CN206662458U - 钎焊的热交换器和包括冷凝器的空调系统 - Google Patents

钎焊的热交换器和包括冷凝器的空调系统 Download PDF

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Abstract

钎焊的热交换器，例如用于空调系统中的热交换器，优选用作冷凝器，其包括在一对集管之间延伸的扁平管和设置在所述扁平管之间的翅片。这些部件由铝合金制成，并且使用AlSi钎焊合金钎焊在一起。在钎焊之前，所述铝合金具有不大于0.5％的锌含量，并且来自所述铝合金的锌扩散到钎焊接头中，以产生平均锌含量不大于0.1％的钎焊接头。

Description

钎焊的热交换器和包括冷凝器的空调系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年8月7日提交的申请号为10 2014 011745的德国专利申请的优先权，并且该德国专利申请的全部内容通过引用合并于此。
技术领域
本发明涉及一种用于在机动车辆的空调系统使用的钎焊的热交换器，该钎焊的热交换器具有块，所述块由管和翅片组成，冷却剂流过所述管，诸如冷空气流过所述翅片。
背景技术
DE 10 2006 062 793 B4公开了一种用于制造钎焊的热交换器的方法。在引言中提到的钎焊的热交换器的物理特征从其本身也是已知的。然而，该热交换器用作冷却传动机构的冷却液体散热器。
由铝板带生产的用于冷凝器的扁平管是已知的，例如由DE 10 2006 054 814 B4可知。
还存在空调系统中使用的钎焊热交换器，其具有挤出的扁平管。出于技术原因，这种类型的扁平管不具有以钎焊镀层形式存在的钎焊涂层或层。在这些热交换器中，钎焊层通常位于翅片上。挤出的管通常还具有更大的壁厚(>0.25mm)，因此热交换器的重量大。虽然目前已经可以通过挤出制造具有非常薄的壁的管，但由于相关的高技术费用、较低的生产速度等，这些管仍然存在显著的成本因素。
已经确定的是，存在于空调回路中并与制冷剂接触的钎焊热交换器，例如冷凝器、气体冷却器或蒸发器，特别容易受到腐蚀。其原因是，例如，其布置在机动车辆的前部，而且在于它们在一年的较冷时间中几乎不使用，因此不能变热和适当干燥，即它们通常保持潮湿。易受腐蚀性主要影响翅片，但最重要的是翅片和管之间以及管端部和集管之间的钎焊接头。
有利并且已知的是，以使得翅片首先腐蚀的方式协调热交换器的连接部件的电化学腐蚀电位，因为翅片的腐蚀不直接导致泄漏。此外，管和集管因此以电化学的方式受到保护。反过来，至少在有效的热传递方面，翅片-管连接处的过快的腐蚀是不期望的，因为不良的或甚至破裂的钎焊连接仅传递很少的热量，甚至翅片的相对大的粘合部分可能从热交换器脱离。此外，如果导电钎焊连接处不再以所需程度存在，则电化学保护机理无法起到所期望程度的作用。
在实践中，通常在冷凝器、气体冷却器或蒸发器的翅片中提供约 1.5％的锌(Zn)含量(按重量计)，偶尔也存在Zn含量高达2.5％的情况。
DE 60 200 818 T2描述了用于制造热交换器的方法，其强调了作为铝合金的成分的锌的显著的积极作用。
DE 10 2004 048 954 A1描述了另一种用于制造热交换器的方法，特别是冷凝器。这里，使用了含有大量锌的钎焊材料。
DE 19 515 909 C2提出了一种用于由铝部件组成的钎焊的热交换器的锌钎焊方法，其中将钎焊剂混合到锌池中。热交换器可以浸入到池中或可以用混合物喷涂。所生产的热交换器可能是在空调系统中可以找到的那些。
另外的现有技术由DE 20 2011 101 606 U1变得显而易见。在所述文献中，存在于涂层中的锌被认为在提高耐腐蚀性方面是有利的。
例如，DE 69 818 448 T2公开了铝-锂合金，与所提到的四个出版物相比，其基本上不含锌。在所述文献中假设锌对AlLi合金的机械性能具有不利的影响。
发明内容
本发明的目的是改善钎焊的热交换器的腐蚀行为并为其提供有利的制造方法。
此目的通过一种空调系统(例如本文所述的冷凝器)中的专用的或至少非常优选使用的钎焊的热交换器来实现。详细说明了根据本发明的一些实施例的制造方法。
根据本发明的一些实施例的热交换器由涉及锌含量改进的铝合金组成。除了技术上不可避免的含锌杂质外，Zn含量实际上应为零。与现有技术相比不存在的Zn含量优选被纯铝代替。
翅片优选由改性的AA 3003或3103组成——在一些情况下也由AA 1000组组成。翅片的厚度在30和100μm之间的范围内。
AlSi钎焊涂层或层优选来自AA 4000合金组，优选来自改性的AA 4343或AA 4045。
管，优选扁平管，由来自AA 3XXX组的所谓的长寿命铝合金(即铝 -锰合金)组成。扁平管的优选壁厚为0.20mm或更小，但可以在0.20mm 和0.45mm之间。
类似地，集管由来自AA 3XXX组的长寿命铝合金(即铝-锰合金) 组成。它们优选具有在大约0.5-2.0mm范围内的壁厚。
长寿命铝合金是改进/开发的合金，优选来自AA 3003或AA 3103类，其中，从钎焊之前的限定材料的状态，在钎焊过程中通过硅扩散形成表面层，所述表面层由密集分布的沉淀物组成并且使得表面层在电化学方面比不受Si扩散影响的芯层更不具有惰性，因此所述表面层被牺牲，因此更好地保护芯层。表面层的穿透深度或厚度可以通过Si含量来确定。钎焊过程的持续时间和温度也对穿透深度有影响。相对长的钎焊持续时间导致更深的穿透深度。在AlSi钎焊层中的6.8-12％的Si含量是合适的数量级。硅稍微降低AlSi钎焊层的熔点。钎焊层在下面的铝层之前熔化。
本发明人已经确定，锌(Zn)的存在是过快腐蚀的原因，因此力图实现组件对Zn的最大可能的清除。
还已经发现，有意地添加到合金中或以合金杂质的形式存在的锌局部地富集在钎焊操作过程中不期望的区域中。锌扩散到这些区域中。此外，有意的并且存在于在钎焊炉中进行的钎焊操作过程中的钎焊流导致Zn扩散到这些区域中。这种性质的区域在钎焊连接接头内。因此，这些区域遭受的腐蚀比应该发生的腐蚀更快。为了减缓腐蚀过程，在根据本发明的钎焊后，钎焊接头中存在的平均Zn富集不超过0.1％。根据本发明的制造方法涉及此。
最大的Zn含量为0.1％，如所提到的，0.1％表示平均值。在实践中，富集不具有均匀的分布。在钎焊接头中存在具有相对高的Zn浓度的局部区域。在现有技术中，一些区域中的Zn浓度如此之高，以至于它们构成了腐蚀的起点。本发明在很大程度上避免了这一点。
根据本发明的实施例成功地满足了用于冷凝器的最新腐蚀试验的要求，所述试验为55天SWAAT试验(海水乙酸试验)；迄今为止这甚至还没有用市售的冷凝器实现过。管-翅片钎焊连接处的完整性得到了特定程度的改善。
所提出的热交换器在翅片、管和集管之间的电化学电位方面已经很好地得到了平衡。如上所述，在钎焊前每种组分包含小于或不大于0.05％的锌。由于在钎焊过程中形成的钎焊连接接头也仅具有平均锌含量的最大值0.1％，由于它们具有更令人满意的电化学正电位，不容易导致它们出现这种快速腐蚀。
附图说明
在下文中，将参照所附的三张图在示例性实施例中描述本发明。
图1是根据本发明的实施例的热交换器在钎焊之前精选的部件的简化的局部横截面图。
图2与图1相同，但是钎焊后。
图3是通过图2的热交换器的钎焊接头的材料结构的示意图。
具体实施方式
在详细解释本发明的任何实施例之前，要理解的是，本发明并不将其应用限制为以下描述中所列举的或者附图所示的构建细节及部件安排。本发明可以有其它实施例并且能够以多种方式实现或执行。同样要理解的是，本文使用的措辞和术语是用于描述的目的，而不应被视为限制。在本文中，“包括”、“包含”或“具有”及其变体的使用意在囊括其后列出的项目及其等同物以及额外的项目。除非以其它方式指明或限定，术语“安装”、“连接”、“支撑”和“联接”及其变体以广义的方式使用，并且囊括直接和间接安装、连接、支撑和联接。另外，“连接”和“联接”不限于物理或机械连接或联接。
图1以沿着扁平管1的两个窄侧面之一的横截面示出了热交换器的单管1(其特别是扁平管)的部分，其在顶部和底部具有布置在两个宽侧面1a、1b上的两个翅片2。图1还仅示出了两个管端部中的一个1c，其位于集管3(仅部分地且以部分横截面示出)中的开口30中。第二集管 3以相同的方式位于另一扁平管端部1c(未示出)。图2示出了大致相同的图像，但是在钎焊炉中的CAB钎焊操作结束之后，或者在形成相应的钎焊接头10之后。图3以纯粹抽象形式示出了来自钎焊接头10的横截面的截面，其包括在钎焊期间形成的并且分别具有相对高的Zn浓度和相对低的Zn浓度的区域11、12。
扁平管1和翅片2形成了块，其由交替的扁平管1和翅片2组成，其中扁平管1接合到翅片2。扁平管1的相对的管端部1c位于集管3中的开口30中，其垂直于扁平管1延伸。
钎焊的热交换器打算用于机动车辆中的空调系统，优选地用作冷凝器。制冷剂流过块的扁平管1。冷却空气垂直于图的平面流过块的翅片2。
如在背景技术中引用的第二个DE文件所示出和描述的，示例性实施例的扁平管1由两个或三个板带制成，所述板带涂有钎焊涂层或层5，所述板带中的一个形成为管道，管道形成管插入件。
其中扁平管已由单个板带生产的实施例也是可能的。
在未示出的另外的示例性实施例中，存在挤出的多腔扁平管1。在这种情况下，例如通过喷涂的方法将AlSi钎焊层5施加到扁平管1上。在这种类型的其它实施例中，扁平管1保持没有钎焊涂层或层5，而钎焊涂层或层5位于翅片2上。在这些情况下，处在开口30中的扁平管端部1c 的连接处10所需的钎焊作为AlSi钎焊层5以足够的量存在于集管3上。
热交换器的所有部件由合适的铝合金构成。已经关于Zn含量改性但是本来已知的AlSi钎焊涂层/层5位于集管3和扁平管1的表面上。示例性实施例中的翅片2不具有钎焊涂层/层5。
钎焊前，翅片2、扁平管1、集管3的铝合金中以及在扁平管1和集管3上的AlSi钎焊层5中的平均Zn含量为0.00至≤0.05％。
如图2所示，相比之下，存在于钎焊连接接头10中的平均Zn含量为0.00-最大0.1％。
钎焊接头10中的Zn含量不均匀分布。存在具有相对高的Zn浓度的局部区域11和具有相对低的Zn浓度的其它区域12。不能排除具有相对高的Zn浓度的一些区域11也具有略高于0.1％的Zn含量。如图3所示出的，局部区域11、12的形成在钎焊接头10中的局部分布以及在其形状和尺寸方面也是不可预见的。由于其平均Zn含量已经显著地降低，因此热交换器对腐蚀的敏感性已经显著降低。
翅片的铝合金优选由改性AA 3003或AA 3103构成。翅片2具有约 -750至-700mV的电化学腐蚀电位。
例如通过ASTM-G69(American Society of Testing and Materials(美国材料与实验协会))中描述的方法测定电化学腐蚀电位。
集管3由铝长寿命材料构成。它们具有改性AA 3003或AA 3103的芯层(未示出)和含硅表面层，在上述层之间的电化学电压电位差为0.00 至+20mV。
扁平管1的铝合金由改性AA3003的长寿命材料组成，并且其相对于翅片2具有0.00至+20mV的电压电位差。
不同的电压电位由相应的合金成分形成，例如Cu、Mn或Mg。已知这些和其它合金成分隐藏在上述合金分类AA之后。上面已经提及的硅扩散同样有助于通过形成沉淀而降低电压电位。
所给出的电压电位的值是指钎焊后的状态。
AlSi钎焊层5是AA 4343或AA 4045型。其具有约6.8-12％的Si含量。
翅片2具有在30和100μm之间的厚度。
扁平管1通常明显更厚；它们具有0.20mm或更小的壁厚。
在钎焊操作的过程中，作为铝合金的杂质并且在一个或多个AlSi钎焊涂层/层5中存在的锌在钎焊连接接头10中富集。高达约0.1％平均Zn 含量在钎焊操作之后存在于钎焊接头10中。
参照本发明的具体实施例描述了本发明的特定特征和元素的各种替换形式。除了与上述每个实施例相互排斥或者相互违背的特征、元素和操作方式之外，应当注意，参照一个特定实施例进行描述的可替换的特征、元素和操作方式能够应用于其他实施例。
仅通过示例的形式展示了上文描述及图中示出的实施例，并且这些实施例并不旨在限制本发明的概念和原理。这样，本领域普通技术人员将会理解的是，对元件及其配置可以进行多种改变，且不背离本发明的精神和范围。

Claims (17)

1.一种钎焊的热交换器，包括：
一对间隔开的集管，其由第一铝合金构成；
多个扁平管，其由第二铝合金构成，每个所述扁平管在所述一对间隔开的集管之间延伸，并且具有通过钎焊接头的方式接合到第一集管的第一端和接合到第二集管的第二端；和
多个翅片，其由第三铝合金构成，其布置在所述扁平管之间并通过钎焊接头的方式接合到所述扁平管的宽侧面；
其中，所述第一铝合金、所述第二铝合金和所述第三铝合金中的每一个在产生所述钎焊接头之前具有不大于0.05％的平均Zn含量。
2.根据权利要求1所述的钎焊的热交换器，其中，所述钎焊接头具有不大于0.1％的平均Zn含量。
3.根据权利要求2所述的钎焊的热交换器，其中，所述钎焊接头的Zn含量不均匀地分布在整个所述钎焊接头中。
4.根据权利要求1所述的钎焊的热交换器，其中，所述第三铝合金具有在-750mV和-700mV之间的电化学腐蚀电位。
5.根据权利要求1所述的钎焊的热交换器，其中，所述第三铝合金的惰性比所述第二铝合金的惰性低。
6.根据权利要求5所述的钎焊的热交换器，其中，所述第二铝合金和所述第三铝合金之间的电化学腐蚀电位差不大于20mV。
7.根据权利要求1所述的钎焊的热交换器，其中，所述第一铝合金是长寿命合金，其包括芯层和在钎焊过程中通过硅扩散形成的表面层。
8.根据权利要求7所述的钎焊的热交换器，其中，所述表面层的惰性比所述芯层的惰性低。
9.根据权利要求8所述的钎焊的热交换器，其中，所述表面层和所述芯层之间的电化学腐蚀电位差不大于20mV。
10.根据权利要求1所述的钎焊的热交换器，其中，所述钎焊接头由AlSi钎焊层形成，所述AlSi钎焊层被施加到所述一对集管上以及被施加到所述多个扁平管上或所述多个翅片上或同时被施加到所述多个扁平管和所述多个翅片上。
11.根据权利要求10所述的钎焊的热交换器，其中，所述AlSi钎焊层在产生所述钎焊接头之前具有不大于0.05％的平均Zn含量。
12.根据权利要求11所述的钎焊的热交换器，其中，所述AlSi钎焊层的Si含量在6.8％和12％之间。
13.根据权利要求1所述的钎焊的热交换器，其中，所述多个翅片具有在30和100μm之间的材料厚度。
14.根据权利要求13所述的钎焊的热交换器，其中，所述多个扁平管具有不大于0.20mm的壁厚。
15.一种包括冷凝器的空调系统，所述冷凝器包括：
多个管，所述多个管中的每一个包括两个相对的宽侧面和两个相对的窄侧面、两个相对的端部以及管壁，所述管壁具有第一长寿命铝合金层和第一钎焊层；
两个集管，每个集管包括集管壁，所述集管壁具有第二长寿命铝合金层和第二钎焊层；和
多个翅片，
其中，所述多个管中的每一个被布置在所述两个集管之间，使得所述多个管中的每一个的两个相对的端部中的每一个被钎焊到所述集管中的一个上，
其中，至少一个所述翅片位于所述多个管中的两个管之间并且通过所述多个管中的所述两个管中的每个管的所述第一钎焊层被钎焊到所述多个管中的所述两个管上，并且
其中，所述第一长寿命铝合金层、所述第二长寿命铝合金层、所述第一钎焊层和所述第二钎焊层中的每一个具有不大于0.05％的平均Zn含量。
16.根据权利要求15所述的包括冷凝器的空调系统，其中，所述多个管中的每一个还包括至少两个板带，并且所述至少两个板带中的一个是在所述管内限定管道的管插入件。
17.根据权利要求16所述的包括冷凝器的空调系统，其中，所述两个板带中的至少一个包括所述第一长寿命铝合金层和所述第一钎焊层。
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