JP4026503B2 - Manufacturing method of heat exchanger - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換器(コンデンサ、エバポレータ、ヒータ等)の製造方法に関する。
【0002】
ここでは、多数枚の伝熱プレートを接着剤結合させて熱交換通路群(コア部)と熱媒体導入・導出部(分配・集合タンク部)とを一体形成した熱交換器に適用する場合を例にとり説明をするが、これに限られるものではない。
【0003】
すなわち、本発明は、当該構成のものに限られるものではなく、多管式、二重管式、渦巻き式、プレートフィン式等各種熱交換器に適用できるものである(熱交換器の種類は、化学工学協会編「化学装置便覧」丸善、昭52-3-20、p1167-1174参照)。
【0004】
【従来の技術】
例えば、図1に示すように、熱媒体導入・導出部(タンク部)12と熱交換部(コア部)14とを備え、タンク形成部16とコア形成部18とがプレス加工により形成された多数枚の伝熱プレート20(図2参照)が接合一体化された構成の熱交換器22は、従来、アルミニウム(Al)系合金帯板(圧延材)の母材(芯材)とし、ろう材(Al-Si系合金)を片面又は両面にクラッド圧延したブレージングシートを使用して製造していた(特許文献1等参照)。なお、ここで、プレス加工とは、ロール加工を含めた広い意味である。
【0005】
例えば、その製造方法は図3に示す如くであった。なお、図例は、コア部(熱交換部)14における1つの冷媒細径通路(1mmφ前後)14a部位を拡大表示してモデル的に製造工程を図示したものである。
【0006】
皮材(ろう材)24を心材(Al系合金帯板)26の両面又は片面(図例では片面)にクラッド(形成)したブレージングシート(合せ板)28を用意する(図3(I))。なお、該ブレージングシート28は、金属帯材の熱間圧延時に同時被覆して製造する。
【0007】
そして、該ブレージングシート28から、図3に示す如く、タンク形成部16とコア形成部18とがプレス加工により形成された多数枚の板状の構成部材(伝熱プレート)20を調する(図3(II))。即ち、ブレージングシート28の上に図2に示す如く、タンク・コア形成部16、18をプレス加工(フォーミング)した後、伝熱プレート20を打ち抜く順送り加工、又は、ブランクを打ち抜き後、上記タンク・コア形成部16、18のプレス加工(フォーミング)を行なうトランスファ加工にて、上記伝熱プレート(板状構成部材)20を製造する。
【0008】
そして、伝熱プレート20、20を積層して仮組み立てを行なった後、フラックス30を静電塗装等により塗布する(図3(III)・(IV))。このとき、フラックスとは、金属材料表面の酸化皮膜を除去し、ろう材の流動性向上を目的に添加する無機材料である。そして、Alのブレージングシートの場合、フラックスとしては、四ふっ化カリウムアルミニウム(KAlF4)を主成分とするものを使用することが多い。
【0009】
続いて、N2ガス雰囲気下の加熱炉32で、母材融点より低い温度でろう材を溶かしてろう付け(ろう接)を行ない、熱交換器(製品)22を得る(図3(V)・(VI))。たとえば、ブレージングシートとして、アルミブレージング材を使用した場合、即ち、板状構成部材の心材(母材)がAlの場合、加熱温度は600℃前後である。なお、図3(VI)において、冷媒通路のろう材がほとんど残存していないのは、毛細管現象により接合部にろう材が移動するためである。
【0010】
しかし、上記のような従来の製造方法によると、ブレージングシート(高価である。)とともにフラックスを必要とし、さらには、ろう付けに際して、N2ガス雰囲気で600℃前後に加熱する必要があるため、エネルギーコストが嵩むのともに、気密性の高い高出力電気加熱炉を必要とした。
【0011】
また、上記KAlF4を主成分とするフラックスを使用する場合は、他のAl系合金に比して相対的に高強度であるAl−Mg系合金(例えば、A5000系:A5052、A5182等)を母材として使用することはできなかった。KAlF4はMgと反応して、高融点物質(KMgF3等)が生成されるため、フラックス機能(酸化皮膜除去作用)が低下し、ろう材の流動性を阻害するためである。
【0012】
さらに、ろう付けの加熱温度が600℃前後と比較的高温であることから、Al−Cu−Mg系(A2024等)の低融点Al系合金や、高温加熱により加工硬化の戻りがあるAl系加工硬化材(H14材等)も母材としての使用も制限された。
【0013】
したがって、Al系合金の母材としての選択幅が狭く、薄肉化に必要なこれら高強度Al系合金が使用可能な接合方法への変更が課題とされていた。
【0014】
そして、あえて従来強度の薄肉材(引張強度180Mpa以下、0.15mmt以下のAl材料;例えばA3003)で製造した場合は、タンク部において所定の耐圧性を得難く、伝熱プレート調製後の後工程でタンク部補強工程を組み込む必要があった。タンク部の熱媒体受圧内径はコア部のそれより格段に大きく(例えば、前者10〜15mmφに対して後者1mmφ)、タンク部にはコア部に比して大きな耐内圧破壊強度が要求される。
【0015】
このため、図4に示す如く、ろう付け(組み立て結合)後、締結バンド(アルミバンド)33をタンク部12にその長手方向(垂直方向)に締結したり、周囲に接着剤塗布を行って再度加熱硬化させたりして補強していた。ろう付け温度(約600℃)における加熱では、エポキシ系接着剤でも熱劣化してしまい、加熱工程を兼用することは不可能である。
【0016】
なお、ろう付け以外の接合方法としては、溶接、摩擦圧接及び接着(剤)等がある。
【0017】
しかし、溶接、摩擦圧接は、母材の溶融を伴うこと、及び、高荷重での加圧が必要であるため、薄肉材を用い多数の部位を同時に接合する必要のある熱交換器に対しては不適である。他方、接着(剤)については、薄肉材の多数同時接合を低温(例えば、250℃以下)で実現するという点では可能性がある。
【0018】
例えば、特許文献2・3では、プレス加工後の構成部材(熱交換器の)に接着剤を塗布して組み立て一体化する技術が記載されている。
【0019】
しかし、プレス加工後で多数の微小凹凸のある構成部材に均一に接着剤を塗布することは、特許文献2に記載の如く、高圧エア等を吹き付けて余分な接着剤を除去する等する必要があり、面倒である。特許文献2においても、同様な問題が発生すると推定される。
【0020】
また、特許文献4・5では、プレス加工前に素材段階で接着剤を塗布した後、硬化させて接着させる技術が記載されている。
【0021】
しかし、通常の接着剤は液状でありまた粘着性を有しているため、プレス加工時等において接触物(ハンドリング材、工具)に付着する等の問題点が発生するものと推定される。
【0022】
【特許文献1】
特開平11−287580号公報
【特許文献2】
特開昭64−58990号公報
【特許文献3】
特開平2−115288号公報
【特許文献4】
特開平1−273634号公報
【特許文献5】
特開2002−243395公報
【0023】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記にかんがみて、ろう付け(ろう材結合)に替えて接着剤結合することに起因する問題点を発生させることのない熱交換器の製造方法を提供することを目的とする。
【0024】
本発明のさらに他の目的は、伝熱プレート調製工程の後工程で、タンク部等の他部に比して耐内圧破壊強度が要求される部位の補強工程を組込む必要がない熱交換器の製造方法を提供することにある。
【0025】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意開発に努力をした結果、下記構成の熱交換器の製造方法に想到した。
【0026】
実質的な接着構造体である熱交換器を製造する方法であって、
金属母材に、B状態のエポキシ系の熱硬化型接着剤からなる粘着性を有しない未硬化固状被膜を全面的に又は部分的に被覆させて接着剤被覆金属材(プレコート材)を調製するプレコート材調製工程、
プレコート材を、プレス加工により構成部材を形成する構成部材調製工程、及び、
前記構成部材を仮組み立て後、250℃以下の加熱雰囲気において、前記未硬化固状被膜をC状態に完全硬化(架橋)させる組み立て結合工程
を含むことを特徴とする。
【0027】
本発明では、熱交換器の素材とする接着剤被覆金属材(プレコート材)の被膜が固状被膜で粘着性を実質的に有せず、後工程におけるプレス加工や組み立てにおける取り扱い性に問題が発生しない。即ち、他部材との干渉・接触による接着剤付着等の問題が発生しない。
【0028】
したがって、接着剤結合により熱交換器を製造することが容易となり、当然、ろう付けにより製造する場合の、金属選択自由度の制限、さらには、600℃前後の高温N2雰囲気とするための特別な設備も不要となる。また、加熱雰囲気が250℃以下であることにより、金属母材が加熱影響を受ける可能性がほとんどない。さらに、熱硬化型接着剤がエポキシ系であることにより、金属用接着剤として汎用性に富み、要求特性に応じたものを入手し易い。
【0029】
上記プレコート材調製工程は、未硬化固状のフィルム状接着剤を金属母材の上に載置して圧接ローラにより接合させて接着剤層を形成することが、プレコート材の生産性が良好である。即ち、この方法を採用すると、液状接着剤を塗布後、乾燥ないし硬化させて未硬化固状(いわゆるB状態)の接着剤層を形成する場合に比して、生産性が良好である。
【0032】
そして、上記熱交換器の製造方法を、熱媒体導入・導出部(タンク部)と熱交換部(コア部)とを備え、タンク形成部とコア形成部とがプレス加工により形成された多数枚の板状の構成部材(伝熱プレート)が積層一体化された構成の熱交換器を製造する方法においては、下記(1)又は(2)の製造方法とすることが望ましい。
【0033】
(1)金属板材(金属母材)の片面又は両面に、B状態のエポキシ系の熱硬化型接着剤からなる粘着性を有しない未硬化固状被膜を、タンク構成部位を他部位より厚肉状態に塗布して形成する接着剤被覆金属材(プレコート材)を調製するプレコート材調製工程、
プレコート材からプレス加工により伝熱プレートを形成する伝熱プレート調製工程、及び、
伝熱プレートを仮組み立て後、250℃以下の加熱雰囲気において、未硬化固状被膜をC状態に完全硬化(架橋)させる組み立て結合工程
を含むことを特徴とする。
【0034】
(2)金属板材(金属母材)の片面又は両面に、B状態のエポキシ系の熱硬化型接着剤からなる粘着性を有しない未硬化固状被膜を全面に均一厚さで形成する接着剤被覆金属材(プレコート材)調製工程、
プレコート材をプレス加工により伝熱プレートを形成する伝熱プレート調製工程、及び、
伝熱プレートを仮組み立て後、タンク部の周囲に補強用接着剤を塗布し、続いて、250℃以下の加熱雰囲気において、未硬化固状被膜をC状態に完全硬化させる組み立て結合工程
を含むことを特徴とする、熱交換器の製造方法。
【0035】
上記(1)、(2)の如く、タンク構成部位における未硬化固状被膜(接着剤層)を加熱硬化前において、厚肉に形成することにより、1回の加熱硬化工程にて、タンク部のみ厚肉化でき、変形しやすいタンク部を接着剤で厚くし、強度補強することが可能である。
【0037】
また、金属板材は、通常、肉厚0.15mmt以下で引張り強度(JIS Z 2241)180MPa以上を示すアルミニウム系板材とすることが好ましい。熱交換器の小型化・軽量化に寄与するためである。
【0040】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ここでは、前述例と同様、図1に示すように、タンク部12とコア部14とを備え、伝熱プレート20を接合一体化した構成(の熱交換器(製品)22)を製造する場合について説明をする。伝熱プレート20は、図2に示す如く、タンク形成部16とコア形成部18とがプレス加工により形成したものである。
【0041】
本実施形態の熱交換器は、実質的な接着構造体である熱交換器を製造する方法である。ここでは、実質的な接着構造体とは、熱交換器の部品の主体部品(熱交換部等)が接着結合されておればよく、カバー部やブラケット等の付属的部品が溶接ないし脱着可能なビス・クリップ止め等の機械的結合を含んでいてもよいことを意味する。
【0042】
そして、本発明の製造方法の一実施形態は、下記(1)プレコート材調製工程、(2)伝熱プレート(構成部材)調製工程、及び(3)組み立て結合工程からなる(図5・6参照)。
【0043】
(1)プレコート材調製工程:
金属板材(金属母材)26の片面又は両面(図例では片面)に、B状態(未架橋)の熱硬化型接着剤からなる未硬化固状被膜(接着剤層)42を、タンク構成部位12Aをコア部構成部位14Aより厚肉に塗布して接着剤被覆金属材(プレコート材)46を調製する(図7参照)。なお、図7の二点鎖線は、ブランクないし伝熱プレートの裁断位置である。
【0044】
ここで、金属母材としては、通常、伝熱性及び軽量化の見地からAl系金属を使用するが、熱交換器の要求特性に応じて、Cu系、鉄系さらにはMg系、Ti系等の金属材であってもよい。
【0045】
上記Al系金属とは、Al及びAl系合金を含み、Al合金としては、熱交換器素材とする場合、例えば、A2000系(Al−Cu系)、A3000系(Al−Mn系)、A5000系(Al−Mg系)、A6000系(Al−Mg−Si系)、A7000系(Al−Zn系)等を使用できる。とくに、上記伝熱プレートの場合は、軽量化等の見地から、高強度Al合金、例えばA5052、A5182(Al−Mg系)、A2017(Al−Cu−Mg系)、A3003(Al−Mn−Cu系)等を使用することが望ましい。ここで、材料記号は、JIS記号である。
【0046】
金属板材は、圧延材とし、その板厚(肉厚)は、Al系の場合、通常、0.02〜1mm、望ましくは、0.05〜0.5mmとする。軽量化の見地からは、後述の如く、肉厚0.15mmt以下で引張り強度(JIS Z 2241)180MPa以上を示すものを使用することが望ましい。ただし、耐内圧破壊強度が要求される部位、本実施形態では、タンク構成部位は、後述の如く、補強対策を構ずる必要がある。
【0047】
そして、使用する熱硬化型接着剤としては、金属構造用熱硬化型接着剤として、未硬化固状(B状態)のものを入手可能若しくは製造可能なものなら特に限定されない。
【0048】
例えば、固形エポキシ、エポキシ/フェノリック、ナイロン/エポキシ、ニトリル/エポキシ、ポリビニルホルマール/フェノリック、ニトリルゴム/フェノリック等を使用できる(接着協会編「接着ハンドブック」昭55-11-20、日刊工業、p350−353参照)。これらのうち、前四者のエポキシ系のものが、汎用性があり、各種特性のものを選択できるため望ましい。特に、耐熱性の見地からは、熱安定性に優れているエポキシ/フェノリックのものが望ましい。
【0049】
また、未硬化固状被膜(接着剤層)42の塗膜厚は、タンク構成部位12Aをコア構成部位14Aより厚肉に塗布する(図7参照)。ここで、コア構成部位(一般部)は、通常、5〜100μm、望ましくは10〜50μmとし、タンク部は、それより厚肉、通常、10〜200μm、望ましくは40〜80μmとする。
【0050】
被膜の形成方法は、ローラ塗り、刷毛塗り、スプレー塗り、浸漬塗り等任意である。安定した塗膜厚を得る見地から、通常、図8に示す如く、バックアップロール34の上を搬送される圧延材(母材:心材)26の表面に、ドクターロール36により付着量(被膜厚)を調節しながらコーティングロール38により塗布する。コーティングロール38への液状接着剤40Aの供給は、図示しないピックアップロール等により行なう。
【0051】
そして、タンク構成部位部位12を厚肉に接着剤を塗布するには、二回塗り(重ね塗り)してもよいが、ドクターロール36のタンク形成部に対応する端部を小径にして、ドクターロール36とコーティングロール38の隙間を大きくして、又は、タンク形成部位に要求塗膜厚に塗布後、ドクターブレード等によりコア形成部位の接着剤を掻きとってコア形成部位の要求塗膜厚に形成してもよい。さらには、押出ダイスを使用してタンク構成部位を厚肉に接着剤を塗布することも可能である。
【0052】
また、固状(B状態:未架橋)のフィルム状接着剤を使用する場合は、図9に示す如く、バックアップロール34Aの上を搬送される圧延板(母材)26の表面に、フィルム状接着剤40Aを載せながら、必要により若干加熱(100℃)した圧接ロール(圧着ローラ)35で圧着して未硬化固状被膜42を形成する。なお、フィルム状接着剤40Aは、キャスト、乾燥させて作ったものを使用する。
【0053】
そして、フィルム状接着剤42Aを使用して厚肉塗膜部を形成する場合は、母材全面にフィルム状接着剤を圧接ロール35で圧着させた後、所定幅のテープ状とした圧接ロール35でフィルム状接着剤42Aを圧着させる。
【0054】
(2)伝熱プレート調製工程:
プレコート材46からプレス加工により伝熱プレート20A(図2参照)を形成する。
【0055】
即ち、▲1▼記タンク・コア形成部16、18のプレス加工(フォーミング)を行った後、伝熱プレート20Aを打ち抜く順送り加工、又は、▲2▼ブランクを打ち抜き後、上記タンク・コア形成部16、18のプレス加工(フォーミング)を行なうトランスファ加工により製造する。
【0056】
このとき、接着剤層は実質的に粘着性を有しない未硬化固状層であるため、プレコート材が他部品と干渉・接触しても接着剤が付着したりすることなく、取り扱い性が良好である。
【0057】
(3)組み立て結合工程:
伝熱プレート20Aを仮組み立て後、加熱雰囲気において、未硬化被膜(接着剤層)をC状態に完全硬化(架橋)させる組み立て結合工程
このとき、加熱雰囲気の温度は、母材金属に熱影響を与えない250℃以下とする。接着剤の種類により異なるが、加熱硬化条件は、エポキシ系の場合、通常、180〜220℃×15〜45minとする。加熱温度が低すぎると、接着剤の硬化速度が遅く、生産性的見地から望ましくなく、加熱温度が高すぎると、金属母材に対してばかりでなく、接着剤ポリマーも熱影響(熱劣化)を受け易い。
【0058】
このとき、加熱雰囲気は、ろう付けの場合の如く、N2雰囲気で600℃前後の如く高温にする必要がない。すなわち、N2を封入可能な高出力電気加熱炉が不要で、汎用の加熱炉が使用可能である。また、この加熱硬化工程において、プレス加工時に使用した加工油の大気加熱脱脂も兼用できる。
【0059】
なお、上記においては、未硬化固状被膜(接着剤層)42のタンク構成部位12における塗膜厚をコア構成部位に比して厚肉に形成してタンク部の補強対策を行ったが、未硬化固状被膜42を均一に形成しておいれ、伝熱プレート20Aを仮組み立て後、加熱硬化工程前に、タンク部12外周に補強用接着剤塗布してもよい(図6二点鎖線参照)。この場合に使用する接着剤は、前述の固状被膜形成に使用した液状接着剤やフィルム状接着剤を使用できるが、加熱硬化直前であるため、通常の、液状エポキシ等をベースとするA状態の接着剤を使用することが望ましい。塗布方法は、浸漬塗り、スプレー塗り、刷毛塗り等より行なうことが望ましい。
【0060】
【実施例】
以下、発明の効果を確認するために比較例とともに行なった実施例について説明をする。
【0061】
表1に示す各板厚、材質のAl系圧延材を使用して、実施例は、図1に示す工程で、図4に示す工程に準じて、それぞれ表示の条件で製造した。
【0062】
それらの結果を表1示すが、本発明の各実施例の熱交換器は、比較例の熱交換器に比して、軽量化を達成でき、さらには、最初からタンク部の接着剤層を厚肉にしておけば、伝熱プレート調製後の後工程で別のタンク部補強の別工程が不要になることが分かる。またA3000系のブレ−ジングシートで熱交換器(伝熱プレート)を製造した場合、タンク部における耐内圧破壊強度において、板厚0.4mmでは所要強度(3Mpa以上)を示すのに対し(比較例1)、板厚0.20mmでは所要強度を満足できない(比較例2)。このため、Alバンド又は補強用接着剤塗布による補強対策が必要であることが分かる(比較例3・4)。
【0063】
【表1】

Figure 0004026503

【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の製造方法を適用する熱交換器の一例を示す斜視図である。
【図2】図1の構成部品である伝熱プレートの一例を示す平面図である。
【図3】ブレ−ジングシートを用いて熱交換器を製造する場合のコア部の熱媒体通路形成部位を例に採りモデル的に示した断面工程図である。
【図4】タンク部の耐内圧破壊強度が不足する場合においてバンド補強した熱交換器の斜視図である。
【図5】本発明の熱交換器の製造方法を図3に対応して表した断面工程図である。
【図6】本発明の熱交換器の製造方法を示す流れ図である。
【図7】本発明で使用するタンク形成部を厚肉塗布したプレコート材の平面図及び側面断面図
【図8】ロール塗りにより接着剤被覆金属材をつくる場合の説明図である。
【図9】フィルム状接着剤を用いて接着剤付き金属材をつくる場合の説明図である。
【符号の説明】
20A 伝熱プレート(部品)
22 熱交換器(製品)
26 心材(母材)
42 固状被膜(固状接着剤層)
46 プレコート材(接着剤被覆金属材)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a heat exchanger (condenser, evaporator, heater, etc.).
[0002]
Here, a case where a large number of heat transfer plates are bonded with an adhesive and applied to a heat exchanger in which a heat exchange passage group (core portion) and a heat medium introduction / lead-out portion (distribution / collection tank portion) are integrally formed. An example will be described, but the present invention is not limited to this.
[0003]
That is, the present invention is not limited to the one having the above configuration, and can be applied to various heat exchangers such as a multi-tube type, a double-pipe type, a spiral type, and a plate fin type (the types of heat exchangers are (See Chemical Engineering Handbook of Chemical Engineering, Maruzen, Sho 52-3-20, p1167-1174).
[0004]
[Prior art]
For example, as shown in FIG. 1, a heat medium introduction / lead-out part (tank part) 12 and a heat exchange part (core part) 14 are provided, and the tank forming part 16 and the core forming part 18 are formed by press working. A heat exchanger 22 having a structure in which a large number of heat transfer plates 20 (see FIG. 2) are joined and integrated is conventionally used as a base material (core material) of an aluminum (Al) alloy strip (rolled material). It has been manufactured using a brazing sheet obtained by clad rolling a material (Al—Si alloy) on one side or both sides (see Patent Document 1, etc.). Here, press processing has a broad meaning including roll processing.
[0005]
For example, the manufacturing method was as shown in FIG. In the illustrated example, the manufacturing process is illustrated in a model manner by enlarging and displaying one refrigerant small diameter passage (around 1 mmφ) 14 a in the core portion (heat exchange portion) 14.
[0006]
A brazing sheet (laminate plate) 28 in which a skin material (brazing material) 24 is clad (formed) on both sides or one side (in the example shown in the figure) of a core material (Al-based alloy strip) 26 is prepared (FIG. 3 (I)). . The brazing sheet 28 is produced by simultaneously coating the metal strip during hot rolling.
[0007]
Then, from the brazing sheet 28, as shown in FIG. 3, a large number of plate-like structural members (heat transfer plates) 20 in which the tank forming portion 16 and the core forming portion 18 are formed by pressing are prepared (see FIG. 3). 3 (II)). That is, as shown in FIG. 2, on the brazing sheet 28, after the tank core forming portions 16 and 18 are pressed (forming), the heat transfer plate 20 is punched out, or the blanks are punched out. The heat transfer plate (plate-shaped component member) 20 is manufactured by transfer processing that performs press processing (forming) of the core forming portions 16 and 18.
[0008]
Then, after the heat transfer plates 20 and 20 are stacked and temporarily assembled, the flux 30 is applied by electrostatic coating or the like (FIGS. 3 (III) and (IV)). At this time, the flux is an inorganic material added for the purpose of removing the oxide film on the surface of the metal material and improving the fluidity of the brazing material. In the case of an Al brazing sheet, a flux mainly composed of potassium aluminum tetrafluoride (KAlF 4 ) is often used.
[0009]
Subsequently, in the heating furnace 32 under an N2 gas atmosphere, the brazing material is melted and brazed at a temperature lower than the melting point of the base metal, and the heat exchanger (product) 22 is obtained (FIG. 3 (V). (VI)). For example, when an aluminum brazing material is used as the brazing sheet, that is, when the core material (base material) of the plate-shaped component is Al, the heating temperature is around 600 ° C. In FIG. 3 (VI), the brazing material in the refrigerant passage hardly remains because the brazing material moves to the joint due to capillary action.
[0010]
However, according to the conventional manufacturing method as described above, a flux is required together with a brazing sheet (expensive). Further, when brazing, it is necessary to heat to around 600 ° C. in an N 2 gas atmosphere. While the energy cost increased, a high power electric furnace with high airtightness was required.
[0011]
In addition, when using a flux containing KAlF 4 as a main component, an Al-Mg alloy (for example, A5000 series: A5052, A5182, etc.) having a relatively high strength compared to other Al alloys. It could not be used as a base material. This is because KAlF 4 reacts with Mg and a high melting point substance (KMgF 3 or the like) is generated, so that the flux function (oxide film removing action) is lowered and the fluidity of the brazing material is inhibited.
[0012]
Furthermore, since the brazing heating temperature is relatively high at around 600 ° C., Al—Cu—Mg based (A2024, etc.) low melting point Al based alloys and Al based processing where work hardening is restored by high temperature heating. The use of a hardener (such as H14) as a base material was also restricted.
[0013]
Therefore, the selection range as a base material of the Al-based alloy is narrow, and there has been a problem of changing to a joining method in which these high-strength Al-based alloys necessary for thinning can be used.
[0014]
And when it is manufactured with a thin material of conventional strength (tensile strength of 180 MPa or less, Al material of 0.15 mmt or less; for example, A3003), it is difficult to obtain a predetermined pressure resistance in the tank part, and a post-process after preparing the heat transfer plate It was necessary to incorporate a tank reinforcement process. The heat medium pressure receiving inner diameter of the tank part is much larger than that of the core part (for example, the latter is 1 mmφ with respect to the former 10 to 15 mmφ), and the tank part is required to have a higher internal pressure fracture resistance than the core part.
[0015]
Therefore, as shown in FIG. 4, after brazing (assembling and joining), a fastening band (aluminum band) 33 is fastened to the tank portion 12 in the longitudinal direction (vertical direction), or an adhesive is applied to the surroundings again. It was reinforced by heat curing. In heating at a brazing temperature (about 600 ° C.), even an epoxy-based adhesive is thermally deteriorated, and it is impossible to combine the heating process.
[0016]
As a joining method other than brazing, there are welding, friction welding, adhesion (agent), and the like.
[0017]
However, since welding and friction welding involve melting of the base material and pressurization with a high load, it is necessary for heat exchangers that need to join many parts simultaneously using thin materials. Is unsuitable. On the other hand, with regard to adhesion (agent), there is a possibility that a large number of thin-walled materials can be simultaneously joined at a low temperature (for example, 250 ° C. or lower).
[0018]
For example, Patent Documents 2 and 3 describe a technique in which an adhesive is applied to a constituent member (of a heat exchanger) after pressing and assembled and integrated.
[0019]
However, to apply the adhesive uniformly to a large number of components having minute irregularities after press working, it is necessary to remove excess adhesive by blowing high-pressure air or the like as described in Patent Document 2. Yes and troublesome. Also in Patent Document 2, it is estimated that the same problem occurs.
[0020]
Patent Documents 4 and 5 describe a technique in which an adhesive is applied at the material stage before pressing and then cured and bonded.
[0021]
However, since a normal adhesive is liquid and has adhesiveness, it is estimated that problems such as adhesion to a contact object (handling material, tool) occur during press working.
[0022]
[Patent Document 1]
JP-A-11-287580 [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 64-58990 [Patent Document 3]
JP-A-2-115288 [Patent Document 4]
JP-A-1-273634 [Patent Document 5]
JP-A-2002-243395 [0023]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a heat exchanger that does not cause problems caused by adhesive bonding instead of brazing (brazing material bonding).
[0024]
Still another object of the present invention is to provide a heat exchanger that does not need to incorporate a reinforcing step in a part that requires a resistance to internal pressure fracture strength as compared with other parts such as a tank part, after the heat transfer plate preparation process. It is to provide a manufacturing method.
[0025]
[Means for Solving the Problems]
As a result of diligent efforts to solve the above-mentioned problems, the present inventors have come up with a method for manufacturing a heat exchanger having the following configuration.
[0026]
A method of manufacturing a heat exchanger that is a substantially bonded structure comprising:
An adhesive-coated metal material (pre-coating material) is prepared by covering a metal base material with a non- sticky solid coating made of an epoxy-based thermosetting adhesive in a B state, entirely or partially. A precoat material preparation step,
A component preparation step of forming a component by pressing the precoat material, and
After the temporary assembly of the constituent members, an assembly / bonding step of completely curing (crosslinking) the uncured solid film in a C state in a heating atmosphere of 250 ° C. or lower is characterized.
[0027]
In the present invention, the coating of the adhesive-coated metal material (pre-coating material) used as the material for the heat exchanger is a solid coating and has substantially no adhesiveness, and there is a problem in handling in press processing and assembly in the subsequent process. Does not occur. That is, problems such as adhesive adhesion due to interference and contact with other members do not occur.
[0028]
Therefore, it becomes easy to manufacture a heat exchanger by adhesive bonding, and naturally, when manufacturing by brazing, there is a limitation on the degree of freedom of metal selection, and further, a special for making a high temperature N 2 atmosphere around 600 ° C. The equipment is also unnecessary. Further, since the heating atmosphere is 250 ° C. or lower, there is almost no possibility that the metal base material is affected by heating. Furthermore, since the thermosetting adhesive is an epoxy-based adhesive, it is highly versatile as a metal adhesive, and it is easy to obtain one that meets the required characteristics.
[0029]
In the pre-coating material preparation step, the productivity of the pre-coating material is good by forming an adhesive layer by placing an uncured solid film adhesive on a metal base material and bonding it with a pressure roller. is there. That is, when this method is employed, productivity is better than when a liquid adhesive is applied and then dried or cured to form an uncured solid (so-called B state) adhesive layer.
[0032]
And the manufacturing method of the said heat exchanger is provided with the heat-medium introduction / derivation | leading-out part (tank part) and the heat exchange part (core part), and many sheets by which the tank formation part and the core formation part were formed by press work In the method of manufacturing a heat exchanger having a structure in which the plate-shaped component members (heat transfer plates) are laminated and integrated, it is desirable to use the manufacturing method of (1) or (2) below.
[0033]
(1) on one side or both sides of the metal plate (metal base material), the uncured solid film having no tackiness of epoxy-based thermosetting adhesive B state, the thick tank construction site than other sites A pre-coating material preparation process for preparing an adhesive-coated metal material (pre-coating material) to be formed by applying to a state;
A heat transfer plate preparation step of forming a heat transfer plate from the pre-coating material by pressing, and
After the heat transfer plate is temporarily assembled, an assembly / bonding step of completely curing (crosslinking) the uncured solid film into a C state in a heating atmosphere of 250 ° C. or lower is characterized.
[0034]
(2) Adhesive that forms an uncured solid coating having a uniform thickness on the entire surface, which is made of an epoxy-based thermosetting adhesive in a B state, on one or both surfaces of a metal plate (metal base material) Coating metal material (pre-coating material) preparation process,
A heat transfer plate preparation step of forming a heat transfer plate by pressing a precoat material; and
After the heat transfer plate is temporarily assembled, a reinforcing adhesive is applied to the periphery of the tank portion, and then an assembly and bonding step of completely curing the uncured solid film in a C state in a heating atmosphere of 250 ° C. or lower is included. A method for producing a heat exchanger, characterized in that
[0035]
As in (1) and (2) above, the tank part is formed in a single heat-curing step by forming the uncured solid film (adhesive layer) in the tank component part thickly before heat-curing. Only the thickened and easily deformable tank can be thickened with an adhesive to reinforce the strength.
[0037]
Moreover, it is preferable that a metal plate material is an aluminum-type plate material which usually shows a thickness of 0.15 mmt or less and a tensile strength (JIS Z 2241) of 180 MPa or more. This is to contribute to the reduction in size and weight of the heat exchanger.
[0040]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, as in the above-described example, as shown in FIG. 1, when the structure (the heat exchanger (product) 22) including the tank portion 12 and the core portion 14 and joining and integrating the heat transfer plate 20 is manufactured. Will be explained. As shown in FIG. 2, the heat transfer plate 20 is formed by pressing a tank forming portion 16 and a core forming portion 18.
[0041]
The heat exchanger of the present embodiment is a method for manufacturing a heat exchanger that is a substantially bonded structure. Here, the substantial bonded structure is sufficient if the main components (heat exchange portion, etc.) of the heat exchanger components are adhesively bonded, and accessory components such as a cover portion and a bracket can be welded or detached. It means that a mechanical coupling such as a screw clip may be included.
[0042]
And one embodiment of the manufacturing method of this invention consists of the following (1) precoat material preparation process, (2) heat-transfer plate (component member) preparation process, and (3) assembly joining process (refer FIG. 5 and 6). ).
[0043]
(1) Precoat material preparation step:
An uncured solid film (adhesive layer) 42 made of a thermosetting adhesive in a B state (uncrosslinked) is provided on one side or both sides (one side in the illustrated example) of the metal plate material (metal base material) 26, and the tank components 12A is applied thicker than the core portion 14A to prepare an adhesive-coated metal material (precoat material) 46 (see FIG. 7). In addition, the dashed-two dotted line of FIG. 7 is a cutting position of a blank thru | or a heat-transfer plate.
[0044]
Here, as the metal base material, Al-based metal is usually used from the viewpoint of heat transfer and weight reduction, but depending on the required characteristics of the heat exchanger, Cu-based, iron-based, Mg-based, Ti-based, etc. It may be a metal material.
[0045]
The Al-based metal includes Al and an Al-based alloy. When the Al alloy is used as a heat exchanger material, for example, A2000-based (Al-Cu-based), A3000-based (Al-Mn-based), A5000-based (Al-Mg system), A6000 system (Al-Mg-Si system), A7000 system (Al-Zn system), etc. can be used. In particular, in the case of the heat transfer plate, from the viewpoint of weight reduction, etc., high-strength Al alloys such as A5052, A5182 (Al-Mg-based), A2017 (Al-Cu-Mg-based), A3003 (Al-Mn-Cu) are used. Etc.) is desirable. Here, the material symbol is a JIS symbol.
[0046]
The metal plate is a rolled material, and the thickness (wall thickness) of the metal plate is usually 0.02 to 1 mm, preferably 0.05 to 0.5 mm in the case of Al. From the viewpoint of weight reduction, as described later, it is desirable to use a material having a wall thickness of 0.15 mmt or less and a tensile strength (JIS Z 2241) of 180 MPa or more. However, in the present embodiment where the internal pressure fracture resistance is required, in the present embodiment, it is necessary to provide reinforcement measures as will be described later.
[0047]
The thermosetting adhesive to be used is not particularly limited as long as an uncured solid (B state) can be obtained or manufactured as the thermosetting adhesive for metal structure.
[0048]
For example, solid epoxy, epoxy / phenolic, nylon / epoxy, nitrile / epoxy, polyvinyl formal / phenolic, nitrile rubber / phenolic, etc. can be used. 353). Of these, the former four epoxy-based ones are preferable because they are versatile and can select various properties. In particular, from the viewpoint of heat resistance, an epoxy / phenolic material excellent in thermal stability is desirable.
[0049]
The coating thickness of the uncured solid coating (adhesive layer) 42 is such that the tank constituent part 12A is thicker than the core constituent part 14A (see FIG. 7). Here, the core component (general part) is usually 5 to 100 μm, preferably 10 to 50 μm, and the tank part is thicker, usually 10 to 200 μm, preferably 40 to 80 μm.
[0050]
The method for forming the coating is arbitrary, such as roller coating, brush coating, spray coating, and dip coating. From the viewpoint of obtaining a stable coating thickness, usually, as shown in FIG. 8, the amount of adhesion (film thickness) by the doctor roll 36 on the surface of the rolled material (base material: core material) 26 conveyed on the backup roll 34. It is applied by the coating roll 38 while adjusting. Supply of the liquid adhesive 40A to the coating roll 38 is performed by a pickup roll (not shown) or the like.
[0051]
And, in order to apply the adhesive to the tank component part 12 thickly, it may be applied twice (overcoated), but the end corresponding to the tank forming part of the doctor roll 36 is made small in diameter, After increasing the gap between the roll 36 and the coating roll 38 or applying the required coating thickness to the tank formation site, scrape the adhesive at the core formation site with a doctor blade or the like to obtain the required coating thickness at the core formation site. It may be formed. Furthermore, it is also possible to apply an adhesive to the tank constituent part thickly using an extrusion die.
[0052]
When a solid (B state: uncrosslinked) film adhesive is used, as shown in FIG. 9, a film is formed on the surface of the rolled plate (base material) 26 conveyed on the backup roll 34A. An uncured solid coating 42 is formed by pressure bonding with a pressure roll (pressure roller) 35 that is slightly heated (100 ° C.) as necessary while the adhesive 40A is placed thereon. The film adhesive 40A is made by casting and drying.
[0053]
And when forming a thick coating film part using the film-like adhesive 42A, after pressure-bonding the film-like adhesive to the whole base material with the pressure-contacting roll 35, the pressure-contacting roll 35 made into a tape shape with a predetermined width. The film adhesive 42A is pressure-bonded.
[0054]
(2) Heat transfer plate preparation process:
The heat transfer plate 20A (see FIG. 2) is formed from the precoat material 46 by pressing.
[0055]
That is, (1) the tank / core forming portions 16 and 18 are pressed (forming) and then the heat transfer plate 20A is punched out, or (2) the blank is punched out and then the tank / core forming portion is pressed. 16 and 18 are manufactured by transfer processing which performs press processing (forming).
[0056]
At this time, since the adhesive layer is an uncured solid layer having substantially no tackiness, the adhesive is not attached even if the precoat material interferes with or contacts with other parts, and the handling property is good. It is.
[0057]
(3) Assembly connection process:
After the heat transfer plate 20A is temporarily assembled, an assembly / bonding step in which the uncured film (adhesive layer) is completely cured (crosslinked) in the C state in a heated atmosphere. At this time, the temperature of the heated atmosphere affects the base metal. Do not give 250 ° C or less. Although it changes with kinds of adhesives, in the case of an epoxy type, heat-curing conditions are usually 180-220 ° C. × 15-45 min. If the heating temperature is too low, the adhesive will cure slowly, which is undesirable from a productivity standpoint. If the heating temperature is too high, the adhesive polymer will not only affect the metal matrix, but also the heat effect (thermal degradation). It is easy to receive.
[0058]
At this time, the heating atmosphere does not need to be as high as about 600 ° C. in the N 2 atmosphere as in the case of brazing. That is, a high-power electric heating furnace that can enclose N 2 is unnecessary, and a general-purpose heating furnace can be used. Moreover, in this heat-hardening process, the atmospheric heating degreasing of the processing oil used at the time of press work can also be used.
[0059]
In the above, the coating thickness in the tank constituent part 12 of the uncured solid coating (adhesive layer) 42 was formed thicker than the core constituent part, and the tank part was reinforced, An uncured solid coating 42 may be formed uniformly, and after the heat transfer plate 20A is temporarily assembled, a reinforcing adhesive may be applied to the outer periphery of the tank portion 12 before the heat curing step (FIG. 6, two-dot chain line). reference). The adhesive used in this case can be the liquid adhesive or film adhesive used for the above-mentioned solid film formation, but since it is just before heat curing, it is usually in the A state based on liquid epoxy or the like It is desirable to use an adhesive. The application method is preferably dip coating, spray coating, brush coating or the like.
[0060]
【Example】
Examples carried out together with comparative examples in order to confirm the effects of the invention will be described below.
[0061]
Using the aluminum-based rolled material of each plate thickness and material shown in Table 1, the examples were manufactured in the process shown in FIG. 1 and according to the conditions shown in FIG. 4, respectively.
[0062]
The results are shown in Table 1, and the heat exchanger of each example of the present invention can achieve weight reduction as compared with the heat exchanger of the comparative example. If the thickness is increased, it will be understood that a separate process for reinforcing the tank part is not necessary in a subsequent process after preparing the heat transfer plate. In addition, when a heat exchanger (heat transfer plate) is manufactured with an A3000-based brazing sheet, the required pressure (3 Mpa or more) is shown at a thickness of 0.4 mm for the internal pressure fracture resistance in the tank (comparison) Example 1) The required strength cannot be satisfied with a plate thickness of 0.20 mm (Comparative Example 2). For this reason, it turns out that the reinforcement | strengthening measure by Al band or the adhesive application for a reinforcement is required (comparative examples 3 and 4).
[0063]
[Table 1]
Figure 0004026503

[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a heat exchanger to which a manufacturing method of the present invention is applied.
2 is a plan view showing an example of a heat transfer plate that is a component of FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional process diagram schematically showing a heat medium passage forming portion of a core portion as an example when a heat exchanger is manufactured using a brazing sheet.
FIG. 4 is a perspective view of a heat exchanger reinforced with a band when the internal pressure fracture resistance of the tank portion is insufficient.
FIG. 5 is a cross-sectional process diagram corresponding to FIG. 3 for illustrating a method of manufacturing a heat exchanger according to the present invention.
FIG. 6 is a flowchart showing a method for manufacturing a heat exchanger according to the present invention.
FIG. 7 is a plan view and a side cross-sectional view of a precoat material in which a tank forming portion used in the present invention is thickly coated. FIG.
FIG. 9 is an explanatory diagram in the case of producing a metal material with an adhesive using a film adhesive.
[Explanation of symbols]
20A Heat transfer plate (parts)
22 Heat exchanger (product)
26 Heartwood (base material)
42 Solid coating (solid adhesive layer)
46 Pre-coating material (adhesive coated metal material)

Claims (5)

実質的な接着構造体である熱交換器を製造する方法であって、
金属母材に、B状態のエポキシ系の熱硬化型接着剤からなる粘着性を有しない未硬化固状被膜を全面的に又は部分的に被覆させて接着剤被覆金属材(プレコート材)を調製するプレコート材調製工程、
前記プレコート材を、プレス加工により構成部材を形成する構成部材調製工程、及び、
前記構成部材を仮組み立て後、250℃以下の加熱雰囲気において、前記未硬化固状被膜をC状態に完全硬化(架橋)させる組み立て結合工程
を含むことを特徴とする熱交換器の製造方法。
A method of manufacturing a heat exchanger that is a substantially bonded structure comprising:
An adhesive-coated metal material (pre-coating material) is prepared by covering a metal base material with a non- sticky solid coating made of an epoxy-based thermosetting adhesive in a B state, entirely or partially. A precoat material preparation step,
A component preparation step for forming the component by press working the precoat material, and
A method of manufacturing a heat exchanger, comprising: an assembling and coupling step of completely curing (crosslinking) the uncured solid coating film in a C state in a heating atmosphere of 250 ° C. or less after provisional assembly of the constituent members.
前記プレコート材調製工程において、未硬化固状のフィルム状接着剤を金属母材の上に載置して圧接ロールにより接合させて前記未硬化固状被膜を形成することを特徴とする請求項1記載の熱交換器の製造方法。  2. The pre-coating material preparing step, wherein the uncured solid film adhesive is placed on a metal base material and bonded by a pressure roll to form the uncured solid coating. The manufacturing method of the heat exchanger of description. 熱媒体導入・導出部(タンク部)と熱交換部(コア部)とを備え、タンク形成部とコア形成部とがプレス加工により形成された多数枚の板状の構成部材(伝熱プレート)が積層一体化された構成の熱交換器を製造する方法において、
金属板材(金属母材)の片面又は両面に、B状態のエポキシ系の熱硬化型接着剤からなる粘着性を有しない未硬化固状被膜を、タンク構成部位をコア構成部位より厚肉に塗布して形成する接着剤被覆金属材(プレコート材)を調製するプレコート材調製工程、
前記プレコート材からプレス加工により伝熱プレートを形成する伝熱プレート調製工程、及び、
前記伝熱プレートを仮組み立て後、250℃以下の加熱雰囲気において、前記未硬化固状被膜をC状態に完全硬化(架橋)させる組み立て結合工程
を含むことを特徴とする熱交換器の製造方法。
A large number of plate-like components (heat transfer plates) each having a heat medium introduction / lead-out part (tank part) and a heat exchange part (core part), and in which the tank forming part and the core forming part are formed by pressing. In a method of manufacturing a heat exchanger having a structure in which the layers are integrated together,
On one or both sides of the metal plate (metal base material) coating, the uncured solid film having no tackiness of epoxy-based thermosetting adhesive B state, the tank construction sites thicker than the core component parts A precoat material preparation step for preparing an adhesive-coated metal material (precoat material) to be formed,
A heat transfer plate preparation step of forming a heat transfer plate by press working from the precoat material, and
A method of manufacturing a heat exchanger, comprising: an assembling and coupling step of completely curing (crosslinking) the uncured solid film in a C state in a heating atmosphere of 250 ° C. or less after the heat transfer plate is temporarily assembled.
熱媒体導入・導出部(タンク部)と熱交換部(コア部)とを備え、タンク形成部とコア形成部とがプレス加工により形成された多数枚の板状の構成部材(伝熱プレート)が積層一体化された構成の熱交換器を製造する方法において、
金属板材(金属母材)の片面又は両面に、B状態のエポキシ系の熱硬化型接着剤からなる粘着性を有しない未硬化固状被膜を全面に形成する接着剤被覆金属材(プレコート材)調製工程、
前記プレコート材をプレス加工により伝熱プレートを形成する伝熱プレート調製工程、及び、
前記伝熱プレートを仮組み立て後、さらにタンク部周面に補強用接着剤を塗布し、続いて、250℃以下の加熱雰囲気において、前記未硬化固状被膜をC状態に完全硬化させる組み立て結合工程
を含むことを特徴とする熱交換器の製造方法。
A large number of plate-like components (heat transfer plates) each having a heat medium introduction / lead-out part (tank part) and a heat exchange part (core part), and in which the tank forming part and the core forming part are formed by pressing. In a method of manufacturing a heat exchanger having a structure in which the layers are integrated together,
Adhesive-coated metal material (pre-coating material) that forms an uncured solid coating that does not have adhesive properties on the entire surface of one or both surfaces of a metal plate (metal base material) made of an epoxy-based thermosetting adhesive in the B state Preparation process,
A heat transfer plate preparation step of forming a heat transfer plate by pressing the precoat material; and
After temporarily assembling the heat transfer plate, a reinforcing adhesive is further applied to the peripheral surface of the tank, and then the uncured solid coating is completely cured in a C state in a heating atmosphere of 250 ° C. or lower. The manufacturing method of the heat exchanger characterized by including.
前記金属板材を、肉厚0.15mmt以下で引張り強度(JISZ 2241)180MPa以上を示すアルミニウム系板材とすることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の熱交換器の製造方法。The method for manufacturing a heat exchanger according to any one of claims 1 to 4 , wherein the metal plate is an aluminum plate having a wall thickness of 0.15 mmt or less and a tensile strength (JISZ 2241) of 180 MPa or more.
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