專利名稱：熱交換器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過釬焊制造的熱交換器，并尤其涉及一種即使在發(fā)生翅片腐蝕的情況下仍能夠顯示非常好的翅片強度的熱交換器。本發(fā)明還涉及一種制造熱交換器的方法。
在此公開內(nèi)，術(shù)語“鋁”包含鋁及其合金。此外，術(shù)語“Al”、“Mn”、“Zn”分別指示金屬單質(zhì)。
背景技術(shù)：
通常，廣泛地使用具有包含交替設置的扁平管和翅片的芯部的鋁層壓類型的熱交換器作為用于車輛例如汽車內(nèi)的熱交換器。在這種熱交換器內(nèi)，需要即使在發(fā)生翅片腐蝕的情況下仍顯示熱交換性能，并且需要可具有一定的抵抗碎片(chipping)等的強度。通常，在發(fā)生翅片腐蝕之后，翅片強度會由于晶間腐蝕而惡化。
為了即使在發(fā)生翅片腐蝕的情況下仍可保持非常好的材料強度，已知使用鋁合金釬焊板材作為熱交換器翅片，通過調(diào)整芯材和皮材的化學成分而使該翅片的耐晶間腐蝕性提高。還提出一種通過調(diào)整釬焊條件來防止翅片發(fā)生晶間腐蝕的方法(見日本未審定公開專利公報Nos.H11-140572和2003-326359)。
但是，上述防止晶間腐蝕的方法不能足夠地提高翅片的自身耐腐蝕性，因此在超過一定的腐蝕環(huán)境等級的惡劣條件下不能保持翅片強度。
鑒于上述背景技術(shù)，本發(fā)明旨在提供一種即使在發(fā)生腐蝕的情況下仍具有非常好的強度的熱交換器，尤其是熱交換器芯部前側(cè)需要防碎片性能的翅片強度非常好的熱交換器。本發(fā)明還旨在提供一種制造該熱交換器的方法。

發(fā)明內(nèi)容
為了獲得上述目標，根據(jù)本發(fā)明的熱交換器具有如以下項[1]到[9]內(nèi)所述的以下結(jié)構(gòu)。
一種熱交換器，該熱交換器具有芯部，在該芯部內(nèi)鋁制扁平管和鋁制翅片交替設置并相互釬焊在一起，每個翅片具有位于該扁平管的一側(cè)的一個側(cè)部和位于該扁平管的另一側(cè)的另一個側(cè)部，其中，該翅片的所述一個側(cè)部的點蝕電位高于該翅片的另一個側(cè)部的點蝕電位，并且該翅片的一個側(cè)部和該翅片的另一個側(cè)部之間的點蝕電位差為40到200mV。
如上述項1內(nèi)所述的熱交換器，其中該點蝕電位差由構(gòu)成翅片的鋁合金內(nèi)的Zn的濃度差形成。
如上述項1內(nèi)所述的熱交換器，其中Zn濃度差為0.4mass％或更大。
如上述項1內(nèi)所述的熱交換器，該翅片的一個側(cè)部和該翅片的另一個側(cè)部由分離的翅片構(gòu)成，該分離的翅片包括位于該扁平管的一側(cè)的一側(cè)翅片和位于該扁平管的另一側(cè)的另一側(cè)翅片，該分離的翅片沿該扁平管的縱向方向設置成在該分離的翅片之間具有一定距離。
如上述項4內(nèi)所述的熱交換器，其中一側(cè)翅片和另一側(cè)翅片之間的距離為3mm或更小。
如上述項4或5內(nèi)所述的熱交換器，其中一側(cè)翅片由這樣的鋁合金制成，該鋁合金主要包括Mn0.8mass％到2mass％，Zn0.4mass％到2mass％，并且其余的為Al和不可避免的雜質(zhì)；另一側(cè)翅片由這樣的鋁合金制成，該鋁合金主要包括Mn0.8mass％到2mass％，Zn1.5mass％到3mass％，并且其余的為Al和不可避免的雜質(zhì)。
如上述項1內(nèi)所述的熱交換器，其中翅片的一個側(cè)部和該翅片的另一個側(cè)部由成一體的單個翅片構(gòu)成，在該一個側(cè)部和另一個側(cè)部之間形成點蝕電位差。
如上述項7內(nèi)所述的熱交換器，其中翅片的一個側(cè)部由這樣的鋁合金制成，該鋁合金主要包括Mn0.8mass％到2mass％，Zn0.4mass％到2mass％，并且其余的為Al和不可避免的雜質(zhì)；翅片的另一個側(cè)部由這樣的鋁合金制成，該鋁合金主要包括Mn0.8mass％到2mass％，Zn1.5mass％到3mass％，并且其余的為Al和不可避免的雜質(zhì)。
如上述項1內(nèi)所述的熱交換器，其中翅片的厚度為100μm或更小。
根據(jù)本發(fā)明的用于車輛的熱交換器具有如以下項[10]內(nèi)所述的結(jié)構(gòu)。
一種用于車輛的熱交換器，該熱交換器具有芯部，在該芯部內(nèi)鋁制扁平管和鋁制翅片交替設置并相互釬焊在一起，每個翅片具有位于該扁平管的一側(cè)的一個側(cè)部和位于該扁平管另一側(cè)的另一個側(cè)部，其中該翅片的所述一個側(cè)部的點蝕電位高于該翅片的另一個側(cè)部的點蝕電位，該翅片的一個側(cè)部和該翅片的另一個側(cè)部之間的點蝕電位差為40到200mV，以及該熱交換器安裝在車輛上，其中該翅片的點蝕電位較高的所述一個側(cè)部朝向該車輛的前部，而該翅片的點蝕電位較低的另一個側(cè)部朝向該車輛的后部。
此外，制造根據(jù)本發(fā)明的熱交換器的方法具有如下項[11]到[13]的結(jié)構(gòu)。
一種制造這樣的熱交換器的方法，該熱交換器具有芯部，在該芯部內(nèi)鋁制扁平管和鋁制翅片交替設置并相互釬焊在一起，每個翅片具有位于該扁平管的一側(cè)的一個側(cè)部和位于該扁平管的另一側(cè)的另一個側(cè)部，該翅片的所述一個側(cè)部的點蝕電位高于該翅片的另一個側(cè)部的點蝕電位，該方法包括以下步驟通過交替設置扁平管和翅片而臨時組裝芯部；以及在釬焊爐內(nèi)加熱臨時組裝好的芯部，以釬焊扁平管和翅片。
一種制造這樣的熱交換器的方法，該熱交換器具有芯部，在該芯部內(nèi)鋁制扁平管和鋁制翅片交替設置并相互釬焊在一起，每個翅片具有位于該扁平管的一側(cè)的一個側(cè)部和位于該扁平管的另一側(cè)的另一個側(cè)部，該翅片的所述一個側(cè)部的點蝕電位高于該翅片的另一個側(cè)部的點蝕電位，該方法包括以下步驟通過交替設置扁平管和翅片而臨時組裝芯部；以及在其中Al-Zn合金板設置在翅片的另一個側(cè)部附近的狀態(tài)下，在釬焊爐內(nèi)加熱該臨時組裝好的芯部，以釬焊扁平管和翅片。
一種制造這樣的熱交換器的方法，該熱交換器具有芯部，在該芯部內(nèi)鋁制扁平管和鋁制翅片交替設置并相互釬焊在一起，每個翅片具有位于該扁平管的一側(cè)的一個側(cè)部和位于該扁平管的另一側(cè)的另一個側(cè)部，該翅片的所述一個側(cè)部的點蝕電位高于該翅片的另一個側(cè)部的點蝕電位，該方法包括以下步驟通過交替設置扁平管和翅片而臨時組裝芯部；僅向臨時組裝好的芯部的翅片的另一個側(cè)部涂敷焊劑；以及在爐內(nèi)加熱其翅片的另一個側(cè)部涂敷有焊劑的臨時組裝好的芯部，以釬焊扁平管和翅片。
發(fā)明效果根據(jù)如上述項[1]內(nèi)所述的熱交換器，由于對翅片的一個側(cè)部進行陰極保護，所以可抑制在翅片的所述一個側(cè)部處的強度變差，從而即使在發(fā)生腐蝕之后仍可在該一個側(cè)部處保持一定的翅片強度。
根據(jù)如上述項[2]內(nèi)所述的熱交換器，Zn濃度差導致點蝕電位差，這可抑制在翅片的所述一個側(cè)部處的強度變差。此外，翅片內(nèi)包含的Zn可實現(xiàn)對管的腐蝕保護。
根據(jù)如上述項[3]內(nèi)所述的熱交換器，可對翅片的所述一個側(cè)部進行足夠的腐蝕保護。
根據(jù)如上述項[4]內(nèi)所述的熱交換器，由于使用兩個分離的翅片，所以可通過調(diào)節(jié)翅片材料的成分而在釬焊之前調(diào)整翅片內(nèi)的點蝕電勢差。
根據(jù)如上述項[5]內(nèi)所述的熱交換器，可在這樣的熱交換器中獲得足夠的陰極保護，即該熱交換器使用兩個設置在相鄰管之間的分離的翅片。
根據(jù)如上述項[6]內(nèi)所述的熱交換器，可在這樣的熱交換器中獲得足夠的陰極保護，即該熱交換器使用兩個設置在相鄰管之間的分離的翅片，并且由于翅片內(nèi)包含的Mn，所以該熱交換器在高溫下的抗彎阻力非常好。
根據(jù)如上述項[7]內(nèi)所述的熱交換器，可在這樣的熱交換器中獲得足夠的陰極保護，即該熱交換器使用設置在相鄰管之間的成一體的單個翅片。
根據(jù)如上述項[8]內(nèi)所述的熱交換器，可在這樣的熱交換器中獲得足夠的陰極保護，即該熱交換器使用設置在相鄰管之間的成一體的單個翅片，并且由于翅片內(nèi)包含的Mn，該熱交換器在高溫下的抗彎阻力非常好。
根據(jù)如上述項[9]內(nèi)所述的熱交換器，該熱交換器的翅片強度、輕便性和散熱性能非常好。
根據(jù)如上述項[10]內(nèi)所述的熱交換器，由于即使在發(fā)生腐蝕時在翅片的前部仍可保持一定的強度，所以可減小由碎片導致的損害。
根據(jù)如上述項[11]內(nèi)所述的制造熱交換器的方法，通過調(diào)節(jié)兩個分離的翅片的材料成分，可以制造在翅片的一個側(cè)部和另一個側(cè)部之間具有點蝕電位差的熱交換器。
根據(jù)如上述項[12]內(nèi)所述的制造熱交換器的方法，在加熱時將從Al-Zn合金板蒸發(fā)的Zn將擴散到翅片內(nèi)，并且將產(chǎn)生取決于與Al-Zn合金板的距離的Zn濃度偏差。結(jié)果，接近Al-Zn合金板的翅片的另一個側(cè)部的Zn濃度將變高而另一個側(cè)部的Zn濃度將變低。因此，可提供具有基于Zn濃度差的點蝕電位差的熱交換器。
根據(jù)如上述項[13]內(nèi)所述的制造熱交換器的方法，在加熱步驟期間，由于在焊劑涂敷在其上的翅片的另一個側(cè)部處的Zn蒸發(fā)受限，所以Zn濃度將高于翅片的所述一個側(cè)部。因此，可提供具有基于Zn濃度差的點蝕電位差的熱交換器。


本發(fā)明的優(yōu)選實施例在附圖內(nèi)僅作為示例而不是限制，在該附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的熱交換器的正視圖；圖2是構(gòu)成其中在相鄰管之間設置單個翅片的熱交換器的芯部的局部透視圖；圖3是構(gòu)成其中在相鄰管之間并行地設置兩個分開的翅片的熱交換器的芯部的局部透視圖。
具體實施例方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的熱交換器的正視圖。熱交換器1是用作用于汽車空調(diào)裝置的制冷循環(huán)的冷凝器的所謂的多流式熱交換器。圖2和3示出處于釬焊位置的圖1內(nèi)所示的熱交換器的放大的主要部分，為了說明該部分旋轉(zhuǎn)了90度。
詳細地，在此熱交換器1內(nèi)，在相互平行地設置的左側(cè)和右側(cè)垂直空心集管2和2之間，平行地設置多個換熱管10，這些換熱管的相對側(cè)與空心集管2和2流體連通。波狀翅片20設置在相鄰的換熱管10之間以及最外側(cè)的波狀翅片20外部。在最外部的波狀翅片20外部，設置側(cè)板4。
換熱管10是鋁制的空心擠出制品。如圖2所示，其內(nèi)側(cè)被沿縱向延伸的分隔壁11分隔成多個制冷劑通道12。
熱交換器1如下地制造。上述換熱管10和翅片20交替地堆疊，并且換熱管的相對端插入在集管2內(nèi)形成的對應的插槽內(nèi)，以形成臨時組裝的芯部3。此外，側(cè)板4和4臨時組裝到芯部3。然后，在釬焊爐內(nèi)一體地釬焊此臨時組件。
在翅片20內(nèi)，其寬度方向的一個側(cè)部20a設置成點蝕電位高于該翅片的另一個側(cè)部20b，從而該另一個側(cè)部20b可優(yōu)先被腐蝕以從而對該翅片的一個側(cè)部20a進行陰極保護。由于此陰極保護，即使翅片20在一定程度上被腐蝕，翅片20的一個側(cè)部20a仍可保持強度。
點蝕電位差應位于從40到200mV的范圍內(nèi)。如果點蝕電位差小于40mV，則不能實現(xiàn)陰極保護，這使得難以對該一個側(cè)部20a進行腐蝕保護。另一方面，如果點蝕電位差高于200mV，則會發(fā)生快速腐蝕，導致該一個側(cè)部20a腐蝕，使得翅片強度惡化。優(yōu)選的點蝕電位差為50到150mV。
上述點蝕電位差可優(yōu)選地通過改變構(gòu)成翅片20的鋁合金內(nèi)的Zn濃度來獲得，即設定翅片20的另一個側(cè)部20b的Zn濃度高于該翅片20的一個側(cè)部20a。在此情況下，優(yōu)選的Zn濃度差為0.4mass％或更大，其原因如下。如果小于0.4mass％，則僅可獲得小的點蝕電位差，導致陰極保護不足。優(yōu)選的Zn濃度差為0.6mass％或更大。盡管本發(fā)明并沒有限制Zn濃度差的上限，但是優(yōu)選的Zn濃度差為2.5mass％或更小，以避免翅片20的另一個側(cè)部20b過度腐蝕。
可建議以下成分為具有上述點蝕電位差的翅片成分。
翅片20的該一個側(cè)部20a優(yōu)選地由這樣的鋁合金構(gòu)成，即該鋁合金主要包括Mn0.8mass％到2mass％，Zn0.4mass％到2mass％，而余下的為Al和不可避免的雜質(zhì)。另一方面，翅片20的另一個側(cè)部20b優(yōu)選地由這樣的鋁合金構(gòu)成，即該鋁合金主要包括Mn0.8mass％到2mass％，Zn1.5mass％到3mass％，而余下的為Al和不可避免的雜質(zhì)。
在上述合金成分內(nèi)，Mn是用于在高溫下提高翅片強度并獲得抗彎阻力的主要元素。如果Mn濃度小于0.8mass％，則上述效果差。但是，如果其超過2mass％，則會生成粗糙的金屬互化物，導致可加工性變差。優(yōu)選的Mn濃度為0.9mass％到1.7mass％。
為了通過翅片20對管10實現(xiàn)陰極保護，優(yōu)選地，翅片20的一個側(cè)部20a也包含少量的Zn。優(yōu)選的在翅片20的一個側(cè)部20a內(nèi)的Zn濃度為0.4mass％到2mass％，其原因如下。如果其小于0.4mass％，則陰極保護效果差。但是，如果其超過2mass％，則在該一個側(cè)部20a和另一個側(cè)部20b之間的點蝕電位差變得較小，使得在該一個側(cè)部20a的陰極保護較差。更優(yōu)選地，在該翅片20的一個側(cè)部20a內(nèi)的Zn濃度在0.8mass％到1.8mass％的范圍內(nèi)。另一方面，翅片的該另一個側(cè)部20b內(nèi)的優(yōu)選的Zn濃度在1.5mass％到3mass％的范圍內(nèi)，其原因如下。如果其小于1.5mass％，則在該翅片20的一個側(cè)部20a和另一個側(cè)部20b之間的點蝕電位差變得較小，這使得難以確保預定的點蝕電位差。另一方面，如果其超過3mass％，則會發(fā)生快速腐蝕，從而使該一個側(cè)部20a腐蝕，導致翅片強度變差。更優(yōu)選地，在該翅片20的另一個側(cè)部20b內(nèi)的Zn濃度在1.8mass％到2.7mass％的范圍內(nèi)。
在圖2所示的示例內(nèi)，在相鄰的管10和10之間設置一個翅片。此翅片20在該翅片20的一個側(cè)部20a和另一個側(cè)部20b內(nèi)的Zn濃度不同。在此發(fā)明內(nèi)，如圖3所示，兩個因不同的Zn濃度而導致點蝕電位不同的單獨的翅片，具有較高點蝕電位的一側(cè)翅片21a和具有較低點蝕電位的另一側(cè)翅片21b可沿管10的縱向平行地設置在相鄰的管10之間。在此可選擇示例內(nèi)，構(gòu)成該一側(cè)翅片21a和另一側(cè)翅片21b的鋁合金的優(yōu)選成分可與構(gòu)成如圖2所示的該翅片20的一個側(cè)部20a和該翅片20的另一個側(cè)部20b的成分相同。
在使用將設置在相鄰的管10和10之間的上述兩個翅片21a和21b的情況下，優(yōu)選地，相鄰的翅片之間的距離D為3mm或更小，更優(yōu)選地為2mm或更小。
翅片20、21a和21b的厚度優(yōu)選地設定為100μm或更小，以便即使在發(fā)生腐蝕時仍可確保翅片強度，并且輕便、具有好的熱釋放性能和可加工性。更優(yōu)選地，翅片的厚度在50到90μm的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明內(nèi)，存在兩種翅片。在一種類型內(nèi)，翅片由點蝕電位明顯不同的兩個部分構(gòu)成，一個部分的點蝕電位較高而另一個部分的點蝕電位較低。在另一種類型內(nèi)，點蝕電位從翅片的一個側(cè)部到另一個側(cè)部逐漸改變。因此，從Zn濃度看存在兩種類型。即，在一種類型內(nèi)，翅片由Zn濃度明顯不同的兩個部分構(gòu)成，一個部分的Zn濃度較高而另一個部分的Zn濃度較低。在另一種類型內(nèi)，Zn濃度從翅片的一個側(cè)部到另一個側(cè)部逐漸改變。應指出，兩種類型都落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
在根據(jù)本發(fā)明的熱交換器內(nèi)，即使發(fā)生一定程度的腐蝕，該一個側(cè)部的翅片強度仍可在長期內(nèi)保持高于該另一個側(cè)部。因此，此熱交換器適于要設置在這樣的位置的熱交換器，在該位置處在芯部的一側(cè)需要強度和耐久性。例如，在安裝在車輛例如汽車內(nèi)的熱交換器內(nèi)，由于在芯部的前部發(fā)生碎片，所以需要翅片的前部的強度高于其后部。因此，可通過將根據(jù)本發(fā)明的熱交換器安裝成該芯部的一側(cè)即具有高點蝕電位的翅片的一個側(cè)部朝向前而另一側(cè)朝向后來解決碎片和翅片損壞。
在制造根據(jù)本發(fā)明的熱交換器時，存在各種用于使翅片的一個側(cè)部與該翅片的另一個側(cè)部之間的Zn濃度不同的方法。本發(fā)明允許使用任何一種使Zn濃度不同的方法，并且不局限于任何一種方法。
釬焊之后構(gòu)成翅片的鋁合金內(nèi)的Zn濃度由在釬焊之前翅片成分內(nèi)包含的Zn的總量、在釬焊期間從外部提供的Zn的量以及在釬焊期間因熱量而蒸發(fā)的Zn的量確定。
在釬焊之前翅片的合金成分可在鑄造該材料時任意調(diào)節(jié)。因此，在如圖3所示地使用兩塊翅片21a和21b制造熱交換器時，可制造兩種翅片，即具有較低Zn濃度的一側(cè)翅片21a和具有較高Zn濃度的另一側(cè)翅片21b，并然后沿管的縱向?qū)⑦@兩種翅片設置在相鄰的管10和10之間，以獲得臨時組裝的芯部3。然后，使用任何已知的方法釬焊此臨時組裝的芯部3。結(jié)果制成具有這樣的翅片的熱交換器，該翅片的一個側(cè)部和另一個側(cè)部之間的Zn濃度不同。
作為在釬焊時從外部提供Zn的方法，圖2所示的方法可作為示例。在此方法內(nèi)，管10和翅片20交替設置以形成臨時組裝芯部3。然后，在Zn包含物(inclusion)例如Al-Zn合金板、Zn板或Zn粉設置在芯部3的另一側(cè)即芯部在安裝在車輛上時的后側(cè)的附近的狀態(tài)下，釬焊此臨時組裝的芯部3。在示出的示例內(nèi)，使用Al-Zn合金板30。在此方法內(nèi)，Zn通過加熱從Zn包含物蒸發(fā)，并且蒸發(fā)的Zn附著在加熱的翅片20上。然后，Zn將在翅片20內(nèi)擴散。將要附著在翅片20上的Zn的量受Zn包含物的表面面積、Zn包含物的Zn濃度、Zn包含物和芯部3之間的距離的影響。因此，翅片20的Zn濃度在接近Zn包含物的另一個側(cè)部20b處較高，并且朝所述一個側(cè)部20a逐漸減小。在不希望在釬焊時熔化Zn包含物的情況下，優(yōu)選地使用Al-Zn合金板尤其是Zn含量在5mass％到50mass％之間的Al-Zn合金板。將要附著在翅片20上的Zn的量可通過Al-Zn合金板30中的Zn含量和(Al-Zn合金板30)與芯部3的距離來調(diào)節(jié)。
在使用Zn噴涂管10的情況下，從噴涂層蒸發(fā)的Zn將被提供給翅片。但是，由于沿寬度方向向管10均勻地提供噴涂層，所以Zn將沿該翅片的寬度方向均勻地提供給翅片。因此，可認為Zn對形成所述一個側(cè)部20a和另一個側(cè)部20b之間的點蝕電位差幾乎沒有影響，雖然Zn可以影響點蝕電位。
此外，在釬焊之前的翅片20內(nèi)包含的Zn將由于在釬焊操作時加熱而蒸發(fā)以減小。因此，控制翅片20的另一個側(cè)部20b的Zn的蒸發(fā)量會使在翅片20內(nèi)形成Zn濃度差。具體地，僅向構(gòu)成臨時組裝芯部30的翅片20的另一個側(cè)部20b提供焊劑，并然后加熱以釬焊該臨時組裝的芯部3。結(jié)果，翅片20另一個側(cè)部20b的Zn的蒸發(fā)受到限制，Zn濃度在所述一個側(cè)部20a處較低而在另一個側(cè)部20b處較高。
上述焊劑的示例包括KF-AlF3組合物、KAlF4、K2AlF5、K3AlF6、AlF3、CsF、BiF3、LiF、KZnF3、ZnF2和ZnCl2。其中，在使用含Zn的焊劑的情況下，由于除了上述蒸發(fā)限制效果之外，焊劑內(nèi)包含的Zn將擴散到翅片內(nèi)，所以可獲得提高翅片內(nèi)的Zn濃度的效果。不具體限定焊劑涂敷方法，并且可由任何公知的方法例如浸滯涂覆和噴涂法來執(zhí)行。
上述通過在釬焊時部分涂敷焊劑的Zn添加或Zn蒸發(fā)限制可單獨執(zhí)行，或與在部分地涂敷焊劑的芯部3附近設置Al-Zn合金板30一起執(zhí)行。盡管上述說明是針對單個翅片20設置在相鄰的管10和10之間的情況，但是上述過程也可應用于其中Zn濃度不同的兩個單獨的翅片用于形成Zn濃度較低的一側(cè)翅片21a和Zn濃度較高的另一側(cè)翅片21b的情況。此外，可相對于兩個Zn濃度不同的翅片執(zhí)行Zn添加和/或Zn蒸發(fā)限制，這會增加該翅片之間的Zn濃度差。
在根據(jù)本發(fā)明的熱交換器制造方法中，由于可通過使用Al-Zn合金板或含Zn的焊劑向翅片提供Zn，所以即使在其中在釬焊之前翅片材料內(nèi)沒有包含Zn的情況下仍可保持點蝕電位差。但是，為了獲得預定的Zn濃度并且因此形成預定的點蝕電位差，優(yōu)選地使用含Zn的鋁合金制造翅片，并然后在釬焊時通過上述方法調(diào)節(jié)該翅片的Zn濃度。
在根據(jù)本發(fā)明的熱交換器和制造方法中，優(yōu)選地使用JIS 1xxx系列鋁合金，包含少量Cu和Mn的鋁合金，以及JIS 3xxx系列鋁合金作為管的材料。此外，也可任意使用其中在由上述鋁合金制成的芯材上形成釬焊層的管，或作為抗腐蝕管的Zn噴涂管?？墒褂脹]有釬焊材料覆層的裸露翅片或具有釬焊材料覆層的釬焊翅片作為翅片。
示例接下來，將說明根據(jù)本發(fā)明的熱交換器的具體示例。
使用包含Cu0.4mass％、Mn0.2mass％并且其余的為Al和不可避免的雜質(zhì)的鋁合金作為管材料，擠出如圖2和3所示的扁平多孔管，并在擠出之后立即將Zn熱噴涂在每個管的兩個扁平部分上，從而獲得Zn噴涂管10。在以下的示例和比較示例中，這些Zn噴涂管10被公用。使用這樣的釬焊翅片作為翅片，即該翅片的總厚度為100μm，其中在由包含Zn和Mn的各種組分制成的80μm厚的芯材的兩個表面上均涂覆10μm厚的Al-Si系列合金釬焊材料。

如圖3所示，沿管10的縱向方向在相鄰的管10和10之間設置兩個在翅片芯部成分上不同的翅片即一側(cè)翅片21a和另一側(cè)翅片21b，并且翅片距離D為1.5mm，以獲得臨時組裝芯部3。
通過噴涂將作為焊劑的KAl4涂敷在整個臨時組裝芯部3上，并然后在釬焊爐內(nèi)對芯部3進行600℃×10分鐘的加熱，以釬焊管10以及翅片21a和21b。
在下面所示的表1中，示出一側(cè)翅片21a和另一側(cè)翅片21b的翅片芯部成分以及在釬焊之后的這些成分內(nèi)的Zn濃度差。
如圖2所示，在相鄰的管10和10之間設置單個翅片20，以從而獲得臨時組裝芯部3。
通過噴涂將作為焊劑的KAl4涂敷在整個臨時組裝芯部3上，并然后在其中Al-20％Zn合金板20設置距離芯部3的一個側(cè)部10mm的狀態(tài)下，在釬焊爐內(nèi)對芯部3進行600℃×10分鐘的加熱。在此用于釬焊的加熱內(nèi)，Zn從Al-Zn合金板30蒸發(fā)、附著在翅片20上并然后擴散到翅片20內(nèi)。由于隨著與Al-Zn合金板30的距離的增加Zn擴散量變得較小，所以沿Zn擴散量的寬度方向的Zn濃度在遠離Al-Zn合金板30的翅片20的一個側(cè)部20a處較低，并且在接近Al-Zn合金板30的翅片20的該另一個側(cè)部20b處較高。
在下面所示的表1內(nèi)，示出翅片20的一個側(cè)部20a和翅片20的另一個側(cè)部20b的翅片芯部成分以及在釬焊之后這些成分內(nèi)的Zn濃度差。
如圖3所示，在相鄰的管10和10之間設置兩個單獨的翅片21a和21b，其中翅片距離D為1.5mm，以獲得臨時組裝的芯部3。然后，通過噴涂將作為焊劑的KAl4涂敷在整個臨時組裝芯部3上。
然后，在其中Al-Zn合金板30(圖2內(nèi)所示)設置在芯部3的一側(cè)翅片21b附近的狀態(tài)下，在釬焊爐內(nèi)將芯部3進行600℃×10分鐘的加熱，以釬焊管10以及翅片21a和21b。
在釬焊芯部3時，調(diào)節(jié)釬焊之前兩個翅片的芯材的成分、Al-Zn合金板3的Zn含量以及該Al-Zn合金板距離芯部的距離。作為結(jié)果，在表1內(nèi)示出一側(cè)翅片21a和另一側(cè)翅片21b的翅片芯材成分以及釬焊之后這些成分內(nèi)的Zn濃度差。
如圖3所示，在相鄰的管10和10之間設置兩個翅片21a和21b，其中翅片距離D為1.5mm，以獲得臨時組裝的芯部3。
然后，通過噴涂將作為焊劑的KZnF3僅涂敷在該臨時組裝芯部3的另一側(cè)翅片21b上，并然后在釬焊爐內(nèi)將該臨時組裝芯部3進行600℃×10分鐘的加熱以釬焊管10以及翅片21a和21b。
在芯部3的釬焊期間，由于另一側(cè)翅片21b內(nèi)的Zn蒸發(fā)被涂敷在該另一側(cè)翅片21b上的焊劑限制，所以釬焊之后一側(cè)翅片21a和另一側(cè)翅片21b的翅片芯部的成分以及這些成分內(nèi)的Zn濃度差如表1所示。
如圖2所示，在相鄰的管10和10之間設置單個翅片20，以獲得臨時組裝的芯部3。
然后，通過噴涂將作為焊劑的KAl4涂敷在整個臨時組裝芯部3上，并然后在釬焊爐內(nèi)將該臨時組裝芯部3進行600℃×10分鐘的加熱，以釬焊管10以及翅片21a和21b。
通過加熱以便進行釬焊，釬焊之后翅片20的一個側(cè)部20a和翅片20的另一個側(cè)部20b的翅片芯部成分如表1所示。
對于如上所述制造的每個熱交換器，測量翅片20的一個側(cè)部20a和另一個側(cè)部20b之間的點蝕電位差。在示例1、3、4和7以及比較示例1內(nèi)，在僅圖2內(nèi)由標號22a和22b示出的位于兩端的非百葉窗部分暴露的狀態(tài)下測量點蝕電位，并獲得點蝕電位差。在電勢掃描速率為20mV/min下在2.67％的AlCl3的水溶液內(nèi)執(zhí)行點蝕電位測量。

對于如上所述制造的每個熱交換器，執(zhí)行在ASTM-G85-A3內(nèi)定義的SWAAT試驗。在該試驗內(nèi)，使用通過ASTM D1141向人造海水添加醋酸而被調(diào)節(jié)為pH為3的腐蝕試驗液體，將腐蝕試驗液體噴涂0.5小時并保持1.5小時的潮濕狀態(tài)的循環(huán)重復200小時。
在腐蝕試驗之后，在管的寬度中心部位將熱交換器切成兩半，以獲得點蝕電位較高的翅片20的一個側(cè)部20a和點蝕電位較低的翅片20的另一個側(cè)部20b。測量該一個側(cè)部20a和另一個側(cè)部20b中的每一個的抗拉強度。在保持管10的同時執(zhí)行抗拉強度的測量。使用比較示例1內(nèi)的測量的抗拉強度作為標準，并且按下列方式顯示結(jié)果“×”抗拉強度小于比較示例內(nèi)的抗拉強度的1.0倍；“○”抗拉強度大于比較示例內(nèi)的抗拉強度的1.0倍但小于其的1.5倍；“◎”抗拉強度大于比較示例內(nèi)的抗拉強度的1.5倍。
表1

*其余的為Al和不可避免的雜質(zhì)從表1內(nèi)所示的結(jié)果可見，即使在發(fā)生腐蝕之后仍可抑制位于點蝕電位較高的一個側(cè)部的翅片強度(變差)，從而可通過在翅片的一個側(cè)部和該翅片的另一個側(cè)部之間沿寬度方向形成點蝕電位差來保持一定的強度。
因此，在根據(jù)每個實施例的熱交換器用作汽車空調(diào)裝置的情況下，通過將該熱交換器安裝在車輛內(nèi)使得強度較高的翅片的一個側(cè)部朝向車輛的前側(cè)，可防止或避免由于碎片導致的翅片損壞。
工業(yè)實用性由于對翅片的一個側(cè)部進行了陰極保護，所以即使發(fā)生一定程度的腐蝕，該熱交換器仍能夠在翅片的一個側(cè)部保持強度。因此，該熱交換器優(yōu)選地用作用于車輛例如汽車的熱交換器。
本發(fā)明的寬范圍雖然本發(fā)明可以以許多不同形式實施，但文中僅描述了幾個說明性實施例，應該理解，本公開提供了本發(fā)明原理的示例，并且這些示例并非用于將本發(fā)明局限于文中描述和/或示出的優(yōu)選實施例。
盡管文中已經(jīng)描述了本發(fā)明的說明性實施例，但是本發(fā)明并不局限于文中描述的各優(yōu)選實施例，而是如同本領(lǐng)域技術(shù)人員基于本公開將會明白的那樣，包括任何和所有具有等效元件、經(jīng)過修改、刪除、組合(例如不同實施例之間各方面的組合)、適應性修改和/或替代的實施例。權(quán)利要求中的限制應該基于權(quán)利要求中采用的語句作廣義解釋，并不局限于在本說明書中或者在本申請實踐過程中描述的示例。例如，在本公開中，詞語“優(yōu)選地”是非排它性的，意思是“優(yōu)選地，但并不局限于”。在本公開中和在本申請的實踐過程中，裝置+功能或者步驟+功能的特征將僅用在對于特定的權(quán)利要求特征所有下述條件都滿足的情況下a)明確說明了“用于……的裝置”或者“用于……的步驟”；b)明確說明了相應的功能；以及c)結(jié)構(gòu)、材料或者支持所述結(jié)構(gòu)的動作沒有說明。在本公開中和在本申請的實踐過程中，術(shù)語“本發(fā)明”或者“發(fā)明”是一個非具體的一般引語，并且可以用作對本公開中的一個或者多個方面的引語。表述“本發(fā)明”或“發(fā)明”不能被不合適地解釋為進行臨界識別，不能被不合適地解釋為應用于所有方面或者實施例(即必須明白本發(fā)明具有多個方面和實施例)，并且不能被不合適地解釋為對本申請或者權(quán)利要求的范圍加以限制。在本公開中和本申請的實踐過程中，術(shù)語“實施例”可以被用來描述任何方面、特征、工藝或者步驟、這些方面特征工藝或者步驟的任何組合和/或其中的任何部分等等。在一些示例中，不同實施例可以包括交疊的特征。在本公開中和在本申請的實踐過程中，可能使用了下列簡寫的術(shù)語“e.g.”是指“例如”；“NB”是指“注意”。
權(quán)利要求
1.一種熱交換器，該熱交換器具有芯部，在該芯部內(nèi)鋁制扁平管和鋁制翅片交替設置并相互釬焊在一起，每個翅片具有位于該扁平管的一側(cè)的一個側(cè)部和位于該扁平管的另一側(cè)的另一個側(cè)部，其中，該翅片的所述一個側(cè)部的點蝕電位高于該翅片的另一個側(cè)部的點蝕電位，并且該翅片的一個側(cè)部和該翅片的另一個側(cè)部之間的點蝕電位差為40到200mV。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的熱交換器，其特征在于，該點蝕電位差由構(gòu)成翅片的鋁合金內(nèi)的Zn的濃度差形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的熱交換器，其特征在于，Zn的濃度差為0.4mass％或更大。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的熱交換器，其特征在于，該翅片的一個側(cè)部和該翅片的另一個側(cè)部由分離的翅片構(gòu)成，該分離的翅片包括位于該扁平管的一側(cè)的一側(cè)翅片和位于該扁平管的另一側(cè)的另一側(cè)翅片，該分離的翅片沿該扁平管的縱向方向設置成在該分離的翅片之間具有一定距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的熱交換器，其特征在于，一側(cè)翅片和另一側(cè)翅片之間的距離為3mm或更小。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5的熱交換器，其特征在于，一側(cè)翅片由這樣的鋁合金制成，該鋁合金主要包括Mn0.8mass％到2mass％，Zn0.4mass％到2mass％，并且其余的為Al和不可避免的雜質(zhì)；另一側(cè)翅片由這樣的鋁合金制成，該鋁合金主要包括Mn0.8mass％到2mass％，Zn1.5mass％到3mass％，并且其余的為Al和不可避免的雜質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的熱交換器，其特征在于，翅片的一個側(cè)部和該翅片的另一個側(cè)部由成一體的單個翅片構(gòu)成，在該一個側(cè)部和另一個側(cè)部之間形成點蝕電位差。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的熱交換器，其特征在于，翅片的一個側(cè)部由這樣的鋁合金制成，該鋁合金主要包括Mn0.8mass％到2mass％，Zn0.4mass％到2mass％，并且其余的為Al和不可避免的雜質(zhì)；翅片的另一個側(cè)部由這樣的鋁合金制成，該鋁合金主要包括Mn0.8mass％到2mass％，Zn1.5mass％到3mass％，并且其余的為Al和不可避免的雜質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的熱交換器，其特征在于，翅片的厚度為100μm或更小。
10.一種用于車輛的熱交換器，該熱交換器具有芯部，在該芯部內(nèi)鋁制扁平管和鋁制翅片交替設置并相互釬焊在一起，每個翅片具有位于該扁平管的一側(cè)的一個側(cè)部和位于該扁平管另一側(cè)的另一個側(cè)部，其中，該翅片的所述一個側(cè)部的點蝕電位高于該翅片的另一個側(cè)部的點蝕電位，該翅片的一個側(cè)部和該翅片的另一個側(cè)部之間的點蝕電位差為40到200mV，以及該熱交換器安裝在車輛上，其中該翅片的點蝕電位較高的所述一個側(cè)部朝向該車輛的前部，而該翅片的點蝕電位較低的另一個側(cè)部朝向該車輛的后部。
11.一種制造這樣的熱交換器的方法，該熱交換器具有芯部，在該芯部內(nèi)鋁制扁平管和鋁制翅片交替設置并相互釬焊在一起，每個翅片具有位于該扁平管的一側(cè)的一個側(cè)部和位于該扁平管的另一側(cè)的另一個側(cè)部，該翅片的所述一個側(cè)部的點蝕電位高于該翅片的另一個側(cè)部的點蝕電位，該方法包括以下步驟通過交替設置扁平管和翅片而臨時組裝芯部；以及在釬焊爐內(nèi)加熱臨時組裝好的芯部，以釬焊扁平管和翅片。
12.一種制造這樣的熱交換器的方法，該熱交換器具有芯部，在該芯部內(nèi)鋁制扁平管和鋁制翅片交替設置并相互釬焊在一起，每個翅片具有位于該扁平管的一側(cè)的一個側(cè)部和位于該扁平管的另一側(cè)的另一個側(cè)部，該翅片的所述一個側(cè)部的點蝕電位高于該翅片的另一個側(cè)部的點蝕電位，該方法包括以下步驟通過交替設置扁平管和翅片而臨時組裝芯部；以及在其中Al-Zn合金板設置在翅片的另一個側(cè)部附近的狀態(tài)下，在釬焊爐內(nèi)加熱該臨時組裝好的芯部，以釬焊扁平管和翅片。
13.一種制造這樣的熱交換器的方法，該熱交換器具有芯部，在該芯部內(nèi)鋁制扁平管和鋁制翅片交替設置并相互釬焊在一起，每個翅片具有位于該扁平管的一側(cè)的一個側(cè)部和位于該扁平管的另一側(cè)的另一個側(cè)部，該翅片的所述一個側(cè)部的點蝕電位高于該翅片的另一個側(cè)部的點蝕電位，該方法包括以下步驟通過交替設置扁平管和翅片而臨時組裝芯部；僅向臨時組裝好的芯部的翅片的另一個側(cè)部涂敷焊劑；以及在爐內(nèi)加熱其翅片的另一個側(cè)部涂敷有焊劑的臨時組裝好的芯部，以釬焊扁平管和翅片。
全文摘要
本發(fā)明涉及熱交換器及其制造方法。一種熱交換器，在該熱交換器的芯部內(nèi)鋁制扁平管(10)和鋁制翅片(20)交替設置并相互釬焊在一起，每個翅片具有位于該管的一側(cè)的一個側(cè)部和位于該管的另一側(cè)的另一個側(cè)部。翅片的所述一個側(cè)部的點蝕電位高于該翅片的另一個側(cè)部的點蝕電位，并且該翅片的一個側(cè)部和該翅片的另一個側(cè)部之間的點蝕電位差為40到200mV。該點蝕電勢差由構(gòu)成翅片(20)的鋁合金內(nèi)的Zn濃度差形成。
文檔編號B23K1/00GK1977141SQ200580022129
公開日2007年6月6日 申請日期2005年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月29日
發(fā)明者南和彥, 橋本武典 申請人:昭和電工株式會社