JPS6334495A - アルミニウム熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アルミニウム熱交換器に関するもので、例え
ば車両搭載用空気調和装置のコンデンサー、エバポレー
タなどに適用できるものである。

〔従来の技術〕

車両の軽量化による燃費性能の向上が重要な技術課題を
なしている自動車業界においては、車載空調装置用熱交
換器に対しても軽量化に対策が求められている。

コンデンサー、あるいはエバポレータといったこの種の
熱交換器は一般にアルミニウム合金で押出し成形された
冷媒流通用の多穴チューブを蛇行状に折り曲げる。しか
る後、蛇行状チューブの平行部間の間隙に、その表面に
あらかじめろう行用のろう材をクラッドさせた板厚が０
．１６１１内外のごく薄いアルミニうム合金製のコルゲ
ート加工したフィンを挿入する。そして、治具を用いて
この組合せ構造を保持させたうえで、全体を加熱炉内に
納めてろう材の溶融温度まで加熱することによってろう
付し、チューブとフィンとの組合せを完成させた熱交換
器が用いられてきた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、フィンの表面にあらかじめクラッドされるろ
う材には、融点降下のためにＳｉ成分が多量に配合され
ており、ろう付して、フィン自体の材料強度を低下させ
てしまう現象が現れる。その結果、フィンの座屈現象が
生じやすいという問題点があった。このろう付は時のフ
ィンの座屈現象を回避するには、フィンの板厚を増大さ
せねばならず、フィンの薄肉化による熱交換器全体とし
ての軽量化が困難であった。

本発明は上記点に迄みてなされたもので、ろう付は時に
おけるフィンの薄肉化を達成し、かつ耐食性の優れた熱
交換器を提供することを目的としたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するために、 （ａｌチューブ材としてＣｕを０．２〜１．０％含有す
るほかに、Ｍｎ０．０５〜０．５％、Ｃｒ　Ｏ，０５〜
０゜３％、７．　ｒ　Ｑ、　０５〜０．３％の３種から
なる群より選択される１種以上の元素を含有し、残部が
ＡＮおよび不可避不純物よりなるアルミニウム合金を用
いて、その表面にＡｌ−３ｔ、Ａｆ−３ｉ−Ｚｎ又はＡ
ｌ−Ｚｎ合金からなるろう材として、溶射法により被覆
する。

（ｂ）前記ろう材が被覆されたアルミニウム合金性チュ
ーブとアルミニウム合金性フィンとを組付ける。

（Ｃ）このチューブとフィンとは加熱炉内にてろう材の
融点以上の温度に加熱され、ろう材が溶融・凝固するこ
とによな一体に接合される。

上記チューブに被覆するＡｊ！−３ｉ、Ａｌ−３ｔ−Ｚ
ｎ、Ａｌ−Ｚｎ合金からなるろう再に微少な不可避不純
物が含有されていることはもちろんであり、また必要に
応じてＡｌ、Ｓｉ、　　Ｚｎ以外の元素を多少添加する
ことも可能である。具体的に言えばろう付性としてフラ
ックスを用いる方法では添加物は必要ないが、真空ろう
付性を用いる場合にはＭｇやＢｉなどの添加が必要とな
る。

また上記ろう材をチューブ表面に被覆する容射法につい
てはＮ８ガス雰囲気中で行うことが望ましいが、大気中
でも可能である。

ろう材の被覆厚さとしては通常５〜１００μｍ程度が好
ましい。

〔作用および効果〕

上記した技術的手段によれば、フィン側に／１−３ｉ系
ろう材のろう材をクラフトすることなくアルミニウム合
金製チューブとフィンとをろう付けできるから、フィン
材へのＳｔ拡散に起因する高温時のフィン材の強度劣化
といった現象が生じない。

フィン強度の低下に関係する上記の要因を回避もしくは
抑制することができることから、本発明ではフィンの座
屈を回避しつつ、フィンの薄肉化を良好に実現できる。

これにより、熱交換器全体としての軽量化、コスト低減
を達成できる実用上の効果が大である。

また、チューブ材としてＡｊ！−Ｃｕ合金にＭｎ。

Ｃｒ、Ｚｒを適正量添加することによって材料自体の再
結晶温度を上昇することができるため、ろう付は時の熱
による結晶の粗大化が生じにくくなるので、もっと耐食
性を劣化させる不純物の集合が抑制されるため、耐食性
の劣化が少なく、良好な耐食性が保持される。

次に本発明におけるチューブ材の化学成分範囲を定めた
理由を説明する。

Ｃｕはアルミニウム合金の機械的強度および電極電位を
高める上で不可決の元素であり、０．２％未満では、こ
れらの効果が発揮されない。また、１、０％を越えて添
加すると押出し加工性が著しく劣化するので、１．０％
を越える添加は好ましくない。

Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒは何れもサブグレインを強化し再結晶
を抑制するので、ろう付は時の熱により耐食性の劣化を
抑制する元素であり、目的達成のためには、これらのう
ち少なくとも１種を何れの元素についても０．０５％以
上含有させなければならない。しかし、何れの元素も添
加量が多すぎると押出し加工性が低下するので、Ｍｎに
ついては０．５％、またＣｒ、Ｚｒについては０．３％
以下に抑える必要がある。また、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒは材
料強度も増加させるため、チューブ自体の薄肉化も可能
となる。

しかしながら、融雪塩の散布が近年増加しており、耐食
性の要求も一段と厳しくなっているが、さらに一層の耐
食性向上を図るためには、ろう材として一般的なＡｌ−
３ｉ合金に代わりＡｆ−３ｉ−Ｚｎ合金や、Ａ１−Ｚｎ
合金を用いたり、フィン材にチューブ材より電極電位の
卑な材料を用いることが好ましい。

チューブとろうを被覆する手段としては、本発明で特徴
とする溶射法の他に溶射めっきや電気めっきなどが考え
られるが、溶射法は他の方式と比べて必要な部分のみの
ろう材を被覆しやすく、チューブを押出し成形した直後
行えば、ろう材の被覆沿うと素材との密着性が良好で、
チューブ曲げ加工時のろう材層の剥離はなく、良好な加
工性が得られるなどの特徴を有する。　・ 〔実施例〕 以下、本発明を図に示す実施例について説明する。

第１図は本発明実施例である車両搭載用空調装置用熱交
換器であるコンデンサーの斜視図であって、第２図の一
部断面斜視図に見られるように、偏平チューブｌには流
体（冷媒）の流れ方向に沿って、内部に複数条の仕切壁
１ａを設けて多数の六１ｂが形成しである。

この偏平チューブ１を所定間隙を保って蛇行状に折り曲
げることによって、熱交換器の主体成分が構成されてい
る。偏平チューブ１の平行部間にはアルミニウム合金の
ごく薄肉の伝熱面積増大用のコルゲートフィン２が挿入
され、このチューブｌとフィン２とはチューブ１の表面
にあらかじめ被覆しであるＡｊ！−３ｔ、ＡＪ−３ｉ−
Ｚｎ、又はＡｊ！−Ｚｎ合金層３のろう材によって、ろ
う付けされ、一体内に接合されている。

チューブ１の両開口端には、冷凍サイクルの冷媒配管に
接続するためのパイプ接手４および５がろう付けされて
いる。

次に、本発明の製造を工程順に説明する。

まず〔表１〕にチューブ材として示す合金を調合して大
きさ直径１５０　ｆｉｎ、長さ６００　鰭のビレットを
製造し、これを約４００℃に予熱して第３図中Ａで示す
押出しプレスにて前述した断面形状（第２図参照）を有
するアルミニウム合金製の多穴偏平チューブ１を成形す
る。押出し成形した直後の高温時に、上下方向より第３
図中Ｂで示す２台の溶射機を用いて、偏平チューブの表
面に〔表１〕にろう材として示すＡｌ−３ｉ、Ａｌ−３
ｉ−Ｚｎ又はＡ１−Ｚｎ合金を溶射した。その際に用い
た合金の形成は直径１．５　龍のワイヤーであり、吹き
つける気体としてはＮ、ガスを用いた。

第４図は上記ろう材を被覆したチューブ１の横断面を示
す、ろう材３で表面を覆われたチューブ１は、その後所
定の間隙を保って蛇行状に折り曲げて熱交換器本体部分
を形成し、次にチューブ１の平行部間に波形状に成形さ
れたコルゲートフィン２を挿入し、治具で固定保持した
後、フラックスとしてフルオロアルミニウム酸カリウム
（Ｋ／ｌ！Ｆ　ａ、　Ｋ　ｚＡ　Ｉ　Ｆ　ｓ・Ｈ２Ｏの
混合物）を水に希釈した水溶液をスプレーにて噴霧して
チューブ１とフィン２の組付体表面に塗布する。

次にこの組付体を上記ろう材３の要点以上の温度に保持
された加熱炉内で約１０分間加熱し、ろう材３を）容融
させることによってチューブ１とフイン２との接合（ろ
う付）を完了する。第５図はこのチューブ１とフィン２
の接合状態を示している。

（以下余白） コルゲートフィン２の肉厚は、従来のフィン表面にろう
付のクラッド層を設ける方法によれば、ろう材中のＳｉ
成分の拡散等に由来する座屈強度低下現象のために最低
限０．１３　＊＊を保つ必要があったが、本実施例によ
れば、この種の座屈現象を良好に回避できるので、肉厚
のより薄いフィン２を用いても、フィン２とチューブ１
を良好に接合し得る。そこで、フィン２の肉厚を０．１
６　＋ｎ〜０゜０６Ｂの範囲で種々変えた場合に、フィ
ン接合時の座屈現象がどのくらいの厚さ以下になった時
、起こり始めるか、従来の熱交換器と、本発明実施例と
を比較しつつ実験を行った。

〔表２〕は、その実験結果を示すものである。

（以下余白） 〔表２〕 フィンの接合実験結果 ○　座屈発生ナシ この〔表２〕から明らかなように、フィンの表面にあら
かじめろう材をクラッドしてお〈従来例では、フィン肉
厚が０．１２ｕ以下に下がると確実に座屈が起こったの
に対して、本発明実施例によった場合には、フィン肉厚
が０．０６鶴以下に下がった時、初めて座屈を生じるこ
とがわかり、本発明実施例では製品の軽量化に大きく役
立つことが実証された。

熱交換器の耐食性評価結果を〔表１〕に示すが、ここで
フィン材としては犠牲腐食作用を示すＡＩ−１，２Ｍ　
ｎ　−１，５２ｎ合金を採用したので、腐食の最も生じ
やすいチューブ１の屈曲部分に着目して評価テストとし
てＣＡＳＳテストを行った。

結果よりわかるごとく、本発明実施例は比較品として示
す従来品に比較して洩れまでの時間が長く耐食性が良好
である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を説明するためのもので、第１
図は本発明の熱交換器の斜視図、第２図は第１図に示す
熱交換器において、チューブの折り曲げ形状を示す一部
断面斜視図、第３図は本発明品の一実施例を示す工程概
要図、第４図はろう材を被覆したチューブの横断面図、
第５図はチューブとフィンの接合部を示す部分拡大断面
図である。 １・・・チューブ、２・・・フィン、３・・・ろう材、
Ａ・・・押出しプレス、Ｂ・・・溶射機、ａ・・・ダイ
ス、ｂ・・・溶射ガン。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　被熱交換流体が内部を通過するチューブと、こ
   のチューブの外壁にろう付によって接合されるアルミニ
   ウム製のフィンとを備えるアルミニウム熱交換器におい
   て、 前記チューブは、銅（Ｃｕ）を０．２〜１．０重量％含
   有し、かつ、０．０５〜０．５重量％のマンガン（Ｍｎ
   ）、０．０５〜０．３重量％のクロム（Ｃｒ）、０．０
   ５〜０．３重量％のジルコニア（Ｚｒ）のうち、少なく
   とも一種以上を含有し、残部がアルミニウム（Ａｌ）お
   よび不可避不純物よりなるアルミニウム合金から成形さ
   れ、 前記チューブの外表面は、シリコン（Ｓｉ）、亜鉛（Ｚ
   ｎ）のうち少なくとも１種を含むアルミニウム合金より
   なるろう材が溶射されることにより被覆され、 前記ろう材を溶融・凝固させることにより前記フィンと
   前記チューブとが接合されるアルミニウム熱交換器。
2. （２）　前記フィンは芯材のみからなる裸材より構成さ
   れる特許請求の範囲第１項記載のアルミニウム熱交換器
   。