JP2009030814A - 熱交換器用チューブおよび熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】ろう付時の熱処理条件に影響されにくい防食構成で長期的な腐食寿命を有する熱交換器用チューブを提供する。
【解決手段】心材(2)の一面側に内皮層(3)としてのＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材がクラッドされるとともに、他面側に外皮層(4)としての犠牲腐食材がクラッドされてなるチューブ製造用板状体を折り曲げて成形した扁平多穴型のろう付用の熱交換器用チューブ(1)である。チューブ製造用板状体は、対向する２つの平坦壁形成部(11)(12)と、これらを連結しかつ一方の側壁を形成する連結部(13)と、前記平坦壁形成部(11)(12)の側縁に連続して形成され他方の側壁を形成する側壁形成部(19)(20)(22)と、前記平坦壁形成部(11)の内皮層(3)側の面を隆起させて形成され補強壁を形成する補強壁形成部(15)(17)とを有し、補強壁形成部(15)(17)の外皮層(5)が平坦部分よりも厚く形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ろう付によって製作される熱交換器の構成部材として用いられ、特に高強度、高耐食性を要求される熱交換器の構成部材として用いられる熱交換器用チューブおよびこのチューブを用いた熱交換器に関する。

水または水系の熱交換媒体を用いるアルミニウム熱交換器において、チューブの内面にＺｎによる犠牲腐食層を形成したチューブを用いることが周知である（特許文献１、２）。

これらの文献に記載されたチューブは、心材の一面側にＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材をクラッドし、他面側にＺｎ添加アルミニウム合金をクラッドした複合材を用いたチューブであり、ろう材を外側に、Ｚｎ添加アルミニウム合金を内側にして成形されている。
特開平８−２６００８５号公報 特許第３１８９５１７号公報

しかしながら、上述した材料構成の熱交換器では、ロードスプラッシュを受けるような腐食環境（高濃度塩素イオン主体の腐食環境）における防食については、腐食しろを低減できるような構成ではなかった。

また、クラッドのＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材を外側にして成形する従来のチューブは、Ｚｎ拡散層による防食設計であり、Ｚｎ拡散層の薄層化が腐食しろの低減に繋がる。熱交換器は一般的にチューブ、フィン、ヘッダータンクを組み付けて一括ろう付を行うことが一般的であり、ろう付相当の熱処理が加わるためにＺｎ拡散層の薄層化にも限界があった。

本発明の熱交換器用チューブは、上述した技術背景に鑑み、Ｚｎ拡散層による防食設計ではなく、ろう付時の熱処理条件に影響されにくい防食構成で長期的な腐食寿命を有する熱交換器用チューブ、およびこのチューブを用いた熱交換器の提供を目的とする。

即ち、本発明の熱交換器用チューブおよび熱交換器は下記［１］〜［９］に記載の構成を有する。

［１］心材の一面側に内皮層としてのＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材がクラッドされ、他面側に外皮層としての犠牲腐食材がクラッドされてなる帯状のチューブ製造用板状体を用いて製造された扁平多穴型のろう付用熱交換器用チューブであって、
前記チューブ製造用板状体は、対向する平坦壁を形成する２つの平坦壁形成部と、これらを連結しかつ一方の側壁を形成する連結部と、前記平坦壁形成部の側縁に連続して形成され他方の側壁を形成する側壁形成部と、前記平坦壁形成部の内皮層側の面を隆起させて形成された補強壁を形成する補強壁形成部とを有し、前記補強壁形成部の外皮層が補強壁形成部を除く平坦部分の外皮層よりも厚く形成されてなり、
前記熱交換器用チューブは、前記チューブ製造用板状体を連結部でヘアピン状に曲げ、前記側壁形成部においてチューブ状に閉じられるとともに、前記補強壁形成部がチューブ内を仕切ることによって複数の穴が形成されてなり、
前記心材が、Ｍｎ：１．０〜１．６質量％、Ｃｕ：０．０３〜０．２質量％、Ｓｉ：１．１〜１．５質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．４質量％およびＴｉ：０．０３〜０．２５質量％を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金で構成され、前記外皮層が、Ｚｎ：０．６〜１．５質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．４質量％およびＳｉ：０．０５〜０．４質量％を含有し、かつＭｇが０．２質量％以下に規制され、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金で構成されていることを特徴とする熱交換器用チューブ。

［２］前記外皮層を構成するアルミニウム合金組成において、さらに０．０３〜０．３質量％のＴｉを含有する前項１に記載の熱交換器用チューブ。

［３］前記外皮層を構成するアルミニウム合金組成において、Ｃｕが０．０５質量％以下に規制されている前項１または２に記載の熱交換器用チューブ。

［４］前記外皮層を構成するアルミニウム合金組成において、Ｍｎが０．３質量％以下に規制されている前項１〜３のいずれかに記載の熱交換器用チューブ。

［５］前記外皮層を構成するアルミニウム合金組成において、Ｍｎ／Ｆｅの質量比が２以上である前項４に記載の熱交換器用チューブ。

［６］前記チューブ製造用板状体において、平坦壁形成部の補強壁形成部を除く平坦部分の外皮層の厚さが２０〜６０μｍである前項１〜５のいずれかに記載の熱交換器用チューブ。

［７］前記チューブ製造用板状体において、平坦壁形成部の補強壁形成部を除く平坦部分の厚さが２５０μｍ以下である前項１〜６のいずれかに記載の熱交換器用チューブ。

［８］複数の扁平チューブと、これらの扁平チューブの間に介設されたフィンとがろう付され、前記複数の扁平チューブと、これらの扁平チューブの端部にヘッダーが連結された熱交換器において、
前記扁平チューブとして前項１〜７のいずれかに記載された熱交換器用チューブが用いられていることを特徴とする熱交換器。

［９］前記熱交換器は、ロードスプラッシュを受け高濃度塩化物イオン主体の腐食環境で用いられる熱交換器である前項８に記載の熱交換器。

上記［１］に記載の熱交換器用チューブは、外皮層として犠牲腐食材をクラッドしたことで外側からの腐食に対して確実に高い耐食性を得ることができる。また、補強壁形成部を隆起形成したことで外皮層の厚さが平坦部分よりも厚くなり、平坦壁の平坦部分よりも厚肉の補強壁部分を優先的に犠牲腐食させることで長期的な防食が可能となる。また、前記外皮層の厚肉部はチューブ製造用板状体の製作時に形成されるものであるから、ろう付時の熱処理条件に左右されることなく高い耐食性を得ることができる。

上記［２］［３］［４］［５］に記載の熱交換器用チューブは、外皮層合金の組成により高い耐食性を得ることができる。

上記［６］に記載の熱交換器用チューブは、外皮層の厚さにより高い耐食性を得ることができる。

上記［７］に記載の熱交換器用チューブは、ろう材中のＳｉ拡散により高い強度が得られる。

上記［８］に記載の熱交換器は、［１］〜［７］のいずれかに記載の熱交換器用チューブを用いたことにより、外側からの腐食に対して長期的に防食されるものである。

上記［９］に記載の熱交換器は、ロードスプラッシュを受け高濃度塩化物イオン主体の腐食環境で用いられる熱交換器として長期的に防食されるものである。

図１に、本発明の熱交換器用チューブ(1)の一例を示す。この熱交換器用チューブ(1)は対向する２つの平坦壁(11)(12)と左右の側壁(13)、(19)(22)(20)によってチューブ状に形成され、内部が多数の補強壁(15)(17)によって仕切られた扁平多穴型のチューブであって、図２に示すように、帯状のチューブ製造用板状体(10)を曲げ加工することにより成形したものである。また、前記熱交換器用チューブ(1)は、図１の拡大図に示されるように、心材(2)の一面側に内皮層(3)としてろう材がクラッドされ、他面側に外皮層(4)として犠牲腐食材がクラッドされた３層構造である。

前記チューブ製造用板状体(10)は、２つの平坦壁形成部(11)(12)が一方の側壁となる厚肉の連結部(13)で一体に連結された略板状体である。各平坦壁形成部(11)(12)の一面側には、断面半円形の先端部(14)を有する凸型補強壁形成部(15)と、前記先端部(14)が係合される断面Ｕ字形の溝(16)を有する凹型補強壁形成部(17)とが交互に突設されている。また、一方の平坦壁形成部(11)の側縁には、先端面に小突起(18)を有する凸型内側壁形成部(19)が突設され、他方の平坦壁形成部(12)の側縁部の先端部分は外側壁形成部(20)となされ、この外側壁形成部(20)の基端部に先端面に溝(21)を有する凹型内側壁形成部(22)が突設されている。

前記チューブ製造用板状体(10)は、心材(2)の一面側にチューブの内皮層(3)となるろう材がクラッドされ、他面側には外皮層(4)となる犠牲腐食材がクラッドされてなるクラッド平板を素材とし、内皮層(3)側の面を隆起させて、前記連結部(13)、凸型補強壁形成部(15)、凹型補強壁形成部(17)、凸型内側壁形成部(19)、凹型内側壁形成部(22)（以下、これらを「凸部」と総称する）を形成することにより製作される。

前記凸部を成形する方法として、上下一組の圧延ロールを複数組直列に配列した圧延装置を用い、素材を圧延しながら凸部を形成するロールフォーミング加工を例示できる。

図３は、圧延装置における一組の圧延ロール(30)(31)による成形中の状態を模式的に示すものであり、図面の左右方向が素材(32)の幅方向を示している。各組の圧延ロール(30)(31)間の隙間間隔は、素材(32)の挿入側から出側に向けて素材(32)の厚さよりも狭くなるように設定されている。また、各組の圧延ロールは、平坦周面を有してチューブの外面側を成形する下側ロール(30)に対し、チューブの内面側を成形する上側ロール(31)には凸部形成用の複数種の環状溝(33)(34)が形成されている（２つの環状溝のみ図示）。前記環状溝(33)(34)の形状は成形する凸部に応じて異なり、例えば、凸型補強壁形成部(15)を成形するための環状溝は断面Ｕ字形である。また、凹型補強壁形成部(17)はある程度隆起させた後に溝(16)を成形するので、加工の初期段階では断面Ｕ字形の環状溝であり、後段では底部に溝(16)形成用の突起を有する環状溝となされている。前記連結部(13)、内側壁形成部(19)(22)を成形するための環状溝もそれぞれの断面形状に対応する形状となされている。配列した複数の上側ロール(31)は成形する凸部に応じた複数種の環状溝を有するが、いずれの環状溝も素材(32)の挿入側から出側に向けて溝幅が徐々に狭くかつ深くなるように設計されている。

そして、上記構成の圧延装置に素材(32)を通すことにより、素材(32)は圧延作用によって肉厚が徐々に減じられるとともに、減肉分の金属が徐々に環状溝(33)(34)側に寄せられて隆起し、素材(32)の３層構造が維持された状態で凸部が形成される。このようにして成形されたチューブ製造用板状体(10)において、平坦壁形成部(11)(12)および連結部(13)の外表面は平坦であるが、凸部の隆起により外皮層(4)も隆起して、凸部の高さに応じて厚くなった厚肉部(5)が形成される（図１参照）。

上述したロールフォーミング加工によれば、多数の凸部を同時に形成でき、かつ外皮層(4)の厚肉部(5)の形成も容易である。ただし、本発明に用いるチューブ製造用板状体の製造方法はロールフォーミング加工に限定されるものではない。

そして、前記チューブ製作用板状体(10)の連結部(13)を中心にして折り曲げていき、最後にヘアピン状に折り曲げて、各凸型補強壁形成部(15)の先端部(14)を対向する凹型補強壁形成部(17)の溝(16)に嵌め入れて補強壁を形成するとともに、凸型内側壁形成部(19)の小突起(18)を凹型内側壁形成部(22)の溝(21)に嵌め入れ、さらに外側壁部(20)を内側に折り曲げて他方の側壁を形成する。この曲げ加工により、帯状のチューブ製造用板状体(10)が扁平チューブ状に閉じられ、かつチューブ内が多数の補強壁(15)(17)によって仕切られる。このように曲げ加工された扁平多穴型の熱交換器用チューブ(1)は、ろう付加熱により、凸型内側壁用形成部(19)と凹型内側壁用形成部(22)と外側壁形成部(20)が接合されて厚肉の側壁となり、係合させた凸型補強壁形成部(15)と凹型補強壁形成部(17)を接合されて１つの補強壁となる。そして、対向する平坦壁(11)(12)と厚肉の両側壁(13)、(19)(22)(20)とが外壁となり、チューブ内が補強壁(15)(17)によって多数の冷媒通路に仕切られた扁平多穴型の熱交換器用チューブが(1)が製作される。

前記チューブ製造用板状体(10)の各層を構成するアルミニウム合金組成、合金中の各元素の添加意義および好ましい濃度は以下のとおりである。

〔心材〕
心材(2)は、Ｍｎ：１．０〜１．６質量％、Ｃｕ：０．０３〜０．２質量％、Ｓｉ：１．１〜１．５質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．４質量％おおびＴｉ：０．０３〜０．２５質量％を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金以下、「心材合金」と称する）で構成される。

Ｍｎは、強度に影響を及ぼす元素であり、心材合金中のＭｎ濃度を１〜１．６質量％とする。Ｍｎ濃度が１質量％未満では強度が不足し、１．６質量％を超えると粗大な金属間化合物が生成するために加工性が悪くなる。心材合金中の好ましいＭｎ濃度は１．４〜１．６質量％である。

Ｃｕは、耐食性および強度に影響を及ぼす元素であり、心材合金中のＣｕ濃度を０．０３〜０．２質量％とする。Ｃｕ濃度が０．０３質量％未満では強度向上効果を見込めず、０．２質量％を超えると耐食性が低下する。心材合金中の好ましいＣｕ濃度は０．１〜０．２質量％である。

Ｓｉは、強度に影響を及ぼす元素であり、心材合金中のＳｉ濃度を１．１〜１．５質量％とする。Ｓｉ濃度が１．１質量％未満では十分な強度向上効果を得られず、１．５質量％を超えると融点が低下してろう付性が低下する。心材合金中の好ましいＳｉ濃度は１．２〜１．５質量％である。

Ｆｅは、耐食性に影響を及ぼす元素であり、心材合金中のＦｅ濃度を０．０５〜０．４５質量％とする。Ｆｅ濃度を０．０５質量％未満に低減しようとすれば材料合金が高価となってコスト面で不利であり、０．４質量％を超えると長期的な耐食性が低下する。心材合金中の好ましいＦｅ濃度は０．０８〜０．３質量％である。

Ｔｉは、耐食性に影響を及ぼす元素であり、心材合金中のＴｉ濃度を０．０３〜０．２５質量％とする。Ｔｉ濃度が０．０３質量％未満であれば結晶粒を層状にする効果がなく耐食性向上効果が乏しく、０．２５質量％を超える範囲では材料合金が高価となってコスト面で不利である。心材合金中の好ましいＴｉ濃度は０．０７〜０．１５質量％である。

また、心材合金において、他の元素は耐食性に影響を及ぼさない範囲で含有が許容される。

〔外皮層〕
外皮層(4)は、Ｚｎ：０．６〜１．５質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．４質量％およびＳｉ：０．０５〜０．４質量％を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金（以下、「外皮層合金」と称する）で構成され。

Ｚｎは、心材(2)と外皮層(4)の電位差に差を設けて外皮層(4)を犠牲腐食層として機能させるために添加される元素であり、外皮層合金中のＺｎ濃度を０．６〜１．５質量％とする。Ｚｎ濃度が０．０６質量％未満では犠牲腐食層としての機能を果たさず、１．５質量％を超えると早期に腐食して長期的な耐食性が低下する。好ましいＺｎ濃度は０．８〜１．２質量％である。

ＦｅおよびＳｉは、耐食性に影響を及ぼす元素であり、外皮層合金中のＦｅ濃度およびＳｉ濃度をそれぞれ０．０５〜０．４５質量％とする。Ｆｅ濃度およびＳｉ濃度を０．０５質量％未満に低減しようとすれば材料合金が高価となってコスト面で不利であり、Ｆｅ濃度およびＳｉ濃度が０．４質量％を超えると長期的な耐食性が低下する。外皮層合金中の好ましいＦｅ濃度は０．０７〜０．３質量％、好ましいＳｉ濃度は０．０７〜０．３質量％である。

Ｍｇはろう付性と耐食性に影響を及ぼす元素である。外皮層合金中のＭｇ濃度が、０．２質量％を超える範囲ではろう付性が低下するため、０．２質量％以下とする。特に良好なろう付性を得るためには０．０５質量％以下が好ましい。また、良好な耐食性を得るためには０．０５〜０．１質量％が好ましい。

さらに、外皮層合金においては、耐食性を低下させない範囲で他の元素の含有が許容される。特に、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｍｎは次の（１）〜（４）の条件で含有が許容される。これらの条件は少なくとも１つ満たせば良く、複数の条件を満たしても良い。

（１）Ｔｉは、結晶粒を層状に形成して外皮層(4)の層状腐食に効果のある元素であり、外皮層合金中のＴｉ濃度を０．０３〜０．３質量％とすることが好ましい。外皮層合金中の特に好ましいＴｉ濃度は０．０７〜０．１５質量％である。

（２）Ｃｕ濃度は、外皮層(4)と心材(2)との電位差を設けるために、０．０５質量％以下に制限することが好ましい。０．０５質量％を超えると電位差を設ける効果が低下する。外皮層合金中の好ましいＣｕ濃度は０．０３質量％以下である。

（３）Ｍｎ濃度は、外皮層(4)と心材(2)との電位差を設けるために、０．３質量％以下に制限することが好ましい。０．３質量％を超えると電位差を設ける効果が低下する。外皮層合金中の特に好ましいＭｎ濃度は０．２質量％以下である。

（４）Ｍｎ濃度が０．３質量％以下でかつＦｅとの濃度比（Ｍｎ濃度／Ｆｅ濃度）が２以上であることが好ましい。Ｍｎ／Ｆｅ濃度比が２未満では外皮層(4)による長期的な防食効果が低下するためである。外皮層合金中の特に好ましいＭｎ／Ｆｅ濃度比は２〜３である。

〔内皮層〕
内皮層は、Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材（以下、「内皮層合金」と称する）で構成される。
内皮層合金は、Ａｌ−Ｓｉ系合金であれば特に限定されるものではなく、Ｓｉ：６〜１５質量％を含有するＡｌ−Ｓｉ系合金を例示できる。具体的には、ＪＩＳ Ａ４３４３やＪＩＳ Ａ４０４５を例示できる。

以下に、上記熱交換器用チューブ(1)を用いた熱交換器の製造について、図４を参照しつつ説明する。

前記熱交換器(6)は、複数の熱交換器用チューブ(1)が相互間にフィン(7)を介在させた状態で積層されるとともに、熱交換器用チューブ(1)の両端がヘッダー(8)に連通接続され、熱交換器用チューブ(1)、フィン(7)、ヘッダー(8)がろう付けにより接合一体化されたコア部を有するものである。図中、(9)はサイドプレートである。

曲げ加工により成形した熱交換器用チューブ(1)とブレージンシートからなるフィン(7)とを交互に積み重ねるとともに、熱交換器用チューブ(1)の両端をブレージングシートからなるヘッダー(8)の扁平孔に差し込んで仮組みする。この仮組物にフラックスを塗布し、加熱する。この加熱により、熱交換器用チューブ(1)の内皮層(3)が溶融し、凸型内側壁用形成部(19)、凹型内側壁用形成部(21)および外側壁形成部(20)が互いにろう付接合されるとともに、凸型補強壁形成部(15)と凹型補強壁形成部(17)とがろう付接合される。かつ、熱交換器用チューブ(1)の内皮層(3)およびヘッダー(8)のろう材層によって熱交換器用チューブ(1)とヘッダー(8)がろう付接合され、フィン(7)のろう材層によって、熱交換器用チューブ(1)とフィン(7)がろう付接合される。

本発明の熱交換器用チューブ(1)は、外皮層(4)として犠牲腐食材をクラッドしたことで外側からの腐食に対して確実に高い耐食性を得ることができる。しかも、チューブ製造用板状体(10)の製作において、フラットなクラッド素材を隆起させて補強壁形成部(15)(17)を形成したことで外皮層(4)の厚さが平坦部分よりも厚くなっている（図１中の厚肉部(5)）。このため、平坦壁(11)(12)の平坦部分よりも厚肉の補強壁(15)(17)部分を優先的に犠牲腐食させることで長期的な防食が可能となる。また、前記外皮層(4)の厚肉部(5)はチューブ製造用板状体(10)製作時に形成されるものであるから、ろう付時の熱処理条件に左右されることなく高い耐食性を得ることができる。以上の点で、本発明の熱交換器用チューブは高い耐食性を有し、特にロードスプラッシュを受け、高濃度塩化物イオン主体の環境下で用いられる熱交換器構成部材として好適である。

かかる耐食性を得るために、外皮層(4)の厚さ（Ｔ１）は２０〜６０μｍの範囲に設定することが好ましい（図１参照）。ここでいう外皮層(4)の厚さ（Ｔ１）とは、補強壁等の凸部の厚肉部(5)ではなく、平坦壁形成部(11)(12)の補強壁形成部(15)(17)を除く平坦部分における厚さである。前記厚さ（Ｔ１）が２０μｍ未満では長期的な心材(2)の防食が困難となり、６０μｍを超えると犠牲腐食層が厚くなりすぎてコスト的に不利である。外皮層(4)の特に好ましい厚さ（Ｔ１）は３０〜５０μｍである。また、外皮層(4)の厚肉部(5)はロールフォーミング加工によって形成されるので、その厚さ（Ｔ２）は凸部の高さに対応する厚さとなるが、前記平坦部分の厚さ（Ｔ１）の１．２〜２倍が好ましい。

また、内皮層(3)の厚さはろう材量を確保するために、５〜２０μｍが好ましく、特に１０〜１５μｍが好ましい。前記厚さもまた、平坦壁形成部(11)(12)の補強壁形成部(15)(17)を除く平坦部分における厚さである。

熱交換器チューブ(1)の板厚（Ｔ３）は２５０μｍ以下が好ましい。ここでいう板厚（Ｔ３）とは平坦壁形成部(11)(12)の補強壁形成部(15)(17)を除く平坦部分における厚さである（図１参照）。ろう付によって内皮層(3)を構成するろう材中のＳｉが心材(2)および外皮層(4)中に拡散することでチューブの強度向上効果が得られる。しかし、板厚（Ｔ３）が厚すぎるとＳｉ拡散による強度向上効果を十分に得ることが困難であるため、２５０μｍ以下の板厚（Ｔ３）を推奨できる。

ここで、図５にろう付前とろう付後のＳｉプロファイルを示す。図示例における各層の厚さおよびＳｉ濃度は以下のとおりである。

内皮層(3)：Ｓｉ濃度が１０質量％、厚さが５〜２０μｍ
心材層(2)：Ｓｉ濃度が１．５質量％、厚さが板厚−（内皮層＋外皮層）
外皮層(4)：Ｓｉ濃度が０．４質量％、厚さが２０〜６０μｍ

図５に示すように、板厚（Ｔ３）が２５０μｍ以下のチューブでは、ろう付によって内皮層(3)中のＳｉが心材(2)に拡散し、さらに心材(2)中Ｓｉが外皮層(4)に拡散し、Ｓｉ濃度は内皮層(3)側から外皮層(4)側へとなだらかに低くくなる。このように、Ｓｉがなだらかな濃度勾配をもって外皮層(4)まで拡散することにより、チューブ強度を向上させることができる。一方、板厚（Ｔ３）の厚いチューブ、即ち心材(2)の厚いチューブではＳｉが外皮層(4)まで十分に拡散しないため、Ｓｉ濃度は心材(2)中で急激に変化する。このようんＳｉ濃度の急激な変化は板厚（Ｔ３）が厚くなるほど顕著になり、板厚（Ｔ３）が２５０μｍ超のチューブでは十分な強度向上効果が得られない。なお、チューブ強度を確保する上で、前記板厚（Ｔ３）は１５０μｍ以上が好ましく、特に１５０〜２３０μｍが好ましい。

なお、本発明の熱交換器用チューブおよびチューブ製造用板状体の形状は図示例のものに限定されない。板状体をチューブ状に成形できれば良いので、側壁形成部は平坦壁形成部を隆起させることなく折り曲げるだけのものであっても良いし、一方の側壁形成部だけを隆起形成しても良い。ただし、図示例のように、側壁形成部を隆起形成しかつ外側壁形成部を折り曲げることによって、薄板素材から厚い側壁を有する高強度チューブを製造できるメリットがある。また、補強壁はチューブ内を仕切ることができれば良いので、対向する補強壁形成部の高さを同程度にして高さ方向の中間部で当接させても良いし、補強壁形成部を他方の平坦壁形成部の平坦部分に当接させるようにしてもよい。後者の場合、両方の平坦壁形成部に補強壁形成部を形成し、互いの補強壁形成部を交互にかみ合わせるようにして対向する平坦壁形成部の平坦部分に当接させれば、両方の平坦壁形成部において外皮層の厚肉部を均等に形成できるので、両方の平坦壁の耐食性も均等になる。

表１の心材合金、表２の外皮層合金、内皮層合金としてＡｌ−１０質量％Ｓｉ合金を用い、表３に示す組合せで心材(2)に内皮層(3)および外皮層(4)をクラッドし、３層のフラットな素材を製作し、さらにロールフォーミング加工により図２に示す形状のチューブ製造用板状体(10)を製作した。このチューブ製造用板状体(10)は、フラットな素材に対して、内皮層(3)側の面を隆起させて連結部(13)、凸型補強壁形成部(15)、凹型補強壁形成部(17)、凸型内側壁形成部(19)および凹型内側壁形成部(22)を形成し、２つの平坦壁形成部(11)(12)を連結部(13)で一体に連結したものである。また、一方の平坦壁形成部(12)の側縁部は外側壁形成部(20)となされている。前記チューブ製造用板状体(10)の平坦壁形成部(11)(12)の平坦部分における板厚（Ｔ３）および外皮層(4)の厚さ（Ｔ１）を表３に示す。また、内皮層(3)の厚さはいずれも１０μｍである。また、連結部(13)、凸型補強壁形成部(15)、凹型補強壁形成部(17)および凹型内側壁形成部(22)における外皮層(4)はロールフォーミング加工によって厚くなっており、その厚肉部(5)の厚さは平坦部分の厚さ（Ｔ１）の１．２〜２倍である。

次いで、図２に示すように、製作したチューブ製造用板状体(10)を連結部(13)でヘアピン状に折り曲げ、凸型補強壁形成部(15)と凹型補強壁形成部(17)、凸型内側壁形成部(19)と凹型内側壁形成部(22)を係合させ、さらに外側壁形成部(20)を折り曲げて熱交換器用チューブ(1)とした。

次いで、図４に示すように、製作した各熱交換器用チューブ(1)はフィン(7)と交互に重ねるとともに、両端をヘッダー(8)に差し込んで仮組みした。そして、この仮組物にフッ化物系フラックスを塗布し、６００℃の窒素ガス雰囲気中で５分間加熱してろう付した。

ろう付後の熱交換器用チューブについて、ろう付性、耐食性、強度について、以下の試験方法により評価した。

〔ろう付性〕
ろう付部分を目視観察し、以下の基準で評価した。
○：ろう付性が良好でフィレットが大きいもの
△：ろう付不良が発生したもの
×：ろう付不可のもの

〔耐食性〕
製作した各熱交換器に対し、ＡＳＴＭ−Ｇ８５−Ａ３に規定されたＳＷＡＡＴ試験を実施した。腐食試験液は、ＡＳＴＭ Ｄ１１４１による人工海水を作製し、この人工海水に酢酸を添加してｐＨ３に調製した腐食試験液を用いた。また、試験条件は０．５時間噴霧−湿潤１．５時間を１サイクルとし、このサイクルを４８０時間実施して以下の基準で評価した。
○：外皮層（犠牲腐食層）内で腐食が止まっているもの
△：外皮層を超えて腐食したもの
×：深さ３００μｍ以上の腐食が発生したもの

〔強度〕
引張試験による引張強さを測定し、ＪＩＳ Ａ３００３を基準として下記の基準で評価した。
◎：ＪＩＳ Ａ３００３の１．２倍以上
○：ＪＩＳ Ａ３００３の１．１倍以上１．２倍未満
△：ＪＩＳ Ａ３００３の１．０倍を超え１．１倍未満
×：ＪＩＳ Ａ３００３と同等
表３の結果より、本発明にかかる熱交換器用チューブはろう付性が良好であることはもとより、外側からの腐食に対して優れた耐食性および強度を有することを確認し得た。

本発明の熱交換器用チューブは外側からの腐食に対して優れた耐食性を有するものであるから、ロードスプラッシュを受けるような腐食環境で使用される熱交換器構成部材として好適である。

本発明にかかる熱交換器用チューブの一例を示す断面図である。 チューブ製造用板状体および熱交換器用チューブの製作工程を示す断面図である。 図２のチューブ製造用板状体の製造方法を示す図である。 図１の熱交換器用チューブを用いた熱交換器の正面図である。 熱交換器用チューブにおけるＳｉプロファイルである。

符号の説明

1…熱交換器用チューブ
2…心材
3…内皮層（ろう材）
4…外皮層（犠牲腐食材）
5…外皮層の厚肉部
10…チューブ製造用板状体
11、12…平坦壁形成部（平坦壁）
13…連結部（一方の側壁）
15…凸型補強壁形成部（補強壁、補強壁形成部）
17…凹型補強壁形成部（補強壁、補強壁形成部）
19…凸型内側壁形成部（他方の側壁、側壁形成部）
20…外側壁形成部（他方の側壁、側壁形成部）
22…凹型内側壁形成部（他方の側壁、側壁形成部）

Claims (9)

1. 心材の一面側に内皮層としてのＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材がクラッドされ、他面側に外皮層としての犠牲腐食材がクラッドされてなる帯状のチューブ製造用板状体を用いて製造された扁平多穴型のろう付用熱交換器用チューブであって、
   前記チューブ製造用板状体は、対向する平坦壁を形成する２つの平坦壁形成部と、これらを連結しかつ一方の側壁を形成する連結部と、前記平坦壁形成部の側縁に連続して形成され他方の側壁を形成する側壁形成部と、前記平坦壁形成部の内皮層側の面を隆起させて形成された補強壁を形成する補強壁形成部とを有し、前記補強壁形成部の外皮層が補強壁形成部を除く平坦部分の外皮層よりも厚く形成されてなり、
   前記熱交換器用チューブは、前記チューブ製造用板状体を連結部でヘアピン状に曲げ、前記側壁形成部においてチューブ状に閉じられるとともに、前記補強壁形成部がチューブ内を仕切ることによって複数の穴が形成されてなり、
   前記心材が、Ｍｎ：１．０〜１．６質量％、Ｃｕ：０．０３〜０．２質量％、Ｓｉ：１．１〜１．５質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．４質量％およびＴｉ：０．０３〜０．２５質量％を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金で構成され、前記外皮層が、Ｚｎ：０．６〜１．５質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．４質量％およびＳｉ：０．０５〜０．４質量％を含有し、かつＭｇが０．２質量％以下に規制され、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金で構成されていることを特徴とする熱交換器用チューブ。
2. 前記外皮層を構成するアルミニウム合金組成において、さらに０．０３〜０．３質量％のＴｉを含有する請求項１に記載の熱交換器用チューブ。
3. 前記外皮層を構成するアルミニウム合金組成において、Ｃｕが０．０５質量％以下に規制されている請求項１または２に記載の熱交換器用チューブ。
4. 前記外皮層を構成するアルミニウム合金組成において、Ｍｎが０．３質量％以下に規制されている請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換器用チューブ。
5. 前記外皮層を構成するアルミニウム合金組成において、Ｍｎ／Ｆｅの質量比が２以上である請求項４に記載の熱交換器用チューブ。
6. 前記チューブ製造用板状体において、平坦壁形成部の補強壁形成部を除く平坦部分の外皮層の厚さが２０〜６０μｍである請求項１〜５のいずれかに記載の熱交換器用チューブ。
7. 前記チューブ製造用板状体において、平坦壁形成部の補強壁形成部を除く平坦部分の厚さが２５０μｍ以下である請求項１〜６のいずれかに記載の熱交換器用チューブ。
8. 複数の扁平チューブと、これらの扁平チューブの間に介設されたフィンとがろう付され、前記複数の扁平チューブと、これらの扁平チューブの端部にヘッダーが連結された熱交換器において、
   前記扁平チューブとして請求項１〜７のいずれかに記載された熱交換器用チューブが用いられていることを特徴とする熱交換器。
9. 前記熱交換器は、ロードスプラッシュを受け高濃度塩化物イオン主体の腐食環境で用いられる熱交換器である請求項８に記載の熱交換器。

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