热交换器及其制造方法以及一种适用于钎焊的板材

技术领域

本申请涉及热交换器及用于制造所述热交换器的方法以及一种适用于钎焊的板材。

优选地，本申请属于汽车领域。

具体地，本申请涉及热交换器，该热交换器可放置在车辆中，以能够流体地连接到车辆的工作流体循环系统(优选为油基工作流体循环系统)和水循环系统。存在于热交换器中的循环通道内的处于不同温度的两种流体(例如工作流体和水)的流动引起热交换。

应当注意，在本讨论中，“工作流体”是指油基液体，例如油，但也指其他类型的液体。

应当注意，在本讨论中，“水”是指水基冷却液体，即，不一定只包括水，而是还包含其他元素，例如乙二醇。

背景技术

在背景技术中，热交换器是已知的，热交换器包括多个板，这些板尤其被成形和堆叠为在其中限定水循环所处的水流动区域和工作流体循环所处的工作流体流动区域。还已知的是，这些板的连接是通过真空钎焊的方式进行的。

在通过钎焊连接的板式热交换器的已知方案中遇到的问题是：由于在水流动区域中循环的水的作用而引起的板的磨损。

这种磨损缩短了热交换器的寿命，因此需要对热交换器进行更换。

发明内容

因此，迫切需要提供一种热交换器，在该热交换器中面对和解决上述问题。

根据本申请的一个实施例，提供了一种热交换器，所述热交换器能够流体地连接至优选为油基工作流体循环系统的工作流体循环系统，以及水循环系统，其中，所述热交换器沿着竖直轴线V-V和两个纵向轴线X-X；Y-Y延伸，所述热交换器沿着所述竖直轴线V-V包括上板、多个中间板和下板，其中，这些板的堆叠限定水循环所处的水流动区域和工作流体循环所处的工作流体流动区域，其中，这些板通过真空钎焊工艺相互连接，其中，面向所述水流动区域的所述多个中间板各自包括面向水的面，其中，所述中间板包括限定所述面向水的面的膜，其中，所述膜具有所述中间板的厚度的19％至22％的厚度，并且由含有锌的铝合金制成。

在本实施例中，该热交换器适于抵抗水的磨损作用，能够延长热交换器的寿命。

在一个实施例中，所述膜通过4000系列铝合金层和7000系列铝合金层之间的真空钎焊而获得。

在一个实施例中，所述膜中包含的锌的重量百分比在0.2％至1％之间，优选地，在0.4％至0.9％之间。

在一个实施例中，所述膜还包含镁，镁的重量百分比低于0.4％。

在一个实施例中，每个中间板都是包括多个铝层的多层，优选地，所述多个铝层在中心位置由3000系列铝合金制成、在次中心位置由7000系列铝合金制成、在两个外部位置由4000 系列铝合金制成。

根据本申请的一个实施例，还提供了一种制造方法，所述制造方法用于制造前述任一实施例中的热交换器，所述制造方法包括以下步骤：

i)通过层叠多个特殊形状的平面层来形成多个中间板，所述多个中间板包括：

第一外钎焊层，其由4000系列铝合金制成，优选地，适于形成工作流体面，所述工作流体面限定工作流体流动区域；

中芯层，其由3000系列铝合金制成，优选地，由3359系列铝合金制成，所述中芯层接合所述第一外钎焊层；

次中心层，其由包括锌的铝合金制成，锌的量为所述包括锌的铝合金的自身重量的2％至2.5％，所述次中心层在相对于所述第一外钎焊层的另一侧接合所述中芯层，其中所述次中心层具有层叠的多个层的总厚度的16％至20％的厚度，优选地，具有层叠的多个层的总厚度的18％的厚度；

第二外钎焊层，其由4000系列铝合金制成，所述第二外钎焊层接合所述次中心层，所述第二外钎焊层适于形成限定所述水流动区域的面向水的面，

ii)堆叠所述上板、所述多个中间板和所述下板，以限定所述工作流体流动区域和所述水流动区域，

iii)进行真空钎焊，以使得这些板彼此连接，其中，在所述真空钎焊中，所述次中心层和所述第二外钎焊层形成包括锌的膜。

在一个实施例中，所述第一外钎焊层的厚度和/或所述第二外钎焊层的厚度与所述次中心层的厚度比率在0.375至0.5之间，其中，优选地，所述厚度比率基本上在0.4至0.45之间，优选地，所述厚度比率为0.44。

在一个实施例中，所述次中心层由铝合金制成，所述铝合金还包括硅和镁，硅的质量百分比为0.25％至0.45％，镁的质量百分比为0.25％至0.45％。

在一个实施例中，所述第一外钎焊层和所述第二外钎焊层具有相对于堆叠的多个层的总厚度的6％至10％的厚度，优选地，具有相对于堆叠的多个层的总厚度的8％的厚度。

在一个实施例中，所述第一外钎焊层和所述第二外钎焊层分别为4104系列和4147系列。

在一个实施例中，所述第二外钎焊层包含镁，镁的质量百分比等于或低于0.5％。

在一个实施例中，所述真空钎焊步骤在钎焊炉中以580℃至640℃，优选为590℃的温度，并且以10

根据本申请的一个实施例，还提供了一种适用于钎焊的板材，所述板材包括：第一外钎焊层(31)，其由4000系列铝合金制成；中芯层(32)，其由3000系列铝合金制成，优选地，由3359系列铝合金制成，所述中芯层接合所述第一外钎焊层(31)；次中心层(33)，其由包括锌的铝合金制成，锌的量为所述包括锌的铝合金的自身重量的2％至2.5％，所述次中心层(33)在相对于所述第一外钎焊层(31)的另一侧接合所述中芯层(32)，其中所述次中心层(33)具有层叠的多个层的总厚度的16％至20％的厚度，优选地，具有层叠的多个层的总厚度的18％的厚度；第二外钎焊层(34)，其由4000系列铝合金制成，所述第二外钎焊层(34)接合所述次中心层(33)。

在一个实施例中，所述第一外钎焊层(31)的厚度和/或所述第二外钎焊层(34)的厚度与所述次中心层(33)的厚度比率在0.375至0.5之间，其中，优选地，所述厚度比率基本上在0.4至0.45之间，优选地，所述厚度比率为0.44。

在一个实施例中，所述次中心层(33)由铝合金制成，所述铝合金还包括硅和镁，硅的质量百分比为0.25％至0.45％，镁的质量百分比为0.25％至0.45％。

在一个实施例中，所述第一外钎焊层(31)和所述第二外钎焊层(34)具有相对于堆叠的多个层的总厚度的6％至10％的厚度，优选地，具有相对于堆叠的多个层的总厚度的8％的厚度。

在一个实施例中，所述第一外钎焊层(31)和所述第二外钎焊层(34)分别为4104系列和4147系列。

在一个实施例中，所述第二外钎焊层(34)包含镁，镁的质量百分比等于或低于0.5％。

附图说明

本申请的其他特征和优点将通过以下参照附图以非限制性示例给出的优选示例性实施例的描述而变得明显，其中：

图1是根据本申请的优选实施例的热交换器的透视图；

图2是图1所示的热交换器的剖视图；

图3是图2的区域A的放大图；

图4是在真空钎焊操作之前的状态下的图3的区域B的放大示意图；

图4’是在真空钎焊操作之前的状态下的图3的区域B的在显微镜下的放大图；

图5是在真空钎焊操作之后的状态下的图3的区域B的放大示意图；

图5’是在真空钎焊操作之后的状态下的图3的区域B的在显微镜下的放大图；

图6是形成本申请的热交换器的中间板的层的材料的汇总表。

附图标记说明：

1热交换器

2上板

3中间板

31第一外钎焊层

32中芯层

33次中心层

34第二外钎焊层

35膜

4下板

5水流动区域

50平面水流动区域

51竖直水管

6工作流体流动区域

60平面工作流体流动区域

61竖直工作流体管

X-X、Y-Y纵向轴线

V-V竖直轴线

具体实施方式

参考附图，附图标记1表示根据本申请的热交换器。

根据本申请，本申请的热交换器1可与工作流体循环系统(优选为油基循环系统)和水循环系统流体地连接。优选地，所述工作流体循环系统和水循环系统包括在车辆中。

根据优选实施例，工作流体循环系统与车辆的操作组，例如发动机组和/或传动组和/或变速箱组和/或车辆电池组的冷却组和/或车辆的空调回路，流体地连接。

根据优选实施例，水循环系统与车辆的冷却组，例如散热器组，流体连接。

此外，根据本申请，如在附图中以非限制性方式示出的，热交换器1沿着竖直轴线V-V 和两个纵向轴线X-X、Y-Y延伸。特别地，两个纵向轴线X-X、Y-Y位于与竖直轴线V-V正交的同一假想平面上。

优选地，在下面给出的描述中，当参考平面位置或元件时，指的是相对于所述纵向轴线，即相对于其上容纳它们的假想平面。换句话说，这些部件具有基本上平行于纵向轴线X-X、 Y-Y所在平面的延伸部。类似地，在下面的描述中，当提及重叠、高度和竖直延伸时，参考平行于或重合于竖直轴线V-V，因此垂直于纵向轴线X-X、Y-Y的方向。

需要强调的是，在本说明书中，使用的术语“上”和“下”具体是相对于附图的，但绝不限制热交换器1的使用或在车辆内的热交换器1的定位。

热交换器1沿着所述竖直轴线V-V包括上板2、多个中间板3和下板4。换句话说，所述板沿着竖直轴线V-V相互堆叠。

根据优选实施例，上板2和下板4适于将多个中间板3夹在上板2和下板4之间。

根据本申请，这些板的堆叠限定了水流动区域5和工作流体流动区域6，水流动区域5 和工作流体流动区域6分别包括多个平面水流动区域50和多个平面工作流体流动区域60，它们交替地沿着竖直轴线V-V。

优选地，热交换器1包括相应的竖直水管51，用于入口和出口，该竖直水管51流体地连接到相应的平面流动区域50。

优选地，热交换器1包括相应的竖直工作流体管61，用于入口和出口，流体地连接到相应的平面流动区域60。

根据优选实施例，热交换器1是封闭型的，包括用于入口和出口的竖直工作流体管和用于入口和出口的竖直水管。所述竖直管与相应的平面流动区域连通。

根据优选实施例，热交换器1是开放型的，包括用于入口和出口的竖直工作流体管，其中热交换器1浸没在水循环所处的工作室中。优选地，水在平面流动部分内循环，平面流动部分通过包括在成对的相互连接的中间板之间的通道与所述室流体连通，以限定工作流体的平面流动区域。

根据优选实施例，水流动区域5包括用于入口和出口的两个竖直水管51。

根据优选实施例，工作流体流动区域6包括用于入口和出口的两个竖直工作流体管61。

本申请不限制竖直水管51相对于纵向方向的位置。

类似地，本申请不限制竖直工作流体管61相对于纵向方向的位置。

根据一个优选实施例，这些板被特别地成形，以便竖直地对准多个特定的通孔，以便形成竖直管道。

根据一个优选实施例，这些板被特别地成形以在它们之间形成的特定的平面通道，即纵向通道。

根据一个优选实施例，这些板被特别地成形为具有适于允许相互接合的特定部分。

根据本申请，这些板通过真空钎焊工艺相互连接。

因此，所述板优选地由金属合金制成，优选地，由铝合金制成，这些板在真空钎焊工艺之后相互连接。

根据本申请，面对水流动区域5的中间板3各自包括面向水的面，并且所述中间板3在靠近面向水的面的区域中包括锌。

根据优选实施例，每个中间板3都包括：面向水的面，其面向和限定水流动区域；和工作流体面，其面向和限定工作流体流动区域。

优选地，每个中间板3都包括面向水的面，该面向水的面在它的靠近水流动区域的区域中包括锌。

根据本申请，面向水流动区域的中间板3包括膜35，该膜35限定所述面向水的面，所述膜35由含锌的铝合金制成。

根据本申请，将在下文中以更详细的方式描述，膜35中锌的重量百分比在0.2％至1％之间，优选地，在0.4％至0.9％之间。特别地，所述重量百分比参考膜35的重量。

优选地，在4000系列的铝合金层(优选为4147型)和7000系列铝合金层之间进行真空钎焊操作后，获得所述膜35。

优选地，所述膜35具有单层结构。

优选地，所述膜35具有多层结构。

根据一个优选的实施例，膜35内的锌浓度具有组分增加的趋势，其以基本上单调的趋势从对应于面向水的面的外表面附近的0.4％的最小重量百分比到靠近中间板3的内芯的膜35 的区域处的0.8％至1％之间的最大重量百分比。

根据优选实施例，类似地，在相邻中间板3之间的焊接接头处，锌的量明显具有相同的趋势。

根据本申请，所述膜35的厚度为中间板3厚度的19％至22％。优选地，所述膜35的厚度大于中间板3的厚度的16％。

根据一个优选实施例，中间板3的厚度为大约600μm，并且膜35具有120μm和130 μm之间的厚度。

优选地，所述膜35的镁的重量百分比小于0.4％，优选地，小于0.3％。特别地，所述重量百分比参考膜35的重量。

根据优选实施例，每个中间板3是包括多个铝层(优选为铝合金)的多层，多层包括位于中心位置的3000系列铝合金层、位于次中心位置的7000系列铝合金层和位于两个外部位置的4000系列铝合金的两个外钎焊层。

换言之，每个中间板3都包括7000系列铝合金的次中心层。

如上所述，本申请还涉及具有上述特征的热交换器1的制造方法。

该制造方法首先包括通过层叠多个特殊形状的平面层来形成中间板3的步骤，多个特殊形状的平面层包括：

4000系列铝合金的第一外钎焊层31，优选地，该第一外钎焊层31适于形成工作流体面，优选地，油基工作流体面，该第一外钎焊层31适于限定工作流体流动区域，优选地，油基工作流体流动区域；

3000系列铝合金的中芯层32，优选地，3359系列铝合金，该中芯层32与第一外钎焊层接合；

次中心层33，次中心层33为包括锌的铝合金，锌的重量百分比在2％至2.5％之间，次中心层33在相对于第一外钎焊层31的另一侧接合中芯层32；

4000系列铝合金的第二外钎焊层34，第二外钎焊层34接合次中心层33，优选地，第二外钎焊层34适于形成限定水流动区域的面向水的面。

根据优选实施例，所述次中心层33是7000系列铝合金。

在上述步骤之后，所述制造方法包括以下步骤：

堆叠上板2、多个中间板3和下板4；

进行真空钎焊，以将这些板连接在一起。

根据本申请，在真空钎焊步骤中，次中心层33和第二外钎焊层34形成包括锌的保护膜 35。

换言之，在真空钎焊工艺之后，次中心层33带来在中间板3的面向水的面上形成牺牲阳极保护层所需的锌。

根据优选实施例，次中心层33由铝合金制成，该铝合金还包括镁，镁的重量百分比在 0.25％至0.45％之间。尤其地，所述重量百分比参考次中心层33的重量。

此外，根据优选实施例，次中心层33由铝合金制成，该铝合金包括硅，硅的重量百分比在0.25％至0.45％之间。尤其地，所述重量百分比参考次中心层33的重量。

根据优选实施例，次中心层33的厚度在层叠的多个层的总厚度(即，真空钎焊工艺之前的中间板的厚度)的16％至20％之间(优选为18％)。

优选地，中间板具有600μm的厚度，次中心层33的厚度在96μ6至120μm之间，优选地，次中心层33的厚度在105μ0至110μm之间。

根据优选实施例，第一外钎焊层31和第二外钎焊层34的厚度分别在层叠的多个层的总厚度(即，真空钎焊工艺之前的中间板的厚度)的6％至10％之间(优选为8％)。

优选地，中间板具有600μm的厚度，第一外钎焊层31和第一外钎焊层34的厚度在36μ6至60μ0之间，优选地，第一外钎焊层31和第一外钎焊层34的厚度在45μ5至50μ 0之间，优选地，第一外钎焊层31和第一外钎焊层34的厚度为48度外。

优选地，第一外钎焊层31的厚度基本上等于第二钎焊层34的厚度。

优选地，第一外钎焊层31和/或第二外钎焊层34与次中心层33之间的厚度比率在0.375 至0.5之间，优选地，该厚度比率在0.4至0.45之间，优选地，该厚度比率等于0.44。

根据优选实施例，中芯层32的指示厚度在层叠的多个层的总厚度(即，真空钎焊工艺之前的中间板的厚度)的60％至65％之间。

根据优选实施例，次中心层33和第二外钎焊层34的厚度之和在层叠的多个层的总厚度 (即，真空钎焊工艺之前的中间板的厚度)的22％至30％之间，优选为26％。

根据优选实施例，次中心层33、第一外钎焊层31和第二外钎焊层34的厚度之和在多个层叠的多个层的总厚度(即，真空钎焊工艺之前的中间板的厚度)的28％至40％之间，优选为34％。

优选地，中芯层32的厚度大于层叠的多个层的总厚度(即，真空钎焊工艺之前的中间板的厚度)的50％。

优选地，中芯层32的厚度等于层叠的多个层的总厚度的66％。

优选地，其余层的厚度为相对于层叠的多个层的总厚度的34％，次中心层的厚度在层叠的多个层的总厚度的16％和20％之间，外钎焊层的相应厚度在层叠的多个层的总厚度的6％和10％之间(厚度之和为100％)。

根据优选实施例，第一外钎焊层31和第二外钎焊层34分别由4000系列铝合金的4104 系列和4147系列制成。

根据优选实施例，第一外钎焊层31由铝合金制成，该铝合金包括镁，镁的重量百分比在1％至2％之间。优选地，第一外钎焊层31的铝合金包括硅，硅的重量百分比在10.5％至9％之间。

根据优选实施例，第二外钎焊层34由铝合金制成，该铝合金包括镁，镁的重量百分比在 0.5％至0.1％之间。优选地，第二外钎焊层34的铝合金包括硅，硅的重量百分比在13％至11％之间。

在外钎焊层和次中心层中存在的镁使得中间板能够通过真空钎焊处理。

优选地，外钎焊层中存在的硅改善了包括硅的层的钎焊。

外钎焊层中镁的量和所述镁的厚度相结合，使得中间板能够通过真空钎焊处理。

特别地，次中心层33中镁的重量百分比小于0.5％。

优选地，第二外钎焊层34中镁的重量百分比在0.5％至0.1％之间。

根据优选实施例，在4000系列铝合金层和7000系列铝合金层之间进行真空钎焊之后获得膜35。

根据优选实施例，真空钎焊步骤在钎焊炉中进行。

根据优选实施例，炉钎焊步骤在580℃至640℃之间的温度下进行，优选地，在590℃的温度下进行。

根据优选实施例，炉钎焊步骤在10

根据本申请，钎焊步骤在没有焊剂的情况下进行。

根据本申请，用于中间板的层31、32、33和34以及膜35的特征可以用于上板2和下板 4，优选地，在所述板包括适于限定水流动区域的面的情况下。

图6以示例的方式示出了具有形成中间板3的各个层的组份的表格，因此除了上文提到的那些元素之外，形成上述铝合金的其他元素也列在该表格中。尤其地，所述表格指示一些元素的最小值和最大值，或一些元素的最大值。

尤其参考上述一些特定量，本申请不限于此，本申请还考虑和保护具有包含在公差范围内的值的特定实施例。尤其参考中间板3的600μ0的厚度，该600μ0的厚度具有在-50μ5至+50μ5之间的可变性。

创新地，热交换器和热交换器的制造方法很大程度上实现了本申请的目的，克服了背景技术的典型问题。

有利地，热交换器具有对因水的作用而导致的磨损的高抗性。

有利地，面向水流动区域的热交换器的板受到具有预定厚度尺寸的膜的保护，以确保足够的耐腐蚀性，同时确保热交换器的足够的机械结构上的抗性。

有利地，面向水流动区域的交换器的板包括保护膜，该保护膜通过外钎焊层和具有不大于0.5％的镁含量的次中心层获得。这样的量允许确保在交换器的板之间的充分地进行真空钎焊，确保对于获得机械抗性接头有用的镀层的足够的滑动，适于各板之间的稳定连接，并降低工艺不良品的数量。

有利地，面向水流动区域的交换器的板包括保护膜，该保护膜通过外钎焊层和次中心层获得，该次中心层具有不大于0.5％的镁含量和相对于板自身的总厚度的有限的总厚度。所述组合允许确保板的真空钎焊能力，确保形成足够厚的保护膜，以确保热交换器的耐腐蚀性。有利地，外钎焊层和次中心层包括一定量的镁，该镁的量允许在没有焊剂辅助的情况下进行真空钎焊工艺。

有利地，交换器的板包括钎焊层，该钎焊层具有相对于次中心层受控的厚度，从而降低钎焊合金含量，降低板和交换器的成本。

有利地，交换器的板包括中心层，该中心层占据由形成中间板的层压的层限定的总厚度的至少一半，优选地，为该总厚度2/3，以确保维持使用热交换器的汽车应用所需的机械抗性特性。

有利地，板具有外钎焊层，该外钎焊层与次中心层相邻地定位，具有受控的镁含量和处于在预定范围内的厚度比率，以允许有利地形成适当厚度的保护膜，同时允许通过真空钎焊在板之间形成适当的接合。

有利地，中芯层被保护以免受腐蚀。有利地，中芯层被保护以免受点蚀。

有利地，形成每个中间板的多层结构具有高结构特性。

显然，为了满足可能的需要，本领域技术人员可以对上述的热交换器及热交换器制造方法进行改变，这些均包含在所附权利要求书的保护范围内。