JP3627876B2 - アルミニウム製熱交換器の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、アルミニウム及びその合金製(以下にアルミニウム製という)熱交換器の製造方法に関するもので、更に詳細には、例えばアルミニウム製熱交換器を構成する押出偏平管とフィンのろう付方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、アルミニウム製フィンとアルミニウム製熱交換管とをろう付したアルミニウム製熱交換器が広く使用されており、また、熱交換効率の向上を図るために、熱交換管の形状は偏平管である。
【0003】
このように構成される熱交換器を作製するために、従来ではフィンと押出偏平管とをろう付する方法として、
(1)Al−Si系のろう材がクラッドされたブレージングシートを偏平電縫管にして、生地材からなるフィンとろう付する方法、
(2)フィン材に亜鉛を含有させて電位を押出偏平管より卑すなわち低電位にすることによりフィン材を犠牲陽極にして防食を図れるようにするろう付方法、
(3)押出偏平管表面に化学的に、あるいは溶射等の手段を用いて亜鉛等の電位が低い金属を付着させ、ろう付時の拡散で表面に電位が卑すなわち低電位の層(拡散層)を生成させて、表面を犠牲陽極にして防食を図れるようにしたろう付方法(特開昭60−18294号公報参照)が知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記(1)のろう付方法においては、Al−Si系ろう材を用いることによって、押出偏平管表面に母材より高電位な層を設けることはできるが、偏平電縫管のままでは耐圧強度を確保できないという問題があった。耐圧強度を上げるためには、偏平電縫管内に隔壁を形成するインサートフィンを挿入して電縫管内面と接合して耐圧強度を増加させるなどの手段が必要であり、製造工程が煩雑になるという問題があった。
【0005】
また、上記(2)のろう付方法においては、フィンピッチが粗い場合、又は押出偏平管にフィンの無い部分がある熱交換器の構造においては、部分的に著しく耐食性の劣る状態となるという問題があった。
【0006】
一方、上記(3)のろう付方法においては、押出偏平管表面が犠牲防食の場合、腐食が進行すると押出偏平管とフィンとの剥離が生じて、熱交換器としての性能が維持できなくなるという問題があった。
【0007】
この発明は上記事情に鑑みなされたもので、耐食性及び耐圧強度に優れたアルミニウム製熱交換器の製造方法を提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、アルミニウム偏平管及びアルミニウムフィンから構成される熱交換器の製造方法において、アルミニウムとの共晶点がアルミニウム製の押出偏平管より低溶融点である銅又は珪素又はその両方と、フラックス粉末と、バインターとを混合して、上記押出偏平管表面に塗布し、共晶点以上に加熱して、上記混合物と母材表面との合金化で上記押出偏平管表面に母材より高電位のろう材合金層を生成させて、上記アルミニウムフィンとろう付を行うことを特徴とする。
【0009】
請求項2記載の発明は、アルミニウム偏平管及びアルミニウムフィンから構成される熱交換器の製造方法において、アルミニウムとの共晶点がアルミニウム製の押出偏平管より低融点である銅又は珪素又はその両方と、アルミニウム粉末と、フラックス粉末と、バインダーとを混合して、上記押出偏平管表面に塗布し、共晶点以上に加熱して、上記混合物の合金化で上記押出偏平管表面に母材より高電位のろう材合金層を生成させて、上記アルミニウムフィンとろう付を行うことを特徴とする。
【0010】
請求項3記載の発明は、アルミニウム偏平管及びアルミニウムフィンから構成される熱交換器の製造方法において、アルミニウムとの共晶点がアルミニウム製の押出偏平管より低融点である銅又は珪素又はその両方の粉末を、上記押出偏平管表面に溶射すると共に、フラックスを塗布し、共晶点以上に加熱して、上記混合物と母材との合金化で上記押出偏平管表面に母材より高電位のろう材合金層を生成させて、上記アルミニウムフィンとろう付を行うことを特徴とする。
【0011】
請求項4記載の発明は、アルミニウム偏平管及びアルミニウムフィンから構成される熱交換器の製造方法において、アルミニウムとの共晶点がアルミニウム製の押出偏平管より低融点である銅又は珪素又はその両方の粉末と、アルミニウム粉末を、上記押出偏平管表面に溶射し、フラックスを塗布し、共晶点以上に加熱して、上記混合物の合金化で上記押出偏平管表面に母材より高電位のろう材合金層を生成させて、上記アルミニウムフィンとろう付を行うことを特徴とする。
【0012】
この発明において、上記フラックスはフッ化物系フラックス、塩化物系フラックス等いずれでもよいが、非腐食性のフッ化物系フラックスが好ましい。 フッ化物系フラックスとしては、フッ化アルミニウム、アルカリ金属のフッ化物、アルカリ土類金属のフッ化物及びこれらの複合物(例えば、KAl4,K2AlF5・H2O,K3AlF6,AlF3,LiF,CaF2,NaF,Li3AlF6,RbF,CsF,BaF2,AlF3BaF2等)あるいはこれらを主成分としたものが考えられる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【0014】
この発明により製造される熱交換器は、熱媒体の流入口1又は流出口2を有する一対の対峙するヘッダ管3と、互いに平行に配列されてヘッダ管3に連通する熱交換管としての複数の押出偏平管4と、押出偏平管4の間に配設されるフィン5とで構成されている。このように構成される熱交換器において、ヘッダ管3と押出偏平管4はアルミニウム合金製押出形材にて形成され、フィン5はアルミニウム合金製板材を蛇行状に屈曲形成してなり、そして、これらヘッダ管3、押出偏平管4及びフィン5を後述するろう付方法によって一体ろう付して熱交換器が構成されている。
【0015】
例えば上記押出偏平管4とフィン5とをこの発明のろう付方法によってろう付するには、図2に示すように、上記押出偏平管4の母材より高電位のAl−Si,Al−Cu又はAl−Cu−Siのろう材粉末と、フラックス粉末と、バインダーとからなる混合物を、押出偏平管4の表面に塗布すると共に、ろう材溶融温度以上に加熱して、押出偏平管表面にろう材合金層6を生成させて、押出偏平管4とフィン5とをろう付することができる。
【0016】
別のろう付方法としては、アルミニウムとの共晶点がアルミニウム製の押出偏平管4の母材より低溶融点である銅(Cu)又は珪素(Si)とアルミニウムとの粉末を、例えばKAlF4とK3AlF6を混合したフッ化物系フラックス粉末と混合して押出偏平管4の表面に塗布し、共晶点以上に加熱して、上記混合粉末と母材との合金化で押出偏平管4表面に母材より高電位のろう材合金層を生成させて、押出偏平管4とフィン5とをろう付することができる。
【0017】
また、別のろう付方法としては、例えば押出偏平管4の母材より高電位のAl−Si,Al−Cu又はAl−Cu−Siの合金を、押出偏平管表面に溶射する共に、フッ化物系フラックスを塗布し、上記合金の溶融温度以上に加熱して、押出偏平管表面にろう材合金層を生成させて、押出偏平管4とフィン5とをろう付することができる。
【0018】
更に別のろう付方法としては、アルミニウムとの共晶点が例えば押出偏平管4の母材より低溶融点で、Cu又はSi又は両方の粉末を、押出偏平管表面に溶射すると共に、フッ化物系フラックスを塗布し、上記共晶点以上に加熱して、押出偏平管表面に母材より高電位のろう材合金層を生成させて、押出偏平管4とフィン5とをろう付することができる。
【0019】
上記のようにして、押出偏平管4とフィン5とをろう付あるいはヘッダ管3と押出偏平管4とをろう付することにより、従来のようにブレージングシートを伝縫管にした伝導管と比較して、押出偏平管4を用いることにより、断面形状の設計が自由になる。したがって、耐圧強度を加味した設計が可能となる。
【0020】
また、フィンを犠牲陽極とした従来の防食設計では、フィンの無い部分の耐食性が不充分であるが、この発明によれば、押出偏平管4の表面全面にわたって防食されるため、押出偏平管4にフィン5の無い部分があるような熱交換器の設計可能である。
【0021】
更には、押出偏平管表面に犠牲陽極となる層7を設けた熱交換器では、図3に示すように、腐食が進行すると押出偏平管4からフィン5が剥離し、熱交換器としての性能が著しく低下するが、この発明の方法においては、防食では腐食が進んでもフィン5の剥離は生じにくいため、熱交換器性能の低下の虞れはない。
【0022】
なお、上記実施形態では、一対のヘッダ管3の間に複数の押出偏平管4を平行に配列し、押出偏平管4の間にフィン5を介在したパラレルフロー型熱交換器について説明したが、熱交換管としての押出偏平管を蛇行状に屈曲させてヘッダ管に連通し、隣接する押出偏平管の間にフィンを同様に介在させるようにしたサーペインタイン型熱交換器としてもよい。
【0023】
【実施例】
次に、この発明のろう付方法の実施例と比較例との孔食深さについての比較ついて説明する。
★実施例1
・Al−7.5%Si−0.5%Cu粉末
・フッ化物系フラックス
・バインダー(熱可塑型アクリル・コポリマー)
の混合物を押出偏平管4表面上に塗布
ろう材溶融温度(例えば600〜615℃)以上に加熱して、押出偏平管4表面にろう材合金層6を生成させ、フィン5とろう付した。
【0024】
★実施例2
・Si粉末
・フッ化物系フラックス
・バインダー(熱可塑型アクリル・コポリマー)
の混合物を押出偏平管4表面上に塗布
共晶温度577℃以上595℃に加熱して上記粉末と押出偏平管4の母材とで押出偏平管4表面に溶けた金属を生成させ、ろう材として寄与させることによりフィン5とろう付した。
【0025】
★実施例3
・Al−12%Si
を押出偏平管4表面上にアーク溶射
押出偏平管4表面にフッ化物系フラックスを塗布し、ろう材溶融温度(例えば590〜595℃)以上に加熱して、フィン5とろう付した。
【0026】
★実施例4
・Si粉末
・Cu粉末
上記粉末混合物を押出偏平管4表面上にプラズマ溶射
押出偏平管4表面にフッ化物系フラックスを塗布し、共晶温度(例えば560〜570℃)以上に加熱して、上記粉末と押出偏平管4の母材とで押出偏平管4表面に溶けた金属を生成させ、ろう材として寄与させることによりフィンとろう付した。
【0027】
上記実施例1〜4のものと比較例のものを腐食促進試験したところ、表1に示すような結果が得られた。
【0028】
【表1】
【0029】
実験の結果、CASS{キャス試験(JIS H8681)}500時間(hr)においては、実施例1〜4のものは孔食深さが75〜111μmであるのに対し、比較例のものでは242μmであり、1000hrにおいては、実施例1〜4のものは孔食深さ126〜153μmであるのに対し、比較例のものにおいては貫通孔が生じた。また、1500hrにおいては、実施例1〜4のものにおいては孔食深さ177〜233μmであった。また、SST{塩水噴霧試験(JIS Z2371)}5000hrにおいては、実施例1〜4のものは孔食深さ108〜131μmであるのに対し、比較例のものは227μmであることが判り、実施例1〜4のものは比較例のものに比べて腐食の促進が少く、耐食性及び耐圧強度に富むことが判った。
【0030】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明のアルミニウム製熱交換器の製造方法によれば、アルミニウム製熱交換器の耐食性及び耐圧強度性の向上を図ることができ、アルミニウム製熱交換器の寿命の増大を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の製造方法によりろう付された熱交換器の一例を示す概略斜視図である。
【図2】この発明の製造方法によりろう付される押出偏平管とフィンのろう付部の拡大断面図である。
【図3】従来のろう付方法によりろう付される押出偏平管とフィンのろう付部の拡大断面図である。
【符号の説明】
4 アルミニウム製押出偏平管
5 アルミニウムフィン
6 ろう材合金層(アルミニウム合金層)
Claims (4)
- アルミニウム偏平管及びアルミニウムフィンから構成される熱交換器の製造方法において、
アルミニウムとの共晶点がアルミニウム製の押出偏平管より低溶融点である銅又は珪素又はその両方と、フラックス粉末と、バインターとを混合して、上記押出偏平管表面に塗布し、共晶点以上に加熱して、上記混合物と母材表面との合金化で上記押出偏平管表面に母材より高電位のろう材合金層を生成させて、上記アルミニウムフィンとろう付を行うことを特徴とするアルミニウム製熱交換器の製造方法。 - アルミニウム偏平管及びアルミニウムフィンから構成される熱交換器の製造方法において、
アルミニウムとの共晶点がアルミニウム製の押出偏平管より低融点である銅又は珪素又はその両方と、アルミニウム粉末と、フラックス粉末と、バインダーとを混合して、上記押出偏平管表面に塗布し、共晶点以上に加熱して、上記混合物の合金化で上記押出偏平管表面に母材より高電位のろう材合金層を生成させて、上記アルミニウムフィンとろう付を行うことを特徴とするアルミニウム製熱交換器の製造方法。 - アルミニウム偏平管及びアルミニウムフィンから構成される熱交換器の製造方法において、
アルミニウムとの共晶点がアルミニウム製の押出偏平管より低融点である銅又は珪素又はその両方の粉末を、上記押出偏平管表面に溶射すると共に、フラックスを塗布し、共晶点以上に加熱して、上記混合物と母材との合金化で上記押出偏平管表面に母材より高電位のろう材合金層を生成させて、上記アルミニウムフィンとろう付を行うことを特徴とするアルミニウム製熱交換器の製造方法。 - アルミニウム偏平管及びアルミニウムフィンから構成される熱交換器の製造方法において、
アルミニウムとの共晶点がアルミニウム製の押出偏平管より低融点である銅又は珪素又はその両方の粉末と、アルミニウム粉末を、上記押出偏平管表面に溶射し、フラックスを塗布し、共晶点以上に加熱して、上記混合物の合金化で上記押出偏平管表面に母材より高電位のろう材合金層を生成させて、上記アルミニウムフィンとろう付を行うことを特徴とするアルミニウム製熱交換器の製造方法。
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JP25199495A Expired - Lifetime JP3627876B2 (ja) | 1995-09-05 | 1995-09-05 | アルミニウム製熱交換器の製造方法 |
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