JP2004532131A - 伝熱管の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は自動車用ラジエータなどの熱交換器用伝熱管を製造する方法に関する。これらの管を望ましくは銅もしくは銅合金で作る。この材料の板を折り曲げて、Ｂに似た形にして、フラックスの無いろう付け用材料と一緒にろう付けする。ろう付け用材料はフォイルもしくはペースト形状である。ペーストは典型的には粉体フィラと、バインダと、キャリアを含み、キャリアは液体もしくはワックスとすることができる。

Description

【詳細な説明】
【０００１】
本発明は、折り曲げたストリップで作られた平たい銅合金管から自動車用ラジエータなどの伝熱装置を製造する方法に関するものである。漏れを防止するために、ろう付け作業時に、この管の接合面間にろう付け用ペースト、もしくはろう付け用フォイルが挿入されて管は密封される。
【０００２】
熱交換用管の製造方法は従来から多く存在している。それらの方法の大部分は、１枚の金属板を折り曲げて流路を作り、折り曲げた金属にフラックス材を塗布し、その後に折り曲げた金属およびフラックス材を加熱し、そしてろう付け用材料を塗布することを含む。この加熱処理中に、フラックス材が金属の表面をきれいにして、ろう付け用材料が折り目の間の隙間へ容易に流入してその隙間を密閉し、接合部を作ることができるようにしている。通常は、金属板全体をフラックス材で被覆し、ろう付け材をその後で塗布するか、または板全体をろう付け材およびフラックス材の両方で被覆する。アルミニウムなどのろう付けが困難な金属もしくは合金は、この種の製造工程を容易にするために、使用前に、もっと容易にろう付け可能な金属もしくは合金で被覆しなければならない。
【０００３】
このような技術の例を特許文献に見ることができる。ヨーロッパ特許出願第0 302 232号では、板材の両終端部をその材料の中心部に向かって、垂直よりもさらに巻いて、両端部を板材にろう付けしたときに、両端部が板材と平行になるようにしている熱交換用管を開示している。米国特許第4,633,056号は楕円形断面を有する熱交換用管とそのような管用のクロスウエブとを製造する方法を開示している。この管を電子ビーム溶接を用いて接合している。米国特許第5,186,251号は、複列流路を有する熱交換用管を開示している。また、米国特許第5,441,106号は、管の長さに沿って延びる複数の内部フィンを有する熱交換用管を開示している。この管は被覆アルミビレットで作られ、一緒にロウ付けされる。米国特許第5,579,837号は、２つの脚の間の角度が約７度から15度である脚で作られた仕切りを有する熱交換用管を開示している。その管全体をろう付け前にろう付け用フラックスで被覆している。米国特許第5,704,423号は、２つの異なる金属片である主要部分および二次部分を組み合わせて作った熱交換用管を開示している。それぞれは、通常はアルミニウムもしくはアルミニウム合金である。さらに米国特許第5,765,634号は、強化用仕切りによって２つに分割した熱交換用管を開示している。この仕切部は、ひだから成り、ひだは管の内部へ延びており、管を形成している金属薄板ストリップ内に作られる。金属ストリップの両端部を接合する前に、ストリップの一方の面をロウ付け金属で被覆する。上記のことから分かるように、ラジエータ管の製造には１つの形だけが普遍的に受け入れられているわけではない。これらの例は、一般にフラックスもしくはフラックス含有ペーストを用いて、金属を一緒にろう付けしている。とくにアルミを用いる場合は、そうである。
【０００４】
フラックス材は通常は管材料に対する腐食性が高いので、ろう付け処理の完了後には除去する必要がある。このため、ろう付け後にフラックスを確実に除去するために工程に余分な段階と費用が加わる。被覆もしくはフラックス塗布を必要としないで、熱交換用管を製造することが多くの場合は望ましい。ろう付けフィラ材料として用いられるこのようなフラックス無し銅合金の１つが米国特許第5,378,294号に開示されている。このような合金を熱交換器用管の製造でろう付けフィラ材料として用いることは有用である。
【０００５】
これらの技術にもかかわらず、熱交換器用管の作成工程には未だ改良が必要であり、本発明は、公知の技術の欠点を避ける好ましい工程を開示する。
【０００６】
本発明は、熱交換器用管を作る方法に関するものであり、この方法では、一つのベースおよび二つの端部を有する金属板もしくは合金板を準備し、その板の両端部を折り曲げて脚を作り、この脚の側面は、互いに対向するとともに板のベースに対向し、さらに板の両端部を互いの方へ折り曲げて一組の流体流路を作り、フラックス無しに板材へ付着可能なろう付け用材料を、脚の対向する側面の間、およびベースと、板のベースに対向する脚の側面との間に塗布し、板およびろう付け材に熱を加えてろう付け材を十分に溶かして、ろう付け材を脚およびベースへ付着させ、脚を互いに接合するとともに、脚を板のベースへ接合して管を作る。
【０００７】
この方法において、板は望ましくは銅もしくは銅合金で作られ、ろう付け材は、板よりも低い融解温度を持つように作られた銅合金を有する。この板は望ましくは、ろう付け材の融解温度よりもわずか約20%高いところまでしか加熱されない。ろう付け材は、通常はペーストもしくはフォイルの形状である。フォイルを用いる場合、ろう付け材の厚さは約0.01から0.05mmの間であり、これを脚の対向する側面間に、さらにベースと、板のベースに対向する脚の側面との間に塗布する。
【０００８】
ペーストを用いる場合、ペーストは金属粉体フィラもしくは合金粉体フィラと、バインダと、キャリアとを含有する。このような粉体フィラの粒子の大きさは望ましくは15から30ミクロンであり、望ましくは銅と、ニッケルと、すずと、燐の合金である。最も望ましい合金は、約１% から５% のニッケルと、約15% から20% のすずと、約４% から７% の燐と、銅を有するものである。もちろん、この材料はフラックスなしで銅合金へ接合できるので、この材料をフォイルの製造に用いることもできる。
【０００９】
キャリアが水もしくはアルコールなどの液体を含む場合、そのペーストろう付け材を刷毛塗り、噴霧、もしくは調合することによって塗布することができる。有利には、ペーストろう付け材を板上へ噴霧もしくは刷毛塗りした後に管を乾燥させて、キャリアを揮発させる。その代わりとして、キャリアをワックスにし、バインダを熱可塑性材料にすることができ、板へ塗布するときはペーストろう付け材を加熱する。この例では、本方法は、さらにワックスキャリアと熱可塑性材料のバインダとを、ろう付け材を脚および板のベース上へ塗布する前に溶かし、続いて板を冷却してろう付け材を適所に固定することを含む。
【００１０】
本方法の望ましい応用は、ここおよび以後に開示する本発明による複数の熱交換器用管を用意して、それらの管を自動車用ラジエータに成形することによって自動車用ラジエータを製造することである。この方法により製造されるラジエータもまた本発明の実施例である。
【００１１】
好ましい実施例を示す添付の図面により、本発明がより良く理解されるであろう。
【００１２】
図面を参照すると、図１は熱交換器10を示し、これは、車両用ラジエータなどの自動車に使用するよう設計されている。熱交換器10は、管寄せ板14の間へ延びている一組の実質的に平行な管を有する。冷却液が管寄せ板14の間にある管12の中を流れる。フィン18が管12の表面に取り付けられ、フィン18は管12の間を延びており、管12からの熱伝導を容易にすると同時に、熱交換器10を流れる空気による対流熱伝達用の追加の表面積を提供する。
【００１３】
この管を、いわゆる当業者に公知の適切なろう付け可能材料で作ることができる。望ましくは、管は銅もしくは銅合金で作る。一実施例において、管用金属は、ろう付け作業中の材料の軟化を防ぐための追加の合金元素を約１% 含有したCuZn15黄銅を含む。代表的な合金元素にはすずもしくはニッケルがある。他の実施例において、管用金属をスエーデン国バステラスのオウトクンプ カッパー ストリップ アーベー社から市販されている85% 銅真鍮であるSM2385から作ることができる。
【００１４】
本発明の管12は銅もしくは銅合金の板を折り曲げて作られる。この板はベース22と二つの端部23、25を有している。両端部23、25は、板の中心で接触するまで互いの方へ折り曲げられる。折り曲げ時に、対向する側面部分26、28と、上面24とが形成される。両端部23、25はその後折り曲げられて脚40、42を作る。これによって所望の管状構造物の外形を作るが、その金属板の両端部は自由になっており、接合されていない。
【００１５】
図２は、熱交換器10の管12のうちの一つを示す。管12はベース22と、上面24と、二つの全体的に弧状の対向する側面部26、28とを有している。管12は全体的には長方形にし、両端部を丸くすることができ、さらに管12は仕切り30を有し、それをベース22から上面24まで延ばして一対の流体流路34、36を形成するようにしている。仕切り30は、上面24から折り曲げられた一対の脚40、42を有している。
【００１６】
金属の両端部を接合して密封流路を作るために、新規のろう付け技術25を利用している。この方法においては、ペーストもしくはフォイルのいずれかを利用することができる。ペーストは金属粉体、もしくは合金粉体と、バインダと、キャリアを含む。通常、粉体は主成分として存在し、それとともにバインダは重量で約３% から20% の量で、キャリアは重量で約１% から10% の量で、それぞれ存在する。例えば、一実施例において、粉体100 グラムをキャリア10グラムおよびバインダ２グラムと混合している。ペースト状ろう付け材料は、この材料をそれが凝固する前に管上の所望の位置へ流すことができる利点がある。
【００１７】
キャリアは望ましくは水もしくはアルコールなどの液体であり、ペーストの粘りがあまり高すぎず、塗布もしくは刷毛塗りによる被覆が容易なようにする。低分子重量のワックスも用いることができる。最も望ましいキャリアはミネラルスピリットである。キャリアが液体であり、ペーストを被ろう付け部へ塗布する場合、乾燥工程を利用する。これは簡単な加熱工程であり、これはそのキャリアの大部分を蒸発させて、被ろう付け部には少量、典型的には約２% 以下しか残らないようにするが、望ましくはキャリアの全てを蒸発させる。
【００１８】
キャリアがワックスベースである場合、バインダは熱可塑性形状にすることができる。そして、塗布前にワックスと粉体を混合することになる。ペーストの塗布時に、熱可塑性バインダを90℃まで加熱して、熱可塑性バインダが溶けるようにする。ペーストを管へ塗布すると、熱が管の金属へ伝達されるにしたがって、ペーストは凝固する。ワックスベースのキャリアを用いる場合は、乾燥工程は必要ない。なぜならば、ワックスがそのような工程がなくても再凝固するからである。
【００１９】
粉体はフィラであり、管用ストリップの接合される部分同士の間の継ぎ目を満たすように働き、粉体は管の金属と合金化する。フィラは、銅−燐などのいわゆる当業者に公知の任意のフィラとすることができる。望ましくは、フィラは市販されているOKC600などの銅−ニッケル−すず−燐の合金である。OKC600は約１% から５% のニッケルと、約15% から20% のすずと、約４% から７% の燐と、残りの銅とを含む。バインダは接着剤として働いて、フィラを所望の表面へ貼り付ける。燐がフラックスとして働いて、銅−ニッケル−すず−燐を自溶合金にし、良好な腐食特性が得られるため、フラックスを加える必要はない。
【００２０】
このフィラは、ガス微粒化によって球形微粒状粉体にして生成される。最大粒子寸法は通例は約90μm であり、平均粒子寸法は約５μm から60μm であるが、望ましくは約15μm から30μm である。
【００２１】
ろう付け用ペーストは代表的にはスプレーガンによる噴霧によって管へ塗布する。水ベースペーストは通常は、波形フィンを有するラジエータに用い、より硬い溶剤ベースペーストは、プッシュ管ラジエータに用いる。ろう付け用材料の厚さは典型的には重量によって測定する。望ましくは、ろう付け用材料を約100から300g/m² で、望ましくは約150g/m²から200g/m² で塗布することができる。
【００２２】
ペーストの代わりにろう付け用フォイルを用いる場合、フォイルを管の被接合部分の間に挿入する。フォイルを管の所望の位置に配することは非常に容易である。フォイルは一般に、ペーストフィラに用いている組成のもの、すなわち、いわゆる当業者に公知の任意の銅ろう付け用合金と同じ組成のものである。OKC600などの銅−ニッケル−すず−燐合金が望ましい。フォイルの厚さは少なくとも約0.025mm 、望ましくは0.01から0.05mmの間である。典型的には、本実施例にはフラックス、バインダ、もしくはキャリアは必要ない。有利なことに、このフォイルは液体成分を揮発させるための乾燥段階を必要としない。唯一必要な段階は、フォイルを必要な場所に配することである。しかし、バインダは、フォイルを適所に確実に留めるのに必要になると考えられる。
【００２３】
ろう付け材が塗布されると、管は、ろう付け材のフィラの融点を丁度越える程度まで加熱される。加熱によって管は、ろう付け材により充分に被覆もしくは湿潤されることが可能になる。望ましくは、管をフィラの融点を約20% 越えるまで、さらに望ましくは、融点を約５% 越えるまで加熱する。これはアルミニウムをろう付けする工程とは逆である。アルミニウム用ろう付け合金の融点はアルミニウム管の融点と非常に近接している。ろう付け用合金は典型的にはアルミニウム上への被覆層であるが、それは管壁の厚さの約10% になる。したがって、アルミニウムろう付け用合金を溶融しようとする場合、管材料も溶けてしまう危険がある。OKC600の融点は典型的には約600 ℃である。一実施例においては、管は約630 ℃まで加熱される。他の実施例においては、管は約610 ℃まで加熱される。これらの温度は、約1000℃から1100℃である銅合金管の融点よりもはるかに低い。したがって、600 ℃をわずかに越えるまで管を加熱することによって、管を溶かさず、ろう付け用合金だけを溶かすことになる。
【００２４】
脚40、42は最初に、ペーストで被覆するか、または脚40、42の間にフォイルを配する。脚40、42の終端部もやはりペーストで被覆するか、またはベース上に配されているフォイルの上面に配置する。ペーストを通常は、ろう付け継ぎ目に沿ってペーストのビーズとして塗布するが、フォイルは、同じろう付け継ぎ目に沿って、脚の終端部とベースとの間にフォイルのストリップとして塗布する。次に、管をろう付け材の融点より高い温度まで加熱して、材料を結合させて管を作るようにしている。二つの脚40、42 は一緒にろう付けされ、脚40、42 はベース22へもろう付けされる。管の断面はＢの形に似ている。この形がろう付け材料を、とくにフラックスなしのろう付け材を受け入れるのに、とくに有利であることが分かった。
【００２５】
ペーストもしくはフォイルを用いて管を密封し、管を流れる冷却流体の漏出を防止している。管を形成する前に、その最中に、もしくはその後に、ペーストもしくはフォイルを板の表面に配置することができる。有利なことには、管のろう付けには、フラックスを加える必要がない。
【００２６】
ろう付けの塗布は通常は炉内で行う。工程中の１つの問題は、管もしくはろう付け用材料の酸化を防止することである。炉は結露点が約-45 ℃より低く、酸素含有量が約100ppmより少ないものである必要がある。約-65 ℃の結露点で、約10ppm の低酸素含有量の窒素などの不活性ガス雰囲気が多く用いられる。
【００２７】
本発明はここに図示および説明する構成そのものに限定されることはないと理解するべきである。したがって、ここに述べる説明からいわゆる当業者によって、またはこの説明から通常の実験によって、容易に成し遂げられる適切なすべての変更は、添付の請求の範囲に規定する本発明の概念および権利の範囲内にあると認められる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本願に開示した管ろう付け処理により製造された自動車用ラジエータの部分斜視図である。
【図２】本発明により製造された熱交換器用管の断面図である。

Claims (17)

1. 一つのベースおよび二つの端部を有する金属板もしくは合金板を準備し、該板の両端部を折り曲げて互いに対向する側面および該板のベースに対向する側面を有する脚を作り、さらに該板の両端部を互いの方向へ折り曲げて一組の流体流路を作り、フラックス無しに該板材料へ付着可能なろう付け用材料を前記脚の対向する側面間に、さらに前記ベースと該板の該ベースに対向する該脚の側面との間に塗布し、該板およびろう付け材に熱を加えて該ろう付け材料を十分に溶かして、該ろう付け材料を該脚およびベースへ付着させ、該脚を互いに接合するとともに該脚を前記板のベースへ接合させて管を作ることを含むことを特徴とする熱交換器用管の形成方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記板が銅もしくは銅合金を含み、前記ろう付け材料が、該板よりも低い融解温度になるように生成した銅合金を含むことを特徴とする熱交換器用管の形成方法。
3. 請求項２に記載の方法において、前記板を前記ろう付け材料の融解温度よりも約20% しか高くない温度まで加熱することを特徴とする熱交換器用管の形成方法。
4. 請求項２に記載の方法において、前記ろう付け材料をペーストもしくはフォイルの形状にすることを特徴とする熱交換器用管の形成方法。
5. 請求項２に記載の方法において、前記ろう付け材料を、金属粉体フィラもしくは合金粉体フィラと、バインダと、キャリアを含むペースト形状にすることを特徴とする熱交換器用管の形成方法。
6. 請求項５に記載の方法において、前記粉体フィラの粒子寸法を15から30ミクロンにすることを特徴とする熱交換器用管の形成方法。
7. 請求項５に記載の方法において、前記フィラを銅と、ニッケルと、すずと、燐との合金にすることを特徴とする熱交換器用管の形成方法。
8. 請求項６に記載の方法において、前記フィラに、約１% から５% のニッケルと、約15% から20% のすずと、約４% から７% の燐と、銅とを含ませることを特徴とする熱交換器用管の形成方法。
9. 請求項５に記載の方法において、前記キャリアは液体を含み、前記ペーストろう付け用材料を刷毛塗り、噴霧、もしくは調合により塗布することを特徴とする熱交換器用管の形成方法。
10. 請求項９に記載の方法において、前記キャリアは水もしくはアルコールを含むことを特徴とする熱交換器用管の形成方法。
11. 請求項９に記載の方法において、該方法は、前記ペーストろう付け用材料を前記板上へ噴霧もしくは刷毛塗りをした後に前記管を乾燥させて前記キャリアを揮発させることを含むことを特徴とする熱交換器用管の形成方法。
12. 請求項５に記載の方法において、前記キャリアにワックスを含ませ、前記ペーストろう付け用材料を、前記板への塗布中に加熱することを特徴とする熱交換器用管の形成方法。
13. 請求項12に記載の方法において、前記バインダを熱可塑性材料とすることを特徴とする熱交換器用管の形成方法。
14. 請求項13に記載の方法において、該方法はさらに、前記ろう付け用材料を前記脚および板のベースへ塗布する前に、前記ワックスキャリアおよび前記熱可塑性材料のバインダを溶解し、続いて該板を冷却して前記ろう付け用材料を適所に固定することを含むことを特徴とする熱交換器用管の形成方法。
15. 請求項４に記載の方法において、前記ろう付け用材料を約0.01から0.05mmの厚さを有するフォイルの形状にして、前記脚の対向している側面の間、および前記ベースと前記板のベースに対向している該脚の側面との間に前記フォイルを配することによって、前記ろう付け用材料を塗布することを特徴とする熱交換器用管の形成方法。
16. 請求項１に記載の複数の熱交換器用管を準備し、該管を成形して自動車用ラジエータにする自動車用ラジエータの製造方法。
17. 請求項16に記載の方法により製造されるラジエータ。

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