技術 表面処理を含む熱交換器の製法及びこのようにして得られた熱交換器

0001

本発明は、熱交換器及びその製法に関する。

0002

さらに詳述すれば、本発明は、ロウ付けタイプの熱交換器を製造する方法であって、表面処理を行う熱交換器の製法に関する。

0003

このような方法は、例えば、自動車の空調回路において使用される蒸発器を製造するために使用される。

0004

本発明は、この方法に従って製造された熱交換器、特に、自動車の空調回路用の蒸発器にも関する。

0005

熱交換器の表面に特殊な特性を付与することを目的とする表面処理は知られている。例えば、周囲空気と接触する表面は、この表面での微生物の生育を防止又は抑制するように処理される（これら微生物は、この熱交換器の作動の間に、知覚可能な悪臭を発生させる原因である）。

0006

表面処理は、一般に、交互に、活性剤（表面に所望の特性を付与することを目的とする）及びすすぎ液（次の浴のために、熱交換器を調整することを目的とする）を収容する一連の浴に、熱交換器を浸漬することによって行われる。噴霧によって、被膜を形成することも知られている。

0007

このように、米国特許第5,376,411号には、熱交換器を浴に浸漬して、親水性フィルムを形成し、ついで、この被膜が完全に乾燥する前に、この被膜に抗菌剤を塗付することによって、熱交換器に被膜を形成することが開示されている。

0008

さらに、ヨーロッパ特許第1 201 788号には、アルミニウム製熱交換器の表面への、防食性及び親水性を有する２つのフィルムの形成が開示されている。

0009

これら特許のいずれにおいても、被膜の形成が、熱交換器が組み立てられ、ロウ付けされた後に行われることに注目しなければならない。これは、このような被膜が、硬質ロウ付けの間に遭遇するような高温に耐えることができないためである。硬質ロウ付けは、400℃以上、630℃以下の温度で行われるロウ付けである。

0010

これらの製法及び当該方法から得られた熱交換器は、多くの課題を有する。第１に、表面処理がロウ付け後に行われるため、熱交換器全体を単一部材として処理する必要があることである。これは、必ずしも必要ではない表面の処理を含み、従って、生産性のロスを含むものである。

0011

第２に、熱交換器全体を処理するため、熱交換器の各部材において、形成される被膜の量を制御できないことである。

0012

最後に、熱交換器の作製後であるため、浴処理又は噴霧処理の前に、ロウ付け残渣を除去する必要があり、製造ラインの生産性が低減される傾向にあることである。

0013

本発明の目的は、これらの欠点を解消する熱交換器の製法を提供することにある。

0014

この目的のため、本発明は、熱交換器（特に、蒸発器）の部材の作製、組立て、及びロウ付けを含み、前記ロウ付けを所定の温度条件下で行う、熱交換器、特に、蒸発器を製造する方法であって、この方法は、組立て及びロウ付けの前に、選択した部材に被膜を形成することからなる表面処理操作を含むものであり、前記被膜が、支持体；少なくとも１の活性剤（作動の間、熱交換器に、選ばれた特性を付与しておくためのもの）；及び少なくとも１の熱保護剤（被膜が硬質ロウ付けの温度条件に耐え得るようにするためのもの）を含有するものであることを特徴とする熱交換器の製法を提供する。

0015

熱交換器の部材の組立て及びロウ付けの前に表面処理を行うことによって、ロウ付け直後に、所望の表面特性を有する熱交換器が得られる。このように、選択された部材を処理することによって、熱交換器の製造が簡略化される。

0016

この製法では、表面処理に関する危険が、処理を受ける部材に限定され、熱交換器全体には及ばないため、生産ラインの効率を改善できる。

0017

本発明の製法の１具体例では、活性剤は親水性付与剤である。本発明の第２の具体例では、活性剤は抗菌剤である。

0018

これら活性剤の使用によって、本発明の製法に従って製造された熱交換器に、極めて有益な表面特性を付与できる。

0019

親水性付与剤は、冷却又は加熱することが望まれる流体を乾燥させがちな熱交換器の場合に特に有用である。この活性剤は、水の跳ねを防止し、水が熱交換器の表面上を流動するようにする。

0020

抗菌剤は、周囲の水分によって生育し、不快な臭いを発生させる傾向を有する微生物（細菌、カビ、真菌類）の生育を阻止又は絶滅させるため、この同じタイプの熱交換器において有利である。

0021

本発明の製法の実施に関する好適な方法では、被膜は、支持体、親水性付与剤、抗菌剤及び熱保護剤を含有する。本発明の製法の実施に関するこの方法は、熱交換器に、特に有益な表面特性を付与する。このような方法は、自動車の空調回路において使用される蒸発器に求められる要件に関して特に好適な熱交換器の製造を可能にする。これは、蒸発器が、この内部を通過する空気から湿気を除去するためである。この熱交換器は、上述のように、有害な結果をもたらす凝縮物を発生するとの機能を有するが、これら有害な結果は、抗菌剤及び親水性付与剤によって制御される。

0022

有利には、熱保護剤は、アルミニウム青銅及び／又はケイ素系結合剤を含有する。このような熱保護剤を使用することによって、本発明の表面処理において使用される被膜に、軟質ロウ付け（ロウ付け温度450℃以下）又は硬質ロウ付け及びこれらの特徴的な温度条件について特に有利である熱特性が付与される。これらの熱特性のため、被膜は、特に、これら熱条件に耐えることができ、ロウ付け後、活性剤が有する表面特性を熱交換器に付与できる。

0023

本発明の製法の実施に関する他の好適な方法によれば、熱交換器の部材は、少なくとも１個のヘッダ、流体循環用の流路、及び流路と接触するフィンを含み、当該方法は、表面処理をフィンの材料について実施することを特徴とする。

0024

表面処理をフィンにのみ限定し、処理が求められる部材のみを処理することによって、製造サイクルを低減させることができ、さらに、この限定によって、被膜の点でも実質的な節約が可能になり、形成される被膜の厚さを良好に制御することが可能になる。

0025

本発明の製法の実施に関する好適な方法では、製法は、各フィンについて、表面処理工程及びフィン形成工程を含む。この実施法では、表面処理は、フィン作製用のアルミニウムストリップの製造の間に、又はこのストリップの製造後に、ストリップの浸漬、ストリップへの噴霧又はストリップへのコーティングによって行われる。

0026

本発明による製法の実施に関する他の好適な方法では、製法は、各フィンについて、第１にフィンを形成する工程及び第２に表面処理工程を含む。この他の方法では、表面処理は、浸漬又は噴霧によって行われる。

0027

表面処理がアルミニウムストリップの製造の間に行われる場合には、本発明は、支持体の熱酸化による有機物の排出を制御するとの他の利点を有する。この酸化は、圧延製造プロセスからのストリップの温度によって及び空気中の酸素の存在によって促進される。被膜の形成は、その温度抵抗性のため、寿命を減ずるものではない。追加の手段を使用することなく、被膜を乾燥させるとの利点を有する。ついで、アルミニウムストリップを巻取り、使用場所に移動させ、ここで、フィンに形成し、熱交換器の他の部材に組付ける。

0028

これらの実施方法は、製造ラインに融通性を付与し、この融通性のため、フィンを形成する操作の複雑さに応じて、フィンの形成操作前又は後に、表面処理を行うことができる。

0029

本発明の製法は、部材作製の間における乾燥工程を含むこともでき、さらに、硬質ロウ付けプロトコル（真空内又は制御された雰囲気中で実施される）を使用して、ロウ付けを行うこともできる。

0030

本発明は、上述の方法によって製造され、部材（その少なくとも１個は、上述のように、表面処理されている）からなる熱交換器にも関する。さらに、本発明による熱交換器は、少なくとも１個のヘッダタンク、流体循環用の流路、及び流路と接触するフィンを含有でき、表面処理がフィンの材料について行われている。

0031

本発明の好適な１具体例では、流路は管である。本発明の第２の好適な具体例では、流路は、複数ペアの積重ねプレートからなる。これら２つの好適な具体例では、その表面特性が、上述のように改善された、例えば、フィン付管状交換器又はプレート／フィン交換器の如き一般的な熱交換器を提供することが可能である。

0032

最後に、本発明による熱交換器の部材は、アルミニウム合金、銅又はロウ付け可能な他の各種金属材料で形成され、この熱交換器は、空調回路、特に、自動車の空調回路において使用される。

0033

本発明の他の特徴及び利点は、図面を参照して、限定することなく、説明のために例示する具体例に関する下記の記載を読むことによって明白になるであろう。

0034

図１は、本発明の製法によって製造された熱交換器１の正面図を概略して示す。

0035

熱交換器１は、知られているように、ヘッダタンク２、流路４及びフィン６（当業者により、「インサート」としても知られている）を含む部材からなる。２個のヘッダタンク２は、流路4を介して相互に連通しており、流路はヘッダタンク間に配置及び配列され、その内部で流体が循環し、熱交換器を通る空気に熱を移動させるフィン６は、ヘッダタンク２の間に、流路４の軸線に対して横断する方向で配置され、熱交換器の外の空気と直接接触している。

0036

ここに記載の熱交換器１は、本発明の製法を使用して製造されているが、流路４及びフィン６がロウ付けされる前のものである。ここに記載の流路４はフラットチューブであるが、環状又は楕円状断面又は当業者に知られている各種の他の形状の管であってもよい。

0037

ここに記載のフィン6はコルゲート状であるが、平板状又は当業者に知られている各種の形状であってもよい。これらは、形状的には、実質的に矩形であり、その作製の間に、本発明による製法の特徴である表面処理を受ける。表面処理については後述する。

0038

図２は、本発明の製法のブロックダイアグラムを示す。本発明の製法は、ブロックＡ、Ｂ及びＣで表される３つの工程からなる。

0039

ブロックＡは、熱交換器１の部材の作製工程に相当する。ブロックＡは、製造ラインにおいて同時に行われる３つの工程に相当する３つのサブブロックA1、A2及びA3からなる。サブブロックA1は、フィン６の作製工程に相当し、サブブロックA2は、流路４の作製工程に相当し、サブブロックA3は、ヘッダタンク２の作製工程に相当する。

0040

ブロックＢは、熱交換器１の部材の組立工程に相当する。この工程の間に、ヘッダタンク２、流路４及びフィン６を組立て、ブロックＣで表される工程へ送る。

0041

ブロックＣはロウ付け工程を表し、ロウ付け工程の間に、組立工程直後の組立てられた部材をロウ付けする。ロウ付けは、ここに記載の例では、制御された雰囲気、できれば630℃以下の温度において、加熱炉で行われる硬質ロウ付けである。この加熱炉の雰囲気は、制御された量の窒素を含有する。これにより、酸化の問題を制御することができ、高品質ロウ付けが達成される。ロウ付けは、軟質ロウ付け又は当業者に知られている各種の他のロウ付けでもよい。

0042

図３は、図２に示すサブブロックA2を説明するブロックダイアグラムである。サブブロックA2は、組立て前の流路４を作製する工程を表す。

0043

サブブロックA2によって示される工程は、工程A200、工程A201、工程A202及び工程A203からなる。

0044

工程A200において、材料を選択する。材料は、２層、すなわち、3000シリーズの中から選ばれる、例えば、合金3003製のコア及び4000シリーズの中から選ばれる、例えば、合金4045又は4343でなる層（ロウ付けを形成するフィラー材料を構成する）からなるアルミニウム合金物質である。工程A201では、原材料は一般的な操作を受けて、流路４について選ばれた形状が付与される。工程A201後、工程A202は、得られた流路の脱脂、続く、ロウ付けを促進するためのフラックスの流路への塗付からなる。このようにして得られた流路４は、工程A203において、組立サイトへ移動される。

0045

次に、図４及び１０を参照して、本発明の実施に関する好適な方法によるプロセス部分を記載する。

0046

図４において見られるように、図２に示す作製工程のサブブロックA1は、工程A100、工程A101、工程A102、工程A103、工程A104、工程A105及び工程A106からなる。

0047

工程A100において、フィンを形成するための材料100を選択する。材料は、3000シリーズの中から選ばれるアルミニウム合金、例えば、3003である。図１０において見られるように、このアルミニウム合金は、コイル101として供給される。工程A101は、巻きが解かれたコイル101の表面に、被膜102（後述する）を形成することからなる。

0048

被膜102の形成は、ここでは、図７において示すように浸漬によって行われる。しかし、形成は、図８に示すように噴霧によって、又は図９に示すようにコーティングによっても行われる。

0049

工程A102は、巻きが解かれた材料100の表面に正に形成された被膜を乾燥させ、これによって、中間生成物102を提供することからなる。

0050

工程A102後に得られた中間生成物102を、工程A103において巻取り、製造ラインの異なる領域に移動させる。ついで、工程A104において、成形して、選ばれた形状をフィンに付与する。このようにして形成されたフィンを、ついで、工程A105で表される工程において脱脂する。この工程の後、得られたフィンを、工程A106において、組立サイトに移動させる。

0051

本発明による製法は、生産ラインにおいて、フィン６の表面処理の一体化を促進するとの利点を有する。これは、特に、形成後に得られたフィン６の幾何学的形状が、下記の表に記載のもののような被膜の均一な形成を容易に達成させないようなものである場合に有利である。

0052

0053

上記の表が示すように、ここに記載の実施例において使用する被膜は、支持体、２つの活性剤及び熱保護剤（結合剤及び断熱剤からなる）ものである。

0054

支持体は、キシレン及び１-メトキシ-２-プロピルアセテートの混合物である。この支持体は、フィンの表面上で、被膜を形成させるように機能する。

0055

２つの活性剤の１つは、７.５％ bentone系界面活性剤である。この界面活性剤は、ロウ付け前に、被膜のぬれ性を改善することを可能にし、これにより、容易な形成を可能にする。

0056

第２の活性剤は、微生物による汚染に対する抵抗性を提供する作用物質であり、銅塩を含浸したSylosiv A 100の混合物でなる。この活性剤は、ロウ付けされた交換器に、優秀な抗菌特性を付与する。

0057

熱保護剤は、ケイ素系結合剤（ここでは、Baysilicone P500樹脂である）及び断熱剤（ここでは、アルミニウム青銅）の混合物である。

0058

ケイ素系結合剤は、ロウ付けの前では、フィン表面への被膜の接着性を改善する。その後、被膜は、ロウ付けの温度条件に耐えることができる。ロウ付け後では、結合剤は熱交換器に親水性を付与し、表面への被膜の接着を良好なものとする。断熱剤はアルミニウム青銅であり、その機能は、ロウ付けの間、被膜を保護することにある。

0059

代表的には、フィン６は、熱交換器１の全外表面の約９０％を占め、その表面が、作動の間、応力を最も高度に受ける部材である。フィン６の表面のみが処理され、流路４の外表面は処理されないとの事実は、ここに記載の具体例において明らかなように、熱交換器１に最適な表面特性を付与すると共に、製造プロセスを簡素化する。

0060

図５は、本発明による製法の実施に関する第２の好適な方法を部分的に説明する、特に、図２のサブブロックA1を説明するブロックダイアグラムである。図４に記載した実施に関する第１の方法との類似性を考慮して、同じ参照符号を使用し、異なる部分については、各参照符号に１０を足した参照符号にて表示している。

0061

この実施方法は、工程A100、工程A111、工程A112、工程A113、工程A114、工程A115及び工程A106からなる。

0062

工程A111は、材料を成形して、選択した形状をフィンに付与することからなる。形成後、工程A112において脱脂を行い、得られた中間生成物を、工程A113において移動させる。

0063

次に、工程A114において、中間生成物に被膜を形成する。この形成は、ここでは、浸漬によって行われるが、噴霧によって行うこともできる。最後に、工程A115において乾燥し、このようにして、被膜が形成され、ついで、工程A106において移動させた後に、フィン６が得られる。

0064

本発明の製法の実施に関する方法では、フィン６に付与される形状が幾何学的に簡単である場合には、より効果的な生産ラインを得ることが可能である。

0065

図６は、本発明の製法に従って製造されたプレート／フィン蒸発器10の部分側面図である。蒸発器10は、それぞれ、フェース18及びフェース20を限定する第１のエレメント14及び第２のエレメント16を組立てることによって、それぞれ、形成された複数個のプレート12からなる。フェース18及び20は、一般的に、平面であり、相互に平行である。

0066

蒸発器10は、さらに、それぞれ、２個の近接するプレートの間で、１個のプレートの第１のフェース18及び近接する他のプレートの第２のフェース20と接触するように配置された複数個のコルゲートフィン22を含む。

0067

上方部分24において、各第１のエレメント14は、第１のフェース18から外方に突出する２個のダクト26を含む。各ダクト26は、第２のエレメント16のダクト36と互いに近接して並べられている。このように、各プレート12は、冷媒が循環するチャンバーを形成する。

0068

第１及び第２のエレメント14及び16は、有利には、アルミニウム系金属プレートを絞り成形することによって得られる。フィン22は、上述の表面処理を受けている。

0069

本発明の製法において、プレートとして、異なる方法で得られたものを使用すること、又はプレートの代わりに、ヘッダタンクに結合された管を使用することによって、各種の蒸発器を製造することができるであろう。

0070

本発明の熱交換器は、特に、自動車エンジンを冷却するためのラジエータ、又は自動車の車室を加熱するための放熱器（正に自動車の空調回路用の熱交換器の具体例である）の形で製造される。

0071

本発明は上述の具体例（単に、例として示したものである）に限定されるものではなく、むしろ、当業者が想起するすべての変形、例えば、フィン調製用のアルミニウムストリップを製造する間に、このストリップを圧延した後であって、巻取り前に、表面処理を行うことを包含するものである。

0072

本発明の製法に従って製造された、ロウ付け前におけるフィン付管熱交換器の概略正面図である。
本発明の製法の各種工程を示すブロックダイアグラムである。
図２に示す方法の１工程を示すブロックダイアグラムである。
本発明の製法の実施に関する好適な方法による図２に示す方法の１工程を示すブロックダイアグラムである。
本発明の製法の実施に関する好適な方法による図２に示す方法の１工程を示すブロックダイアグラムである。
図２の方法に従って製造されたプレート蒸発器の部分側面図である。
浸漬によりフィンの表面を処理する操作の概略図である。
噴霧によりフィンの表面を処理する操作の概略図である。
コーティングによりフィンの表面を処理する操作の概略図である。
図４のブロックダイアグラムの一部の概略図である。

0073

(１)熱交換器
(２)ヘッダ
(４)流路
(６)フィン
(100) 材料
(101)コイル
(102) 被膜