JP6003778B2 - 熱交換器の製造方法 - Google Patents

熱交換器の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6003778B2
JP6003778B2 JP2013077625A JP2013077625A JP6003778B2 JP 6003778 B2 JP6003778 B2 JP 6003778B2 JP 2013077625 A JP2013077625 A JP 2013077625A JP 2013077625 A JP2013077625 A JP 2013077625A JP 6003778 B2 JP6003778 B2 JP 6003778B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat exchanger
tube
coating
corrosion
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2013077625A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2014202390A5 (ja
JP2014202390A (ja
Inventor
加福 一彰
一彰 加福
功 畔柳
功 畔柳
保利 山中
保利 山中
寺 亮之介
亮之介 寺
幸浩 佐野
幸浩 佐野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2013077625A priority Critical patent/JP6003778B2/ja
Priority to PCT/JP2014/001778 priority patent/WO2014162700A1/ja
Priority to US14/780,994 priority patent/US9956654B2/en
Priority to DE112014001829.5T priority patent/DE112014001829T5/de
Priority to CN201480017152.0A priority patent/CN105051481B/zh
Publication of JP2014202390A publication Critical patent/JP2014202390A/ja
Publication of JP2014202390A5 publication Critical patent/JP2014202390A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6003778B2 publication Critical patent/JP6003778B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23PMETAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/26Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass heat exchangers or the like
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40Oxides
    • C23C16/405Oxides of refractory metals or yttrium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45555Atomic layer deposition [ALD] applied in non-semiconductor technology
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/1684Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation the conduits having a non-circular cross-section
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0062Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/025Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements
    • F28F3/027Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements with openings, e.g. louvered corrugated fins; Assemblies of corrugated strips
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00Fastening; Joining
    • F28F2275/04Fastening; Joining by brazing

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

本発明は、熱交換器の製造方法に関するものである。
従来、燃焼により発生する排気と冷却媒体との間で熱交換を行うことで排気を冷却する排気熱交換器が知られている(例えば、特許文献1参照)。この種の排気熱交換器は、排気が流通するチューブの内部に接合されたインナーフィンを備えており、チューブ内を流れる排気と、チューブの外側を流れる冷却水とを熱交換させることで、排気を冷却するように構成されている。
特開2008−39380号公報
ところで、上述のような排気熱交換器においては、凝縮水に対する耐食性を確保する必要がある。したがって、排気熱交換器の構成部品の材質として、耐食性の高い材料(例えば、ステンレスの場合、クロムの含有量が最大のもの)が用いられており、材料コストが高くなるという問題がある。
これに対し、チューブの内壁面(排気と接触する面)およびインナーフィンにメッキ処理を施すことにより、チューブの耐食性を確保する手法が考えられる。しかしながら、メッキ処理では、メッキ被膜の膜厚が厚くなり、また液体状態の金属を用いてメッキ被膜を成膜するため、チューブおよびインナーフィン等の構成部品を組み付けた熱交換器構造体にメッキ処理を施すと、当該熱交換器構造体内部の微細部(例えば、インナーフィン)において目詰まりを起こすおそれがある。このため、この手法を採用することは困難である。
また、組み付け前の構成部品(チューブおよびインナーフィン)にメッキ処理を施した後に、当該構成部品を組み付けるという手法も考えられる。しかしながら、構成部品の搬送時や構成部品同士の組み付け時にメッキ被膜に傷が付く可能性があるため、この手法を採用することも困難である。特に、構成部品を組み付けた後に当該構成部品をろう付け接合する場合は、ろう付け時にメッキ被膜が溶解してしまうという問題もある。
本発明は上記点に鑑みて、腐食による貫通孔が生じること(孔食)を確実に抑制できる熱交換器の製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、複数の熱交換器構成部品(21、22)を組み付ける組付工程と、組付工程の後に行われるとともに、熱交換器構成部品(21、22)の表面に化学気相成長法によって被膜(30〜35)を形成する被膜形成工程とを含んでおり、被膜形成工程では、化学気相成長法によって、熱交換器構成部品(21、22)の表面に、結晶状態の被膜(33)とアモルファス状態の被膜(34)とを、複数交互に積層形成することを特徴とする。
これによれば、熱交換器構成部品(21、22)の表面に被膜(30〜35)を形成することで、当該被膜(30〜35)により、熱交換器構成部品(21、22)に腐食による貫通孔が生じることを抑制できる。このとき、被膜形成工程を組付工程の後に行うので、構成部品の搬送時や構成部品同士の組み付け時に被膜(30〜35)に傷が付くことを防止できる。さらに、ドライコーティング法の一種である化学気相成長法によって熱交換器構成部品(21、22)の表面に被膜(30〜35)を形成することで、被膜形成工程時に熱交換器内部の微細部において目詰まりを起こすことを防止できる。したがって、熱交換器構成部品(21、22)に腐食による貫通孔が生じることを確実に抑制することが可能となる。
また、請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の熱交換器の製造方法において、さらに、組付工程の後に行われるとともに、複数の熱交換器構成部品(21、22)同士をろう付けするろう付工程とを含んでおり、被膜形成工程は、ろう付工程の後に行われることを特徴とする。
これによれば、被膜形成工程をろう付け工程の後に行うので、ろう付け時に被膜(30〜35)が溶融することを防止できる。このため、熱交換器構成部品(21、22)の表面に被膜(30〜35)をより確実に形成することが可能となる。
なお、本発明において「ろう付け工程の後に行われる」とは、複数の熱交換器構成部品(21、22)同士のろう付け後、ろう付けされた熱交換器構成部品(21、22)の冷却を行うと同時に、被膜形成工程を行うことをも含む意味である。
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
第1実施形態に係るEGRクーラを示す側面図である。 図1のII−II断面図である。 図2のIII−III断面図である。 第1実施形態におけるインナーフィンを示す斜視図である。 第1実施形態におけるチューブを示す拡大断面図である。 第2実施形態におけるチューブを示す拡大断面図である。 第3実施形態におけるチューブを示す拡大断面図である。 第4実施形態におけるチューブを示す拡大断面図である。 第5実施形態に係るラジエータを示す正面図である。 第5実施形態に係るラジエータを示す要部拡大断面図である。 他の実施形態(2)におけるチューブを示す拡大断面図である。 他の実施形態(6)におけるチューブを示す拡大断面図である。 他の実施形態(7)におけるチューブを示す拡大断面図である。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について図1〜図5に基づいて説明する。本実施形態では、本発明の熱交換器を排気熱交換器(EGRクーラ)に適用した例を説明する。
EGRクーラ1は、図示しない内燃機関(エンジン)での燃焼により発生した排気をエンジンに再循環させる際に、その排気をエンジンの冷却水(冷却媒体)によって冷却する排気熱交換器である。EGRクーラ1は、図1〜図3に示すように、主に、複数のチューブ21と、インナーフィン22と、水側タンク23と、排気側タンク24とを備えている。これらの部材21〜24は、アルミニウム合金製であり、ろう付けにより接合されている。
チューブ21は、図2および図3に示すように、排気が流通する排気流路21aを構成する管であり、内部を排気が流れるようになっている。また、チューブ21の外部を冷却水が流れるようになっており、このチューブ21を介して、排気と冷却水とを熱交換させる。
具体的には、図2に示すように、チューブ21の排気流れ方向から見たときの断面形状は、長辺21cと短辺21dを有する扁平形状である。長辺21c側となる扁平面に垂直な方向(図中上下方向)に、複数のチューブ21が積層されている。また、図2および図3に示すように、本実施形態では、基本的に、隣り合うチューブ21の外壁によって、隣り合うチューブ21間に冷却水が流れる冷却水流路21bが構成されている。
水側タンク23は、一方の水側タンク23でEGRクーラ1に流入した冷却水を各冷却水流路21bに分配供給し、他方の水側タンク23で各冷却水流路21bからの冷却水を集合回収するものである。水側タンク23は、チューブ21の排気流れ方向両端部近傍において、積層されたチューブ21の周囲に設けられている。水側タンク23は、冷却水入口(図示せず)もしくは冷却水出口23aを備えている。
排気側タンク24は、チューブ21の排気流れ方向両端部に、それぞれ配置されている。一方の排気側タンク24で、各チューブ21に排気を分配供給し、他方の排気側タンク24で、熱交換を終えた排気を各チューブ21から集合回収する。
インナーフィン22は、各チューブ21内に配置されており、排気と冷却水との間での熱交換を促進させるものである。インナーフィン22は、チューブ21の内表面にろう付け接合されている。以下、インナーフィン22の詳細な構成について説明する。
インナーフィン22は、図4に示すように、排気の流れ方向に略垂直な断面形状、すなわち、排気の流れ方向から見たときの断面形状が、凸部41を一方側と他方側に交互に位置させて曲折する波形状であって、排気の流れ方向で、部分的に切り起こされた切り起こし部42を備え、排気の流れ方向から見たときに、切り起こし部42によって形成される波形状部分が、排気の流れ方向で隣接する波形状部分に対して、オフセットしているオフセットフィンである。このインナーフィン22は、凸部41がチューブ21の長辺21c側の内表面と接している。
このインナーフィン22によって、排気流路21aが、図2に示すように、チューブ21の長辺21cに平行な方向で、複数の流路に分割(言い換えると、区画)されている。さらに、インナーフィン22によってチューブ21内で複数に分割された流路は、排気流れ方向で部分的にオフセットしている。すなわち、図4に示すように、排気流路21aを複数の流路に分割する壁部43が、排気の流れ方向に沿って、千鳥状に配置されている。
また、排気流れ方向からインナーフィン22を見たとき、一方側同士、他方側同士のように、同一側の凸部41であって、排気流れ方向で隣接する凸部41同士は、ずれて配置されている。本実施形態では、インナーフィン22の排気の流れ方向での断面形状については、凸部41の頂点に直線状部分を含む形状となっている。このインナーフィン22は、プレス加工により、アルミニウム合金製の平板を波形状に折り曲げ、さらに、プレス加工により、切り起こし部42となる部分を起こすことで製造される。
続いて、本実施形態におけるチューブ21およびインナーフィン22の詳細な構成について、図5に基づいて説明する。なお、チューブ21およびインナーフィン22が、本発明の熱交換器構成部品に相当している。
チューブ21およびインナーフィン22は、アルミニウム合金製の芯材20を有している。芯材20の表面(排気と接触する面)には、アトミックレイヤーデポジション(ALD)によって形成された被膜30が設けられている。この被膜30は、芯材20よりも電位が貴になっている。本例では、被膜30はTiO2により構成されている。
被膜30は、芯材20の表面に均一に成膜されている。具体的には、被膜30のうち最も厚い部分の厚さと最も薄い部分の厚さとの差分の割合が、例えば、15%以下、望ましくは10%以下となっている。また、被膜30の平均膜厚は、ナノメートルオーダー(1nm〜100nm)になっている。
続いて、本実施形態のEGRクーラ1の製造方法について説明する。
まず、EGRクーラ1の構成部品を組み付ける組付工程を行う。具体的には、積層配置された複数本のチューブ21内にインナーフィン22を装填してチューブ積層体を仮組みした後、当該チューブ積層体に水側タンク23および排気側タンク24を組み付けする。これにより、チューブ21、インナーフィン22、水側タンク23および排気側タンク24の仮固定(仮組み付け)が完了する。
次に、組付工程にて仮組み付けされたEGRクーラ1の構成部品をろう付け接合するろう付け工程を行う。具体的には、上述の仮組み付け体を加熱炉内に搬入し、チューブ積層体(すなわちチューブ21およびインナーフィン22)、水側タンク23および排気側タンク24をろう付けにて一体接合する。
次に、ろう付工程にてろう付け接合されたEGRクーラ1の構成部品の内表面に被膜30を形成する被膜形成工程を行う。具体的には、EGRクーラ1の内部、すなわちチューブ21の内部にコーティング材料を流通させることにより、アトミックレイヤーデポジションによって、チューブ21の内壁面およびインナーフィン22の表面に被膜30を形成する。
以上説明したように、熱交換器構成部品であるチューブ21およびインナーフィン22の表面に被膜30を形成することで、当該被膜30により、チューブ21およびインナーフィン22に腐食による貫通孔が生じることを抑制できる。具体的には、被膜30として、チューブ21およびインナーフィン22の芯材20よりも電位が貴になるものを用いることで、芯材20が腐食することを抑制できる。
このとき、被膜形成工程をろう付け工程の後に行うので、ろう付け時に被膜30が溶融することを防止できる。さらに、ドライコーティング法の一種である化学気相成長法によってチューブ21およびインナーフィン22の表面に被膜30を形成することで、被膜形成工程時に熱交換器内部の微細部(インナーフィン22部分)において目詰まりを起こすことを防止できる。したがって、チューブ21およびインナーフィン22に腐食による貫通孔が生じることを確実に抑制することが可能となる。
また、本実施形態では、成膜工程において、EGRクーラ1の内部(チューブ21の内部)にコーティング材料を流通させることにより、アトミックレイヤーデポジションによって、チューブ21の内壁面およびインナーフィン22の表面に被膜30を形成している。これによれば、製品であるEGRクーラ1自体をチャンバとして、製品内部であるチューブ21の内壁面およびインナーフィン22の表面に被膜30を形成することができるので、簡易な方法で被膜形成工程を実現することが可能となる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について図6に基づいて説明する。本第2実施形態では、チューブ21およびインナーフィン22の芯材20の表面に形成された被膜30が、芯材20よりも電位が卑になっている。本例では、被膜30はAl23により構成されている。
これにより、芯材20の耐食性が、被膜30に対して相対的に高くなる。このため、被膜30が芯材20に対する犠牲腐食作用を発揮するので、芯材20が腐食することを抑制できる。
また、図6に示すように、凝縮水の付着により被膜30に腐食による貫通孔が生じた場合であっても、芯材20の板面に平行な方向(図6中の矢印方向)へ被膜30の腐食が進行し、芯材20の板厚方法への腐食の進行を抑制できる。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について図7に基づいて説明する。本第3実施形態では、図7に示すように、チューブ21およびインナーフィン22の芯材20の表面に、芯材20よりも電位が貴となる第1耐食被膜31および第2耐食被膜32が、複数交互に積層形成されている。
第1耐食被膜31および第2耐食被膜32は、それぞれ、アトミックレイヤーデポジションにより形成されている。また、第1耐食被膜31および第2耐食被膜32は、結晶状態で形成されている。本例では、第1耐食被膜31はTiO2で構成されており、第2耐食被膜32はCr23で構成されている。
以上説明したように、チューブ21およびインナーフィン22の芯材20の表面に二種類の耐食被膜31、32を複数交互に積層形成することで、芯材20に腐食による貫通孔が生じることをより確実に抑制できる。
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について図7に基づいて説明する。本第4実施形態では、図8に示すように、チューブ21およびインナーフィン22の芯材20の表面に、結晶状態であって、かつ、芯材20よりも電位が貴となる耐食被膜33と、アモルファス状態であって、かつ、芯材20よりも電位が卑となる犠牲被膜34とが、複数交互に積層形成されている。耐食被膜33および犠牲被膜34は、それぞれ、アトミックレイヤーデポジションにより形成されている。
耐食被膜33および犠牲被膜34は、酸化物被膜(望ましくは不動態被膜)である。具体的には、耐食被膜33および犠牲被膜34は、それぞれ、Al23、TiO2、Cr23から選ばれる少なくとも一種により構成されている。本例では、耐食被膜33はTiO2で構成されており、犠牲被膜34はAl23で構成されている。
以上説明したように、チューブ21およびインナーフィン22の芯材20の表面に耐食被膜33および犠牲被膜34を複数交互に積層形成することで、耐食被膜33に腐食によるピンホール400が生じた場合であっても、犠牲被膜34において腐食が芯材20の板面に平行な方向に進行する。そして、当該犠牲被膜34が腐食により剥がれ落ちるまで、次の耐食被膜33へは腐食が進行しない。つまり、腐食は、図8の矢印で示すように進行するので、耐食被膜33のみの場合や、犠牲被膜34のみの場合と比較して、腐食が芯材20へ到達することを遅らせることができる。したがって、芯材20に腐食による貫通孔が生じることをより確実に抑制できる。
ところで、芯材20の表面に結晶状態の被膜のみを形成した場合、被膜を構成する結晶同士の隙間に凝縮水が染み込み、凝縮水が芯材20にまで達して芯材20が腐食するおそれがある。
これに対し、本実施形態では、耐食被膜33を結晶状態で形成するとともに、犠牲被膜34をアモルファス状態で形成している。このため、耐食被膜33を構成する結晶同士の隙間に凝縮水が染み込んだとしても、アモルファス状態の犠牲被膜34が芯材20との間に配置されているので、凝縮水が芯材20にまで達することを抑制できる。
(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態について図9および図10に基づいて説明する。本第5実施形態は、上記第1実施形態と比較して、熱交換器の製造工程にろう付け工程が含まれない、すなわちチューブをフィン等にろう付け接合することなく機械的に固定する点が異なるものである。本実施形態では、本発明の熱交換器を、エンジン(内燃機関)の冷却水と空気とを熱交換してエンジン冷却水を冷却するラジエータ100に適用した例を説明する。
図9中、チューブ21は冷却水が流通する金属(本例では、アルミニウム合金)製の管である。本実施形態では、チューブ21として、板材を曲げて扁平(楕円)管状にした後、溶接にて接合した扁平断面形状を有する溶接管(電縫管)を採用している。チューブ21には、プレート状のフィン22が複数接続されている。なお、フィン22の詳細については後述する。
タンク4は、チューブ2の長手方向端部にて複数本のチューブ21と連通するもので、紙面上側のタンク4は、各チューブ21にエンジン冷却水に分配供給するもので、紙面下側のタンク4は、空気との熱交換を終えたエンジン冷却水を集合回収するものである。
本実施形態に係るタンク4は、チューブ21が固定される金属製のコアプレート4a、及びコアプレート4aと共にタンク内空間を構成する樹脂性のタンク本体4b等から構成されている。コアプレート4aには、チューブ21が挿入される挿入孔(図示せず)が複数形成されている。コアプレート4aとタンク本体4bとは、ゴム製のパッキン等のシール材を介して液密にカシメ固定されている。
また、タンク本体4bには、冷却水流入口4cおよび冷却水出口4dが設けられている。冷却水流入口4cは、エンジンの冷却水出口側に接続されている。冷却水出口4dは、エンジンの冷却水入口側に接続されている。
フィン22は、チューブ21の長手方向(図9における上下方向)と直交する方向に拡がり、チューブ21の短径方向に帯状に延びて冷却水の熱交換を促進する金属(本例では、アルミニウム合金)製の薄帯板である。このフィン22には、図10に示すように、チューブ21が貫通挿入される挿入穴3aが形成されている。また、フィン22には、当該フィン22の一部を鎧窓状に切り起こしてフィン22周りを流通する空気を転向させて温度境界層の成長を抑制を有するルーバ3eが形成されている。挿入穴3aおよびルーバ3eは、例えばフィン22にプレス加工を施すことにより形成されている。
本実施形態では、プレス加工等により挿入穴3aが形成された時、つまりチューブ21を挿入する前の状態においては、挿入穴3aの穴寸法は、チューブ21の外形寸法よりを小さくなっている。そして、挿入穴3aにバーリング加工を施して挿入穴3aの寸法をチューブ21の外形寸法と略同一となるように拡げることにより、チューブ21の外壁に接触する略筒状のバーリング部3bを挿入穴3aの縁部に設けている。
バーリング部3bは、チューブ21の外周面に沿うようにしてチューブ21の外周略全域でチューブ21と接触している。チューブ21を挿入穴3aに挿入した状態で、拡管治具等によりチューブ21を拡大させることにより、チューブ21の外周面とバーリング部3bとを所定面圧以上の面圧にて圧接させてフィン22とチューブ21とを機械的に接合している。
また、挿入穴3aの縁部には、この縁部から突出して隣り合うフィン22に接触させるための複数本(本実施形態では、2本)の突出部3cが設けられている。なお、突出部3cは、フィン22から挿入穴3aに相当する部位を打ち抜く際に挿入穴3aと同時に成形されたものである。
また、突出部3cは、バーリング加工前にその先端側が約90°曲げ起こされた後、バーリング加工と同時にその根元側がチューブ2の長手方向と略平行となるように約90°曲げられる。そして、突出部3cの先端側に設けられた曲げられた部分3dが、隣り合うフィン22に接触することで、隣り合うフィン22間のピッチ寸法pが保持されている。
ここで、チューブ21およびフィン22は、上記第1実施形態と同様に、アルミニウム合金製の芯材20(第1実施形態の図5参照)を有している。芯材20の表面(空気と接触する面)には、アトミックレイヤーデポジション(ALD)によって形成された被膜30(第1実施形態の図5参照)が設けられている。この被膜30は、芯材20よりも電位が貴になっている。本例では、被膜30はTiO2により構成されている。
続いて、本実施形態のラジエータ100の製造方法について説明する。
まず、ラジエータ100の構成部品を組み付ける組付工程を行う。具体的には、積層配置されたフィン22の挿入穴3a、および、コアプレート4aに形成された挿入孔に、チューブ21を挿入する。その後、拡管治具によりチューブ21を拡大させることにより、チューブ21をフィン22およびコアプレート4aに機械的に接合する。その後、コアプレート4aに、タンク本体4bを組み付ける。これにより、チューブ21、フィン22およびタンク4の固定(組み付け)が完了する。
次に、組付工程にて組み付けされたラジエータ100の構成部品の表面に被膜30を形成する被膜形成工程を行う。具体的には、アトミックレイヤーデポジションによって、チューブ21およびインナーフィン22の表面に被膜30を形成する。
以上説明したように、熱交換器構成部品であるチューブ21およびインナーフィン22の表面に被膜30を形成することで、当該被膜30により、チューブ21およびインナーフィン22に腐食による貫通孔が生じることを抑制できる。
このとき、被膜形成工程を組付工程の後に行うので、構成部品の搬送時や構成部品同士の組み付け時に被膜30に傷が付くことを防止できる。したがって、チューブ21およびインナーフィン22に腐食による貫通孔が生じることを確実に抑制することが可能となる。
(他の実施形態)
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。
(1)上記第3実施形態では、第1耐食被膜31および第2耐食被膜32を、ともに結晶状態で形成した例について説明したが、これに限定されない。例えば、第1耐食被膜31を結晶状態で形成するとともに、第2耐食被膜32をアモルファス状態で形成してもよい。また、第1耐食被膜31および第2耐食被膜32を、ともにアモルファス状態で形成してもよい。
(2)上記第3、第4実施形態では、チューブ21およびインナーフィン22の芯材20の表面に二種類の被膜31〜34を複数交互に積層形成した例について説明したが、これに限らず、芯材20の表面に三種類以上の被膜を複数順番に積層形成してもよい。例えば、図11に示すように、芯材20の表面に、第1耐食被膜31、第2耐食被膜32、第3耐食被膜33を、この順に複数積層形成してもよい。
(3)上記実施形態では、チューブ21およびインナーフィン22の芯材20の表面に被膜30〜35を形成した例について説明したが、被膜30〜35を形成する部位はこれらに限定されない。例えば、熱交換器構成部品のうち、異種金属を接合することにより構成されている部位の表面に被膜30〜35を形成してもよい。異種金属同士が接合される部位は腐食しやすいので、当該部位の表面に被膜30〜35を形成することで、腐食しやすい部位の耐食性を向上させることが可能となる。
(4)上記実施形態では、チューブ21およびインナーフィン22の芯材20の表面に被膜30〜35を形成する被膜形成方法として、アトミックレイヤーデポジションを採用した例について説明したが、被膜形成方法はこれに限定されない。例えば、プラズマCVD、光CVD、熱CVD等の他の化学気相成長法(CVD)を採用してもよい。
(5)上記実施形態では、チューブ21およびインナーフィン22の芯材20として、アルミニウム合金を採用した例について説明したが、これに限らず、例えばステンレスを採用してもよい。
(6)上記第3実施形態では、チューブ21およびインナーフィン22の芯材20の表面に二種類の耐食被膜31、32を複数交互に積層形成した例について説明したが、これに限定されない。例えば、図12に示すように、二種類の耐食被膜31、32のうち最も外側に位置する最外層被膜310を、当該最外層被膜310より内側に位置するとともに最外側被膜310と接する耐食被膜32よりも電位が貴となるように構成してもよい。換言すると、二種類の耐食被膜31、32のうち電位が貴となる方の被膜31が、最も外側に配置されていてもよい。
なお、最外層被膜310(より電位が貴となる耐食被膜31)としては、モリブデンの酸化物、タンタルの酸化物、ニオブの酸化物、タングステンの酸化物、ジルコニウムの酸化物、チタンの酸化物から選ばれる一種が用いられる。
(7)上記第4実施形態では、チューブ21およびインナーフィン22の芯材20の表面に耐食被膜33および犠牲被膜34を複数交互に積層形成した例について説明したが、これに限定されない。例えば、図13に示すように、耐食被膜33および犠牲被膜34のうち最も外側に位置する最外層被膜330を、当該最外層被膜330より内側に位置するとともに最外側被膜330と接する被膜34よりも電位が貴となるように構成してもよい。換言すると、耐食被膜33および犠牲被膜34のうち電位が貴となる方の被膜33が、最も外側に配置されていてもよい。
なお、最外層被膜330(より電位が貴となる耐食被膜33)としては、モリブデンの酸化物、タンタルの酸化物、ニオブの酸化物、タングステンの酸化物、ジルコニウムの酸化物、チタンの酸化物から選ばれる一種が用いられる。
(8)上記した各実施形態同士は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。例えば、第5実施形態のラジエータ100のチューブ21およびフィン22の表面に、第2実施形態の被膜30(芯材20よりも電位が卑となる被膜)を形成してもよい。
また、第5実施形態のラジエータ100のチューブ21およびフィン22の表面に、第3実施形態のように第1耐食被膜31と第2耐食被膜32とを複数交互に積層形成してもよい。また、第5実施形態のラジエータ100のチューブ21およびフィン22の表面に、第4実施形態のように耐食被膜33と犠牲被膜34とを複数交互に積層形成してもよい。
21 チューブ(熱交換器構成部品)
22 インナーフィン(熱交換器構成部品)
30 被膜

Claims (5)

  1. 複数の熱交換器構成部品(21、22)を組み付ける組付工程と、
    前記組付工程の後に行われるとともに、前記熱交換器構成部品(21、22)の表面に化学気相成長法によって被膜(30〜35)を形成する被膜形成工程とを含んでおり、
    前記被膜形成工程では、前記化学気相成長法によって、前記熱交換器構成部品(21、22)の表面に、結晶状態の被膜(33)とアモルファス状態の被膜(34)とを、複数交互に積層形成することを特徴とする熱交換器の製造方法。
  2. さらに、前記組付工程の後に行われるとともに、前記複数の熱交換器構成部品(21、22)同士をろう付けするろう付工程とを含んでおり、
    前記被膜形成工程は、前記ろう付工程の後に行われることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器の製造方法。
  3. 前記結晶状態の被膜(33)は、前記熱交換器構成部品(21、22)の構成材料よりも電位が貴であり、
    前記アモルファス状態の被膜(34)は、前記熱交換器構成部品(21、22)の構成材料よりも電位が卑であることを特徴とする請求項1または2に記載の熱交換器の製造方法。
  4. 前記結晶状態の被膜(33)および前記アモルファス状態の被膜(34)は、前記熱交換器構成部品(21、22)の構成材料よりも電位が貴であることを特徴とする請求項1または2に記載の熱交換器の製造方法。
  5. 前記化学気相成長法は、アトミックレイヤーデポジションであることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の熱交換器の製造方法。
JP2013077625A 2013-04-03 2013-04-03 熱交換器の製造方法 Expired - Fee Related JP6003778B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013077625A JP6003778B2 (ja) 2013-04-03 2013-04-03 熱交換器の製造方法
PCT/JP2014/001778 WO2014162700A1 (ja) 2013-04-03 2014-03-27 熱交換器の製造方法および熱交換器
US14/780,994 US9956654B2 (en) 2013-04-03 2014-03-27 Method for manufacturing heat exchanger, and heat exchanger
DE112014001829.5T DE112014001829T5 (de) 2013-04-03 2014-03-27 Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers und Wärmetauscher
CN201480017152.0A CN105051481B (zh) 2013-04-03 2014-03-27 热交换器的制造方法及热交换器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013077625A JP6003778B2 (ja) 2013-04-03 2013-04-03 熱交換器の製造方法

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2014202390A JP2014202390A (ja) 2014-10-27
JP2014202390A5 JP2014202390A5 (ja) 2015-07-23
JP6003778B2 true JP6003778B2 (ja) 2016-10-05

Family

ID=51658014

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013077625A Expired - Fee Related JP6003778B2 (ja) 2013-04-03 2013-04-03 熱交換器の製造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9956654B2 (ja)
JP (1) JP6003778B2 (ja)
CN (1) CN105051481B (ja)
DE (1) DE112014001829T5 (ja)
WO (1) WO2014162700A1 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017179472A (ja) * 2016-03-30 2017-10-05 株式会社デンソー 部材の製造方法、および、部材の製造装置
JP2019151888A (ja) * 2018-03-02 2019-09-12 株式会社デンソー 板状部材、及び板状部材を用いて形成された熱交換器
JP7159757B2 (ja) * 2018-09-27 2022-10-25 株式会社デンソー 熱交換器
US20210025662A1 (en) * 2019-07-26 2021-01-28 Hamilton Sundstrand Corporation Corrosion barriers for heat exchangers

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0677823B2 (ja) * 1985-10-24 1994-10-05 昭和アルミニウム株式会社 アルミニウム製熱交換器の製造方法
JPS62151555A (ja) * 1985-12-26 1987-07-06 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 耐食性皮膜
JPH01178152A (ja) * 1988-01-08 1989-07-14 Ricoh Co Ltd 光磁気記録媒体
JPH04168706A (ja) * 1990-11-01 1992-06-16 Fujitsu Ltd 組成変調磁性膜
JPH04356695A (ja) * 1991-02-27 1992-12-10 Komatsu Electron Kk 半導体処理液用熱交換器
JP3236171B2 (ja) * 1994-09-22 2001-12-10 アルプス電気株式会社 軟磁性多層膜
CN1206459A (zh) * 1995-11-02 1999-01-27 萨里大学 金属表面的改性
JPH10274401A (ja) 1997-03-31 1998-10-13 Kubota Corp 廃棄物焼却ボイラ・スーパーヒータの耐高温腐食性熱交換用チューブ
JP2000309880A (ja) * 1999-04-23 2000-11-07 Sumitomo Metal Ind Ltd 高耐食性表面処理鋼板
JP2001280879A (ja) * 2000-01-28 2001-10-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光触媒熱交換器およびその製造方法
DE10026477A1 (de) 2000-05-27 2001-11-29 Abb Patent Gmbh Schutzüberzug für metallische Bauelemente
KR20030078454A (ko) * 2002-03-29 2003-10-08 주식회사 엘지이아이 표면처리장치와 그 방법 및 표면처리된 제품
CN100408721C (zh) * 2002-08-19 2008-08-06 乐金电子(天津)电器有限公司 热交换器表面处理装置
EP1629543B1 (en) 2003-05-16 2013-08-07 E.I. Du Pont De Nemours And Company Barrier films for flexible polymer substrates fabricated by atomic layer deposition
JP2005043011A (ja) 2003-07-24 2005-02-17 Denso Corp 熱交換器
DE102004013306A1 (de) 2004-03-17 2005-10-06 Behr Gmbh & Co. Kg Beschichtungsverfahren
JP2006037158A (ja) * 2004-07-26 2006-02-09 Kyoto Univ イオンビームを用いた炭素系多層薄膜の製造方法
JP2007123530A (ja) * 2005-10-27 2007-05-17 Denso Corp 熱電変換装置およびその装置の製造方法
JP4696926B2 (ja) * 2006-01-23 2011-06-08 株式会社デンソー 有機el素子およびその製造方法
DE102007031912A1 (de) * 2006-07-11 2008-02-07 Denso Corp., Kariya Abgaswärmetauscher
JP4240136B2 (ja) 2006-07-11 2009-03-18 株式会社デンソー 排気熱交換器
JP2008249273A (ja) 2007-03-30 2008-10-16 Osaka Gas Co Ltd 加熱炉
JP5533715B2 (ja) 2010-04-09 2014-06-25 株式会社デンソー 排気熱交換装置
KR101319900B1 (ko) * 2010-12-10 2013-10-18 엘지전자 주식회사 기능성 막을 가지는 제품 및 그 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014162700A1 (ja) 2014-10-09
CN105051481B (zh) 2017-03-29
US9956654B2 (en) 2018-05-01
DE112014001829T5 (de) 2015-12-17
CN105051481A (zh) 2015-11-11
JP2014202390A (ja) 2014-10-27
US20160039056A1 (en) 2016-02-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5517728B2 (ja) 熱交換器及び熱交換器の製造方法
EP2660530B1 (en) Latent heat exchanger and hot water supply device
US6736197B2 (en) Heat exchanger
JP6197338B2 (ja) 熱交換器
JP6003778B2 (ja) 熱交換器の製造方法
JP4297177B2 (ja) 熱交換器用チューブ
JP5029166B2 (ja) 熱交換器
JP2017075741A (ja) 熱交換器
JP2019090573A (ja) 熱交換器およびその製造方法
JP2019020032A (ja) 熱交換器用チューブ
JP2007144496A (ja) 接合構造体及びその製造方法
JP2009150587A (ja) 熱交換器
JP2007170805A (ja) ろう接構造体およびその製造方法
JP5359288B2 (ja) 熱交換器
JP2005331176A (ja) 熱交換器
JP2007107754A (ja) 熱交換器および熱交換器の製造方法
JP2010185636A (ja) 熱交換器
EP1331462A2 (en) Automotive heat exchanger
JP2009228970A (ja) 熱交換器
JP4103762B2 (ja) ろう付け扁平チューブ
JP2006317027A (ja) 熱交換器用偏平チューブ
WO2021106347A1 (ja) 熱交換器のチューブ
JP6083272B2 (ja) 熱交換器
JP2006320935A (ja) 熱交換器の製造方法
JP2018071924A (ja) 熱交換器、熱交換器の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150603

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150817

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160426

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160518

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160809

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160822

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6003778

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees