JP2004298934A - 熱交換器のろう付方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ろう付した部材の強度低下および耐食性低下を防止するとともに、ろう材の利便性を損なうことなく、接合部に脆化部が生じるのを抑制することができ、ろう付による接合強度を格段と向上させ得る熱交換器のろう付方法を提供する。
【解決手段】熱交換器を構成する複数のステンレス鋼でなる構成部品４２、５ａを、それぞれ所望の配置で組み合わせ、これら各構成部品４２、５ａの当接部間にろう材８を設けて加熱することによりろう付する熱交換器のろう付方法において、ろう材８がＮｉとＰとを有する合金でなり、ろう付温度を９５０〔℃〕より高温で１０５０〔℃〕未満とするようにした。
【選択図】 図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばステンレス鋼でなる構成部品同士をろう付によって接合した熱交換器のろう付方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、熱交換器は複数の構成部品（例えば、チューブやフィン等）からなり、中でもこれら構成部品がステンレス鋼でなる熱交換器においては、各構成部品を互いにろう材を用いてろう付することにより形成している。
【０００３】
このろう材としては、ＪＩＳ規格に規定された銅（Ｃｕ）系ろう材、ニッケル−リン（Ｎｉ−Ｐ）系ろう材等の様々な種類がある。中でもＮｉ−Ｐ系ろう材が、Ｃｕ系ろう材等に比べて低融点で、ろう材の広がり性が良好である等の利点を有することから広く使用されている。
【０００４】
ところが、このＮｉ−Ｐ系ろう材を用いてろう付を行う際、ろう材によっては液相線温度が高くなる（例えば、ＪＩＳ規格に規定されたＢＮｉ５ろう材では１０００〔℃〕を超える）ため、ろう付温度としては１１００〔℃〕付近の高温になり、ろう付するステンレス鋼（この場合、熱交換器の構成部品）の特性を劣化させてしまうおそれがある。
【０００５】
かかる問題を解決するろう材の一つとして、例えば特許文献１には重量％でＣｒを１０〜３０〔％〕、Ｐを２〜１１〔％〕、Ｓｉを１〜１０〔％〕で、Ｐ＋Ｓｉの合計が１０〜１３〔％〕、必要に応じてＭｏを５〔％〕以下含み、残部はＮｉおよび不可避不純物よりなるぬれ性・耐食性に優れたＮｉ基耐熱ろう材について開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特許第３１６８１５８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる特許文献１のろう材においても、その液相線温度が１０００〔℃〕付近またはそれ以上となるため、１０５０〔℃〕以上のろう付温度でろう付を行うことになり、この温度では前記熱交換器の構成部品であるステンレス鋼に、加熱による強度低下および耐食性低下を招きかねない未だ不十分な問題がある。
【０００８】
また、かかる特許文献１のろう材は、粉末状以外で生成するのが困難である。ところが、ろう材に粉末状の材料を用いた場合、重量比に応じてろう材表面の酸化皮膜が増加するため、溶解するまでに余分に時間を要す点や、ろう材を接合部に所定温度に達するまでバインダ等を用いて保持しなければならない点などの問題がある。
【０００９】
しかも、一般的にバインダのような樹脂分は、通常の真空ろう付において使用する真空炉内の雰囲気（真空度）の悪化や、炉内の汚染につながるおそれがあるため好ましくない。
【００１０】
これらの問題を解決するもう一つのろう材として、Ｎｉ−Ｐ系ろう材でＪＩＳ規格に規定されたＢＮｉ６ろう材があるものの、このＢＮｉ６ろう材における通常のろう付温度が９２５〔℃〕程度であり、この温度ではろう付継手のろう付部分に形成されるフィレット中にＰ濃度の高い脆化部が生じ易く、この脆化部が当該フィレット中に層状に生じた場合、当該接合部の強度を著しく低下させてしまうおそれがある。
【００１１】
そこで、本発明は上述した問題点に鑑みてなされたもので、ステンレス鋼の強度低下および耐食性低下を防止するとともに、ろう材の利便性を損なうことなく、ろう付継手のろう付部分に脆化部が生じるのを抑制することができ、ろう付による接合強度を格段と向上させ得る熱交換器のろう付方法を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１にあっては、熱交換器を構成する複数のステンレス鋼でなる構成部品を、それぞれ所望の配置で組み合わせ、これら各構成部品の当接部間にろう材を設けて加熱することによりろう付する熱交換器のろう付方法において、ろう材がニッケル（Ｎｉ）とリン（Ｐ）とを有する合金でなり、ろう付温度を９５０〔℃〕より高温で１０５０〔℃〕未満とするようにした。
【００１３】
請求項２にあっては、請求項１に記載のろう材の加熱保持時間を、ろう付温度に応じて１０〔分〕ないし６０〔分〕の間で設定するようにした。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１によれば、ＮｉとＰとを有する合金でなるろう材を用いて、ろう付温度を９５０〔℃〕より高温で１０５０〔℃〕未満とすることにより、低温でのろう付が可能となるため、ステンレス鋼の強度低下および耐食性低下を防止することができる。
【００１５】
しかも、ろう材中のＰを接合部材の母材中に拡散させることができるため、ろう材の利便性を損なうことなく、ろう付継手のろう付部分に脆化部が生じるのを抑制することができ、かくしてろう付による接合強度を格段と向上させ得る熱交換器のろう付方法を提供することができる。
【００１６】
請求項２によれば、請求項１に記載の熱交換器のろう付方法において、ろう材の加熱保持時間を、ろう付温度に応じて１０〔分〕ないし６０〔分〕の間で設定するようにしたことにより、請求項１の効果に加えてろう付時間を短縮することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面に基づき詳述する。
【００１８】
図１〜図３は、本発明を適用してろう付された熱交換器の一実施形態を示し、図１は本実施形態による熱交換器の概略構成を示す斜視図、図２は図１の熱交換器における縦（矢印ａ方向）断面を示す断面図、図３は図１の熱交換器の一部を拡大して示す分解斜視図である。
【００１９】
図１において１０は、本実施形態による積層型の熱交換器を示し、コア２の左右方向（図中矢印ａ方向）両端部に一対のステンレス鋼でなるタンク１１、１１を取付けて構成されている。
【００２０】
このコア２は、図２および図３に示すように、複数（この場合、６枚）のステンレス鋼でなるプレート４１、４２、４３、４４、４５、４６と、これらプレート４１〜４６の端部（例えば、プレート４１、４２間においてはコア２の前後方向（図中矢印ｂ方向）両端部、プレート４２、４３間においてはコア２の前記左右方向両端部）に、それぞれ設けられる複数（この場合、各層毎に２本ずつ）のステンレス鋼でなるスペーサとしてのバー６ａ、６ｂとが交互に積層され、各層においてチューブとして機能するように構成されている。また、これらプレート４１〜４６間における各バー６ａ、６ａおよび６ｂ、６ｂ間には、それぞれ波状のフィン５ａ、５ｂが介装されている。
【００２１】
このとき、最上段のプレート４１と次段（すなわち、上方から２段目）のプレート４２との間の層は、その前後方向（前記矢印ｂ方向）の両端部をバー６ａ、６ａにより閉塞され、当該バー６ａ、６ａ間に介装されたフィン５ａの各波形は前記左右方向に延びており、この層は、その左右両側においてそれぞれタンク１１内に連通している。なお、プレート４３、４４間およびプレート４５、４６間の層も同様に構成され、以下これらの層を奇数層と称する。
【００２２】
これに対し、前記２段目のプレート４２と３段目のプレート４３との間の層は、その左右方向の両端部をバー６ｂ、６ｂにより閉塞され、当該バー６ｂ、６ｂ間に介装されたフィン５ｂの各波形は前後方向に延びており、この層は、その前後両側において外部に連通している。なお、プレート４４、４５間の層も同様に構成され、以下これらの層を偶数層と称する。
【００２３】
このように、かかる熱交換器１０では、これらバー６ａ、フィン５ａの組合わせとバー６ｂ、フィン５ｂの組合わせが交互に配設されており、このコア２を構成する各構成部品、すなわちプレート４１〜４６、フィン５ａ、５ｂおよびバー６ａ、６ｂは、互いにＪＩＳ規格に規定されたＢＮｉ６ろう材等のＮｉ−Ｐ系のろう材８を介して積層され、それぞれの接触部においてろう付されるようになっている。ここで、このろう材８は、銅（Ｃｕ）ろう材などに比べて融点が低く、ろう材の広がり性がよい等の利便性から、前記ＢＮｉ６ろう材等のＮｉ−Ｐ系のろう材が用いられている。
【００２４】
因みに、図中符号７はタンク１１、１１の下部および上部に設けられる媒体出口用および媒体流入用の配管であり、当該媒体流入用配管７からタンク１１に流入した熱交換媒体、例えば冷媒は前記フィン５ａを設けた前記奇数層を通って対向するタンク１１に達し、媒体出口用配管７から流出するようになされている。
【００２５】
また、前記フィン５ｂを設けた前記偶数層には他の熱交換媒体、例えば空気が流通し、これら直交して流れる両熱交換媒体間にフィン５ａ、５ｂおよびプレート４１〜４６を介して順次熱交換が行われるようになされている。
【００２６】
なお、本実施形態においては、これら一対のタンク１１、１１がコア２の外寸より大きな略台形状でなり、図２に示すように、それぞれコア２と対向する内側端部、つまりコア２と各タンク１１、１１とが当接する当接部分９に、当該コア２の積層方向における外側へ向けた傾斜部１１ａを有している形状である場合について述べたが、本発明はこれに限らない。
【００２７】
さて、このような熱交換器１０は、以下のような手順に基づきろう付される。
【００２８】
すなわち、かかる熱交換器１０は、まず図３に示すように、仮組工程において、複数のプレート４１〜４６と複数のスペーサ６ａ、６ｂとを順次ろう材８を介在しながら交互に積層してコア２を仮組みし、次に図２に示すように、タンク配置工程において、前記仮組みしたコア２の前記左右方向両端部に図示省略するろう材を介して一対のタンク１１、１１を配置する。
【００２９】
この状態で、続くろう付工程において、各タンク１１、１１を互いに引き寄せ合う方向に押圧しながら、これら仮組みしたコア２と各タンク１１、１１とを一体にろう付することにより、図１に示すような熱交換器１０を形成する。
【００３０】
このとき、ろう付の加熱温度の条件としては、本出願人が実際に様々な加熱温度毎の接合強度を実験から得たデータをまとめた図４に示すように、９５０〔℃〕以上１０５０〔℃〕未満の範囲で設定し、好ましくは加熱保持時間を１０〔分〕〜６０〔分〕の範囲で設定する。
【００３１】
この条件でろう付することにより、図５に示すように、ろう材８中のリン（Ｐ）を接合部材（例えばプレート４２や、フィン５ａ等）の母材中に拡散させ、ニッケル（Ｎｉ）を多く含むリッチ部２１を得ることができるため、ろう材８の前記利便性を損なうことなく、ろう付継手のろう付部分にＰを多く含有する脆化部２０が生じるのを抑制することができることがわかった。
【００３２】
因みに、ろう付温度が９５０〔℃〕以下ではＰが活発に拡散せず、１０５０〔℃〕以上では前記母材の再結晶によってステンレス鋼の結晶が大きくなることからＰの拡散が進み難くなるため、脆化部２０の発生を抑制することが困難であった。また、この場合、ステンレス鋼の耐食性や強度の低下が起こり易いことがわかった。
【００３３】
このように、本実施形態では、熱交換器１０のろう付にＢＮｉ６ろう材等のＮｉ−Ｐ系でなるろう材８を用いて、９５０〔℃〕より高温で１０５０〔℃〕未満のろう付条件で加熱してろう付することにより、低温でのろう付が可能となるため、熱交換器１０の材質であるステンレス鋼の強度低下および耐食性低下を防止することができる。
【００３４】
しかも、このろう付条件により、低融点で広がり性がよい等のろう材８の利便性を損なうことなく、ろう付時の加熱によってステンレス鋼でなるプレート４２や、フィン５ａ等の接合部材の母材中にＰを拡散させて脆化部２０の発生を抑制することができ、ろう付による接合強度を格段と向上させることができる。
【００３５】
また、このろう付時の加熱保持時間を１０〔分〕〜６０〔分〕の範囲で設定することにより、加熱時間の短縮化を図ることもでき、このようなろう付による接合強度の向上との両立を実現することができる。
【００３６】
なお、本発明の熱交換器１０を上述した実施形態を例に取って説明したが、本発明はこれに限ることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種実施形態を採用することができる。
【００３７】
例えば、上述の実施形態では、プレート４１、４２間、プレート４３、４４間、プレート４５、４６間、すなわち奇数層のバー６ａ間にフィン５ａを設けるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、これら奇数層のバー６ａ間にフィン５ａを設けなくてもよい。この場合、部品点数を削減でき、生産面におけるコストを低減できる利点を得ることができる。一方、上述した実施形態のように、前記奇数層のバー６ａ間にフィン５ａを設けた場合、当該奇数層における熱交換媒体の流通抵抗を増やし、熱交換効率を向上し得る利点を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる熱交換器の一実施形態における概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１の熱交換器における縦断面を示す断面図である。
【図３】図１の熱交換器における要部を分解して示す斜視図である。
【図４】本発明にかかるろう付温度と接合強度との関係を示す折れ線グラフである。
【図５】図２の熱交換器における要部を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
２・・・コア
４１、４２、４３、４４、４５、４６・・・プレート（構成部品）
５ａ、５ｂ・・・フィン（構成部品）
６ａ、６ｂ・・・バー（構成部品）
８・・・ろう材
１０・・・熱交換器
１１・・・タンク
２０・・・脆化部
２１・・・リッチ部

Claims (2)

1. 熱交換器（１０）を構成する複数のステンレス鋼でなる構成部品（４１〜４６、５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ）を、それぞれ所望の配置で組み合わせ、これら各構成部品（４１〜４６、５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ）の当接部間にろう材（８）を設けて加熱することによりろう付する熱交換器（１０）のろう付方法において、
   上記ろう材（８）がニッケル（Ｎｉ）とリン（Ｐ）とを有する合金でなり、ろう付温度を９５０〔℃〕より高温で１０５０〔℃〕未満とする
   ことを特徴とする熱交換器（１０）のろう付方法。
2. 上記ろう材（８）の加熱保持時間を、上記ろう付温度に応じて１０〔分〕ないし６０〔分〕の間で設定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器（１０）のろう付方法。

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