JP2019074281A - Aluminum film with hydrophilic coating film, coating material for forming hydrophilic coating film, method for manufacturing aluminum fin and heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、親水性塗膜を備えた親水性に優れるアルミニウムフィンと親水性塗膜形成用塗料およびアルミニウムフィンの製造方法とアルミニウムフィンを備えた熱交換器に関する。 The present invention relates to a highly hydrophilic aluminum fin provided with a hydrophilic coating film, a paint for forming a hydrophilic film, a method for producing the aluminum fin, and a heat exchanger provided with the aluminum fin.
エアーコンディショナー等の空調用熱交換器には銅製のチューブとアルミニウム製のフィンを機械的に接合した熱交換器が広く使用されている。
しかし、近年の銅地金価格の高騰により、チューブを含めた全ての部材を安価なアルミニウムに置き換える要求が高くなってきている。アルミニウムは軽量性と加工性と熱伝導性に優れた上にリサイクル利用が可能であり、安価な特徴がある。
A heat exchanger in which a copper tube and an aluminum fin are mechanically joined is widely used as a heat exchanger for air conditioning such as an air conditioner.
However, due to the recent increase in the price of copper metal, there is an increasing demand for replacing all members including tubes with inexpensive aluminum. Aluminum is excellent in lightness, processability and thermal conductivity, is recyclable, and is inexpensive.
この種の空調用熱交換器の一例として、以下の特許文献1に記載のように、左右に配置した第1のヘッダ集合管と第2のヘッダ集合管の間に、互いに一定の間隔をおいて上下に並んで配置した複数のアルミニウム合金製偏平管を設け、上下の偏平管の間に上下に蛇行する形状のコルゲートフィンを設けた構成の熱交換器が知られている。
特許文献1に記載の熱交換器は、上下に配列された偏平管の間にフィンの伝熱部を配置し、偏平管の間に通風路を区画し、この通風路を流れる空気と偏平管の内部を流れる流体との間で熱交換がなされる。
As an example of this kind of air conditioning heat exchanger, as described in
In the heat exchanger described in
また、アルミニウム合金製の押出多孔偏平管に対し結露水の滞留を抑制するためにメタクリル酸エステルの重合体または共重合体を主成分とする合成樹脂とろう付け用フラックスと有機溶剤からなるフラックス組成物を表面に被覆した熱交換器用偏平管が以下の特許文献2に記載されている。
In addition, a flux composition consisting of a synthetic resin containing a polymer or copolymer of methacrylic acid ester as a main component, a flux for brazing, and an organic solvent in order to suppress retention of dew condensation water to an extruded porous flat tube made of aluminum alloy. The flat tube for heat exchangers which covered the object on the surface is described in the following
上述した従来の銅とアルミニウムを組み合わせた熱交換器ではアルミニウム製フィンの親水性向上のため、有機系塗料を予めフィンに塗装したプレコートフィンが用いられている。ところが、アルミニウム製熱交換器では部材接合のため、約600℃の炉中でろう付け熱処理を行う必要があり、有機系塗料がろう付け熱処理中に分解してしまうことで、フィンに対し充分な親水性を確保できないという問題があった。
また、プレコートフィンに水ガラス系の無機塗料を用いるとろう付け熱処理後の親水性をある程度確保できるが、フィン表面の無機塗料に変色が生じ、熱交換器に外観上の不具合を生じる問題がある。
更に、熱交換器がエバポレーター側として使用される場合、空気中の水蒸気が凝縮され、その結露水がフィンに水滴として付着するので、通風抵抗が増大し、圧力損失が大きくなり、熱交換器の能力低下が生じるという問題があった。
In the above-described heat exchanger in which copper and aluminum are combined, in order to improve the hydrophilicity of the fin made of aluminum, a pre-coated fin in which an organic paint is previously applied to the fin is used. However, for aluminum heat exchangers, it is necessary to carry out brazing heat treatment in a furnace at about 600 ° C for joining members, and the organic paint is decomposed during brazing heat treatment, which is sufficient for fins. There is a problem that hydrophilicity can not be secured.
In addition, when water glass inorganic paint is used for pre-coated fins, the hydrophilicity after brazing heat treatment can be secured to some extent, but there is a problem that the inorganic paint on the fin surface is discolored to cause appearance defects in the heat exchanger. .
Furthermore, when the heat exchanger is used as the evaporator side, the water vapor in the air is condensed, and the condensed water adheres to the fins as water droplets, so that the ventilation resistance increases, the pressure loss increases, and the heat exchanger There was a problem that the capacity decline occurred.
本願発明は、これらの事情に鑑み、ろう付け前に親水性皮膜を予め形成しておくプレコートタイプのフィンであっても、ろう付け加熱後にフィンが必要な親水性を示し、かつ、外観上の変色等の問題も生じないフィンを提供するために鋭意検討した結果なされたものである。
また、本願発明は、ろう付け加熱の有無とは別に、優れた親水性を発揮し、変色等の問題を生じないフィンを提供するために鋭意検討した結果なされたものである。
本発明ではアルミニウムフィンに対しアルミン酸塩を主成分とする塗布膜を形成し、必要に応じて、湯洗または水洗して得た湯水洗親水性塗膜を付与することによって、ろう付け熱処理後であってもフィンに優れた親水性を付与できることを見出した。また、この湯水洗親水性塗膜であればろう付け後であっても、変色を生じ難いことを見出した。更に、先の親水性塗膜であれば湯水洗の有無に拘わらず、優れた親水性を発揮することも知見した。
In view of these circumstances, the present invention shows that even if it is a precoat type fin in which a hydrophilic film is previously formed before brazing, the fin exhibits the required hydrophilicity after brazing and the appearance This is a result of intensive studies to provide a fin that does not cause problems such as discoloration.
Further, the present invention has been made as a result of intensive studies in order to provide a fin which exhibits excellent hydrophilicity and does not cause problems such as discoloration, separately from the presence or absence of brazing heating.
In the present invention, a coating film mainly composed of aluminate is formed on aluminum fin, and if necessary, a hot-water-washed hydrophilic coating obtained by hot-water washing or washing is applied after brazing heat treatment It has been found that even the fins can be provided with excellent hydrophilicity. In addition, it has been found that if it is this hot water-washed hydrophilic coating, it is difficult to cause discoloration even after brazing. Furthermore, it was also found that the above-mentioned hydrophilic coating film exhibited excellent hydrophilicity regardless of the presence or absence of hot water washing.
(1)本発明の一形態に係るアルミニウムフィンは、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材の表面と裏面の少なくとも一方にアルミン酸塩を主成分とする親水性塗膜を備えたことを特徴とする。
(2)本発明の一形態に係るアルミニウムフィンは、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材の表面と裏面の少なくとも一方にアルミン酸塩を主成分とする親水性塗膜の湯水洗親水性塗膜を備えたことを特徴とする。
(1) An aluminum fin according to an embodiment of the present invention is characterized in that a hydrophilic coating mainly composed of an aluminate is provided on at least one of the front surface and the back surface of a substrate made of aluminum or an aluminum alloy. .
(2) The aluminum fin according to one aspect of the present invention comprises a hot water-washed, hydrophilic coating comprising an aluminate as a main component on at least one of the front surface and the back surface of a substrate made of aluminum or aluminum alloy. It is characterized by having.
(3)本発明の一形態に係るアルミニウムフィンにおいて、前記アルミン酸塩がアルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、アルミン酸カルシウムの1種または2種以上からなることが好ましい。
(4)本発明の一形態に係るアルミニウムフィンにおいて、前記親水性塗膜にアクリル樹脂、無機コロイド粒子の何れかが含まれていることが好ましい。
(5)本発明の一形態に係るアルミニウムフィンにおいて、前記湯水洗親水性塗膜が、XPS分析によるナロースキャン分析に基づくピークシフト解析結果としてアルミニウムの酸化物もしくはアルミニウムの水和物を含む塗膜であることが好ましい。
(3) In the aluminum fin according to one aspect of the present invention, the aluminate preferably comprises one or more of sodium aluminate, potassium aluminate and calcium aluminate.
(4) In the aluminum fin which concerns on one form of this invention, it is preferable that the said hydrophilic coating film contains either an acrylic resin and an inorganic colloid particle.
(5) In the aluminum fin according to one aspect of the present invention, the hot-water-washed hydrophilic coating includes an oxide of aluminum or a hydrate of aluminum as a result of peak shift analysis based on narrow scan analysis by XPS analysis Is preferred.
(6)本発明の一形態に係るアルミニウムフィンにおいて、アルミニウムまたはアルミニウム合金製のチューブに対しろう付けされるアルミニウムフィンであって、ろう付け熱処理後の前記湯水洗親水性塗膜の水接触角が40°以下であることが好ましい。
(7)本発明の一形態に係るアルミニウムフィンにおいて、前記湯水洗親水性塗膜のろう付け熱処理後の色彩値がL:70〜100、a:−3〜+5、b:−3〜+10であることが好ましい。
(8)本発明の一形態に係るアルミニウムフィンにおいて、前記ろう付け熱処理後の前記湯水洗親水性塗膜が、XPS分析によるナロースキャン分析に基づくピークシフト解析結果としてアルミニウムの酸化物もしくはアルミニウムの水和物を含む塗膜であることが好ましい。
(6) In the aluminum fin according to one aspect of the present invention, the aluminum fin is brazed to a tube made of aluminum or an aluminum alloy, and the water contact angle of the hot water-washed hydrophilic coating after the brazing heat treatment is It is preferable that it is 40 degrees or less.
(7) In the aluminum fin according to one aspect of the present invention, the color value of the hot water-washed hydrophilic coating after brazing heat treatment is L: 70 to 100, a: -3 to +5, b: -3 to +10 Is preferred.
(8) In the aluminum fin according to one aspect of the present invention, the hot-water-washed hydrophilic coating film after the brazing heat treatment has aluminum oxide or aluminum water as a peak shift analysis result based on narrow scan analysis by XPS analysis It is preferable that it is a coating film containing a hydrate.
(9)本発明の一形態に係る親水性塗膜形成用塗料は、アルミン酸塩を主成分として含み、親水性塗膜となる塗料である。
(10)本発明の一形態に係る親水性塗膜形成用塗料は、アルミン酸塩を主成分として含み、湯洗または水洗により湯水洗親水性塗膜となる塗料である。
(9) The paint for hydrophilic film formation concerning one form of the present invention is a paint which contains an aluminate as a main ingredient and turns into a hydrophilic paint film.
(10) The coating for forming a hydrophilic coating according to an embodiment of the present invention is a coating which contains an aluminate as a main component, and which becomes a hydrophilic coating after being rinsed with hot or cold water.
(11)本発明の一形態に係る親水性塗膜形成用塗料において、前記アルミン酸塩に加えてアクリル樹脂または無機コロイド粒子を含むことができる。
(12)本発明の一形態に係る親水性塗膜形成用塗料において、前記アルミン酸塩が、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、アルミン酸カルシウムの1種または2種以上からなることが好ましい。
(13)本発明の一形態に係る親水性塗膜形成用塗料において、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材の表面または裏面の少なくとも一方に付着量30〜3000mg/m2の範囲で塗布されることが好ましい。
(14)本発明の一形態に係る親水性塗膜形成用塗料において、ろう付け熱処理後に水接触角40°以下を発現する親水性塗膜形成用塗料であることが好ましい。
(11) The paint for hydrophilic film formation concerning one form of the present invention can contain acrylic resin or inorganic colloid particles in addition to the above-mentioned aluminate.
(12) In the paint for hydrophilic film formation concerning one form of the present invention, it is preferred that the aluminate consists of one sort or two sorts or more of sodium aluminate, potassium aluminate, and calcium aluminate.
(13) In the coating material for forming a hydrophilic coating film according to one aspect of the present invention, it is applied to at least one of the front surface or the back surface of the substrate made of aluminum or aluminum alloy in a coverage of 30 to 3000 mg / m 2. Is preferred.
(14) In the coating for hydrophilic film formation concerning one form of the present invention, it is preferred that it is a paint for hydrophilic film formation which expresses
(15)本発明の一形態に係るアルミニウムフィンの製造方法は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材の表面と裏面の少なくとも一方にアルミン酸塩を主成分として含む塗布膜を形成し、次いで該塗布膜を湯洗または水洗して湯水洗親水性塗膜を得ることを特徴とする。
(16)本発明の一形態に係るアルミニウムフィンの製造方法は、前記アルミン酸塩に加えてアクリル樹脂または無機コロイド粒子を添加した塗布膜を用いることができる。
(17)本発明の一形態に係るアルミニウムフィンの製造方法は、前記アルミン酸塩としてアルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、アルミン酸カルシウムの1種または2種以上を用いることができる。
(18)本発明の一形態に係るアルミニウムフィンの製造方法は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材の表面または裏面の少なくとも一方に付着量30〜3000mg/m2の範囲で塗布することができる。
(19)本発明の一形態に係るアルミニウムフィンの製造方法は、前記親水性塗膜として、XPS分析によるナロースキャン分析に基づくピークシフト解析結果としてアルミニウムの酸化物もしくはアルミニウムの水和物を含む塗膜を用いることが好ましい。
(15) In the method for producing an aluminum fin according to one aspect of the present invention, a coated film containing an aluminate as a main component is formed on at least one of the front surface and the back surface of a substrate made of aluminum or aluminum alloy. It is characterized in that the membrane is washed with water or washed to obtain a water-washed hydrophilic coating.
(16) In the method for producing an aluminum fin according to an aspect of the present invention, a coating film to which an acrylic resin or inorganic colloid particles are added in addition to the aluminate can be used.
(17) In the method for producing aluminum fin according to one aspect of the present invention, one or more of sodium aluminate, potassium aluminate and calcium aluminate can be used as the aluminate.
(18) The method for producing an aluminum fin according to an aspect of the present invention can be applied to at least one of the front surface and the back surface of a substrate made of aluminum or an aluminum alloy in a coverage of 30 to 3000 mg / m 2 .
(19) A method for producing an aluminum fin according to one aspect of the present invention, a paint including an oxide of aluminum or a hydrate of aluminum as a result of peak shift analysis based on narrow scan analysis by XPS analysis as the hydrophilic coating film. It is preferred to use a membrane.
(20)本発明の一形態に係る熱交換器は、先のいずれかに記載のアルミニウムフィンがアルミニウムまたはアルミニウム合金製のチューブに対しろう付けされたことを特徴とする。
(21)本発明の一形態に係る熱交換器は、先のいずれかに記載のアルミニウムフィンがコルゲートフィンであり、アルミニウムまたはアルミニウム合金製の複数のチューブが並列配置され、これらチューブ間に前記コルゲートフィンがろう付けされ、前記複数のチューブが個々にヘッダパイプにろう付けされたことを特徴とする。
(22)本発明の一形態に係る熱交換器は、先のいずれかに記載のアルミニウムフィンが複数相互に所定の間隔をあけて配列され、前記複数のアルミニウムフィンを貫通させたアルミニウムまたはアルミニウム合金製の複数のチューブが前記アルミニウムフィンにろう付けされ、前記複数のチューブが個々にヘッダ管にろう付けされたことを特徴とする。
(23)本発明の一形態に係る熱交換器において、前記ろう付け後のアルミニウムフィンにおける前記湯水洗親水性塗膜が、XPS分析によるナロースキャン分析に基づくピークシフト解析結果としてアルミニウムの酸化物もしくはアルミニウムの水和物を含む塗膜であることが好ましい。
(23)本発明の一形態に係る熱交換器は、先のいずれかに記載のアルミニウムフィンが複数相互に所定の間隔をあけて配列され、前記複数のアルミニウムフィンを貫通させたアルミニウムまたはアルミニウム合金製の複数のチューブが前記アルミニウムフィンに拡管接合されたことを特徴とする。
(20) A heat exchanger according to one aspect of the present invention is characterized in that the aluminum fin described above is brazed to a tube made of aluminum or an aluminum alloy.
(21) In the heat exchanger according to one aspect of the present invention, the aluminum fin described in any one of the above is a corrugated fin, and a plurality of tubes made of aluminum or aluminum alloy are arranged in parallel, The fins are brazed, and the plurality of tubes are individually brazed to the header pipe.
(22) A heat exchanger according to one aspect of the present invention is an aluminum or aluminum alloy in which a plurality of the aluminum fins according to any one of the above are arranged at predetermined intervals from one another and the plurality of aluminum fins are penetrated. A plurality of tubes are brazed to the aluminum fins, and the plurality of tubes are brazed individually to the header tube.
(23) In the heat exchanger according to one aspect of the present invention, the hot-water-washed hydrophilic coating on the brazed aluminum fin is an oxide or aluminum of aluminum as a result of peak shift analysis based on narrow scan analysis by XPS analysis. It is preferable that it is a coating film containing the hydrate of aluminum.
(23) In the heat exchanger according to one aspect of the present invention, an aluminum or an aluminum alloy in which the plurality of aluminum fins described in any one of the above are arranged at predetermined intervals from one another and the plurality of aluminum fins are penetrated. A plurality of tubes made of aluminum are expanded and joined to the aluminum fins.
本発明に係るアルミニウムフィンであるならば、ろう付け前にアルミン酸塩を主成分とする親水性塗膜、あるいは、それを湯洗または水洗した湯水洗親水性塗膜を形成しておくことにより、ろう付け前は勿論、ろう付け後であってもアルミニウムフィンに優れた親水性を付与できる。また、アルミン酸塩を主成分とする親水性塗膜、あるいは、その湯水洗親水性塗膜であるならば、ろう付けに伴う加熱を経ても親水性皮膜に変色を生じることがなく、外観の美しいアルミニウムフィンを提供できる。 In the case of the aluminum fin according to the present invention, by forming a hydrophilic coating film mainly composed of aluminate before brazing, or a hot water rinsing hydrophilic coating film obtained by washing it with hot water or washing with water. Of course, before or after brazing, aluminum fins can be provided with excellent hydrophilicity even after brazing. In addition, if the coating is a hydrophilic coating mainly composed of aluminate, or if it is a hot water-washed hydrophilic coating, the hydrophilic coating does not change color even after being heated by brazing, and the appearance is We can provide beautiful aluminum fins.
本発明に係るアルミン酸塩を主成分とする親水性塗膜用塗料、あるいは、湯水洗親水性塗膜形成用塗料であるならば、ろう付け前のアルミニウムフィンに塗布しておくことにより、ろう付け後であっても優れた親水性を有し、変色を生じることがない親水性皮膜を得ることができ、外観の美しいアルミニウムフィンを製造することができる。また、上述の塗料は、ろう付けしないタイプのフィンにも適用することができ、良好な親水性を発揮し、加熱を受けても変色するおそれのない親水性塗膜を得ることができる。 In the case of a paint for a hydrophilic coating film mainly comprising the aluminate according to the present invention or a paint for forming a water-washed hydrophilic film, the wax is applied by being applied to aluminum fins before brazing. It is possible to obtain a hydrophilic film which has excellent hydrophilicity and does not cause discoloration even after application, and an aluminum fin having a beautiful appearance can be produced. Moreover, the above-mentioned paint can be applied to fins of the type not brazed, can exhibit good hydrophilicity, and can obtain a hydrophilic coating film that is not likely to be discolored even when heated.
本発明に係る熱交換器であるならば、プレコートフィンに対応する湯水洗親水性塗膜を予め設けておくタイプのアルミニウムフィンを用い、ろう付けによりチューブと接合した構成であるため、プレコートフィンを用いた製造工程と同等の工程で製造可能であり、ろう付け後であっても良好な親水性を付与したアルミニウムフィンを備えた熱交換器を提供できる。また、ろう付け前に湯水洗親水性塗膜をプレコートしておくことにより、ろう付けした後であってもフィン外観に変色のない、優れた美観のアルミニウムフィンを備えた熱交換器を提供できる。勿論、フィンをろう付けしないタイプの熱交換器に上述の親水性塗膜を適用することができ、優れた親水性を有するフィンを備えた熱交換器を提供できる。 In the case of the heat exchanger according to the present invention, since the aluminum fin of a type in which a hot water-washed hydrophilic coating corresponding to the precoated fin is provided in advance is joined to the tube by brazing, It is possible to provide a heat exchanger provided with aluminum fins that can be manufactured in the same process as the manufacturing process used and that has good hydrophilicity even after brazing. Also, by pre-coating a hot water-washed hydrophilic coating before brazing, it is possible to provide a heat exchanger equipped with an excellent-looking aluminum fin which has no discoloration in the fin appearance even after brazing. . Of course, the above-mentioned hydrophilic coating can be applied to a type of heat exchanger which does not braze fins, and a heat exchanger provided with fins having excellent hydrophilicity can be provided.
以下、添付図面に基づき、本発明の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の熱交換器と同じであるとは限らない。 Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail based on the attached drawings. In the drawings used in the following description, for the sake of easy understanding of the features, the features that are the features may be enlarged and shown for convenience, and the dimensional ratio of each component is the same as that of the actual heat exchanger It does not have to be.
「第1実施形態」
図1は、コルゲートフィンを備えた第1実施形態の熱交換器30を示す正面図である。
第1実施形態の熱交換器30は、自動車用の熱交換器、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、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。
この第1実施形態の熱交換器30は、左右に離間して平行に立設配置されたヘッダーパイプ31、32と、これらのヘッダーパイプ31、32の間に相互に間隔を保って平行に、かつ、ヘッダーパイプ31、32に対して直角に接合された複数の扁平状のチューブ33と、各チューブ33に付設された波形のフィン(コルゲートフィン)34を主体として構成されている。ヘッダーパイプ31、32、チューブ33及びフィン34は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から構成されている。
First Embodiment
FIG. 1 is a front view showing a
The
The
ヘッダーパイプ31、32の相対向する側面に複数のスリット36が各パイプの長さ方向に定間隔で形成され、これらヘッダーパイプ31、32の相対向するスリット36にチューブ33の端部を挿通してヘッダーパイプ31、32間にチューブ33が架設されている。また、ヘッダーパイプ31、32間に所定間隔で架設された複数のチューブ33、33の間にフィン34が配置され、これらのフィン34がチューブ33の表面側あるいは裏面側にろう付けされている。
A plurality of
図2に示す如く、ヘッダーパイプ31、32のスリット36に対してチューブ33の端部を挿通した部分においてろう材により第1のフィレット部38が形成され、ヘッダーパイプ31、32に対しチューブ33がろう付けされている。また、波形のフィン34において波の頂点の部分を隣接するチューブ33の表面または裏面に対向させてそれらの間の部分に生成されたろう材により第2のフィレット部39が形成され、チューブ33の表面側と裏面側に波形のフィン34がろう付けされている。
フィン34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34aと、基材34aの全面(表面と裏面及び両側面)に付着された親水性皮膜35aを有している。
As shown in FIG. 2, the
The
本実施形態の熱交換器30は、ヘッダーパイプ31、32とそれらの間に架設された複数のチューブ33と複数のフィン34とを組み付けて図3に示す如く熱交換器組立体41を形成し、これを加熱してろう付けすることにより製造されたものである。なお、ろう付け時の加熱によってチューブ33の表面側と裏面側にはZn溶融拡散層(犠牲陽極層)42が形成されている。
The
以下、熱交換器30の主な構成要素についてより詳細に説明する。
<フィンの基材>
フィン34の基材34a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。また、基材34aは、JIS3003系のアルミニウム合金に質量%で2%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。
Hereinafter, the main components of the
<Base material for fins>
The base 34 a of the
フィン34の基材34aは、チューブ33の孔食電位よりも卑の孔食電位となる材料を用いることが好ましい。チューブ33の腐食に伴う孔食は冷媒の漏れ出しにつながるおそれがある。フィン34の基材34aの孔食電位をチューブ33の孔食電位より卑とすることで、フィン34の基材34aが優先的に腐食しチューブ33に孔食が生じることを遅延させることができる。
基材34aは、前記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34aの製造方法は、本発明において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。
It is preferable that the base 34 a of the
The
<親水性皮膜>
フィン34はその基材34aの全面に親水性皮膜35aが付着されている。この親水性皮膜35aは、アルミン酸塩またはアルミン酸塩を主成分とする親水性塗膜を湯洗または水洗した湯水洗親水性塗膜をろう付け熱処理した皮膜からなる。
この親水性皮膜35aは、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム(AlKO3)、アルミン酸カルシウム(Ca(AlO2)2)などのアルミン酸塩と、これらアルミン酸塩にアクリル樹脂、無機コロイド液などの添加剤を必要に応じて添加した湯水洗親水性塗膜形成用塗料を用いて製造する。この湯水洗親水性塗膜形成用塗料を基材34aの外面に塗布して乾燥させ、親水性塗膜を形成し、この親水性塗膜を湯洗または水洗して湯水洗親水性塗膜35とした後、ろう付け熱処理を経ることで親水性皮膜35aを得ることができる。アルミン酸ナトリウムとして、二酸化ナトリウムアルミニウム(NaAlO2)、テトラヒドロキシドアルミン酸ナトリウム(Na[Al(OH)4])などを用いることができる。
<Hydrophilic film>
The
This
図3に示すようにろう付け前にフィン34の外面に塗布する湯洗または水洗前の親水性塗膜の塗布量として、ろう付け後に優れた水接触角を示し、良好なろう付け性を得るためには30〜3000mg/m2の範囲を選択することができる。なお、湯水洗前の塗布量が上述の範囲内であっても特に優れた水接触角とろう付け性を両立するためには50〜2000mg/m2の範囲の塗布量とすることが好ましい。
なお、アルミン酸塩を主成分とするとは、塗膜の50質量%以上がアルミン酸塩からなることを意味する。この範囲であっても、塗膜質量の80質量%以上、より好ましくは85質量%以上がアルミン酸塩であることが望ましい。勿論、後述する添加剤を含有させない場合は、塗膜の100%がアルミン酸塩であっても良い。
アルミン酸塩またはアルミン酸塩を主成分とする塗膜を湯洗または水洗した湯水洗親水性塗膜35であるならば、後述するろう付け工程において600℃前後の加熱を受けたとしても、ろう付け後に必要な親水性を発揮する親水性皮膜35aを得ることができる。
As shown in FIG. 3, the coating amount of the hydrophilic coating before hot water washing or water washing applied to the outer surface of the
In addition, having an aluminate as a main component means that 50 mass% or more of a coating film consists of an aluminate. Even in this range, it is desirable that 80% by mass or more, more preferably 85% by mass or more of the coating film mass is an aluminate. Of course, in the case where the additive described later is not contained, 100% of the coating film may be an aluminate.
If it is a hot-water-washed
湯洗は、加温した水(湯)、例えば30〜90℃程度の湯を用いることができる。湯水洗とは加温しているか加温していない液体状のH2Oを使用した洗浄を意味し、例えば、常温またはそれより高い如何なる温度のH2Oも用いることができる。また、洗浄に用いる湯水は、不純物や少量(例えば、1重量%以下)の界面活性剤が含まれていてもよく、pH10以下のアルカリ性水溶液であってもよい。
湯洗または水洗の方法としては、高圧水を用いてスプレーで洗浄する方法、水洗槽(水槽)の中を潜らせること(浸漬)により洗浄する方法など、種々の方法を用いることができる。なお、湯水または水に浸漬することにより洗浄を行う場合、湯洗槽中または水槽中に洗浄により塗布膜から除去された物質が多量に溶解した状態になると、湯洗中または水洗中のフィンに塗布膜の成分が再付着してしまうおそれがあるため、洗浄中は、必要に応じて新水を湯洗槽または水洗槽に補給するなどの措置を行い、水質を保つことが望ましい。
For hot water washing, heated water (hot water), for example, about 30 to 90 ° C. hot water can be used. Washing with hot water means washing with heated or unheated liquid H 2 O, for example, H 2 O at any temperature or higher than normal temperature can be used. The hot and cold water used for washing may contain impurities and a small amount (for example, 1% by weight or less) of a surfactant, and may be an alkaline aqueous solution having a pH of 10 or less.
As a method of hot water washing or water washing, various methods can be used such as a method of washing by spraying using high pressure water, and a method of washing by immersing (immersing) in a water washing tank (water tank). When washing is performed by immersing in hot water or water, if a large amount of the substance removed from the coating film by washing is dissolved in the hot water washing tank or in the water tank, then Since there is a risk that the components of the coating film will adhere again, it is desirable to take measures such as supplying fresh water to the hot water washing tank or the water washing tank as necessary during the washing to maintain the water quality.
湯水洗親水性塗膜35において、アルミン酸塩の他に添加物を配合する場合、アクリル樹脂、無機コロイド粒子などを5質量%〜40質量%程度添加することができる。
また、アルミン酸塩またはアルミン酸塩を主成分とする塗膜から得られた湯水洗親水性塗膜35であるならば、ろう付け工程において600℃前後に加熱される熱処理を経た後であっても親水性皮膜35aの変色が少なく、アルミニウムまたはアルミニウム合金本来の金属光沢を備えた外観の美しいフィン13を提供できる。湯水洗親水性塗膜35においてろう付け熱処理後の変色が少ないとは、ろう付け後に色差計にて測定される色彩値が、L:70〜100、a:−3〜+5、b:−3〜+10の範囲を満たすことを意味する。湯水洗親水性皮膜35aの色彩値がこの範囲内であれば、アルミニウムまたはアルミニウム合金本来の金属光沢を備えたフィン34の外観を損なうことがない。
When an additive is added to the hot water-washed
Also, if it is a hot-water-washed
<<チューブ>>
図3に示すように、ろう付け前のチューブ33は、その上面33Aと下面33Bに形成されたろう付用塗膜37を有している。チューブ33は、例えば、その内部に複数の冷媒通路33Cが形成された偏平多穴管である。また、チューブとしてはアルミニウム合金ブレージングシートを折り曲げて成形する事で作製した管も使用する事ができる。
チューブ33は、例えば、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しすることにより作製されたものである。
チューブ33は、ろう付け工程を経て図2に示すように形成されたフィレット部38、39、並びにフィン34の基材34a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33の腐食が開始される前にフィレット部38、39、基材34aの腐食が開始され、チューブ33の腐食を遅延させることができる。
<< Tube >>
As shown in FIG. 3, the
The
The
図3に示すろう付け前のチューブ33に形成されているろう付用塗膜37は、少なくともフィン34がろう付け接合される部分に対応して塗布された塗膜である。ろう付用塗膜37の組成は、Si粉末:1.0〜5.0g/m2と、Zn含有フッ化物系フラックス(KZnF3):3.0〜20.0g/m2と、バインダ(例えば、アクリル系樹脂):0.5〜8.5g/m2からなる配合組成のろう付用塗膜であることが好ましい。
The
以下、ろう付用塗膜37を構成する組成物について説明する。
<Si粉末>
Si粉末は、チューブ33を構成するAlと反応し、フィン34とチューブ33を接合するろうを形成するが、ろう付け時にZn含有フラックスとSi粉末が溶融してろう液となる。
このろう液にフラックス中のZnが均一に拡散し、チューブ33の表面と裏面に均一に広がる。液相であるろう液内でのZnの拡散速度は固相内の拡散速度より著しく大きいので、これによりチューブ表面と裏面に均一なZn拡散がなされ、チューブ表面と裏面の面方向のZn濃度がほぼ均一となる。また、チューブ33の表面から深さ方向への拡散について見ると、SiはAlと共晶となって融点を下げるので、チューブ33の表面では共晶組成となった状態にZnが拡散しチューブ33の表面に所定厚さのZn溶融拡散層42が生成する。このZn溶融拡散層42の生成によりチューブ33の耐食性を向上できる。
Hereinafter, the composition which comprises the
<Si powder>
The Si powder reacts with Al constituting the
The Zn in the flux diffuses uniformly in the wax solution and spreads uniformly on the front and back of the
<Si粉末塗布量:1.0〜5.0g/m2>
Si粉末の塗布量が1.0g/m2未満であると、ろう形成が不十分となるおそれがあり、塗布量が5.0g/m2を超えると、チューブの溶融量が増加してチューブの肉厚が減少して、好ましくない。このため、ろう付用塗膜37におけるSi粉末の含有量は1.0〜5.0g/m2とすることが好ましい。
<Si粉末粒度:最大粒径:D(99):30μm以下>
Si粉末の粒度がD(99)において30μm以下であれば、均一なZn溶融拡散層42を形成することが可能である反面、30μmを超えると、局部的に深いエロージョンが生成し、均一なZn溶融拡散層42を形成できなくなるおそれがある。このため、Si粉末の粒度は、最大粒径D(99)において30μm以下が好ましい。なお、D(99)とは、体積割合で小さい粒から累積し、全体の99%となる粒の粒径のことである。これらの値は、いずれもレーザ光散乱法で測定することができる。
<Si powder application amount: 1.0 to 5.0 g / m 2 >
If the coating amount of Si powder is less than 1.0 g / m 2 , there is a possibility that the wax formation may be insufficient, and if the coating amount exceeds 5.0 g / m 2 , the melting amount of the tube increases and the tube Is not preferable because the wall thickness of the For this reason, it is preferable that content of Si powder in the
<Si powder particle size: Maximum particle size: D (99): 30 μm or less>
If the particle size of the Si powder is 30 μm or less in D (99), it is possible to form a uniform Zn
<Zn含有フラックス、非Zn含有フラックス>
Zn含有フラックスは、ろう付けに際し、チューブ33の表面にZn溶融拡散層42を形成し、耐孔食性を向上させる効果がある。また、ろう付け時にチューブ33の外面の酸化膜を破壊し、ろうの広がり、ぬれを促進してろう付け性を向上させる作用を奏する。このZn含有フラックスは、Znを含まないフラックスに比べ活性度が高いので、比較的微細なSi粉末を用いても良好なろう付け性が得られる。Zn含有フラックスは、KZnF3、ZnF3、ZnCl2のうち、1種または2種以上を用いることができる。Zn含有フラックスに対し、非Zn含有フラックスを添加しても良い。
<Zn-containing flux, non-Zn-containing flux>
The Zn-containing flux forms the Zn
非Zn含有フラックスとしてフッ化物系フラックスあるいはフルオロアルミン酸カリウム系のフラックスはKAlF4を主成分とするフラックスであり、添加物を加えた種々の組成が知られている。K3AlF6+KAlF4なる組成のもの、Cs(x)K(y)F(z)などを例示できる。他に、LiF、KF、CaF2、AlF3、K2SiF6等のフッ化物を添加したフッ化物系フラックス(例えば、フルオロアルミン酸カリウム系のフラックス)を用いることもできる。Znフラックスに加えてフッ化物系フラックス(例えばフルオロアルミン酸カリウム系のフラックス)を添加することでろう付け性向上に寄与する。 As a non-Zn-containing flux, a fluoride-based flux or a potassium fluoroaluminate-based flux is a flux containing KAlF 4 as a main component, and various compositions to which additives are added are known. Examples thereof include those having a composition of K 3 AlF 6 + KAlF 4 , Cs (x) K (y) F (z), and the like. In addition, a fluoride-based flux (for example, a potassium fluoroaluminate-based flux) to which a fluoride such as LiF, KF, CaF 2 , AlF 3 , or K 2 SiF 6 is added can also be used. The addition of a fluoride-based flux (for example, a potassium fluoroaluminate-based flux) in addition to the Zn flux contributes to the improvement of the brazing property.
<フラックス塗布量:3.0〜20g/m2>
Zn含有フッ化物系フラックスの塗布量が3.0g/m2未満であると、熱交換器30とした場合の電位差が低くなり、犠牲効果が発揮されないおそれがある。また、チューブ33(被ろう付け材)の表面酸化皮膜の破壊除去が不十分なためにろう付け不良を招くおそれがある。一方、塗布量が20m2を超えると、電位差が過大となり、腐食速度が増加し、Zn溶融拡散層42の存在による防食効果が短時間になるおそれがある。このため、Zn含有フッ化物系フラックスの塗布量を3.0〜20g/m2とすることが好ましい。Zn含有フッ化物系フラックスは、一例としてKZnF3を用いることができる。前述の非Zn含有フラックスは、Zn含有フラックスに加えて添加することができる。
<Flux coating amount: 3.0 to 20 g / m 2 >
If the coating amount of the Zn-containing fluoride flux is less than 3.0 g / m 2 , the potential difference in the case of using the
<バインダ塗布量:0.5〜8.5g/m2>
ろう付用塗膜37には、Si粉末、Zn含有フッ化物系フラックスに加えてバインダを含むことができる。バインダの一例として、アクリル系樹脂を挙げることができる。
バインダはZn溶融拡散層42の形成に必要なSi粉末とZn含有フラックスをチューブ33の表面と裏面に固着する作用があるが、バインダの塗布量が0.5g/cm2未満であると、ろう付け時にSi粉末やZnフラックスがチューブ33から脱落し、均一なZn溶融拡散層42が形成されないおそれがある。一方、バインダの塗布量が8.5g/cm2を超えると、バインダ残渣によりろう付け性が低下し、均一なZn溶融拡散層42が形成されないおそれがある。このため、バインダの塗布量は、0.5〜8.5g/m2とすることが好ましい。なお、バインダは、通常、ろう付けの際の加熱により蒸散する。
<Binder application amount: 0.5 to 8.5 g / m 2 >
The
The binder functions to fix the Si powder and the Zn-containing flux necessary for the formation of the Zn
Si粉末、フラックス及びバインダからなるろう付用塗膜37の形成方法は、本実施形態において特に限定されるものではなく、スプレー法、シャワー法、フローコータ法、ロールコータ法、刷毛塗り法、浸漬法、静電塗布法などの適宜の方法によって行うことができる。
The method for forming the
<<ヘッダーパイプ>>
ヘッダーパイプ31、32を構成するアルミニウム合金は、Al−Mn系をベースとしたアルミニウム合金が好ましい。
例えば、Mn:0.05〜1.50%を含有することが好ましく、他の元素として、Cu:0.05〜0.8%、Zr:0.05〜0.15%を含有することができる。
<< header pipe >>
The aluminum alloy which comprises the
For example, it is preferable to contain Mn: 0.05 to 1.50%, and to contain Cu: 0.05 to 0.8% and Zr: 0.05 to 0.15% as other elements. it can.
<<製造方法>>
上述したフィン34及びチューブ33を備えた熱交換器30の製造方法の一例について以下に説明する。
まず、チューブ33とフィン34を用意する。フィン34については、基材34aの少なくとも表面と裏面に塗布法で親水性塗膜を形成し、湯洗または水洗することにより湯水洗親水性塗膜35を形成しておく。
上述のアルミン酸塩あるいはアルミン酸塩を主成分として含む塗膜は、湯洗または水洗することによりその膜厚の大部分が除去され、厚さ10nm〜500nm程度の極薄い湯水洗親水性塗膜35が残留する。この湯洗親水性塗膜35は、XPS分析(X線光電子分光分析)による分析によると、アルミン酸ナトリウムなどのアルミン酸塩を構成する金属成分、例えば、アルミン酸ナトリウムにおいてはナトリウムがほぼ消失し、アクリル樹脂を添加剤とした場合はアクリル樹脂の炭素がほぼ消失し、SiO2換算で50nm程度の膜厚の残留した塗膜を意味する。この残留分の塗膜にはアルミニウムの水和物または酸化物と酸素が存在していることがXPS分析から判明している。このため、湯水洗親水性塗膜35はアルミニウム水和物またはアルミニウム酸化物と酸素からなる極めて薄い塗膜であると推定できる。
<< manufacturing method >>
An example of the manufacturing method of the
First, the
Most of the film thickness is removed by washing with hot water or washing with water, or the coating film containing the above-mentioned aluminate or aluminate as a main component, and an extremely thin hot water-washing hydrophilic coating having a thickness of about 10 nm to 500 nm. 35 remain. According to the analysis by XPS analysis (X-ray photoelectron spectroscopy), the hot-water-washed
図3に示すように、フィン34との接合面にろう付用塗膜37を塗布したチューブ33を使用して、ヘッダーパイプ31、32、チューブ33及びフィン34を組み立てて熱交換器組立体41を構成する。チューブ33の両端を左右のヘッダーパイプ31、32に設けたスリット36に挿入し、チューブ33の上下にコルゲート型のフィン34が位置するように組み付ける。コルゲート型のフィン34はその波形の頂点部分をチューブ33の上面あるいは下面に接するように配置される。
As shown in FIG. 3, the
次に、ろう付用塗膜35の融点以上の温度、例えば580〜620℃に加熱炉において数分間程度加熱するろう付け工程を行う。加熱によって、チューブ33に形成されたろう付用塗膜37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34の頂点部分とチューブ33の上面あるいは下面の間の隙間に流れ、これらの隙間を満たす。続いて、冷却することで、図2に示すように、ろう液が固化し第1のフィレット部38と第2のフレット部39が形成される。これらのフィレット部38、39により、ヘッダーパイプ31、32とチューブ33とフィン34とが接合される。
Next, a brazing step is performed by heating to a temperature above the melting point of the
ろう付けの際の熱処理条件は特に限定されない。一例として、加熱炉内を窒素雰囲気とし、熱交換器組立体41を昇温速度5℃/分以上でろう付温度(実体到達温度)580〜620℃に加熱し、ろう付け温度で30秒以上保持し、ろう付け温度から400℃までの冷却速度を10℃/分以上として冷却してもよい。
The heat treatment conditions at the time of brazing are not particularly limited. As an example, the inside of the heating furnace is a nitrogen atmosphere, and the
ろう付けに際し、不活性雰囲気などの適切な雰囲気で適温に加熱して、ろう付用塗膜37を溶融させる。この場合、フラックスの活性度が上がって、フラックス中のZnがチューブ33の肉厚方面に拡散するのに加え、ろう材及びチューブの双方の表面の酸化皮膜を破壊してろう材とチューブの間の濡れを促進する。
ろう付けに際し、チューブ33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付用塗膜37の組成物と反応してろうとなって、チューブ33とフィン34がろう付けされる。チューブ34の上面表層部と下面表層部ではろう付けによってフラックス中のZnが拡散してチューブのZn非拡散部分よりも卑になったZn溶融拡散層(犠牲陽極層)42が形成される。
チューブ表面側または下面側でZnの拡散を受けている領域がチューブ33の肉厚方向の内部側(Znの拡散を受けていない領域)よりも卑になる。ここで、チューブ33の肉厚方向の内部側とは溶融拡散層42が形成されているチューブ33の表面層領域あるいは裏面層領域よりチューブ33の肉厚方向に深い領域を示す。
At the time of brazing, the
During brazing, a portion of the aluminum alloy matrix constituting the
The region receiving Zn diffusion on the tube surface side or the lower surface side is more wrinkled than the inner side in the thickness direction of the tube 33 (region not receiving Zn). Here, the inner side in the thickness direction of the
フィン34の全面に塗布されているアルミン酸塩またはアルミン酸塩を主成分とする塗膜を湯洗した湯水洗親水性塗膜35は、ろう付け熱処理時の加熱によって多少変質するがその大部分は残留し、親水性皮膜35aが生成される。
このため、ろう付け熱処理後の親水性被膜35aに対し、XPS分析によるナロースキャン分析に基づくピークシフト解析結果をとると、アルミニウムの酸化物もしくはアルミニウムの水和物を含む塗膜であることがわかる。
The aluminate or aluminate-based coating applied over the entire surface of the
Therefore, the result of peak shift analysis based on narrow scan analysis by XPS analysis for the
<<効果>>
本実施形態の構造によれば、良好なろう付けがなされ、チューブ33とフィン34との間に十分なサイズのフィレット部38、39が形成される。
これらのフィレット部38、39は、チューブ33のZn非拡散部分及びフィン34よりも孔食電位が卑となっている。したがって、チューブ33のZn非拡散部分及びフィン34と比較して優先的に腐食し、チューブ33及びフィン34の孔食を遅延させることができる。また、これらの腐食の次にZn溶融拡散層42が面食の状態で腐食するのでチューブ33に孔食が生じることを抑制できる。
<< Effect >>
According to the structure of this embodiment, good brazing is performed, and
The
図2に示すろう付け後のフィン34には、ろう付け時の熱処理工程を経た親水性皮膜35aが形成されているので、フィン34の親水性を高くすることができる。したがって、親水性皮膜35aは、熱交換器30の組み立て前にフィン34の基材34aに予め形成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皮膜を別途形成する工程は不要となるために、製造工程を簡素化した熱交換器30を提供できる。
また、アルミン酸塩またはアルミン酸塩を主成分とする塗膜を湯洗または水洗した湯水洗親水性塗膜35は、ろう付け工程を経て600℃前後に加熱された後であっても変色が少ない。このため、金属光沢を有するアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるフィン34の美観を損なうことがない。
Since the
In addition, the hot-water-washed
上述した実施形態においては、ろう付けするためのろう付用塗膜37をチューブ33の表面または裏面などの外面に設けた構造を採用したが、ろう付用塗膜37を略し、チューブ33とフィン34のろう付け接合予定部分の周囲に置きろうを配し、置きろうを用いてろう付けした構造を採用しても良い。
ろう付け時の加熱により置きろうを溶融させてチューブ33とフィン34との境界部分に溶融状態のろうを行き渡らせることでチューブ33とフィン34をろう付け接合しても良い。
In the embodiment described above, a structure in which the
The
また、フィン34を芯材層とろう材層からなる2層構造のブレージングシートで構成し、チューブ33にはろう付用塗膜37を設けていない構造を採用してもよい。
この場合、ブレージングシートのろう材層を設けていない側の面または両面に上述の親水性皮膜35aを設けることができる。あるいは、芯材層の両面にろう材層を有する3層構造のブレージングシートからフィン13を構成することもできる。
Alternatively, the
In this case, the above-mentioned
ブレージングシートを用いる場合に、一例として、芯材層が、質量%でZn:4%以下、Mn:0.5〜2.0%、Si:1.3%以下、Fe:0.25%以下、Cu:0.5%以下を含有し、残部Al及び不可避不純物の組成を有するアルミニウム合金からなり、ろう材層が、質量%でSi:5.0−13.0%を含有し、残部Al及び不可避不純物の組成を有するアルミニウム合金からなる組合せを例示することができる。 When using a brazing sheet, as an example, the core material layer is Zn: 4% or less, Mn: 0.5 to 2.0%, Si: 1.3% or less, Fe: 0.25% or less by mass% , Cu: 0.5% or less, and consists of an aluminum alloy having the composition of the balance Al and unavoidable impurities, the brazing material layer contains Si: 5.0-13.0% by mass%, the balance Al And a combination of an aluminum alloy having a composition of unavoidable impurities.
「第2実施形態」
図4〜図7は本発明に係る第2実施形態の熱交換器を示すもので、この第2実施形態の熱交換器11は、図4に示すように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の間に上下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偏平型のチューブ22と、これらチューブ22を構成する管体12の外面(上面又は下面)12bにろう付けされ、外気に熱を放散する複数枚のフィン(アルミニウムフィン)13と、を備えている。左右一対のヘッダ管14のうち一方の上端部には、ヘッダ管14を介しチューブ22に冷媒を供給する供給管15が接続されている。また、他方のヘッダ管14の下端部には、チューブ22を経由した冷媒を回収する回収管16が接続されている。チューブ22、フィン13、ヘッダ管14、供給管15、回収管16は、いずれもアルミニウム又はアルミニウム合金から構成されている。
"2nd Embodiment"
FIGS. 4 to 7 show a heat exchanger according to a second embodiment of the present invention, and the
図5は、チューブ22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の部分断面図である。図5に示すように、チューブ22を構成する管体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5に示すようにフィン13には、チューブ22の断面形状に対応する形状の切り欠き部19が、上下に所定の間隔をあけて複数形成されている。これらの切り欠き部19には、それぞれチューブ22が嵌合され、個々のチューブ22がろう付けによりフィン13に固定されている。
FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the
図6、図7は、熱交換器11においてチューブ22の長さ方向に沿って縦断面をとった部分断面図であり、図6はろう付け工程前の状態を示し、図7はろう付け工程後の状態を示す。フィン13は、チューブ22の長さ方向に沿って複数枚、並列配置されるとともに、個々の切り欠き部19にチューブ22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並列配置されている。フィン13は、切り欠き部19の周縁部にチューブ22の外面12bに沿ってフィン13の厚さ方向一側に屈曲した屈曲部20を有している。屈曲部20は、例えば、バーリング加工により形成されている。
6 and 7 are partial sectional views of the
チューブ22とフィン13は、一定間隔に並べた複数のフィン13をチューブ22が串刺し貫通するように配置され、フィン13の切り欠き部19内にチューブ22が嵌合され、フィン13とチューブ22が個々にろう付けにより固定されている。
図6に示す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22の上面または下面との隙間は10μm以下程度とすることが好ましい。この隙間が大きすぎる場合は、後述するろう付け工程において溶融したろうの回り込み量が不足し、ろう付け不良を引き起こすおそれがある。
本実施形態のフィン13は、切り欠き部19に対しチューブ22を挿通させているが、切り欠き部19に代えてフィン13にスリット状の貫通孔を設け、貫通孔にチューブ22を挿通させた構成としても良い。
The
In the state before brazing shown in FIG. 6, the gap between the
In the
以下、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及び第2の面3bのほぼ全面とそれら以外の側面に設けられた親水性皮膜1とを有している。
基材3は、先の第1実施形態の熱交換器30における基材34aと同等のアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる。
基材3は、チューブ22を構成する管体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。管体12の腐食に伴う孔食は冷媒の漏れ出しにつながるおそれがある。基材3の孔食電位を管体12の孔食電位より卑とすることで、フィン13が優先的に腐食し管体12に孔食が生じることを遅延させることができる。
Hereinafter, main components of the
<< Fin >>
The
The
The
<親水性皮膜>
フィン13は、基材3の第1の面3a及び第2の面3bのほぼ全面に、親水性皮膜1aを有している。親水性皮膜1aは、アルミン酸塩またはアルミン酸塩を主成分とする塗膜を湯洗した図6に示す湯水洗親水性塗膜1に対し、ろう付けに伴う熱処理を経て得られる。湯水洗親水性塗膜1は、先に説明した第1実施形態の熱交換器30に適用された湯水洗親水性塗膜35と同等の材料からなる。この親水性皮膜1aは先の第1実施形態の熱交換器30に適用された親水性皮膜35aの場合と同様に湯水洗親水性塗膜1を形成した後、ろう付け熱処理を経ることで得られた親水性皮膜である。
<Hydrophilic film>
The
<<チューブ>>
図6に示すように、ろう付け前のチューブ22は、管体12と、管体12の外面(上面または下面)12bに形成されたろう材層5を有している。管体12は、図5に示すようにその内部に複数の冷媒流路12aが形成されたアルミニウムまたはアルミニウム合金製の偏平多穴管である。
管体12は、例えば、先に説明した第1実施形態のチューブ33と同等材料からなる。
管体12は、図7に示すようにろう付け工程を経て形成されたフィレット5A、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、管体12の腐食が開始される前にフィレット5A及びフィン13の基材3の腐食が開始され、管体12の腐食を遅延させることができる。
<< Tube >>
As shown in FIG. 6, the
The
The
図6に示すろう付け前のチューブ22の管体12には、フィン13が接合される外面12bの一部に、第1実施形態のろう付用塗膜37と同等材料からなるろう材層5が塗布されている。
図6に示すろう付け前の熱交換器11において、チューブ22のろう材層5は、フィン13の屈曲部20のチューブ22と対向する部分(対向面20a)とチューブ22との間に位置する。ろう材層5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22との間に満たされた状態で固化し、図7に示すようにフィレット5A(ろう材層)となり、フィン13とチューブ22をろう付け接合する。
In the
In the
図5に示すように、管体12の外面12bは、平坦な表面(上面)6A及び裏面(下面)6Bと、これら表面6A及び裏面6Bに隣接する第1の側面6C及び第2の側面6Dとからなる。第1の側面6Cは、フィン13の切り欠き部19の開口側に位置し外部に開放されている。第2の側面6Dは、第1の側面6Cの反対側に位置し切り欠き部19に囲まれて配置されている。
ろう材層5は、一例として、管体12の外面12bのうちフィン13と当接する領域に、即ち、管体12の表面6Aと裏面6Bに形成されている。また、ろう付け後の管体12の表面6A、裏面6B、ろう材層5に含まれていたSiとZnがろう付け温度で管体12側に拡散し、管体12の表層部にSiとZnを含む犠牲陽極層が形成される。
As shown in FIG. 5, the
The
<<製造方法>>
上述したフィン13及びチューブ22を備えた熱交換器11の製造方法の一例について以下に説明する。
まず、チューブ22、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及び第2の面3bを含めて全面に塗布法や浸漬法などにより塗膜を形成し、これを湯洗または水洗して湯水洗親水性塗膜1を形成しておく。
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。また、チューブ22として、管体12の外面12bの一部に予めろう材層5が形成されたものを用意する。ろう材層5の形成範囲は、管体12の上面と下面と側面においてフィン13と接合する領域全域をカバーする範囲が望ましい。
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22を挿通する。
<< manufacturing method >>
An example of the manufacturing method of the
First, the
The
Next, as shown in FIG. 3, a plurality of
次に、ろう材層5の融点以上の温度、例えば580〜620℃に加熱炉において数10秒〜数分程度加熱するろう付け工程を行う。加熱によって、管体12の外面12bに形成されたろう材層5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と管体12の外面12bの間の隙間に流れ、隙間を満たす。続いて、冷却することで、図7に示すように、ろう液が固化しフィレット5A(ろう材層)を形成する。このフィレット5Aにより、チューブ22とフィン13とが接合される。
Next, a brazing step of heating to a temperature of not less than the melting point of the
ろう付けに際し、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5を溶融させる。この場合、フラックスの活性度が上がって、フラックス中のZnが被ろう付け材(フィン13の基材3)の肉厚方面に拡散するのに加え、ろう材及び被ろう付け材の双方の表面の酸化皮膜を破壊してろう材と被ろう付け材との間の濡れを促進する。
ろう付けに際し、チューブ22の管体12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5の組成物と反応してろうとなって、チューブ22の管体12とフィン13がろう付けされる。管体12の上面表層部と下面表層部ではろう付けによってフラックス中のZnが拡散して管体12内側よりも卑になった犠牲陽極層が形成される。
At the time of brazing, the
During brazing, a portion of the aluminum alloy matrix constituting the
フィン13の全面に塗布されているアルミン酸塩またはアルミン酸塩を主成分とする塗膜から湯洗により得られた湯水洗親水性塗膜1は、ろう付け熱処理時の加熱によって親水性皮膜1aとなる。
The hot-water-washed
<<効果>>
本実施形態の構造によれば、良好なろう付けがなされ、管体12とフィン13との間に十分なサイズのフィレット5A(ろう材層)が形成される。
このフィレット5Aは、管体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、管体12及びフィン13と比較して優先的に腐食し、管体12及びフィン13の孔食を遅延させることができる。
<< Effect >>
According to the structure of this embodiment, good brazing is performed, and a
The
なお、チューブ22のろう材層5を溶融、固化させてフィン13とチューブ22を接合する工程において、同時に、チューブ22にヘッダ管14をろう付け接合することが好ましい。
In the step of melting and solidifying the
図7に示すろう付け後のフィン13には、ろう付け時の熱処理工程を経た親水性皮膜1a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。したがって、親水性皮膜1aは、熱交換器11の組み立て前にフィン13の基材3に予め形成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皮膜を別途形成する工程は不要となるために、製造工程を簡素化した熱交換器11を提供できる。
また、アルミン酸塩またはアルミン酸塩を主成分とする塗膜から湯洗または水洗により得られた湯水洗親水性塗膜1はろう付け工程を経て600℃前後に加熱されて親水性皮膜1aとなった後であっても変色が少なく、金属光沢を有するアルミニウムまたはアルミニウム合金製のフィン13の美観を損なうことがない。
In the
In addition, a hot water-washed
上述した実施形態においては、ろう付けするためのろう材層5をチューブ22の表面または裏面などの外面に設けた構造を採用したが、ろう材層5を略し、チューブ22とフィン13のろう付け接合予定部分の周囲に置きろうを配し、置きろうを用いてろう付けした構造を採用しても良い。
ろう付け時の加熱により置きろうを溶融させてチューブ22とフィン13との境界部分に溶融状態のろうを行き渡らせることでチューブ22とフィン13をろう付け接合しても良い。
In the embodiment described above, the
The
また、フィン13を芯材層とろう材層からなる2層構造のブレージングシートで構成し、チューブ22にろう材層を設けない構造を採用してもよい。
この場合、芯材層の片面または両面に上述の親水性皮膜1aを設けることができる。あるいは、芯材層の両面にろう材層を有する3層構造のブレージングシートからなるフィン13を構成することもできる。
Alternatively, the
In this case, the above-mentioned
「第3実施形態」
図8は、図4〜図7を基に先に説明したプレートフィン型の熱交換器11において、親水性皮膜1aをフィン13の両面側ではなく、片面側のみに設けた第3実施形態の熱交換器21を示す。
この実施形態の熱交換器21においては、複数相互に間隔をあけて配列されたフィン13の相対向する2面のうち、一面側にのみ親水性皮膜1aが設けられている。
この第3実施形態の構造においてフィン13どうしの間隔は例えば数mm程度で小さいので、これらフィン13、13の間に水滴が生成され、水滴がフィン13、13間の隙間を閉じようとした場合に、水滴が一面側の親水性皮膜1aに触れるのでフィン13に沿って水滴を下降させることができ、フィン13、13の間から水滴を排除できる機能を十分に発揮させることができる。
"3rd Embodiment"
FIG. 8 shows the third embodiment in which the
In the
In the structure of the third embodiment, since the distance between the
第3実施形態の熱交換器21においても、先の第2実施形態の熱交換器11と同様にフィン13に親水性皮膜1aを設けて優れた親水性を得ることができる。このため、フィン13の周囲の隙間に水滴が付着しようとした場合であっても水滴をフィン13、13の隙間に留めておくことなく容易に排除できる。従って、フィン間の隙間を水滴で塞ぐことが無くなり熱交換器21の効率低下を引き起こすことがない。
また、フィン13に形成したアルミン酸塩またはアルミン酸塩を主成分とする塗膜を湯洗または水洗した湯水洗親水性塗膜1はろう付け工程を経て600℃前後に加熱された後の親水性皮膜1aとなっても変色が殆ど生じない。このため、アルミニウムまたはアルミニウム合金から構成されて金属光沢を有するフィン13の美観を損なうことがない。
Also in the
In addition, the aluminate or the film mainly composed of aluminate formed on the
ところで、これまで説明した実施形態では、上述のフィン34の基材34aに塗布した親水性塗膜35を湯洗または水洗して湯水洗親水性塗膜とした後、ろう付け熱処理した親水性皮膜35aを用いた構成について説明した。しかし、湯洗または水洗していない親水性塗膜をそのまま親水性皮膜として用いても良いは勿論である。また、ろう付け熱処理を経ないタイプの熱交換器のフィンに湯洗または水洗していない親水性塗膜35を適用しても良いのは勿論である。
即ち、上述のアルミン酸塩を主成分とする組成の親水性塗膜35は湯洗または水洗しなくとも優れた親水性を有しているので、親水性塗膜35をそのまま最終的な親水性塗膜としてフィンに形成しても良い。
By the way, in the embodiment described above, the
That is, since the
熱交換器において、フィンとチューブを接合する場合、拡管プラグにより拡散することでフィンとチューブを機械的に接合し、熱交換器を構成するタイプが知られている。このタイプの熱交換器の場合、フィンを複数枚間隔をあけて配置し、複数のフィンに形成した透孔を串刺しするようにストレートパイプ状のチューブを挿通し、チューブに拡管プラグを挿入して拡管し、フィンとチューブを接合する。拡管後にU字管で隣接するチューブの端部同士を連結して管路を構成することで熱交換器を構成できる。
このタイプの熱交換器では、ろう付け熱処理がなされないので、上述のアルミン酸塩またはこれを主成分とする親水性塗膜を親水性皮膜としてそのまま用いることができる。勿論、これを更に湯洗または水洗して湯水洗親水性塗膜としたものを親水性皮膜として用いても良い。
In a heat exchanger, when joining a fin and a tube, there is known a type in which the fin and the tube are mechanically joined by diffusion by a tube expansion plug to constitute a heat exchanger. In the case of this type of heat exchanger, a plurality of fins are spaced apart, a straight pipe tube is inserted so as to pierce through the through holes formed in the plurality of fins, and the expanded plug is inserted into the tube. Expand the tube and join the fin and the tube. A heat exchanger can be configured by connecting the ends of adjacent tubes with a U-shaped tube after pipe expansion to form a pipeline.
In this type of heat exchanger, since the brazing heat treatment is not performed, it is possible to use the above-mentioned aluminate or the hydrophilic coating mainly composed thereof as the hydrophilic coating as it is. Of course, this may be further rinsed with hot water or washed with water to form a hydrophilic coated film with hot water rinsing, which may be used as a hydrophilic film.
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>>
Si:0.9質量%、Mn:1.2質量%、Zn:1.5質量%を含み、残部不可避不純物とAlとからなる波板状の基材の表裏面に対し、以下の表1に示す主成分の塗料を表1に示す塗布量(塗膜量)で塗布して塗布膜を形成し、これらを60℃の湯で10秒間洗浄して以下の表1に示すNo.1〜No.17のコルゲート型のアルミニウムフィンを作成した。表1のNo.18のコルゲート型フィンは塗膜を形成していないフィンである。
また、表1のNo.19〜27のコルゲート型アルミニウムフィンは、湯洗していない塗膜を備えた試料である。
表1に示すNo.1〜No.8の試料、No.11〜17、19〜27の試料の塗膜は乾燥した塗膜の状態で各成分が100%である。No.10の試料は主成分のアルミン酸塩の他に30質量%のアクリル樹脂を含む塗膜である。No.11の試料は主成分のアルミン酸塩の他に無機コロイド粒子(アルミナ分散液、アルミ1水和物分散液由来)を塗膜中に30質量%む試料である。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples, but the present invention is not limited to these examples.
<< Preparation of sample >>
Si: 0.9% by mass, Mn: 1.2% by mass, Zn: 1.5% by mass, the balance with respect to front and back surfaces of a corrugated plate-like base material composed of unavoidable impurities and Al, the following Table 1 The coating material of the main component shown in Table 1 is applied in the coating amount (coating amount) shown in Table 1 to form a coated film, and these are washed with hot water at 60.degree. C. for 10 seconds to give No. 1 to No. No. 17 corrugated aluminum fins were prepared. The No. 18 corrugated fin of Table 1 is a fin which has not formed the coating film.
Moreover, corrugated type aluminum fins of No. 19-27 of Table 1 are samples provided with the coating which is not washed with hot water.
The coating films of the samples No. 1 to No. 8 and the samples No. 11 to 17 and 19 to 27 shown in Table 1 have 100% of each component in the state of a dried coating film. No. Sample No. 10 is a coating film containing 30% by mass of acrylic resin in addition to the main component aluminate. No. Sample No. 11 is a sample containing 30% by mass of inorganic colloid particles (derived from an alumina dispersion and an aluminum monohydrate dispersion) in the coating film in addition to the main component aluminate.
次に、Si:0.4質量%、Mn:0.3質量%を含み残部不可避不純物とAlからなるチューブ用アルミニウム合金を溶製し、このアルミニウム合金から押出加工により、横断面形状が扁平状の熱交換器用アルミニウム合金の偏平多穴管(肉厚0.26mm×幅17.0mm×全体厚1.5mm)を得た。
さらに、この偏平多穴管の表面(上面)、裏面(下面)、並びに側面にろう付用塗膜を形成した。ろう付用塗膜は、Si粉末(D(99)粒度10μm)3gと、Zn含有フラックス(KZnF3粉末:D(50)粒度2.0μm)6g、及び、アクリル系樹脂バインダ1g、溶剤としての3−メトキシ−3−メチル−1−ブタノールとイソプロピルアルコール16gの混合物からなる溶液をロール塗布し、乾燥させることで形成した。
Next, a tube aluminum alloy containing Si: 0.4% by mass, Mn: 0.3% by mass and the remainder including unavoidable impurities and Al is melted, and the aluminum alloy is extruded to form a flat cross-sectional shape. The flat multi-hole pipe (wall thickness 0.26 mm × width 17.0 mm × total thickness 1.5 mm) of the aluminum alloy for heat exchanger of the above was obtained.
Furthermore, the coating film for brazing was formed in the surface (upper surface), back surface (lower surface), and the side of this flat-hole multi-hole pipe. Coatings for brazing: 3 g of Si powder (D (99) particle size 10 μm), 6 g of Zn-containing flux (KZnF 3 powder: D (50) particle size 2.0 μm), 1 g of acrylic resin binder, as a solvent A solution consisting of a mixture of 3-methoxy-3-methyl-1-butanol and 16 g of isopropyl alcohol was roll applied and dried.
前記チューブ11本と、コルゲート加工により波型に成形した前記No.1〜No.27のいずれかのフィン(10枚)を用いてフィンに対しチューブを10段組み立て、仮のミニコア試験体を構成し、これらのミニコア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、ろう付用塗膜が形成されていたチューブの表面及び裏面にZnが拡散し、犠牲陽極層が形成されるとともに、表1に示す種々組成の成分を主体とする親水性皮膜を備えたフィンがろう付けされたので、これらをNo.1〜No.27の熱交換器試験体とした。
A temporary mini-core test body is constructed by assembling 10 stages of tubes with respect to the fins using the 11 tubes and the fins (10 sheets) of any of the above No. 1 to No. 27 which are corrugated in a corrugated shape. Then, these mini-core test pieces were brazed under the condition of being held at 600 ° C. for 3 minutes in a furnace under a nitrogen atmosphere.
This brazing diffuses Zn on the front and back surfaces of the tube on which the brazing coating was formed, to form a sacrificial anode layer, and a hydrophilic coating mainly composed of components of various compositions shown in Table 1 The fins were brazed so that they were used as No. 1 to No. 27 heat exchanger test pieces.
<<試験>>
これらの熱交換器試験体を用いて以下に説明するフィンの変色観察試験、親水性評価試験、ろう付け性評価試験、塗膜密着性試験を行った。
<< Examination >>
Using these heat exchanger test specimens, a color change observation test of a fin, a hydrophilicity evaluation test, a brazing property evaluation test, and a coating film adhesion test described below were performed.
[フィンの変色観察試験]
600℃×3分のろう付後のフィンについて、色差計にて測定される色彩値が、L:70〜100、a:−3〜+5、b:−3〜+10の範囲を満たすものについては変色なしと判断した。また、色彩値がL:70〜100、a:−3〜+5、b:−3〜+10の範囲を満たさないものは変色ありと判断した。
[親水性:乾湿繰返し試験後の水接触角]
ろう付け前と600℃×3分のろう付後の試験体について、流水に8時間浸漬後、16時間乾燥を行なう工程を1サイクルとし、14サイクル実施した後のフィン表面の水接触角を測定した。この時の水接触角が40°以下であれば良好な親水性を有すると判断した。
[Fin discoloration observation test]
For fins after brazing at 600 ° C for 3 minutes, those whose color values measured by a color difference meter satisfy the range of L: 70 to 100, a: -3 to +5, b: -3 to +10 It was judged that there was no discoloration. Moreover, it determined that the color value did not satisfy | fill the range of L: 70-100, a: -3 to +5, b: -3 to +10 as discoloration.
[Hydrophilicity: Water contact angle after repeated wet and dry tests]
Immerse in flowing water for 8 hours and then dry for 16 hours for one cycle, and measure the water contact angle on the surface of the fin after 14 cycles for the specimen before brazing and after brazing for 3 days at 600 ° C for 3 minutes did. When the water contact angle at this time was 40 ° or less, it was judged to have good hydrophilicity.
[ろう付性:フィン接合率評価試験]
ろう付接合された各フィンについて、チューブからフィンをはぎ取り、チューブ表面に残存するフィン接合跡を観察した。そして、未接合箇所(ろう付を行なったが接合部跡が残らなかった箇所)の数をカウントした。一つの試験体に対して100か所の観察を行ない、80か所以上(80%以上)が正常に接合されているものを良好なろう付性を有すると判断した。
[塗膜密着性試験]
塗膜形成後の各フィンの表面へフェルト製の接触端子を500gの荷重で押し当てたまま、10回摩擦を行うラビング試験を実施した。試験後のフィン表面において、著しく摩擦痕が観測され、かつ、塗膜が剥がれた状態の試料を×、摩擦痕は確認されるが塗膜が剥がれていない状態の試料を○、外観上の変化が見られず、かつ、塗膜が剥がれていない状態の試料を◎で示し、塗膜密着性を評価した。
これらフィン変色試験の結果と親水性の測定結果とろう付け性の測定結果と塗膜密着性の評価結果を以下の表2にまとめて示す。
[Brazability: Fin joint rate evaluation test]
For each brazed-joined fin, the fin was removed from the tube and the fin joint trace remaining on the tube surface was observed. Then, the number of unjoined portions (locations where brazing was performed but no joint trace was left) was counted. One hundred specimens were observed for one test body, and it was determined that one having 80 points or more (80% or more) properly joined was regarded as having good brazability.
[Coating film adhesion test]
A rubbing test was performed in which rubbing was performed ten times while pressing a felt contact terminal at a load of 500 g onto the surface of each fin after coating formation. On the fin surface after the test, a trace of friction was observed and a sample in a state in which the coating was peeled off was x, a sample of a state in which the rub was confirmed but the coating was not peeled off was ○, a change in appearance A sample in a state in which no coating film was peeled off was shown by ◎, and the coating film adhesion was evaluated.
The results of the fin discoloration test, the measurement results of hydrophilicity, the measurement results of brazing property, and the evaluation results of coating film adhesion are summarized in Table 2 below.
表2に示す実施例の試験結果から明らかなように、アルミン酸塩またはアルミン酸塩を主成分とする塗布膜を湯洗または水洗した湯洗親水性塗膜、あるいは、湯洗または水洗していない親水性塗膜をプレコート塗膜としてフィンに形成しておき、これらのフィンを用いて熱交換器のミニコア試験体を構成し、ろう付け塗膜を用いてろう付けすることで、フィン表面に変色を生じていない、親水性に優れた皮膜を有し、ろう付け性においても優秀な熱交換器を製造できることがわかった。また、アルミン酸塩またはアルミン酸塩を主成分とする塗布膜を湯洗または水洗した湯洗親水性塗膜をプレコート塗膜としてフィンに形成した場合に優れた塗膜密着性を得られることもわかった。
実施例試料の乾湿繰返し試験後の水接触角の値は10〜30゜の範囲を示した。流水8時間浸漬後、16時間乾燥するサイクルを14サイクル実施するという過酷な試験環境下であっても実施例のミニコア試験体は、フィン表面の水接触角を低い値に維持できる優れた親水性を得ることができた。従って、アルミン酸塩を主成分とする塗布膜を湯洗した湯洗親水性塗膜からなる親水性皮膜であるならば、ろう付けに伴う高温の熱処理を経た後であっても優れた親水性を発揮する塗膜を得られることがわかった。
As is clear from the test results of the examples shown in Table 2, a hot-water-washed hydrophilic coating or a hot-water-washed or water-washed coat was obtained by washing the aluminate or the aluminate-based coating film with hot water or water. No hydrophilic coating is formed on fins as a precoat coating, and these fins are used to construct a minicore test body of a heat exchanger, and brazed using a brazing coating on the fin surface. It has been found that a heat exchanger can be produced which has a non-discoloring, excellent hydrophilic film and is also excellent in brazeability. In addition, when a hot-water-washed hydrophilic coating obtained by alumite washing or washing with an aluminate-based coating film as the main component is formed on the fin as a precoat coating film, excellent coating adhesion can be obtained. all right.
The value of the water contact angle after the wet and dry cyclic test of the example sample showed a range of 10 to 30 °. The mini-core test sample of the example is excellent in hydrophilicity which can maintain the water contact angle on the surface of the fin at a low value even under a severe test environment in which 16 cycles of 16 hours of drying after immersion in running water are carried out for 14 cycles. I was able to get Therefore, if it is a hydrophilic film consisting of a hot-water-washed hydrophilic coating obtained by hot-water washing a coating film containing an aluminate as the main component, the hydrophilicity is excellent even after high-temperature heat treatment associated with brazing. It turned out that the coating film which exhibits
これらに対し、No.12の比較例はフィン表面に形成する塗膜の塗布量が少なすぎるために乾湿繰返し試験後の水接触角が大きくなった。No.13の比較例はフィン表面に形成する塗膜が厚すぎたためにろう付け性に劣る結果となった。
アルミニウムのろう付けは、ろう付け熱処理時にアルミニウム表面に存在する酸化皮膜をフラックスの効果により脆弱化させ、その表面を溶融したろう材が流動する事で多数の箇所を一括で接合できる特徴がある。これに対し、塗膜が厚すぎる場合、ろう材塗料中に含まれるフラックスでは酸化皮膜を脆弱化させる効果が充分に得られず、溶融したろう材の流動が阻害される事でろう付性が低下すると推定できる。
On the other hand, since the coating amount of the coating film formed on the surface of the fin is too small in the comparative example of No. 12, the water contact angle after the repeated wet and dry test became large. The comparative example of No. 13 resulted in inferior brazeability because the coating film formed on the fin surface was too thick.
The brazing of aluminum is characterized in that the oxide film present on the aluminum surface during brazing heat treatment is weakened by the effect of the flux, and the brazing material that has melted the surface flows together to join a large number of places. On the other hand, if the coating film is too thick, the flux contained in the brazing material paint does not sufficiently obtain the effect of weakening the oxide film, and the flow of the molten brazing material is impeded, so that the brazing property is not good. It can be estimated to decrease.
No.14の比較例はアルミン酸塩を主成分とする塗膜から得られた湯洗親水性塗膜に代えてフィン表面にポリビニルアルコールからなる塗膜を形成した例であるが、ろう付け後のフィンに変色を生じ、ろう付け後の水接触角が大きくなった。
No.15の比較例はアルミン酸塩を主成分とする塗膜から得られた湯水洗親水性塗膜に代えてフィン表面にカルボキシメチルセルロースからなる塗膜を用いた例であるが、ろう付け後のフィンに変色を生じ、ろう付け後の水接触角が大きくなった。
The comparative example of No. 14 is an example in which the coating film made of polyvinyl alcohol is formed on the fin surface in place of the hot-water-washed hydrophilic coating film obtained from the coating film mainly composed of aluminate, after brazing Color change in the fins, and the water contact angle after brazing increased.
The comparative example of No. 15 is an example using the coating film consisting of carboxymethylcellulose on the fin surface instead of the hot-water-washed hydrophilic coating film obtained from the coating film mainly composed of aluminate, but after brazing Color change in the fins, and the water contact angle after brazing increased.
No.16の比較例はアルミン酸塩を主成分とする塗膜から得られた湯洗親水性塗膜に代えてフィン表面にケイ酸ナトリウムからなる塗膜を用いた例であるが、ろう付け後のフィンに変色を生じた。
No.17の比較例はアルミン酸塩を主成分とする塗膜から得られた湯洗親水性塗膜に代えてフィン表面にケイ酸リチウムからなる塗膜を用いた例であるが、ろう付け後のフィンに変色を生じた。
No.18の比較例はアルミニウムフィンの表面に塗膜を形成することなくろう付けした例であるが、ろう付け性を確保できるが、親水性は得られていない。
No.19〜27の実施例は湯洗することなく乾燥塗膜の状態で親水性塗膜とした実施例を示す。アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、アルミン酸カルシウムのいずれかを主成分とする塗膜であって、湯洗していない塗膜であっても優れた親水性とろう付け性を有し、塗膜密着性の面においても良好な結果が得られた。
これらの試験結果から、望ましい範囲の塗布量のアルミン酸塩またはこれを主成分とする塗膜から得られた湯水洗親水性塗膜、あるいは、湯洗、水洗していない親水性塗膜をプレコート皮膜としてフィンの表面に用いた熱交換器であるならば、プレコートによる塗膜であっても、ろう付け後の親水性に優れ、外観上の変色の問題が無く、ろう付け性にも優れた熱交換器を提供できることがわかった。
A comparative example of No. 16 is an example using a coating film made of sodium silicate on the fin surface in place of the hot-water-washed hydrophilic coating film obtained from the coating film mainly composed of aluminate, but brazing Color change was caused to the fins after.
A comparative example of No. 17 is an example using a coating film made of lithium silicate on the fin surface in place of the hot-water-washed hydrophilic coating film obtained from the coating film mainly composed of aluminate, but brazing Color change was caused to the fins after.
Although the comparative example of No. 18 is an example brazed without forming a coating film on the surface of an aluminum fin, although brazing property can be ensured, hydrophilicity is not obtained.
The example of No. 19-27 shows the example made into the hydrophilic coating film in the state of a dry coating film without washing with hot water. A coating film containing sodium aluminate, potassium aluminate, or calcium aluminate as a main component, and having excellent hydrophilicity and brazing property even if it is a coating that has not been rinsed with water, Good results were also obtained in terms of adhesion.
From these test results, it is possible to precoat a hot water-washed hydrophilic coating obtained from an aluminate of a desired range of application amount or a coating film containing the aluminate as a main component, or a hydrophilic coating not washed with hot water or water. If it is a heat exchanger used on the surface of fins as a film, even if it is a film by pre-coating, it is excellent in hydrophilicity after brazing, there is no problem of discoloration in appearance, and it is also excellent in brazing property It turned out that a heat exchanger can be provided.
図9に示すグラフは、表1に示すNo.10の試料において湯洗後に得られた親水性塗膜に対し、XPS分析により膜厚方向に元素分析した結果を示す。XPS分析装置は、アルバックファイ株式会社製商品名:PHI Quantere SXM を用いた。
分析条件は、X線源25W、パスエネルギー26eV、ステップ0.05eV、スパッタリング条件、加速電位1kV、ラスター範囲1mm×1mmである。SiO2スパッタレートは5.02nm/分、Al2O3スパッタレート2nm/分である。
図9に示すグラフの縦軸は、原子濃度(%)を示し、横軸はスパッタ時間(分)を示す。スパッタ時間約12分でSi2pのデータとClsのデータが交差するので、交差SiO2換算5nm/分と仮定すると、約60nm厚の湯洗親水性塗膜が形成されていると推定できる。他の塗膜についても同様の分析を行った結果、各湯洗親水性塗膜の膜厚は約50nm〜500nmの範囲に分布していた。
The graph shown in FIG. 9 shows the result of elemental analysis in the film thickness direction by XPS analysis for the hydrophilic coating film obtained after hot water washing in the sample No. 10 shown in Table 1. As an XPS analyzer, trade name: PHI Quantere SXM manufactured by ULVAC-PHI, Inc. was used.
The analysis conditions are: X-ray source 25 W, pass energy 26 eV, step 0.05 eV, sputtering conditions, acceleration potential 1 kV, raster range 1 mm × 1 mm. The SiO 2 sputtering rate is 5.02 nm / min, and the Al 2 O 3 sputtering rate is 2 nm / min.
The vertical axis of the graph shown in FIG. 9 indicates the atomic concentration (%), and the horizontal axis indicates the sputtering time (minutes). Since the data of Si2p and the data of Cls cross at a sputtering time of about 12 minutes, it can be estimated that a hot water-washed hydrophilic coating of about 60 nm thickness is formed, assuming that it is 5 nm / min in terms of crossed SiO 2 . As a result of conducting the same analysis also about other coating films, the film thickness of each hot water washing hydrophilic coating film was distributed in the range of about 50 nm-500 nm.
図10はNo.10の試料の湯洗親水性塗膜について、XPS分析によりナロースキャンスペクトルを測定した結果を示す。図10に示すグラフにおいて縦軸はCounts/sを示し、横軸は結合エネルギー(eV)を示す。
図10の横軸に近い側のスペクトルはいずれもアルミニウム基材の表面部分の金属アルミニウムから得られたスペクトルであると推定でき、これらのピークは金属アルミニウム本来の73eV近傍に存在していた。
これに対し、湯洗親水性塗膜表面部分から得られている図10の上部側のスペクトルは、ケミカルシフトにより75eV付近にピークが存在している。
図11(A)はAlの種々の化合物における2p結合エネルギー(eV)の分布を示し、図11(B)は酸化アルミニウムの標準ピークの一例を示す。
これらの対比から、75eV付近にピークが存在している化合物を選定すると、No.10の試料の湯洗親水性塗膜にはアルミニウム酸化物もしくはアルミニウム水和物が存在していると推定できる。
従って、湯洗後の親水性塗膜は、アルミニウム酸化物、アルミニウム水和物を含んでいると推定できる。
なお、No.10の試料のろう付け後のフィン表面について、XPS分析によりナロースキャンスペクトルを測定した結果、図10に示すグラフと同傾向のグラフが得られた。 この結果から、湯洗親水性塗膜はろう付け後もアルミニウム酸化物もしくはアルミニウム水和物を含んでいると推定できる。
FIG. 10 shows the result of measuring the narrow scan spectrum by XPS analysis for the hot-water-washed hydrophilic coating of the sample No. 10. In the graph shown in FIG. 10, the vertical axis represents Counts / s, and the horizontal axis represents binding energy (eV).
All spectra near the horizontal axis in FIG. 10 can be estimated to be spectra obtained from metallic aluminum on the surface portion of the aluminum base, and these peaks were present in the vicinity of 73 eV inherent to metallic aluminum.
On the other hand, the spectrum on the upper side of FIG. 10 obtained from the hot-water-washed hydrophilic coating film surface has a peak near 75 eV due to chemical shift.
FIG. 11A shows the distribution of 2p bond energy (eV) in various compounds of Al, and FIG. 11B shows an example of a standard peak of aluminum oxide.
From these comparisons, when a compound having a peak in the vicinity of 75 eV is selected, it can be estimated that aluminum oxide or aluminum hydrate is present in the hot-water-washed hydrophilic coating of the sample No. 10.
Therefore, it can be estimated that the hydrophilic coating after hot water washing contains aluminum oxide and aluminum hydrate.
In addition, as a result of measuring a narrow scan spectrum by XPS analysis about the fin surface after brazing of the sample of No. 10, the graph of the same tendency as the graph shown in FIG. 10 was obtained. From this result, it can be estimated that the hot-water-washed hydrophilic coating still contains aluminum oxide or aluminum hydrate after brazing.
1…湯水洗親水性塗膜、1a…親水性皮膜、3…基材、3a…第1の面、3b…第2の面、5…ろう材層、5A…フィレット(ろう材層)、6A…表面、6B…裏面、6C…第1の側面、6D…第2の側面、11…熱交換器、12…管体、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、22…チューブ、30…熱交換器、31、32…ヘッダーパイプ、33…チューブ、34…フィン、34a…芯材、35…湯水洗親水性塗膜、35a…親水性皮膜、36…スリット、37…ろう付用塗膜、38…第1のフィレット部、39…第2のフィレット部、42…Zn溶融拡散層(犠牲陽極層)。
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