WO1999016920A1 - Heat exchanger - Google Patents

Description

明 糸田書 熱交換器 技術分野

本発明は、 冷凍サイ クルに用いられる熱交換器に関し、 特に、 熱交換器のチューブの耐食性を向上させた熱交換器に関する。 背景技術

バラ レルフ 口 一タイアの熱交換器は、 一般に複数のチューブ と フィ ンとが交互に積層され、 これらの積層されたチューブの 両端が、 左右のヘッダパイプに設けられた挿入孔に挿入されて 接合されている。 また、 これらのヘッダハイプの所要箇所には、 ヘッダパイプを長手方向に区画する仕切 り プレー トが配設され. ヘッダパイプを長手方向に分割して、 ヘッダパイプに設けられ た入口継手と出口継手との間で熱交換媒体を複数回蛇行して通 流させる構造となっている。

これらの熱交換器において、 熱交換媒体が通流するチューブ は、 特開昭 6 2 - 9 7 7 6 6 号公報及び特開平 2 — 1 3 8 4 5 5号公報に記載されているよ う に、 従来、 一般に用いられるチ ユ ーブの材質と しては、 例えば、 J I S A 1 0 5 0 ( 9 9 . 0 w t % A 1 ) に C uが添加された改良材を用いて、 押出し成 形法によ り形成されたチューブが知られている。 また、 フ ィ ン と しては、 A 1 — S i 系の合金に Z nが添加された改良材であ るろ う材がク ラ ッ ドされたフ ィ ン材が用いられて形成されてい る。

前記チューブは、 耐食性を向上させるために、 押出し成形さ れたチューブ表面に Z nが溶射されている。 Z nが溶射されて いる と、 チューブ表面において、 芯材である A 1 よ り も電位が 卑である Z n層が優先的に犠牲腐食されて、 亜鉛さび { Z n 〇 + Z n ( O H) ₂} の保護膜が形成され、 芯材である A 1 合金が 防食される。 チューブ表面の溶射は、 例えば、 図 5 に示す特開 平 2 — 1 3 8 4 5 5 号公報に記載された方法のよ う に、 上下に 配置した溶射ガン 1 9 の間を所定間隔を開けて水平に押出 し成 形されたチューブ 2 0 を並べ、 図示を省略したブラー （チュー ブの端をつかんで引張る治具） で水平になるよ う に引出 し、 チ ュ一ブの押出 し速度と同調してブラ一を走らせ、定常の速度（約 5 0 mZ分） になったと き、 チューブ 2 0 の上下に配置した溶 射ガン 1 9 を作動させて、 チューブ 2 0の上下から金属 Z n を 連続的に溶射し、 チューブの上下平坦面に 3 〜 3 0 g Zm ²の Z n を均一となる よ う に付着させている。

押出成形したチューブ以外のチューブと しては、 一般に、 J I S A 3 0 0 3 (A 1 — l n系） 合金等を芯材と して、 チュ —ブ外面となる層に Z nが添加された A 1 一 S i 系の改良材の ろ ぅ材が被覆されたブレ一ジングシ一 ト を用いてロール成形又 はブ レス成形によ り チューブが形成されている。

前述したよ う に、 チューブに Z n溶射するには、 そのために 装置が必要となり 、 Z n を均一に溶射するのは困難である。 例 えば、 チューブ表面において溶射ムラが生じた場合は、 溶射ム ラの部分から Z nが拡散し、 拡散した部分において腐食が進ん でしま う ため、 面均一に腐食が進行しない： 一般に、 アル ミ合 金の腐食は、 孔食形態で腐食が進行するため、 Z n溶射ムラに よ り 、 Z n層の犠牲防食が面均一にならないと、 芯材である A 1 部分まで腐食が進行し、 孔食形態で腐食が進むため、 チュー ブに腐食貫通孔が形成され、 熱交換器の安全性が確保されない とレヽぅ 問題を生じる。

また、 A 1 — S i 系に Z nが添加されたろ う材が被覆された ブレージンダシー トを用いてチューブを形成する と、 ろ う材中 の S i 結晶の電位が S i 結晶周囲の電位よ り 高く な り 、 S i 結 晶粒界に沿って腐食が進行する。 すなわち、 いわゆる粒界腐食 が進行して しま う ため、 芯材であるアルミ合金まで腐食が進行 し、 耐孔食性が確保されないという 問題を生じる。

また、 従来においては、 フィ ンとチューブの組み合わせにお いて、 チューブの電位を貴と し、 優先的にフィ ン及びチューブ 表面を犠牲防食する こ と によ り 、 チューブの防食がなされてい たが、 フ ィ ンと の関係において防食されるのみならず、 ビ一 ド が形成されるチューブ等の場合は、 表面に形成された前記ビ一 ド部分に水分、 不純物等が溜ま りやすく な り 、 この水分等によ つてチューブの腐食が進行するため、 チューブ自体の耐食性を 向上させる必要がある。

そこで、 本発明は、 チューブ自体の耐食性を向上させた熱交 換器を提供するこ と を目的とする。 発明の開示

本発明は、 チューブと フ ィ ンを交互に積層 し、 チューブの端 部をヘッダパイブに挿入接続した熱交換器において、

チューブは、 プレー ト状のチューブ材を用いて、 ロール成形 又はプレス成形によ り形成され、

前記チューブのチューブ材は、 A 1 — M n系等のアルミ合金 を芯材と して、 チューブ外面となる層に S i を含まない A 1 - Z n系のアルミ合金がク ラ ッ ドされたものを用いてチューブが 形成されている構成の熱交換器である。

このよ う に、 チューブ外面となる層に面均一に S i を含まな い A 1 — Z n系のアルミ合金がク ラ ッ ドされたブレージングシ ー トを用いてチューブが形成されている と、 このク ラ ッ ド材と、 芯材である A 1 一 M n系アルミ合金との電位差によ り 、 芯材の 電位を貴と し、 前記ク ラ ッ ド材の犠牲陽極効果によ り 、 前記外 層となるク ラ ッ ド材が面均一に犠牲腐食されるため、 チューブ 自体の耐孔食性を向上する こ とができる。

また、 S i が含有されていない A 1 — Z n系アルミ合金をク ラ ッ ド材と して用いる こ とによ り 、 犠牲防食効果を有する Z n と、 防食される A 1 との電位差が大き く な り 、 芯材の耐食性を 向上する こ とができる。 図面の簡単な説明

【図 1 】

本発明の具体例に係り 、 熱交換器の正面図である。

【図 2 】

本発明の具体例に係り 、 チューブ端縁からみた斜視図である。

【図 3 】

本発明の具体例に係り 、 耐食性試験において、 各チューブの 表面から腐食深さ を測定した結果を示す図である。

【図 4 】

本発明の具体例に係り 、 チューブ端縁からみた斜視図である。

【図 5 】

従来例に係り 、 押出偏平チューブに Z n を溶射する状態を示 す概略図である。 発明を実施するための最良の形態

以下に本発明の具体例を図面に基づいて説明する。

図 1 に示すよ う に、 熱交換器 1 は、 複数のチューブ 2 , 2が フ ィ ン 3， 3 を介して積層されている、 前記複数のチューブ 2 の各端部は、 後述するよ う に略平坦面に形成され、 ヘッダパイ プ 4に設けられたチューブ挿入孔 7 に挿入される。 また、 へッ ダパイプ 4の上下の開口部は、 キャ ップ 8， 8 によって閉塞さ れ、 各ヘッダパイプ 4 の所定箇所には、 仕切り板 9が設けられ ている。 更に、 ヘッダパイプ 4 には入口継手 1 0 と出口継手 1 1 が設けられており 、 これらの出入口継手 1 0， 1 1 の間で熱 交換媒体が複数回蛇行して通流される。 尚、 図 1 中、 1 2 は積 層されたチューブ 2 の上下に配設されたサイ ドブレ一 トを示す c 図 2 は、' 単一のプレー トを成形して製作されたチューブ 2 の 端縁からみた斜視図である。 この図 2 に示すよ う に、 このチュ ーブ 2 は、 横断面形状が大略、 平行部を有する長円形状に形成 され、 この管内方向に突出する長溝状のビー ド 1 4がー体に設 けられ、 これらのビー ド 1 4 によって、 そのチューブ 2管内に 複数の流路 1 8 a , 1 8 a が形成されている。

このよ う なチューブ 2 は、 芯材と して、 A l — M n系等の合 金を用いて、 チューブ外面となる層に後述するよ う な A 1 — Z n系合金のク ラ ッ ド材が被覆され、 チューブ内面となる層に A 1 — S i 合金等のアルミ材が被覆されたブレージングシー トで あるプレー ト を成形加工して製作される ものであって、 このブ レ一ジングシ一 トは、 熱伝導性及ぴ成形性やろ う付け性に優れ ている。 すなわち、 このプレー ト に、 ロール成形又はブレス成 形等によ り 所定形状のビー ド 1 4， 1 4 、 折曲げ部 1 5及び接 合部 1 6， 1 6 を形成し、 更に、 折り 曲げロール及び型ロール によ り 前記プレー ト の折り 曲げ部 1 5 を中心と して折り 曲げて 接合部 1 6， 1 6 を重ね合せるよ う に形成し、 その後、 熱交換 器の大き さに応じたチューブ長さに切断してろ う付けされてお り 、 これらの工程は、 連続的に且つ高速に自動化されて行われ ている。

尚、 前記チューブのチューブ材は、 チューブ内面と なる層に ろ う材がク ラ ッ ドされて、 3層構造を備えている ものと、 チュ —ブ内面となる層にろ う材がク ラ ッ ドされていない 2層構造の ものがある。 チューブ材が 3層構造のものは、 チューブが、 単 一のプレー ト を折り 曲げて接合して形成され、 又は、 2枚のプ レー ト を重ね合せて形成される。 また、 チューブが 2層構造の 場合は、 後述するよ う に、 チューブの内部に、 ろ う材をク ラ ッ ドしたイ ンナーフ ィ ンを挿入して、 このろ う材によ り チューブ 及びィ ンナ一フ ィ ンが接合される。

次に、 芯材と して所定のアルミ合金で形成されたプレー トに 従来のろ う材が被覆されたブレ一ジングシー ト、 或は、 本例の ク ラ ッ ド材が被覆されたブレージングシー トによ り形成された チューブ、 及び、 押出 し成形チューブに Z nが溶射されたチュ —ブを用いて行った耐食性試験について、 図面を参照して説明 する - 図 3 は、 各材料を用いて形成されたチューブを用いて行った C A S S試験の結果を示す図である .： C A S S試験は、 所定の 腐食性溶液を噴霧して所定時間、 腐食を促進させた後、 チュー ブ表面からの腐食深さを測定して、 耐食性の測定を行う試験で ある。

図中 Aは、 C u、 M n を含む J I S A 3 0 0 0系合金を芯 材と して、 A 1 — S i — Z n系合金 （ S i は 7 . 5 %、 Z n は 1 % ) のろ う材を被覆したブレージンダシー ト を用いてロール 成形又はブレス成形によ り形成したチューブの試験結果を示す: 図中 8は、 前述したじ 11 、 \ 11 を含む 』 1 3 A 3 0 0 0系 の合金を芯材と して、 J I S A 7 0 7 2合金 （A 1 — Z n系） をク ラ ッ ド材と して被覆したブレージングシ一 ト を用いて形成 したチューブの試験結果を示す。

図中 Cは、 従来一般に用いられている J I S A 3 0 0 3合 金 （A 1 — F e — M n系） を芯材と し、 B と同様に J I S A 7 0 7 2合金 （ A 1 — Z n系） をク ラ ッ ド材と して被覆したブ レージングシ一 ト を用いて形成したチューブの試験結果を示す, 図中 Tは、 J I S A 1 0 5 0 ( 9 9 . 0 w t % A 1 ) にじ u添加された改良材を用いて押し出 し成形法によ り形成された チューブに Z n溶射を行ったチューブの試験結果を示す。

図 3 の A， B , C， Tに示すよ う に、 3 3 6 時間 （ 1 4 日） の C A S S試験を行った結果、 A， B， C， Tの孔食深さに大 きな違いは確認できないが、 6 7 2時間 （ 2 8 日） の C A S S 試験を行った結果、 従来例を示す図中 A， Tの結果と本例を示 す図中 B， Cに示される結果には顕著な違いが現れた。

図 3 に示すよ う に、 6 7 2時間の C A S S試験の結果、 A 1 — S i 一 Z n系のろ う材が被覆されたブレージングシー トから 形成したチューブ Aは、 孔食深さが 2 5 0 μ mに達するのに対 し、 図中 Bでは、 孔食深さが 7 0 μ m程度とな り 、 耐食性が向 上している こ とが確認できる。 また、 通常一般に使用される J I S A 3 0 0 3合金を芯材と し、 チューブ B と同様に S i を 含まない A 1 — Z n系合金のク ラ ッ ド材が被覆されたブ レージ ングシー トから形成したチューブ Cにおいても、 孔食深さが 1 Ο Ο μ πι程度とな り 、 図中 Αで示されるチューブよ り も耐食性 が向上している こ とが確認できる。

また、 図中 Tで示す、 押出成形チューブに Z n溶射された場 合の耐食性においては、 腐食深さが 1 5 0 μ ιηに達し、 図中 Β， Cで示される、 S i を含まない A 1 — Z n系合金のク ラ ッ ド材 が被覆されたブ レージングシー ト を用いて形成されたチューブ よ り も耐食性が劣つている こ とが確認できる。

図 3 に示すよ う に、 S i を含まない A 1 — Z n系の合金であ るク ラ ッ ド材が被覆されたブレ一ジングシ一 トをロ ール成形又 はブレス成形したチューブは、 従来の A 1 — S i — Z n系のろ ぅ材が被覆されたブ レージングシー トから形成されたチューブ よ り も耐食性が向上し、 また、 J I S A 1 0 5 0合金を押出 し成形した後、 Z n溶射したチューブと比較して、 腐食深さが 少なく 、 耐孔食性を向上している こ とが確認できた。

また、 本例は、 単一のプレー トを用いて製作したチューブに ついて実験を行ったが、 本例に限らず、 例えば、 2枚のプレー ト を重ね合せて形成したチューブや、 ィ ンナ一フィ ンタイ ブの チュ一ブを設けた熱交換器にも用いる こ とができる。

例えば、 図 4 は、 イ ンナ一フイ ンタイブのチューブ 2 1 の端 縁から見た斜視図である。

図 4 に示すよ う に、 イ ンナ一フ ィ ンタイプのチューブ 2 1 は、 所定大き さのブレー トを折曲げて横断面長円形のチューブ体 2 4 を形成し、 チューブ体 2 4内に、 内部流通路 2 2 を複数の流 通路 2 2 a に区画するイ ンナ一フ ィ ン 2 3 が組付けられてろ う 付けされてレ、る。 このイ ンナーフ ィ ン 2 3 は、 所定のブレー ト にろ う材が塗布されている ものであ り 、 前記イ ンナ一フイ ンタ イ ブのチューブ 2 1 に用いられるブレージングシ一 卜は、 A 1 — 系合金等を芯材と して用い、 チューブ外面となる層に前 述したよ う な A 1 — Z n系合金のク ラ ッ ド材が被覆されたブレ —ジングシー トであるプレー トを用いて成形加工して製作され る ものである。

この場合、 チューブ 2 1 のチューブ材は、 チューブ内面とな る層にろ う材がク ラ ッ ドされていない 2層構造のものである。

こ の よ う に、 内面となる層にろ う材が被覆されていないブ レ —ジングシー トを用いた場合であっても、 イ ンナ一フ ィ ン 2 3 にろ う材が塗布されているので、 チューブ 2 1 及びイ ンナ一フ イ ン 2 3 の接合は確実になされる。 また、 外面となる層に前述 したよ う な A l _ Z n系の合金のク ラ ッ ド材が被覆されたブレ —ジンダシー トであるプレー トを用いる こ と によ り 、 チューブ 自体の耐食性を向上する こ とができる。

また、 A 1 — Z n系合金のク ラ ッ ド材がチューブ外層となる 面に面均一に被覆されたブレージングシ一 ト を用いてチューブ を形成するこ とによ り 、 芯材と表面層におけるク ラ ッ ド材の電 位差によ り 、 芯材の電位が貴とな り 、 ク ラ ッ ド材が面均一とな る犠牲陽極効果によ り 、 チューブ自体の耐食性を向上する こ と ができる。 産業上の利用可能性

本発明は、 チューブの耐孔食性を向上する こ とができるので、 過酷な条件下で用いられる、 例えば自動車用冷凍サイ クルに好 適である。

Claims

請求の範囲

1 . チューブと フ ィ ンを交互に積層し、 チューブの端部を ヘッダハイプに挿入接続した熱交換器において、

チューブは、 プ レー ト状のチューブ材を用いて、 ロ ール成形 又はプ レス成形によ り形成され、

前記チューブのチューブ材は、 A 1 — M n系等のアル ミ合金 を芯材と して、 チューブ外面となる層に S i を含まない A 1 一 Z n系のアル ミ合金がク ラ ッ ドされたものを用いてチューブが 形成されている こ と を特徴とする熱交換器。

2 . 前記チューブのチューブ材は、 チューブ内面となる層 にろ う材がク ラ ッ ドされて、 3層構造を備えている こ と を特徴 とする請求項 1 記載の熱交換器。

3 . 前記チューブは、 単一のプ レー ト を折り 曲げて形成さ れる こ と を特徴とする請求項 2記載の熱交換器。

4 . 前記チューブは、 2枚のプレー トを重ね合せて形成さ れる こ と を特徴とする請求項 2記載の熱交換器。

5 . 前記チューブの内部に、 ろ う材をク ラ ッ ドしたイ ンナ 一フ ィ ンが挿入されてお り 、 そして前記チューブのチューブ材 は、 チューブ内面となる層にろ う材がク ラ ッ ドされていなレヽ 2 層構造のものであるこ と を特徴とする請求項 1 記載の熱交換器