JPH0752308A - アルミニウム合金材およびそれを用いた熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 防食性能を大幅に改善したアルミニウム合金
材、およびそれを用いた熱交換器を提供する。 【構成】 芯材となるアルミニウム系素材２の少なくと
も片面に、該芯材２よりも亜鉛濃度の高いアルミニウム
合金層３ａ、３ｂを２層以上積層被覆し、該２層以上の
アルミニウム合金層３ａ、３ｂの亜鉛濃度を、外側にい
く程順次高く設定したアルミニウム合金材、およびそれ
を用いた熱交換器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、とくに防食性能を向上
させたアルミニウム合金材およびそれを用いた熱交換器
に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム素材、アルミニウム合金素
材（以下、これらをアルミニウム系素材と総称する）
は、各種分野に用いられているが、その軽量性、良好な
熱伝導率特性から、とくに熱交換器構成用素材として多
用されている。

【０００３】アルミニウム系素材は孔食が生じやすい素
材であることが知られているが、孔食を防止する技術と
して、アルミニウム系素材からなる芯材の表面に亜鉛濃
度の高い層、あるいは亜鉛溶射後加熱により素材内部に
向けて亜鉛を拡散させた亜鉛拡散層を形成し、亜鉛含有
層に、いわゆる犠牲陽極効果をもたせ、芯材の防食をは
かる方法が知られている（例えば、特公昭５７−１９８
２５７号、特公昭５８−３９８７号、特公昭６３−２６
２２３６号公報）。

【０００４】この犠牲陽極効果は、上記亜鉛含有により
表層の亜鉛濃度を高め、該亜鉛含有表層の電位を芯材に
対して低く保ち（卑となし）、該亜鉛含有表層を腐食し
やすくするとともに腐食の形態を全面腐食とすることに
より、結果的に芯材の孔食を防止するものである。

【０００５】また、通液チューブとその両側に接合され
たフィンを有する熱交換器においては、フィン材に、上
記のような表層に高亜鉛濃度層を有する素材、あるいは
全体としての亜鉛濃度がチューブ材よりも高い素材を用
いることにより、フィン側の電位をチューブ側に対して
卑となし、犠牲陽極効果をもたせてチューブ側の腐食、
とくに孔食を防止するようにした技術も知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な従来の亜鉛含有層を有するアルミニウム系素材におい
ては、素材の一表面に対して、高亜鉛濃度層が実質的に
一層しか設けられていないので、この高亜鉛濃度層が全
面腐食した後には、芯材の孔食等が発生することから、
防食効果のさらなる改善が望まれている。

【０００７】また、前述のフィン材に高亜鉛濃度素材を
用いる方法において、より大きな犠牲陽極効果をもたせ
るためにその亜鉛濃度をより高くすると、フィン自体の
腐食による劣化が進み、熱交換器の熱交換性能が悪化す
るという問題を招く。したがって、単に亜鉛濃度を高く
設定する方法は採用しづらい。

【０００８】さらに、前述の、亜鉛溶射後加熱により素
材内部に向けて亜鉛を拡散させる方法においては、素材
表面から厚み方向内側に向けて、亜鉛濃度勾配をもたせ
ることも可能であるが、この場合にも、亜鉛濃度の高い
層は実質的に一層しか形成されず、この高亜鉛濃度層に
全面にわたって腐食が進行し、全面腐食後にはやはり芯
材の孔食が進行する。したがって、この方法では、たと
え亜鉛濃度勾配をもたせたとしても、防食性能はそれ程
改善されない。

【０００９】さらにまた、この方法は、押し出し成形品
に関しては比較的容易に採用できるものの、板材を管状
等に成形加工する場合には、採用することが難しく、適
用部位や加工方法に制約がある。

【００１０】本発明は、上記のような従来技術の限界に
鑑み、防食性能を大幅に改善することが可能なアルミニ
ウム合金材、およびそれを用いた熱交換器を提供するこ
とを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この目的に層本発明のア
ルミニウム合金材は、芯材となるアルミニウム系素材の
少なくとも片面に、該芯材よりも亜鉛濃度の高いアルミ
ニウム合金層を２層以上積層被覆し、該２層以上のアル
ミニウム合金層の亜鉛濃度を、外側にいく程順次高く設
定したものからなる。

【００１２】このアルミニウム合金材は、加熱処理する
ことにより、各層間で含有亜鉛成分を拡散させ、前記芯
材側から最外層のアルミニウム合金層側に向けて順次亜
鉛濃度が高くなる亜鉛濃度勾配をもたせるようにしても
よい。

【００１３】また本発明に係る熱交換器は、熱交換器の
いずれかの部位、たとえばフィンおよび／又は通液チュ
ーブ、さらにはヘッダーパイプ等に、上記いずれかのア
ルミニウム合金材を用いたものである。

【００１４】

【作用】このようなアルミニウム合金材においては、芯
材に対し、外側にいく程亜鉛濃度の高いアルミニウム合
金層が２層以上積層被覆されているので、最も亜鉛濃度
の高い最外層が最も電位が低くなり、犠牲陽極効果によ
りこの最外層から全面腐食が進行する。この最外層が全
面腐食したら、次に、その次に亜鉛濃度の高い２番目の
層に、犠牲陽極効果により全面腐食が進行する。

【００１５】したがって、芯材の腐食は、複数層の高亜
鉛濃度層の全面腐食が終了した後にしか発生せず、芯材
の腐食が始まるまでに十分に長い時間の使用が可能とな
り、材料全体としての防食性、耐久性が大幅に向上され
る。

【００１６】加熱処理により各層間で亜鉛成分が拡散さ
れたアルミニウム合金材にあっては、従来の、単に亜鉛
溶射後加熱拡散させたものとは全く異なり、亜鉛濃度勾
配に沿って、順次亜鉛濃度の異なる層が多数積層された
と同等の状態が得られ、外層側から順次全面腐食がくり
返されるようになる。したがって、材料の大幅な寿命延
長が可能となる。

【００１７】このようなアルミニウム合金材を熱交換器
のフィン材や通液チューブ材として使用することによ
り、実用上略完全に孔食の発生を防止し得る、極めて耐
久性の高い熱交換器が得られる。

【００１８】

【実施例】以下に、本発明のアルミニウム合金材および
それを用いた熱交換器の望ましい実施例を、図面を参照
して説明する。図１ないし図３は、本発明に係るアルミ
ニウム合金材の各実施態様を示している。本発明に係る
アルミニウム合金材１ａ、１ｂ、１ｃは、芯材となるア
ルミニウム系素材２（アルミニウム素材、アルミニウム
合金素材の両方を含む）の少なくとも片面に、該芯材２
よりも亜鉛濃度の高いアルミニウム合金層３ａ、３ｂ
（即ち、亜鉛成分を含む合金層）が２層以上積層被覆さ
れている。

【００１９】この２層以上の被覆アルミニウム合金層３
ａ、３ｂは、その亜鉛濃度が外側にいく程高くなるよう
に設定されている。つまり、図１に示した態様では、ア
ルミニウム系素材２の一面に、先ずアルミニウム系素材
２の亜鉛濃度に対し＋１％の亜鉛濃度を有するアルミニ
ウム合金層３ａが被覆され、その外側に、さらに＋１％
高い亜鉛濃度（アルミニウム系素材２に対しては＋２
％）を有するアルミニウム合金層３ｂが被覆されてい
る。

【００２０】また、図２に示した態様では、アルミニウ
ム系素材２の片面側は図１に示した態様と同じ積層被覆
構成で、他面側には、＋１％亜鉛濃度のアルミニウム合
金層３ａが被覆されている。図３に示した態様では、ア
ルミニウム系素材２の両面側に、＋１％亜鉛濃度のアル
ミニウム合金層３ａ、つづいて＋２％亜鉛濃度のアルミ
ニウム合金層３ｂが積層被覆されている。

【００２１】本発明に係るアルミニウム合金材は、上記
態様に限定されず、芯材２の少なくとも片面に２層以上
のアルミニウム合金層が積層被覆され、そのアルミニウ
ム合金層が外側にいく程順次亜鉛濃度が高く設定されて
いればよい。したがって、３層以上のアルミニウム合金
層の積層被覆も可能である。たとえば図４に示すよう
に、アルミニウム系素材２の片面に、＋１％亜鉛濃度の
アルミニウム合金層３ａ、＋２％亜鉛濃度のアルミニウ
ム合金層３ｂ、＋３％亜鉛濃度のアルミニウム合金層３
ｃを順次積層被覆した態様を採ることもできる。

【００２２】また、本発明においては、上記のようなア
ルミニウム合金材を加熱処理することにより、各層間で
含有亜鉛成分を拡散させ、芯材２側から最外層のアルミ
ニウム合金層側に向けて順次亜鉛濃度が高くなる亜鉛濃
度勾配をもたせることができる。得られる亜鉛濃度勾配
は、材料厚み方向に実質的に連続的な濃度曲線を呈す
る。しかし、本発明で得られた亜鉛濃度勾配に起因する
防食特性は、従来の単に一層の亜鉛溶射層を設け、加熱
処理により亜鉛を素材肉厚方向に拡散させて得られる亜
鉛濃度勾配に起因する防食特性とは、基本的に異なり、
この差は、後述の如く、亜鉛含有層の全面腐食の進行過
程で明確に現われる。

【００２３】なお、上記のような本発明に係る、アルミ
ニウム合金層の積層被覆は、通常のクラッド材と同様、
圧延時に行うことができる。

【００２４】上記のような本発明のアルミニウム合金材
においては、芯材２に対し、外側にいく程亜鉛濃度の高
いアルミニウム合金層が複数層被覆されているので、外
側のアルミニウム合金層程電位が低くなり、犠牲陽極効
果により外側のアルミニウム合金層から順次全面腐食が
進行する。即ち、図１ないし図３に示した態様では、ま
ず最外層のアルミニウム合金層３ｂの全面腐食が進行
し、該アルミニウム合金層３ｂの全面腐食後にその内層
側のアルミニウム合金層３ａの全面腐食が進行する。ア
ルミニウム合金層３ａの全面腐食が終了しない限り、芯
材となるアルミニウム系素材２の腐食（例えば孔食）は
開始されないので、芯材２の腐食が開始されるまでには
相当長時間を要し、実用的な使用においては、芯材２の
孔食の発生は、実質的に完全に防止される。図４に示し
た態様では、全面腐食はアルミニウム合金層３ｃ、３
ｂ、３ａと順次進行するので、より防食性が向上され
る。このように、用途、使用箇所に応じて、被覆アルミ
ニウム合金層の層数を増やせば、より完全に芯材２の孔
食を防止することができる。

【００２５】また、加熱処理によって各層間で亜鉛成分
を拡散させ、材料厚さ方向に亜鉛濃度勾配をもたせた場
合、実質的に連続的な亜鉛濃度勾配にはなるものの、本
発明では亜鉛濃度の異なるアルミニウム合金層が多数積
層被覆されたと同等の状態（各層がさらに細かく分割さ
れたと同等の状態）となる。つまり、最外層の最も亜鉛
濃度の高い層が先ず全面腐食し、次にその内層側の層が
全面腐食し、順次内層側の層が全面腐食していくので、
芯材の腐食が開始されるまでには極めて長時間を要する
ようになる。したがって、実用的な使用においては、芯
材の孔食等が発生するまでには至らず、材料の防食性能
は大幅に向上されることになる。

【００２６】次に、本発明に係るアルミニウム合金材の
熱交換器への各種具体的適用例について説明する。図５
ないし図７は、熱交換器のフィン材として本発明に係る
アルミニウム合金材を使用した例を示している。図５に
おいて、熱交換器１０は、扁平な横断面を有する通液チ
ューブ１１を蛇行させ、その両端をヘッダーパイプ１２
ａ、１２ｂに接続し、蛇行したチューブ１１の隣接部位
間および両外側部位に、コルゲートタイプのフィン１３
を配設した、サーペンタインタイプの熱交換器１０に構
成されている。

【００２７】この熱交換器１０の、チューブ１１とフィ
ン１３とは、図６に示すようにろう接（ろう接部１４）
により接合されている。チューブ１１、フィン１３とも
にアルミニウム系材料で構成されているが、フィン１３
に、図７に示すような、本発明に係るアルミニウム合金
材２０が用いられている。

【００２８】アルミニウム合金材２０は、芯材２１とし
てＡ３００３（アルミニウム単体）を用い、両面側に、
Ａ３００３の＋１％亜鉛濃度の層２２、続いてＡ４０４
５の＋２％亜鉛濃度の層２３を積層被覆したものであ
る。

【００２９】このようなフィン材を用いることにより、
高亜鉛濃度のアルミニウム合金材２０の被覆層による犠
牲陽極効果によって、チューブ１１の防食作用が得られ
る。また、フィン１３自身においても、より高亜鉛濃度
の最外層２３から全面腐食が進行し、つづいて内層２２
の全面腐食へと移行するので、芯材２１に腐食が進行す
ることが抑制あるいは防止され、実用上高い防食性能が
得られる。

【００３０】図８および図９は、別の実施例を示してい
る。本実施例の熱交換器３０においては、上タンク３１
ａ、３１ｂと下タンク３２との間に、扁平な通液管３３
（水管）が設けられ、入口パイプ３４から流入した熱媒
体（例えば水、冷媒）が、上タンク３１ａから通液管３
３を介して下タンク３２に送られ、下タンク３２から通
液管３３を介して上タンク３１ｂに送られた後、出口パ
イプ３５から排出される。

【００３１】この扁平な通液管３３が、図９に示すよう
に、内側、外側に芯材４１とは別の層４２、４３が被覆
されたアルミニウム合金材４０から構成されている。従
来装置においては、このアルミニウム合金材４０は、た
とえば図１０に示すように、Ａ３００３からなる芯材４
１の一面側（内側）に、犠牲陽極効果をもたせるための
亜鉛をたとえば１％含有するＡ７０７２からなる被覆層
４４、他面側（外側）に、ろう材としてのＡ４０４５か
らなる被覆層４５が設けられたものから構成されてい
た。

【００３２】しかし本発明においては、このアルミニウ
ム合金材４０は、たとえば図１１あるいは図１２に示す
ように構成される。図１１に示す態様においては、芯材
４１の内面側に、主に犠牲陽極効果により内側（通液
側）の耐食性を向上させるために、＋１％亜鉛濃度のＡ
１０５０からなるアルミニウム合金層４６ａ、その外側
に＋２％亜鉛濃度のＡ１０５０からなるアルミニウム合
金層４６ｂが積層被覆されており、外面側に、主として
犠牲陽極効果による防食性能を向上するために、＋１％
亜鉛濃度のＡ３００３からなるアルミニウム合金層４７
ａを設け、その上にフィン等とのろう接のためのクラッ
ド層として＋１％亜鉛濃度のＡ４０４５からなるアルミ
ニウム合金層４７ｂが設けられている。この態様では、
本発明による作用、効果、つまり、亜鉛濃度の異なるア
ルミニウム合金層を複数層積層被覆したことによる作
用、効果は内面側で得られる。

【００３３】図１２に示す態様では、芯材４１の内面側
には図１１に示した態様と同様アルミニウム合金層４６
ａ、４６ｂが積層被覆され、外面側には、＋１％亜鉛濃
度のＡ４０４５からなるアルミニウム合金層４７ｂのみ
が、ろう接のためのクラッド層として設けられている。
この態様においても、本発明による作用、効果は内面側
で得られる。

【００３４】図１３および図１４は、さらに別の実施例
を示している。図１３において、熱交換器５０は、上タ
ンク５１、下タンク５２、上下タンク間を連通する多数
の円管５３を備えており、この円管５３に本発明に係る
アルミニウム合金材が使用されている。

【００３５】このアルミニウム合金材では、図１４に示
すように芯材６０としてＡ３００３からなるアルミニウ
ム材が使用され、その外面上に、先ず、＋１％亜鉛濃度
のＡ１０５０からなるアルミニウム合金層６１、その上
に＋２％亜鉛濃度のＡ１０５０からなるアルミニウム合
金層６２、さらにその上に＋３％亜鉛濃度のＡ１０５０
からなるアルミニウム合金層６３が積層被覆されてい
る。

【００３６】このような構成とすることにより、犠牲陽
極効果による全面腐食は、より高亜鉛濃度の外層側か
ら、層６３、層６２、層６１と順次進行する。従って、
実用上、芯材６０までは腐食が進行することは略完全に
抑制される。

【００３７】なお、上記各実施例においては、本発明に
係るアルミニウム合金材を熱交換器のフィン、チュー
ブ、円管に適用したものを例示したが、他の任意の部位
に本発明に係るアルミニウム合金材を適用できることは
言うまでもない。

【００３８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のアルミニ
ウム合金材によるときは、複数被覆層で犠牲陽極効果を
発揮させることができるので、極めて高い防食性能を得
ることができ、従来の素材に比べ、耐食性、耐久性を大
幅に改善して、寿命を大幅に延長することができる。

【００３９】また、本発明に係るアルミニウム合金材を
用いた熱交換器においては、通液チューブ、円管、フィ
ン等の耐食性を著しく向上することができ、極めて耐久
性の高い、寿命の長い熱交換器を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様に係るアルミニウム合金材
の概略断面図である。

【図２】別の実施態様に係るアルミニウム合金材の概略
断面図である。

【図３】さらに別の実施態様に係るアルミニウム合金材
の概略断面図である。

【図４】さらに別の実施態様に係るアルミニウム合金材
の概略断面図である。

【図５】本発明の一実施例に係る熱交換器の斜視図であ
る。

【図６】図５の熱交換器の部分拡大断面図である。

【図７】図５の熱交換器のフィン材として用いられてい
るアルミニウム合金材の概略断面図である。

【図８】別の実施例に係る熱交換器の斜視図である。

【図９】図８の熱交換器のチューブの拡大横断面図であ
る。

【図１０】従来のチューブに用いられていた素材の概略
断面図である。

【図１１】図９のチューブに用いられる、本発明に係る
アルミニウム合金材の概略断面図である。

【図１２】図９のチューブに用いられる、本発明に係る
別のアルミニウム合金材の概略断面図である。

【図１３】さらに別の実施例に係る熱交換器の斜視図で
ある。

【図１４】図１３の熱交換器の円管の拡大横断面図であ
る。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ、１ｃ アルミニウム合金材 ２ 芯材（アルミニウム系素材） ３ａ、３ｂ、３ｃ アルミニウム合金層 １０、３０、５０ 熱交換器 １１ 通液チューブ １３ フィン ２０、４０ アルミニウム合金材 ２１、４１、６０ 芯材 ２２、２３、４６ａ、４６ｂ、６１、６２、６３ アル
ミニウム合金層 ３３ 通液管 ５３ 円管

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 芯材となるアルミニウム系素材の少なく
   とも片面に、該芯材よりも亜鉛濃度の高いアルミニウム
   合金層を２層以上積層被覆し、該２層以上のアルミニウ
   ム合金層の亜鉛濃度を、外側にいく程順次高く設定した
   ことを特徴とするアルミニウム合金材。
2. 【請求項２】 請求項１のアルミニウム合金材を加熱処
   理することにより、各層間で含有亜鉛成分を拡散させ、
   前記芯材側から最外層のアルミニウム合金層側に向けて
   順次亜鉛濃度が高くなる亜鉛濃度勾配をもたせたことを
   特徴とするアルミニウム合金材。
3. 【請求項３】 請求項１又は２のアルミニウム合金材を
   用いて構成した熱交換器。