JPH04198694A - 耐食性及び伝熱性にすぐれた熱交換器 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、カーエアコンのコンデンサやエバポレータ、
あるいはラジェータ、インタークーラ、オイルクーラな
どのようにフィンと作動流体通路構成材料とがろう付に
より接合されるＡｌ熱交換器に関し、特に耐食性および
伝熱性にすぐれた熱交換器に関する。

［従来の技術］ カーエアコンのコンデンサやエバポレータ、あるいはラ
ジェータ、ヒータ、インタークーラ、オイルクーラなど
の熱交換器においては、アルミニウム合金の作動流体通
路構成材料とアルミニウム合金のフィン材とがろう付に
より組立てられている。ろう材は通路構成材料側に配置
する場合とフィン材側に配置する場合がある。後者の場
合通路構成材料として押出チューブが用いられ、フィン
材としてはアルミニウム合金を芯材とし、その両面にＡ
ｌ−８ｔ系合金ろう材をクラッドした複合材が用いられ
る。

押出チューブとしては１０５０．１０７０．１１００な
どの純アルミニウム、あるいは０．５％程度までのＣｕ
やＭｎを含むアルミニウム合金が用いられる。そして、
フィン材には、押出チューブを防食するために犠牲陽極
効果か要求され、又、ろう付は時に高温加熱によって変
形したり、ろうか侵食したりしないように優れた耐高温
座屈性が要求される。ろう付は時の変形やろうの侵食を
防ぐにはＭｎの添加が有効であり、芯材には３００３合
金や３２０３合金などのＡｌ−Ｍｎ系合金が用いられる
。

そして、犠牲陽極効果を付与するためには、Ａｌ−触合
金にＺｎ、　Ｓｎ、　Ｉｎなどを添加して電気化学的に
卑にする方法（例えば特公昭５Ｂ−１２３９５号公報参
照）が提案されている。そして、上記のような押出チュ
ーブとフィン材を組合せた熱交換器は、例えば特公昭５
９−５２７８０に記述されている。

また、本出願人らは、先にＭｎを含有させることなく　
Ｐｅを増量含有させることにより、強度、熱伝導度に優
れた熱交換器フィン材（特願平１−２１８６４８）を提
案した。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上述のように純アルミニウムの押出チューブ
と、Ａｌ−Ｍｎ合金にＺｎ、　Ｓｎ、　Ｉｎなどを添加
したフィン材とを組合せると、ある程度の防食効果は期
待できるが、チューブの電位とフィンの電位が近いため
に、防食距離（犠牲陽極効果の到達距離）が短かく、フ
ィンから離れた部分のチューブに孔食が生じやすいとい
う問題があった。純アルミニウムの押出チューブに変え
てＣｕやＭｎを含む合金の押出チューブを用いると、チ
ューブの電位が責になってフィンとの電位差が大きくな
り、防食距離が長くなる傾向にある。しかし、ＣｕやＭ
ｎを多くするとチューブ（多穴チューブ）の押出性が劣
るようになるため、ＣｕやＭｎの添加量が０．５％程度
に限定され、このため根本的に解決するに至っていない
。

また、最近になって通路構成材料として亜鉛被覆チュー
ブが使われることが多くなり、この場合ろう付時に亜鉛
拡散層を形成しチューブの防食をはかっている。そして
、このようなチューブと従来のフィン材すなわちＡｌ−
ＭｎにＺｎ−５ｎｓ１ｎなどを添加したフィン材とをろ
う付して用いると、フィンよりも亜鉛拡散層の方が電位
が卑であるため、フィンよりも亜鉛拡散層が先に腐食し
、チューブからフィンが離脱してしまうという問題があ
る。

更に、近年、熱交換器の軽量化、コストの低減などの要
求が強く、これに対応するためには熱交換器の構成材料
（作動流体通路構成材やフィン材など）を薄肉化するこ
とが必要となっている。しかしフィン材を薄肉化すると
伝熱断面積が小さくなるために、熱交換性能に支障をき
たすという問題が生じている。

この問題を解決するためには、ろう付は後のフィン材の
熱伝導度を高めることが有効であるが、＾ｌ−Ｍｎ系合
金の芯材の場合、ろう付は時に高温てＭｎが固溶するた
め、熱伝導度の低下が著しい。また、熱伝導度を高める
ために、純アルミニウム（１０５０，１０７０など）に
Ｚｎ、　Ｓｎ、　ＩｎあるいはＣｒ５Ｔｉ、　Ｚｒなど
を添加したフィン材を使用する試みも行なわれているが
、この場合、耐高温座屈性に劣り、また熱伝導度は高い
もののろう付は後の強度が低いためにフィン倒れが生じ
やすく、問題の根本的な解決にはなっていない。

先に提案した「Ｍｎを含有させることな（Ｐｅを増量含
有させることにより、強度、熱伝導度に優れた熱交換器
フィン材」は、芯材の両面にＡｌ−８ｔ系ろう材が存在
しないので、押出チューブと組合わせて熱交換器をつく
るのには適さない。

本発明はこれらの点を根本的に解決せんとするものであ
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、種々のアルミニウム合金について検討を
行い、従来のＡｌ−Ｍｎ系合金を芯材とするフィン材に
比べてろう付は後の熱伝導度が大幅に向上し、強度も高
く、犠牲陽極効果および耐高温座屈性にすぐれたブレー
ジングフィン材を見出し、このフィン材と、純アルミニ
ウムまたはＣｕｓ　Ｍｎを含む合金の押出チューブ、あ
るいは、これらの押出チューブの表面に亜鉛被覆を施し
た押出チューブとを組合せて熱交換器を製作すると、耐
食性および伝熱性にすぐれた熱交換器となることを見出
し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、下記のとおりである。

（１）Ｆｅ　　：　０．８〜１．８％、Ｚｎ：　ＯＪ　
〜３．０％、Ｃｕ　　：０．３％以下を含有し、更にＺ
ｒ　：　０．０５〜０．２５％、Ｃｒ：０．０５〜０．
２５％の１種または２種を含有し、不純物としてのＭｎ
を０．３％以下とし、残部Ａｌ及びその他不可避的不純
物からなるアルミニウム合金を芯材とし、その両面にＡ
ｌ−８ｉ系ろう材を皮材としてなるブレージングシート
をもってフィン材を構成し、Ａｌ純度９９％以上のアル
ミニウム合金からなる押出チューブをもって作動流体通
路を構成し、該作動流体通路にフィンをろう付けしてな
ることを特徴とする耐食性及び伝熱性にすぐれた熱交換
器。

（２）Ｆｅ　：　０．８〜ＩＪ％、Ｚｎ　：　０．３〜
３．０％、Ｃｕ　：０．３％以下を含有し、更にＺｒ：
０．０５〜０．２５％。

Ｃｒ　：　０．０５〜０．２５％の１種または２種を含
有し、不純物としてのＭｎを０．３％以下とし、残部Ａ
ｌ及びその他不可避的不純物からなるアルミニウム合金
を芯材とし、その両面にＡｌ−８ｉ系ろう材を皮材とし
てなるブレージングシートをもってフィン材を構成し、
Ｃｕ：０．５％以下及びＭｎ−０，５％以下の１種また
は２種を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなる
アルミニウム合金からなる押出チューブをもって作動流
体通路を構成し、該作動流体通路にフィンをろう付けし
てなることを特徴とする耐食性及び伝熱性にすぐれた熱
交換器。

（３）上記作動流体通路を構成するアルミニウム合金か
らなる押出チューブの表面に１〜２５ｇ／ｍ２のＺｎ被
覆層を有することを特徴とする請求項（１）記載の耐食
性及び伝熱性にすぐれた熱交換器。

（４）上記作動流体通路を構成するアルミニウム合金か
らなる押出チューブの表面に１〜２５ｇ／ｍ２のＺｎ被
覆層を有することを特徴とする請求項（２）記載の耐食
性及び伝熱性にすぐれた熱交換器。

本発明における各組成の限定理由は以下のとおりである
。

（１）フィン材 （ａ）芯材 Ｆ　ｅ　：　ｒｅは合金の強度すなわちろう付は前のフ
ィン材の強度とともにろう付は後の強度を向上させる。

本発明合金はＭｎを含まないために、強度向上のために
は、０．８％以上のＦｅが必要である。Ｐｅが多いほど
強度が向上し、１．０％以上が望ましい。一方１．８％
を超えると鋳造時に粗大な晶出物が生成し、板材の製造
が困難になる。

Ｐｅは訃と異なり、ろう何時に固溶して熱伝導度を下げ
たり電位を責にしたりすることがないので、熱伝導度お
よび犠牲陽極効果特に亜鉛被覆チューブに対する犠牲陽
極効果にすぐれたフィン材の芯材への添加元素として適
する。

Ｚｎ：Ｚｎはフィン材の電位を卑にし、犠牲陽極効果を
付与する。特に、Ａｌ−Ｐｅ系合金にＺｎを添加すると
効果的に電位が卑になり、裸チューブとの組合せにおい
ては防食距離（犠牲陽極効果の到達距離）が長くなり、
また亜鉛被覆チューブとの組合せにおいては亜鉛拡散層
に対する犠牲陽極効果が良好となる。下限未満では効果
が十分でなく、上限を越えると自己耐食性が劣化する。

Ｃｕ：Ｃｕはろう付後の強度を向上させる。上限を越え
るとフィン材の電位が責になり犠牲陽極効果が損われる
。

Ｚｒ、Ｃｒ：ＺｒおよびＣｒは耐高温座屈性を向上させ
る。下限未満では効果が十分でなく、上限を越えるとろ
う付後の熱伝導性が低下する。

Ｍｎ：不純物としてのＨｎｔｉ、前述のように含有量が
多くなると、熱伝導度が低下するほか電位を責にするの
で少ないほうが好ましい。

しかし、その含有量が、０．３％以下であれば許容され
る。

その他の元素では、本発明合金の効果を損わない範囲で
、Ｓｔ、　Ｍｇ、　Ｔｉなどを含んでもよい。ただし、
いずれも含有量か多くなると熱伝導度か低下する。従っ
てＳｉは０．６％以下、Ｍｇは０．２％以下、Ｔｊは０
，０５％以下にすることか望ましい。Ｍｇは、フッ化物
フラックスろう付けを行う場合にはフラックスと反応す
るので更に低く、すなわち０．１％以下に抑えることか
望ましい。Ｔｉは鋳造時の結晶微細化のために合金元素
として添加してもよいし、＾１−Ｔｉ−Ｂ微細化剤とし
て添加してもよいが、上記の範囲内に抑えることが望ま
しい。

（ｂ）ろう材 ろう材としてはＡｌ−Ｓｔ系合金を用いる。

通常６〜１３％のＳｔを含む合金を用いる。ろう材中の
Ｓｉの一部は、ろう材中に芯材中に拡散（固体拡散）し
、強度向上に寄与する。

また、フィン材全体の犠牲陽極効果を高めるためにろう
材中にＺｎを添加してもよい。

（２）チューブ材 チューブ材としては、Ａｌ純度９９％以上の純アルミニ
ウムか、あるいはＣｕＯ，５％以下およびＭｎＯ、５％
以下の１種または２種を含み、残部Ａｌおよび不可避不
純物からなるアルミニウム合金を用いる。前者の場合゛
、Ａｌ純度が９９％未満になると耐食性か低下するので
好ましくない。通常は工業用純アルミニウム１０５０．
１０７０Ｓ１１００などが用いられる。一方、後者の場
合、ＣｕおよびＭｎはチューブ材の電位を責にしてフィ
ン材との電位差を大きくし、フィン材の犠牲陽極効果に
よる防食作用を高めるために添加する。この効果はＣｕ
量、Ｍｎ量か多いほど大であるが、一方Ｃｕ量、Ｍｎ量
が各々　０．５％を越えるとチューブ（押出多穴チュー
ブ）の押出性が低下する。

これらのチューブ（裸チューブ）と上記（本発明）のフ
ィン材を組合せると防食距離が長く、耐食性にすぐれた
熱交換器が得られる。もちろん伝熱性もすぐれている。

また、上記のチューブ材の表面に亜鉛を被覆したチュー
ブも用いられる。この場合ろう何時に亜鉛拡散層が形成
され、チューブが防食される。被覆する亜鉛の量として
は１〜２５ｇ／ｍ　’の範囲が良い。Ｉｇ／ａ　’未満
ては防食効果が不足し、２５ｇ／ｌ１１２を越えると拡
散後の表面亜鉛濃度が高くなり、亜鉛拡散層の腐食か早
く、チューブからフィンが離脱してしまう。

チューブの表面に亜鉛を被覆する方法としては、溶射、
メツキなどがある。

このような亜鉛被覆チューブと上記（本発明）のフィン
材を組合せると、耐食性が良好でフィンの離脱も生しに
くい良好な熱交換器が得られる。もちろん伝熱性もすぐ
れている。

［実施例コ 実施例１ 第１表に示すＡ−Ｐの芯材用合金と、ろう材用合金４３
４３（Ａｌ−７，５％Ｓｉ）を溶解、鋳造した。芯ｔオ
用合金の鋳塊に均質化処理を施し、これと予め熱間圧延
しておいたろう材とを組合せて、熱間合せ圧延、冷間圧
延、中間焼鈍および仕上げ冷間圧延を行い、０．１２１
（ろう材クラッド率二両面ｌＯ％）のブレージングフィ
ン材Ｎｏ、１〜１６を作製した。次にろう付は時と同様
に窒素ガス中で６００℃×３分間の加熱を行った後、引
張試験、電気伝導度測定を行い、ｐＨ３に調整した３％
ＮａＣｌ水溶液中に８時間浸漬後、自然電極電位を測定
した。なお、一般に金属の熱伝導度と電気伝導度は比例
関係にあるので、ここでは熱伝導度に代えて電気伝導度
（２５℃において）を測定したものである。また、６０
０℃×３分間の加熱の後、芯材中へのろうの侵食状況を
断面金属組織により観察し、ろう付性を判断した。

以上の結果を第２表に示す。

本発明例Ｎｏ、１〜５の場合、ろう付後の引張強さおよ
び電気伝導度が高く、従来のフィン材Ｎｏ、１Ｂよりろ
う付性も良好であり、自然電極電位も卑であって犠牲陽
極効果にすぐれている。

比較例Ｎｏ、６は芯材中のＦｅか少ないために引張強さ
か低く、Ｎ　ｏ、　７は逆にＦｅが多いために健全なフ
ィン材が得られていない。

Ｎｏ、８は芯材中のＺｎが少ないために自然電極電位が
やや責である。Ｎ００９はＺｎか多いために電気伝導度
がやや低い。

Ｎｏ、１０は芯材中にＣｕが含まれないために引張強さ
かやや低い。

Ｎｏ、１１は芯材中のＣｕが多いために自然電極電位が
貴である。

Ｎｏ、１２は芯材中のＺｒ、Ｃｒが少ないためにろう付
性が不良である。Ｎｏ、１３およびＮｏ、１４はＺｒま
たはＣｒが多いために電気伝導度が低い。

Ｎｏ、１５は芯材中のＭｎが多いために電気伝導度が低
く、自然電極電位がやや責である。

Ｎｏ、ｌＩ３は３００３＋　Ｚ　ｎ合金を芯材とした従
来のフィン材であるが、引張強さがやや低く、電気伝導
度が低く、自然電極電位もやや貴である。

第１表 ＊　３００３にＺｎを添加したちの 第２表 実施例２ 実施例１て作製したフィン材をコルケート加工し、第３
表のａ−ｄの押出チューブ（亜鉛被覆なし）と組合せて
フッ化物フラックスろう付し、第１図のような試験片を
作成した。この試験片を４週間の５ＩｄＡＡＴ試験（Ａ
ＳＴＭ　Ｇ４３）に供し、フィン接合部のチューブの最
大腐食深さ、防食距離（フィン非接合部で深い孔食が発
生した点からフィン接合部までの最短距離）、フィンの
腐食状況を調べた。

結果を第４表に示す。

本発明例Ｎｏ、１７〜２７の場合、最大腐食深さが小さ
く、防食距離も大きく、フィンの腐食状況も異常ない。

比較例Ｎｏ、２８の場合フィン芯材中のＺｎが少ないた
めに最大腐食深さが大きく、防食距離が短い。Ｎｏ、２
９の場合フィン芯材中のＺｎが多いためにフィンの消耗
が顕著である。Ｎ　ｏ、３０の場合フィン芯材中のＣｕ
が多いために最大腐食深さが大きく、防食距離も短い。

Ｎｏ、３１の場合、Ｍｎが多いために防食距離か短い。

Ｎｏ、３２の場合、フィン芯材を３ＤＯ３＋　Ｚ　ｎと
しているため防食距離か短い。

第３表 第４表 実施例３ 実施例１で作製したフィン材をコルゲート加工し、第３
表のｅ−ｈの亜鉛溶射チューブと組合せてフッ化物フラ
ックスろう付し、第２図のようなサーペンタイン型コン
デンサを作製した。

このコンデンサを４週間のＣＡＳＳ試験（ＪＩＳＤ０２
０１）および４週間の塩水噴霧試験（ＪＩＳ　Ｚ　２３
７１）ｉ、：＃ｌ、チューブの最大腐食深さ、フィンの
腐食試験状況およびフィンのチューブからの離脱状況を
調べた。

結果を第５表に示す。

本発明例Ｎ　ｏ、３３〜４０の場合、最大腐食深さが少
なく、フィンの腐食状況も異常なく、フィンの離脱も生
じていない。

比較例Ｎ　ｏ、４１〜４５の場合、チューブが亜鉛溶射
チューブであるので最大腐食深さが小さいが、Ｎ　ｏ、
４Ｌ　Ｎ　ｏ、４３、Ｎ　ｏ、４４、Ｎ　ｏ、４５にお
いてフィンの離脱が生じ、Ｎｏ、４２においてフィンの
消耗が顕著である。

第５表 実施例４ 実施例１で作製したフィン材をコルゲート加工し、第３
表のｂおよびｈの押出チューブと組合せて第３図のよう
なパラレルフロー型コンデンサヲ作製した。このコンデ
ンサをエアコンシステムに組込み、熱交換量を測定した
。

結果を第６表に示す。

本発明例Ｎ　ｏ、４６〜５０の場合、従来の組合せであ
る比較例Ｎｏ、５４と比較して熱交換量か増加している
。

比較例Ｎｏ、５１．５２．５３の場合、フィン材の熱伝
導度が低いために、熱交換量がＮｏ、５４と同程度であ
る。

第６表 本比較例Ｎｏ、５４の熱交換量を基準とし、それからの
増加分を％表示した。

［発明の効果］ 本発明によると、耐食性および伝熱性にすぐれた熱交換
器が提供でき、熱交換器の信頼性向上、小型化、軽量化
に寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）は本発明の効果を試験する試験片の例を示
す正面図、第１図（ロ）は同端面図、第２図は同じく試
験に用いたサーペンタイン製コンデンサの正面図、第３
図は同じく試験に用いたパラレルフロー型コンデンサの
正面図である。 ｌ・・・フィン、２・・・チューブ、３・・・ヘッダー
。 特許出願人　住友軽金属工業株式会社

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｆｅ：０．８〜１．８％（重量％、以下同じ），
   Ｚｎ：０．３〜３．０％，Ｃｕ：０．３％以下を含有し
   、更にＺｒ：０．０５〜０．２５％，Ｃｒ：０．０５〜
   ０．２５％の１種または２種を含有し、不純物としての
   Ｍｎを０．３％以下とし、残部Ａｌ及びその他不可避的
   不純物からなるアルミニウム合金を芯材とし、その両面
   にＡｌ−Ｓｉ系ろう材を皮材としてなるブレージングシ
   ートをもってフィン材を構成し、Ａｌ純度９９％以上の
   アルミニウム合金からなる押出チューブをもって作動流
   体通路を構成し、該作動流体通路にフィンをろう付けし
   てなることを特徴とする耐食性及び伝熱性にすぐれた熱
   交換器。
2. （２）Ｆｅ：０．８〜１．８％，Ｚｎ：０．３〜３．０
   ％，Ｃｕ：０．３％以下を含有し、更にＺｒ：０．０５
   〜０．２５％，Ｃｒ：０．０５〜０．２５％の１種また
   は２種を含有し、不純物としてのＭｎを０．３％以下と
   し、残部Ａｌ及びその他不可避的不純物からなるアルミ
   ニウム合金を芯材とし、その両面にＡｌ−Ｓｉ系ろう材
   を皮材としてなるブレージングシートをもってフィン材
   を構成し、Ｃｕ：０．５％以下及びＭｎ：０．５％以下
   の１種または２種を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純
   物からなるアルミニウム合金からなる押出チューブをも
   って作動流体通路を構成し、該作動流体通路にフィンを
   ろう付けしてなることを特徴とする耐食性及び伝熱性に
   すぐれた熱交換器。
3. （３）上記作動流体通路を構成するアルミニウム合金か
   らなる押出チューブの表面に１〜２５ｇ／ｍ＾２のＺｎ
   被覆層を有することを特徴とする請求項（１）記載の耐
   食性及び伝熱性にすぐれた熱交換器。
4. （４）上記作動流体通路を構成するアルミニウム合金か
   らなる押出チューブの表面に１〜２５ｇ／ｍ＾２のＺｎ
   被覆層を有することを特徴とする請求項（２）記載の耐
   食性及び伝熱性にすぐれた熱交換器。