JP2015067886A - アルミニウム合金製熱交換器 - Google Patents
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Landscapes
- Details Of Heat-Exchange And Heat-Transfer (AREA)
Abstract
【解決手段】チューブ2とヘッダプレート4との接合部7の孔食電位(A1)は、チューブ2の板厚方向で孔食電位の最も低い部位の孔食電位(B1)およびヘッダプレート4の板厚方向で孔食電位の最も低い部位の孔食電位(B2)の両方より貴とする。かつ、ヘッダプレート4とタンクプレート5との接合部8の孔食電位(A2)は、ヘッダプレート4の板厚方向で孔食電位の最も低い部位の孔食電位(B2)およびタンクプレート5の板厚方向で孔食電位の最も低い部位の孔食電位(B3)の両方より貴とする。
【選択図】図1
Description
図1(a)、(b)に、本発明の一実施形態に係るアルミニウム合金製熱交換器の構造を示す。
アルミニウム合金製熱交換器1は、扁平形状で内部に流体通路を有する複数のチューブ2がそれぞれ並列に配置され、隣接するチューブ2間に、コルゲート成型されたフィン3が挟み込んで配置、接合され、チューブ2の両端に、ヘッダプレート4A,4Bがろう付け接合によって一体化され、さらにヘッダプレート4A,4Bに隣接してタンクプレート5A,5Bがろう付け接合されて内部に中空構造の媒体通路6が形成されている。
アルミニウム合金製熱交換器1において、図1(b)に示すように、チューブ2とヘッダプレート4との接合部7の孔食電位(A1)は、チューブ2の板厚方向で孔食電位の最も低い部位の孔食電位(B1)およびヘッダプレート4の板厚方向で孔食電位の最も低い部位の孔食電位(B2)の両方より貴とする。かつ、ヘッダプレート4とタンクプレート5との接合部8の孔食電位(A2)は、ヘッダプレート4の板厚方向で孔食電位の最も低い部位の孔食電位(B2)およびタンクプレート5の板厚方向で孔食電位の最も低い部位の孔食電位(B3)の両方より貴とする。これらの関係を次式(1)に示す。
{(A1)>(B1)および、(A1)>(B2)}、かつ、
{(A2)>(B2)および、(A2)>(B3)}・・・・・(1)
本発明に用いるAl合金製チューブは、Si:0.05〜0.5mass%(以下、%と記す)、Cu:0.1〜0.8%、Mn:0.05〜0.5%を含有し、残部Al及び不可避不純物からなるAl合金表面に、3〜15g/m2のZnを付与したAl合金材が用いられる。
本発明に用いるAl合金製チューブのSiは、0.05〜0.5%含有される。Siは、マトリックスに固溶したり、Al−Mn−Si系金属間化合物を生成することによって、ろう付後の強度を向上させるとともに、固溶Siにより心材の電位を貴化させる元素である。このSi添加の効果を得るためには、0.05%以上のSiの含有が必要である。一方、0.5%を超えて過剰にSiを含有させると、押出性が低下するとともに、合金の融点を低下させてろう付時に材料の溶融を招いてしまう。また、Siは、Al−Mn−Si系金属間化合物を形成するために、固溶Mnと関係がある。具体的には、Si濃度が低いほど固溶Mn濃度が増大し、電位が貴化する。Si量は、0.05〜0.25%とするのがより好ましい。
本発明に用いるAl合金製チューブのCuは、0.1〜0.8%含有される。Cuは、マトリックス中に固溶して強度を向上させるとともに、心材の電位を貴化し、表面との電位差を大きくすることでろう材の犠牲防食効果を向上させる。Cuの含有量が0.1%未満ではその効果が小さい。一方0.8%を超えると、マトリックスの融点が低下するため、ろう付時に材料が溶融しやすくなる。Cuの含有量は0.3〜0.6%がより好ましい。
本発明に用いるAl合金製チューブのMnは、0.05〜0.5%含有される。MnはAl−Mn系金属間化合物として晶出又は析出して、ろう付加熱後の強度の向上に寄与するとともに、固溶Mnにより心材の電位を貴化させる元素である。この効果を得るためには、0.05%以上のMnを添加することが必要である。但し、Mn量が0.5%を超えれば、押出性が低下されるとともに、巨大な金属間化合物が晶出し、製造性を阻害するおそれがあり、従って、Mn量の上限は0.5%とする。また、Mnは、Al−Mn−Si系金属間化合物を形成するために、固溶Siと関係がある。具体的には、Mn濃度が低いほど固溶Si濃度が増大し、電位が貴化する。Mn量は、0.1〜0.3%とするのがより好ましい。
本発明に用いるAl合金製チューブの不可避不純物としてのFeは、金属間化合物として晶出または析出し、腐食速度を増大させる。Feの含有量は0.4%以下とするのが望ましい。
本発明に用いるAl合金製チューブには、その外面にZnが付与される。Zn付与方法は、Zn溶射、Zn塗布、メッキ等が挙げられる。Zn溶射では、Zn溶射層は、ろう付処理を施すことにより、Znの拡散した層となる。上記Zn拡散層は、Al合金のZnが拡散していない部分よりも孔食電位が卑であるため、犠牲防食効果によってAl合金を防食し、Al合金の耐久寿命を向上させることができる。
本発明に用いるAl合金製チューブの製造方法については、通常の方法を採用することができ、特に限定されるものではないが、例えば次のようにすることが好ましい。まず、鋳塊に必要に応じて均質化処理と面削を施し、押出成形前にビレットを450〜570℃に加熱し、ビレットを押出成形した後、所定の外径と肉厚になるように抽伸加工を施し、さらにZn付与処理を行う。なお、得られるクラッド押出管の機械的特性を調整するために、製造工程の任意の段階において適時熱処理を加えても良い。
Al合金製ヘッダプレート及びタンクプレートは、心材とその表面にろう材を形成したブレージングシートにより形成される。ブレージングシートは、心材の外側や内側に形成されるろう材の種類によって、2層ブレージングシートや3層ブレージングシートがあり、これらのいずれも用いることができるが、心材の組成はいずれのブレージングシートにおいても共通である。以下、心材の組成について説明する。
Al合金製ヘッダプレート及びタンクプレートの心材(L0)は、Si:0.05〜1.0%、Cu:0.05〜1.0%、Mn:0.5〜2.0%を含有し、残部Al及び不可避不純物からなるAl合金から形成される。
ヘッダプレート及びタンクプレートの心材(L0)には、Siを0.05〜1.0%含有させる。心材中のSiは、Mnと共存させることにより、Al−Mn−Si系化合物相となってマトリックス中に分散あるいは固溶して強度を向上させるとともに、固溶Siにより心材の電位を貴化させる。Siの含有量が0.05%未満ではその効果が小さい。1.0%を超えると、心材内部のAl−Si系やAl−Mn−Si系化合物の析出量が増大し、過剰な化合物は、耐食性を低下させる恐れがある。また、Siは、Al−Mn−Si系金属間化合物を形成するために、固溶Mnと関係がある。具体的には、Si濃度が低いほど固溶Mn濃度が増大し、電位が貴化する。
ヘッダプレート及びタンクプレートの心材(L0)には、Mnを0.5〜2.0%含有させる。Mnは、マトリックス中に固溶し表面との孔食電位差を大きくすることで犠牲防食効果を向上させる。また、MnはAl−Mn系金属間化合物として晶出または析出し、ろう付後の強度を向上させる。さらに、Al−Mn−Si化合物を形成してマトリックス中へのSi固溶度を低くし、マトリックスの融点を向上させる。Mnの含有量が0.5%未満ではその効果が小さく、2.0%を超えると、粗大なAl−Mn系化合物相を形成するため、耐食性と加工性が低下する。また、Mnは、Al−Mn−Si系金属間化合物を形成するために、固溶Siと関係がある。具体的には、Mn濃度が低いほど固溶Si濃度が増大し、電位が貴化する。
ヘッダプレート及びタンクプレートの心材(L0)には、Cuを0.05〜1.0%含有させる。Cuは、マトリックス中に固溶して強度を向上させるとともに、心材の電位を貴化し、表面との孔食電位差を大きくすることでろう材の犠牲防食効果を向上させる。Cuの含有量が0.05%未満ではその効果が小さい。一方1.0%を超えると、マトリックスの融点が低下するため、ろう付時に材料が溶融しやすくなる。
ヘッダプレート及びタンクプレートの心材(L0)には、Ti、Zr、CrもしくはVを0.05〜0.3%含有してもよい。これらの元素は、耐食性、特に耐孔食性の向上に寄与する。すなわち、アルミニウム合金中に添加されたTi、Zr、CrもしくはVは、その濃度の高い領域と濃度の低い領域とに分かれ、それらが板厚方向に交互に積層状に分布する。そして、濃度の低い領域が濃度の高い領域よりも優先的に腐食することにより、腐食形態が層状となり、その結果板厚方向への腐食の進行を妨げ、耐孔食性が向上する。Ti、Zr、Cr及びV量が0.05%未満では、このような耐孔食性向上の効果を十分に得ることができない。一方、Ti、Zr、Cr及びV添加量が0.3%を超えると、鋳造時に粗大な化合物が生成されて製造性を阻害するおそれがある。
ヘッダプレートまたはタンクプレートには、図2(a)に示すように、[4.1.1]で記載した組成の心材(L0)の外表面側に、Al−Si合金ろう材(L1)を配置して片面クラッドした第1の2層ブレージングシートを用いることができる。
ヘッダプレートまたはタンクプレートには、図2(b)に示すように、[4.1.1]で記載した組成の心材(L0)の外表面側に、Al−Si−Zn合金ろう材(L2)を配置して片面クラッドした第2の2層ブレージングシートを用いることができる。
ヘッダプレートまたはタンクプレートには、図3(a)に示すように、[4.1.1]で記載した組成の心材(L0)の外表面側に、[4.1.3]で記載した組成のAl−Si−Zn系合金ろう材(L2)を、心材の内表面側にAl−Si−Cu系合金ろう材(L3)配置して両面クラッドした第1の3層ブレージングシートを用いることができる。
ヘッダプレートまたはタンクプレートには、図3(b)に示すように、[4.1.1]で記載した組成の心材(L0)の外表面側に、Al−Zn系合金ろう材(L4)を、心材の内表面側に、[4.1.4]で記載した組成のAl−Si−Cu系合金ろう材(L3)を配置して両面クラッドした第2の3層ブレージングシートを用いることができる。
ヘッダプレートまたはタンクプレートには、図3(c)に示すように、[4.1.1]で記載した組成の心材(L0)の外表面側に、[4.1.2]で記載した組成のAl−Si系合金ろう材(L1)を、さらに、L1とL0との間に、[4.1.5]で記載した組成のAl−Zn系合金皮材(L4)を、配置して片面クラッドした第3の3層ブレージングシートを用いることができる。
ヘッダプレート及びタンクプレートに用いるAl合金製ブレージングシートの製造方法については、通常の方法を採用することができ、特に限定されるものではないが、例えば次のようにすることが好ましい。すなわち、製造する組み合わせに応じた、心材、ろう材、皮材を鋳造し、その鋳塊の両面を面削して、クラッド層を重ね合わせる。これに400〜550℃で1〜10時間の予備加熱を行い、熱間圧延により板厚を5mm程度まで減少させる。さらに、冷間圧延及び300〜450℃で1〜10時間の最終焼鈍を行って、厚さ1.6mm程度のブレージングシートとする。
[4.2.1 チューブと第1の2層ブレージングシートとの接合(図4(a))]
チューブとヘッダプレートとの接合において、ヘッダプレートとして第1の2層ブレージングシート(図2(a))を用いた場合、図4(a)に示すように、チューブ2とヘッダプレート4との接合は、Al−Si合金ろう材(L1)によりなされる。このとき、チューブ2とヘッダプレート4との接合部7には、L1の成分に加え、チューブ2からZn及びCuが、ヘッダプレート4の心材からCuが、拡散し、これらが孔食電位に影響を与える。チューブ2の組成及び第1の2層ブレージングシートの組成が本発明で規定する範囲内であれば、チューブ2の板厚方向で孔食電位の最も低い部位の孔食電位<チューブ2とヘッダプレート4との接合部7の孔食電位、および、ヘッダプレート4の板厚方向で孔食電位の最も低い部位の孔食電位<チューブ2とヘッダプレート4との接合部7の孔食電位の関係が成り立つ。
チューブとヘッダプレートとの接合において、ヘッダプレートとして第2の2層ブレージングシート(図2(b))を用いた場合、図5(a)に示すように、チューブ2とヘッダプレート4との接合は、Al−Si−Zn系合金ろう材(L2)によりなされる。このとき、チューブ2とヘッダプレート4との接合部7には、L2の成分、特にZnに加え、チューブ2からZn及びCuが、ヘッダプレート4の心材からCuが、拡散し、これらが孔食電位に影響を与える。チューブ2の組成及び第2の2層ブレージングシートの組成が本発明で規定する範囲内であれば、チューブ2の板厚方向で孔食電位の最も低い部位の孔食電位<チューブ2とヘッダプレート4との接合部7の孔食電位、および、ヘッダプレート4の板厚方向で孔食電位の最も低い部位の孔食電位<チューブ2とヘッダプレート4との接合部7の孔食電位の関係が成り立つ。
チューブとヘッダプレートとの接合において、ヘッダプレートとして第1の3層ブレージングシート(図3(a))を用いた場合、図5(b)に示すように、チューブ2とヘッダプレート4との接合は、Al−Si−Zn系合金ろう材(L2)及び、Al−Si−Cu系合金ろう材(L3)によりなされる。このとき、チューブ2とヘッダプレート4との接合部7には、L2の成分、特にZn及び、L3の成分、特にCuに加え、チューブ2からZn及びCuが、ヘッダプレート4の心材からCuが、拡散し、これらが孔食電位に影響を与える。チューブ2の組成及び第1の3層ブレージングシートの組成が本発明で規定する範囲内であれば、チューブ2の板厚方向で孔食電位の最も低い部位の孔食電位<チューブ2とヘッダプレート4との接合部7の孔食電位、および、ヘッダプレート4の板厚方向で孔食電位の最も低い部位の孔食電位<チューブ2とヘッダプレート4との接合部7の孔食電位の関係が成り立つ。
チューブとヘッダプレートとの接合において、ヘッダプレートとして第2の3層ブレージングシート(図3(b))を用いた場合、図6(b)に示すように、チューブ2とヘッダプレート4との接合は、Al−Si−Cu系合金ろう材(L3)及び、Al−Zn系合金ろう材(L4)によりなされる。このとき、チューブ2とヘッダプレート4との接合部7には、L3の成分、特にCuに加え、チューブ2からZn及びCuが、ヘッダプレート4の心材からCuが、Al−Zn系合金ろう材(L4)からZnが、拡散し、これらが孔食電位に影響を与える。チューブ2の組成及び第2の3層ブレージングシートの組成が本発明で規定する範囲内であれば、チューブ2の板厚方向で孔食電位の最も低い部位の孔食電位<チューブ2とヘッダプレート4との接合部7の孔食電位、および、ヘッダプレート4の板厚方向で孔食電位の最も低い部位の孔食電位<チューブ2とヘッダプレート4との接合部7の孔食電位の関係が成り立つ。
チューブとヘッダプレートとの接合において、ヘッダプレートとして第3の3層ブレージングシート(図3(c))を用いた場合、図7(b)に示すように、チューブ2とヘッダプレート4との接合は、Al−Si系合金ろう材(L1)によりなされる。このとき、チューブ2とヘッダプレート4との接合部7には、L1の成分に加え、チューブからZn及びCuが、ヘッダプレート4の心材からCuが、ヘッダプレートの皮材(L4)からZnが、拡散し、これらが孔食電位に影響を与える。チューブ2の組成及び第3の3層ブレージングシートの組成が本発明で規定する範囲内であれば、チューブ2の板厚方向で孔食電位の最も低い部位の孔食電位<チューブ2とヘッダプレート4との接合部7の孔食電位、および、ヘッダプレート4の板厚方向で孔食電位の最も低い部位の孔食電位<チューブ2とヘッダプレート4との接合部の孔食電位の関係が成り立つ。
[4.3.1 第1の2層ブレージングシートと第2の2層ブレージングシートとの接合(図4(a)、(b))]
ヘッダプレートとタンクプレートとの接合において、図4(a)に示すように、ヘッダプレート4として第1の2層ブレージングシート(図2(a))を、タンクプレート5として第2の2層ブレージングシート(図2(b))を、用いた場合、ヘッダプレート4の外側のAl−Si合金ろう材(L1)とタンクプレート5の内側の心材とを接触させ、ろう付接合する。このとき、ヘッダプレート4とタンクプレート5との接合部8には、L1の成分に加え、ヘッダプレート4の心材からCuが、タンクプレート5の心材からCuが、拡散し、これらが孔食電位に影響を与える。第1の2層ブレージングシートの組成及び第2の2層ブレージングシートの組成が本発明で規定する範囲内であれば、ヘッダプレート4の板厚方向で孔食電位の最も低い部位の孔食電位<ヘッダプレート4とタンクプレート5との接合部8の孔食電位、および、タンクプレート5の板厚方向で孔食電位の最も低い部位の孔食電位<ヘッダプレート4とタンクプレート5との接合部8の孔食電位の関係が成り立つ。
ヘッダプレートとタンクプレートとの接合において、図5(a)に示すように、ヘッダプレート4として第2の2層ブレージングシート(図2(b))を、タンクプレート5として第1の3層ブレージングシート(図3(a))を、用いた場合、ヘッダプレート4の外側のAl−Si−Zn系合金ろう材(L2)とタンクプレート5の内側のAl−Si−Cu系合金ろう材(L3)とを接触させ、ろう付接合する。このとき、ヘッダプレート4とタンクプレート5との接合部8には、L2の成分、特にZn及び、L3の成分、特にCuに加え、ヘッダプレート4の心材からCuが、タンクプレート5の心材からCuが、拡散し、これらが孔食電位に影響を与える。第2の2層ブレージングシートの組成と第1の3層ブレージングシートの組成が本発明で規定する範囲内であれば、ヘッダプレート4の板厚方向で孔食電位の最も低い部位の孔食電位<ヘッダプレート4とタンクプレート5との接合部8の孔食電位、および、タンクプレート5の板厚方向で孔食電位の最も低い部位の孔食電位<ヘッダプレート4とタンクプレート5との接合部8の孔食電位の関係が成り立つ。
ヘッダプレートとタンクプレートとの接合において、図6(a)に示すように、ヘッダプレート4として第2の2層ブレージングシート(図2(b))を、タンクプレート5として第2の3層ブレージングシート(図3(b))を、用いた場合、ヘッダプレート4の外側のAl−Si−Zn系合金ろう材(L2)とタンクプレート5の内側のAl−Si−Cu系合金ろう材(L3)とを接触させ、ろう付接合する。このとき、ヘッダプレート4とタンクプレート5との接合部8には、L2の成分、特にZn及び、L3の成分、特にCuに加え、ヘッダプレート4の心材からCuが、タンクプレート5の心材からCuが、拡散し、これらが孔食電位に影響を与える。第2の2層ブレージングシートの組成と第2の3層ブレージングシートの組成が本発明で規定する範囲内であれば、ヘッダプレート4の板厚方向で孔食電位の最も低い部位の孔食電位<ヘッダプレート4とタンクプレート5との接合部8の孔食電位、および、タンクプレート5の板厚方向で孔食電位の最も低い部位の孔食電位<ヘッダプレート4とタンクプレート5との接合部8の孔食電位の関係が成り立つ。
ヘッダプレートとタンクプレートとの接合において、図7(a)に示すように、ヘッダプレート4として第2の2層ブレージングシート(図2(b))を、タンクプレート5として第3の3層ブレージングシート(図3(c))を、用いた場合、ヘッダプレート4の内側の心材とタンクプレート5の外側のAl−Si合金ろう材(L1)とを接触させ、ろう付接合する。このとき、ヘッダプレート4とタンクプレート5との接合部8には、L1に加え、ヘッダプレート4の心材からCuが、タンクプレート5の皮材(L4)からZnが、拡散し、これらが孔食電位に影響を与える。第2の2層ブレージングシートの組成と第3の3層ブレージングシートの組成が本発明で規定する範囲内であれば、ヘッダプレート4の板厚方向で孔食電位の最も低い部位の孔食電位<ヘッダプレート4とタンクプレート5との接合部8の孔食電位、および、タンクプレート5の板厚方向で孔食電位の最も低い部位の孔食電位<ヘッダプレート4とタンクプレート5との接合部8の孔食電位の関係が成り立つ。
ヘッダプレートとタンクプレートとの接合において、図8(a)に示すように、ヘッダプレート4として第2の3層ブレージングシート(図3(b))を、タンクプレート5として第3の3層ブレージングシート(図3(c))を、用いた場合、ヘッダプレート4の内側のAl−Si−Cu系合金ろう材(L3)とタンクプレート5の外側のAl−Si合金ろう材(L1)とを接触させ、ろう付接合する。このとき、ヘッダプレート4とタンクプレート5との接合部8には、L1の成分、及び、L3の成分、特にCuに加え、ヘッダプレート4の心材からCuが、タンクプレート5の皮材(L4)からZnが、拡散し、これらが孔食電位に影響を与える。第2の3層ブレージングシートの組成と第3の3層ブレージングシートの組成が本発明で規定する範囲内であれば、ヘッダプレート4の板厚方向で孔食電位の最も低い部位の孔食電位<ヘッダプレート4とタンクプレート5との接合部8の孔食電位、および、タンクプレート5の板厚方向で孔食電位の最も低い部位の孔食電位<ヘッダプレート4とタンクプレート5との接合部8の孔食電位の関係が成り立つ。
[5.1 心材の組成]
Al合金製フィンの心材は、Si:0.05〜1.0%、Mn:0.5〜2.0%、Zn:0.5〜4.0%を含有し、残部Al及び不可避不純物からなるAl合金から形成される。
Al合金製フィンの心材には、Siを0.05〜1.0%含有させる。心材中のSiは、Mnと共存させることにより、Al−Mn−Si系化合物相となってマトリックス中に分散あるいは固溶して強度を向上させる。Siの含有量が0.05%未満ではその効果が小さい。1.0%を超えると、心材内部のAl−Si系やAl−Mn−Si系化合物の析出量が増大し、フィンの腐食速度が増大する恐れがある。
Al合金製フィンの心材には、Mnを0.5〜2.0%含有させる。Mnは、Al−Mn系金属間化合物として晶出または析出し、ろう付後の強度を向上させる。さらに、Al−Mn−Si化合物を形成してマトリックス中へのSi固溶度を低くし、マトリックスの融点を向上させる。Mnの含有量が0.5%未満ではその効果が小さく、2.0%を超えると、粗大なAl−Mn系化合物相を形成するため、耐食性と加工性が低下する。
Al合金製フィンの心材には、Znを0.5〜4.0%含有させる。ZnはAlに固溶し孔食電位を卑化させる働きがある。フィンの孔食電位をチューブの心の孔食電位よりも卑とすることで、フィンがチューブに対して犠牲防食効果を発現することができる。この効果を得るためには、0.5%以上のZn添加が必要となる。しかしながら、Zn濃度が4.0%を超えるとフィンの腐食速度が増大してしまう。
Al合金製フィンの心材には、Ti、Zr、CrもしくはVを0.05〜0.3%含有してもよい。これらの元素は、耐食性、特に耐孔食性の向上に寄与する。すなわち、アルミニウム合金中に添加されたTi、Zr、CrもしくはVは、その濃度の高い領域と濃度の低い領域とに分かれ、それらが板厚方向に交互に積層状に分布する。そして、濃度の低い領域が濃度の高い領域よりも優先的に腐食することにより、腐食形態が層状となり、その結果板厚方向への腐食の進行を妨げ、耐孔食性が向上する。Ti、Zr、Cr及びV量が0.05%未満では、このような耐孔食性向上の効果を十分に得ることができない。一方、Ti、Zr、Cr及びV添加量が0.3%を超えると、鋳造時に粗大な化合物が生成されて製造性を阻害するおそれがある。
Al合金製フィンの心材には、Feを0.05〜1.0%含有してもよい。Feは金属間化合物として晶出または析出し、心材強度を向上させる。
Al合金製フィンの心材には、Mgを0.05〜1.0%含有してもよい。Mgは心材の強度を向上させる効果を有する。
Al合金製フィンのろう材は、Si:3.0〜12.0%を含有し、残部Al及び不可避不純物からなる。
Al合金製フィンのろう材には、Siを3.0〜12.0%含有する。Siは、アルミニウム合金の融点を低下させ液相を生じさせ、これによってろう付を可能にする。3.0%未満のSiの含有量では、ろう付けに必要とする液相が充分に得られずろう付性が満足に機能しがたい。一方、12.0%を超えるSiの含有量では、鋳造時に粗大なSiが晶出し、割れが発生してしまう。
Al合金製フィンのろう材には、Ti、Zr、CrもしくはVが、0.05〜0.3%含有されてもよい。これらの元素は、耐食性、特に耐孔食性の向上に寄与する。すなわち、アルミニウム合金中に添加されたTi、Zr、CrもしくはVは、その濃度の高い領域と濃度の低い領域とに分かれ、それらが板厚方向に交互に積層状に分布する。そして、濃度の低い領域が濃度の高い領域よりも優先的に腐食することにより、腐食形態が層状となり、その結果板厚方向への腐食の進行が妨げられ、耐孔食性が向上する。このような耐孔食性向上の効果を十分に得るためには、Ti、Zr、CrもしくはVの含有量が0.05%以上であることが好ましい。一方、Ti、Zr、CrもしくはVの含有量が0.3%を超えれば、鋳造時に粗大な化合物が生成されて製造性を阻害するおそれがある。
Al合金製フィンのろう材には、FeまたはNiが0.05〜1.0%含有されてもよい。一般にFeまたはNiは耐食性の向上に寄与する。
Al合金製フィンのろう材には、Mnが0.05〜1.5%含有されてもよい。MnはAl−Mn系金属間化合物として晶出又は析出して、強度の向上に寄与する元素である。
Al合金製フィンのろう材には、NaもしくはSrが10ppm〜500ppm含有されてもよい。Na及びSrはAl−Si系合金の晶出物を微細化させる働きがあり、粗大Al−Si系合金粒子への腐食の集中による耐食性阻害の作用を抑制する。
Al合金製フィンのろう材には、Znが0〜3.0%含有されてもよい。Zn添加により、フィンの孔食電位は低くなる。このことにより犠牲防食効果が発現し、チューブの寿命を向上させる。
Al合金フィンのろう材には、Cuが、0.05〜0.5%含有されてもよい。フィンとチューブとの接合は、Al合金製フィンのろう材によってなされるため、これらの孔食電位は、Cu含有量が多いほど貴になり、フィンとチューブとの接合部の優先腐食を抑制できる。
図1に示すアルミニウム合金製熱交換器1は、例えば、先ず、両端部分をヘッダプレート4A、4Bに取り付けたチューブ2の外面にフィン3を配置して組立てる。ヘッダプレート4A、4Bには、それぞれタンクプレート5A、5Bを取り付ける。次いで、チューブ2の両端重ね合せ部分、フィン3とチューブ2外面、チューブ2の両端とヘッダプレート4A、4B、ヘッダプレート4A、4Bとタンクプレート5A、5Bを1回のろう付け加熱によって同時に接合する。
(a)孔食電位
熱交換器から、各部材を切り出し、チューブは表面から心材まで、0.01mm毎にエッチングを行った後に測定面以外をエポキシ樹脂によりマスキングした。ヘッダプレートおよびタンクプレートは、表面と表面から0.5mmまでおよび裏面と裏面から0.5mmまで、0.01mm毎にエッチングを行った後に測定面以外をエポキシ樹脂によりマスキングした。接合部は、接合部を樹脂埋め、鏡面研磨し、断面において、接合部以外をエポキシ樹脂によりマスキングした。これらを供試材とし、前処理として、60℃の5%NaOH溶液に30秒浸漬、30%HNO3溶液に60秒浸漬を行い表面を洗浄した。溶液は、5%NaClに酢酸を添加してpH3とし、30分間窒素脱気した。測定は室温で、ポテンショスタットを用いてアノード分極曲線を測定した。分極曲線において、急激に電流の上昇する電位を孔食電位とした。
熱交換器に、ASTM G85に準じたSWAATを1000時間行った。SWAAT試験後において、耐圧試験を行い、リークによる漏れ、フィンの腐食を調査した。リーク漏れが起こらなかった場合は、チューブ/ヘッダプレート接合部およびヘッダプレート/タンクプレート接合部の耐食性は合格(○)とし、接合部からリーク漏れした場合には、その接合部の耐食性を不合格(×)とした。耐圧試験によりフィンが座屈しなかった場合には、フィンの耐食性は合格(○)とし、フィンが座屈した場合には、フィンの耐食性を不合格(×)とした。
製造による外観不良や成形性に問題がなければ合格(○)とし、割れ等の外観不良、成形性に問題があった場合は不合格(×)とした。
表16に、図4(a)の構造の熱交換器の実施例を示す。ヘッダプレートおよびタンクプレートに記載のろう付の項目は、ヘッダプレートとタンクプレートとの接合面を示している。
表17に、図4(b)の構造の熱交換器の実施例を示す。ヘッダプレートおよびタンクプレートに記載のろう付の項目は、ヘッダプレートとタンクプレートとの接合面を示している。
表18に、図5(a)の構造の熱交換器の実施例を示す。ヘッダプレートおよびタンクプレートに記載のろう付の項目は、ヘッダプレートとタンクプレートとの接合面を示している。
表19に、図5(b)の構造の熱交換器の実施例を示す。ヘッダプレートおよびタンクプレートに記載のろう付の項目は、ヘッダプレートとタンクプレートとの接合面を示している。
表20に、図6(a)の構造の熱交換器の実施例を示す。ヘッダプレートおよびタンクプレートに記載のろう付の項目は、ヘッダプレートとタンクプレートとの接合面を示している。
表21に、図6(b)の構造の熱交換器の実施例を示す。ヘッダプレートおよびタンクプレートに記載のろう付の項目は、ヘッダプレートとタンクプレートとの接合面を示している。
表22に、図7(a)の構造の熱交換器の実施例を示す。ヘッダプレートおよびタンクプレートに記載のろう付の項目は、ヘッダプレートとタンクプレートとの接合面を示している。
表23に、図7(b)の構造の熱交換器の実施例を示す。ヘッダプレートおよびタンクプレートに記載のろう付の項目は、ヘッダプレートとタンクプレートとの接合面を示している。
表24に、図8(a)の構造の熱交換器の実施例を示す。ヘッダプレートおよびタンクプレートに記載のろう付の項目は、ヘッダプレートとタンクプレートとの接合面を示している。
表25に、図8(b)の構造の熱交換器の実施例を示す。ヘッダプレートおよびタンクプレートに記載のろう付の項目は、ヘッダプレートとタンクプレートとの接合面を示している。
表26に、図1(a)に示す構造の熱交換器の実施例を示す。ヘッダプレートおよびタンクプレートに記載のろう付の項目は、ヘッダプレートとタンクプレートとの接合面を示している。
2…チューブ
3…フィン
4、4A、4B…ヘッダプレート
5、5A、5B…タンクプレート
6…媒体経路
7…接合部
8…接合部
Claims (8)
- 内部に流体通路を有する複数のチューブがそれぞれ並列に配置され、隣接する前記チューブ間に、コルゲート成型されたフィンが挟み込んで配置、接合され、前記チューブの両端に、ヘッダプレートがろう付け接合によって一体化され、さらに前記ヘッダプレートに隣接してタンクプレートがろう付け接合されて内部に中空構造の媒体通路を形成した熱交換器において、
前記チューブと前記ヘッダプレートとの接合部の孔食電位が、前記チューブの板厚方向で孔食電位の最も低い部位の孔食電位および前記ヘッダプレートの板厚方向で孔食電位の最も低い部位の孔食電位の両方より貴であり、
かつ、前記ヘッダプレートと前記タンクプレートとの接合部の孔食電位が、前記ヘッダプレートの板厚方向で孔食電位の最も低い部位の孔食電位および前記タンクプレートの板厚方向で孔食電位の最も低い部位の孔食電位の両方より貴であって、
前記チューブは、Si:0.05〜0.5mass%(以下、%と記す)、Cu:0.1〜0.8%、Mn:0.05〜0.5%を含有し、残部Al及び不可避不純物からなるAl合金表面に、3〜15g/m2のZnを付与したAl合金材からなることを特徴とするアルミニウム合金製熱交換器。 - 前記ヘッダプレート及び前記タンクプレートは、一方が、心材とその外側に形成されたAl−Si系合金ろう材からなる第1の2層ブレージングシートから作製され、他方が、心材とその外側に形成されたAl−Si−Zn系合金ろう材からなる第2の2層ブレージングシートから作製されたものであって、
前記ヘッダプレートと前記タンクプレートとの接合が、前記第1の2層ブレージングシートの前記Al−Si系合金ろう材面と、前記第2の2層ブレージングシートの前記心材面とを接触させ、ろう付接合することによってなされ、
前記第1及び第2の2層ブレージングシートの前記心材が、Si:0.05〜1.0%、Cu:0.05〜1.0%、Mn:0.5〜2.0%を含有し、残部Al及び不可避不純物からなり、
前記第1の2層ブレージングシートの前記Al−Si系合金ろう材が、Si:3.0〜12.0%を含有し、残部Al及び不可避不純物からなり、
前記第2の2層ブレージングシートの前記Al−Si−Zn系合金ろう材が、Si:3.0〜12.0%、Zn:0〜3.0%を含有し、残部Al及び不可避不純物からなることを特徴とする請求項1記載のアルミニウム合金製熱交換器。 - 前記ヘッダプレート及び前記タンクプレートは、一方が、心材とその外側に形成されたAl−Si−Zn系合金ろう材からなる第2の2層ブレージングシートから作製され、他方が、心材とその内側に形成されたAl−Si−Cu系合金ろう材と心材の外側に形成されたAl−Si−Zn系合金ろう材からなる第1の3層ブレージングシートから作製されたものであって、
前記ヘッダプレートと前記タンクプレートとの接合が、前記第2の2層ブレージングシートの前記Al−Si−Zn系合金ろう材面と、前記第1の3層ブレージングシートの前記Al−Si−Cu系合金ろう材面とを接触させ、ろう付接合することによってなされ、
前記第2の2層ブレージングシート及び前記第1の3層ブレージングシートの前記心材がSi:0.05〜1.0%、Cu:0.05〜1.0%、Mn:0.5〜2.0%を含有し、残部Al及び不可避不純物からなり、
前記第1の3層ブレージングシートの前記Al−Si−Cu系合金ろう材がSi:3.0〜12.0%、Cu:0〜1.0%を含有し、残部Al及び不可避不純物からなり、
前記第1の3層ブレージングシートの前記Al−Si−Zn系合金ろう材がSi:3.0〜12.0%、Zn:0〜3.0%を含有し、残部Al及び不可避不純物からなり、
前記第2の2層ブレージングシートの前記Al−Si−Zn系合金ろう材がSi:3.0〜12.0%、Zn:0〜3.0%を含有し、残部Al及び不可避不純物からなることを特徴とする請求項1記載のアルミニウム合金製熱交換器。 - 前記ヘッダプレート及び前記タンクプレートは、一方が、心材とその外側に形成されたAl−Si−Zn系合金ろう材からなる第2の2層ブレージングシートから作製され、他方が、心材とその内側に形成されたAl−Si−Cu系合金ろう材と心材の外側に形成されたAl−Zn系合金ろう材からなる第2の3層ブレージングシートから作製されたものであって、
前記ヘッダプレートと前記タンクプレートとの接合が、前記第2の2層ブレージングシートの前記Al−Si−Zn系合金ろう材面と、前記第2の3層ブレージングシートの前記Al−Si−Cu系合金ろう材面とを接触させ、ろう付接合することによってなされ、
前記第2の2層ブレージングシート及び前記第2の3層ブレージングシートの前記心材が、Si:0.05〜1.0%、Cu:0.05〜1.0%、Mn:0.5〜2.0%を含有し、残部Al及び不可避不純物からなり、
前記第2の3層ブレージングシートの前記Al−Si−Cu系合金ろう材がSi:3.0〜12.0%、Cu:0〜1.0%を含有し、残部Al及び不可避不純物からなり、
前記第2の3層ブレージングシートの前記Al−Zn系合金ろう材がZn:0〜3.0%含有し、残部Al及び不可避不純物からなり、
前記第2の2層ブレージングシートの前記Al−Si−Zn系合金ろう材がSi:3.0〜12.0%、Zn:0〜3.0%を含有し、残部Al及び不可避不純物からなることを特徴とする請求項1記載のアルミニウム合金製熱交換器。 - 前記ヘッダプレート及び前記タンクプレートは、一方が、心材とその外側に形成されたAl−Si−Zn系合金ろう材からなる第2の2層ブレージングシートから作製され、他方が、心材とその外側に形成されたAl−Zn合金皮材とさらにその外側に形成されたAl−Si系合金ろう材からなる第3の3層ブレージングシートから作製されたものであって、
前記ヘッダプレートと前記タンクプレートとの接合が、前記第2の2層ブレージングシートの前記心材面と、前記第3の3層ブレージングシートの前記Al−Zn合金皮材及び前記Al−Si系合金ろう材面とを接触させ、ろう付接合することによってなされ、
前記第3の3層ブレージングシート及び第2の2層ブレージングシートの前記心材が、Si:0.05〜1.0%、Cu:0.05〜1.0%、Mn:0.5〜2.0%を含有し、残部Al及び不可避不純物からなり、
前記第3の3層ブレージングシートの前記Al−Zn合金皮材が、Zn:0〜3.0%を含有し、残部Al及び不可避不純物からなり、
前記第3の3層ブレージングシートの前記Al−Si系合金ろう材が、Si:3.0〜12.0%を含有し、残部Al及び不可避不純物からなり、
前記第2の2層ブレージングシートの前記Al−Si−Zn系合金ろう材がSi:3.0〜12.0%、Zn:0〜3.0%を含有し、残部Al及び不可避不純物からなることを特徴とする請求項1記載のアルミニウム合金製熱交換器。 - 前記ヘッダプレート及び前記タンクプレートは、一方が、心材とその内側に形成されたAl−Si−Cu系合金ろう材と心材の外側に形成されたAl−Zn系合金ろう材からなる第2の3層ブレージングシートから作製され、他方が、心材とその外側に形成されたAl−Zn合金皮材とさらにその外側に形成されたAl−Si系合金ろう材からなる第3の3層ブレージングシートから作製され、
前記ヘッダプレートと前記タンクプレートとの接合が、前記第2の3層ブレージングシートの前記Al−Si−Cu系合金ろう材面と、前記第3の3層ブレージングシートの前記Al−Zn合金皮材及び前記Al−Si系合金ろう材面とを接触させ、ろう付接合することによってなされ、
前記第2の3層ブレージングシート及び第3の3層ブレージングシートの前記心材が、Si:0.05〜1.0%、Cu:0.05〜1.0%、Mn:0.5〜2.0%を含有し、残部Al及び不可避不純物からなり、
前記第3の3層ブレージングシートの前記Al−Zn合金皮材がZn:0〜3.0%を含有し、残部Al及び不可避不純物からなり、
前記第3の3層ブレージングシートの前記Al−Si系合金ろう材がSi:3.0〜12.0%を含有し、残部Al及び不可避不純物からなり、
前記第2の3層ブレージングシートの前記Al−Si−Cu系合金ろう材がSi:3.0〜12.0%、Cu:0〜1.0%を含有し、残部Al及び不可避不純物からなり、
前記第2の3層ブレージングシートの前記Al−Zn系合金ろう材がZn:0〜3.0%含有し、残部Al及び不可避不純物からなることを特徴とする請求項1記載のアルミニウム合金製熱交換器。 - 前記ブレージングシートの前記心材に、Ti:0.05〜0.30%、Zr:0.05〜0.30%、Cr:0.05〜0.30%及びV:0.05〜0.30%から選択される1種以上を更に含有することを特徴とする請求項2乃至6のいずれか1項に記載のアルミニウム合金製熱交換器。
- 前記フィン材が、Si:0.05〜1.0%、Mn:0.5〜2.0%、Zn:0.5〜4.0%を含有し、残部Al及び不可避不純物からなるAl合金の両側に、Si:3.0〜12.0%を含有し、残部Al及び不可避不純物からなるAl−Si合金ろう材を配置したアルミニウム合金クラッド材からなることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のアルミニウム合金製熱交換器。
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