JP2007127306A - Heat transfer plate member, heat exchanger using the same, and its manufacturing method - Google Patents

Heat transfer plate member, heat exchanger using the same, and its manufacturing method Download PDF

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Haruhiko Miyaji
治彦 宮地
Yoshiharu Hasegawa
義治 長谷川
Yoshiyuki Okamoto
義之 岡本
Yoshitake Kato
吉毅 加藤
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Denso Corp
株式会社デンソー
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat transfer plate and a heat exchanger using the same, capable of inhibiting progression of corrosion in a brazing filler metal layer itself and to a core material layer, achieving a good balance of brazing property and corrosion resistance, and composed of a thinnable sacrifice corrosion layer, the core material layer and the brazing filler metal layer. <P>SOLUTION: The heat exchanger plate members 1, 12 provided with a number of projecting portions 2, 14 by press molding a plate material of a three-layered structure formed by cladding the brazing filler metal layer 1B on one face of the core material layer 1A of an aluminum material and the sacrifice corrosion layer 1C on the other face, are stacked in a state that the brazing filler metal layers and the sacrifice corrosion layers are alternately adjacent to each other, thus the heat exchanger having an external fluid passage and an internal fluid passage is formed. Here, a material of low electric potential is used as the brazing filler metal of the brazing filler metal layer. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、犠牲腐食層、芯材層、ろう材層の3層構造にクラッドしたアルミニウム板を用いて成形した伝熱プレート部材と、このプレート部材を積層して形成した熱交換器及び該熱交換器の製造方法に関するもので、例えば車両空調用蒸発器に用いて好適である。   The present invention relates to a heat transfer plate member formed using an aluminum plate clad in a three-layer structure of a sacrificial corrosion layer, a core material layer, and a brazing material layer, a heat exchanger formed by laminating this plate member, and the heat The present invention relates to a method for manufacturing an exchanger, and is suitable for use in, for example, an evaporator for vehicle air conditioning.
従来の積層型熱交換器、例えば車両空調用蒸発器においては、2枚のプレート部材を最中状に接合して形成した偏平状チューブと、空気側の伝熱面積拡大のためのルーバ付きのコルゲートフィンとを交互に積層させることによって形成している。しかしながら、この種の積層型熱交換器は、コルゲートフィンの存在が熱交換器のコストの低減、及び小型化に対して大きな障害となっている。   In a conventional laminated heat exchanger, for example, an automotive air conditioner evaporator, a flat tube formed by joining two plate members in the middle, and a louver for expanding the heat transfer area on the air side. It is formed by alternately laminating corrugated fins. However, in this type of stacked heat exchanger, the presence of corrugated fins is a major obstacle to reducing the cost and size of the heat exchanger.
そこで、コルゲートフィン等のフィンを必要とせず、内部流体通路を構成する伝熱プレート部材だけで必要伝熱性能を確保できるようにした熱交換器が、特許文献1及び特許文献2等により、従来より知られている。   Therefore, a heat exchanger that does not require a fin such as a corrugated fin and can ensure a necessary heat transfer performance only by a heat transfer plate member that constitutes an internal fluid passage is disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 and the like. More known.
特開平11−287580号公報JP-A-11-287580 特開2000−205785号公報JP 2000-205785 A
しかしながら、特許文献1により公知の熱交換器は、伝熱プレート部材としてA3000系のアルミニウム芯材の両面にA4000系のアルミニウムろう材をクラッドした両面クラッド材を、伝熱プレート部材として使用したものである。そのため、両面をろう材でクラッドした伝熱プレート部材を使用した熱交換器では、凝縮液等の電解質の付着液が発生すると、表面処理などで十分な防食を施してある場合は問題ないが、防食処理が不十分であると腐食の厳しい環境下での使用は容易でないという問題がある。或いは、アルミニウム芯材に耐食性をもたせるために、芯材の板厚を厚くする必要があり、材料コストの上昇を招くという問題がある。   However, the heat exchanger known from Patent Document 1 uses a double-sided clad material in which A4000 series aluminum brazing material is clad on both sides of an A3000 series aluminum core as a heat transfer plate member. is there. Therefore, in a heat exchanger using a heat transfer plate member clad with brazing material on both sides, there is no problem if sufficient corrosion protection is applied by surface treatment, etc. If the anticorrosion treatment is insufficient, there is a problem that it is not easy to use in an environment where corrosion is severe. Or in order to give corrosion resistance to an aluminum core material, it is necessary to make the plate | board thickness of a core material thick, and there exists a problem of causing the raise of material cost.
また、特許文献2には、伝熱プレート部材1としてA3000系のアルミニウム芯材1Aの一方の片面にA4000系のアルミニウムろう材1Bを、他方の片面に犠牲腐食層1Cをそれぞれクラッドしたものが示されている。しかしながら、この一面をろう材で、他面を犠牲腐食層でクラッドした伝熱プレート部材1を使用した熱交換器においては、例えば図9に示すように犠牲腐食層1Cを大気側として構成し、ろう付けして接合する部分1aは、伝熱プレート部材1のろう材面が互いに向き合うように、タンク部2にて伝熱プレート部材1を互いにU字形に折り曲げ、この部分1aでろう付けを実施している。そのため、タンク部2のU字形加工は加工が容易でなく、製造コストが高価になり易いという問題がある。また、十分な耐食性を確保することができないという問題がある。   Patent Document 2 shows a heat transfer plate member 1 in which an A4000 series aluminum brazing material 1B is clad on one side of an A3000 series aluminum core 1A and a sacrificial corrosion layer 1C is clad on the other side. Has been. However, in the heat exchanger using the heat transfer plate member 1 whose one surface is brazed and the other surface is clad with the sacrificial corrosion layer, for example, as shown in FIG. In the portion 1a to be joined by brazing, the heat transfer plate member 1 is bent into a U-shape at the tank portion 2 so that the brazing material surfaces of the heat transfer plate member 1 face each other, and brazing is performed at this portion 1a. is doing. Therefore, there is a problem that the U-shaped processing of the tank part 2 is not easy to process and the manufacturing cost tends to be expensive. Moreover, there exists a problem that sufficient corrosion resistance cannot be ensured.
更に、特許文献2には、図10に示すようにタンク部2にU字形加工を施さない熱交換器も示されているが、この場合においても、伝熱プレート部材1同志をろう材面が互いに向き合うように配置しているために、犠牲腐食層同志が向き合う個所が生じることになり、このような個所には、別部品として形成した両面をろう材でクラッドしたプレート部材3を介在させることによって、ろう付けを実施している。このため、別部品を必要とし、製造コストが高価になり易く、かつ部品点数の増加を招くという問題がある。   Furthermore, Patent Document 2 also shows a heat exchanger in which the tank portion 2 is not U-shaped as shown in FIG. 10, but in this case also, the heat transfer plate member 1 is replaced by a brazing material surface. Since the sacrificial corrosion layers face each other because they are arranged so as to face each other, a plate member 3 in which both sides formed as separate parts are clad with a brazing material is interposed in such a place. The brazing is carried out. For this reason, there is a problem that separate parts are required, the manufacturing cost is likely to be expensive, and the number of parts is increased.
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ろう材層自体も芯材層への腐食進行を抑制でき、ろう付性の確保を確実にし、かつ耐食性の向上を図ることができると共に、芯材の薄肉化、延いては伝熱プレート部材自体の薄肉化が可能な、犠牲腐食層、芯材層、ろう材層の3層構造をクラッドしたアルミニウム板を用いて成形した伝熱プレート部材、及びこの伝熱プレート部材を積層してろう付けにより形成した熱交換器とその製造方法を提供することである。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and the object thereof is to suppress the progress of corrosion of the brazing material layer itself to the core material layer, to ensure the brazing property and to improve the corrosion resistance. It can be made with an aluminum plate clad with a three-layer structure consisting of a sacrificial corrosion layer, a core material layer, and a brazing material layer, which can reduce the thickness of the core material, and hence the heat transfer plate member itself. The present invention provides a heat exchanger plate member, a heat exchanger in which the heat exchanger plate members are laminated and formed by brazing, and a manufacturing method thereof.
本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の伝熱プレート部材、熱交換器及び熱交換器製造方法を提供する。
請求項1に記載の伝熱プレート部材は、アルミニウム材よりなる芯材層1Aの片面に低電位のろう材層1Bを、他の片面に犠牲腐食層1Cをクラッドした3層構造をしていて、ろう材層1Bのろう材として、Al−Si合金、Al−Si−Zn合金又はAl−Si−Mn−Zn合金のいずれかの合金を採用し、犠牲腐食層1Cが、Al−Zn合金又はAl−Zn−Mn合金で構成されているものであり、これにより、ろう付け性と耐食性の両者を確保できると共に、ろう材自体も低電位であるので、ろう材面の芯材層1Bへの腐食進行を抑制することができる。また、ろう材の片面クラッドによる薄肉効果に加えて、犠牲腐食層1Cによる耐食性向上によって芯材層1Aを薄肉化できるため、伝熱プレート部材自体の板厚を薄くすることができる。
The present invention provides a heat transfer plate member, a heat exchanger, and a heat exchanger manufacturing method according to each of the claims as means for solving the problems.
The heat transfer plate member according to claim 1 has a three-layer structure in which a low potential brazing material layer 1B is clad on one side of a core material layer 1A made of an aluminum material and a sacrificial corrosion layer 1C is clad on the other side. As the brazing material of the brazing material layer 1B, an alloy of any one of an Al—Si alloy, an Al—Si—Zn alloy, and an Al—Si—Mn—Zn alloy is adopted, and the sacrificial corrosion layer 1C is an Al—Zn alloy or It is composed of an Al—Zn—Mn alloy, which can ensure both brazing and corrosion resistance, and the brazing material itself has a low potential. The progress of corrosion can be suppressed. Moreover, in addition to the thin wall effect by the single-sided clad of the brazing material, the core material layer 1A can be thinned by improving the corrosion resistance by the sacrificial corrosion layer 1C, so that the thickness of the heat transfer plate member itself can be reduced.
請求項2に記載の熱交換器は、アルミニウム芯材層1Aの片面に低電位のろう材層1Bを、他の片面に犠牲腐食層1Cをクラッドした3層構造の板材を成形した伝熱プレート部材1,12を積層して形成した熱交換器10であって、伝熱プレート部材1,12には、外部流体OFの伝熱促進構造2,14と内部流体IFの流路構造2,14とが一体で成形加工されていて、この伝熱プレート部材1,12は犠牲腐食層1Cとろう材層1Bとが交互に隣接するように積層配置され、伝熱プレート部材1,12の外部流体伝熱面と隣接対向する他方の伝熱プレート部材1,12の外部流体伝熱面とが部分的に互いに接するように一方或いは両方の伝熱プレート部材1,12に凸形状2,14を形成したものであり、これによって、ろう付け性を確保でき、かつ耐食性が向上した熱交換器10を得ることができる。   The heat exchanger according to claim 2 is a heat transfer plate in which a plate material having a three-layer structure in which a brazing material layer 1B having a low potential is clad on one side of an aluminum core material layer 1A and a sacrificial corrosion layer 1C is clad on the other side. The heat exchanger 10 is formed by laminating members 1 and 12, and the heat transfer plate members 1 and 12 include heat transfer promotion structures 2 and 14 for the external fluid OF and flow path structures 2 and 14 for the internal fluid IF. The heat transfer plate members 1 and 12 are laminated so that the sacrificial corrosion layers 1C and the brazing material layers 1B are alternately adjacent to each other. Convex shapes 2 and 14 are formed on one or both of the heat transfer plate members 1 and 12 so that the heat transfer surface and the external fluid heat transfer surface of the other heat transfer plate member 1 and 12 adjacent to each other are partially in contact with each other. This ensures brazability. Can, it is possible to obtain a heat exchanger 10 with improved corrosion resistance.
請求項3の熱交換器は、犠牲腐食層1CがAl−Zn合金又はAl−Zn−Mn合金で構成されることを特定したものである。これは、犠牲腐食層1CからのZnの飛来でろう材層1Bの耐食性を補佐するためでもある。
請求項4の熱交換器は、犠牲腐食層1Cの材料の化学成分を、Zn:1.5〜5.0質量%で、Mn:2.0質量%以下としたものである。これは、犠牲腐食層1CからZnをろう材層に飛ばすには、1.5〜5.0質量%のZnの添加が必要であることによる。
The heat exchanger according to claim 3 specifies that the sacrificial corrosion layer 1C is composed of an Al—Zn alloy or an Al—Zn—Mn alloy. This is also for assisting the corrosion resistance of the brazing filler metal layer 1B by Zn flying from the sacrificial corrosion layer 1C.
In the heat exchanger of claim 4, the chemical components of the material of the sacrificial corrosion layer 1C are Zn: 1.5-5.0 mass% and Mn: 2.0 mass% or less. This is because 1.5 to 5.0% by mass of Zn is required to fly Zn from the sacrificial corrosion layer 1C to the brazing material layer.
請求項5の熱交換器は、ろう材層1Bのろう材として、Al−Si合金、Al−Si−Zn合金又はAl−Si−Mn−Zn合金のいずれかの合金を採用するようにしたものであり、このようにろう材を卑な自然電位にすることによって、ろう材層1B自体での耐食性の改善を図ることができる。
請求項6の熱交換器は、外部流体OFが通る部分にフィンを設けないようにしたものであり、本発明では、フィンレスタイプの積層型熱交換器に特に有効である。
The heat exchanger according to claim 5 employs any one of an Al-Si alloy, an Al-Si-Zn alloy, and an Al-Si-Mn-Zn alloy as the brazing material for the brazing material layer 1B. Thus, by setting the brazing material to a base natural potential, the corrosion resistance of the brazing material layer 1B itself can be improved.
The heat exchanger of claim 6 is such that fins are not provided in the portion through which the external fluid OF passes, and the present invention is particularly effective for the finless type stacked heat exchanger.
請求項7に記載の熱交換器の製造方法は、ろう材層1B、芯材層1A、犠牲腐食層1Cの3層構造の伝熱プレート部材1,12を積層して形成する熱交換器10の製造方法であって、伝熱プレート部材1,12に外部流体OFとの伝熱促進構造2,14と内部流体IFの流路構造2,14とを一体に成形加工する段階と、成形加工された伝熱プレート部材1,12を犠牲腐食層1Cとろう材層1Bとが互いに隣接するように積層配置し、得られた積層体を治具により仮保持する段階と、仮保持された積層体を加熱炉内に搬入して、加熱してろう付けする段階とを含むものである。これによって、ろう付け性を確保でき、かつ耐食性を向上できると共に、部品点数及び製造コストを低減することができる熱交換器を提供できる。   The method of manufacturing a heat exchanger according to claim 7 includes a heat exchanger 10 formed by laminating heat transfer plate members 1 and 12 having a three-layer structure of a brazing material layer 1B, a core material layer 1A, and a sacrificial corrosion layer 1C. The heat transfer plate members 1 and 12 are integrally molded with the heat transfer promotion structures 2 and 14 for the external fluid OF and the flow structures 2 and 14 for the internal fluid IF, and the forming process. The laminated heat transfer plate members 1 and 12 are laminated so that the sacrificial corrosion layer 1C and the brazing filler metal layer 1B are adjacent to each other, and the obtained laminated body is temporarily held by a jig, and the temporarily held lamination Carrying the body into a heating furnace and heating and brazing. As a result, it is possible to provide a heat exchanger that can secure brazing and improve corrosion resistance, and can reduce the number of parts and the manufacturing cost.
以下、図面に従って本発明の実施の形態の伝熱プレート部材とこれを使用した熱交換器及びその製造方法について説明する。図1は、本発明の伝熱プレート部材のろう付け部分の拡大図であり、図2は、伝熱プレート部材の積層状態を示す図である。本発明の伝熱プレート部材1は、アルミニウム材(アルミニウム合金も含む)を芯材層1Aとして、その一方の片面にはろう材層1Bを、他方の片面には犠牲腐食層1Cをそれぞれクラッドした3層構造の板材よりなる。この伝熱プレート部材1には、プレス加工によって打ち出された複数の凸部2が形成されている。この凸部11が、外部流体OFとの伝熱促進構造となり、かつ内部流体IFの流路構造ともなる。   Hereinafter, a heat transfer plate member according to an embodiment of the present invention, a heat exchanger using the heat transfer plate member, and a manufacturing method thereof will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an enlarged view of a brazed portion of the heat transfer plate member of the present invention, and FIG. 2 is a view showing a laminated state of the heat transfer plate member. The heat transfer plate member 1 of the present invention has an aluminum material (including an aluminum alloy) as a core material layer 1A, and a brazing material layer 1B is clad on one side and a sacrificial corrosion layer 1C is clad on the other side. It consists of a plate material with a three-layer structure. The heat transfer plate member 1 is formed with a plurality of convex portions 2 punched out by pressing. The convex portion 11 serves as a heat transfer promotion structure with the external fluid OF and also serves as a flow path structure for the internal fluid IF.
図1において、上側の伝熱プレート部材1は、ろう材層1B側から押し出す形で凸部2が形成されており、下側の伝熱プレート部材1は、犠牲腐食層1C側から押し出す形で凸部2が形成されている。即ち、2種類の伝熱プレート部材1が用意される。こうして、互いに凸部2同志が当接するようにして、2つの伝熱プレート1が重ね合わされてろう付けされる。したがって、犠牲腐食層1Cとろう材層1Bとが隣接する形で2種類の伝熱プレート部材1が重ね合わされる。
図2は、この2種類の伝熱プレート部材1を交互に積層して熱交換コアを形成した状態を示している。この場合、外部流体OF、例えば空気は、図面の上方から下方へと流れ、内部流体IF、例えば冷媒は紙面を表から裏へと貫通する方向に流れる。即ち、外部流体OFと内部流体IFとは直交流である。
In FIG. 1, the upper heat transfer plate member 1 is formed with a convex portion 2 so as to be pushed out from the brazing material layer 1B side, and the lower heat transfer plate member 1 is pushed out from the sacrificial corrosion layer 1C side. Convex part 2 is formed. That is, two types of heat transfer plate members 1 are prepared. Thus, the two heat transfer plates 1 are overlapped and brazed so that the convex portions 2 come into contact with each other. Therefore, the two types of heat transfer plate members 1 are superposed such that the sacrificial corrosion layer 1C and the brazing material layer 1B are adjacent to each other.
FIG. 2 shows a state in which the two types of heat transfer plate members 1 are alternately stacked to form a heat exchange core. In this case, the external fluid OF, for example, air flows from the upper side to the lower side of the drawing, and the internal fluid IF, for example, the refrigerant flows in a direction penetrating the paper surface from the front side to the back side. That is, the external fluid OF and the internal fluid IF are in a cross flow.
図3は、別の実施例の伝熱プレート部材(a)とその積層状態(b)を示している。この伝熱プレート部材1では、外部流体OF側と内部流体IF側の両方に複数の凸部2,3を形成している。この場合、図3(b)に示す積層状態にするために、凸部11,12を有さない、別の平板状の伝熱プレート部材1′が必要であり、凸部2,3を有する伝熱プレート部材1と平板状伝熱プレート部材1′とが交互に積層されて熱交換コアを形成している。この別の実施例においても、2種類の伝熱プレート部材1,1′は、それぞれろう材層1B、芯材層1A及び犠牲腐食層1Cの3層構造となっており、犠牲腐食層1Cとろう材層1Bとが隣接する形で積層される。また、各凸部2又は3間の間隔は、10mm以下とすることが好ましい。これによって、片面の犠牲腐食層1Cによる防食効果が、対向面にも及ぼすことができる。なお、この実施例では、内部流体IFと外部流体OFとは、対向流である。また、平板状の伝熱プレート部材1′に代えて、先の実施例のように凸部2,3が押し出される方向を変えた伝熱プレート部材とすることもできる。   FIG. 3 shows a heat transfer plate member (a) and a laminated state (b) of another embodiment. In the heat transfer plate member 1, a plurality of convex portions 2 and 3 are formed on both the external fluid OF side and the internal fluid IF side. In this case, in order to obtain the laminated state shown in FIG. 3 (b), another flat heat transfer plate member 1 'having no projections 11 and 12 is required and having projections 2 and 3. The heat transfer plate members 1 and the flat plate heat transfer plate members 1 'are alternately laminated to form a heat exchange core. Also in this other embodiment, the two types of heat transfer plate members 1 and 1 'each have a three-layer structure of a brazing material layer 1B, a core material layer 1A and a sacrificial corrosion layer 1C. The brazing material layer 1B is laminated adjacently. Moreover, it is preferable that the space | interval between each convex part 2 or 3 shall be 10 mm or less. Thereby, the anticorrosion effect by the sacrificial corrosion layer 1C on one side can be exerted on the opposite surface. In this embodiment, the internal fluid IF and the external fluid OF are counterflows. Moreover, it can replace with flat plate-shaped heat-transfer plate member 1 ', and can also be set as the heat-transfer plate member which changed the direction where the convex parts 2 and 3 are extruded like the previous Example.
図4〜7は、本発明の伝熱プレート部材を使用した実施の形態の熱交換器を示すものであり、本発明を車両空調用蒸発器10に適用した例を示している。蒸発器10は、外部流体OFである空調用空気の流れ方向と内部流体IFである冷凍サイクルの冷媒の流れ方向とが直交する直交流型熱交換器として構成されている。蒸発器10は、空調用空気と冷媒との熱交換を行う熱交換コア11を、多数枚の同一形状の伝熱プレート部材12を積層してろう付けすることにより構成している。なお、ここで同一形状とは、同様の凸部が形成されたという程度の意味であり、図4から理解されるように、先に述べたように同様の凸部が形成された2種類の伝熱プレートを使用しているものである。   4-7 shows the heat exchanger of embodiment using the heat-transfer plate member of this invention, and has shown the example which applied this invention to the evaporator 10 for vehicle air conditioning. The evaporator 10 is configured as a cross-flow heat exchanger in which the flow direction of the air-conditioning air that is the external fluid OF and the flow direction of the refrigerant in the refrigeration cycle that is the internal fluid IF are orthogonal to each other. The evaporator 10 includes a heat exchange core 11 that performs heat exchange between air-conditioning air and a refrigerant by laminating and brazing a plurality of heat transfer plate members 12 having the same shape. Here, the same shape means that the same convex portion is formed. As understood from FIG. 4, two types of the same convex portion are formed as described above. A heat transfer plate is used.
伝熱プレート部材12は、アルミニウム材(アルミニウム合金も含む)の芯材層の一方の片面にはろう材層を、他方の片面には犠牲腐食層をそれぞれクラッドした3層構造の板材をプレス成形したものである。即ち、伝熱プレート部材12は平坦な基板部13から細長形状に打ち出し成形した多数の凸部14を有している。これらの凸部14は、外部流体OFである空調用空気の流れ方向に対して所定の角度傾いて形成されると共に、空調用空気の流れ方向の前後に2列に分けて形成され、2列の凸部群を構成している。   The heat transfer plate member 12 is formed by press-molding a plate material having a three-layer structure in which a brazing material layer is clad on one surface of a core material layer of an aluminum material (including an aluminum alloy) and a sacrificial corrosion layer is clad on the other surface. It is what. That is, the heat transfer plate member 12 has a large number of convex portions 14 that are punched out from the flat substrate portion 13 into a thin shape. These convex portions 14 are formed at a predetermined angle with respect to the flow direction of the air-conditioning air that is the external fluid OF, and are formed in two rows before and after the flow direction of the air-conditioning air. Are formed.
2枚一組となる伝熱プレート部材12において、他方の伝熱プレート部材12の凸部14は、一方の伝熱プレート部材12の凸部14に対して、180度回動した(逆方向に傾斜)形で形成されている。こうして、2枚一組の伝熱プレート部材12が積み重ねられることによって熱交換コア11を形成している。この場合、各伝熱プレート部材12は、犠牲腐食層とろう材層とが交互に隣接するように配置されている。このようにして、伝熱プレート部材12の凸部14は、図5に示すように、内部流体IFである冷媒が流れるジグザグ状の内部流体通路を形成すると共に、外部流体OFである空調用空気が複雑に蛇行して流れる綾状の通路を形成する。したがって、伝熱プレート部材12の凸部14は、外部流体OFとの伝熱促進構造と内部流体IFの流路構造との両機能を有している。   In the heat transfer plate member 12 that is a set of two sheets, the convex portion 14 of the other heat transfer plate member 12 is rotated 180 degrees with respect to the convex portion 14 of the one heat transfer plate member 12 (in the reverse direction). (Tilt) shape. In this way, the heat exchange core member 11 is formed by stacking the heat transfer plate members 12 in pairs. In this case, each heat transfer plate member 12 is disposed so that the sacrificial corrosion layers and the brazing material layers are alternately adjacent to each other. In this way, as shown in FIG. 5, the convex portion 14 of the heat transfer plate member 12 forms a zigzag internal fluid passage through which the refrigerant that is the internal fluid IF flows, and air conditioning air that is the external fluid OF. Forms a twill-like passage that flows in a complicated manner. Therefore, the convex portion 14 of the heat transfer plate member 12 has both functions of a heat transfer promotion structure with the external fluid OF and a flow path structure of the internal fluid IF.
また、伝熱プレート部材12には、その長手方向(空調用空気の流れ方向と直交する方向)の両端部に、2列の凸部群に対応して、それぞれ2個ずつタンク部15〜18が形成されている。このタンク部15〜18は、円形状又は長円形状に形成され、凸部14と同一方向に打ち出し成形された椀状突出部からなり、その中央部には連通穴15a〜18aが開口している。この連通穴15a〜18aは、冷媒通路相互の連通を行うためのものである。
多数個の凸部14のうち、タンク部15〜18に隣接する両端部の凸部14は、その内部の凹部内間が各タンク部15〜18の凹部空間と連通する。伝熱プレート部材12は、その凸部14及びタンク部15〜18の凹面同志及び凸面同志が当接するように積層されて接合される。ここで、凸部が外側に向くように配置して凹面同志が当接する2枚一組の伝熱プレート部材12は、図5に示すように相互の細長形状の凸部14が逆方向に傾斜して交差した状態で接合される。
Further, the heat transfer plate member 12 has two tank portions 15 to 18 corresponding to the two rows of convex portions at both ends in the longitudinal direction (direction perpendicular to the flow direction of air-conditioning air). Is formed. The tank portions 15 to 18 are formed in a circular shape or an oval shape, and are formed by a hook-like protruding portion that is stamped and formed in the same direction as the convex portion 14, and communication holes 15 a to 18 a are opened in the center portion. Yes. The communication holes 15a to 18a are for communication between the refrigerant passages.
Among the multiple convex portions 14, the convex portions 14 at both ends adjacent to the tank portions 15 to 18 communicate with the concave spaces of the respective tank portions 15 to 18 in the interior of the concave portions. The heat transfer plate member 12 is laminated and joined so that the concave surfaces and the convex surfaces of the convex portion 14 and the tank portions 15 to 18 come into contact with each other. Here, the pair of heat transfer plate members 12 that are arranged so that the convex portions face outward and the concave surfaces come into contact with each other, as shown in FIG. 5, the slender convex portions 14 of each other incline in the opposite direction. And joined in a crossed state.
この凸部14の交差部、即ち重合部で多数の凸部14の内部空間相互の間が連通状態となり、ジグザグ状の冷媒通路19,20を形成する。冷媒通路19は、空気流れ方向の下流側のタンク部15,16の間を連通させる空気下流側の冷媒通路であり、冷媒通路20は、空気流れ方向の上流側のタンク部17,18の間を連通させる空気上流側の冷媒通路である。従って、空気流れ方向の前後に位置する2列の凸部群によって、空気流れ方向と直交する方向に内部流体IFである冷媒を流す2列の冷媒通路19,20が構成される。2列の冷媒通路19,20間は、伝熱プレート部材12の幅方向の中央部Cに位置する基板部13同志の接合部により分離されている。   Intersections of the projections 14, that is, overlapping portions, are connected to each other between the internal spaces of the projections 14, thereby forming zigzag refrigerant passages 19 and 20. The refrigerant passage 19 is a refrigerant passage on the downstream side of the air that communicates between the tank portions 15 and 16 on the downstream side in the air flow direction, and the refrigerant passage 20 is between the tank portions 17 and 18 on the upstream side in the air flow direction. This is a refrigerant passage on the air upstream side that communicates with each other. Therefore, two rows of refrigerant passages 19 and 20 for allowing the refrigerant as the internal fluid IF to flow in a direction orthogonal to the air flow direction are constituted by the two rows of convex portions located before and after the air flow direction. The two rows of refrigerant passages 19 and 20 are separated by a joint portion between the substrate portions 13 located at the center portion C in the width direction of the heat transfer plate member 12.
冷媒通路19,20を構成する2枚一組の伝熱プレート部材12を、多数組積層して接合することにより熱交換コア11が構成される。伝熱プレート部材12の積層方向の両端側には、伝熱プレート部材12と同じ大きさの平板状のエンドプレート21,22が配設されている。図4において左側のエンドプレート21には、下側の空気下流側タンク部15に連通される冷媒入口パイプ23、及び上流の空気上流側タンク部18に連通される冷媒出口パイプ24が結合されている。   The heat exchange core 11 is configured by laminating and joining a set of two heat transfer plate members 12 constituting the refrigerant passages 19 and 20. Flat end plates 21 and 22 having the same size as the heat transfer plate member 12 are disposed on both ends in the stacking direction of the heat transfer plate member 12. In FIG. 4, the left end plate 21 is connected with a refrigerant inlet pipe 23 that communicates with the lower air downstream tank section 15 and a refrigerant outlet pipe 24 that communicates with the upstream air upstream tank section 18. Yes.
また、図4の右側のエンドプレート22には、下側の空気下流側タンク部15に連通する連通穴22aと、上側の空気上流側タンク部18に連通する連通穴22bが形成されている。このエンドプレート22の外側の面にはサイドプレート25がさらに接合されている。このサイドプレート25は、凹形状にプレス成形されたものである。サイドプレート25がエンドプレート22に接合されることにより、図6,7に示すようにエンドプレート22との間に冷媒通路26が形成される。この冷媒通路26は、連通穴22a,22bを介して下側の空気下流側タンク部15と上側の空気上流側タンク部18との間を連通する。この場合、空気下流側タンク部15及び空気上流側タンク部18の中央部に仕切り部(図示せず)を設ける。これにより、空気下流側で逆U字形状に流れる冷媒通路が形成され、また空気上流側でU字形状に流れる冷媒通路が形成される。   Also, the right end plate 22 in FIG. 4 is formed with a communication hole 22a that communicates with the lower air downstream tank portion 15 and a communication hole 22b that communicates with the upper air upstream tank portion 18. A side plate 25 is further joined to the outer surface of the end plate 22. The side plate 25 is press-molded into a concave shape. By joining the side plate 25 to the end plate 22, a refrigerant passage 26 is formed between the side plate 25 and the end plate 22 as shown in FIGS. The refrigerant passage 26 communicates between the lower air downstream tank portion 15 and the upper air upstream tank portion 18 through the communication holes 22a and 22b. In this case, a partition (not shown) is provided at the center of the air downstream tank 15 and the air upstream tank 18. As a result, a refrigerant passage that flows in an inverted U shape on the downstream side of the air is formed, and a refrigerant passage that flows in a U shape on the upstream side of the air is formed.
本実施形態の蒸発器10は、上記のように構成されており、その製造は以下のように行われる。まず、ろう材層、芯材層及び犠牲腐食層の3層構造よりなる伝熱プレート部材12に伝熱促進構造と流路構造の両機能をもつ凸部14をプレス成形により加工する。このとき、サイドプレート25も同様にプレス加工する。2枚一組となる伝熱プレート部材12を犠牲腐食層とろう材層とが交互に隣接するように積層配置すると共に、他の構成部品であるエンドプレート21,22やサイドプレート25等も組み付けて、この積層状態(組付状態)を適宜の治具により仮保持して、ろう付け用の加熱炉内に搬入する。加熱炉内で組付体(積層体)をろう材の融点まで加熱することにより、組付体を一体にろう付けする。加熱炉内から組付体を取り出し、治具を外す。これにより、蒸発器10の組付(製造)を完了できる。   The evaporator 10 of this embodiment is comprised as mentioned above, The manufacture is performed as follows. First, a convex portion 14 having both functions of a heat transfer promotion structure and a flow path structure is processed by press molding on a heat transfer plate member 12 having a three-layer structure of a brazing material layer, a core material layer, and a sacrificial corrosion layer. At this time, the side plate 25 is similarly pressed. The two heat transfer plate members 12 are stacked and disposed so that the sacrificial corrosion layers and the brazing material layers are alternately adjacent to each other, and other components such as the end plates 21 and 22 and the side plate 25 are also assembled. Then, this laminated state (assembled state) is temporarily held by an appropriate jig and carried into a brazing heating furnace. By heating the assembly (laminate) to the melting point of the brazing material in a heating furnace, the assembly is brazed together. Remove the assembly from the heating furnace and remove the jig. Thereby, the assembly (manufacture) of the evaporator 10 can be completed.
次に本実施形態の蒸発器10の作用を説明する。内部流体IFである冷凍サイクル低圧側の気液2相冷媒が、上記した通路構成に従って、まず空気下流側冷媒通路19内をジグザグ状に、かつ全体として逆U字状に流れ、サイドプレート25の冷媒通路26で反転して、空気上流側冷媒通路20内をジグザグ状に、かつ全体としてU字状に流れる。一方、外部流体OFである空調空気は、図7に示すように熱交換コア11の伝熱プレート部材12の外面側に突出している凸部14の間に形成される間隙を波状に蛇行しながら流れる。この空気の流れから冷媒は蒸発潜熱を吸熱して蒸発するので、空調空気は冷却され、冷風となる。   Next, the operation of the evaporator 10 of this embodiment will be described. The gas-liquid two-phase refrigerant on the refrigeration cycle low pressure side, which is the internal fluid IF, first flows in a zigzag shape in the air downstream side refrigerant passage 19 and in an inverted U shape as a whole in accordance with the above-described passage configuration. The refrigerant flows through the refrigerant passage 26 in a zigzag manner and as a whole in a U-shape. On the other hand, the conditioned air that is the external fluid OF is meandering in a wavy manner in the gap formed between the convex portions 14 protruding to the outer surface side of the heat transfer plate member 12 of the heat exchange core 11 as shown in FIG. Flowing. Since the refrigerant absorbs the latent heat of vaporization and evaporates from the air flow, the conditioned air is cooled and becomes cold air.
この際、空調空気の流れ方向に対して、空気下流側に冷媒入口側熱交換部を、また空気上流側に冷媒出口側熱交換部をそれぞれ区画形成するとともに、冷媒入口側熱交換部と冷媒出口側熱交換部において冷媒の流れ方向を一致させている。このような冷媒通路構成とすることで、気液2相冷媒の液相冷媒と気相冷媒とが冷媒通路19,20に対してある程度不均一に分配されても、空調空気の蒸発器の吹出空気温度を蒸発器10の全域に渡って均一化できる。また、冷媒は冷媒通路19,20内をジグザグ状でかつU字状に3次元的に方向転換した流れを形成して、その流れを乱すので、冷媒側の熱伝達率を高めることができる。   At this time, with respect to the flow direction of the conditioned air, the refrigerant inlet side heat exchange unit is formed on the downstream side of the air, and the refrigerant outlet side heat exchange unit is formed on the upstream side of the air. The flow direction of the refrigerant is made to coincide in the outlet side heat exchange section. With such a refrigerant passage configuration, even if the liquid-phase refrigerant and the gas-phase refrigerant of the gas-liquid two-phase refrigerant are distributed to the refrigerant passages 19 and 20 to some extent unevenly, the blowout of the conditioned air evaporator The air temperature can be made uniform over the entire area of the evaporator 10. Further, the refrigerant forms a flow that is three-dimensionally changed in a zigzag and U shape in the refrigerant passages 19 and 20 and disturbs the flow, so that the heat transfer coefficient on the refrigerant side can be increased.
一方、空気側においては、細長状の凸部14が直交状にクロスした伝熱面を形成しているので、空気はこの直交状にクロスした伝熱面に沿って流れ、直進を妨げられる。このため、空気流は図5に示すように伝熱プレート部材12の平面方向に複雑に蛇行した流れを形成する。同時に、図7に示すように伝熱プレート部材12の積層方向にも空気OFは波状に蛇行した流れを形成する。この結果、伝熱プレート部材12の凸部14による外面側へ凸面の間隙からなる空気通路を空気OFは3次元的に方向転換した流れを形成して、その流れを乱すので、空気流れが乱流状態となり、空気側の熱伝達率を飛躍的に向上することができる。   On the other hand, on the air side, the elongated projections 14 form a heat transfer surface crossed orthogonally, so that air flows along the heat transfer surface crossed orthogonally and is prevented from going straight. For this reason, as shown in FIG. 5, the air flow forms a complicatedly meandering flow in the plane direction of the heat transfer plate member 12. At the same time, as shown in FIG. 7, the air OF forms a meandering flow in the laminating direction of the heat transfer plate member 12. As a result, the air OF forms a flow which is three-dimensionally changed in the air passage formed by the convex gap toward the outer surface by the convex portion 14 of the heat transfer plate member 12, and disturbs the flow. It becomes a flow state, and the heat transfer coefficient on the air side can be dramatically improved.
本発明においては、3層構造の伝熱プレート部材の材料の化学成分を変えて、図4〜7に示される実施形態の熱交換器(蒸発器)を弗化物フラックスを用いるろう付け法で製作した種々の熱交換器のサンプルを使用して腐食試験を行った。その評価結果が図8の表に示されている。
この腐食試験は、以下のような条件で行った。
浸漬液としては、Clイオン6000ppm+SO4イオン200ppm+Cuイオン10ppmを含む液を使用し、噴霧液としては、Clイオン3000ppm+SO4イオン1360ppmを含むpH3の液を使用した。また、熱交換器の伝熱プレート部材は、板厚0.2mm、クラッド率として犠牲腐食層20%、ろう材層15%のものを使用している。
試験方法としては、まず上記浸漬液に24時間浸漬後、上記噴霧液によるサイクル噴霧試験を実施した。
サイクル試験条件は、噴霧50℃1.5h→乾燥50℃1h→湿潤50℃1.5hである。
この試験結果(評価結果)が図8の表に示される。この表において、化学成分の残部は、Al+不純物である。
In the present invention, the heat exchanger plate (evaporator) of the embodiment shown in FIGS. 4 to 7 is manufactured by brazing using a fluoride flux by changing the chemical composition of the material of the heat transfer plate member having a three-layer structure. Corrosion tests were performed using various heat exchanger samples. The evaluation results are shown in the table of FIG.
This corrosion test was performed under the following conditions.
As the immersion liquid, a liquid containing Cl ion 6000 ppm + SO 4 ion 200 ppm + Cu ion 10 ppm was used, and as the spray liquid, a pH 3 liquid containing Cl ion 3000 ppm + SO 4 ion 1360 ppm was used. Further, the heat transfer plate member of the heat exchanger is a plate having a thickness of 0.2 mm and a clad rate of 20% sacrificial corrosion layer and 15% brazing material layer.
As a test method, first, after being immersed in the immersion liquid for 24 hours, a cycle spray test using the spray liquid was performed.
The cycle test conditions are: spray 50 ° C. 1.5 h → dry 50 ° C. 1 h → wet 50 ° C. 1.5 h.
The test results (evaluation results) are shown in the table of FIG. In this table, the remainder of the chemical component is Al + impurities.
この表から、犠牲腐食層面は、評価したサンプルはいずれも良好な耐食性を示した。また、ろう材層面は、ろう材にZnの添加があれば良好な耐食性を示したが、Znが添加されない場合は犠牲腐食層からのZnの飛来に依存するので、犠牲腐食層のZnは、1.5〜5.0質量%の添加が必要であった。
このことから、本発明では、犠牲腐食層の材料としては、Al−Zn合金又はAl−Zn−Mn合金が採用可能であり、その化学成分としては、Znが1.5〜5.0質量%、Mnが2.0質量%以下のものが好ましい。
また、ろう材層の材料としては、卑な低電位することが好適であり、Al−Si合金、Al−Si−Zn合金、Al−Si−Mn−Zn合金等が採用可能である。
From this table, the sacrificial corrosion layer surface showed good corrosion resistance for all the evaluated samples. In addition, the brazing material layer surface showed good corrosion resistance if Zn was added to the brazing material, but if Zn was not added, it depends on the flying of Zn from the sacrificial corrosion layer. The addition of 1.5 to 5.0% by mass was necessary.
Therefore, in the present invention, an Al—Zn alloy or an Al—Zn—Mn alloy can be adopted as the material of the sacrificial corrosion layer, and the chemical component thereof is 1.5 to 5.0 mass% of Zn. , Mn is preferably 2.0% by mass or less.
As a material for the brazing material layer, a low base potential is suitable, and an Al—Si alloy, an Al—Si—Zn alloy, an Al—Si—Mn—Zn alloy, or the like can be used.
本発明の実施の形態による伝熱プレート部材のろう付け部分の拡大図である。It is an enlarged view of the brazing part of the heat-transfer plate member by embodiment of this invention. 伝熱プレート部材を積層した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which laminated | stacked the heat-transfer plate member. 別の実施形態の伝熱プレート部材(a)とその積層状態(b)を示す図である。It is a figure which shows the heat-transfer plate member (a) of another embodiment, and its lamination | stacking state (b). 更に別の実施形態の伝熱プレート部材を使用した本発明の実施の形態の熱交換器を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the heat exchanger of embodiment of this invention using the heat-transfer plate member of another embodiment. 図4の熱交換器を用いる2枚の伝熱プレート部材の重合状態を示す図である。It is a figure which shows the superposition | polymerization state of two heat-transfer plate members using the heat exchanger of FIG. 図5のX−X断面図である。It is XX sectional drawing of FIG. 図5のY−Y断面図である。FIG. 6 is a YY sectional view of FIG. 5. 伝熱プレート部材を変えて、弗化物フラックスを用いるろう付け法で製作した種々の熱交換器サンプルを使用して腐食試験を行った評価結果を示す表である。It is a table | surface which shows the evaluation result which performed the corrosion test using the various heat exchanger samples manufactured by the brazing method using a fluoride flux, changing the heat-transfer plate member. 従来の伝熱プレート部材を使用した熱交換コアを示す図である。It is a figure which shows the heat exchange core which uses the conventional heat-transfer plate member. 従来の伝熱プレート部材を使用した熱交換コアを示す図である。It is a figure which shows the heat exchange core which uses the conventional heat-transfer plate member.
符号の説明Explanation of symbols
1,12 伝熱プレート部材
1A 芯材層
1B ろう材層
1C 犠牲腐食層
2,14 凸部
10 熱交換器(蒸発器)
OF 外部流体(空調用空気)
IF 内部流体(冷媒)
1,12 Heat transfer plate member 1A Core material layer 1B Brazing material layer 1C Sacrificial corrosion layer 2,14 Convex portion 10 Heat exchanger (evaporator)
OF External fluid (Air for air conditioning)
IF internal fluid (refrigerant)

Claims (7)

  1. アルミニウム材よりなる芯材層(1A)の片面に低電位のろう材層(1B)を、他の片面に犠牲腐食層(1C)をクラッドした3層構造の伝熱プレート部材(1,12)において、
    前記ろう材層(1B)のろう材として、Al−Si合金か、Al−Si−Zn合金又はAl−Si−Mn−Zn合金のいずれかの合金を採用し、
    前記犠牲腐食層(1C)が、Al−Zn合金又はAl−Zn−Mn合金で構成されていることを特徴とする伝熱プレート部材。
    A heat transfer plate member (1, 12) having a three-layer structure in which a low potential brazing material layer (1B) is clad on one side of a core material layer (1A) made of an aluminum material and a sacrificial corrosion layer (1C) is clad on the other side. In
    As the brazing filler metal layer (1B), an Al-Si alloy, an Al-Si-Zn alloy, or an Al-Si-Mn-Zn alloy is employed,
    The heat transfer plate member, wherein the sacrificial corrosion layer (1C) is made of an Al-Zn alloy or an Al-Zn-Mn alloy.
  2. アルミニウム材よりなる芯材層(1A)の片面に低電位のろう材層(1B)を、他の片面に犠牲腐食層(1C)をクラッドした3層構造の板材を成形した伝熱プレート部材(1,12)を積層して形成した熱交換器(10)において、
    前記伝熱プレート部材(1,12)には、外部流体(OF)の伝熱促進構造(2,14)と内部流体(IF)の流路構造(2,14)とが一体で成形加工されていて、前記伝熱プレート部材(1,12)は、前記犠牲腐食層(1C)と前記ろう材層(1B)とが交互に隣接するように積層配置され、前記伝熱プレート部材(1,12)の外部流体伝熱面と隣接対向する他方の前記伝熱プレート部材(1,12)の外部流体伝熱面とが部分的に互いに接するように一方或いは両方の前記伝熱プレート部材(1,12)に凸形状(2,14)を形成したことを特徴とする熱交換器。
    A heat transfer plate member formed by molding a three-layer plate material in which a low-potential brazing material layer (1B) is clad on one surface of a core material layer (1A) made of an aluminum material and a sacrificial corrosion layer (1C) is clad on the other surface ( 1, 12) In the heat exchanger (10) formed by stacking,
    The heat transfer plate member (1, 12) is integrally formed with a heat transfer promoting structure (2, 14) for the external fluid (OF) and a flow path structure (2, 14) for the internal fluid (IF). The heat transfer plate members (1, 12) are laminated so that the sacrificial corrosion layers (1C) and the brazing material layers (1B) are alternately adjacent to each other, and the heat transfer plate members (1, 1) are arranged. 12) one or both of the heat transfer plate members (1) so that the external fluid heat transfer surface of 12) and the external fluid heat transfer surface of the other heat transfer plate member (1, 12) adjacent to each other are partially in contact with each other. , 12) and a convex shape (2, 14) are formed.
  3. 前記犠牲腐食層(1C)が、Al−Zn合金又はAl−Zn−Mn合金で構成されることを特徴とする請求項2に記載の熱交換器。   The heat exchanger according to claim 2, wherein the sacrificial corrosion layer (1C) is made of an Al-Zn alloy or an Al-Zn-Mn alloy.
  4. 前記犠牲腐食層(1C)の材料の化学成分が、Zn:1.5〜5.0質量%で、Mn:2.0質量%以下であることを特徴とする請求項3に記載の熱交換器。   4. The heat exchange according to claim 3, wherein the chemical component of the material of the sacrificial corrosion layer (1 </ b> C) is Zn: 1.5 to 5.0 mass% and Mn: 2.0 mass% or less. vessel.
  5. 前記ろう材層(1B)のろう材が、Al−Si合金か、Al−Si−Zn合金又はAl−Si−Mn−Zn合金のいずれかの合金を採用したことを特徴とする請求項2,3又は4に記載の熱交換器。   The brazing material of the brazing material layer (1B) is an Al-Si alloy, an Al-Si-Zn alloy or an Al-Si-Mn-Zn alloy. The heat exchanger according to 3 or 4.
  6. 前記外部流体(OF)が通る部分にフィンが設けられていないことを特徴とする請求項2〜5のいずれか一項に記載の熱交換器。   The heat exchanger according to any one of claims 2 to 5, wherein a fin is not provided in a portion through which the external fluid (OF) passes.
  7. アルミニウム材よりなる芯材層(1A)の片面に低電位のろう材層(1B)を、他の片面に犠牲腐食層(1C)をクラッドした3層構造の伝熱プレート部材(1,12)を積層して形成する熱交換器(10)の製造方法が、以下の段階、
    前記伝熱プレート部材(1,12)に外部流体(OF)との伝熱促進構造(2,14)と内部流体(IF)の流路構造(2,14)とを一体に成形加工する段階と、
    成形加工された前記伝熱プレート部材(1,12)を、犠牲腐食層(1C)とろう材層(1B)とが交互に隣接するように積層配置し、得られた積層体を治具により仮保持する段階と、
    仮保持された前記積層体を加熱炉内に搬入して、加熱してろう付けする段階と、
    を含むことを特徴とする熱交換器の製造方法。
    A heat transfer plate member (1, 12) having a three-layer structure in which a low potential brazing material layer (1B) is clad on one side of a core material layer (1A) made of an aluminum material and a sacrificial corrosion layer (1C) is clad on the other side. The manufacturing method of the heat exchanger (10) formed by laminating the following steps:
    The heat transfer plate member (1, 12) is integrally molded with a heat transfer promoting structure (2, 14) with an external fluid (OF) and a flow path structure (2, 14) with an internal fluid (IF). When,
    The formed heat transfer plate members (1, 12) are laminated so that the sacrificial corrosion layers (1C) and the brazing filler metal layers (1B) are alternately adjacent to each other, and the obtained laminated body is used with a jig. A temporary holding stage;
    Carrying the temporarily held laminate into a heating furnace, heating and brazing, and
    The manufacturing method of the heat exchanger characterized by including.
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