專利名稱：用于機(jī)動(dòng)車的熱交換器以及裝配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及熱交換器，且，更特殊地，涉及一種熱交換器以及用于機(jī)動(dòng)車的裝配方法。
給機(jī)動(dòng)車提供熱交換器是公知的，比如冷凝器，蒸發(fā)器，加熱器芯和冷卻器。這些熱交換器是帶有回旋狀翅片的管或板的交替排列，翅片是由金屬材料制成的，比如鋁或鋁合金。許多這樣的熱交換器具有設(shè)置在管中的湍流器，這就要求內(nèi)部釬焊(internalbrazing)。以前，管子和湍流器是在一個(gè)真空爐中被釬焊的。目前，一種被稱為“控制大氣(controlled atmosphere，CAB)”爐釬焊的方法已與非腐蝕性熔劑(fluxes)一起使用。CAB爐釬焊已經(jīng)比真空爐釬焊優(yōu)選，這是由于改進(jìn)了的生產(chǎn)產(chǎn)出、較低的爐維護(hù)要求以及更大的釬焊工藝強(qiáng)度。
同樣周知的是，目前用來(lái)制造鋁熱交換器的CAB爐釬焊要求使用氯基或者氟基的熔劑。在常規(guī)的鋁熱交換器中使用熔劑促進(jìn)了呈現(xiàn)在鋁熱交換器表面固有的氧化鋁和氧化鎂的離解和分裂，從而促進(jìn)連接元件之間熔融包層的潤(rùn)濕。
盡管CAB爐釬焊已經(jīng)效果良好，但它具有缺點(diǎn)，即在裝配前熱交換器的內(nèi)管面和湍流器要求單獨(dú)助熔(fluxing)及在釬焊前完整的組建要求整體助熔。CAB爐釬焊還具有缺點(diǎn)，即熱交換器元件的單獨(dú)助熔成本高且費(fèi)時(shí)。
進(jìn)一步公知的是，熱交換器的管子通常沿位于管端的半徑的一條縫來(lái)焊接。在焊接過(guò)程中，通常在釬焊前管子上的外包層破裂且從管子的外表面上失去。管子外表面上沒(méi)有包層會(huì)導(dǎo)致管子沿焊縫和焊縫周圍的強(qiáng)度和耐久性降低，這是不希望出現(xiàn)的。
因此，本發(fā)明是用于機(jī)動(dòng)車的熱交換器組件，包括至少一根具有內(nèi)表面和外表面的管子，和施加在該管子的內(nèi)表面和外表面的至少含有鎂的復(fù)合包層。
本發(fā)明還是用于裝配機(jī)動(dòng)車的熱交換器的方法，包括提供至少一根具有內(nèi)表面和外表面的管子的步驟。該方法包括將一個(gè)至少含有鎂的復(fù)合包層施加到該管子的內(nèi)表面和外表面上的步驟。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供用于機(jī)動(dòng)車的熱交換器組件，該熱交換器組件具有一個(gè)至少含有元素鎂的復(fù)合包層，這允許進(jìn)行熱交換器組件的無(wú)熔劑內(nèi)部釬焊，而不用熔劑來(lái)促進(jìn)氧化層的離解。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是熱交換器組件具有內(nèi)部凹陷(dimples)排列來(lái)起到湍流器的作用并改進(jìn)管子的耐久性強(qiáng)度。本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是熱交換器組件排除了熔劑的使用且制造成本低、費(fèi)時(shí)較少。本發(fā)明的再有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供了一種熱交換器的裝配方法，該方法排除了能堵塞內(nèi)部管子通道的熔劑殘留物。本發(fā)明另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是熱交換器組件具有一個(gè)含有雙面?zhèn)葟?fù)合包層的管子，在該管子中，內(nèi)部復(fù)合包層能夠被用來(lái)增強(qiáng)管子的焊縫區(qū)域。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)部復(fù)合包層增強(qiáng)了焊縫，從而增加了管子的強(qiáng)度和壓力循環(huán)(pressure cycling)耐久性。
在閱讀了下面結(jié)合附圖所進(jìn)行的描述后，當(dāng)同樣的內(nèi)容被更好地理解時(shí)，本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)將會(huì)被更容易地理解。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的熱交換器組件的一個(gè)部分透視圖。
圖2為沿圖1中2-2線截取的一個(gè)剖面圖。
圖3為圖1中的熱交換器組件的另一個(gè)實(shí)施方案的一個(gè)剖面圖。
圖4為圖1中的熱交換器組件的再一個(gè)實(shí)施方案的一個(gè)類似圖2的視圖。
圖5為圖1中的熱交換器組件的再一個(gè)實(shí)施方案的一個(gè)類似圖2的視圖。
圖6為圖1中的熱交換器組件的另一部分的一個(gè)垂直剖面圖視圖。
圖7為圖3中的圓圈4的一個(gè)放大圖。
參見(jiàn)圖1，所示為根據(jù)本發(fā)明的熱交換器組件10的一個(gè)實(shí)施方案。在此實(shí)施例中，熱交換器組件10是用于一輛車，比如一輛機(jī)動(dòng)車(未示出)的空調(diào)系統(tǒng)(未示出)的一個(gè)冷凝器。應(yīng)理解為該熱交換器組件10可以是一個(gè)平行流冷凝器，螺旋管蒸發(fā)器，加熱器芯，或者為變速箱油冷卻器。
參見(jiàn)圖2，熱交換器組件10包括至少一個(gè)，優(yōu)選地為多個(gè)的管子12。每根管子12在縱向延伸且通常的形狀為矩形。每根管子12由具有內(nèi)表面14和外表面16的一種芯材料制成。內(nèi)表面14和外表面16中的每一個(gè)上面均具有一復(fù)合包層18。復(fù)合包層1 8包含從約0.01％至約0.3％的鋰(Li)，從約0.2％至約0.7％的鎂(Mg)，從約0.01％至約0.1％的鈉(Na)，從約4％至約13％的硅(Si)，從約0至約1％的錳(Mn)，從約0.01％至約0.1％的銅(Cu)，從約0％至約0.3％的鋅(Zn)，從約0.01％至約0.7％的鈹(Be)，其他雜質(zhì)總計(jì)不超過(guò)1％，其余為鋁。管子12的芯材料由從Aluminum Association 3XXX，5XXX和6XXX系列的鋁合金中選出的鋁基材料制成。應(yīng)這樣理解，即復(fù)合包層18由不同合金的軋制鋁合金片材制成，將它們包到管子12的表面14和16上去的方法在本領(lǐng)域是公知的。
參見(jiàn)圖3，在一個(gè)實(shí)施方案中，熱交換器組件10包括至少一個(gè)在管子12的內(nèi)表面14上相鄰復(fù)合包層18設(shè)置的元件。比如，熱交換器組件10包括一個(gè)湍流器24，該湍流器設(shè)置在管子12內(nèi)部的內(nèi)表面14上靠近復(fù)合包層18的地方。湍流器24在一系列的起伏中在縱向和橫向延伸。湍流器24分散了通過(guò)管子12的流體，從而影響熱交換。湍流器24由Aluminum Association 3XXX系列鋁合金中的一種鋁基材料制成。
為了熱交換器組件10的裝配，采用CAB爐釬焊方法，湍流器24被連接到管子12上。在釬焊過(guò)程中，在復(fù)合包層18中的Li-Mg成分在550℃或約550℃液化且流過(guò)在內(nèi)表面14上的多孔氧化鋁(A12O3)層從而潤(rùn)濕內(nèi)表面14。這種潤(rùn)濕為氧化層的繼續(xù)分散(dispersement)提供了介質(zhì)并使復(fù)合包層18流入其間的接口且形成釬焊。應(yīng)理解為CAB爐釬焊方法是常規(guī)的且在本領(lǐng)域中眾所周知。
參見(jiàn)圖2，4和5，在另一個(gè)實(shí)施方案中，每根管子12具有至少一個(gè)，優(yōu)選地為多個(gè)相對(duì)的凹陷20，它們從內(nèi)表面14相互面對(duì)地延伸。凹陷20在縱向沿管子12布置且向內(nèi)從外表面16到內(nèi)表面14深入管子12的一個(gè)流道。凹陷20通常為矩形，盡管任何適宜的形狀也可使用，比如通常如圖4和5中所示的橢圓。凹陷20可以如圖4所示沿一根縱軸以縱向取向，或者如圖5所示相互成一個(gè)角度從而形成交叉條圖案。管子12最初形成為一個(gè)片，凹陷20被沖壓在該片上。該片然后被折過(guò)來(lái)形成管子12。管子12具有一條焊縫，其焊接方法將結(jié)合圖6和7進(jìn)行描述。在內(nèi)表面14上的復(fù)合包層18被用來(lái)通過(guò)采用控制大氣釬焊(CAB)方法將凹陷20連接在一起。被釬焊的凹陷20對(duì)管子12而言提供了增強(qiáng)了的剛性和強(qiáng)度并且起到湍流器的作用來(lái)遮斷流經(jīng)管子12的流體。應(yīng)理解為控制大氣釬焊是常規(guī)的并在本領(lǐng)域內(nèi)為公知。
參見(jiàn)圖6和7，所示為根據(jù)本發(fā)明的熱交換器組件10的另一個(gè)實(shí)施方案。管子12可以具有一條位于沿管子12端半徑24的縫。管子12具有一條沿縫22的焊縫26。內(nèi)表面14上的復(fù)合包層18具有的厚度在從管子12整體厚度的約2％至約10％之間的范圍內(nèi)，在外表面16上的復(fù)合包層18具有的厚度在從管子12整體厚度的約8％至約12％之間的范圍內(nèi)。應(yīng)理解為在控制大氣釬焊之前，縫22由MIG焊接方法進(jìn)行焊接，這一點(diǎn)是常規(guī)的且在本領(lǐng)域是公知的。
在裝配過(guò)程中，管子12被裝配到熱交換器組件10中，以確保所有縫22在同一個(gè)面?zhèn)壬稀峤粨Q器10被置入CAB爐(未示出)中，其中管子12垂直于CAB爐的傳輸帶或帶，焊縫22朝下。當(dāng)內(nèi)表面14上的復(fù)合包層18開(kāi)始熔化時(shí)，復(fù)合包層18的一部分將流過(guò)且充滿內(nèi)表面裂縫和縫22從而在焊縫22上產(chǎn)生一個(gè)高強(qiáng)度擴(kuò)散層。應(yīng)該這樣理解，即在CAB過(guò)程中，復(fù)合包層18將流動(dòng)且通過(guò)毛細(xì)作用潤(rùn)濕并充滿縫22及其中的裂縫。
另外，公開(kāi)了一種根據(jù)本發(fā)明的熱交換器組件10的裝配方法。該方法包括提供至少一根管子12的步驟，該管子具有內(nèi)表面14和外表面16并且將至少含有鎂的復(fù)合包層18施加到內(nèi)表面14或外表面16。該方法可包括將至少一個(gè)元件24設(shè)置在內(nèi)表面14靠近復(fù)合包層18的地方且將至少一根管子12和至少一個(gè)元件24通過(guò)采用控制大氣釬焊(CAB)方法連接在一起。
在CAB方法中，熱交換器組件10被置于一個(gè)釬焊固定爐架(fixture)(未示出)上，并被預(yù)熱，例如，加熱到從約425°F至約475°F(224℃-246℃)的溫度范圍內(nèi)。熱交換器組件10和釬焊固定爐架被轉(zhuǎn)移到一個(gè)預(yù)釬焊腔中，在約750°F(339℃)下保溫約3-15分鐘。然后，熱交換器組件10和釬焊固定爐架被轉(zhuǎn)移到一個(gè)傳送機(jī)上并且移動(dòng)通過(guò)一個(gè)CAB爐。在CAB爐中，熱交換器組件10在約1095°F至1130°F(591℃-610℃)下保持2-3分鐘。然后，釬焊后的熱交換器組件10被冷卻，移出并被應(yīng)用于預(yù)期的用途。
本發(fā)明已以一種說(shuō)明的方式加以描述了。可以理解的是，所使用的術(shù)語(yǔ)旨在取其描述的詞的本質(zhì)而非其限制性。
根據(jù)上述教導(dǎo)，本發(fā)明的許多修正和變化都是可能的。因此，在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以以與具體的描述不同的方式來(lái)實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種用于機(jī)動(dòng)車的熱交換器組件，包括至少一根具有內(nèi)表面和外表面的管子；及一個(gè)至少含有鎂的復(fù)合包層，該復(fù)合包層施加在所述的至少一根管子的所述內(nèi)表面和所述外表面上。
2.如權(quán)利要求1所述的熱交換器組件，其特征在于所述的至少一根管子具有多個(gè)從所述的內(nèi)表面相互面對(duì)延伸的相對(duì)凹陷，其中凹陷通過(guò)采用控制大氣釬焊方法連接在一起。
3.如權(quán)利要求2所述的熱交換器組件，其特征在于所述的凹陷為矩形。
4.如權(quán)利要求2所述的熱交換器組件，其特征在于所述的凹陷為橢圓形。
5.如權(quán)利要求2所述的熱交換器組件，其中所述的凹陷取向成一個(gè)角度從而形成一個(gè)交叉條圖案。
6.一種用于機(jī)動(dòng)車的熱交換器的裝配方法，所述的方法包括如下步驟提供至少一根具有內(nèi)表面和外表面的管子；及將一個(gè)至少含有鎂的復(fù)合包層施加在內(nèi)表面和外表面上。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于包括在該至少一根管子上形成多個(gè)相對(duì)凹陷的步驟。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于包括用控制大氣釬焊方法將該相對(duì)凹陷連接起來(lái)的步驟。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于該復(fù)合包層包含從約0.01％至約0.3％的鋰(Li)，從約0.2％至約0.7％的鎂(Mg)，從約0.01％至約0.1％的鈉(Na)，從約4％至13％的硅(Si)，從約0％至約1％的錳(Mn)，從約0.01％至約0.1％的銅(Cu)，從約0％至約0.3％的鋅(Zn)，從約0.01％至約0.7％的鈹(Be)，其他雜質(zhì)總計(jì)不超過(guò)1％，其余為鋁。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于該至少一根管子由從AluminumAssociation 3XXX，5XXX和6XXX系列的鋁合金中選出的鋁基材料制成。
全文摘要
一種用于機(jī)動(dòng)車的熱交換器及裝配的方法，包括至少一根具有內(nèi)表面和外表面的管子，以及一個(gè)至少含有鎂的復(fù)合包層，該包層施加在管子內(nèi)表面和外表面上。
文檔編號(hào)B60H1/00GK1163205SQ9710372
公開(kāi)日1997年10月29日 申請(qǐng)日期1997年3月27日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月27日
發(fā)明者蒂姆·V·埃文斯, 馬修·J·扎盧蔡克, 杰拉爾德·A·格拉伯, 亨利·邁赫拉班, 杰弗里·S·索思伍德 申請(qǐng)人:福特汽車公司