JPH1046313A

JPH1046313A - 耐食性に優れた熱交換器

Info

Publication number: JPH1046313A
Application number: JP19799996A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Sehata; 博行瀬畑; Masahiro Kojima; 正博小島
Original assignee: Showa Aluminum Corp
Current assignee: Altemira Co Ltd
Priority date: 1996-07-26
Filing date: 1996-07-26
Publication date: 1998-02-17
Anticipated expiration: 2016-07-26
Also published as: JP3151152B2

Abstract

(57)【要約】【課題】酸性雰囲気下においても十分に使用できるよ
うな耐食性に優れた熱交換器の提供を目的とする。【解決手段】アルミニウム製チューブ2 と、心材の両
面に皮材がクラッドされたアルミニウムブレージングシ
ートからなるフィン3 とが交互に配置され、ろう付一体
化された熱交換器において、前記チューブ2 は、表層部
にＺｎ溶射層が形成され、前記ブレージングシート3 の
皮材は、Ｓｉ；３〜１５wt％およびＺｎ；０．５〜２．
０wt％を含有し、残部がＡｌおよび不純物からなるＡｌ
ろう合金からなり、かつ前記チューブ2 と前記フィン3
とが弗化物系フラックスを用いてろう付されていること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、耐食性に優れた
熱交換器に関する。

【０００２】なお、この明細書において「アルミニウ
ム」の語はアルミニウムおよびその合金を含む意味で用
いる。

【０００３】

【従来の技術】例えば、自動車の空調用蒸発器や産業用
ラジエータ、オイルクーラーには、図１および図２に示
すようなサーペンタイン型エバポレータ(1) をはじめと
する各種アルミニウム熱交換器が用いられている。

【０００４】前記サーペンタイン型エバポレータ(1)
は、熱交換媒体を流通させる１本の多孔偏平状チューブ
(2) を蛇行状に曲げ加工し、チューブ(2) の直管部間に
ブレージングシートを曲げ成形したフィン(3) を介在さ
せ、チューブ(2) とフィン(3)とが交互に配置された状
態にろう付一体化したものである。

【０００５】一方、このような熱交換器は、腐食環境下
での使用に耐え得るものとするために、チューブおよび
フィンに特定の材料を使用し、耐食性を付与されたもの
に構成されることがある。例えば前述のサーペンタイン
型エバポレータの代表的な材料例として、チューブをＡ
ｌ−Ｍｎ−Ｃｕ系合金で形成し、フィン用ブレージング
シートの心材をＪＩＳＡ３２０３で、皮材をＪＩＳ
Ａ４３４３で形成したものがある。これは、フィン用ブ
レージングシートの皮材として、孔食電位がチューブよ
りも卑なる材料を用い、フィンによってチューブを犠牲
防食しようというものである。

【０００６】また、このような熱交換器のろう付方法と
しては、フラックスレスの真空ろう付が一般的であっ
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、東南ア
ジアのように酸性雰囲気で腐食の進行が激しい地域で
は、上述のような材料では十分に対応できないために、
さらに耐食性の良い熱交換器が求められている。

【０００８】この発明は、このような技術背景に鑑みて
なされたものであって、酸性雰囲気下においても十分に
使用できるような耐食性に優れた熱交換器の提供を目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の熱交換器は、
前記目的を達成するために、チューブの表面をＺｎ被覆
するとともに、フィン用ブレージングシートの皮材にＺ
ｎ含有アルミニウムろう合金を用いることにより、フィ
ンでチューブを犠牲防食するとともに、チューブの表面
のみを優先的に腐食させてチューブに孔ができないよう
にするというものである。即ち、この発明の熱交換器
は、アルミニウム製チューブ(2) と、心材の両面に皮材
がクラッドされたアルミニウムブレージングシートから
なるフィン(3) とが交互に配置され、ろう付一体化され
た熱交換器において、前記チューブ(2) は、表層部にＺ
ｎ溶射層が形成され、前記ブレージングシート(3) の皮
材は、Ｓｉ；３〜１５wt％およびＺｎ；０．５〜２．０
wt％を含有し、残部がＡｌおよび不純物からなるＡｌろ
う合金からなり、かつ前記チューブ(2) と前記フィン
(3) とが弗化物系フラックスを用いてろう付されている
ことを特徴とする。

【００１０】この発明の熱交換器において、チューブ
(1) の材質は、アルミニウムのうちでも、加工性、強度
および耐食性に優れることから、特に１１００合金等の
ＪＩＳＡ１０００系の純アルミニウムが好ましい。

【００１１】前記チューブ(2) の表面に溶射されたＺｎ
は、ろう付加熱により表層部に拡散してチューブの表層
部の孔食電位をチューブの深部よりも卑とし、もって表
層部を優先的かつ均一に腐食させることにより、腐食を
表層部にとどめて深部に達するのを防ぎ、孔食を防ぐ。
前記Ｚｎ溶射層におけるＺｎ付着量は５〜１５ｇ／ｍ²
の範囲が好ましい。５ｇ／ｍ²未満では十分なＺｎ拡散
層を形成することができないため、犠牲防食効果に乏し
く所要の耐食性が望めない。一方、１５ｇ／ｍ²を超え
ると、前記効果が飽和するとともに材料の無駄を生じ
る。

【００１２】この発明において、チューブ(2) 表面のＺ
ｎ層が溶射により被覆形成されるものとしたのは、前述
のように、十分な厚さのＺｎ層を均一に形成でき、ひい
ては十分な厚さの拡散層を均一に形成できるためであ
る。溶射以外の方法によるＺｎ被覆、例えばＺｎメッキ
では形成される皮膜が薄膜であるため、Ｚｎ拡散層も薄
くなる。特に、チューブ(2) の曲がり部(2a)において
は、メッキ皮膜が曲げ加工により伸ばされるため、Ｚｎ
拡散層がさらに薄くなり所要の防食効果を望めない。ま
た、曲げ加工後にメッキをすれば、曲げ加工による防食
効果の低下を防ぐことはできるが、チューブ(2) 内への
メッキ液の侵入を防止する必要があり、加工コストが高
くなる。これに対して、Ｚｎ層を溶射により形成した場
合には、層厚を厚くすることができるから、チューブ
(2) の曲げ加工後に溶射した場合はもとより、溶射後に
曲げ加工した場合にも、曲がり部(2a)の溶射層を厚い状
態に確保でき、ひいてはＺｎ拡散層も厚いものとなしえ
て曲がり部(2a)における防食効果の低下を防止できる。

【００１３】また、溶射の方法は、フレーム式、アーク
式、プラズマ式等所定厚さの皮膜を形成できる限り特に
限定されず、溶射材料の形状も、棒、線、粉末など種類
を問わない。

【００１４】前記フィン(3) を構成するブレージングシ
ートにおいて、皮材には、汎用ろう材であるＡｌ−３〜
１５wt％Ｓｉ合金にＺｎを配合したＡｌろう合金を用
い、フィン(3) 表面の孔食電位をチューブ本体よりも卑
とすることにより、チューブ(2) を防食する。前記Ａｌ
ろう合金の組成において、Ｓｉ含有量はアルミニウム材
のろう付用として適正な融点を得るために上記範囲とす
る必要があり、特に好ましい下限値は７．９wt％であ
り、上限値は９．５wt％である。また、Ｚｎ含有量は，
過少の場合は防食効果に乏しく、一方過多の場合は濃度
が高くなるため初期腐食が激しくなり、腐食生成物であ
る白粉の発生が顕著になるため、０．５〜２．０wt％と
する必要がある。Ｚｎ含有量の特に好ましい下限値は
０．９wt％、上限値は１．４wt％である。残部はＡｌお
よび不純物であるが、ろう付性の機能向上のために添加
される微量元素の存在は許容される。

【００１５】なお、フィン(3) 用ブレージングシートの
心材の材質は特に限定されず、従来より汎用されている
３２０３相当、３００３相当などを適宜用いれば良い。
また、皮材のクラッド率も、従来のブレージングシート
と同程度の５〜１５％のものを使用するのが良い。

【００１６】上述のようなチューブ(2) 材およびフィン
(3) 材を用いる熱交換器の型式は、特に限定されない
が、曲げ加工前にＺｎ溶射層を形成した場合にも曲がり
部(2a)のＺｎ層を厚く確保でき、ひいては曲がり部(2a)
に対しても優れた防食性を確保できることから、チュー
ブ(2) を蛇行状に曲げるサーペンタイン型エバポレータ
等に本発明を適用するのが好適である。

【００１７】前記チューブ(2) とフィン(3) とのろう付
は、弗化物系フラックスを用いて行う。フラックスろう
付によれば、従来の熱交換器の製作において行われてい
たフラックスを使用しない真空ろう付と異なり、チュー
ブ(2) 表面からのＺｎの蒸発を防止しつつろう付を行う
ことができる。また、弗化物系フラックスはそれ自体が
非腐食性であるため、塩化物系フラックスを使用するろ
う付よりもろう付後の洗浄が不要である点で有利であ
る。また、フラックスを用いることによりチューブ(2)
表面のＺｎ被覆層はフラックスに被覆されることとな
り、Ｚｎの無機臭を抑制できるとともに、Ｚｎの白粉を
被覆して外観品質を維持するという利点もある。弗化物
系フラックスとしては、４５．８％ＫＦ−５４．２％Ａ
ｌＦ_３の共晶組成乃至はこれに近い組成範囲を含んで実
質的に錯体化された錯体混合物、ＫＡｌＦ_４，Ｋ_２Ａｌ
Ｆ_５，Ｋ_３ＡｌＦ_６，ＡｌＦ_３，ＣｓＦ，ＢｉＦ_３，Ｌ
ｉＦ等を例示できる。

【００１８】次に、この発明にかかる熱交換器の製造方
法の一例を示すと、まず押出等によってチューブ(2) を
製作したのち、チューブ(2) 表面にＺｎ溶射を行う。溶
射は、押出機から押出されてくる押出材に対して行うの
が好ましい。こうすることにより、押出工程と溶射工程
とを連続的に行うことができ効率が良いのに加えて、押
出直後の表面温度の高い状態で溶射を行うことになるた
め、Ｚｎ溶射層のチューブ(2) に対する密着力を高める
ことができ、また溶射層の一部を表面に拡散させること
ができる。

【００１９】次に、熱交換器がサーペンタイン型の場合
には、チューブ(2) を蛇行状に曲成する。もとより、チ
ューブ(2) の曲げ加工後にＺｎ溶射層を形成してもよい
のは勿論である。

【００２０】一方、フィン(3) として所期するアルミニ
ウム両面ブレージングシートを曲げ成形したものを用意
する。

【００２１】そして、上記チューブ(2) とフィン(3) と
を組付け、さらに必要に応じて、他の熱交換器構成部材
を組付けて熱交換器組立体とする。

【００２２】次に、該熱交換器組立体にフラックスを塗
布する。塗布の方法は特に限定されないが、最も簡便な
ものとして、フラックスを溶剤に懸濁させた懸濁液に熱
交換器組立体を浸漬させる浸漬法を採用するのが良い。

【００２３】次に、フラックスを塗布した熱交換器組立
体をＮ_２ガス等の不活性ガス雰囲気中で５７７〜６５０
℃で加熱し、フィン(3) 表面のろう材（皮材）を溶融し
てフィン(3) とチューブ(2) とをろう付する。このろう
付加熱により、チューブ(2)表面のＺｎ溶射層はチュー
ブ(2) の肉厚方向内部に拡散し、Ｚｎ拡散層が形成され
る。

【００２４】この発明の熱交換器においては、チューブ
(2) は、チューブ(2) の表層部のＺｎ拡散層およびＺｎ
を含有するフィン(3) の皮材の犠牲腐食によって、非酸
性雰囲気下はもとより酸性雰囲気下においても深部への
腐食が抑制され、チューブ(2) に孔があくという熱交換
器としての致命的な腐食は免れる。

【００２５】また、前記Ｚｎ層は溶射によって形成され
たものであって十分な厚さを有するために、前記チュー
ブ(2) を蛇行状に曲げ加工する型式の熱交換器で曲がり
部(2a)の外周面においてＺｎ層が薄く伸ばされた場合で
も、十分な防食性能を確保できる。

【００２６】

【実施例】図１および図２に示すサーペンタイン型エバ
ポレータ(1) を、チューブ(2) およびフィン(3) の材質
と、ろう付方法とを変えて製作した。なお、図１におい
て、(4) はアウトレット用ヘッダー、(5) はインレット
用ヘッダーを示す。

【００２７】前記チューブ(2) としては、図２に示す多
孔偏平押出チューブを用い、曲げ加工前に、常法により
溶射またはメッキを行い、Ｚｎ層を形成した。また、比
較例１、５については、これらの表面処理を行わずに押
出材をそのまま使用した。表１に、チューブ(2) の材
質、Ｚｎ被覆方法およびＺｎ被覆によって形成されたＺ
ｎ層のＺｎ付着量を示す。

【００２８】前記フィン(3) は、心材の両面に皮材がク
ラッドされたブレージングシートによって構成した。表
１に、心材の材質、皮材材質、厚さ、皮材の片面クラッ
ド率を示す。

【００２９】そして、図１および図２に示すように、前
記チューブ(2) およびフィン(3) を蛇行状に曲げ加工す
るとともに、チューブ(2) の各直管部間にフィン(3) を
介在させた状態に組付け、さらにチューブ(2) の両端部
に別途製作したヘッダー(4)(5)を配置した状態でろう付
した。ろう付は、弗化物系フラックスを用いるフラック
スろう付、あるいはフラックスを用いない真空ろう付の
いずれかを採用した。前記弗化物系フラックスによるろ
う付は、フラックス懸濁液に前記熱交換器組立体を浸漬
し乾燥したのち、Ｎ_２ガス雰囲気中で６００℃×５分間
加熱することにより行った。また、真空ろう付は、１０
^-4〜１０^-5Torrの真空中で６００℃×５分間加熱するこ
とにより行った。各例のろう付方法を表１に示す。

【００３０】このようにして製作した各サーペンタイン
型エバポレータ(1) について、ろう付後の無機臭（Ｚｎ
臭）および外観を相対的に評価するとともに、以下に示
すＳＷＡＴＴによる腐食試験を行い酸性雰囲気下におけ
る洩れに至までの時間および洩れ部位を調べ、耐食性を
評価した。評価結果を表１に示す。

【００３１】［ＳＷＡＴＴ］ＡＳＴＭ人工海水（ＮａＣ
ｌ：２０．６ｇ／ｌ，ＭｇＣｌ_２・６Ｈ_２Ｏ：６ｇ／
ｌ，Ｎａ_２ＳＯ_４：４．８ｇ／ｌ，ＣｕＣｌ_２・２Ｈ_２
Ｏ：１．４ｇ／ｌ，ＫＣｌ：０．８ｇ／ｌ、ＮａＨＣＯ
_３：０．２ｇ／ｌ，ＫＢｒ：０．２ｇ／ｌ）と酢酸と
を、人工海水１ｌ／酢酸１０ｍｌの割合で混合し、この
混合溶液（ｐＨ２．８〜３．０、液温４９℃）を３０分
噴霧したのち、湿潤状態（４９℃、９８％ＲＨ）に９０
分置き、これを１２０分１サイクルとして、熱交換器に
洩れが生じるまで繰り返した。

【００３２】

【表１】

【００３３】表１の結果から、この発明の実施例のエバ
ポレータは、いずれもチューブからの腐食はなく、耐食
性に優れ、かつ無機臭もなく外観品質も良好であること
を確認しえた。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明は、アル
ミニウム製チューブと、心材の両面に皮材がクラッドさ
れたアルミニウムブレージングシートからなるフィンと
が交互に配置され、ろう付一体化された熱交換器におい
て、前記チューブは、表層部にＺｎ溶射層が形成され、
前記ブレージングシートの皮材は、Ｓｉ；３〜１５wt％
およびＺｎ；０．５〜２．０wt％を含有し、残部がＡｌ
および不純物からなるＡｌろう合金からなり、かつ前記
チューブと前記フィンとが弗化物系フラックスを用いて
ろう付されているから、フィンでチューブを犠牲防食す
るとともに、チューブ自身も表面のみを犠牲腐食させ
て、深部への腐食を防止する。このような防食挙動によ
り、熱交換器としての耐食性に優れたものとなしうる。

【００３５】また、前記Ｚｎ層は溶射によって形成され
たものであるから、十分な厚さに形成でき、例えばＺｎ
溶射層の形成後に前記チューブを曲げ加工する場合であ
っても曲がり部のＺｎ溶射層を厚く確保でき、その部分
にも十分なＺｎ拡散層を形成できる。このため、チュー
ブを蛇行状に曲げ加工する型式の熱交換器においても、
耐食性に優れたものとなしうる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例であるサーペンタイン型エ
バポレータの平面図である。

【図２】図１の部分拡大斜視図である。

【符号の説明】

２…チューブ３…フィン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウム製チューブ(2) と、心材の
両面に皮材がクラッドされたアルミニウムブレージング
シートからなるフィン(3) とが交互に配置され、ろう付
一体化された熱交換器において、前記チューブ(2) は、表層部にＺｎ溶射層が形成され、
前記ブレージングシート(3) の皮材は、Ｓｉ；３〜１５
wt％およびＺｎ；０．５〜２．０wt％を含有し、残部が
Ａｌおよび不純物からなるＡｌろう合金からなり、かつ
前記チューブ(2) と前記フィン(3) とが弗化物系フラッ
クスを用いてろう付されていることを特徴とする耐食性
に優れた熱交換器。