熱交換器及熱交換器的製造方法

2023-07-04 21:36:31

專利名稱：熱交換器及熱交換器的製造方法
技術領域：
本發明涉及ー種包括熱交換管和具有供上述熱交換管貫通的通孔的多個板狀翅片的熱交換器及上述熱交換器的製造方法。
背景技術：
以往，已知有ー種熱交換器，在該熱交換器中，在板狀翅片上形成有供熱交換管貫通的通孔，並設置有在通孔周圍立起的筒狀部，在熱交換管上層疊多個上述板狀翅片後，通過擴大熱交換管的直徑來使板狀翅片的筒狀部和熱交換管緊密接觸，然後通過在上述筒狀部外側設置犧牲腐蝕層，來抑制與熱交換管連接的筒狀部的內側層的腐蝕(參照專利文獻I)。 此外，作為提高熱交換管的耐腐蝕性的技術，在鋁合金制的熱交換管的外表面上形成包括含矽Si粉和鋅Zn的焊劑的焊劑層，使用上述熱交換管夾住波形的翅片(波紋片)來組裝，並對該組裝體進行加熱，藉此來將翅片焊接在熱交換管上，在進行上述焊接吋，焊劑中的鋅Zn擴散在焊液中並在熱交換管的表面擴散，利用在熱交換管表面上擴散的鋅Zn的犧牲腐蝕效果，來提高熱交換管的耐腐蝕性(參照專利文獻2)。現有技術文獻專利文獻專利文獻I :日本專利特開2009 — 250510號公報專利文獻2 日本專利特開2009 — 249728號公報

發明內容
發明所要解決的技術問題但是，像專利文獻I這樣，使具有在通孔周圍立起的筒狀部的板狀翅片層疊，並通過擴大熱交換管的直徑來使板狀翅片的筒狀部和熱交換管緊密接觸的情況下，例如從相鄰的筒狀部間的間隙等進入的冷凝水有時會附著在熱交換管的表面，即便將熱交換管與和熱交換管緊密接觸的筒狀部的內側層之間的腐蝕電位的差(自然電位的差)設定得較大，也無法充分防止熱交換管的腐蝕，此外，有可能降低熱交換管與板狀翅片的密接性。此外，像專利文獻2這樣，若使用犧牲腐蝕層來覆蓋熱交換管的表面，則雖然外側的犧牲腐蝕層受到犧牲地腐蝕能抑制內側的熱交換管的腐蝕，但由於翅片經由犧牲腐蝕層而與熱交換管接合，因此，一旦犧牲腐蝕層受到腐蝕，則存在翅片脫落或翅片與熱交換管的密接性降低這樣的問題。因此，本發明的目的在於提供一種不僅可實現熱交換管的防腐蝕，還能維持翅片與熱交換管的密接性的熱交換器及上述熱交換器的製造方法。解決技術問題所採用的技術方案為實現上述目的，本發明的熱交換器包括熱交換管和具有供熱交換管貫通的通孔的板狀翅片，板狀翅片具有至少包括芯材層和構成一端面的焊料層的多層結構，並且包括在通孔周圍立起且以焊料層為內周面的筒狀部，通過利用焊料層進行焊接，來將層疊在熱交換管上的多個板狀翅片與熱交換管接合。在這種結構中，由於板狀翅片的筒狀部的內周面由焊料層構成，利用該焊料層將板狀翅片焊接在熱交換管上，因此，使用焊料層來覆蓋熱交換管的外表面，此外，覆蓋熱交換管的外表面的焊料層由構成板狀翅片的其它層(包括芯材層)覆蓋。在此，較為理想的是，板狀翅片具有包括芯材層、焊料層和構成另一端面的犧牲腐蝕層的多層結構。在這種結構中，覆蓋熱交換管的外表面的焊料層被芯材層及犧牲腐蝕層所覆蓋，外側的犧牲腐蝕層犧牲地受到腐蝕。此外，在構成板狀翅片的芯材層、焊料層、犧牲腐蝕層中，最好是形成犧牲腐蝕層的金屬的腐蝕電位最低，形成芯材層的金屬的腐蝕電位最高。 在這種結構中，由於形成犧牲腐蝕層的金屬的腐蝕電位(自然電位)最低，因此，犧牲腐蝕層最容易受到腐蝕，由於形成芯材層的金屬的腐蝕電位(自然電位)最高,因此,芯材層最難受到腐蝕，緊接著犧牲腐蝕層，焊料層犧牲地受到腐蝕，來抑制芯材層的腐蝕。此外，可以由鋁Al-鋅Zn-鎂Mg類合金來形成犧牲腐蝕層，由鋁Al-錳Mn類合金來形成芯材層，由鋁Al-矽Si類合金來形成焊料層，並由鋁Al來形成熱交換管，此外，也可以由添加了銅Cu的鋁Al或鋁Al-錳Mn類合金來形成熱交換管。此外，能將上述熱交換管的截面形狀形成為扁平狀。在這種結構中，利用焊接，將板狀翅片與通過擴管而使板狀翅片固定及密接是困難的、截面形狀為扁平狀的熱交換管接合。另ー方面，本申請發明的熱交換器的製造方法是用於製造熱交換器的方法，上述熱交換器包括熱交換管和具有供熱交換管貫通的通孔的板狀翅片，包括準備具有至少包括芯材層和構成一端面的焊料層的多層結構並包括在通孔周圍立起且以焊料層為內周面的筒狀部的多個板狀翅片，來作為板狀翅片的エ序；將多個板狀翅片插入熱交換管進行層疊，並用筒狀部覆蓋熱交換管的エ序；以及使焊料層熔融，並將多個板狀翅片焊接在熱交換管上的エ序。在這種結構中，在將熱交換管插入板狀翅片的通孔並進行層疊後，在通孔周圍立起的筒狀部覆蓋熱交換管的外周，且筒狀部的內周面由焊料層構成，因此，在將板狀翅片層疊在熱交換管上之後，一旦使筒狀部的焊料層熔融，就可將多個板狀翅片焊接在熱交換管上，此外，通過使筒狀部的焊料層發生熔融，就可利用焊料層覆蓋熱交換管的外表面，另外，覆蓋熱交換管外表面的焊料層的外側被構成板狀翅片的其它層(包括芯材層)所覆蓋。在此，準備板狀翅片的エ序能包括通過翻邊加工來形成筒狀部的エ序。此外，準備板狀翅片的エ序最好準備多個具有包括芯材層、焊料層和構成另一端面的犧牲腐蝕層的多層結構的板狀翅片。在這種結構中，覆蓋熱交換管外表面的焊料層被芯材層及犧牲腐蝕層所覆蓋，夕卜側的犧牲腐蝕層犧牲地受到腐蝕。發明效果根據本發明的熱交換器，由於熱交換管的外周被用於將板狀翅片焊接在熱交換管上的焊料層所覆蓋，此外，覆蓋熱交換管的焊料層被構成板狀翅片的其它層所覆蓋，因此，能提高熱交換管的耐腐蝕性，井能實現熱交換管的薄壁化，且能抑制焊料層的腐蝕，從而能維持板狀翅片與熱交換管的密接性。此外，根據本發明的熱交換器的製造方法，由於板狀翅片的筒狀部的內周面由焊料層構成，因此，通過使熱交換管貫通筒狀部，就能設置用於將板狀翅片焊接在熱交換管上的焊接層，通過使上述焊接層熔融，就能容易地將板狀翅片與熱交換管接合。此外，通過使焊接層熔融，熱交換管的外周被焊料層所覆蓋，藉此，可抑制熱交換管的腐蝕。另外，由於覆蓋熱交換管的焊料層被構成板狀翅片的其它層所覆蓋，因此，能抑制焊料層的腐蝕，從而能維持板狀翅片與熱交換管的密接性。


圖I是表示本發明實施方式的熱交換器的主視圖。圖2是表示本發明實施方式的熱交換管與板狀翅片的組裝狀態的局部放大立體圖。 圖3是表示本發明實施方式的板狀翅片的圖，其中，圖3 (A)是主視圖，圖3 (B)是側視圖。圖4是表示本發明實施方式的熱交換管與板狀翅片的組裝狀態的剖視圖。圖5是表示本發明實施方式的熱交換器的製造エ序的圖。圖6是表示本發明實施方式的焊接前的板狀翅片的層疊狀態的剖視圖。圖7是表示本發明實施方式的焊接後的板狀翅片的層疊狀態的剖視圖。
具體實施例方式以下，基於附圖對本發明的實施方式進行詳細說明。圖I是表示本發明ー實施方式的熱交換器I整體的主視圖，該熱交換器I能用在例如車輛用的熱泵式空調裝置等中。熱交換器I包括相對配置的ー對上水箱(上水管)2、3 ;以相互平行地空開間隔的方式配置來將上水箱2與上水箱3之間連接的多個熱交換管4 ；以橫穿多個熱交換管4的方式，相互平行並空開間隔地配置的多個板狀翅片5 ;以及設置在上述多個板狀翅片5的上端及下端的側板6、7。使用JISA1050等純鋁Al或在純鋁Al中添加少量銅Cu的材料、JISA3003等鋁Al-錳Mn類合金等，例如通過擠壓成型來形成熱交換管4。如圖2所示，熱交換管4的截面形狀形成為在與熱交換管4的延伸方向(X軸方向)正交且與板狀翅片5的延伸方向(Y軸方向)正交的方向(Z軸方向)上較長的扁平狀，並使熱交換介質流過上述內部空間。在此，也可以將內翅片插入熱交換管4的內部空間，此外，也能將熱交換管4的內部空間分隔成相互獨立的介質通路。如圖2 圖4所示，板狀翅片5形成為具有比熱交換管4在長邊方向上的寬度Wl大的寬度W2的短條狀，且長度設定為可橫穿所有熱交換管4的長度。此外，在板狀翅片5上，與熱交換器4的配置相應地在寬度方向的中央形成多個供熱交換管4貫通的通孔5a。另外，通孔5a設定為具有能進行後述焊接的範圍內的遊隙並能嵌插熱交換管4的大小。
此外，板狀翅片5 —體地設置有在通孔5a周圍立起的筒狀部5b。藉此，在使熱交換管4穿過通孔5a並使多個板狀翅片5層疊時,通過使筒狀部5b前端的環狀端面54與相鄰的板狀翅片5的通孔5a的開ロ端周緣對接，就可使板狀翅片5與熱交換管4以筒狀部5b的立起高度Hl的間隔層疊。此外，如圖4所示，板狀翅片5具有三層結構。板狀翅片5的三層結構包括在板狀翅片5與熱交換管4焊接時起到焊料作用的焊料層51 ;構成板狀翅片5的主體部分的芯材層52 ;以及通過犧牲腐蝕來抑制其它層受到腐蝕的具有犧牲防腐蝕效果的犧牲腐蝕層53，焊料層51構成板狀翅片5的一端面，犧牲腐蝕層53構成板狀翅片5的另一端面，使用焊料層51及犧牲腐蝕層53夾住芯材層52來形成板狀翅片5。焊料層51 例如由 JIS4343、JIS4032、JIS4043、JIS4045 等鋁 Al-矽 Si 類合金形成，芯材層52例如由JIS3003、JIS3203等鋁Al-錳Mn類合金形成，犧牲腐蝕層53例如由JIS7072等鋁Al-鋅Zn-鎂Mg類合金形成。
在選擇形成焊料層51、芯材層52及犧牲腐蝕層53的金屬材料時，腐蝕電位(自然電位)為「形成犧牲腐蝕層53的金屬的腐蝕電位」 く 「形成焊料層51的金屬的腐蝕電位」< 「形成芯材層52的金屬的腐蝕電位」，犧牲腐蝕層53最容易受到腐蝕，芯材層52最難受到腐蝕。此外，構成焊料層51的金屬可使用熔點比芯材層52、犧牲腐蝕層53及熱交換管4的金屬的熔點低的金屬。另外，形成焊料層51、芯材層52及犧牲腐蝕層53的金屬材料的腐蝕電位的高低(腐蝕容易度的順序)為上述順序，此外，只要是能進行焊接的金屬材料即可，不限定於例示的招合金。此外，芯材層52也可以由金屬材料不同(腐蝕電位不同)的多個層構成，因此，不必將板狀翅片5限定為三層結構，也可以是四層以上的多層結構。在由多個層來構成芯材層52的情況下，構成各層的金屬的腐蝕電位也最好比構成犧牲腐蝕層53及焊料層51的金屬的腐蝕電位高。板狀翅片5的筒狀部5b是在利用衝孔等方式形成通孔5a的下孔之後，通過進行翻邊加工(立起加工)，來與板狀翅片5—體形成的。在此，在形成筒狀部5b的翻邊加工中，設定加工方向，以使筒狀部5b的內周面由焊料層51構成，而使筒狀部5b的外周面由犧牲腐蝕層53構成。接著，通過由構成筒狀部5b內周面的焊料層51的熔融進行的焊接，就可將板狀翅片5與貫通筒狀部5b的熱交換管4接合。另外，也可以將外徑比筒狀部5b的外徑大的凸緣部與筒狀部5b的開口前端部一體形成。接著，基於圖5對上述結構的熱交換器I的製造方法進行示意說明。首先，作為最初エ序，準備板狀翅片5和上水箱2、3、熱交換管4、側板6、7等部件，其中，上述板狀翅片5包括通孔5a及筒狀部5b，並具有焊料層51、芯材層52及犧牲腐蝕層53的三層結構。在準備板狀翅片5的エ序中，包括使用衝孔等方式形成通孔5a的下孔的エ序及利用翻邊加工來形成筒狀部5b的エ序。在準備好各部件後，接著進行它們的組裝。
在組裝中，將熱交換管4插入板狀翅片5的通孔5a，並將多個板狀翅片5以筒狀部5b朝向一定方向的方式層疊在熱交換管4上。通過上述組裝，如圖6所示，多個板狀翅片5以筒狀部5b的立起高度Hl的間隔相互平行地層疊，熱交換管4的外周被多個筒狀部5b所覆蓋。在完成組裝後，將組裝體放入進行焊接的爐子中並加熱至例如600°C左右，利用上述加熱來使焊料層51熔融，並利用構成筒狀部5b內周面的焊料層51，來將板狀翅片5焊接至熱交換管4。作為構成焊料層51的金屬，使用熔點比芯材層52、犧牲腐蝕層53及熱交換管4的金屬的熔點低的金屬，在使用爐子進行加熱時，將爐內溫度設定為焊料層51熔融，但芯材層52、犧牲腐蝕層53及熱交換管4不熔融的溫度。
在上述焊接エ序前的板狀翅片5與熱交換管4的組裝體中，如圖6所示，雖然相鄰的板狀翅片5彼此在筒狀部5b抵接，但並非是相互接合的狀態，在使用爐子對組裝體進行加熱時，構成筒狀部5b內周面的焊料層51便會熔融，如圖7所示，相鄰的筒狀部5b的焊料層51相互一體化，構成筒狀部5b的內周面的焊料層51連續地覆蓋熱交換管4的外周。此外，由於在加熱組裝體時，在筒狀部5b前端的環狀端面54與相鄰的板狀翅片5的焊料層51的抵接部分，焊料層51熔融，因此，可填埋上述抵接部分的間隙。根據上述熱交換器1，由於多個板狀翅片5的焊料層51連續地覆蓋熱交換管4的外周，因此，能抑制冷凝水附著在熱交換管4的外表面上而使其發生腐蝕，即便減薄熱交換管4的壁厚，也能防止熱交換介質洩漏。此外，通過減薄熱交換管4的壁厚，能提高熱交換性能。此外，在將板狀翅片5焊接在熱交換管4上的焊料層51的外側層疊有芯材層52及犧牲腐蝕層53，最外側的犧牲腐蝕層53犧牲地受到腐蝕，就可抑制芯材層52及焊料層51的腐蝕。此外，由於筒狀部5b前端的環狀端面54與相鄰的板狀翅片5的焊料層51的抵接部分的間隙因焊料層51的熔融而被填埋，因此，能抑制冷凝水從上述抵接部分朝覆蓋熱交換管4外周的焊料層51浸入。因此，能防止將板狀翅片5焊接在熱交換管4上的焊料層51受到腐蝕，而使板狀翅片5與熱交換管4的密接性降低。此外，在相對於熱交換管4層疊的層疊狀態下，由於在焊料層51及犧牲腐蝕層53所露出的部分,犧牲腐蝕層53犧牲地受到腐蝕，接著焊料層51犧牲地受到腐蝕，因此，能抑制芯材層52的腐蝕。因此，在將上述熱交換器I用在例如日本專利特開平8-020234號公報所公開的車輛用的熱泵式空調裝置的情況下，即便由利用熱交換器I吸熱的制熱運轉所產生的冷凝水附著在熱交換器I上，也能抑制熱交換管4及板狀翅片5的芯材層52的腐蝕，且能維持熱交換管4與板狀翅片5的密接性，能長時間地維持熱交換性能。此外，根據上述熱交換器1，由於在焊接前，熱交換管4也對板狀翅片5進行保持，因此，不需要焊接夾具，就可容易地進行焊接作業。另外，在使用波形的翅片(波紋管)的熱交換器的情況下，冷凝水有時會積存在波形翅片的谷部，而使腐蝕進行，但若是使用上述板狀翅片5的熱交換器1，則冷凝水的排水性就很好，藉此，也能抑制腐蝕進行。此外，如上所述，若將形成熱交換管4及板狀翅片5的各層的金屬統ー為鋁類的金屬(鋁Al或鋁合金)，則在進行用於焊接的加熱時，它們受到同等程度地熱膨脹，從而能抑制產生應力集中。此外，不需要為了提高熱交換管4的耐腐蝕性，而在擠壓成型而成的熱交換管4的外表面上通過噴鍍等方式形成Zn保護膜，可實現熱交換器I的成本降低。另外，在上述實施方式中，板狀翅片5的一端面由焊料層51構成，另一端面由犧牲腐蝕層53構成，但作為構成芯材層52的金屬，也可以使用腐蝕電位(自然電位)高到即便不設置犧牲腐蝕層53也能具有足夠耐腐蝕性的程度的金屬(例如腐蝕電位比Al-Mn類合金更高的金屬)，來將板狀翅片5形成為焊料層51和芯材層52的兩層結構。在這種情況下，板狀翅片5的一端面由焊料層51構成，另一端面由芯材層52構成，並通過用焊料層51構成筒狀部5b的內周面，就可實現與上述實施方式大致相同的作用及效果。
此外，在上述實施方式中，將熱交換管4的截面形狀形成為扁平狀，但也可以是使用截面形狀為大致圓形的熱交換管4的熱交換器I，在這種情況下，只要將通孔5a形成為圓孔，將筒狀部5b形成為圓筒形狀即可，熱交換管4的截面形狀並不限定為扁平狀。此外，也可以將塑料或陶瓷等非腐蝕性材料覆蓋在板狀翅片5的周緣上，此外，在板狀翅片5的周緣上，也可以設置犧牲腐蝕層53和焊料層51重疊的部分。此外，板狀翅片5不需要整個面是平板狀，例如，也可以設置構成沿供冷凝水排水的上下方向(Y軸方向)延伸的槽的彎曲部。(符號說明)I熱交換器2、3上水箱4熱交換管5板狀翅片5a 通孔5b筒狀部51焊料層52芯材層53犧牲腐蝕層ehd
權利要求
1.一種熱交換器，包括熱交換管和具有供所述熱交換管貫通的通孔的板狀翅片，其特徵在於， 所述板狀翅片具有至少包括芯材層和構成一端面的焊料層的多層結構，並且包括在所述通孔周圍立起且以所述焊料層為內周面的筒狀部， 通過利用所述焊料層進行焊接，來將層疊在所述熱交換管上的多個所述板狀翅片與所述熱交換管接合。
2.如權利要求I所述的熱交換器，其特徵在於，所述板狀翅片具有包括所述芯材層、所述焊料層和構成另一端面的犧牲腐蝕層的多層結構。
3.如權利要求2所述的熱交換器，其特徵在於，在構成所述板狀翅片的所述芯材層、所述焊料層、所述犧牲腐蝕層中，形成所述犧牲腐蝕層的金屬的腐蝕電位最低，形成所述芯材層的金屬的腐蝕電位最高。
4.如權利要求2所述的熱交換器，其特徵在於，所述犧牲腐蝕層由鋁Al-鋅Zn-鎂Mg類合金形成。
5.如權利要求I所述的熱交換器，其特徵在於，所述芯材層由鋁Al-錳Mn類合金形成。
6.如權利要求I所述的熱交換器，其特徵在於，所述焊料層由鋁Al-矽Si類合金形成。
7.如權利要求I所述的熱交換器，其特徵在於，所述熱交換管由鋁Al形成。
8.如權利要求I所述的熱交換器，其特徵在於，所述熱交換管由添加有銅Cu的鋁Al形成。
9.如權利要求I所述的熱交換器，其特徵在於，所述熱交換管由鋁Al-錳Mn類合金形成。
10.如權利要求I所述的熱交換器，其特徵在於，所述熱交換管的截面形狀是扁平的。
11.一種製造熱交換器的方法，所述熱交換器包括熱交換管和具有供所述熱交換管貫通的通孔的板狀翅片，其特徵在於，包括 準備具有至少包括芯材層和構成一端面的焊料層的多層結構並包括在所述通孔周圍立起且以所述焊料層為內周面的筒狀部的多個板狀翅片，來作為所述板狀翅片的工序；將多個所述板狀翅片插入所述熱交換管進行層疊，並用所述筒狀部覆蓋所述熱交換管的工序；以及 使所述焊料層熔融，並將多個所述板狀翅片焊接在所述熱交換管上的工序。
12.如權利要求11所述的熱交換器的製造方法，其特徵在於， 準備所述板狀翅片的工序包括通過翻邊加工來形成所述筒狀部的工序。
13.如權利要求11所述的熱交換器的製造方法，其特徵在於，在準備所述板狀翅片的工序中，準備多個具有包括所述芯材層、所述焊料層和構成另一端面的犧牲腐蝕層的多層結構的板狀翅片。
全文摘要
本發明涉及熱交換器及熱交換器的製造方法，不僅能實現熱交換管的防腐蝕，而且能維持翅片與熱交換管的密接性。熱交換器包括熱交換管(4)和具有供熱交換管(4)貫通的通孔(5a)的板狀翅片(5)，板狀翅片(5)具有包括由Al-Mn類合金形成的芯材層(52)、構成一端面的由Al-Si類合金形成的焊料層(51)及構成另一端面的由Al-Zn-Mg類合金形成的犧牲腐蝕層(53)的三層結構，並且包括在通孔(5a)周圍立起且以焊料層(51)為內周面的筒狀部(5b)。另外，通過利用焊料層(51)熔融進行的焊接，來將在熱交換管(4)上層疊多個的板狀翅片(5)與熱交換管(4)接合。
文檔編號F28F19/00GK102859311SQ201180021320
公開日2013年1月2日 申請日期2011年4月15日 優先權日2010年4月27日
發明者飯野祐介, 松元雄一 申請人:三電有限公司