KR20140013040A

KR20140013040A - 향상된 재료시스템을 갖는 열교환기 제조 방법

Info

Publication number: KR20140013040A
Application number: KR1020137027782A
Authority: KR
Inventors: 더글라스 씨. 윈터스틴; 커트 알. 미틀펠트
Original assignee: 델피 테크놀로지스 인코포레이티드
Priority date: 2011-04-25
Filing date: 2012-04-25
Publication date: 2014-02-04
Also published as: BR112013027220A2; EP2702347A1; CN103502768B; EP2702347B1; CN103502768A; EP2702347A4; US20140033534A1; US9433996B2; WO2012148988A1

Abstract

본 발명은 향상된 재료시스템을 갖는 열교환기 조립체 제조방법에 관한 것이다. 향상된 재료시스템은 약 1wt%의 Mn를 가지는 고순도 AA3000 시리즈 합금 빌렛으로 압출되고 반응성 아연 플럭스 또는 글래스 플라즈마 또는 유기 바인더에 의해 적용된 제어 분위기 브레이징(CAB) 플럭스와 원소 아연 파우더의 혼합물 중 하나로 사전 브레이징 처리되는 냉매 튜브, 0.05wt% 미만의 Cu 및 1.2 내지 1.8wt%의 Zn을 가지는 개량된 AA3003 합금으로 형성되는 핀, 0.9 내지 1.1wt%의 Zn을 가지는 AA4000 시리즈 피복을 가지는 AA3000시리즈 합금으로 제조되는 헤더 매니폴드를 포함한다. 향상된 재료 시스템은 브레이징 후 코팅과 후속되는 유기 폴리머 레진 탑코트를 더 포함할 수 있다.

Description

향상된 재료시스템을 갖는 열교환기 제조 방법{METHOD OF MAKING A HEAT EXCHANGER WITH AN EXHANCED MATERIAL SYSTEM}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2011년 4월 25일 출원되고 전체가 참조되어 본 명세서에 합체된 미국 특허 가출원 61/478,709호, "알루미늄 열교환기를 위한 향상된 재료시스템(ENHANCED MATERIAL SYSTEMS FOR ALUMINUM HEAT EXCHANGERS)"를 우선권 주장한다.

기술분야

본 발명은 알루미늄 열교환기에 관한 것으로, 더 구체적으로는 향상된 재료시스템을 갖는 알루미늄 열교환기 제조방법에 관한 것이다.

자동차에 사용하기 위한 또는 열펌프를 포함한 주거/상업적 응용예에 사용하기 위한 콘덴서 또는 증발기와 같은 기본 열교환기 조립체는 일반적으로 유입 헤더 매니폴드, 배출 헤더 매니폴드, 헤더 매니폴드들 사이의 2상 냉매 유동을 위해 헤더 매니폴드들을 유압식으로 연결하는 복수의 냉매 튜브, 및 열 전달 효율 증가를 위해 인접한 냉매 튜브들 사이에 위치한 외부 핀(fin)을 포함한다. 열교환기 조립체의 중심조립체라고도 알려져 있는 코어 조립체는 냉매 튜브 및 냉매 튜브들을 상호연결하는 코루게이티드 핀(corrugated fin)들의 조립체로 정의된다. 헤더 매니폴드, 튜브, 핀은 일반적으로 일체 구조로 조립되고, 그런 다음 단일 열교환기 조립체를 형성하도록 브레이징된다.

알루미늄 열교환기 조립체는 경량성, 제조의 용이함 및 열 교환 효율 때문에 바람직하다. 냉매 튜브는 압출된 알루미늄 합금으로 제조되는 것으로 알려져 있으며, 포타슘 플루오로알루미네이트 플럭스를 이용하여 제어 분위기 브레이징(Controlled atmosphere brazing, CAB)된다. CAB 플럭스는 열교환기 조립체의 브레이징 전에 정전기 플럭서나 습식 슬러리를 사용하여 열교환기 조립체에 적용된다. 브레이징 전에, 알루미늄 냉매 튜브는 중량 8 내지 12 g/㎡의 사전 적용된 아연 열 스프레이 코팅에 의해 처리된다. 아연은 브레이징 동안 냉매 튜브 알루미늄 기재 내로 확산되어 아연의 구배로 구성된 희생 부식층을 생성한다.

브레이징 후 표면 아래의 아연은 브레이징 프로파일에 따라 대략 4 내지 7wt%로 대략 약 100 마이크로미터 깊이까지 확산된다. 코루게이티드 핀은 일반적으로 양면 피복 알루미늄 합금 시트로 형성된다. 헤더 매니폴드들은 일반적으로 *냉매 튜브 단부들이 삽입되는 대응 슬롯을 구비한 튜브에 융착된 단면 피복 알루미늄 시트로 제조된다.

이 재료 시스템은 열 교환기 조립체의 알루미늄 기재 부식을 초래할 수 있는 환경오염물이 적은 지리적인 위치에서의 대부분의 자동차와 비자동차용으로 충분하다. 그러나 범세계적인 관점에서 볼 때, 지구에는 알루미늄 열교환기 조립체의 부식을 가속화하기 충분한 높은 수준의 환경오염물을 가지는 지역이 있다. 환경오염물은 산성비, 도로 제설제, 디젤 배기가스 응축물, 비료, 알칼리 혼합물, 건축물로부터의 아세트산 및 포름산을 포함한 대기오염물질, 및 연안 염화물을 포함한다. 증발기로서 기능하는 알루미늄 열교환기 조립체는 산성비로 인해 ph값이 4까지 떨어질 수 있는 부식을 일으키는 응축물을 접할 수 있다. 열교환기 조립체에 축적된 응축물은 산업 오염물에 의해 야기되는 높은 전도성을 가질 수 있고, 부식 작용을 증가시킨다. 부식환경에서의 사용기간을 연장시키기 위해 알루미늄 열교환기의 부식률을 낮추는 것에 대한 지속적인 요구가 존재한다.

본 발명은 향상된 재료 시스템을 가진 알루미늄 열교환기 제조 방법에 관한 것이다. 그러한 제조방법은 최대 0.3wt%의 Si, 최대 0.20wt%의 Fe, 최대 0.03wt%의 Cu 및 0.90 내지 1.10wt%의 Mn을 함유하는 AA3000 시리즈 Al 합금을 압출한 복수의 냉매 튜브를 제공하고; 0.3 내지 1.0wt%의 Si, 최대 0.4wt%의 Fe, 최대 0.05wt%의 Cu, 1.3 내지 1.8wt%의 Mn, 1.2 내지 1.8wt%의 Zn 및 최대 0.20wt%의 Zr을 함유하는 AA3000 시리즈 Al 합금으로 제조된 복수의 핀을 제공하고; 복수의 냉매 튜브 슬롯을 구비하는 적어도 하나의 헤더 매니폴드를 제공하는 단계를 포함한다.

헤더 매니폴드는 피복을 가지는 AA3000 시리즈 Al 합금으로 형성되었으며, Al 합금 시트는 최대 0.6wt%의 Si, 최대 0.7wt%의 Fe, 0.05 내지 0.65wt%의 Cu, 1.0 내지 1.6wt%의 Mn, 최대 0.20wt%의 Mg, 최대 0.10wt%의 Zn 및 최대 0.25wt%의 Ti를 함유하는 코어를 포함할 수 있다. 헤더 매니폴드의 Al 합금시트의 피복은 6.8 내지 8.2wt%의 Si, 최대 0.8wt%의 Fe, 최대 0.25wt%의 Cu, 최대 0.10wt%의 Mn 및 0.9 내지 1.1wt% Zn을 포함할 수 있다. 대안으로 헤더 매니폴드의 Al 합금 시트의 피복은 9.0 내지 11.0wt%의 Si, 최대 0.8wt%의 Fe, 최대 0.3wt%의 Cu, 최대 0.05wt%의 Mn, 최대 0.05wt%의 Mg 및 0.9 내지 1.1wt%의 Zn을 포함할 수 있다.

Zn 코팅은 복수의 냉매 튜브 중 적어도 하나의 외부면에 적용된다. Zn 코팅을 적용하는 단계는 브레이징 후 1 내지 3wt%의 Zn을 함유하고 표면 아래 최대 확산 깊이가 85마이크로미터인 Zn 확산층을 얻기에 충분한 양의 Zn을 적용하는 단계를 포함할 수 있다.

핀은 인접한 냉매 튜브쌍 사이에 조립되고 복수의 냉매 튜브의 개방 단부는 헤더 매니폴드의 대응되는 냉매 튜브 슬롯에 삽입되어 열교환기 조립체를 형성한다. 그 뒤 열 교환기 조립체는 복수의 냉매 튜브, 핀 및 적어도 하나의 헤더 매니폴드를 단일 구조물로 브레이징하고 냉매 튜브 내로 Zn 코팅을 확산시켜 Zn 확산층을 형성하기에 충분한 시간과 온도로 열처리된다.

향상된 재료 시스템을 가진 알루미늄 열교환기 제조방법은 종래의 알루미늄 열교환기에 비해 우수한 내식성을 갖는 열교환기를 제공한다. 본 발명의 자세한 특징과 효과는 본 발명의 한정되지 않은 예시로서 도면을 참조로 한 실시예의 상세한 설명에서 좀 더 명확하게 기술된다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 더 자세하게 설명될 것이다.
도1은 두 개의 헤더 매니폴드 사이에 연장된 냉매 튜브와 코루게이티드 핀 센터를 구비한 일반적인 열교환기 조립체이다.
도2는 도1에 도시된 열교환기의 냉매 튜브, 코루게이티드 핀, 헤더 일부분의 상세 단면도이다.

도 1은 제1 헤더 매니폴드(12)과 제2 헤더 매니폴드(14) 사이에 연장되는 복수의 냉매 튜브(16)를 가지는 예시적인 열교환기 조립체(10)의 사시도이다. 열교환기 조립체(10)는 자동차용 콘덴서 또는 증발기의 것이거나, 주거/상업용 건물을 위한 열펌프의 것일 수 있다. 각각의 냉매 튜브(16)는 두 대향 개방 단부(18)와 그 사이의 냉매 통로를 갖는다. 헤더 매니폴드(12, 14)는 대응되는 튜브 단부의 개방 단부(18)를 수용하도록 구성되는 복수의 대응 헤더 슬롯(20)을 포함한다. 냉매 튜브(16)는 제1 및 제2 헤더 매니폴드(12, 14) 사이의 2상 냉매 유동을 위해 제1 및 제2 헤더 매니폴드(12, 14)에 유체 연결된다.

본 발명의 일실시예는 향상된 재료 시스템을 가진 열교환기 조립체(10)를 제조하는 방법을 제공한다. 향상된 재료 시스템은 종래의 알루미늄 열교환기보다 우수한 내식성을 갖는 알루미늄 열교환기를 제공한다. 향상된 재료 시스템은 약 1.0wt%의 Mn을 함유하는 고순도 AA3000 시리즈 합금 빌렛에서 압출되고 반응성 아연 플럭스 또는 글라스 플라즈마 또는 아크릴 바인더와 같은 유기 바인더(organic binder)에 의해 가해지는 제어 분위기 브레이징(CAB) 플럭스와 원소 아연 파우더(elemental zinc powder)의 혼합물로 브레이징 전 처리된 냉매 튜브, 0.05wt%보다 적은 Cu 및 1.2 내지 1.8wt%의 Zn을 함유한 개량된 AA3003 합금으로 형성된 핀, 및 0.9 내지 1.1%의 Zn을 함유한 AA4000 시리즈 피복을 가지는 AA3003 시리즈 합금으로 제조된 헤더 매니폴드를 포함한다. 향상된 재료 시스템은 또한 바나듐, 지르코늄 또는 크롬 변환 코팅, 티타늄계 세라믹 코팅 또는 초벌 전처리된 E-코트 에폭시나 폴리우레탄 코팅을 포함한 브레이징 후 코팅을 더 포함할 수 있다. 변환 코팅의 부식 성능은 후속하는 유기 폴리머 레진 탑코트를 통해 추가 향상될 수 있다.

알루미늄 열교환기는 약 1%의 Mn을 함유하고 그 나머지가 Al과 미량 원소 불순물인 고순도 AA3000 시리즈(AlMnl) 합금 빌렛으로부터 압출된 냉매 튜브를 포함한다. 고순도 AlMnl 합금의 사용은 Fe, Si, Cu 및 Ni가 미량 불순물 수준과 같거나 그보다 낮게 유지되도록 보장한다(표 1 참조). 냉매 튜브를 압출하는데 일반적으로 이용되는 전통적인 AA3000 시리즈 합금 빌렛의 주조 공정 동안, 소정 범위의 거친 철 금속간화합물(주로 αAl₁₂(Fe, Mn)₃Si 및 AlFeSi임)이 형성된다. 이러한 철 금속간화합물은 주변의 알루미늄 농후 매트릭스와 비교하여 작고 국부적인 양극(anodic)과 음극(cathodic) 침전물을 제공하고 이는 마이크로갈바닉 부식 셀(cell)의 혼합물을 생성하기 때문에, 전통적인 AA3000 시리즈 합금의 부식률에 일부 책임이 있다. 따라서 내식성을 높이기 위해서, 낮은 Cu 및 Ni와 함께 미량의 Fe 및 Si를 갖는 고순도 AlMnl 합금이 철함유 금속간 상(phase)의 부피율을 감소시키고 마이크로갈바닉 부식 셀의 활동성을 낮추는데 이용되었다. 이러한 거친 철 금속간 화합물들의 부피율은 더 낮기 때문에 AlMnl 합금이 부식에 덜 민감하게 된다.

AlMnl 합금 압출 냉매 튜브 표면에는 브레이징 전에 반응성 아연 플럭스, 6KZnF₃ 또는 원소 아연 파우더와 제어 분위기 브레이징(CAB) 플럭스의 혼합물이 가해진다. CAB 플럭스는 포타슘 플루오로알루미네이트(K₁ _-3AlF₃ _-6) 플럭스를 포함하거나 또는 포타슘 플루오로알루미네이트(K₁ _-3AlF₃ _-6) 플럭스와 리튬 플럭스(Li₃AlF₆)의 혼합물을 포함할 수 있다. 반응성 아연 플럭스는 롤 코팅된 유기 바인더에 의해 전달되고, 원소 아연 파우더와 CAB 플럭스의 혼합물은 가스 플라즈마 또는 롤 코팅된 유기 바인더에 의해 전달되고, 롤 코팅 공정은 두 개의 롤러 사이로 평평한 기재를 통과시켜 코팅을 도포함으로써 이루어진다. 유기 바인더와 주요 알루미늄 부품위에 사용되는 제조용 오일은 브레이징 전에 열 탈지 열처리 과정에서 증발된다.

브레이징 동안, 반응성 아연 플럭스(6KZnF₃) 화합물은 압출된 AlMnl 합금 튜브와 반응하여 원소 아연과 포타슘 플루오로알루미네이트(K₁ _-3AlF₃ _-6) 플럭스를 형성한다. 반응성 아연 플럭스로부터의 원소 아연 또는 원소 아연 파우더는 AlMnl 압출 튜브 합금 내로 확산되어 양극성 희생 부식 보호층을 형성한다. 플럭스는 표면 산화물을 용해시켜 이하에서 더 상세하게 논의될 핀의 피복 필러 메탈(clad filler metal)이 자유롭게 유동하여 브레이즈 필릿(braze fillet)을 형성함으로써 튜브와 핀이 결합하게 한다.

놀랍게도 롤 코팅된 유기바인더에 의해 반응성 아연, 또는 가스 플라즈마 또는 롤 코팅된 유기바인더에 의해 원소 아연 파우더 및 CAB 플럭스를 AlMnl 합금 압출 튜브에 적용하면, 전통적인 열 아크 스프레이 공정에 의해 브레이징 전 Zn 코팅에 도포하는 것과 반대로 알루미늄 열교환기에 우수한 내식성을 제공하는 것으로 확인되었다. AlMnl 합금에 롤 코팅된 유기바인더에 의해 반응성 아연을 적용하는 것, 또는 가스 플라즈마 또는 롤 코팅된 유기바인더에 의해 원소 아연 파우더와 CAB 플럭스 혼합물을 적용하는 것은, 약 4 내지 6g/㎡의 더 낮은 Zn 중량으로 더 높은 균일성의 사전 브레이징 보호범위(coverage)를 가져다 준다. 균일한 아연 보호범위는 일관된 브레이징 후 Zn 확산층을 제공한다. 반대로, 전통적인 아연 열 아크 스프레이는 균일한 튜브 보호범위와 브레이징 후 일관된 Zn 확산층을 보장하기 위해 약 8 내지 12g/㎡의 더 높은 Zn 중량을 요구한다.

롤 코팅된 유기 바인더에 의해 반응성 아연을 적용하는 것, 혹은 가스 플라즈마나 롤 코팅된 유기 바인더에 의해 원소 아연 파우더와 CAB 플럭스의 혼합물을 적용하는 것에 의해 브레이징 후 AlMnl 합금 튜브에 형성된 확산층 내의 Zn 농도는 표면 아래 약 85 마이크로미터인 최대 깊이까지 3wt%보다 낮고, 1wt% 보다 높다. 열 아크 스프레이 아연에 의해 Zn을 적용한 확산층 내의 Zn 농도는 대략 4 내지 7wt%로 표면 아래 대략 100마이크로미터의 깊이까지 확산된다. 관련 분야에 알려진 것과 달리, 확산층에서의 더 낮은 Zn 농도와 더 작은 Zn 확산 깊이가 놀랍게도 종래기술의 더 높은 Zn 농도와 더 큰 Zn 확산 깊이에 비해 더 큰 내식성을 제공하는 것이 확인되었다. 다시 말해, 본 발명의 방법으로 제작된 표면 아래 85마이크로미터의 최대 확산 깊이로 대략 1 내지 3wt%의 Zn농도의 확산층을 갖는 냉매 튜브는 약 100 마이크로미터의 확산 깊이로 약 4 내지 7wt%의 더 높은 Zn 농도를 가진 종래 기술의 냉매 튜브보다 우수하다.

더 낮은 브레이징 후 Zn 확산 농도를 얻기 위해 전통적인 열 아크 스프레이 공정에 적용되는 브레이징 전 Zn 중량을 4 내지 8g/㎡ 범위로 낮추면 40% 정도로 낮은 브레이징 전 보호 범위의 불균일영역을 초래한다. 이는 AlMnl 합금 튜브 내에 국부적으로 확산 깊이가 얕거나 Zn 확산이 누락된 영역이 발생되게 한다. 이는 희생 부식 보호 메커니즘을 약화시킨다. 부식 성능에 필요한 균일하고 일관된 브레이징 후 Zn 확산층 형성을 위해서는 원소 아연 보호범위의 브레이징 전 균일영역이 최소한 85%보다 높아야 한다. 본 발명의 롤 코팅된 유기 바인더에 의해 반응성 아연을 적용하거나 가스 플라즈마 또는 롤 코팅된 유기 바인더에 의해 원소 아연 파우더와 CAB 플럭스의 혼합물을 적용하는 방법은 브레이징 후 확산층에서 Zn 농도와 표면 아래로의 더 적은 Zn 확산 깊이를 제공하기 위해 더 낮은 Zn 중량으로 AlMnl 합금 튜브 표면에 더 균일한 Zn 보호범위를 제공한다.

핀은 AlMnl 합금 압출 튜브와의 갈바닉 호환성을 위해 구리 함량이 낮은 AA3003 시리즈 개량 합금과 AlMnl 합금 압출 튜브를 희생적으로 더 보호하기 위한 Zn 첨가물을 포함한 피복 알루미늄 시트로 형성된다. 개량된 AA3003 타입 합금은 0.05wt% 미만의 Cu와 약 1.5wt%의 Zn을 포함하고, Zr을 더 포함할 수 있다.(표 1 참조)

열교환기의 헤더 매니폴드는 AA3003 타입 시리즈 코어 합금과 AA4000 시리즈(AA4343 혹은 AA4045) 피복층을 가지는 Al 복합 시트를 용접함으로써 제조될 수 있다. AA4000 시리즈 피복 합금은 AA3003 타입 코어 합금 내에 브레이징 후 Zn 확산층을 형성하기 위해, 약 0.9 내지 1.1wt%의 Zn으로 만들어진다. 이는 부식 공격을 상쇄시켜 사용기간을 연장시키는 Zn 확산층을 가지는 매니폴드를 생성한다.

매니폴드, 튜브 및 핀을 조립하고 난 뒤, CAB 플럭스가 브레이징 전에 튜브-헤더 매니폴드 결합을 위해 외부에서 헤더 매니폴드 표면에 적용된다. 브레이징 후, 열교환기는 바나듐, 지르코늄 또는 크롬 변환 코팅 및 티타늄계 세라믹 코팅 또는 초벌 전처리 된 E-코트 에폭시 또는 폴리우레탄 코팅으로 이루어진 브레이징 후 코팅으로 코팅된다. 변환 코팅의 부식성능은 후속하는 유기 플리머 레진 탑코트로 추가 향상된다. 이러한 코팅들은 '백청(white rust)'라 불리는 튜브나 핀 표면에 생기는 부식물 형성을 최소화한다.

표1. 향상된 재료시스템의 원소조성(비율)

	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Cr	Zn	Zr	Ti
냉매 튜브 (AlMnl)	0.3	0.20	0.03	0.90- 1.10	-	-	-	-
핀 개량된 AA3003	0.3 - 1.0	0.4	0.05	1.3 - 1.8	-	-	1.2-1.8	0.20
헤더 매니폴드 코어 개량된 AA3003	0.6	0.7	0.05-0.65	1.0-1.6	0.20	-	0.10	-	0.25%
헤더 매니폴드 피복 개량된 AA4343	6.8 - 8.2	0.8	0.25	0.10	-	-	0.9-1.1	-
대체 헤더 매니폴드 피복 AA4045	9.0 - 11.0	0.8	0.30	0.05	0.05	-	0.9-1.1	-

(*) = 범위가 명시되지 않은 경우 최대 중량 비율(wt%)

(-) = 최대 중량 비율 0.05wt%

좀 더 우수하고 열교환기에 쓰이는 다른 AA3003 타입 합금의 전기화학 포텐셜에 더 근접한 냉매 튜브를 위한 AlMnl 합금 매트릭스를 만들기 위해 Mn 레벨이 대략 1wt%까지 증가되었다. 구성 합금 간의 감소된 포텐셜은 부식 유발력을 감소시킨다. 높은 Mn은 또한 고용체 보강을 통해 합금의 냉간 가공 반응과 파열강도를 증가시킨다. 더 높은 Cu 레벨에서, Al-Cu 부식산물은 알루미늄에 재침적되어 크게 활성화된 마이크로갈바닉 부식 셀을 생성하는 구리 화합물에 의한 국부적인 전해질 부식 공격을 증가시킬 수 있다. 이러한 까닭에 튜브와 핀 코어 합금에서의 Cu 농도는 낮게 유지되었다.

브레이징 동안, 반응성 아연 플럭스는 튜브 알루미늄 형성 원소 아연 및 CAB플럭스와 반응한다. 그 뒤 원소 아연은 튜브로 확산되어 Zn 농도 구배를 형성한다. 이 구배는 부식 보호를 위해 필요한 희생층이다. Zn은 브레이징 동안 최대 약 85마이크로미터의 깊이로 확산된다. 아연 열 아크 스프레이와 비교할 때, 반응성 아연 플럭스 또는 원소 아연 파우더 및 CAB 플럭스의 또 다른 이점은 표면 아래 농도가 아연 열 아크 스프레이의 4 내지 7%에 비해 1% 보다 높고 3% 보다 낮게 감소되는 것이다. 이 특징은 여전히 희생적 보호 목적으로 표면을 코어에 비해 상당히 양극성으로 유지되게 만들지만 부식율을 낮게 한다. 이 결과는 탑코팅에 중요하다. 아연 열 아크 스프레이 위의 탑코트는 서서히 약화되고 바람직하지 않은 '아연 블룸(zinc bloom)'을 생성하는 경향이 있다. 이는 부식을 일으키는 전해질이 코팅을 관통해 스며들고 아래의 아연 농후층(zinc-rich layer)을 공격하여, 결국 알루미늄 튜브로부터 코팅이 갈라지게 하는 다량의 부식산물의 블룸을 생성할 때 발생한다. 반응성 아연 플럭스 또는 원소 아연 및 CAB 플럭스가 적용되면 표면근접층의 아연 함유율이 낮아지고, 공격받았을 때 일반적으로 코팅을 약화시키지 않는다.

압출 이전에 새로운 AlMnl 합금 캐스팅 빌렛의 세심한 균질화 동안, 더 적은 망간 농후 AlMnSi 분산질이 생성된다. 적합한 균질화 스케쥴은 미세 AlMnSi 분산질 네트워크의 형성을 촉진시킨다. 이 미세 분산질 네트워크는 압출 동안 재결정을 위해 많은 핵 위치(nuclei locations)를 생성하여 작은 알갱이들을 형성한다. 브레이징 동안, 과도한 입자 성장은 남아있는 미용해 분산질에 의해 방지된다. 압출된 튜브가 약 6% 변형률(strain) 이하의 사이징으로부터 냉간가공되면, 그 결과 브레이징 후 작은 입자가 생성된다.

냉매 튜브 상에 사전 적용된 반응성 아연 플럭스 또는 원소 아연 파우더 및 CAB 플럭스로 인해, 그리고 헤더 매니폴드 상에 사전 적용된 CAB 플럭스로 인해, 코어 조립체 정전기 혹은 습식 슬러리 플럭싱은 제거된다. 유기 바인더로 인해, 바인더는 제어된 시간과 온도에 의해 열 탈지 구역의 브레이즈 노(braze furnace)의 전방 단부에서 증발된다.

예시적인 실시예를 참고하여 본 발명이 기술되었으나, 해당 기술분야의 숙련자에 의해 본 발명의 범위 내에서 다양한 개량이 이뤄질 수 있으며 등가물로 구성요소가 대체될 수 있다. 또한 근본적인 범위를 벗어나지 않는 선에서 본 발명의 사상에 따라 특정한 상황이나 재료에 적응하기 위해 많은 개량이 이루어질 수 있다. 그러므로 본 발명은 본 발명을 실시하기 위한 최적모델로서 개시된 특정 실시예에 한정되지 않고, 첨부된 청구항의 범위 내에 모든 실시예를 포함한다.

Claims

알루미늄 열교환기의 제조방법이며,
최대 0.30wt%의 Si, 최대 0.20wt%의 Fe, 최대 0.03wt%의 Cu 및 0.90 내지 1.10wt%의 Mn을 가지는 AA3000 시리즈 Al 합금을 압출한 복수의 냉매 튜브를 제공하는 단계;
상기 복수의 냉매 튜브 중 적어도 하나의 외부 표면에 Zn 코팅을 적용하는 단계;
0.3 내지 1.0wt%의 Si, 최대 0.4wt%의 Fe, 최대 0.05wt%의 Cu, 1.3 내지 1.8wt%의 Mn, 1.2 내지 1.8wt%의 Zn 및 최대 0.20wt%의 Zr을 가지는 AA3000 시리즈 Al 합금으로 제조된 복수의 핀을 제공하는 단계;
복수의 냉매 튜브 슬롯을 구비하는 적어도 하나의 헤더 매니폴드를 제공하는 단계로서, 상기 적어도 하나의 매니폴드는 피복을 가지는 AA3000 시리즈 Al 합금 시트로부터 형성되고, 상기 Al 합금 시트는 최대 0.6wt%의 Si, 최대 0.7wt%의 Fe, 0.05 내지 0.65wt%의 Cu, 1.0 내지 1.6wt%의 Mn, 최대 0.20wt%의 Mg, 최대 0.10wt%의 Zn 및 최대 0.25wt%의 Ti를 포함하는 코어를 포함하는, 헤더 매니폴드를 제공하는 단계;
상기 핀들을 인접한 냉매 튜브쌍 사이에 조립하는 단계;
상기 복수의 냉매 튜브의 개방 단부를 헤더 매니폴드의 대응 냉매 튜브 슬롯에 삽입하여 열 교환기 조립체를 형성하는 단계;
상기 복수의 냉매 튜브, 핀 및 상기 적어도 하나의 헤더 매니폴드를 단일 구조물로 브레이징하고 상기 Zn 코팅을 상기 냉매 튜브로 확산시켜 Zn 확산층을 형성하기에 충분한 시간과 온도에서 상기 열교환기 조립체를 열 처리하는 단계를 포함하고;
상기 복수 냉매 튜브 중 적어도 하나의 외부면에 Zn 코팅을 적용시키는 단계는 브레이징 후 1 내지 3wt%의 Zn을 가진 Zn 확산층을 얻기에 충분한 양의 Zn을 적용하는 단계를 포함하는
알루미늄 열교환기의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 헤더 매니폴드의 Al 합금 시트의 피복은 6.8 내지 8.2wt%의 Si, 최대 0.8wt%의 Fe, 최대 0.25wt%의 Cu, 최대 0.10wt%의 Mn 및 0.9 내지 1.1wt%의 Zn을 포함하는
알루미늄 열교환기 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 헤더 매니폴드의 Al 합금 시트의 피복은 9.0 내지 11.0wt%의 Si, 최대 0.8wt%의 Fe, 최대 0.30wt%의 Cu, 최대 0.05wt%의 Mn, 최대 0.05wt%의 Mg 및 0.9 내지 1.1wt%의 Zn을 포함하는
알루미늄 열교환기 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 복수의 냉매 튜브 중 적어도 하나의 외부면에 충분한 양의 Zn을 적용시키는 단계는 외부면에 반응성 Zn 플럭스 화합물을 적용하는 단계를 포함하고, 상기 반응성 Zn 플럭스 화합물은 롤 코팅된 유기 바인더에 의해 전달되는
알루미늄 열교환기 제조방법.
제4항에 있어서,
상기 반응성 Zn 플럭스 화합물은 6KZnF₃인
알루미늄 열교환기 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 복수의 냉매 튜브 중 적어도 하나의 외부면에 충분한 양의 Zn을 적용하는 단계는 원소 아연 파우더와 글래스 플라즈마 또는 유기 바인더에 의해 적용된 제어 분위기 브레이징(CAB) 플럭스의 혼합물을 포함하는
알루미늄 열교환기 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 CAB 플럭스는 포타슘 플루오로알루미네이트 플럭스(K_1-3AlF_3-6)를 포함하거나, 또는 포타슘 플루오로알루미네이트(K₁ _-3AlF₃ _-6) 플럭스와 리튬 플럭스(Li₃AlF₆)의 혼합물을 포함하는
알루미늄 열교환기 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 Zn은 브레이징 전에 상기 냉매 튜브 표면적의 85%를 초과하여 약 4 내지 6 g/m²로 적용되는
알루미늄 열교환기 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 Zn은 브레이징 후에 상기 냉매 튜브의 표면 아래 85 마이크로미터 미만으로 균일하게 확산되는
알루미늄 열교환기 제조방법.
알루미늄 열교환기의 제조방법이며,
AA3000 시리즈 AlMnl 합금으로 형성된 복수의 냉매 튜브를 제공하는 단계;
상기 AlMnl 합금 냉매 튜브 표면에 아연 플럭스 화합물을 적용하는 단계;
최대 0.05wt%의 Cu와 1.2 내지 1.8wt%의 Zn을 가지는 AA3003 합금으로 형성된 복수의 핀을 제공하는 단계;
0.9 내지 1.1wt% 아연을 추가하여 형성된 AA4343 또는 AA4045 피복을 가지는 헤더 매니폴드를 제공하는 단계;
상기 헤더 매니폴드에 제어 분위기 브레이징(CAB) 플럭스를 적용하는 단계;
상기 냉매 튜브, 상기 핀, 및 상기 헤더 매니폴드를 조립하여 열교환기 조립체를 형성하는 단계;
상기 열교환기 조립체를 열 탈지 및 브레이징하는 단계를 포함하고;
상기 아연 플럭스 화합물을 적용하는 단계는 브레이징 후 1 내지 3wt%의 Zn을 가진 Zn 확산층을 얻기에 충분한 양의 Zn을 적용하는 단계를 포함하는
알루미늄 열교환기 제조방법.
제10항에 있어서,
상기 아연 플럭스 화합물은 롤 코팅된 유기 바인더에 의해 전달되는 반응성 아연 플럭스 6KZnF₃을 포함하는
알루미늄 열교환기 제조방법.
제10항에 있어서,
상기 아연 플럭스 화합물은 원소 아연 파우더와 가스 플라즈마 또는 롤 코팅된 유기 바인더에 의해 전달되는 CAB 플럭스의 혼합물을 포함하는
알루미늄 열교환기 제조방법.
제12항에 있어서,
상기 CAB 플럭스는 플루오로알루미네이트(K₁ _-3AlF₃ _-6) 플럭스를 포함하거나 또는 포타슘 플루오로알루미네이트 플럭스(K_1-3AlF_3-6)와 리튬 플럭스(Li₃AlF₆)의 혼합물을 포함하는
알루미늄 열교환기 제조방법.
제10항에 있어서,
상기 열교환기 조립체는 상기 냉매 튜브 표면 아래 85 마이크로미터 미만으로 상기 Zn을 균일하게 확산시키는 시간과 온도에서 열처리되는
알루미늄 열교환기 제조방법.
알루미늄 열교환기의 제조방법이며,
0.9 내지 1.1wt%의 Mn을 가지는 AA3000 시리즈 Al 합금을 압출한 복수의 냉매 튜브를 제공하는 단계;
상기 복수의 냉매 튜브 중 적어도 하나의 외부면에 Zn 코팅을 적용하는 단계;
1.2 내지 1.8wt%의 Zn과 최대 0.05wt%의 Cu를 갖는 AA3000 시리즈 Al합금으로 제조되는 복수의 핀을 제공하는 단계;
복수의 냉매 튜브 슬롯을 구비하는 적어도 하나의 헤더 매니폴드를 제공하는 단계로서, 상기 적어도 하나의 헤더 매니폴드는 피복을 가지는 AA3000 시리즈 Al합금으로 형성되고 상기 Al합금 시트는 1.0 내지 1.6wt% Mn을 갖는 코어를 포함하는, 헤더 매니폴드 제공 단계와;
인접한 냉매 튜브쌍 사이에 상기 핀을 조립하는 단계;
상기 복수의 냉매 튜브의 개방 단부를 상기 헤더 매니폴드의 대응 냉매 튜브 슬롯에 삽입하여 열교환기 조립체를 형성하는 단계;
상기 복수의 냉매 튜브, 핀 및 상기 적어도 하나의 헤더 매니폴드를 단일 구조물로 브레이징하고, 상기 Zn 코팅을 상기 냉매 튜브 내로 확산시켜 Zn 확산층을 형성하기에 충분한 시간과 온도로 상기 열교환기 조립체를 열처리하는 단계를 포함하고,
상기 복수의 냉매 튜브 중 적어도 하나의 외부면에 상기 Zn 코팅을 적용하는 단계는 브레이징 후 1 내지 3wt%의 Zn을 갖고 85 마이크로미터 미만의 깊이를 갖는 Zn 확산층을 얻기에 충분한 양의 Zn을 적용하는 단계를 포함하는
알루미늄 열교환기 제조 방법.
제15항에 있어서,
상기 열교환기 조립체를 브레이징 후에 바나듐, 지르코늄 또는 크롬 변환 코팅; 티타늄계 세라믹 코팅; 또는 초벌 전처리된 E-코트 에폭시 또는 폴리우레탄 코팅으로 코팅하는 단계를 더 포함하는
알루미늄 열교환기 제조방법.
제16항에 있어서,
유기 폴리머 레진 탑코트를 적용하는 단계를 더 포함하는
알루미늄 열교환기 제조방법.