JP2016121821A - 耐食性に優れるプレートフィン型熱交換器に用いる偏平管およびそれを用いた熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、耐食性が良好であり、組み立て時にろう材組成物の剥がれや剥離を生じないようにした熱交換器用偏平管とその偏平管を備えた熱交換器の提供を目的とする。
の提供を目的とする。
【解決手段】本発明は、溝部あるいは孔部を複数備えたプレート型のフィンが複数、所定の間隔をあけて配置され、各フィンに形成されている溝部あるいは孔部に嵌合されるプレートフィン型熱交換器用偏平管であって、Ｓｉを含むろう粉末とＺｎを含有したフッ化物フラックスとの混合物にバインダを添加してなるろう付け組成物の塗膜であり、表面粗さＲａ５μｍ以下、鉛筆引っ掻き硬度３Ｂ以上、Ｈ以下の塗膜が表面に形成されたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、耐食性に優れるプレートフィン型熱交換器に用いる偏平管およびそれを用いた熱交換器に関する。

従来、空調用熱交換器の伝熱管には銅管が用いられてきたが、資源枯渇・コスト削減の観点からアルミニウム合金製の伝熱管への置換えが検討される様になり、自動車用熱交器と同様に偏平管をろう付して用いる方法が検討されている。
自動車用熱交換器は走行風を利用して熱交換するのに対し、空調用熱交換器はファン送風を利用して熱交換を行うため、フィン間に結露水が溜まると圧損が増加して熱交換性能低下を招く。このため、空調用熱交換器には偏平管を段方向に連通したフィンを用いる構造となっている。

偏平管を用いた空調用熱交換器の一例として、特許文献１に記載のように、左右に配置した第１のヘッダ集合管と第２のヘッダ集合管の間に、互いに一定の間隔をおいて上下に並んで配置した複数の偏平管を設け、上下の偏平管の間に上下に蛇行するコルゲートフィンを設けた構成の熱交換器が知られている。
特許文献１に記載の熱交換器は、上下に配列された偏平管の間にフィンの伝熱部を配置し、偏平管の間に通風路を区画し、この通風路を流れる空気と偏平管の内部を流れる流体との間で熱交換がなされる。

また、偏平管を段方向に複数配置し、各段の偏平管をプレート型のフィンの孔部に挿通した構造のプレートフィン型熱交換器が特許文献２に記載されている。
このプレートフィン型の熱交換器は、並列配置された複数のフィンに形成した孔部または溝部に嵌合状態で偏平管を一体化してなる。

特開２０１２−１６３３１７号公報 特開２０１２−１０２９５１号公報

プレート型のフィンと複数の偏平管を一体化した構造の熱交換器を組み立てるために、偏平管の表面にろう材組成物を塗布しておき、プレート型フィンの孔部または溝部に偏平管を差し込んで嵌合し、組み立てを行い、全体をろう付け温度に加熱してろう付けする方法が知られている。
ところが、プレート型フィンの孔部または溝部に偏平管を差し込んで組み立てを行う場合、圧入によって偏平管を孔部または溝部に嵌合するため、偏平管の表面に塗布したろう材組成物が剥離し、脱落する、というこの種の空調用熱交換器に特有の問題が生じる。

また、主に固定して使用される空調用熱交換器は、これまでに使用実績が長い自動車用熱交換器と比較して、腐食環境が厳しい事が最近になって明らかになってきた。この原因は、空調用熱交換器が固定状態で使用されるが故、付着した腐食促進物(例えば飛来塩)が雨水によって洗い流されることがない事による。そのため、空調用熱交換器は、自動車用の熱交換器と比較して３〜５倍の耐食寿命が必要と言われている。

本願発明は、これらの背景に鑑み、耐食性が良好であり、組み立て時にろう材組成物の剥がれや剥離を生じないようにした熱交換器用偏平管とその偏平管を備えた熱交換器の提供を目的とする。

本発明の熱交換器用偏平管は、溝部あるいは孔部を複数備えたプレート型のフィンが複数、所定の間隔をあけて配置され、各フィンに形成されている溝部あるいは孔部に嵌合されるプレートフィン型熱交換器用偏平管であって、Ｓｉを含むろう粉末とＺｎを含有したフッ化物フラックスとの混合物にバインダを添加してなるろう付け組成物の塗膜であり、表面粗さＲａ５μｍ以下、鉛筆引っ掻き硬度３Ｂ以上、Ｈ以下の塗膜が表面に形成されたことを特徴とする。

本発明の熱交換器用偏平管において、Ｓｉを含むろう粉末：２〜６ｇ／ｍ^２、Ｚｎ含有フラックス：４〜１２．０ｇ／ｍ^２を含有し、前記Ｓｉを含むろう粉末と前記Ｚｎ含有フラックスの合計量に対し、１０〜２０％のバインダを含む塗膜であり、この塗膜を８〜２０ｇ／ｍ^２の塗布量で表面に配置したことが好ましい。
本発明の熱交換器用偏平管において、質量％でＭｎ：０．２〜１．５％、Ｓｉ：０．２〜０．５％、Ｃｕ：０．１％未満、残部Ａｌと不可避不純物の組成のアルミニウム合金の押出材から構成されたことが好ましい。

本発明の熱交換器は、溝部あるいは孔部を複数備えたプレート型のフィンが複数、所定の間隔をあけて配置され、各フィンに形成されている溝部あるいは孔部に請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の偏平管が嵌合され、各偏平管表面に塗布された塗膜を加熱し溶融し凝固させてなるフィレットにより前記フィンと前記偏平管が接合されてなり、前記偏平管表面および偏平管ろう付け部分の電位が前記フィンに対し０〜５０ｍＶ卑となる電位バランスを有することを特徴とする。
本発明の熱交換器において、前記フィンが、質量％でＭｎ：１．３〜１．８％、Ｓｉ：０．７％以下、Ｆｅ：０．３％以下、Ｚｎ：０．７〜２．５％を含有し、残部Ａｌと不可避不純物の組成を有するアルミニウム合金からなることが好ましい。

本発明のプレートフィン型熱交換器用偏平管であるならば、フィンの溝部あるいは孔部に対しろう付け組成物の塗膜を表面に形成した偏平管を嵌合して組み立てても表面の塗膜が適度な硬度と表面粗さを有するので、組み立て時の塗膜の剥離や脱落を抑制できる。このため、ろう付け時に十分な量の塗膜をフィンと偏平管のろう付け部分に供給することができ、良好なろう付け部分を有するろう付け強度の高い状態でフィンに接合できる偏平管を提供できる。
Ｓｉを含むろう粉末とＺｎ含有フラックスとバインダを規定量含有する望ましい組成の塗膜を望ましい塗布量で表面に有した偏平管であるならば、良好なろう付け性と優れた耐食性を併せ持つろう付けができる。このため、フィンに対するろう付け強度の高い、ろう付け部分の優れた耐食性を有する偏平管を提供できる。
偏平管についてＭｎとＳｉとＣｕを望ましい範囲含有したアルミニウム合金から形成するならば、押出による製造が容易であり、強度が高く、曲げ性に優れた偏平管を提供することができ、この偏平管を用いたフィンとの接合構造を提供できる。

前述の偏平管とフィンを接合してなる熱交換器であって、偏平管とフィンのフィレットの電位がフィンに対し０〜５０ｍＶ卑な電位バランスの熱交換器とするならば、偏平管とフィンの接合強度が高く、熱交換器としての強度が高いとともに、耐食性に優れた熱交換器を提供できる。
ＭｎとＳｉとＦｅとＺｎを特定範囲としたアルミニウム合金からなるフィンならば、強度が高く、曲げ剛性に優れ、ろう付け性に優れ、犠牲陽極効果による耐食性にも優れた熱交換器を提供できる。

本発明に係る第１実施形態の熱交換器用偏平管と熱交換器を示すもので、図１（Ａ）は熱交換器を組み立てた状態を示す斜視図、図１（Ｂ）は同偏平管の詳細図。 本発明に係る第２実施形態の熱交換器用偏平管と熱交換器を示すもので、図２（Ａ）は熱交換器を組み立てた状態を示す斜視図、図２（Ｂ）は同熱交換器の部分断面図、図２（Ｃ）は同偏平管とプレート型フィンの接合部分を示す断面図。 偏平管とプレート型フィンのろう付け部分断面においてフィレットサイズを示す説明図。

以下、添付図面に示す実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
本実施形態の熱交換器１は、図１（Ａ）に示すように、熱媒としての流体を通す複数の偏平型の偏平管（チューブ）２と、これら偏平管２の外表面に接触して熱を放散するための複数のプレート型のフィン３と備え、偏平管２内を流通する熱媒体としての流体と、フィン３間を流通する空気との間で熱交換がなされる。これら偏平管２及びフィン３は、いずれもアルミニウム合金から構成されている。

偏平管２は、図１（Ｂ）に例示するように幅寸法に対して高さ（厚み）が小さい偏平な形状であり、その外周を形成する周壁４の内側に幅方向に間隔をおいて複数の内柱（仕切壁）５が形成され、周壁４の内側空間が相互に平行な複数の内部流路６に分割された構造の、いわゆる多穴管である。
なお、一例として偏平管２は図１（Ａ）（Ｂ）に詳細構造を示すように、２０個程度の内部流路６を形成した構造が採用されるが、図２（Ｂ）では図を簡略化するために６個の内部流路６を形成した構造として示している。

偏平管２を構成する周壁４は、相互に対向して平行に離間配置された平面壁４Ａ、４Ａとこれら平面壁４Ａ、４Ａの幅方向両端側を個々に一体に連結した断面半円型のコーナー壁４Ｂとからなる。一方のコーナー壁４Ｂと他方のコーナー壁４Ｂとの間に内柱５が図１（Ｂ）に示す形態ではほぼ等間隔で１９個平行に形成されているので、図１（Ｂ）に示す偏平管２は、２０個の内部流路６が形成されている。なお、偏平管２はアルミニウム合金の押出成形により一体形成されている。
一般的な規模の熱交換器１に適用される偏平管２において内部流路６は数個〜数１０個形成される。また、偏平管２は高さ（総厚）１ｍｍ〜数ｍｍ程度、幅数１０ｍｍ程度であって、内部流路６を区画する内柱５の肉厚は、０．１〜１．５ｍｍ程度の肉薄構造が採用される。

偏平管２を構成するアルミニウム合金の一例として、質量％でＭｎ：０．２〜１．５％、Ｓｉ：０．２〜０．５％、Ｃｕ：０．１％未満を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金を適用することができる。
以下に偏平管２を構成するアルミニウム合金の組成限定理由について説明する。
「Ｍｎ：０．２〜１．５％」
Ｍｎは偏平管２を構成するアルミニウム合金の曲げ性、強度に影響があり、０．２％未満では強度不足となり易く、１．５％を超える含有量では押出が困難となり易く、曲げ性も劣化する。
「Ｓｉ：０．２〜０．５％」
Ｓｉは偏平管２を構成するアルミニウム合金の曲げ性、強度に影響があり、０．２％未満では強度不足となり易く、０．５％を超える含有量では曲げ性が劣化する。
「Ｃｕ：０．１％未満」
Ｃｕは偏平管２を構成するアルミニウム合金の耐食性に影響があり、０．１％以上の含有量であると耐食性が劣化する。

フィン３は、一例として、質量％でＭｎ：１．３〜１．８％、Ｓｉ：０．７％以下、Ｆｅ：０．３％以下、Ｚｎ：０．７〜２．５％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金を適用することができる。
以下に偏平管２を構成するアルミニウム合金の組成限定理由について説明する。
「Ｍｎ：１．３〜１．８％」
Ｍｎはフィン３を構成するアルミニウム合金の強度に影響があり、１．３％未満では曲げ性が劣化し易く、フィン倒れを生じ易く、１．８％を超える含有量では生産性に問題を生じ易い。

「Ｓｉ：０．７％以下」
Ｓｉはフィン３を構成するアルミニウム合金の強度に影響があり、０．７％を超える含有量では、ろう付け性劣化、フィン倒れを生じ易い。
「Ｆｅ：０．３％以下」
Ｆｅはフィン３を構成するアルミニウム合金の自己耐食性に影響があり、０．３％を超える含有量では自己腐食速度の劣化から、犠牲防食効果の不足になり易い。
「Ｚｎ：０．７〜２．５％」
Ｚｎはフィン３を構成するアルミニウム合金の耐食性（犠牲防食効果）に影響があり、０．７％未満では犠牲防食効果が不足し、２．５％を超える含有量では自己腐食速度の劣化から、犠牲防食効果の不足になり易い。

ろう付け前の偏平管２において、平面壁４Ａの外表面には、以下に説明するろう付け用組成物からなる塗膜１０が形成されている。
塗膜１０を構成するろう付け用組成物は、例えば、ろう粉末とフラックスとバインダとからなるろう付け組成物である。ろう粉末としては、Ｓｉ粉末、Ａｌ−Ｓｉ粉末、Ａｌ−Ｓｉ０−Ｚｎ粉末等が用いられ、フラックスとしては、Ｋ_１−３ＡｌＦ_４−６、Ｃｓ_１−３ＡｌＦ_４−６、Ｃｓ_０．０２Ｋ_１−２ＡｌＦ_４−５、ＡｌＦ_３、ＫＦ、ＫＺｎＦ_３、Ｋ_２ＳｉＦ_６などのフッ化物系フラックスが用いられ、バインダとしてはアクリル系樹脂が用いられる。
ろう粉末とフラックスおよびバインダからなるろう付け用組成物の一例として、ろう粉末：２〜３ｇ／ｍ^２およびフラックス：４〜７．５ｇ／ｍ^２と、これらの合計量に対しバインダを固形分重量％で１０〜２０％含有したろう付け用組成物を用いることができる。

塗膜１０において、ろう粉末の量が２ｇ／ｍ^２未満ではろう付け不良となり易く、ろう粉末の量が６ｇ／ｍ^２を超える量では塗膜が未反応となり易い。
塗膜１０において、フラックスの量が４ｇ／ｍ^２未満では塗膜未反応となり、ろう付け困難となり易く、フラックスの量が１２．０ｇ／ｍ^２を超える場合、耐食性不良となり易い。
塗膜１０において、バインダの量が１０％未満では、塗膜硬度が少なくなり易く、バインダの量が２０％を超える量では塗膜が未反応となり易い。

塗膜１０の塗布量は８〜２０ｇ／ｍ^２が好ましい。本実施形態の場合、偏平管２の外部全面にわたって塗膜１０が塗布されていてもよいが、図１に示す嵌合構造に対応するため、フィン３と接触しない幅方向の他端部を除き、フィン３と接触する幅方向の一端部（後述する溝７の奥側に接するフィン３の幅方向一端部）から扁平な表面にかけた部分（図１の（Ｂ）に示す右端部側のコーナー壁４Ｂとそれに連続する表面裏面部分）に塗膜１０が塗布されていてもよい。
ろう付け組成物の塗布方法は、本実施形態において特に限定されるものではなく、スプレー法、シャワー法、フローコータ法、ロールコータ法、刷毛塗り法、浸漬法、静電塗布法などの適宜の方法によって行うことができる。
塗膜１０の塗布量が８ｇ／ｍ^２未満では、充分なフィンフィレットを築くことができず、耐食性不足となり易く、塗布量が２０ｇ／ｍ^２を超える量であると、塗膜が未反応となりやすく、ろう付け不良を引き起こすおそれがある。塗布量８〜２０ｇ／ｍ^２の範囲であるならば、前述の塗膜硬度を実現できる必要量の範囲であり、偏平管２とフィン３を確実にろう付けすることができ、耐食性も併せ持つことができる最適の範囲である。

塗膜１０を偏平管２の表面に形成した後、偏平管２に矯正処理を施す。偏平管２を押出により製造した後、偏平管２の高さ（厚さ）を押出後の高さ（厚さ）に対して５〜１５％圧縮するような圧下をかける。圧下率が５％未満では表面粗さＲａを５μｍ以下にすることができず、硬さも低くなる。圧下率が１５％を超える場合は偏平管の内柱５がくの字型に座屈するおそれがある。

一方、フィン３は、長方形板状に形成され、一定の間隔をおいて複数相互に平行に配置されており、それらの一側部に、偏平管２を幅方向に挿入する溝部７が側部の長手方向に沿うように所定間隔で複数形成されている。また、各溝部７の両側縁には、フィン３に対し垂直に立ち上げてなる片型の立ち上げ部８が一体に形成されている。
そして、偏平管２とフィン３とは、一定間隔に並べた複数のフィン３の一側方から図１（Ａ）の矢印で示すように、偏平管２を幅方向に沿って各溝部７内に嵌合し固定することで組み立てられている。この構造の場合、偏平管２は、幅方向一端部から扁平な表面にかけた部分が溝部７内に収容され、幅方向の他端部は溝部７の開口部に配置されており、また、溝部７の立ち上げ部８が偏平管２の扁平な表面（表面壁４Ａに塗布されている塗膜１０の表面）に接触している。そして、偏平管２の幅方向一端部から扁平な表面にかけた部分がフィン３に対し、以下に説明するろう付けにより固定されている。

塗膜１０を塗布した偏平管２を図１の矢印で示すようにフィン３の溝部７内に嵌合した後、全体を加熱炉に入れて加熱することにより、偏平管２表面の塗膜１０を溶融させ、その後、冷却し固化させることで、フィン３と偏平管２の当接部分に塗膜の溶融凝固物であるフィレットを形成し、偏平管２とフィン３をろう付けし、熱交換器１を形成することができる。

前述の組み立て作業において、偏平管２はフィン３の溝部７の両側縁に擦られながら溝部７内に嵌合されることになり、フィン３の溝部７の両側縁に形成されている立ち上げ部８が偏平管２表面に塗布されている塗膜１０の一部を削り取ってしまうおそれがある。
しかし、本実施形態の塗膜１０の表面粗さＲａが５μｍ以下であり、塗膜１０の硬度が鉛筆引っ掻き硬度３Ｂ以上、Ｈ以下であるので、フィン３の溝部７に沿って偏平管２がある程度の摩擦を生じながら嵌合されたとしても、嵌合時に立ち上げ部８によって削り取られる塗膜量を少なくすることができ、偏平管２の表面にろう付けに必要十分な量の塗膜１０を残留させることができる。
即ち、塗膜１０が表面粗さＲａで５μｍ以下であるならば、嵌合時に偏平管２が溝部７に対しある程度低い摩擦でもって滑りつつ嵌合するので、塗膜１０が削り取られる割合を少なくできる。また、嵌合する場合について、塗膜１０の硬度が鉛筆引っ掻き硬度３Ｂ以上、Ｈ以下であり、適度な硬度を有しているため、嵌合時に偏平管２が溝部７に対してある程度低い摩擦でもって滑りつつ嵌合することができ、前記表面粗さＲａの規定も関連し塗膜１０が削り取られる割合を少なくできる。

また、偏平管２の表面から削り取られたろう付け用組成物はフィン３の溝部７の側縁付近の表面に付着しており、ろう付け時に加熱されると、溶融してフィン３と偏平管２との間に流動して周囲のろう材と合流し、フィレットを形成するとともに、フィン３と偏平管２との隙間が小さい場合に、その隙間にも侵入する。
したがって、偏平管２の表面に残留しているろう付け用組成物により、フィレット不足を生じることなく、フィン３と偏平管２を確実にろう付けできる。

この場合、塗膜１０の表面の表面粗さＲａが５μｍを超える粗さでは、フィン３の溝部７に対し偏平管２を嵌合する際の摩擦によって塗膜１０の剥離量が大きくなり、フィレットの生成不足となってろう付け不良となるおそれがある。更に、塗膜１０の表面粗さＲａが５μｍを超えるようであると、塗膜１０の剥離する割合が増大し、嵌合時に偏平管２が溝部７の側縁に引っ掛かる、かじり現象を生じるおそれもある。
塗膜１０の鉛筆引っ掻き硬度が３Ｂ未満では塗膜１０が柔らか過ぎてフィン３の溝部７に偏平管２を嵌合する際の摩擦により塗膜１０の剥離量が大きくなり、ろう付け不良となるおそれがある。また、嵌合時に偏平管２がフィン３の溝部７の側縁に引っ掛かるという、かじり現象を生じ、塗膜の剥離によるろう付け不良に繋がるおそれもある。

なお、ろう付けに際し、不活性雰囲気などの適切な雰囲気で適温に加熱し、塗膜１０を溶融させる。これによりフラックスの活性度が上がって、フラックス中のＺｎなどの成分が偏平管２の表面とフィン３の表面に拡散し、それら部材の肉厚方面に拡散するのに加え、偏平管２の表面とフィン３の表面の酸化皮膜を破壊してぬれを促進する。
ろう付けのための加熱温度は、上述したように、塗膜１０の融点以上であるが、上述した組成からなるろう付け組成物の場合、５８０〜６１０℃の範囲に加熱することができ、１〜１０分程度保持した後、冷却することができる。

本実施形態の塗膜１０の構造によれば、ろう付けのために偏平管２をフィン３の溝部７に嵌合して表面の塗膜１０をフィン３の溝部７の周縁部分で擦り付けたとしても、塗膜１０が削り取られる量は少ない。このため、ろう付け部分に十分な塗膜１０を残してろう付けができるので、良好なろう付けがなされ、偏平管２とフィン３との間に十分なサイズのフィレットを形成できる。
良好なろう付けがなされた熱交換器１においては、偏平管２の表面および偏平管２とフィレットの電位がフィン３に対し０〜５０ｍＶ卑となる電位バランスを有することが好ましい。
このような電位バランスを有することにより、耐食性に優れた熱交換器１とすることができる。偏平管２の表面および偏平管２とフィレットの電位差が−となる場合は耐食性が不足し、５０ｍＶを超えるようであると、腐食によってフィン３の早期脱落を生じるおそれがある。

一般にフィンとフィレットの電位バランスは、自動車用の熱交換器ではフィンが最も卑になるように設計され、フィン脱落を抑制することによって、フィンによる犠牲防食効果を最大限発揮し得る設計とされる。自動車用熱交換器と同等の設計思想を空調用熱交換器に適用した場合、空調用熱交換器は第一フィン間やヘアピン部などのフィンに覆われていない箇所は自己耐食能力が不足しているが、これらの部位において腐食により貫通孔が発生し、冷媒漏れを引き起こすおそれがある。そこで、フィン３のフィレット（ろう付け部分）がフィン３と同じもしくは若干卑になるようにすることで、フィン３に覆われていない部位の犠牲層を充実化し、この部位にて耐食目標前に貫通孔があくことを抑制できる。
なお、空調用熱交換器は、自動車用熱交換器とは異なり、フィレットが面接触（フィレット体積が大きい）となっており、脱落までの時間を稼ぐことができるので、以上のような耐食機構が可能となる。

また、空調用熱交換器は自動車用熱交換器とは異なり、熱交換器を曲げてユニットに収納する。この熱交曲げ加工荷重は、偏平管２の機械的性質によって決定される。熱交曲げ加工荷重が高い場合には、フィン３の変形が発生し、外観を悪くするばかりでなく、熱交換性能も劣化させる。
一方、機械的性質が低い場合、耐圧強度が低下してしまう。この熱交曲げ加工と耐圧強度を両立できる合金組成範囲として、上述の合金組成範囲が望ましい。なお、合金組成は使用する偏平管形状によって上述の範囲から適宜選択して良い。
フィン３は犠牲防食の他、熱交曲げ加工時に変形し難い特性が要求されるので、これらを両立できる範囲として、上述の合金組成範囲を選択することが好ましい。

図２は、本発明に係る熱交換器の第２実施形態を示している。
この実施形態の熱交換器１１は、熱媒としての流体を通す複数本の偏平管（偏平管）１２と、これら偏平管１２が串刺し状態に嵌合することにより偏平管１２の外表面に接触して熱を放散する多数のフィン１３と、各偏平管１２を連結するヘッダ管１４と、このヘッダ管１４を通して流体を偏平管１２に供給する供給管１５及び偏平管１２を経由した流体を回収する回収管１６とを備えている。これら偏平管１２、フィン１３、ヘッダ管１４、供給管１５及び回収管１６は、いずれもアルミニウム合金から構成されている。

また、偏平管１２は、図１の偏平管と同様、幅寸法に対して高さ（厚み）が小さい扁平形状とされており、長さ方向の途中で折り曲げ形成されることにより、直管部１７の間にＵ字状の曲管部１８が屈曲形成され、その直管部１７の各端部がヘッダ管１４に接続されている。このヘッダ管１４は、内部が複数に分割され、そのヘッダ管１４の両端部に供給管１５及び回収管１６が接続されていることにより、供給管１５から回収管１６に向けて各偏平管１２がヘッダ管１４内を経由して順次連結状態とされ、流路が蛇行状に形成される。

一方、フィン１３は、一定の間隔をおいて相互に平行に配置されており、偏平管１２を部分的に嵌合する孔部１９が複数形成されている。また、孔部１９の周縁部にはバーリング加工が施されており、図２（Ｃ）に示すように、孔部１９の周縁部を垂直に立ち上げてなる立ち上げ部２０が一体に形成されている。
そして、偏平管１２とフィン１３とは、一定間隔に並べたフィン１３を串刺しするように、フィン１３の孔部１９内に偏平管１２の直管部１７が嵌合し、その直管部１７の部分でフィン１３がろう付けにより固定されている。

この形態の熱交換器１１を組み立ててろう付けする場合、ろう付け前の組み立ての段階においてフィン１３の孔部１９内に偏平管１２の直管部１７を嵌合して組み立てる必要がある。このため、直管部１７にろう付け用組成物の塗膜を塗布しておく場合、嵌合により塗膜が剥がされるおそれがあるので、先の第１実施形態の場合と同様に表面粗さＲａと鉛筆引っ掻き硬度を規定した塗膜１０を適用する。

偏平管１２の直管部１７をフィンの孔部１９内に挿入するようにしてフィン１３を一枚ずつ嵌め込む。あるいは、予めフィン１３を複数枚並べておいて偏平管１２を差し込むこともできる。
この際には、図２（Ｃ）に示すように、フィン１３の立ち上げ部２０が挿入方向の後方を向くように挿入される。そして、多数枚のフィン１３を順次嵌め込み、前方のフィン１３の立ち上げ部２０に後方のフィン１３の表面が接触した状態とすることにより、各フィン１３が立ち上げ部２０の長さに相当する一定の間隔を開けて配置される。 このようにして多数枚のフィン１３を偏平管１２に嵌め込んだ後、全体を加熱炉に入れて加熱することにより、偏平管１２表面のろう付け用組成物を溶融させ、その後、冷却して固化させフィン１３と偏平管１２とを一体化する。

前述の組み立て作業において、フィン１３は偏平管１２の直管部１７表面を擦りながら嵌め込まれることになり、フィン１３が偏平管１２表面に塗布されている塗膜１０の一部を削り取ろうとするが、塗膜１０の表面粗さＲａが５μｍ以下であり、塗膜１０の硬度が鉛筆引っ掻き硬度３Ｂ以上、Ｈ以下であるので、削り取られる量は少なく、ろう付け部分に必要十分なろう付け用組成物が残留している。
このため、ろう付け部分に良好なフィレットを形成することができ、第１実施形態の熱交換器１の場合と同様、フィン１３と偏平管１２を良好な強度でろう付けすることができる。

表１に示す組成のアルミニウム合金鋳塊を均質化処理した後、押出加工することにより、表４に示す高さ（厚さ）、外壁厚さ、内柱太さ（仕切壁厚さ）、穴幅（内部流路幅）、穴高さ（内部流路高さ）、穴数（内部流路数）の偏平押出管（偏平管）を作製した。
各偏平管の表裏面に表３に示すＳｉ粉末量、フラックス量（ＫＺｎＦ_３量）、バインダ量のろう付け組成物からなる塗膜を表３に示す塗布量で塗布し、試験用の塗膜付き偏平管を得た。
表２に示す組成のアルミニウム合金の鋳塊を均質化処理した後、熱間圧延と冷間圧延を施して厚さ０．１ｍｍのプレートフィンを複数作成した。これらのプレートフィンを図２に示す構造と同じように、５０枚フィンピッチ１．４ｍｍとして幅約７０ｍｍ（積層フィン５０枚が占める積層方向の全体幅）になるように積層し、前記偏平押出管を図２に示す構造と同じようにＵ字形に加工して３段、合計６段、高さ約８５ｍｍ（Ｕ字形偏平管６段合計の全体高さ）になるように配置し、各プレートフィンに形成した溝に偏平押出管を通過させて図２に示す概形と類似形状となるように組み立て、熱交換器試験体を形成した。表３に各合金からなるフィレットの電位（ｖｓカロメル飽和電極による電位測定：２.６７％ＡｌＣｌ_３水溶液）を併記した。

各熱交換器試験体に対し、１００％窒素を満たした加熱炉において６００℃に３分間加熱後、冷却するろう付け処理を行ってろう付け構造の熱交換器を得た。
得られた熱交換器について、塗膜表面粗さ（算術平均粗さＲａ：ＪＩＳＢ６０１規定）の測定、鉛筆引っ掻き試験による硬度測定、ｖｓカロメル飽和電極による電位測定（２.６７％ＡｌＣｌ_３水溶液）、ろう付け性試験、破壊圧力測定、耐食性について試験した。
それらの試験結果について表８〜表１０に示す。
「ろう付け性」
フィン接合率１００％は○、７０〜９９％は△、７０％未満は×で示す。
フィレットサイズがフィン厚さの２．０倍以上は◎、１．５倍以上〜２．０倍未満は○、１．０倍以上〜１．５倍未満は△、１．０倍未満は×で示す。
フィレットサイズとは、図３に示すように偏平管の表面とその上に設置されているフィンとの間にろう付けによりフィレットが形成されている場合、フィンの角部の外側に拡がるように形成されているフィレットの断面において、斜め４５゜方向の厚さを示す。より詳しくは、フィレットが付着しているフィン外面に沿って垂線を偏平管の表面に降ろした位置から４５゜斜め上方に向かう方向に沿うフィレットの厚さをフィレットサイズと称する。

「ろう付け後破壊圧力」
ろう付け後の破壊圧力を測定した。破壊圧力の測定は、測定対象の偏平管に直接、手動ポンプで水圧を付与して破壊した時の圧力値（ＭＰａ）を読み取った。
「耐食性」
ＳＷＡＡＴ試験（５０日）後の評価を行った。ＳＷＡＡＴ試験５０日後の残存率７０％以上は◎、６０％以上〜７０％未満は○、４０％以上〜６０％未満は●、２０％以上〜４０％未満は△、２０％以下は×で示す。
残存率はフィンの残存率とフィンフィレットの残存率を個別に計測した。
「貫通孔発生時期」
ＳＷＡＡＴ試験により偏平管に貫通孔が発生した時期を計測した。

表５〜表１０に記載のように、表面粗さＲａ５μｍ以下、鉛筆引っ掻き硬度３Ｂ以上、Ｈ以下の塗膜を表面に形成した偏平管を用いた実施例１〜９０の試料は、いずれも良好なフィン接合率、フィレットサイズを示し、ろう付け後の破壊圧力も高く、耐食性にも優れていた。
これらに対し、表面粗さＲａ５μｍ以下、鉛筆引っ掻き硬度３Ｂ以上、Ｈ以下、バインダ量の何れかの条件を満足していない比較例１、２、３の試料は、フィン接合率が低く、フィレットサイズが小さく、破壊圧力も低くなった。

Ｓｉ粉末量とＺｎフラックス量がより好ましい範囲に比べて少ない塗膜種を用いた実施例１〜１０、１２〜２１に対し、実施例１１はＳｉ粉末量とＺｎフラックス量を過剰に添加した例であるが、実施例１１の試料の耐食性は実施例１〜１０の試料よりも低下した。
実施例１〜１０の試料より実施例１２〜２１の試料の方がＳＷＡＡＴ５０日後フィン残存率が悪いが、ＳＷＡＡＴ５０日後のフィンフィレット残存率が優れているので総括的耐食性は良い。
なお、表８〜表１０に示す耐食性を示すＳＷＡＡＴ試験において、フィンによる犠牲防食効果を得るためには、ＳＷＡＡＴ５０日後フィン残存率とフィンフィレット残存率の比較において、フィンフィレット残存率の方がより重要と考えている。フィンフィレット残存率は重要であるが、Ｚｎ供給量を増やした場合は、チューブの自己耐食性も向上する。このため、フィン残存率が優れていれば、フィンフィレット残存率は×であっても耐食性は合格と考えることができる。逆に言えば、Ｚｎ供給量が少ない試料はチューブの自己耐食性が低くなるため、フィンによる犠牲防食が重要となり、フィンフィレット残存率は○か◎でなくてはならなくなる。

実施例５、２２、２３、２４を対比すると、ＫＺｎＦ_３からなるフラックスの量が多くなるにつれて、耐食性が向上していることがわかる。

なお、実施例５８〜６８と実施例８０〜９０は実施例１〜１０、１２〜２１、２６〜４６と比較し、ＳＷＡＡＴ５０日後のフィンフィレット残存率が×であるが、これらの試料の偏平管は自己耐食性が優れているため、偏平管・貫通孔発生時期までの日数が長く良好な構造といえる。このため有用な組み合わせと考えることができる。
これらの実施例で重要なことは、偏平管に腐食で孔があかないこととなる。このため、偏平管・貫通孔発生時期までの日数が長い試料ほど有用となる。

なお、実施例５８〜６８の試料、実施例８０〜９０の試料が実施例６９〜７９の試料に対しフィンフィレット残存率が低く、フィン残存率に優れているのは、使用されているフィンのＺｎ含有量が少なく、フィンの自己耐食性が優れているためである。実施例５８〜６８の試料、実施例８０〜９０の試料は、フィンフィレットの消失が早く、フィンによるチューブへの犠牲防食効果が小さいため、これによる消耗が少ないことによる。

１…熱交換器、２…偏平管（チューブ）、３…フィン、４…周壁、４Ａ…表面壁、４Ｂ…コーナー壁、５…内柱（仕切壁）、６…内部流路、７…溝部、８…立ち上げ部、１０…塗膜、１１…熱交換器、１２…偏平管（偏平管）、１３…フィン、１４…ヘッダ管、１５…供給管、１６…回収管、１７…直管部、１８…曲管部、１９…孔部、２０…立ち上げ部。

Claims (5)

1. 溝部あるいは孔部を複数備えたプレート型のフィンが複数、所定の間隔をあけて配置され、各フィンに形成されている溝部あるいは孔部に嵌合されるプレートフィン型熱交換器用偏平管であって、
   Ｓｉを含むろう粉末とＺｎを含有したフッ化物フラックスとの混合物にバインダを添加してなるろう付け組成物の塗膜であり、表面粗さＲａ５μｍ以下、鉛筆引っ掻き硬度３Ｂ以上、Ｈ以下の塗膜が表面に形成されたプレートフィン型熱交換器用偏平管。
2. Ｓｉを含むろう粉末：２〜６ｇ／ｍ^２、Ｚｎ含有フラックス：４〜１２．０ｇ／ｍ^２を含有し、前記Ｓｉを含むろう粉末と前記Ｚｎ含有フラックスの合計量に対し、１０〜２０％のバインダを含む塗膜であり、この塗膜を８〜２０ｇ／ｍ^２の塗布量で表面に配置した請求項１に記載のプレートフィン型熱交換器用偏平管。
3. 質量％でＭｎ：０．２〜１．５％、Ｓｉ：０．２〜０．５％、Ｃｕ：０．１％未満、残部Ａｌと不可避不純物の組成のアルミニウム合金の押出材から構成された請求項１または請求項２に記載のプレートフィン型熱交換器用偏平管。
4. 溝部あるいは孔部を複数備えたプレート型のフィンが複数、所定の間隔をあけて配置され、各フィンに形成されている溝部あるいは孔部に請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の偏平管が嵌合され、各偏平管表面に塗布された塗膜を加熱し溶融し凝固させてなるフィレットにより前記フィンと前記偏平管が接合されてなり、前記偏平管表面および偏平管ろう付け部分の電位が前記フィンに対し０〜５０ｍＶ卑となる電位バランスを有することを特徴とするプレートフィン型熱交換器。
5. 前記フィンが、質量％でＭｎ：１．３〜１．８％、Ｓｉ：０．７％以下、Ｆｅ：０．３％以下、Ｚｎ：０．７〜２．５％を含有し、残部Ａｌと不可避不純物の組成を有するアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項４に記載のプレートフィン型熱交換器。

Images