderlich ist. Im Verlauf des Temperaturanstiegs der provisorischen Anordnung erreicht die Temperatur zuerst den Schmelzpunkt von Zn und das Zn-Pulver schmilzt. Das geschmolzene Zn wird jedoch dispergiert und ist wie in dem Zustand vor dem Schmelzen in der Flussmittelpulverschicht enthalten.
Wenn die Temperatur der provisorischen Anordnung weiter erhöht wird und eine Löttemperatur erreicht, schmilzt das Flussmittelpulver der Flussmittelpulverschicht, wodurch Oxidfilme auf den Außenflächen der Wärmetauschrohre 2, Oxidfilme auf den Oberflächen der wellenförmigen Lamellen 3, Oxidfilme auf Teilchenoberflächen des Si-Pulvers und Oxidfilme auf Teilchenoberflächen des Zn-Pulvers aufbrechen. Anschließend diffundiert Si des Si-Pulvers in die Außenflächen-Schichtabschnitte der Wärmetauschrohre 2, wodurch ein Lötmaterial aus einer Al-Si-Legierung mit einem niedrigen Schmelzpunkt in den Außenflächen-Schichtabschnitten der Wärmetauschrohre 2 gebildet wird. Das Lötmaterial verlötet die Wärmetauschrohre 2 und die wellenförmigen Lamellen 3. Zusätzlich, wenn das Lötmaterial der Al-Si-Legierung mit einem niedrigen Schmelzpunkt in den Außenflächen-Schichtabschnitten der Wärmetauschrohre 2 gebildet wird, dringen Zn des Zn-Pulvers und Cu der Außenflächen-Schichtabschnitte der Wärmetauschrohre 2 in das Lötmaterial ein. Wenn das Lötmaterial erstarrt, bilden sich daher die Kehlnähte 35 aus einer Al-Si-Cu-Zn-Legierung in den Lötbereichen zwischen den Wärmetauschrohren 2 und den wellenförmigen Lamellen 3. Außerdem bildet der Rest der Al-Si-Cu-Zn-Legierung; d.h. die Al-Si-Cu-Zn-Legierung, die nicht für die Bildung der Kehlnähte 35 zum Zeitpunkt des Verlötens der Wärmetauschrohre 2 und der wellenförmigen Lamellen 3 verwendet wird, die Deckschichten 32, die die Außenflächen der Hauptkörperabschnitte 31 der Wände der Wärmetauschrohre 2 bedecken. Ferner werden die Diffusionsschichten 33, die Si, Cu und Zn enthalten, die von den Deckschichten 32 weg diffundiert sind, in den Außenflächen-Schichtabschnitten der Hauptkörperabschnitte 31 ausgebildet.
Ferner werden gleichzeitig mit dem Verlöten der Wärmetauschrohre 2 und der wellenförmigen Lamellen 3 die entsprechenden wellenförmigen Lamellen 3 und die Seitenplatten 6 verlötet. Ferner werden mittels des Lötmaterials die Sammelbehälterkörper-Zwischenstufe, die Wärmetauschrohre 2 und die Sammelbehälterkörper-Zwischenstufen miteinander verlötet, und die Sammelbehälterkörper-Zwischenstufe, die Verschlusselemente 12 und die Trennplatten 7 werden miteinander verlötet.
Der Kondensator 1 wird in der oben beschriebenen Weise hergestellt. Die Wand 30 jedes Wärmetauschrohrs 2 des hergestellten Kondensators 1 ist zusammengesetzt aus dem Hauptkörperabschnitt 31 aus einer Al-Legierung, die das oben beschriebene Aluminium-Extrudat bildet, und der Deckschicht 32 aus einer Al-Si-Cu-Zn-Legierung, die die Außenfläche des Hauptkörperabschnitts 31 bedeckt und der Diffusionsschicht 33, die darin diffundiertes Zn, Si und Cu enthält und im Außenflächen-Schichtabschnitt des Hauptkörperabschnitts 31 jedes Wärmetauschrohrs 2 ausgebildet wird. Das Spontanpotential des Hauptkörperabschnitts 31 der Wand 30 ist größer als das der äußersten Oberfläche der Wand 30.
Außerdem wird die Kehlnaht 35 aus einer Al-Si-Cu-Zn-Legierung in jedem der Lötbereiche ausgebildet, in denen die wellenförmigen Lamellen 3 mit den Wärmetauschrohren 2 verlötet werden. Vorzugsweise ist das Spontanpotential der Kehlnaht 35 genauso groß wie das der äußersten Oberfläche der Wand 30 jedes Wärmetauschrohrs 2 oder niedriger als das der äußersten Oberfläche der Wand 30 und größer als das der wellenförmigen Lamellen 3.
Im Folgenden werden spezifische Beispiele der vorliegenden Erfindung zusammen mit Vergleichsbeispielen beschrieben. Kondensatoren mit der in 1 gezeigten Konfiguration wurden als Beispiele und Vergleichsbeispiele hergestellt. Insbesondere wurden in den Beispielen und den Vergleichsbeispielen Wärmetauschrohre verwendet, die aus einem Extrudat aus einer Al-Legierung gebildet wurden, die Cu in einer Menge von 0,5 Massen-%, Mn in einer Menge von 0,2 Massen-%, Si in einer Menge von 0,2 Massen% oder weniger, Fe in einer Menge von 0,2 Massen-% oder weniger, Mg in einer Menge von 0,05 Massen-% oder weniger, Cr in einer Menge von 0,05 Massen-% oder weniger, Zn in einer Menge von 0,05 Massen-% oder weniger, Ti in einer Menge von 0,05 Massen-% oder weniger enthält, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen sind. Die Al-Legierung, die die Wärmetauschrohre bildet, enthält andere unvermeidbare Verunreinigungen als Si, Fe, Mg, Cr, Zn und Ti, so dass die einzelnen Gehalte 0,05 Massen-% oder weniger betragen und der Gesamtgehalt 0,15 Massen-% oder weniger beträgt. Jedes Wärmetauschrohr hat eine Wandstärke von 225 µm.
Beispiel 1:
Es wurden wellenförmige Lamellen aus einem Rohmaterial aus einer Al-Legierung hergestellt, die Mn in einer Menge von 1,25 Massen-%, Zn in einer Menge von 1,50 Massen-%, Si in einer Menge von 0,6 Massen-% oder weniger, Fe in einer Menge von 0,5 Massen-% oder weniger und Cu in einer Menge von 0,05 Massen-% oder weniger enthält, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen sind. Jede wellenförmige Lamelle hat eine Dicke von 70 µm.
Außerdem wurden Trennplatten, Verschlusselemente, ein Einlasselement und ein Auslasselement mit jeweils geeigneter Legierungszusammensetzung hergestellt. Ferner wurde jede der Sammelbehälterkörper-Zwischenstufen mit der gleichen Form wie die der Sammelbehälterkörper unter Verwendung eines Sammelbehälterkörper-Lötblechs gebildet, das sich zusammensetzt aus einem Aluminiumkernmaterial mit einer geeigneten Legierungszusammensetzung und einem Aluminiumlötmaterial mit einer geeigneten Legierungszusammensetzung, das die gegenüberliegenden Oberflächen des Kernmaterials bedeckt. Insbesondere wurden Rohreinsetzlöcher in einem zentralen Abschnitt des Lötblechs in dessen Breitenrichtung ausgebildet und das Lötblech wurde in eine Rohrform geformt, so dass sich die gegenüberliegenden Seitenkantenabschnitte des Lötblechs teilweise überlappten. Die gegenüberliegenden Seitenkantenabschnitte von jedem der Sammelbehälterkörper-Zwischenstufen wurden in diesem Zustand nicht miteinander verlötet.
Ferner hergestellt wurden ein nicht-korrosives Flussmittelpulver auf Fluoridbasis, das als Hauptkomponente eine Mischung aus KAlF₄ und KAlF₅ enthielt, Zn-Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 2 bis 6 µm und einer maximalen Teilchengröße von weniger als 10 µm, Si-Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 2 bis 6 µm und einer maximalen Teilchengröße von weniger als 10 µm, ein Bindemittel in Form einer Lösung, die durch Lösen von Acrylharz in 3-Methoxy-3-methyl-1-butanol hergestellt wurde, und ein Verdünnungsmittel von 3-Methoxy-3-methyl-1-butanol. Das Zn-Pulver, das Si-Pulver und das nicht-korrosive Flussmittelpulver wurden in dem Bindemittel und dem Verdünnungsmittel durch Mischen dispergiert, wodurch eine Dispersionsflüssigkeit erhalten wurde. Die Mischungsverhältnisse aller Komponenten der Dispersionsflüssigkeit sind wie folgt: Zn-Pulver: 8 Massen-%; Si-Pulver: 13 Massen-%; nicht-korrosives Flussmittelpulver: 25 Massen-%; Bindemittel: 9 Massen-%; und Verdünnungsmittel: Rest.
Anschließend, nach dem Erwärmen der Wärmetauschrohre, wurde die oben beschriebene Dispersionsflüssigkeit mittels eines Walzenbeschichtungsverfahrens auf die Außenflächen der Wärmetauschrohre aufgebracht, so dass die Adhäsionsmenge des Si-Pulvers 3,8 g/m², die Adhäsionsmenge des Zn-Pulver 2 g/m², die Adhäsionsmenge des Flussmittelpulvers 6 g/m² und die Adhäsionsmenge des Bindemittels 2,5 g/m² betrug. Anschließend wurden die Wärmetauschrohre in einer Trocknungsmaschine getrocknet, um die flüssige Komponente der Dispersionsflüssigkeit zu verdampfen, um eine Adhäsion des Si-Pulvers, des Zn-Pulver und des Flussmittelpulvers an den Außenflächen der Wärmeaustauschrohre herbeizuführen.
Als nächstes wurden auf die gleiche Weise wie bei dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung des Kondensators die Sammelbehälter-Zwischenstufen (die sich aus den Sammelbehälterkörper-Zwischenstufen, den Verschlusselementen und den Trennplatten zusammensetzen), die Wärmetauschrohre, die Lamellen, die Seitenplatten, das Einlasselement und das Auslasselement vorübergehend miteinander verbunden, wodurch eine provisorische Anordnung entstand.
Danach wurde eine Stickstoffgasatmosphäre in einem Lötofen erzeugt, und die provisorische Anordnung wurde in den Lötofen gegeben. Die provisorische Anordnung wurde auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt und für eine vorbestimmte Zeitdauer in einem vorbestimmten Temperaturbereich gehalten. Als Ergebnis wurden die Wärmetauschrohre und die wellenförmigen Lamellen miteinander verlötet und die entsprechenden wellenförmigen Lamellen und die Seitenplatten wurden miteinander verlötet. Ferner wurden mittels des Lötmaterials der Sammelbehälterkörper-Zwischenstufen die Wärmetauschrohre und die Sammelbehälterkörper-Zwischenstufen miteinander verlötet und die Sammelbehälterkörper-Zwischenstufen, die Verschlusselemente und die Trennplatten miteinander verlötet. Im Ergebnis war der Kondensator fertiggestellt.
Beispiel 2:
Ein Kondensator wurde in der gleichen Weise wie im oben beschriebenen Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Menge des Zn-Pulvers, das an den Außenflächen der Wärmetauschrohre haftete, auf 3 g/m² eingestellt wurde.
Beispiel 3:
Ein Kondensator wurde auf die gleiche Weise wie im oben beschriebenen Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Menge des Si-Pulvers, das an den Außenflächen der Wärmetauschrohre haftete, auf 3 g/m² eingestellt wurde.
Beispiel 4:
Ein Kondensator wurde auf die gleiche Weise wie im oben beschriebenen Beispiel 2 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Menge des Si-Pulvers, das an den Außenflächen der Wärmetauschrohre haftete, auf 3 g/m² eingestellt wurde.
Vergleichsbeispiel 1
Ein Kondensator wurde in der gleichen Weise wie im oben beschriebenen Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Menge des Si-Pulvers, das an den Außenflächen der Wärmetauschrohre haftete, auf 1,9 g/m² eingestellt wurde und die Menge des Zn-Pulvers, das an den Außenflächen der Wärmetauschrohre haftete, auf 1,5 g/m² eingestellt wurde.
Vergleichsbeispiel 2:
Ein Kondensator wurde in der gleichen Weise wie im oben beschriebenen Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Menge des Si-Pulvers, das an den Außenflächen der Wärmetauschrohre haftete, auf 2,5 g/m² eingestellt wurde und die Menge des Zn-Pulvers, das an den Außenflächen der Wärmetauschrohre haftete, auf 2 g/m² eingestellt wurde.
Vergleichsbeispiel 3:
Ein Kondensator wurde auf die gleiche Weise wie im oben beschriebenen Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Menge des Si-Pulvers, das an den Außenflächen der Wärmetauschrohre haftete, auf 3 g/m² eingestellt wurde und die Menge des Zn-Pulvers, das an den Außenflächen der Wärmetauschrohre haftete, auf 6 g/m² eingestellt wurde.
Vergleichsbeispiel 4:
Ein Kondensator wurde auf die gleiche Weise wie im oben beschriebenen Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der Zn-Gehalt der Al-Legierung, die die aus Aluminiumträgermaterial hergestellten wellenförmigen Lamellen bildete, auf 0,7 Massen-% eingestellt wurde, die Menge des Si-Pulvers, das an der Außenfläche der Wärmetauschrohre haftete, auf 3 g/m² eingestellt wurde und die Menge des Zn-Pulvers, das an den Außenflächen der Wärmetauschrohre haftete, auf 5 g/m² eingestellt wurde.
Vergleichsbeispiel 5
Ein Kondensator wurde auf die gleiche Weise wie im oben beschriebenen Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der Zn-Gehalt der Al-Legierung, die die aus Aluminiumträgermaterial hergestellten wellenförmigen Lamellen bildete, auf 0,7 Massen-% eingestellt wurde, die Menge des Si-Pulvers, das an der Außenfläche der Wärmetauschrohre haftete auf 3 g/m² eingestellt wurde und die Menge des Zn-Pulvers, das an den Außenflächen der Wärmetauschrohre haftete, auf 6 g/m² eingestellt wurde.
Vergleichsbeispiel 6:
Ein Kondensator wurde in der gleichen Weise wie im oben beschriebenen Beispiel 1 hergestellt, mit den folgenden Ausnahmen.
Es wurden wellenförmigen Lamellen verwendet, die aus einem Lötblech gebildet wurden, das eine Dicke von 80 µm aufwies und das zusammengesetzt war aus einem Aluminiumkernmaterial und einem Aluminiumlötmaterial, das die gegenüberliegenden Oberflächen des Kernmaterials bedeckte. Das Aluminiumkernmaterial enthielt Zn in einer Menge von 2,2 Massen-% und Mn in einer Menge von 1,25 Massen-%, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen waren. Das Aluminiumlötmaterial enthielt Si in einer Menge von 9 Massen-% und Cu in einer Menge von 0,4 Massen-%, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen waren.
Außerdem wurde durch thermisches Aufsprühen eine Zn-Sprühbeschichtung auf der Außenfläche von jedem Wärmetauschrohr gebildet, so dass Zn in einer Menge von 5,5 g/m² aufgesprüht wurde.
Evaluierungstest 1:
Das Verbindungsverhältnis zwischen den Wärmetauschrohren und den wellenförmigen Lamellen in jedem der in Beispiel 1, Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 hergestellten Kondensatoren wurde untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass das Verbindungsverhältnis im Kondensator von Beispiel 1 98,6% betrug, das Verbindungsverhältnis im Kondensator von Vergleichsbeispiel 1 88,7% betrug und das Verbindungsverhältnis im Kondensator von Vergleichsbeispiel 2 94,9% betrug. Insbesondere, während in Beispiel 1, in dem die Menge an Si-Pulver, das an den Außenflächen der Wärmetauschrohre haftete, 3 g/m² oder mehr betrug, stabiles Verlöten erfolgte, so war in den Vergleichsbeispielen 1 und 2, in denen die Menge des Si-Pulvers, das an den Außenflächen der Wärmetauschrohre haftete, weniger als 3 g/m² betrug, das Verlöten unzureichend.
Evaluierungstest 2:
Gemessen wurden die Spontanpotentiale der äußersten Oberflächen der Wand und des Hauptkörperteils der Wand jedes Wärmetauschrohrs von jedem der in den Beispielen 1 und 2 und Vergleichsbeispiel 6 hergestellten Kondensatoren, das Spontanpotential jeder wellenförmigen Lamelle von jedem der in den Beispielen 1 bis 4 und den Vergleichsbeispielen 3 bis 5 hergestellten Kondensatoren, das Spontanpotential des aus dem Kernmaterial hergestellten Abschnitts jeder wellenförmigen Lamelle des in Vergleichsbeispiel 6 hergestellten Kondensators, und das Spontanpotential der in jedem der Lötbereiche gebildeten Kehlnähte zwischen den Wärmetauschrohren und den wellenförmigen Lamellen in jedem der in den Beispielen 1 bis 4 und den Vergleichsbeispielen 3 bis 6 hergestellten Kondensatoren. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Messung. Insbesondere wird in Tabelle 1 der aus dem Kernmaterial hergestellte Abschnitt von jeder wellenförmigen Lamelle des in Vergleichsbeispiel 6 hergestellten Kondensators als eine Lamelle behandelt.
Ferner wurde ein SWAAT-Test (40 Tage) an den in den Beispielen 1, 3 und 4 und den Vergleichsbeispielen 3 bis 6 hergestellten Kondensatoren durchgeführt und ihre Korrosionszustände untersucht.
Die Ergebnisse zeigen folgendes. Bei den in den Beispielen 1, 3 und 4 hergestellten Kondensatoren wurde das Fortschreiten der Korrosion der Außenflächen der Wärmetauschrohre, das Fortschreiten der Korrosion von Abschnitten der wellenförmigen Lamellen in der Nähe der Bereiche, in denen die wellenförmigen Lamellen mit Wärmetauschrohren verlötet wurden, und das Fortschreiten der Korrosion der Kehlnähte unterdrückt. Im Gegensatz dazu schritt bei den in den Vergleichsbeispielen 3 bis 6 hergestellten Kondensatoren die Korrosion der Außenflächen der Wärmetauschrohre, die Korrosion von Abschnitten der wellenförmigen Lamellen in der Nähe der Bereiche, in denen die wellenförmigen Lamellen mit den Wärmeatauschrohren verlötet wurden, und die Korrosion der Kehlnähte voran, es trat Lochfraßkorrosion mit einer großen maximalen Korrosionstiefe in einem großen Bereich der Außenfläche jedes Wärmetauschrohrs auf und es trat eine Abtrennung der wellenförmigen Lamellen aufgrund des Verschwindens der Kehlnähte auf.
Die vorliegende Erfindung umfasst den folgenden Modus. 1) Ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, der Wärmetauschrohre aus Aluminium und Lamellen aus Aluminium, die mit den Wärmetauschrohren verlötet sind, aufweist, wobei das Verfahren umfasst:

Herstellen von Wärmetauschrohren, die aus einem Aluminiumextrudat aus einer Legierung gebildet werden, die Mn in einer Menge von 0,1 bis 0,3 Massen-%, Cu in einer Menge von 0,4 bis 0,5 Massen-%, Si in einer Menge von 0,2 Massen-% oder weniger, Fe in einer Menge von 0,2 Massen-% oder weniger, Zn in einer Menge von 0,05 Massen-% oder weniger, und Ti in einer Menge von 0,05 Massen-% oder weniger enthält, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen sind;
Herstellen von Lamellen, die aus einem Aluminium-Rohmaterial aus einer Legierung gebildet werden, die Mn in einer Menge von 1,0 bis 1,5 Massen-%, Zn in einer Menge von 1,2 bis 1,8 Massen-%, Si in einer Menge von 0,6 Massen-% oder weniger, Fe in einer Menge von 0,5 Massen-% oder weniger, und Cu in einer Menge von 0,05 Massen-% oder weniger enthält, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen sind;
Auftragen einer Dispersionsflüssigkeit, die hergestellt wird, indem Zn-Pulver, Si-Pulver und Flussmittelpulver in einem Bindemittel durch Mischen dispergiert werden, auf Außenflächen der Wärmetauschrohre und Verdampfen einer flüssigen Komponente der Dispersionsflüssigkeit, wodurch eine Adhäsion des Zn-Pulvers, das Si-Pulvers, und des Flussmittelpulvers an den Außenflächen der Wärmetauschrohre herbeigeführt wird, so dass die Adhäsionsmenge des Zn-Pulvers 2 bis 3 g/m² beträgt, die Adhäsionsmenge des Si-Pulvers 3 bis 6 g/m² beträgt, und die Adhäsionsmenge des Flussmittelpulvers 6 bis 24 g/m² beträgt; und
Erwärmen einer Anordnung der Wärmetauschrohre und der Lamellen im inneren eines Lötofens, um die Wärmetauschrohre und die Lamellen unter Verwendung des Si-Pulvers und des Flussmittelpulvers, die an den Außenflächen der Wärmetauschrohre haften, miteinander zu verlöten.

In dem nach dem Verfahren von Abs. 1) hergestellten Wärmetauscher wird eine Kehlnaht aus einer Al-Si-Cu-Zn-Legierung in jedem der Lötbereiche zwischen den Wärmetauschrohren und den Lamellen ausgebildet. Insbesondere, wenn eine Anordnung der Wärmetauschrohre und der Lamellen in einem Lötofen erwärmt wird, schmilzt das Flussmittelpulver zuerst, wodurch Oxidfilme auf den Außenflächen der Wärmetauschrohre, Oxidfilme auf den Außenflächen der wellenförmigen Lamellen, Oxidfilme auf Teilchenoberflächen des Si-Pulvers und Oxidfilme auf Teilchenoberflächen des Zn-Pulvers aufgebrochen werden. Anschließend diffundiert Si des Si-Pulvers in die Außenflächen-Schichtabschnitte der Wärmetauschrohre, wodurch ein Lötmaterial aus einer Al-Si-Legierung mit einem niedrigen Schmelzpunkt in den Außenflächen-Schichtabschnitten der Wärmetauschrohre gebildet wird. Das Lötmaterial verlötet die Wärmetauschrohre und die wellenförmigen Lamellen. Wenn das Lötmaterial der Al-Si-Legierung mit einem niedrigen Schmelzpunkt in den Außenflächen-Schichtabschnitten der Wärmetauschrohre gebildet wird, dringen außerdem Zn des Zn-Pulvers und Cu der Außenflächen-Schichtabschnitte in das Lötmaterial ein. Wenn das Lötmaterial erstarrt, werden daher in den Lötbereichen zwischen den Wärmetauschrohren und den Lamellen Kehlnähte aus einer Al-Si-Cu-Zn-Legierung gebildet. Außerdem enthält die Wand jedes Wärmetauschrohrs einen Hauptkörperabschnitt, der aus der Al-Legierung, die das Extrudat bildet, eine Deckschicht aus einer Al-Si-Cu-Zn-Legierung, die die Außenfläche des Hauptkörperabschnitts bedeckt und eine Diffusionsschicht, die in einem Außenflächen-Schichtabschnitt des Hauptkörperabschnitts ausgebildet ist und in die Si, Cu und Zn der Deckschicht diffundiert sind.
Da die Lamellen aus einem Aluminium-Rohmaterial gebildet sind, weisen die Lamellen eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu einem Wärmetauscher auf, der nach dem in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2014-238209 offenbarten Verfahren hergestellt ist, bei dem die Lamellen aus einem Aluminiumlötblech gebildet sind. Auch kann erreicht werden, dass das Spontanpotential jeder Lamelle niedriger ist als die Spontanpotentiale der äußersten Oberflächen und des Hauptkörperabschnitts der Wand von jedem Wärmetauschrohr und des Spontanpotentials von jeder Kehlnaht zwischen den Wärmetauschrohren und den Lamellen. Im Ergebnis kann die Korrosionsbeständigkeit der Wärmetauschrohre durch die Opfer-Korrosionswirkung der Lamellen verbessert werden und ein Verschwinden der Kehlnähte innerhalb eines kurzen Zeitabschnitts aufgrund von Korrosion kann verhindert werden, wodurch einer Abtrennung der Lamellen über einen langen Zeitabschnitt vorgebeugt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2014238209 [0066]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, der Wärmetauschrohre aus Aluminium und Lamellen aus Aluminium, die mit den Wärmetauschrohren verlötet sind, enthält, wobei das Verfahren umfasst: Herstellen von Wärmetauschrohren, die aus einem Aluminiumextrudat aus einer Legierung gebildet werden, die Mn in einer Menge von 0,1 bis 0,3 Massen-%, Cu in einer Menge von 0,4 bis 0,5 Massen-%, Si in einer Menge von 0,2 Massen-% oder weniger, Fe in einer Menge von 0,2 Massen-% oder weniger, Zn in einer Menge von 0,05 Massen-% oder weniger, und Ti in einer Menge von 0,05 Massen-% oder weniger enthält, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen sind; Herstellen von Lamellen, die aus einem Aluminium-Rohmaterial aus einer Legierung gebildet werden, die Mn in einer Menge von 1,0 bis 1,5 Massen-%, Zn in einer Menge von 1,2 bis 1,8 Massen-%, Si in einer Menge von 0,6 Massen-% oder weniger, Fe in einer Menge von 0,5 Massen-% oder weniger, und Cu in einer Menge von 0,05 Massen-% oder weniger enthält, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen sind; Auftragen einer Dispersionsflüssigkeit, die hergestellt wird, indem Zn-Pulver, Si-Pulver und Flussmittelpulver in einem Bindemittel durch Mischen dispergiert werden, auf Außenflächen der Wärmetauschrohre und Verdampfen einer flüssigen Komponente der Dispersionsflüssigkeit, wodurch eine Adhäsion des Zn-Pulvers, des Si-Pulvers und des Flussmittelpulvers an den Außenflächen der Wärmetauschrohre herbeigeführt wird, so dass die Adhäsionsmenge des Zn-Pulvers 2 bis 3 g/m² beträgt, die Adhäsionsmenge des Si-Pulvers 3 bis 6 g/m² beträgt, und die Adhäsionsmenge des Flussmittelpulvers 6 bis 24 g/m² beträgt; und Erwärmen einer Anordnung der Wärmetauschrohre und der Lamellen im inneren eines Lötofens, um die Wärmetauschrohre und die Lamellen unter Verwendung des Si-Pulvers und des Flussmittelpulvers, die an den Außenflächen der Wärmetauschrohre haften, miteinander zu verlöten.