JP2019138623A - 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している。【解決手段】本発明は、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の面にろう付け前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、を備え、チューブは、管状の管体と、管体の外面に設けられ、ろう付け前にＳｉ粉末とＺｎ含有フッ化物とバインダからなる配合組成であったろう材層を備え、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、基材の前記第１の面に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、露出部が、基材の第１の面に３０％以上９０％以下形成され、ろう材層が管体及びフィンよりも孔食電位で卑とされている。【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、アルミニウムパイプ、アルミニウム扁平管いずれにおいても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の面にろう付け前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、を備え、前記チューブは、管状の管体と、前記管体の外面に設けられ、ろう付け前にＳｉ粉末とＺｎ含有フッ化物とバインダからなる配合組成であったろう材層と、を備え、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、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、前記ろう材層が前記管体及び前記フィンよりも孔食電位で卑とされていることを特徴とする。

上記の熱交換器は、前記配合組成が、Ｓｉ粉末：１．０〜５．０ｇ／ｍ^２と、Ｚｎ含有フッ化物系フラックス：３．０〜１０．０ｇ／ｍ^２と、バインダ：０．５〜３．５ｇ／ｍ^２であることが好ましい。
また、上記の熱交換器は、前記フィンが、前記基材の第２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を備えていても良い。

また、上記の熱交換器は、前記管体の表面にろう付け前の前記ろう材層に含まれていたＺｎの拡散による犠牲陽極層が形成された構成でも良い。

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、前記複数のフィンの間隔が１ｍｍ以上、２ｍｍ以下であることが好ましい。

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７０％以下形成されたことが好ましい。

また、上記の熱交換器は、前記ケイ酸塩がケイ酸ナトリウムまたはケイ酸リチウムであることが好ましい。
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ことが好ましい。

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し、アクリル樹脂を添加した親水性の親水性皮膜が設けられたフィンを、内部に冷媒流路を備え管状の管体の外面にＳｉ粉末とＺｎ含有フッ化物系フラックスとバインダからなるろう材層が設けられ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であり、前記親水性皮膜として複数の微小な孔を有する多孔状であり、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を有し、塗布後、加熱乾燥し水洗して付着量を５０ｍｇ／ｍ^２以上３５０ｍｇ／ｍ^２以下とした親水性皮膜を形成し、前記露出部として前記基材の前記第１の面に３０％以上９０％以下開口させ、前記ろう材層を前記管体及び前記フィンよりも孔食電位で卑とすることを特徴とする。

また、上記熱交換器の製造方法は、前記ろう材層が、Ｓｉ粉末：１．０〜５．０ｇ／ｍ^２と、Ｚｎ含有フッ化物系フラックス（ＫＺｎＦ_３）：３．０〜１０．０ｇ／ｍ^２と、バインダ：０．５〜３．５ｇ／ｍ^２からなる配合組成のろう材層であることを特徴とする。

また、上記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１５５％以下としても良い。
また、上記熱交換器の製造方法は、前記ケイ酸塩がケイ酸ナトリウムまたはケイ酸リチウムであることが好ましい。

また、上記の熱交換器の製造方法は、前記親水性皮膜の付着量を１５０ｍｇ／ｍ^２以上３５０ｍｇ／ｍ^２以下とし、前記露出部を前記基材の前記第１の面に３０％以上７０％以下形成することが好ましい。

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少なくとも一方の面には、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。
また、本発明によれば、基材の第１の面に３０％以上９０％以下露出部を形成し、ろう材層を管体及びフィンよりも孔食電位で卑としているので、フィンの犠牲防食効果によりチューブの孔食を防止することができる。

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とった断面図である。 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。 変形例の熱交換器において、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。 走査型電子顕微鏡により撮像した親水性皮膜の画像であり、図８（Ａ）〜（Ｄ）は、ケイ酸塩に対するアクリル樹脂の重量比を変えることで、露出部の面積を制御できることを示す。

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２２と、チューブ２２を構成する管体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２２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２２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２２、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の断面図である。
図２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２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２２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２２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２２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２２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２２との隙間は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２２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２２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及び第２の面３ｂに設けられた親水性皮膜１と、を有している。

＜基材＞
基材３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３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。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。
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。

＜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２２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及び第２の面３ｂ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２２に対し優先的に腐食する。これによりチューブ２２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及び第２の面３ｂ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及び第２の面３ｂ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２２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及び第２の面３ｂに対し９０％以下とすることで、第１の面３ａ及び第２の面３ｂ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及び第２の面３ｂ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及び第２の面３ｂ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＞＞
図３に示すように、チューブ２２は、管体１２と、管体１２の外面１２ｂに形成されるろう材層５と、を有している。管体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。
管体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。
管体１２は、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の腐食が開始する前にフィレット５Ａ及びフィン１３の基材３の腐食が開始し、管体１２の腐食を遅延させることができる。

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、Ｓｉ粉末：１．０〜５．０ｇ／ｍ^２と、Ｚｎ含有フッ化物系フラックス（ＫＺｎＦ_３）：３．０〜１０．０ｇ／ｍ^２と、バインダ（例えば、アクリル系樹脂）：０．５〜３．５ｇ／ｍ^２からなる配合組成のろう材層５が形成されている。
図３に示すように、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４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とをろう付け接合する。

図２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、即ち、管体１２の表面６Ａと裏面６Ｂと第２の側面６Ｄと、に形成されている。このような熱交換器１１において、ろう材層５が設けられていない管体１２の第１の側面６Ｃは、防食されるカソード部となり、フィン１３及びフィレット５Ａが優先（犠牲）腐食されるアノード部となる。また、ろう付け後の管体１２の表面６Ａ、裏面６Ｂ、及び第２の側面６Ｄには、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。

以下、前記ろう材層５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２２の管体１２を構成するＡｌと反応し、フィン１３とチューブ２２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、管体１２の表面に均一に広がる。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、これにより均一なＺｎ拡散がなされ、管体１２表面の面方向のＺｎ濃度がほぼ均一となる。また、管体１２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、管体１２の表面では共晶組成となった状態にＺｎが拡散し管体１２の表面に所定厚さの犠牲陽極層が生成する。この犠牲陽極層の生成によりチューブ２２の耐食性を向上できる。

＜Ｓｉ粉末塗布量：１．０〜５．０ｇ／ｍ^２＞
Ｓｉ粉末の塗布量が１．０ｇ／ｍ^２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／ｍ^２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、ろう材層５におけるＳｉ粉末の含有量は１．０〜５．０ｇ／ｍ^２とすることが好ましい。
＜Ｓｉ粉末粒度：最大粒径：Ｄ（９９）：２０μｍ以下＞
Ｓｉ粉末の粒度がＤ（９９）において２０μｍ以下であれば、均一な犠牲陽極層を形成することが可能である反面、２０μｍを超えると、局部的に深いエロージョンが生成し、均一な犠牲陽極層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２０μｍ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。

＜Ｚｎ含有フッ化物系フラックス＞
Ｚｎ含有フッ化物系フラックスは、ろう付けに際し、管体１２の表面に犠牲陽極層の電位を適正に卑とするＺｎを拡散させた犠牲陽極層を形成する効果がある。また、ろう付け時に管体１２の表面の酸化物を除去し、ろうの広がり、濡れを促進してろう付け性を向上させる作用を有する。
＜フラックス塗布量：３．０〜１０．０ｇ／ｍ^２＞
Ｚｎ含有フッ化物系フラックスの塗布量が３．０ｇ／ｍ^２未満であると、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、被ろう付け材（管体１２）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１０．０ｇ／ｍ^２を超えると、電位差が過大となり、腐食速度が増加し、犠牲陽極層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３．０〜１０．０ｇ／ｍ^２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ＫＺｎＦ_３を用いることができる。

＜バインダ＞
ろう材層５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。バインダの例としては、好適にはアクリル系樹脂を挙げることができる。
バインダは犠牲陽極層の形成に必要なＳｉ粉末とＺｎ含有フラックスを管体１２の表面６Ａ、裏面６Ｂ、又は第２の側面６Ｄに固着する作用があるが、バインダの塗布量が０．５ｇ／ｃｍ^２未満であると、ろう付け時にＳｉ粉末やＺｎフラックスが管体１２から脱落し、均一な犠牲陽極層が形成されないおそれがある。一方、バインダの塗布量が３．５ｇ／ｃｍ^２を超えると、バインダ残渣によりろう付け性が低下し、均一な犠牲陽極層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、０．５〜３．５ｇ／ｍ^２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。

Ｓｉ粉末、フラックス及びバインダからなるろう材層５の形成方法は、本発明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。
また、ろう材層５の形成領域は、管体１２の表面６Ａ、裏面６Ｂ、及び第２の側面６Ｄの全体としても良く、また一部としても良い。さらに、本実施形態の管体１２は第１の側面６Ｃにろう材層５が形成されていないが、塗布方法によっては第１の側面６Ｃにも一部形成されてしまうことがある。本発明はこのようなものを排除しない。

＜＜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の製造方法の一例を説明する。
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に予め多孔状の親水性皮膜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。
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を挿通させる。

次に、ろう材層５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、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。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。

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。
ろう付けに際しては、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。

＜＜効果＞＞
本実施の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。
また、ろう材層５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、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と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。

フィン１３には、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。
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１１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２２の管体１２に対して優先的に腐食し、管体１２の孔食を遅延させることができる。

（変形例）
次に上述した実施形態の変形例について説明する。
図７は、変形例の熱交換器のろう付け後の状態を示し、チューブ２２の長さ方向に沿って縦断面を取った断面図である。
なお、上述の実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。

変形例の熱交換器は、フィン２３を有する。フィン２３は、基材３の第１の面３ａに親水性皮膜１を有しており、第２の面３ｂには、親水性皮膜１が形成されていない。
第２の面３ｂは、屈曲部２０に位置しチューブ２２と対向する対向面２０ａと連続している。フィン２３は、基材３の第２の面３ｂに親水性皮膜１が形成されていないことで、対向面２０ａが露出しており、親水性皮膜１がろう付け性を阻害することがない。これによって、チューブ２２とフィン２３とを強固にろう付けできる。

また、並列配置された隣り合うフィン２３同士の隙間は、親水性皮膜１が形成された第１の面３ａと形成されていない第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、親水性の親水性皮膜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２３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２３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。
このように、親水性皮膜１がフィン２３の一方の面にのみ形成する本変形例であっても、熱交換効率の高い熱交換器１１を提供できる。

変形例の熱交換において、複数枚並列配置されたフィン２３同士の隙間は、１ｍｍ以上２ｍｍ以下とすることが好ましい。隣り合うフィン２３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２３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２３同士の隙間を２ｍｍ以下とすることで、フィン２３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２３の第１の面３ａに沿って排出される。したがって、フィン２３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。

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＞＞
０．４質量％〜０．６質量％Ｓｉと１．０質量％〜２．０質量％Ｍｎと２．５質量％〜３．５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両面に対し、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。
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、扁平状の熱交換器用アルミニウム合金の管体とした。
さらに、この管体の表面、裏面、並びに第２の側面にろう材層を形成した。ろう材層は、Ｓｉ粉末（Ｄ（９９）粒度１０μｍ）３ｇと、フラックス（ＫＺｎＦ_３：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。

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．１７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．１３〜Ｎｏ．１６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．４〜Ｎｏ．１０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．１１〜Ｎｏ．１７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。

次に、親水性皮膜を備えたフィンを別途用意して、表面を走査型電子顕微鏡により撮像した。
図８（Ａ）は、水ガラスに対する前記アクリル樹脂の重量比を１０％とした塗料により形成した親水性皮膜の画像であり、露出部の面積比は約２０％となっている。図８（Ｂ）は、水ガラスに対する前記アクリル樹脂の重量比を２０％とした塗料により形成した親水性皮膜の画像であり、露出部の面積比は約５０％となっている。図８（Ｃ）は、水ガラスに対する前記アクリル樹脂の重量比を４０％とした塗料により形成した親水性皮膜の画像であり、露出部の面積比は約６０％となっている。図８（Ｄ）は、水ガラスに対する前記アクリル樹脂の重量比を８０％とした塗料により形成した親水性皮膜の画像であり、露出部の面積比は約７０％となっている。
図８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、３…基材、３ａ…第１の面、３ｂ…第２の面、４…露出部、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、２３…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

Claims (15)

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の面にろう付け前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、を備え、
   前記チューブは、管状の管体と、前記管体の外面に設けられ、ろう付け前にＳｉ粉末とＺｎ含有フッ化物とバインダからなる配合組成であったろう材層と、を備え、
   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、
   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、前記ろう材層が前記管体及び前記フィンよりも孔食電位で卑とされている熱交換器。
2. 前記配合組成が、Ｓｉ粉末：１．０〜５．０ｇ／ｍ^２と、Ｚｎ含有フッ化物系フラックス：３．０〜１０．０ｇ／ｍ^２と、バインダ：０．５〜３．５ｇ／ｍ^２であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記フィンが、前記基材の第２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を備える請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記管体の表面にろう付け前の前記ろう材層に含まれていたＺｎの拡散による犠牲陽極層が形成された請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換器。
5. 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１〜４の何れか一項に記載の熱交換器。
6. 前記複数のフィンの間隔が１ｍｍ以上、２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱交換器。
7. 前記露出部が、前記基材の前記第１の面に３０％以上７０％以下形成された請求項１〜６のいずれか一項に記載の熱交換器。
8. 前記ケイ酸塩がケイ酸ナトリウムまたはケイ酸リチウムであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の熱交換器。
9. 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１〜８のいずれか一項に記載の熱交換器。
10. 板状の基材の第１の面にケイ酸塩を主体とし、アクリル樹脂を添加した親水性の親水性皮膜が設けられたフィンを、内部に冷媒流路を備え管状の管体の外面にＳｉ粉末とＺｎ含有フッ化物系フラックスとバインダからなるろう材層が設けられ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であり、
    前記親水性皮膜として複数の微小な孔を有する多孔状であり、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を有し、塗布後、加熱乾燥し水洗して付着量を５０ｍｇ／ｍ^２以上３５０ｍｇ／ｍ^２以下とした親水性皮膜を形成し、前記露出部として前記基材の前記第１の面に３０％以上９０％以下開口させ、前記ろう材層を前記管体及び前記フィンよりも孔食電位で卑とする熱交換器の製造方法。
11. 前記ろう材層が、Ｓｉ粉末：１．０〜５．０ｇ／ｍ^２と、Ｚｎ含有フッ化物系フラックス（ＫＺｎＦ_３）：３．０〜１０．０ｇ／ｍ^２と、バインダ：０．５〜３．５ｇ／ｍ^２からなる配合組成のろう材層であることを特徴とする請求項１０に記載の熱交換器の製造方法。
12. 前記基材の第２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たフィンを用いる請求項１０または請求項１１に記載の熱交換器の製造方法。
13. 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１５５％以下とする請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の熱交換器の製造方法。
14. 前記ケイ酸塩がケイ酸ナトリウムまたはケイ酸リチウムであることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の熱交換器の製造方法。
15. 前記親水性皮膜の付着量を１５０ｍｇ／ｍ^２以上３５０ｍｇ／ｍ^２以下とし、前記露出部を前記基材の前記第１の面に３０％以上７０％以下形成する請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の熱交換器の製造方法。