JP2016099100A - 熱交換器、及び熱交換器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、親水性皮膜を施したオールアルミニウム熱交換器の提供を目的とする。
【解決手段】内部に冷媒流路を備えたチューブと、複数枚並列配置されてチューブが挿通されチューブとろう付け接合された板状のフィンと、を有し、フィンは、板状の基材と、基材の第１の面に設けられたケイ酸塩を主体とする親水性の親水性皮膜と、基材の第２の面に設けられたろう材層と、を備える熱交換器。また、前記親水性皮膜の付着量が、５０ｍｇ／ｍ^２以上１５００ｍｇ／ｍ^２以下であってもよい。
【選択図】図４

Description

本発明は、熱交換器、及び熱交換器の製造方法に関する。

家庭用エアコンディショナーの熱交換器は、通常、並列配置された複数のアルミニウムフィンと、該アルミニウムフィンを貫通する複数の銅管とを有し、各銅管は拡管されて各アルミニウムフィンに密着固定されている。

しかし、近年、銅の価格高騰や、熱交換器の熱交換性能の向上への要求から、銅管の代わりに軽量性、加工性、熱伝導性に優れる上に低価格であるアルミニウムパイプもしくはアルミニウム扁平管の使用が検討されている。特に熱交換性能のよいアルミニウム扁平管をアルミニウムフィンにろう付け接合したろう付けタイプの熱交換器が注目されている。アルミニウムは軽量性、加工性、熱伝導性に優れる上に低価格である。

アルミニウム扁平管を用いてフィンを構成する場合、フィン間隔を小さくして小型化、軽量化を図ると、表面張力によりフィンの隙間に雨水や結露水を保水してしまうため、フィンの濡れ性を改善し、フィンからの排水性を確保する必要が生じる。
このような背景から、アルミニウム製のフィンの表面に親水基を備えた有機皮膜を塗布し、この皮膜を乾燥定着させて親水性皮膜とする技術が採用されている。

しかしながら、ろう付け構造の熱交換器は、ろう付け時に６００℃前後の温度に加熱されるため、有機皮膜は焼失するか変質し、親水性を保つことができないという問題があった。このため、チューブやフィンを熱交換器の形状に組み立て、ろう付けして熱交換器の形状とした後、親水性樹脂液に浸漬して全体に親水性皮膜を形成するという、いわゆるポストコートにより親水性皮膜の形成がなされている（例えば特許文献１）。

特開２０１３−９６６３１号公報

ポストコートによって熱交換器に親水性皮膜を形成するためには、熱交換器一基ずつを親水性処理液に浸漬するバッチ処理が必要となるため、量産には手間と時間がかかる上に、親水性処理液の無駄も多く、その廃液処理に手間がかかる。したがって、製造技術の改善が望まれている。

本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、ポストコートを施すことなく、フィンの表面に親水性を付与し、フィンの間の隙間に雨水や結露水が保水されることを防ぐ熱交換器の提供を目的とする。

本発明の熱交換器は、内部に冷媒流路を備えたチューブと、複数枚並列配置されて前記チューブが挿通され前記チューブとろう付け接合された板状のフィンと、を有し、前記フィンは、板状の基材と、前記基材の第１の面に設けられたケイ酸塩を主体とする親水性の親水性皮膜と、前記基材の第２の面に設けられたろう材層と、を備える。

また、上記の熱交換器は、前記親水性皮膜の付着量が、５０ｍｇ／ｍ^２以上１５００ｍｇ／ｍ^２以下であっても良い。

また、上記の熱交換器は、前記チューブを構成する材料の孔食電位は、前記フィンを構成する材料の孔食電位よりも貴であっても良い。

また、上記の熱交換器は、前記親水性皮膜が、複数の微小な孔を有する多孔状に形成され、前記基材の前記第１の面に前記親水性皮膜の前記孔を介して露出する露出部が形成されていても良い。

また、上記の熱交換器は、前記露出部が、前記基材の前記第１の面に３０％以上９０％以下形成されていても良い。

また、上記の熱交換器は、前記フィンの前記基材、並びに前記チューブが、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるものであっても良い。

上記の熱交換器に係る製造方法は、板状の基材の第１の面にケイ酸塩を主体とする親水性の親水性皮膜が設けられ、前記基材の第２の面にろう材層が設けられたフィンを、内部に冷媒流路を備えたチューブに複数枚並列配置して挿通させた後に、加熱、冷却し、ろう材層を溶融、固化させ、チューブとフィンとを接合する。

また、上記の熱交換器の製造方法は、前記フィンの親水性皮膜を、ケイ酸塩とアクリル樹脂とを混合した塗料を塗布し、乾燥させ、水洗いすることにより形成しても良い。

また、上記の熱交換器の製造方法は、前記ケイ酸塩に対する前記アクリル樹脂の重量比を１３％以上１５０％以下としても良い。

本発明によれば、フィンの基材の第１の面にケイ酸塩を主体とする親水性皮膜が設けられている。ケイ酸塩を主体とする親水性皮膜は、無機皮膜であるために、ろう付け時の６００℃前後の温度の加熱工程を経ても親水性を保つことができる。したがって、親水性皮膜は、熱交換器の組み立て前にフィンの基材に予め塗布するプレコート工程により形成でき、製造工程を簡素化して熱交換器を提供できる。
また、本発明によれば、並列配置された隣り合うフィン同士の隙間は、フィンの第１の面と第２の面とが互いに向かい合った状態となる。したがって、フィンの間の隙間の一方の面には、親水性皮膜が施された第１の面が配された状態となり、フィンの間に雨水や結露水が保水されにくい。これにより、熱交換効率の高い熱交換器を提供できる。

実施形態の熱交換器を示す斜視図である。 図１に示す熱交換器において、チューブの長さ方向に直交する面に沿って横断面を取った断面図である。 図１に示す熱交換器において、チューブの長さ方向に沿って縦断面を取った断面図であり、ろう付け工程前の状態を示すものである。 図１に示す熱交換器において、チューブの長さ方向に沿って縦断面を取った断面図であり、ろう付け工程後の状態を示すものである。 親水性皮膜の一例を示す図である。 親水性皮膜を形成するための塗料としてアクリル樹脂と水ガラスとの混合物を用いる場合の、アクリル樹脂と水ガラスの重量比と露出面積の関係を示すグラフである。 走査型電子顕微鏡により撮像した実施例の親水性皮膜の画像であり、図７（Ａ）はサンプルＮｏ．１５の親水性皮膜に対応し、図７（Ｂ）はサンプルＮｏ．１６の親水性皮膜に対応し、図７（Ｃ）はサンプルＮｏ．１７の親水性皮膜に対応し、図７（Ｄ）はサンプルＮｏ．１８の親水性皮膜に対応する。

以下、添付図面に基づき、実施形態の一例について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

図１は、本実施形態の熱交換器１１を示す斜視図である。
本実施形態の熱交換器１１は、ルームエアコンディショナーの室内・室外機用の熱交換器、あるいは、ＨＶＡＣ（Heating Ventilating Air Conditioning）用の室外機、自動車用の熱交換器などの用途に使用されるオールアルミニウム熱交換器である。

熱交換器１１は、左右に離間し平行に配置された一対のヘッダ管１４と、一対のヘッダ管１４の間に相互に間隔を保って平行に、かつ、ヘッダ管１４に対してほぼ直角に接合された複数本のチューブ１２と、チューブ１２の外面１２ｂにろう付けされ外気に熱を放散する複数枚のフィン１３と、を備えている。一対のヘッダ管１４のうち一方には、ヘッダ管１４を介しチューブ１２に冷媒を供給する供給管１５が設けられている。また、他方のヘッダ管１４には、チューブ１２を経由した冷媒を回収する回収管１６が設けられている。チューブ１２、フィン１３、ヘッダ管１４、供給管１５、回収管１６は、アルミニウム又はアルミニウム合金を主材料として構成されている。

図２は、チューブ１２の長さ方向に直交する面に沿って横断面をとった熱交換器１１の断面図である。
図２に示すように、チューブ１２の内部には幅方向に沿って並ぶ複数（本実施形態では６つ）の冷媒流路１２ａが形成されている。
また、図２に示すようにフィン１３には、チューブ１２の断面形状に対応する切り欠き部１９が、複数形成されている。切り欠き部１９には、それぞれチューブ１２が嵌合、ろう付けされることで固定されている。

図３、図４は、熱交換器１１においてチューブ１２の長さ方向に沿って縦断面を取った断面図であり、図３はそれぞれろう付け工程前の状態を示し、図４はろう付け工程後の状態を示す。
フィン１３は、複数枚並列配置されるとともに切り欠き部１９においてチューブ１２が挿通されている。複数のフィン１３は、一定の間隔をおいて相互に平行に配置されている。複数枚並列配置されたフィン１３同士の隙間は、１ｍｍ以上２ｍｍ以下とすることが好ましい。
フィン１３は、切り欠き部１９の周縁部にチューブ１２の外面１２ｂに沿って屈曲した屈曲部２０を有している。屈曲部２０は、バーリング加工により形成することができる。

チューブ１２とフィン１３とは、一定間隔に並べたフィン１３を串刺しするように、フィン１３の切り欠き部１９内にチューブ１２が嵌合しろう付けにより固定されている。
ろう付け前の状態において、フィン１３の切り欠き部１９に形成された屈曲部２０とチューブ１２の外面１２ｂとの間の隙間は１０μｍ以下とすることが好ましい。
本実施形態のフィン１３は、切り欠き部１９においてチューブ１２が挿通するが、切り欠き部１９に代えて貫通孔を設け貫通孔にチューブ１２が挿通される構成としても良い。

以下に熱交換器１１の主な構成要素についてより詳細に説明する。

＜＜フィン＞＞
フィン１３は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる板状の基材３と、基材３の第１の面３ａに設けられた親水性皮膜１と、基材３の第２の面３ｂに設けられたろう材層２と、を有している。

＜基材＞
基材３は、ＪＩＳ３００３系のアルミニウム合金を主体とした合金からなる。また、基材３は、ＪＩＳ３００３系のアルミニウム合金に質量％で１％程度のＺｎを添加したアルミニウム合金からなるものであっても良い。さらに、基材３は、その表面に耐食性下地処理を施したものであっても良い。
基材３は、チューブ１２の孔食電位よりも卑の孔食電位となる材質を用いることが好ましい。チューブ１２の腐食は冷媒の漏れ出しにつながるおそれがある。基材３の孔食電位をチューブ１２の孔食電位より卑とすることで、フィン１３が優先的に腐食しチューブ１２に孔食が生じることを遅延させることができる。
基材３は、上記組成を有するアルミニウム合金を常法により溶製し、熱間圧延工程、冷間圧延工程、プレス工程などを経て加工される。なお、基材３の製造方法は、本発明としては特に限定されるものではなく、既知の製法を適宜採用することができる。

図３に示すように、ろう付け前のフィン１３は、屈曲部２０のチューブ１２と対向する部分（対向面２０ａ）から連続する第２の面３ｂにろう材層２を有している。ろう材層２は、６００℃前後の加熱（ろう付け工程）後に冷却されることで、対向面２０ａとチューブ１２の外面１２ｂとの間に満たされた状態で固化し、図４に示すようにフィレット２Ａ（ろう材層）となりフィン１３とチューブ１２とをろう付け接合する。

＜ろう材層＞
ろう材層２としては、アルミニウム合金からなる。ろう材層２は、基材３の第２の面３ｂに被着（クラッド圧着）されたアルミニウム合金とすることができる。ろう材層２の被着は、一般に熱間圧延により行われ、さらに冷間圧延を行うことで所望の厚さとすることができる。これにより、基材３と基材３に被着されたろう材層２を有するクラッド材を作製できる。

ろう材層２は、例えば、Ｓｉを６．０質量％〜１１．０質量％、残部がアルミニウム及び不可避的不純物のアルミニウム合金からなる。より具体的には、ＪＩＳに規定されたろう材Ａ４３４３を例示できる。
アルミニウム合金からなるろう材層２に含まれるＳｉは融点を下げるとともに流動性を付与する成分であり、その含有量が６質量％未満では所望の効果が不十分である。一方、Ｓｉの含有量が１１質量％を越えるとかえって流動性が低下するので好ましくない。したがって、ろう材層２中のＳｉの含有量は６．０〜１１．０質量％の範囲が好ましい。

＜親水性皮膜＞
フィン１３は、基材３の第１の面３ａに、親水性皮膜１を有している。
親水性皮膜１は、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸リチウムなどのケイ酸塩を主体とする。親水性皮膜１は、ろう付け処理の前に、塗布された塗料を乾燥（焼き付け）することで形成されたプレコート皮膜である。親水性皮膜１の具体例として、ケイ酸塩の皮膜、ケイ酸塩にアクリル樹脂を混合した皮膜であって、後述するろう付け処理を経た後に残留するものを例示できる。

親水性皮膜１のケイ酸塩として具体的にはケイ酸ナトリウム（水ガラス、Ｎａ_ｘＳｉＯ_２）、ケイ酸カリウムあるいはケイ酸リチウムの何れかを例示できる。また、親水性皮膜１は、１０質量％以下程度のアクリル樹脂、界面活性剤等を含んでいても良い。この場合は、残部がケイ酸塩となる。

親水性皮膜１の付着量は、５０〜１５００ｍｇ／ｍ^２の範囲であることが好ましい。親水性皮膜１の付着量が少なすぎると、親水性が不足となり、付着量が多すぎると、フィン１３とチューブ１２との間に存在する皮膜量が多すぎてろう付け性が低下する。

図５は、親水性皮膜１の一例を示す図である。親水性皮膜１は、図５に示すように、複数の微小な孔１ａを有する多孔状に形成されていることが好ましい。親水性皮膜１を多孔状とすることで、親水性皮膜１が形成された基材３の第１の面３ａには、親水性皮膜１の孔１ａを介して露出する露出部４が形成される。露出部４が形成されていることで、基材３が外気に直接的にさらされて基材３がチューブ１２に対し優先的に腐食する。これによりチューブ１２の孔食を遅延させる犠牲防食効果を得ることができる。

露出部４は、基材３の第１の面３ａの全体に対し３０％以上９０％以下であることが好ましい。
露出部４を、基材３の第１の面３ａに対し３０％以上とすることで、十分な犠牲防食効果を得ることができるが、３０％を下回ると、基材３が十分に腐食せずにチューブ１２の孔食を防ぐことができない。
露出部４を、基材３の第１の面３ａに対し９０％以下とすることで、第１の面３ａに十分な親水性を付与できる。露出部４が多すぎる場合には、親水性皮膜１が不足し十分な親水性を得ることができないおそれがある。露出部４を９０％以下とすることで、親水性皮膜１の皮膜量を確保し、これにより第１の面３ａに十分な親水性を与えることができる。

親水性皮膜１を形成する方法は、ロールコートなどで皮膜を形成し、オーブンで乾燥させるなど、種々の皮膜形成方法を適宜採用することができる。
親水性皮膜１を多孔状とする場合には、ケイ酸塩とアクリル樹脂との混合物を塗料として用いることが好ましい。アクリル樹脂はケイ酸塩に溶け合わない（相溶性が低い）。したがって、このような塗料は、ケイ酸塩の中にアクリル樹脂の塊が浮いているような状態となる。この塗料を基材３の第１の面３ａに塗布し焼き付け（乾燥）することで、シリカが固化する。さらにこの皮膜を水洗いすることでアクリル樹脂の大部分が除去されて多孔状の親水性皮膜１を形成することができる。

親水性皮膜１の多孔状態は、ケイ酸塩とアクリル樹脂とからなる塗料の混合比を調整することで制御することができる。
図６は、ケイ酸塩として水ガラスを用いた場合の、水ガラスに対するアクリル樹脂の重量比（アクリル／水ガラス）と、基材３の第１の面３ａの全体に対する露出部４の面積と、の関係を示すグラフである。図６に示すように、水ガラスに対して混合させるアクリル樹脂の量を増やすことで、露出部４の面積が増加する。また、水ガラスに対するアクリル樹脂の重量比（アクリル／水ガラス）を１３％以上１５０％以下とすることで、基材３の露出部４を、基材３の第１の面３ａの全体に対し３０％以上９０％以下とすることができる。

＜＜チューブ＞＞
チューブ１２は、図２に示すようにその内部に複数の冷媒流路１２ａが形成された偏平多穴管である。
チューブ１２は、ＪＩＳ１０５０系などの純アルミニウム系あるいはＪＩＳ３００３系のアルミニウム合金を主体とした合金からなる。一例として、Ｓｉ：０．１０〜０．６０％、Ｆｅ：０．１〜０．６質量％、Ｍｎ：０．１〜０．６質量％、Ｔｉ：０．００５〜０．２質量％、Ｃｕ：０．１質量％未満、残部がアルミニウム及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金を押出することにより作製されたものである。チューブ１２の表面には亜鉛溶射層が１０ｇ／ｍ^２施されている。
チューブ１２は、ろう付け工程を経て形成されたフィレット２Ａ、並びにフィン１３の基材３の孔食電位よりも貴の孔食電位となる材質を用いることが好ましい。これにより、チューブ１２の腐食が開始する前にフィレット２Ａ及びフィン１３の基材３の腐食が開始し、チューブ１２の腐食を遅延させることができる。

＜＜製造方法＞＞
上述したフィン１３及びチューブ１２を備えた熱交換器１１の製造方法の一例を説明する。
まず、チューブ１２、及びフィン１３、を用意する。フィン１３は、基材３の第１の面３ａに予め多孔状の親水性皮膜１を形成し、第２の面３ｂに予めろう材層２を形成しておく。また、フィン１３には、切り欠き部１９とその周縁の屈曲部２０とが形成されている。
次に、図３に示すように、複数枚のフィン１３を並列に配置し、切り欠き部１９にチューブ１２を挿通させる。

次に、ろう材層２の融点以上の温度に加熱するろう付け工程を行う。加熱によって、基材３の第２の面３ｂに形成されたろう材層２が溶融しろう液となる。このろう液は、毛管力によりフィン１３の屈曲部２０の対向面２０ａとチューブ１２の外面１２ｂの間の隙間に流れ、隙間を満たす。さらに、冷却することで、図４に示すように、ろう液が固化しフィレット２Ａ（ろう材層）を形成する。このフィレット２Ａにより、チューブ１２とフィン１３とが接合される。
基材３の第２の面３ｂには、ろう材層２の一部が残留し、フィレット２Ａから連続したろう材層２が形成された状態となる。

ろう付けに際しては、不活性雰囲気などの適切な雰囲気で適温に加熱して、ろう材層２を溶融させる。チューブ表面の亜鉛溶射層のＺｎは肉厚方向に拡散する。
ろう付けのための加熱温度は、５８０〜６１５℃に加熱され、１〜１０分程度保持される。

ろう付けに際しては、チューブ１２及びフィン１３を構成するアルミニウム合金のマトリックスの一部がろう材層２の組成物と反応してろうとなって、チューブ１２とフィン１３がろう付けされる。チューブ１２の表層部ではろう付けによって亜鉛溶射のＺｎが拡散してチューブ１２内側よりも卑になった犠牲陽極層が形成される。

＜＜効果＞＞
本実施の形態の構造によれば、ろう付け工程を経ることで、チューブ１２とフィン１３との間に十分なサイズのフィレット２Ａ（ろう材層）が形成される。
このフィレット２Ａは、チューブ１２及びフィン１３よりも孔食電位が卑となっている。したがって、チューブ１２及びフィン１３と比較して優先的に腐食し、チューブ１２及びフィン１３の孔食を遅延させることができる。
また、ろう材層２を溶融、固化させる工程を経た後であっても、親水性皮膜１は残留し、フィン１３に親水性を付与することができる。

なお、フィン１３のろう材層２を溶融、固化させてフィン１３とチューブ１２とを接合する工程において、同時に、ヘッダ管１４とチューブ１２とを接合させることが好ましい。この場合は、ヘッダ管１４とチューブ１２との間に予めろう材層を形成しておくことが好ましい。

フィン１３は、一方の面に親水性皮膜１が形成されているので、フィン１３の親水性を高くすることができる。
また、並列配置された隣り合うフィン１３同士の隙間は、親水性皮膜１が形成された第１の面３ａと、ろう材層２が残留する第２の面３ｂとが互いに向かい合った状態となっている。したがって、隙間の一方の面には、親水性皮膜１を施された第１の面３ａが配置された状態となり、互いに隣り合うフィン１３の間に雨水や結露水が保水されにくい。これにより、フィン１３の隙間を水分で塞ぐことがなく、熱交換効率が低下しないフィン構造を備えた熱交換器１１を提供できる。

複数枚並列配置されたフィン１３の隙間は、１ｍｍ以上２ｍｍ以下とすることが好ましい。隣り合うフィン１３同士の隙間を１ｍｍ以上とすることで、熱交換効率を高めることができる。また、フィン１３同士の隙間を２ｍｍ以下とすることで、熱交換器１１を小型化できる。加えて、フィン１３同士の隙間を２ｍｍ以下とすることで、フィン１３の第２の面３ｂに付着した水滴が２ｍｍ以上に成長することなく、対向するフィン１３の第１の面３ａに沿って排出される。したがって、フィン１３同士の隙間を流れる空気の流動を妨害せず、熱交換効率の高い熱交換器１１を実現できる。

ケイ酸塩を主体とする親水性皮膜１は、無機皮膜であるために、ろう付け時の６００℃前後の温度の加熱工程を経ても親水性を保つことができる。したがって、親水性皮膜１は、熱交換器１１の組み立て前にフィン１３の基材３に予め塗布するプレコート工程により形成できる。ろう付け後にポストコートで親水性の皮膜を形成する工程は不要となるために、製造工程を簡素化して熱交換器を提供できる。

さらに、親水性皮膜１が多孔状に形成されていることで、基材３の第１の面３ａに露出部４が形成される。露出部４が形成されることで、基材３がチューブ１２に対して優先的に腐食し、チューブ１２の孔食を遅延させることができる。

以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

＜＜サンプルの作製＞＞
１．０質量％〜２．０質量％Ｍｎと０．３質量％〜１．０質量％Ｚｎと、残部不可避不純物とＡｌとからなる板状の基材の一方の面に対し、ろう材層を組み合わせて熱間圧延してクラッド材とし、さらに冷間圧延を行った。ろう材層としては、ＪＩＳに規定されたろう材Ａ４３４３を用いた。所定の圧延率とした最終の冷間圧延により厚さ０．１１ｍｍのクラッド材を作製した。

次に、このクラッド材に、親水性皮膜を形成した。下段の表１に示す種類、皮膜量の親水性皮膜をバーコーター法で塗布、乾燥し、さらに水洗いすることで形成した。また、表１に示すように、親水性皮膜の塗布面は、片面のみのサンプルと両面行ったサンプル（サンプルＮｏ．４、Ｎｏ．５）とを作製した。なお、両面に親水性皮膜を形成したサンプルＮｏ．４、Ｎｏ．５は、基材の一方の面に被着されたろう材層上にも、親水性皮膜が形成されている。
幾つかのサンプルは、親水性皮膜の形成に用いた塗料にアクリル樹脂を表１に示す重量混合比で混合した。このアクリル樹脂は、乾燥後の水洗いにより大部分が除去される。これにより、親水性皮膜は多孔状となり、親水性皮膜が形成された基材の第１の面に露出部が形成される。親水性皮膜が形成された第１の面を走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope、SEM）により観察し、第１の面に形成された露出部の面積の割合を表１に示す。

次に、０．３質量％〜０．５質量％Ｓｉと０．２質量％〜０．４質量％Ｍｎと残部不可避不純物とＡｌとからなるチューブ用アルミニウム合金を溶製し、この合金を横断面形状（肉厚０．２６ｍｍ×幅１７．０ｍｍ×全体厚１．５ｍｍ）であって、表面に亜鉛溶射層を設けた扁平状の熱交換器用アルミニウム合金チューブとした。

次に、前記チューブと各種フィンを１段組み立て、仮のミニコア試験体を構成し、これらの試験体を窒素雰囲気の炉内に６００℃×３分保持する条件でろう付けを行った。このろう付けにより、ろう付け皮膜が形成されていたチューブの表面及び裏面に、犠牲陽極層が形成されるとともに、親水性の皮膜を備えたフィンがろう付けされたので、これらを熱交換器試験体とした。
＜＜試験＞＞
また、これらの熱交換器試験体を用いて以下に説明するろう付け性評価、親水性評価、並びに耐食性評価を行った。

＜ろう付け性評価＞
ろう付接合された熱交換器試験体の複数のろう付け箇所を目視評価し、接合が不十分（未接合）である箇所を数えた。１つのサンプルに対して、１００か所の接合部を確認して、９５か所以上（９５％以上）が正常に接合されているものを合格とする。

＜親水性評価（水洗後接触角測定）＞
６００℃×３分のろう付け後、流水に２４時間浸漬し、フィン表面の接触角を測定した。接触角が３０°以下であれば合格とする。

＜耐食性評価＞
６００℃×３分のろう付け後、得られた各熱交換器試験体について、ＡＳＴＭ Ｇ８５−Ａ３で規定されているＳＷＡＡＴ試験を実施し、チューブに貫通孔が確認されるまでの日数を評価した。２００日以上であれば合格とする。
ろう付け性評価、親水性評価、並びに耐食性評価の評価結果を表１にまとめて示す。

＜考察＞
表１から、サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．３の熱交換器試験体は、親水性が悪いことが分かる。サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．３の熱交換器試験体は、フィンの親水性皮膜として親水基を備えた有機皮膜を有している。このような有機皮膜は、ろう付けにおける加熱（６００℃×３分）によって、消失してしまい、十分な親水性を付与することができないためであると考えられる。

表１からサンプルＮｏ．４、Ｎｏ．５の熱交換器試験体は、ろう付け性が悪いことが分かる。サンプルＮｏ．４、Ｎｏ．５の熱交換器試験体は、フィンの両面にケイ酸塩の親水性皮膜が形成されている。これらの熱交換器試験体は、フィンの一方の面において、ろう材層上に親水性皮膜が形成された構成となる。したがって、親水性皮膜がろう材の機能を阻害し、ろう材がフィンの基材の表面に馴染まず、ろう付け性が悪化すると考えられる。

表１からサンプルＮｏ．６〜Ｎｏ．１９の熱交換器試験体は、親水性、耐食性、並びにろう付け性において、一定の水準を満たしている。これらのうち、特にサンプルＮｏ．１５〜Ｎｏ．１８の熱交換器試験体は、親水性、耐食性、並びにろう付け性が特に優れた結果となった。

サンプルＮｏ．６〜Ｎｏ．１２の熱交換器試験体は、親水性皮膜の皮膜量を様々に変えたサンプル群である。これらのサンプルの比較から親水性皮膜の皮膜量を５０ｍｇ／ｍ^２以上とすることで、十分な親水性を得ることができることが確認された。

サンプルＮｏ．１３〜Ｎｏ．１９の熱交換器試験体は、親水性皮膜を形成する際の塗料に混合させるアクリル樹脂の重量混合比を様々に変えたサンプル群である。これらのサンプルの比較から、基材の露出面積を３０％以上、９０％以下とすることで、チューブに貫通孔が生じることを遅延できることが確認された。

図７に、走査型電子顕微鏡により撮像した親水性皮膜の画像を示す。
図７（Ａ）はサンプルＮｏ．１５（露出部２０％）の親水性皮膜に対応し、図７（Ｂ）はサンプルＮｏ．１６（露出部５０％）の親水性皮膜に対応し、図７（Ｃ）はサンプルＮｏ．１７（露出部６０％）の親水性皮膜に対応し、図７（Ｄ）はサンプルＮｏ．１８（露出部７０％）の親水性皮膜に対応する。
図７の画像に例示されるように、ケイ酸塩とアクリル樹脂とを混合した塗料を用いることで、多孔状の親水性皮膜を形成することができる。また、ケイ酸塩とアクリル樹脂との重量比を調整することで、露出部の面積比を調整できることが確認された。

以上に、本発明の様々な実施形態を説明したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。

１…親水性皮膜、２…ろう材層、２Ａ…フィレット（ろう材層）、３…基材、３ａ…第１の面、３ｂ…第２の面、４…露出部、１１…熱交換器、１２…チューブ、１２ａ…冷媒流路、１２ｂ…外面、１３…フィン、１４…ヘッダ管、１５…供給管、１６…回収管、１９…切り欠き部、２０…屈曲部、２０ａ…対向面

Claims (9)

1. 内部に冷媒流路を備えたチューブと、
   複数枚並列配置されて前記チューブが挿通され前記チューブとろう付け接合された板状のフィンと、を有し、
   前記フィンは、板状の基材と、前記基材の第１の面に設けられたケイ酸塩を主体とする親水性の親水性皮膜と、前記基材の第２の面に設けられたろう材層と、を備える熱交換器。
2. 前記親水性皮膜の付着量が、５０ｍｇ／ｍ^２以上１５００ｍｇ／ｍ^２以下である請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記チューブを構成する材料の孔食電位は、前記フィンを構成する材料の孔食電位よりも貴である請求項１又は２に記載の熱交換器。
4. 前記親水性皮膜が、複数の微小な孔を有する多孔状に形成され、
   前記基材の前記第１の面に前記親水性皮膜の前記孔を介して露出する露出部が形成されている請求項３に記載の熱交換器。
5. 前記露出部が、前記基材の前記第１の面に３０％以上９０％以下形成されている請求項４に記載の熱交換器。
6. 前記フィンの前記基材、並びに前記チューブが、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる請求項１〜５の何れか一項に記載の熱交換器。
7. 板状の基材の第１の面にケイ酸塩を主体とする親水性の親水性皮膜が設けられ、前記基材の第２の面にろう材層が設けられたフィンを、内部に冷媒流路を備えたチューブに複数枚並列配置して挿通させた後に、加熱、冷却し、ろう材層を溶融、固化させ、チューブとフィンとを接合する熱交換器の製造方法。
8. 前記フィンの親水性皮膜を、ケイ酸塩とアクリル樹脂とを混合した塗料を塗布し、乾燥させ、水洗いすることにより形成する請求項７に記載の熱交換器の製造方法。
9. 前記ケイ酸塩に対する前記アクリル樹脂の重量比を１３％以上１５０％以下とする請求項８に記載の熱交換器の製造方法。