CN102859311A - 热交换器及热交换器的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热交换器及热交换器的制造方法，不仅能实现热交换管的防腐蚀，而且能维持翅片与热交换管的密接性。热交换器包括热交换管（4）和具有供热交换管（4）贯通的通孔（5a）的板状翅片（5），板状翅片（5）具有包括由Al-Mn类合金形成的芯材层（52）、构成一端面的由Al-Si类合金形成的焊料层（51）及构成另一端面的由Al-Zn-Mg类合金形成的牺牲腐蚀层（53）的三层结构，并且包括在通孔（5a）周围立起且以焊料层（51）为内周面的筒状部（5b）。另外，通过利用焊料层（51）熔融进行的焊接，来将在热交换管（4）上层叠多个的板状翅片（5）与热交换管（4）接合。

Description

热交换器及热交换器的制造方法

技术领域

本发明涉及一种包括热交换管和具有供上述热交换管贯通的通孔的多个板状翅片的热交换器及上述热交换器的制造方法。

背景技术

以往，已知有一种热交换器，在该热交换器中，在板状翅片上形成有供热交换管贯通的通孔，并设置有在通孔周围立起的筒状部，在热交换管上层叠多个上述板状翅片后，通过扩大热交换管的直径来使板状翅片的筒状部和热交换管紧密接触，然后通过在上述筒状部外侧设置牺牲腐蚀层，来抑制与热交换管连接的筒状部的内侧层的腐蚀（参照专利文献1）。

此外，作为提高热交换管的耐腐蚀性的技术，在铝合金制的热交换管的外表面上形成包括含硅Si粉和锌Zn的焊剂的焊剂层，使用上述热交换管夹住波形的翅片（波纹片）来组装，并对该组装体进行加热，藉此来将翅片焊接在热交换管上，在进行上述焊接时，焊剂中的锌Zn扩散在焊液中并在热交换管的表面扩散，利用在热交换管表面上扩散的锌Zn的牺牲腐蚀效果，来提高热交换管的耐腐蚀性（参照专利文献2）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2009－250510号公报

专利文献2：日本专利特开2009－249728号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

但是，像专利文献1这样，使具有在通孔周围立起的筒状部的板状翅片层叠，并通过扩大热交换管的直径来使板状翅片的筒状部和热交换管紧密接触的情况下，例如从相邻的筒状部间的间隙等进入的冷凝水有时会附着在热交换管的表面，即便将热交换管与和热交换管紧密接触的筒状部的内侧层之间的腐蚀电位的差（自然电位的差）设定得较大，也无法充分防止热交换管的腐蚀，此外，有可能降低热交换管与板状翅片的密接性。

此外，像专利文献2这样，若使用牺牲腐蚀层来覆盖热交换管的表面，则虽然外侧的牺牲腐蚀层受到牺牲地腐蚀能抑制内侧的热交换管的腐蚀，但由于翅片经由牺牲腐蚀层而与热交换管接合，因此，一旦牺牲腐蚀层受到腐蚀，则存在翅片脱落或翅片与热交换管的密接性降低这样的问题。

因此，本发明的目的在于提供一种不仅可实现热交换管的防腐蚀，还能维持翅片与热交换管的密接性的热交换器及上述热交换器的制造方法。

解决技术问题所采用的技术方案

为实现上述目的，本发明的热交换器包括热交换管和具有供热交换管贯通的通孔的板状翅片，板状翅片具有至少包括芯材层和构成一端面的焊料层的多层结构，并且包括在通孔周围立起且以焊料层为内周面的筒状部，通过利用焊料层进行焊接，来将层叠在热交换管上的多个板状翅片与热交换管接合。

在这种结构中，由于板状翅片的筒状部的内周面由焊料层构成，利用该焊料层将板状翅片焊接在热交换管上，因此，使用焊料层来覆盖热交换管的外表面，此外，覆盖热交换管的外表面的焊料层由构成板状翅片的其它层（包括芯材层）覆盖。

在此，较为理想的是，板状翅片具有包括芯材层、焊料层和构成另一端面的牺牲腐蚀层的多层结构。

在这种结构中，覆盖热交换管的外表面的焊料层被芯材层及牺牲腐蚀层所覆盖，外侧的牺牲腐蚀层牺牲地受到腐蚀。

此外，在构成板状翅片的芯材层、焊料层、牺牲腐蚀层中，最好是形成牺牲腐蚀层的金属的腐蚀电位最低，形成芯材层的金属的腐蚀电位最高。

在这种结构中，由于形成牺牲腐蚀层的金属的腐蚀电位（自然电位）最低，因此，牺牲腐蚀层最容易受到腐蚀，由于形成芯材层的金属的腐蚀电位（自然电位）最高，因此，芯材层最难受到腐蚀，紧接着牺牲腐蚀层，焊料层牺牲地受到腐蚀，来抑制芯材层的腐蚀。

此外，可以由铝Al-锌Zn-镁Mg类合金来形成牺牲腐蚀层，由铝Al-锰Mn类合金来形成芯材层，由铝Al-硅Si类合金来形成焊料层，并由铝Al来形成热交换管，此外，也可以由添加了铜Cu的铝Al或铝Al-锰Mn类合金来形成热交换管。

此外，能将上述热交换管的截面形状形成为扁平状。

在这种结构中，利用焊接，将板状翅片与通过扩管而使板状翅片固定及密接是困难的、截面形状为扁平状的热交换管接合。

另一方面，本申请发明的热交换器的制造方法是用于制造热交换器的方法，上述热交换器包括热交换管和具有供热交换管贯通的通孔的板状翅片，包括：准备具有至少包括芯材层和构成一端面的焊料层的多层结构并包括在通孔周围立起且以焊料层为内周面的筒状部的多个板状翅片，来作为板状翅片的工序；将多个板状翅片插入热交换管进行层叠，并用筒状部覆盖热交换管的工序；以及使焊料层熔融，并将多个板状翅片焊接在热交换管上的工序。

在这种结构中，在将热交换管插入板状翅片的通孔并进行层叠后，在通孔周围立起的筒状部覆盖热交换管的外周，且筒状部的内周面由焊料层构成，因此，在将板状翅片层叠在热交换管上之后，一旦使筒状部的焊料层熔融，就可将多个板状翅片焊接在热交换管上，此外，通过使筒状部的焊料层发生熔融，就可利用焊料层覆盖热交换管的外表面，另外，覆盖热交换管外表面的焊料层的外侧被构成板状翅片的其它层（包括芯材层）所覆盖。

在此，准备板状翅片的工序能包括通过翻边加工来形成筒状部的工序。

此外，准备板状翅片的工序最好准备多个具有包括芯材层、焊料层和构成另一端面的牺牲腐蚀层的多层结构的板状翅片。

在这种结构中，覆盖热交换管外表面的焊料层被芯材层及牺牲腐蚀层所覆盖，外侧的牺牲腐蚀层牺牲地受到腐蚀。

发明效果

根据本发明的热交换器，由于热交换管的外周被用于将板状翅片焊接在热交换管上的焊料层所覆盖，此外，覆盖热交换管的焊料层被构成板状翅片的其它层所覆盖，因此，能提高热交换管的耐腐蚀性，并能实现热交换管的薄壁化，且能抑制焊料层的腐蚀，从而能维持板状翅片与热交换管的密接性。

此外，根据本发明的热交换器的制造方法，由于板状翅片的筒状部的内周面由焊料层构成，因此，通过使热交换管贯通筒状部，就能设置用于将板状翅片焊接在热交换管上的焊接层，通过使上述焊接层熔融，就能容易地将板状翅片与热交换管接合。此外，通过使焊接层熔融，热交换管的外周被焊料层所覆盖，藉此，可抑制热交换管的腐蚀。另外，由于覆盖热交换管的焊料层被构成板状翅片的其它层所覆盖，因此，能抑制焊料层的腐蚀，从而能维持板状翅片与热交换管的密接性。

附图说明

图1是表示本发明实施方式的热交换器的主视图。

图2是表示本发明实施方式的热交换管与板状翅片的组装状态的局部放大立体图。

图3是表示本发明实施方式的板状翅片的图，其中，图3（A）是主视图，图3（B）是侧视图。

图4是表示本发明实施方式的热交换管与板状翅片的组装状态的剖视图。

图5是表示本发明实施方式的热交换器的制造工序的图。

图6是表示本发明实施方式的焊接前的板状翅片的层叠状态的剖视图。

图7是表示本发明实施方式的焊接后的板状翅片的层叠状态的剖视图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式进行详细说明。

图1是表示本发明一实施方式的热交换器1整体的主视图，该热交换器1能用在例如车辆用的热泵式空调装置等中。

热交换器1包括：相对配置的一对上水箱（上水管）2、3；以相互平行地空开间隔的方式配置来将上水箱2与上水箱3之间连接的多个热交换管4；以横穿多个热交换管4的方式，相互平行并空开间隔地配置的多个板状翅片5；以及设置在上述多个板状翅片5的上端及下端的侧板6、7。

使用JISA1050等纯铝Al或在纯铝Al中添加少量铜Cu的材料、JISA3003等铝Al-锰Mn类合金等，例如通过挤压成型来形成热交换管4。如图2所示，热交换管4的截面形状形成为在与热交换管4的延伸方向（X轴方向）正交且与板状翅片5的延伸方向（Y轴方向）正交的方向（Z轴方向）上较长的扁平状，并使热交换介质流过上述内部空间。

在此，也可以将内翅片插入热交换管4的内部空间，此外，也能将热交换管4的内部空间分隔成相互独立的介质通路。

如图2～图4所示，板状翅片5形成为具有比热交换管4在长边方向上的宽度W1大的宽度W2的短条状，且长度设定为可横穿所有热交换管4的长度。

此外，在板状翅片5上，与热交换器4的配置相应地在宽度方向的中央形成多个供热交换管4贯通的通孔5a。另外，通孔5a设定为具有能进行后述焊接的范围内的游隙并能嵌插热交换管4的大小。

此外，板状翅片5一体地设置有在通孔5a周围立起的筒状部5b。藉此，在使热交换管4穿过通孔5a并使多个板状翅片5层叠时，通过使筒状部5b前端的环状端面54与相邻的板状翅片5的通孔5a的开口端周缘对接，就可使板状翅片5与热交换管4以筒状部5b的立起高度H1的间隔层叠。

此外，如图4所示，板状翅片5具有三层结构。板状翅片5的三层结构包括：在板状翅片5与热交换管4焊接时起到焊料作用的焊料层51；构成板状翅片5的主体部分的芯材层52；以及通过牺牲腐蚀来抑制其它层受到腐蚀的具有牺牲防腐蚀效果的牺牲腐蚀层53，焊料层51构成板状翅片5的一端面，牺牲腐蚀层53构成板状翅片5的另一端面，使用焊料层51及牺牲腐蚀层53夹住芯材层52来形成板状翅片5。

焊料层51例如由JIS4343、JIS4032、JIS4043、JIS4045等铝Al-硅Si类合金形成，芯材层52例如由JIS3003、JIS3203等铝Al-锰Mn类合金形成，牺牲腐蚀层53例如由JIS7072等铝Al-锌Zn-镁Mg类合金形成。

在选择形成焊料层51、芯材层52及牺牲腐蚀层53的金属材料时，腐蚀电位（自然电位）为“形成牺牲腐蚀层53的金属的腐蚀电位”＜“形成焊料层51的金属的腐蚀电位”＜“形成芯材层52的金属的腐蚀电位”，牺牲腐蚀层53最容易受到腐蚀，芯材层52最难受到腐蚀。

此外，构成焊料层51的金属可使用熔点比芯材层52、牺牲腐蚀层53及热交换管4的金属的熔点低的金属。

另外，形成焊料层51、芯材层52及牺牲腐蚀层53的金属材料的腐蚀电位的高低（腐蚀容易度的顺序）为上述顺序，此外，只要是能进行焊接的金属材料即可，不限定于例示的铝合金。

此外，芯材层52也可以由金属材料不同（腐蚀电位不同）的多个层构成，因此，不必将板状翅片5限定为三层结构，也可以是四层以上的多层结构。在由多个层来构成芯材层52的情况下，构成各层的金属的腐蚀电位也最好比构成牺牲腐蚀层53及焊料层51的金属的腐蚀电位高。

板状翅片5的筒状部5b是在利用冲孔等方式形成通孔5a的下孔之后，通过进行翻边加工（立起加工），来与板状翅片5一体形成的。在此，在形成筒状部5b的翻边加工中，设定加工方向，以使筒状部5b的内周面由焊料层51构成，而使筒状部5b的外周面由牺牲腐蚀层53构成。接着，通过由构成筒状部5b内周面的焊料层51的熔融进行的焊接，就可将板状翅片5与贯通筒状部5b的热交换管4接合。

另外，也可以将外径比筒状部5b的外径大的凸缘部与筒状部5b的开口前端部一体形成。

接着，基于图5对上述结构的热交换器1的制造方法进行示意说明。

首先，作为最初工序，准备板状翅片5和上水箱2、3、热交换管4、侧板6、7等部件，其中，上述板状翅片5包括通孔5a及筒状部5b，并具有焊料层51、芯材层52及牺牲腐蚀层53的三层结构。

在准备板状翅片5的工序中，包括使用冲孔等方式形成通孔5a的下孔的工序及利用翻边加工来形成筒状部5b的工序。

在准备好各部件后，接着进行它们的组装。

在组装中，将热交换管4插入板状翅片5的通孔5a，并将多个板状翅片5以筒状部5b朝向一定方向的方式层叠在热交换管4上。通过上述组装，如图6所示，多个板状翅片5以筒状部5b的立起高度H1的间隔相互平行地层叠，热交换管4的外周被多个筒状部5b所覆盖。

在完成组装后，将组装体放入进行焊接的炉子中并加热至例如600℃左右，利用上述加热来使焊料层51熔融，并利用构成筒状部5b内周面的焊料层51，来将板状翅片5焊接至热交换管4。

作为构成焊料层51的金属，使用熔点比芯材层52、牺牲腐蚀层53及热交换管4的金属的熔点低的金属，在使用炉子进行加热时，将炉内温度设定为焊料层51熔融，但芯材层52、牺牲腐蚀层53及热交换管4不熔融的温度。

在上述焊接工序前的板状翅片5与热交换管4的组装体中，如图6所示，虽然相邻的板状翅片5彼此在筒状部5b抵接，但并非是相互接合的状态，在使用炉子对组装体进行加热时，构成筒状部5b内周面的焊料层51便会熔融，如图7所示，相邻的筒状部5b的焊料层51相互一体化，构成筒状部5b的内周面的焊料层51连续地覆盖热交换管4的外周。

此外，由于在加热组装体时，在筒状部5b前端的环状端面54与相邻的板状翅片5的焊料层51的抵接部分，焊料层51熔融，因此，可填埋上述抵接部分的间隙。

根据上述热交换器1，由于多个板状翅片5的焊料层51连续地覆盖热交换管4的外周，因此，能抑制冷凝水附着在热交换管4的外表面上而使其发生腐蚀，即便减薄热交换管4的壁厚，也能防止热交换介质泄漏。此外，通过减薄热交换管4的壁厚，能提高热交换性能。

此外，在将板状翅片5焊接在热交换管4上的焊料层51的外侧层叠有芯材层52及牺牲腐蚀层53，最外侧的牺牲腐蚀层53牺牲地受到腐蚀，就可抑制芯材层52及焊料层51的腐蚀。

此外，由于筒状部5b前端的环状端面54与相邻的板状翅片5的焊料层51的抵接部分的间隙因焊料层51的熔融而被填埋，因此，能抑制冷凝水从上述抵接部分朝覆盖热交换管4外周的焊料层51浸入。

因此，能防止将板状翅片5焊接在热交换管4上的焊料层51受到腐蚀，而使板状翅片5与热交换管4的密接性降低。

此外，在相对于热交换管4层叠的层叠状态下，由于在焊料层51及牺牲腐蚀层53所露出的部分，牺牲腐蚀层53牺牲地受到腐蚀，接着焊料层51牺牲地受到腐蚀，因此，能抑制芯材层52的腐蚀。

因此，在将上述热交换器1用在例如日本专利特开平8-020234号公报所公开的车辆用的热泵式空调装置的情况下，即便由利用热交换器1吸热的制热运转所产生的冷凝水附着在热交换器1上，也能抑制热交换管4及板状翅片5的芯材层52的腐蚀，且能维持热交换管4与板状翅片5的密接性，能长时间地维持热交换性能。

此外，根据上述热交换器1，由于在焊接前，热交换管4也对板状翅片5进行保持，因此，不需要焊接夹具，就可容易地进行焊接作业。

另外，在使用波形的翅片（波纹管）的热交换器的情况下，冷凝水有时会积存在波形翅片的谷部，而使腐蚀进行，但若是使用上述板状翅片5的热交换器1，则冷凝水的排水性就很好，藉此，也能抑制腐蚀进行。

此外，如上所述，若将形成热交换管4及板状翅片5的各层的金属统一为铝类的金属（铝Al或铝合金），则在进行用于焊接的加热时，它们受到同等程度地热膨胀，从而能抑制产生应力集中。

此外，不需要为了提高热交换管4的耐腐蚀性，而在挤压成型而成的热交换管4的外表面上通过喷镀等方式形成Zn保护膜，可实现热交换器1的成本降低。

另外，在上述实施方式中，板状翅片5的一端面由焊料层51构成，另一端面由牺牲腐蚀层53构成，但作为构成芯材层52的金属，也可以使用腐蚀电位（自然电位）高到即便不设置牺牲腐蚀层53也能具有足够耐腐蚀性的程度的金属（例如腐蚀电位比Al-Mn类合金更高的金属），来将板状翅片5形成为焊料层51和芯材层52的两层结构。在这种情况下，板状翅片5的一端面由焊料层51构成，另一端面由芯材层52构成，并通过用焊料层51构成筒状部5b的内周面，就可实现与上述实施方式大致相同的作用及效果。

此外，在上述实施方式中，将热交换管4的截面形状形成为扁平状，但也可以是使用截面形状为大致圆形的热交换管4的热交换器1，在这种情况下，只要将通孔5a形成为圆孔，将筒状部5b形成为圆筒形状即可，热交换管4的截面形状并不限定为扁平状。

此外，也可以将塑料或陶瓷等非腐蚀性材料覆盖在板状翅片5的周缘上，此外，在板状翅片5的周缘上，也可以设置牺牲腐蚀层53和焊料层51重叠的部分。

此外，板状翅片5不需要整个面是平板状，例如，也可以设置构成沿供冷凝水排水的上下方向（Y轴方向）延伸的槽的弯曲部。

(符号说明)

1 热交换器

2、3 上水箱

4 热交换管

5 板状翅片

5a 通孔

5b 筒状部

51 焊料层

52 芯材层

53 牺牲腐蚀层

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Claims (13)

1.一种热交换器，包括热交换管和具有供所述热交换管贯通的通孔的板状翅片，其特征在于，

所述板状翅片具有至少包括芯材层和构成一端面的焊料层的多层结构，并且包括在所述通孔周围立起且以所述焊料层为内周面的筒状部，

通过利用所述焊料层进行焊接，来将层叠在所述热交换管上的多个所述板状翅片与所述热交换管接合。

2.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述板状翅片具有包括所述芯材层、所述焊料层和构成另一端面的牺牲腐蚀层的多层结构。

3.如权利要求2所述的热交换器，其特征在于，在构成所述板状翅片的所述芯材层、所述焊料层、所述牺牲腐蚀层中，形成所述牺牲腐蚀层的金属的腐蚀电位最低，形成所述芯材层的金属的腐蚀电位最高。

4.如权利要求2所述的热交换器，其特征在于，所述牺牲腐蚀层由铝Al-锌Zn-镁Mg类合金形成。

5.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述芯材层由铝Al-锰Mn类合金形成。

6.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述焊料层由铝Al-硅Si类合金形成。

7.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述热交换管由铝Al形成。

8.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述热交换管由添加有铜Cu的铝Al形成。

9.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述热交换管由铝Al-锰Mn类合金形成。

10.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述热交换管的截面形状是扁平的。

11.一种制造热交换器的方法，所述热交换器包括热交换管和具有供所述热交换管贯通的通孔的板状翅片，其特征在于，包括：

准备具有至少包括芯材层和构成一端面的焊料层的多层结构并包括在所述通孔周围立起且以所述焊料层为内周面的筒状部的多个板状翅片，来作为所述板状翅片的工序；

将多个所述板状翅片插入所述热交换管进行层叠，并用所述筒状部覆盖所述热交换管的工序；以及

使所述焊料层熔融，并将多个所述板状翅片焊接在所述热交换管上的工序。

12.如权利要求11所述的热交换器的制造方法，其特征在于，

准备所述板状翅片的工序包括通过翻边加工来形成所述筒状部的工序。

13.如权利要求11所述的热交换器的制造方法，其特征在于，在准备所述板状翅片的工序中，准备多个具有包括所述芯材层、所述焊料层和构成另一端面的牺牲腐蚀层的多层结构的板状翅片。

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