JP4804901B2 - 熱交換器及び当該熱交換器用フィン材 - Google Patents
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Description
。また、工業的なZn溶射では、溶射部位及び処理チャンスによる溶射量のバラツキが生じるので、特許文献1の特許請求の範囲に規定されるZn溶射量である2〜8g/m2を超える10〜11g/m2程度もの高溶射量部分が発生する可能性も高い。したがって、このような高Zn溶射量レベルにおいてさえ問題なく使用できるものでなければ、安定的な製品品質が得られる技術とは言えない。
ろう付け後のフィンの長手断面における前記芯材の再結晶粒の平均長さが100〜1000μmであり、かつ、前記長手断面の厚さ方向における前記芯材の再結晶粒の平均個数が3.2個以下であることを特徴とするろう付け加熱後のフィンの耐食性に優れた熱交換器とした。
当該フィン材の長手断面の厚さ方向における前記芯材の母結晶粒の平均個数が3.4個以下に加工調質されたことを特徴とするろう付け加熱後の耐食性に優れたフィン材とした。
また、請求項6では、前記ろう材が、Mn0.05〜0.30重量%を更に含有するようにした。更に請求項7では、前記ろう材のCu含有量を0.40重量%を超え0.60重量%以下とした。
、ろう付け後のフィン長手断面の厚さ方向における芯材の再結晶粒の平均個数を3.2個以下とした。これにより、フィン長手方向に延びる結晶粒界を少なくすることができ、粒界腐蝕の低減が図られる。
まず、本発明に係る熱換器用フィン材について説明する。
本発明に係る熱換器用フィン材は、Mn0.5〜1.8重量%及びZn0.5〜3.0重量%を含有するアルミニウム合金芯材と、この芯材の両面にクラッドされSi6.5〜13.0重量%及びCu0.15〜0.60重量%を含有するAl−Si系合金ろう材で構成された3層クラッド材のブレージングシートから成る。このようなフィン材に代えて
、Mn0.5〜1.8重量%及びZn0.5〜3.0重量%を含有するアルミニウム合金芯材と、この芯材の両面にクラッドされSi6.5〜13.0重量%、Cu0.15〜0.60重量%及びMn0.05〜0.30重量%を含有するAl−Si系合金ろう材で構成された3層クラッド材のブレージングシートから成るようにしてもよい。これらいずれもブレージングシートの厚さは、0.07〜0.11mmであるのが好ましい。
また、芯材中のZnはフィンの電位を卑側に変化させるための元素で、芯材とフィレットやチューブ表面との電位のバランスを整える作用を果たす。Znが0.5重量%未満ではフィンの電位を卑側に変化させる十分な効果が得られず、3.0重量%を超えるとフィンの自己耐食性が低下するので好ましくない。Znは0.9〜2.7重量%とするのがさらに好ましい。
チューブ材表面のZnは、フィンとの接合部のフィレットに拡散濃縮し、フィレットの電位を卑側に変化させ接合部の腐蝕を促進してしまう。ろう材に含有されるCuは電位を貴にする作用を有するので、拡散濃縮したZnによってフィレットの電位が卑になり過ぎるのを防止する。ろう材中のCu含有量は0.15〜0.60重量%とするのが好ましい
。Cu含有量が0.15重量%未満では、Znによってフィレットの電位が卑になり過ぎるのを防止できない。一方、Cu含有量が0.60重量%を超えると、フィレットの電位が貴になり過ぎて相対的に電位が卑であるフィンとの電位差が大きくなり、フィンの腐蝕が過大となる。
また、溶射のバラツキなどによって、チューブ表面におけるZn溶射量の多量な、例えば10〜11g/m2程度にも及ぶ部位が発生する場合には、Znによるフィレット電位の卑側への変化が増加するので、これを防止するためにCu含有量を0.31〜0.60重量%とするのが好ましい。
また、本発明のフィン用ブレージングシートのろう材にはCuとともにMnを添加することができる。MnはCuの効果を補完して、Znの拡散でフィレットの電位が卑になり過ぎるのを抑制する作用を有する。Mn含有量が0.05重量%未満では前記抑制作用の顕著な効果が得られず、Mn含有量が0.30重量%を超えると、ろう付け時のろうの流動性が低下するため不適当である。
まず、ブレージングシートの構成要素となる芯材とろう材の合金スラブをそれぞれ通常の半連続鋳造法で鋳造する。その後、面削や予備熱間圧延などで厚さを調整し所定のクラッド率となるよう組み合わせた芯材とろう材を、熱間圧延でクラッド接合し3層材とする
。この熱間圧延の予備加熱は400〜540℃で0.5〜15時間保持する条件で行われることが望ましい。なお、芯材の均質化処理は、上記熱間圧延の予備加熱処理の前段階ととして予備加熱段階中で行なわれてもよく、また、420〜560℃で0.5〜20時間保持する条件で面削前に予備加熱とは別途行ってもよい。
.5〜10時間の条件で中間焼鈍し、さらに圧下率10〜60%の最終冷間圧延を行い所定のフィン板厚及び加工調質状態とする。また、別の実施態様として、熱間圧延後の冷間圧延の途中に中間焼鈍を更に加えた工程、すなわち第一冷間圧延→第一中間焼鈍→第二冷間圧延→最終中間焼鈍→最終冷間圧延の工程としてもよい。この場合、第一冷間圧延と第二冷間圧延の総圧下率は85〜97%、第二冷間圧延の圧下率を15〜80%、第一中間焼鈍の条件を温度320〜500℃、保持時間0.5〜10時間とし、最終中間焼鈍の条件を同じく温度320〜500℃、保持時間0.5〜10時間、更に最終冷間圧延の圧下率10〜60%とするのが望ましい。
次に、このようにして成形されたブレージングシートは、さらに所定幅にスリットされ、コルゲート成形されてフィン形状とされる。
次に、本発明に係る熱換器用チューブについて説明する。
チューブ材の表面は溶射によってZn濃縮表面とするのが好ましいが、化学的なめっき法等の方法を用いてもよい。また、Zn濃縮の程度は、溶射などの表面付着量として3〜11g/m2の範囲が好ましい。なお、チューブ表面のZn濃度が高過ぎると、Znがフィレットに拡散濃縮して接合部腐食を促進するだけでなく、フィンの芯材結晶粒界へのろう成分の進入とSiの粒界析出を助長しフィンの粒界腐食感受性を高めることになる。
なお、用いるチューブ材の基材合金は、純アルミニウム系、Al−Mn系、Al−Mn−Cu系などから選択できる。チューブは押出しにより製造される扁平形状で、内部に多穴流路を有するものが好適に用いられ、その表面に連続的に溶射によるZn濃縮層が形成される。
最後に、本発明に係る熱交換器について説明する。
本発明に係る熱交換器は、上記のようにして成形したフィン材を、これまた上記のようにして成形したチューブ及び他の部材と組み合わせ、これらをろう付けして製造される。
ろう付け方法としては、フラックスを用いるノコロックブレージング法が好適に用いられる。ろう付け操作における、400℃からろう付け温度に達してろう凝固が終了するに至るまでの加熱工程と冷却工程に要する時間は、特に限定されるものではないが、7〜40分が好適である。ただし、特に短時間処理のために、加熱工程における昇温速度を150℃/分以上とすると、ろう付け後のフィンの芯材結晶粒が微細になり、腐食後のフィン強度がかえって低下することになるので好ましくない。
ろう付後のフィン長手断面において、フィン腐食後の強度確保のために芯材再結晶粒の平均長さが100〜1000μmとするものである。フィン腐食は主に粒界腐食によって進行するが、再結晶粒の平均長さが100μm未満では、フィン全体として存在する結晶粒界が多くなるのでフィン表面から容易に侵食されてしまい、腐食後の強度低下が顕著となるので不適当である。また、再結晶粒の平均長さが実質的に1000μmを超える均一な組織状態を工業的に安定して形成するのは困難である。
厚さ方向の芯材再結晶粒の平均個数は、フィン長手断面で観察長10000μmを50等分するよう厚さ方向に沿って線分を引きその線分が通る結晶粒の個数を平均したものとした。
なお、上記厚さ方向の母結晶粒の平均個数は、前述のろう付け後における再結晶粒の平均個数と同様の方法で測定したものである。
、フィンピッチ2.5mm、フィン山数が上下各4山の全8山にコルゲート成形してフィン1を作製した。
一方、幅16mmで厚さ2mmのAl‐0.3%Cu合金から成るチューブ基材の表面に、溶射量6〜8g/m2又は9〜11g/m2でZnをスプレー溶射して、図1に示す2本のチューブ2を作製した。
腐食後は、まずフィンの接合率を上述のろう付け後の接合率と同様にして測定した。次いで、図1に示すように、上方チューブ2をD1で示される方向に、下方チューブ2をD1とは反対方向のD2で示される方向に引張治具3によって引っ張ることによりフィン破壊荷重を測定した。フィン破壊荷重は、フィン及び接合部が腐蝕による損傷を受けていない場合に高い値を示し、どちらかが顕著な腐食による損傷を受けていれば低い値を示す。
ろう付け前後のフィンの特性と、ろう付け後の腐蝕試験の結果を表4に示す。
、ろう付け後の結晶粒が十分に成長しなかったためである。
、コルゲート成形したフィンの成形高さが不揃となり、その結果、初期のフィン接合率が68%と低く、後の腐食試験を行うに値しなかった。
2 チューブ
3 引張治具
D1、D2 引張方向
Claims (7)
- Mn0.5〜1.8重量%及びZn0.5〜3.0重量%を含有し、Fe0.05〜0.4重量%、Si0.05〜0.4重量%、Cu0.05重量%以下、Ti0.005〜0.3重量%及びB0.02重量%以下から選択される1種又は2種以上を選択添加元素又は不純物として更に含有するアルミニウム合金の芯材と、前記芯材の両面に設けられSi6.5〜13.0重量%及びCu0.15〜0.60重量%を含有し、Fe0.6重量%以下、Ti0.005〜0.3重量%、B0.02重量%以下及びBi0.3重量%以下から選択される1種又は2種以上を選択添加元素又は不純物として更に含有するAl−Si系合金のろう材と、によって構成される3層クラッド材から成るフィン材と;Zn濃縮表面を有するアルミニウム合金チューブとをろう付けした熱交換器において、
ろう付け後のフィンの長手断面における前記芯材の再結晶粒の平均長さが100〜1000μmであり、かつ、前記長手断面の厚さ方向における前記芯材の再結晶粒の平均個数が3.2個以下であることを特徴とするろう付け加熱後のフィンの耐食性に優れた熱交換器。 - ろう付け前の前記長手断面の厚さ方向における前記芯材の母結晶粒の平均個数が3.4個以下である、請求項1に記載のろう付け加熱後のフィンの耐食性に優れた熱交換器。
- 前記ろう材が、Mn0.05〜0.30重量%を更に含有する、請求項1又は2に記載のろう付け加熱後のフィンの耐食性に優れた熱交換器。
- 前記ろう材のCu含有量が0.40重量%を超え0.60重量%以下であり、前記アルミニウム合金チューブのZn濃縮表面におけるZn溶射量が9〜11g/m 2 である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のろう付け加熱後のフィンの耐食性に優れた熱交換器。
- 請求項1又は2に記載のろう付け加熱後のフィンの耐食性に優れた熱交換器に用いるフィン材であって、Mn0.5〜1.8重量%及びZn0.5〜3.0重量%を含有し、Fe0.05〜0.4重量%、Si0.05〜0.4重量%、Cu0.05重量%以下、Ti0.005〜0.3重量%及びB0.02重量%以下から選択される1種又は2種以上を選択添加元素又は不純物として更に含有するアルミニウム合金の芯材と、前記芯材の両面に設けられSi6.5〜13.0重量%及びCu0.15〜0.60重量%を含有し、Fe0.6重量%以下、Ti0.005〜0.3重量%、B0.02重量%以下及びBi0.3重量%以下から選択される1種又は2種以上を選択添加元素又は不純物として更に含有するAl−Si系合金のろう材と、によって構成される3層クラッド材から成り、
当該フィン材の長手断面の厚さ方向における前記芯材の母結晶粒の平均個数が3.4個以下に加工調質されたことを特徴とするろう付け加熱後の耐食性に優れたフィン材。 - 前記ろう材が、Mn0.05〜0.30重量%を更に含有する、請求項5に記載のろう付け加熱後の耐食性に優れたフィン材。
- 前記ろう材のCu含有量が0.40重量%を超え0.60重量%以下である、請求項5又は6に記載のろう付け加熱後の耐食性に優れたフィン材。
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