(57)【要約】【課題】液冷式発電機における漏れを補修および防止するための改善された方法を提供すること。【解決手段】ステータバー（１６）の少なくとも一部を形成する冷媒を流すための内部液体通路を備えるステータバー（１６）を封止する方法は、ステータバー（１６）の濡れた内部表面の少なくとも一部分を無電解めっきするステップを含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータバー（１６）の少なくとも一部を形成し冷媒を流すための内部液体通路を有するこのステータバー（１６）を封止する方法であって、前記ステータバー（１６）の濡れた内部表面の少なくとも一部を無電解めっきするステップを含むことを特徴とする封止方法。
【請求項２】
前記無電解めっきを行う前に、前記ステータバー（１６）の送水路の少なくともめっき対象である内部表面を清浄化し、前記送水路を前処理して触媒表面を形成することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
反応により触媒金属をその場で沈殿させる溶液を前記送水路に流すことによって触媒表面を形成することを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記送水路を酸性の塩化第一スズ溶液で満たし、次いで塩化パラジウム溶液で満たすことを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記送水路をパラジウムのコロイド溶液で満たし、続いて促進剤溶液で満たすことを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項６】
前記送水路内部表面の選択領域に自己触媒性ベースコートを被着させることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記無電解めっきプロセスを、被着された層が１〜５ミルになるまで継続することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記無電解めっきプロセスを、ステータを組み立てた後に実施することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
第１の膜と前記第１の膜の上に被着させた第２の膜とを含む二層めっき膜を、前記表面上に形成することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
ステータバー（１６）端部と前記端部を受ける取付け部（１８、２０）との接合部を封止して、実質的に液体を通さない耐腐食性の封止部を画定する封止方法であって、
前記取付け部（１８、２０）が、前記取付け部（１８、２０）の開口から流体を受けるチャンバを備え、前記チャンバが、前記ステータバー（１６）端部の少なくとも一部を形成する中空のストランド（３０）と連通して前記中空ストランドに前記液体を流簾ように構成され、
前記方法が、金属イオンおよび還元剤を含む無電解めっき液の供給源から流れる無電解めっき液を、前記取付け部（１８、２０）の前記チャンバ内に、またそれを通して流すステップを含むことを特徴とする封止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発電機用の水冷式ステータバーは、互いにろう付けされて１本のバーを形成する、複数の小さな長方形断面の中実および中空の銅ストランドからなる。ストランドの端部は、一般にステータバークリップと呼ばれる端部取付け部にろう付けされている。クリップウィンドウにカバーがろう付けされている。この端部取付け部は、ステータバーの電気接続部および冷却流接続部として働く。
【背景技術】
【０００２】
中空の端部取付け部は一般に、通常は脱イオン水であるステータバーの冷却水が流入および流出する、周りを囲まれたチャンバを備える。この端部取付け部は一端部で、ステータバーのストランドの端部を受ける。取付け部と、ステータバーの周方向で最も外側の銅ストランド端部とは、互いにろう付けされる。取付け部の反対側端部は、ステータバー冷却用導管に連結される。
【０００３】
液冷式ステータバークリップには、長年にわたり設計変更が加えられてきた。しかし、そうしたステータバークリップは通常、互いにろう付けされた中実および中空の混合ストランドと、クリップウィンドウにろう付けされたカバーを備える。動作中、中空のストランドは、バーを冷却するための水を送る。時間が経つにつれて、ステータバー端部とステータバー取付け部の間、カバーとクリップの間、ならびに隣接するストランド同士の間の接続部周囲で漏れが生じる可能性がある。様々な配管接続部でも漏れが生じることがある。漏れの主な機構は、ろう付け接合部の内部表面のろう付け合金中で始まるすきま腐食過程であると考えられている。すきま腐食は、通常、微細環境レベルで停滞した溶液に関連して局所的に形成される腐食である。このような停滞した微細環境は、ろう付けの際に特にストランドとろう付け合金の境界に形成される表面上の微細なくぼみなどの、すきまに生じやすい。すきま腐食は、すきま内部が亜リン酸状態に移行するなど、すきま内の局部的な化学的状態が変化することによって始まる。取付け部のチャンバ内の停滞水が、ろう付け合金および銅ストランドに接触する。この冷媒とろう付け接合部および銅ストランドとの接触により腐食が生じ、その結果として漏れが生じると考えられる。
【０００４】
ステータバー端部の接続部からの冷媒の漏れ部の現場補修は、大した成功を収めてこなかった。真空減衰・追跡可能ヘリウムテスト（vacuum decay and traceable Helium test）などいくつかの異なるテストによって、漏れの位置が識別される。
【０００５】
漏れ補修および防止方法として、エポキシバリアコーティング法が使用されてきた。エポキシバリアコーティング法の例が、参照として本明細書に組み込んだ米国特許第５６０５５９０号に開示されている。このエポキシバリアコーティングは、水によって開始される腐食機構に対する保護を、ストランドパッケージのろう付けした部分の長さに沿って提供するために施されていた。エポキシコーティングは手動で注入される。ステータバーのクリップをのぞき込む際に、可視性がそこなわれる。冷却用ストランドが目詰まりするおそれがある。すなわちこのプロセスは、多大な労力と全数検査を要する。またクリップの設計によっては、中をのぞき込み注入することが難しい。その結果、このプロセスは多大な労力を要し、完了するのに時間がかかる。
【０００６】
液冷式発電機にはまた、漏れに関する他の問題もある。実際、水冷式発電機に伴う多くのタイプの漏れがある。ステータバー端部のすきまは、主要なものの１つである。しかし他の漏れは、腐食の結果としてではなく、製造中のポロシティー、亀裂、および局部的な損傷によって生じる。
【特許文献１】米国特許第５６０５５９０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
液冷式発電機における、漏れを補修および防止するための改善された方法が必要とされている。特に、ステータバーとそのクリップとの間の接合部での腐食保護が必要とされている。この腐食保護は、強固で、かつ、凹状ろう付け、フラッシュろう付け、および盛り上がった中空ストランドろう付け設計など、様々なステータバークリップ設計に適用可能でなければならない。また、他の要因によって生じる、発電機の送水路内の漏れを補修および防止するための改善された方法も必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、液冷式発電機ステータの冷媒流路の内部表面上に材料層を被着させるための、特別なコーティング方法を提供する。コーティングは、ステータバーの中空ストランド、ストランドのろう付け接合部、ステータバー端部取付け部の接続部および配管を覆って、冷媒が直接接触できないようにし、漏れをなくしかつ防止する。さらに本発明は、稼動中の発電機を分解せずにそれに被着させることができる、耐腐食性コーティングを提供する。
【０００９】
より具体的には、本発明は、液冷式ステータバーの送水路の内部表面全体、または選択的に、腐食の危険性が高いかそのままでは漏れの潜在的可能性が高いめっき対象領域に、薄い金属バリアコーティング層を被着させる無電解（自己触媒）めっき法を提供する。金属層は、クリップとストランドの間のろう付け接合部など腐食しやすい領域への水の接触を妨げるための耐腐食性バリアコーティングとなる。同時にこのコーティングは、他のほぼすべてのタイプの漏れを補修および防止することができる。銅やニッケルなど様々な材料を金属バリアコーティングとして被着させることができる。材料の選択に関して考慮する点としては、腐食／浸食耐性、コーティング結合強度、コスト、およびプロセスの変更可能性などが挙げられる。なお、熱膨張の点から銅がより適している。また、銅は腐食しないため、銅と腐食しやすいろう付け合金との間の界面を覆う効果的なコーティングとなり得る。
【００１０】
したがって、本発明は、前記ステータバーの濡れた内部表面の少なくとも一部に無電解めっきを施すステップを含む、ステータバーの少なくとも一部を形成し冷媒を流す内部液体通路を備えるステータバーを封止する方法として実施することができる。
【００１１】
本発明はまた、ステータバー端部と端部を受ける取付け部との接合部を封止して、実質的に液体を通さない耐腐食性の封止部を画定する方法として実施することができる。この取付け部は、取付け部の開口から液体を受けるチャンバを備え、このチャンバは、前記ステータバー端部の少なくとも一部を形成する中空のストランドと連通し、液体を中空ストランド内に流す。この方法は、前記取付け部の前記チャンバ内にまたそれを通して無電解めっき液を流すステップを含み、前記無電解めっき液は、金属イオンと還元剤とを含む無電解めっき液の供給源から流れる。
【００１２】
さらに本発明は、ステータバー端部と、前記端部を受け実質的に液体を通さない封止部を画定する取付け部として実施することができる。前記取付け部は、取付け部の開口から液体を受けるチャンバを備え、チャンバは、前記ステータバーの少なくとも一部を形成する中空のストランドと連通し、中空のストランド内に液体を流す。前記取付け部の内部表面の少なくとも一部は、その表面上に、無電解めっきにより被着された金属層を備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
発電機用の水冷式ステータバーは、互いにろう付けされ端部取付け部にろう付けされた、複数の小さな長方形断面の中実および中空の銅ストランドからなる。端部取付け部は、ステータバー用の電気接続部および液体接続部の働きをする。端部取付け部は、通常は脱イオン水であるステータバー冷却液が流入および流出する、周りを囲まれたチャンバを一般に備える。端部取付け部のもう１つの開口は、ステータバーのストランド端部を受け、取付け部とステータバーの周方向で最も外側の銅ストランドとが互いにろう付けされる。時間が経つにつれ、ステータバー端部とステータバー取付け部との間の接続部の周り、ならびに隣接するストランド同士の間で、様々な漏れが発生する。漏れ分析の結果によると、漏れ機構は、ろう付け接合部の内部表面のろう付け合金中で始まるすきま腐食過程によるものであると考えられている。すきま腐食は、すきま内が亜リン酸に移行するなどすきま内の局部的な化学的性質の変化によって始まる。
【００１４】
液冷式発電機にはまた、漏れに関する他の問題もある。すきま腐食以外による漏れの例として、クリップ亀裂による漏れ、クリップウィンドウの漏れ、配管および取付け部の漏れ、および接続リングの漏れが挙げられる。
【００１５】
ステータバー端部接続部からの漏れの現場補修は、大した成功を収めてはこなかった。
【００１６】
本発明による実施形態では、液冷式ステータバーの送水路の内部表面全体、または選択的に、腐食の危険性が高いかそのままでは漏れの潜在的可能性が高いめっき対象領域に金属バリアコーティングの薄い層を被着させる、無電解（自己触媒）めっき法が提案される。金属層は、クリップとストランドの間のろう付け接合部など腐食しやすい領域への水の接触を妨げるための耐腐食性バリアコーティングとなる。同時にこのコーティングは、他のほぼすべてのタイプの漏れを補修および防止することができる。銅やニッケルなど様々な材料を金属バリアコーティングとして被着させることができる。
【００１７】
次に図を参照すると、特に図１に、一般的な液冷式発電機で使用される液冷式ステータ巻線構成が示してある。ステータコアフランジ１２およびコアリブ１４を備えたステータコア１０が示してあり、ステータバー１６が、径方向に延びるスロット内を通過し、端部取付け部１８および２０内の対向端部で終端している。流入取付け部１８は、流入ホース２２によって流入冷媒ヘッダ２４に連結されている。流出取付け部２０は、流出ホース２６によって流出冷媒ヘッダ２８に連結されている。図２に示すように、各ステータバーは、互いに隣接し重ねて配置された複数の中空および中実の銅ストランド３０および３２をそれぞれ備える。取付け部、たとえば取付け部２０は、同様に銅などの導電性材料で形成されている。この取付け部は、ステータバー１６のストランドを受けるためのまっすぐな開口を一端部に有する閉じた本体を備える。反対側の端部には、使用中は通常銅チューブによって閉じられる開口が設けられている。この銅チューブは電気接続部、および、取付け部２０と中空および中実のストランドの露出した端部によって画定されるチャンバ内にまたはチャンバ内からたとえば脱イオン水などの液体冷媒を流す、流体導管として働く。取付け部が流入取付け部となる場合は、チャンバ内の液体は、取付け部内に流れ冷却のために中空ストランド３０内を通過し、取付け部が流出取付け部として使用される場合は、チャンバが中空ストランド３０から液体冷媒を受けそれを流出させる。上述したように、中実および中空のストランド３２、３０は互いにろう付けされ、カバー３４が、クリップウィンドウ３６にろう付けされる。これらの接合部も、時間が経つにつれて漏れを生じる潜在的可能性がある部分である。
【００１８】
上記のように、液冷式ステータバーの送水路の内部表面上または選択的にめっき対象領域に、金属バリアコーティングを被着させるための無電解めっきが提案される。
【００１９】
無電解めっきには、清浄な表面および活性化が必要である。活性剤の配合の一例は、パラジウム溶液３ｍｌ、塩酸３０ｍｌ、および水７０ｍｌである。活性剤を表面に適用し、すすぎ、乾燥させる。このめっきでは酸化還元反応を利用して、電流を流さずに対象物に金属を被着させる。アノード、電源、またはいかなる種類の電気接続も必要とされない。そうではなく、無電解めっきプロセスでは、銅溶液と銅用の還元剤を混合し、それを沸騰直前まで加熱し、めっきする部分を浸すだけでよい。自己触媒作用による電気化学的反応が起こり、金属がめっきする部分全体に均一に被着する。銅溶液の配合の一例は、硝酸銅１５ｇ／ｌ、炭酸水素ナトリウム１０ｇ／ｌ、酒石酸ナトリウムカリウム３０ｇ／ｌ、および水酸化ナトリウム２０ｇ／ｌである。銅用の還元剤の一例は、ホルムアルデヒド溶液５０ｍｌ／ｌである。多くの市販されている混合物が利用可能である。コーティングの質を向上するために様々な添加物を加えることができる。めっきの厚さは、暴露の持続時間によって決まる。部品を溶液から取り出すなど、暴露を中止することによって反応が停止される。一定の金属イオン濃度で対象物の暴露される部分を浸すことが可能であるため、無電解めっきでは、電気めっきを均一に施すことが難しい、縁部に沿った部分、穴の内部および不均一な形状の対象物に、金属が均一に被着される。
【００２０】
無電解めっきプロセスは、穏やかな還元剤を使用して錯体金属を還元するものである。パラジウム（ｐｄ）、銅、ニッケル、および銀を含めて、無電解めっきに使用できる金属がいくつかある。このプロセスに最も一般的な金属は、ニッケルおよび銅である。すなわち、例として、アルカリ溶液中のホルムアルデヒドで錯体銅を還元することにより銅をめっきすることができる。この反応は、前のステップで表面に付着した非常に少量のパラジウムによる触媒作用を受ける。ニッケルは通常、次亜リン酸塩浴から、活性化表面上にめっきされる。この表面は、塩化スズとパラジウムのコロイド混合物によって活性化される。無電解ニッケルは、１時間に約１ミル（１／１０００インチ）（０．０２５４ミリメートル）の速さで析出する。もちろん、無電解めっきの使用に関する制限もある。たとえば、めっき液を使用するにつれて溶液内の金属が減少するため、少なくとも定期的な補給が必要となることがある。さらに、銅めっき用の還元剤であるホルムアルデヒドは発ガン性物質であるため、銅めっきはその応用範囲がさらに限定される。
【００２１】
それにもかかわらず、無電解めっきは、他のコーティング方法に比べてかなりの利点を有する。たとえば、無電解めっきによって均一な被着物が得られ、また無電解めっきは導電性表面にも非導電性表面にも施すことができる。また、めっきすることが望ましい領域に被着される特別な自己触媒性ベースコートを使用する選択的なめっきを行うことも可能である。ベースコートを化学的に作り出すことによって、たとえば、銅金属を溶液中から引き出し、特別なベースコート上に均一に被着させることが可能になる。めっきされた構成部品をさらにめっきすることも可能である。たとえば、後続のステップでニッケルをさらにめっきすることよって、めっきされた銅の環境に対する安定性が得られ、耐侵食性が向上する。さらに、全面的無電解銅／ニッケルめっきは、内部構成部品用の費用効果の高い遮蔽システムとなる。全面的めっきプロセスでは、自己触媒ベースコートが不要になり、露出した表面がすべてめっきされる。
【００２２】
上記のように、無電解めっきでは、単なる電子供与体である化学的な還元剤によって金属イオンが還元されて金属となる。金属（すなわちニッケル、銅など）イオンは、電子供与体と反応する金属受容体である。触媒は、還元剤の酸化に続く無電解化学反応を促進する部品の金属表面である。
【００２３】
したがって、たとえば液冷式発電機のステータバーの送水路を無電解めっきするためにシステムを排水し、すすぎ、乾燥させる。次いで、めっき対象である、液冷式発電機用ステータバーの送水路の内部表面、および／またはめっきすべき他の領域を、研磨剤溶液を流すなどして入念に清浄化する。排水し、すすぎ、乾燥させた後、触媒化された表面を得るために送水路を前処理する。この点に関連して、たとえばパラジウムなどの触媒金属を反応によってその場で沈殿させる溶液を送水路にフラッシュする（図３）。まず、送水路に酸性の塩化第一スズ溶液を、次いで塩化パラジウムの溶液を満たす。パラジウムはスズによって還元されて、触媒金属状態になる。触媒表面を生成する別の方法では、送水路にパラジウムのコロイド溶液を満たし、続いて促進剤の溶液を満たす。
【００２４】
送水路の内部表面をすべてめっきするのではなく、クリップとストランドの間の接合部など特に腐食しやすい領域、または他のめっき対象領域に、特別な自己触媒性ベースコートを被着させることができる。ベースコートの機械的構成により、溶液から金属を引き出し、ベースコート上に均一に被着させることが可能になる。自己触媒性ベースコートの典型的な被着方法は、遠隔スプレーである。遠隔スプレーはそれほど精密でなくてもよいので、大規模な分解を行わずに小さなスプレーヘッダを可撓性の管の内部に簡単に通すことができる。液冷式発電機のステータバーの内部表面に上述のように適切な前処理を行った後、送水路全体に無電解溶液を流すと（図３）、均一な被着が始まる。
【００２５】
空気または発生した気体が、たとえばすきままたは目に見えないくぼんだ領域などに閉じ込められる恐れがあると予想される場合、そのような領域内の無電解めっきが妨げられることになるので、加圧処理が必要になる可能性があることに留意されたい。加圧処理は、送水路システムを、必要または望ましいと考えられる場合に密封および加圧することができる閉ループとして画定することによって行うことができる。
【００２６】
無電解めっきプロセスは、被着された層が１〜５ミルになるまで続ける。なお、無電解めっきは、金属イオンおよび還元剤が補給されている限り続く。したがって、必要または望ましいと思われる間無電解めっきを継続するためには、金属イオンと還元剤の濃度、ならびにめっき液全体の化学的なバランスを適切な比率に保つように、周知のやり方で監視および調節する必要がある。
【００２７】
無電解めっきの被着率自体は、温度、ｐＨ、および金属イオン／還元剤濃度によって変わる。無電解被着物の厚さは、その被着率、および部品を溶液に浸漬させる時間によって変わる。典型的な被着率は、約４〜１６μ／時間である。
【００２８】
無電解めっきは、ステータの組立前またはステータの組立後に実施できることを理解されたい。
【００２９】
さらに、めっき膜を、第１の膜とその上に被着された第２の膜とを含む二層膜として形成することができる。二層膜では、たとえば、下側のめっきされた膜が強い耐腐食性を有し、第２の膜が気密性、耐久性および耐腐食性を有するなど、特にめっきコーティングが選択的な性質を有する場合に、単一層のめっきに比べて耐久性が向上することが理解されよう。
【００３０】
さらなる代替方法として、たとえばステータバーの送水路を組立の前にめっきし、送水路の他の部品を組立の後にめっきして、全アセンブリの内部または表面にではなく、特定の領域または特定の部品に二層めっきを効果的に施すことができる。
【００３１】
本発明によれば、漏れ通路を形成する潜在的可能性のあるすべての接合部を無電解めっきすることができる。このようにすると、発電機のステータバー端部の接続部に存在する１つまたは複数の漏れを現場補修することができる。さらに、すべての潜在的な漏れ通路に保護コーティングを被着させることによって、将来的に形成される可能性のある漏れ通路に対する封止部が形成される。すなわち、無電解めっきは、ろう付け材料を液体冷媒から分離し、隣接するストランドと最も外側のストランドの間を封止するだけではなく、冷媒通路の内側表面全体に、それを封止するための材料層を付着させるために使用することもでき、それによって、潜在的な漏れ通路がすべて封止され、将来的な漏れを防止する。本発明は、特に現在の発電機の現場補修に適用可能であるが、将来的な漏れに対する保護を提供するために、発電機の最初からの製造に適用することもできる。
【００３２】
上記のように、本明細書に記載した方法では、流れシステムの表面の濡れる部分全体にコーティングを施すことができるので、クリップのすきま腐食による漏れの問題、および液冷式発電機の漏れに関する他の問題を解決することができる。たとえば、本発明を実施した方法を使用して、クリップのすきまからの漏れ、クリップウィンドウの漏れ、配管および取付け部の漏れ、および接続リングの漏れを解決することができる。したがって、本発明を現時点で最も実用的で好ましいと考えられる実施形態に関して説明してきたが、本発明は、記載された実施形態に特に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲の精神および範囲内にある様々な変更形態および等価な構成を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】ステータバーおよび端部取付け部が流入冷媒ヘッダおよび流出冷媒ヘッダに連結された、液冷式ステータ巻線構成の概略図である。
【図２】端部取付け部内の、ステータバーのストランドの代表的な端部断面図である。
【図３】本発明の実施形態における、無電解めっきに関連する溶液供給源に連結されたステータバーの概略図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  ステータコア
１２  ステータコアフランジ
１４  コアリブ
１６  ステータバー
１８  端部取付け部
２０  端部取付け部
２２  流入ホース
２４  流入冷媒ヘッダ
２６  流出ホース
２８  流出冷媒ヘッダ
３０  中空ストランド
３２  中実ストランド
３４  カバー
３６  クリップウィンドウ
【図１】
2006131996.tif 000003
【図２】
2006131996.tif 000004
【図３】
2006131996.tif 000005
【外国語明細書】
2006131996000001.pdf