JP2020051731A - Hydrophilic fin and heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱交換器に用いて好適な親水性フィンおよび熱交換器に関する。 The present invention relates to a hydrophilic fin and a heat exchanger suitable for use in a heat exchanger.
エアコンディショナー等の空調用熱交換器において、銅製のチューブとアルミニウム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、銅地金の価格高騰や、熱交換性能向上への要求から、銅管の代わりに軽量性、加工性、熱伝導性に優れ、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。
更に、銅製のチューブをプラグにより拡管してアルミニウムフィンと機械的に接合した構造では、ろう付けにより接合した構造に比較し、熱交換性能向上の面で限界を有する懸念がある。
In air conditioner heat exchangers such as air conditioners, heat exchangers in which a copper tube and aluminum fins are mechanically joined are widely used.
However, in recent years, due to the rising price of copper ingots and the demand for improved heat exchange performance, the use of low-priced aluminum pipes or aluminum flat tubes, which are superior in lightness, workability, and heat conductivity, are used instead of copper tubes. Is being considered.
Furthermore, the structure in which the copper tube is expanded by a plug and mechanically joined to the aluminum fins has a limit in improving the heat exchange performance as compared with the structure joined by brazing.
エアコンディショナーの性能向上について検討すると、家庭用エアコンディショナーの室外機には凝集水や着霜が発生するので、性能向上のためにはフィンに生じた凝集水などの排水が重要となり、排水機能が性能向上の鍵となる。
また、アルミニウムフィンのフィン間隔を小さくして熱交換器の小型化、軽量化を図ると、表面張力によりフィンの隙間に凝集水や雨水を保水することとなり、熱交換性能に支障を来すので、フィンからの排水機能が小型化、軽量化の面でも性能向上の鍵となる。
アルミニウムフィンからの排水機能を確保するためには、アルミニウムフィンの表面に充分な親水性を付与することが重要となる。
When examining the performance improvement of the air conditioner, coagulation water and frost are generated in the outdoor unit of the home air conditioner. Key to performance improvement.
In addition, if the fin spacing of the aluminum fins is reduced to reduce the size and weight of the heat exchanger, cohesive water and rainwater will be retained in the gaps between the fins due to surface tension, which will hinder heat exchange performance. The function of draining water from the fins is also key to improving performance in terms of miniaturization and weight reduction.
In order to ensure the drainage function from the aluminum fin, it is important to impart sufficient hydrophilicity to the surface of the aluminum fin.
銅製のチューブとアルミニウムフィンを組み合わせた熱交換器では、アルミニウムフィンの親水性向上のため、有機系塗料を予めアルミニウム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、部材接合のために約600℃の炉中でろう付け熱処理を行う必要があり、有機系塗料ではろう付け熱処理中に分解してしまうことでアルミニウムフィンに充分な親水性を付与できない問題がある。
In a heat exchanger in which a copper tube and an aluminum fin are combined, a pre-coated fin in which an organic paint is previously applied to the aluminum fin is used to improve the hydrophilicity of the aluminum fin.
However, in the case of an aluminum heat exchanger, it is necessary to perform a brazing heat treatment in a furnace at about 600 ° C. for joining members, and the organic paint is decomposed during the brazing heat treatment, so that sufficient aluminum fins can be obtained. There is a problem that hydrophilicity cannot be imparted.
従って、ろう付け構造の熱交換器において、有機皮膜を確実に形成するには、ろう付け後の熱交換器を親水性樹脂液に浸漬し、全体に親水性皮膜を形成する、いわゆるポストコートを行う必要があり(特許文献1参照)、このポストコートにより親水性皮膜を形成することができる。 Therefore, in order to surely form an organic film in a heat exchanger having a brazing structure, a so-called post coat is used in which the heat exchanger after brazing is immersed in a hydrophilic resin liquid to form a hydrophilic film entirely. It is necessary to perform this process (see Patent Document 1), and a hydrophilic film can be formed by this post coating.
ところが、ポストコートによってフィンに親水性皮膜を形成するためには、ろう付け後に熱交換器を1基ずつ親水性処理液に浸漬するバッチ処理が必要となるため、量産には大きな手間と時間がかかる上に、親水性樹脂液の無駄も多く、その廃液処理に手間がかかる問題がある。
これらの背景に鑑み、アルミニウムフィンがろう付け後であっても親水性を発揮出来ることが重要と考え、フィン表面のフラックス残渣の状態について種々研究した結果、本願発明に到達した。
However, in order to form a hydrophilic film on the fins by post-coating, it is necessary to perform a batch process of immersing the heat exchangers one by one in a hydrophilic treatment solution after brazing. In addition, there is also a problem that the waste of the hydrophilic resin liquid is wasteful and the waste liquid treatment is troublesome.
In view of these backgrounds, it is considered important that the aluminum fin can exhibit hydrophilicity even after brazing, and as a result of various studies on the state of flux residue on the fin surface, the present inventors have reached the present invention.
本願発明は、これらの背景に鑑み、アルミニウムフィンをアルミニウムチューブなどのアルミニウム部材に対しろう付けする構造の熱交換器に用いて好適であり、親水性に優れたフィンおよび該親水性フィンを備えた熱交換器を提供することを目的とする。 In view of these backgrounds, the present invention is suitable for use in a heat exchanger having a structure in which an aluminum fin is brazed to an aluminum member such as an aluminum tube, and includes a fin having excellent hydrophilicity and the hydrophilic fin. It is intended to provide a heat exchanger.
本発明の親水性フィンは、ろう材とフッ化物系フラックスを用いたろう付けにより接合されるアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる親水性フィンであって、ろう付け時に生じたフッ化物系フラックスの残渣粒子による表面被覆率が10%以上であり、さらに前記フラックスの残渣粒子と異なる無機化合物粒子がろう付け熱処理後のフィン表面1.0mm四方あたりに500〜2000個存在されたことを特徴とする。 The hydrophilic fin of the present invention is a hydrophilic fin made of aluminum or an aluminum alloy joined by brazing using a brazing material and a fluoride-based flux, and has a surface formed by residual particles of the fluoride-based flux generated during brazing. The coating rate is 10% or more, and 500 to 2000 inorganic compound particles different from the residual particles of the flux are present per 1.0 mm square of the fin surface after the brazing heat treatment.
本発明の親水性フィンにおいて、前記無機化合物粒子の平均粒径が5〜50μmであり、前記無機化合物粒子と前記フラックスの残渣粒子により前記フィン表面に凹凸部が形成されたことが好ましい。 In the hydrophilic fin of the present invention, it is preferable that the average particle diameter of the inorganic compound particles is 5 to 50 μm, and that the inorganic compound particles and the residual particles of the flux have irregularities formed on the fin surface.
本発明の親水性フィンにおいて、前記フラックスの残渣粒子による表面被覆率が70%以上であることが好ましい。
本発明の親水性フィンにおいて、前記フラックスの残渣粒子および前記無機化合物粒子が残留した部分の面積拡大率が200μm四方の表面領域において2〜10の範囲であることが好ましい。
In the hydrophilic fin of the present invention, it is preferable that the surface coverage of the flux with residual particles is 70% or more.
In the hydrophilic fin of the present invention, it is preferable that an area expansion ratio of a portion where the flux residual particles and the inorganic compound particles remain is in a range of 2 to 10 in a surface region of 200 μm square.
本発明の親水性フィンにおいて、前記フッ化物系フラックスが、K1−3AlF4−6、Cs1−3AlF4−6、Cs0.02K1−2AlF4−5、AlF3、KF、KZnF3、K2SiF6、Li3AlF6のいずれか1種または2種以上からなることが好ましい。
本発明の親水性フィンにおいて、ろう付け熱処理後において、乾湿サイクル試験を14サイクル実施した後の前記フィン表面の水接触角が40°以下であることが好ましい。
In the hydrophilic fin of the present invention, the fluoride-based flux may be K 1-3 AlF 4-6 , Cs 1-3 AlF 4-6 , Cs 0.02 K 1-2 AlF 4-5 , AlF 3 , KF , KZnF 3 , K 2 SiF 6 , and Li 3 AlF 6 .
In the hydrophilic fin of the present invention, it is preferable that the water contact angle on the fin surface after performing the dry-wet cycle test for 14 cycles after the brazing heat treatment is 40 ° or less.
本発明の親水性フィンにおいて、前記アルミニウムフィンの表面に存在する無機化合物粒子が、アルミナ1水和化合物とシリカ化合物のうち1種または2種であることが好ましい。
本発明の熱交換器は、先のいずれかに記載の親水性フィンがチューブにろう付けされてなることを特徴とする。
In the hydrophilic fin of the present invention, the inorganic compound particles present on the surface of the aluminum fin are preferably one or two of an alumina monohydrate compound and a silica compound.
A heat exchanger according to the present invention is characterized in that the hydrophilic fin described in any of the above is brazed to a tube.
本発明によれば、ろう付け時に用いたフッ化物系フラックスに由来するフッ化物系フラックス残渣粒子が10%以上の被覆率でフィン表面に分散され、さらにフラックス残渣粒子と異なる無機化合物粒子がフィン表面に1.0mm四方あたり500〜2000個分散されているので、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるフィンとして親水性に優れ、フィンの排水性に優れる。
よって、この親水性フィンをチューブなどのアルミニウム部材とろう付けして熱交換器を構成するならば、フィンの排水性に優れ、フィンに凝集水や結露水などが付着し難く、熱交換効率の優れた熱交換器を提供できる。
According to the present invention, fluoride flux residue particles derived from the fluoride flux used at the time of brazing are dispersed on the fin surface at a coverage of 10% or more, and inorganic compound particles different from the flux residue particles are further dispersed on the fin surface. Since 500 to 2,000 particles per 1.0 mm square are dispersed, the fins made of aluminum or an aluminum alloy are excellent in hydrophilicity and excellent in drainage of fins.
Therefore, if this hydrophilic fin is brazed to an aluminum member such as a tube to form a heat exchanger, the fin has excellent drainage properties, and condensed water or dew condensation water hardly adheres to the fin. An excellent heat exchanger can be provided.
以下、添付図面に基づき、本発明の一実施形態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。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the characteristics easy to understand, the characteristic portions may be enlarged for convenience, and the dimensional ratios and the like of the respective components are not necessarily the same as the actual ones. Absent.
図1は、本発明に係る親水性フィンとチューブをろう付けして構成した第1実施形態の熱交換器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やパッケージエアコン等の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。
FIG. 1 is a perspective view showing a heat exchanger of a first embodiment configured by brazing a hydrophilic fin and a tube according to the present invention.
The heat exchanger 11 of the present embodiment is used for a heat exchanger for an outdoor unit such as a room air conditioner or a package air conditioner, an outdoor unit for an HVAC (Heating Ventilating Air Conditioning), a heat exchanger for an automobile, and the like. All-aluminum heat exchanger used.
図1に示す熱交換器11は、左右に離間し平行に立設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水平に、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の外面にろう付けされ、外気に熱を放散する複数枚のフィン13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に冷媒を供給するための供給管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ための回収管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から構成されている。
The heat exchanger 11 shown in FIG. 1 is composed of a pair of header pipes 14 which are spaced apart from each other on the left and right and are arranged in parallel with each other. And a plurality of fins 13 which are brazed to the outer surface of the tube 12 constituting the tube 22 and dissipate heat to the outside air.
One of the pair of header tubes 14 is provided with a supply tube 15 for supplying a refrigerant to the tube 22 via the header tube 14. The other header pipe 14 is provided with a recovery pipe 16 for recovering the refrigerant that has passed through the tube 22. The tube 22, the fins 13, the header tube 14, the supply tube 15, and the recovery tube 16 are made of aluminum or an aluminum alloy.
図2は、チューブ22の部分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を構成する偏平状の管体12の内部には幅方向に沿って一列に並ぶ複数(本実施形態では10個)の冷媒流路12D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(本実施形態では8個)上下に間欠的に形成されている。図2に示すように鉛直に起立させた場合のフィン13を側面視した状態で切り欠き部19は個々に水平に形成されている。
FIG. 2 is a sectional view of the heat exchanger 11 in which a partial section of the tube 22 is taken.
As shown in FIG. 2, a plurality (ten in the present embodiment) of refrigerant flow paths 12 </ b> D arranged in a line in the width direction are formed inside the flat tube body 12 constituting the tube 22.
Further, as shown in FIG. 2, a plurality of (eight in this embodiment) cutouts 19 corresponding to the cross-sectional shape of the tube 22 are intermittently formed in the fin 13 vertically. As shown in FIG. 2, the notches 19 are individually formed horizontally in a state where the fins 13 stand vertically when viewed from the side.
図3は、熱交換器11においてチューブ22の縦断面を示す図であり、図3はろう付け前の状態を示す。
図1に示すようにフィン13は、複数枚個々に鉛直向きに配置され、複数のフィン13が水平方向に並ぶように並列配置されるとともに、各切り欠き部19にチューブ22が挿通されている。図1に示すように複数のフィン13は、チューブ22の長さ方向に配置されている。フィン13は、切り欠き部19の内周縁部にチューブ22の外面に沿って屈曲した屈曲部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る。
チューブ22とフィン13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にチューブ22を嵌合し、チューブ22とフィン13の接続部分をろう付けすることにより相互に一体化されている。
FIG. 3 is a view showing a longitudinal section of the tube 22 in the heat exchanger 11, and FIG. 3 shows a state before brazing.
As shown in FIG. 1, the fins 13 are individually arranged in a vertical direction, a plurality of fins 13 are arranged in parallel so as to be arranged in a horizontal direction, and a tube 22 is inserted into each cutout 19. . As shown in FIG. 1, the plurality of fins 13 are arranged in the length direction of the tube 22. The fin 13 has a bent portion 20 that is bent along the outer surface of the tube 22 at the inner peripheral edge of the cutout portion 19. The bent portion 20 is formed by, for example, burring.
The tube 22 and the fin 13 are fitted to the notch 19 of the fin 13 so as to skew the fins 13 arranged at regular intervals, and the connection between the tube 22 and the fin 13 is brazed. It is integrated into.
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>
図4に示すようにフィン13は、アルミニウムまた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にフラックス残渣および無機化合物粒子によって形成された親水層1aとからなる。なお、フィン13を構成する基材3は、一例としてろう付け前の状態において、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる板状の芯材の片面または両面にろう材をクラッド圧着したクラッド材からなる。
<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アルミニウム合金からなる。また、基材3は、JIS3003系のアルミニウム合金に質量%で0.5〜3.0%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。
Hereinafter, main components of the heat exchanger 11 will be described in more detail.
<Fin>
As shown in FIG. 4, the fins 13 are formed by a plate-shaped substrate 3 made of aluminum or an aluminum alloy, and flux residues and inorganic compound particles on the first surface 3 a and the second surface 3 b of the substrate 3. And a hydrophilic layer 1a. The base material 3 constituting the fins 13 is made of, for example, a clad material in which a brazing material is clad and pressed on one or both sides of a plate-shaped core material made of aluminum or an aluminum alloy in a state before brazing.
<Substrate>
The substrate 3 is made of an aluminum alloy mainly composed of pure aluminum such as JIS1050 or JIS3003 aluminum. Further, the base material 3 may be made of an aluminum alloy obtained by adding about 0.5 to 3.0% by mass of Zn to a JIS3003 based aluminum alloy. Further, the base material 3 may have a surface subjected to a corrosion-resistant base treatment.
<チューブ>
図4に示すように、ろう付け後のチューブ22は、管体12と、管体12の上面12aと下面12bに形成された犠牲防食層15A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12Dが形成された偏平多穴管であり、管体12の幅方向両端側には端側面12cが形成されている。熱交換器11において犠牲防食層15Aが形成されている位置には、フィン13とチューブ22を組み付けたろう付け前の熱交換器の状態(図3参照)ではZn溶射層15Bが形成されていて、ろう付け時にこのZn溶射層15BのZnがチューブ22の外面側(上面12a側と下面12b側)から内面側に拡散し、犠牲防食層15Aが形成される。
管体12は、JIS1050系などの純アルミニウム系あるいはJIS3003系、JIS3102系、Al−Cu系のアルミニウム合金を主体とした合金からなり、上記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。
<Tube>
As shown in FIG. 4, the tube 22 after brazing has a tube 12 and a sacrificial anticorrosion layer 15 </ b> A formed on the upper surface 12 a and the lower surface 12 b of the tube 12. As shown in FIG. 2, the tube 12 is a flat multi-hole tube in which a plurality of refrigerant channels 12 </ b> D are formed, and has end surfaces 12 c at both ends in the width direction of the tube 12. At the position where the sacrificial anticorrosion layer 15A is formed in the heat exchanger 11, a Zn sprayed layer 15B is formed in a state of the heat exchanger before brazing in which the fins 13 and the tube 22 are assembled (see FIG. 3). At the time of brazing, Zn of the Zn sprayed layer 15B diffuses from the outer surface side (the upper surface 12a side and the lower surface 12b side) to the inner surface side of the tube 22, and the sacrificial anticorrosion layer 15A is formed.
The tube body 12 is made of pure aluminum such as JIS1050 or an alloy mainly composed of JIS3003, JIS3102 or Al-Cu aluminum alloy, and is manufactured by extruding the above aluminum alloy.
<フラックス層>
ろう付け前のチューブ22の表裏面およびフィン13の外表面、あるいは、フィン13とチューブ22を組み付けたろう付け前の熱交換器全体に、K1−3AlF4−6、Cs1−3AlF4−6、Cs0.02K1−2AlF4−5、AlF3、KF、KZnF3、K2SiF6、Li3AlF6のいずれか1種または2種以上からなるフッ化物系のフラックス層1が塗布されている。このフラックス層1は、例えばフィン13とチューブ22を組み付けたろう付け前の熱交換器の外表面全体にフラックスをスプレー塗布することにより形成されている。また、フラックス層1には、後述する無機化合物粒子が複数添加されている。この無機化合物粒子については後に詳述する。
<Flux layer>
K 1-3 AlF 4-6 and Cs 1-3 AlF 4 are applied to the front and back surfaces of the tube 22 before brazing and the outer surfaces of the fins 13 or the entire heat exchanger before brazing in which the fin 13 and the tube 22 are assembled. -6 , Cs 0.02 K 1-2 AlF 4-5 , AlF 3 , KF, KZnF 3 , K 2 SiF 6 , Li 3 AlF 6 , a fluoride-based flux layer composed of one or more of them. 1 is applied. The flux layer 1 is formed by, for example, spray-coating the flux on the entire outer surface of the heat exchanger before brazing in which the fins 13 and the tube 22 are assembled. In addition, a plurality of inorganic compound particles described below are added to the flux layer 1. The inorganic compound particles will be described later in detail.
<親水性皮膜>
フラックス層1は、チューブ22とフィン13をろう付けする際、ろう付け熱処理途中の550℃程度に加熱されると溶融し、ろう付け後の冷却過程で結晶化し、残渣を形成する。
このため、チューブ22とフィン13の表裏面(外面)には、後述する実施例において得られた図11の表面写真に示すようにフッ化物系フラックスが凝集して結晶化された残渣粒子1cが分散されるとともに、前記フッ化物系フラックスに添加された無機化合物粒子1dが分散された親水層1aが図4に示すように形成されている。
この親水層1aは、フッ化物系フラックスの残渣粒子1cがチューブ22とフィン13の表裏面(外面)に対し、200μm四方の範囲において10%以上、より好ましくは70%以上覆う構造である。
図4においては親水層1aを見やすくするために1層の膜状に描いているが、実際には図11に拡大して示すように複数のフッ化物系フラックスの残渣粒子1cと無機化合物粒子1dが混在され、分散された構造とされている。なお、被覆率10%、70%は、表面観察を行い、200μm四方(200μm□)の範囲を複数規定し各範囲で測定した被覆率とする。
なお、屈曲部20においてチューブ22側の面にろう付け前に塗布されたフラックス層20aについてもろう付け後に親水性皮膜20bとなって一部残留している。
<Hydrophilic film>
When brazing the tube 22 and the fins 13, the flux layer 1 melts when heated to about 550 ° C. during brazing heat treatment, crystallizes in a cooling process after brazing, and forms a residue.
For this reason, on the front and back surfaces (outer surfaces) of the tube 22 and the fins 13, as shown in the surface photograph of FIG. As shown in FIG. 4, a hydrophilic layer 1a in which the inorganic compound particles 1d added to the fluoride-based flux are dispersed is dispersed.
The hydrophilic layer 1a has a structure in which the residual particles 1c of the fluoride-based flux cover 10% or more, and more preferably 70% or more, of the tube 22 and the fins 13 in a range of 200 μm square on the front and back surfaces (outer surfaces).
In FIG. 4, the hydrophilic layer 1a is depicted as a one-layer film in order to make it easier to see. However, as shown in an enlarged manner in FIG. 11, a plurality of fluoride flux residue particles 1c and inorganic compound particles 1d are shown. Are mixed and dispersed. For the coverage of 10% and 70%, the surface is observed, and a plurality of ranges of 200 μm square (200 μm square) are defined, and the coverage is measured in each range.
The flux layer 20a applied to the surface on the tube 22 side at the bent portion 20 before brazing also remains partially as a hydrophilic film 20b after brazing.
被覆率を求める方法の一例として、EPMAにより試料の表面観察を行って、Alの元素マッピングを行い、Alカウント数しきい値を元に二値化してAl素地面積を算出した後、被覆率を求めることができる。Alカウント数のしきい値は表面のSEM観察結果を見ながら、Al素地をおよそ抽出できるカウント数を求めて適用することができる。
面積拡大率は、レーザー顕微鏡にて約200μm四方の視野にて試料観察を行い、「観察視野面積」に対する「表面積」の比(面積拡大率=表面積/観察視野面積)として求めることができる。面積拡大率を求める観察視野は、フラックス残渣上にて任意に選択することができる。レーザー顕微鏡では3D計測が可能なので、上記の関係により表面積(高さを考慮した面積)を求めることができる。
レーザー顕微鏡は、例えばKEYENCE社 LASER MICROSCOPE VK-X100(観察レンズ:×100)を用いることができる。
なお、レーザー顕微鏡で試料観察を行う前に、以下の前処理を行う必要がある。フラックス残渣は半透明であり、そのままではレーザー光を透過する。このため、フラックス残渣の観察前に、金蒸着の手段にてフラックス残渣に着色し、着色後レーザー顕微鏡で観察することができる。
As an example of a method of obtaining the coverage, the surface of the sample is observed by EPMA, Al element mapping is performed, binarization is performed based on the Al count threshold, and the Al base area is calculated. You can ask. The threshold value of the Al count number can be applied by obtaining the count number at which the Al base can be approximately extracted while observing the SEM observation result of the surface.
The area enlargement ratio can be obtained by observing a sample in a visual field of about 200 μm square with a laser microscope, and calculating the ratio of “surface area” to “observation field area” (area enlargement ratio = surface area / observation field area). The observation visual field for obtaining the area magnification can be arbitrarily selected on the flux residue. Since 3D measurement is possible with a laser microscope, the surface area (area in consideration of height) can be obtained from the above relationship.
As the laser microscope, for example, LASER MICROSCOPE VK-X100 (observation lens: × 100) from KEYENCE can be used.
It is necessary to perform the following pretreatment before observing a sample with a laser microscope. The flux residue is translucent and transmits laser light as it is. For this reason, before observing the flux residue, the flux residue can be colored by means of gold deposition, and can be observed with a laser microscope after coloring.
フッ化物系フラックスをろう付け温度に加熱した場合、加熱途中で樹脂分は蒸発するが、フッ化物系フラックスは一度溶融し、冷却時に結晶化して残留し、フィン13の外表面に残渣粒子1cとして残留する。また、無機化合物粒子1dはそのまま残留する。これらにより親水層1aが生成される。
なお、後述する実施例において求めたフィン13の表面被覆率98%の親水性皮膜のレーザー顕微鏡写真を図8に示す。図8の写真において、フィン13の表面で残渣粒子1cが描かれていない領域については、残渣粒子1cが全くないわけではない。この領域は、3μm未満の微細な残渣粒子が多少存在していても電子顕微鏡観察でフィン13を構成するアルミニウム合金の素地を確認できる領域であり、この領域については残渣粒子1cが無い領域として描いている。従って、円相当径3〜10μmのフッ化物系フラックスの残渣粒子1cがフィン13の表面を被覆している割合が10%以上、より好ましくは70%以上であれば本発明において望ましい範囲とする。
表面被覆率が10%未満の場合、ろう付け後のフィン接触角が増大し、良好な親水性が得られない。
When the fluoride-based flux is heated to the brazing temperature, the resin component evaporates during the heating, but the fluoride-based flux melts once, crystallizes and remains on cooling, and remains as residual particles 1c on the outer surface of the fin 13. Remains. Further, the inorganic compound particles 1d remain as they are. Thus, the hydrophilic layer 1a is generated.
FIG. 8 shows a laser microscope photograph of a hydrophilic film having a surface coverage of 98% of the fins 13 obtained in an example described later. In the photograph of FIG. 8, the region where the residual particles 1c are not drawn on the surface of the fin 13 is not necessarily free of the residual particles 1c. This region is a region where the base of the aluminum alloy constituting the fin 13 can be confirmed by electron microscopic observation even if some fine residual particles less than 3 μm are present, and this region is drawn as a region without the residual particles 1c. ing. Therefore, if the ratio of the residual particles 1c of the fluoride-based flux having an equivalent circle diameter of 3 to 10 μm covering the surface of the fin 13 is 10% or more, more preferably 70% or more, it is a desirable range in the present invention.
If the surface coverage is less than 10%, the fin contact angle after brazing increases, and good hydrophilicity cannot be obtained.
また、無機化合物粒子1dは、ろう付け熱処理後のフィン13の表面に1.0mm四方(1.0mm□)あたりに500〜2000個存在することが好ましい。
フィン13の表面に存在する無機化合物粒子1dの個数が1.0mm四方あたり500個未満の場合、ろう付け後のフィン接触角が増大し、望ましい親水性が得られない。フィン13の表面に存在する無機化合物粒子1dの個数が1.0mm四方あたり2000個を超える場合、ろう付けが阻害され、良好な接合状態を得ることが難しくなる。
無機化合物粒子1dとしてアルミナ1水和化合物の粒子(ベーマイト粒子)またはシリカ化合物の粒子(二酸化ケイ素粒子)、もしくは、これらを混合した複合粒子を用いることが望ましい。
その他、無機化合物粒子1dとして、アルミナ化合物の粒子(酸化アルミニウム)や水酸化アルミニウム化合物の粒子を用いることができる。
Further, it is preferable that 500 to 2,000 inorganic compound particles 1d are present on the surface of the fin 13 after the brazing heat treatment per 1.0 mm square (1.0 mm square).
When the number of inorganic compound particles 1d existing on the surface of the fin 13 is less than 500 per 1.0 mm square, the fin contact angle after brazing increases, and desired hydrophilicity cannot be obtained. When the number of inorganic compound particles 1d existing on the surface of the fin 13 exceeds 2,000 per 1.0 mm square, brazing is hindered, and it becomes difficult to obtain a good bonding state.
It is desirable to use alumina monohydrate compound particles (boehmite particles) or silica compound particles (silicon dioxide particles) as the inorganic compound particles 1d, or composite particles obtained by mixing these.
In addition, as the inorganic compound particles 1d, alumina compound particles (aluminum oxide) or aluminum hydroxide compound particles can be used.
フィン13とチューブ22をろう付けする場合の雰囲気は、不活性ガス雰囲気中が望ましく、低酸素状態で行うことが好ましい。例えば、フィン13とチューブ22を熱交換器型に組み付け、フッ化物系フラックスと無機化合物粒子の混合液を塗布後に窒素ガスを満たしたろう付け用の加熱炉に搬送して600℃前後の温度に加熱してろう付けする場合、加熱炉に窒素ガスを満たし、加熱炉内の雰囲気を酸素濃度10ppm以下に調整することが好ましい。酸素濃度については低い方がろう付けの場合のろう付け性に優れる。残渣粒子1cによる被覆率を調整するにはフッ化物系フラックスの塗布量を調整することで実現できる。また、フッ化物系フラックスとしてKAlF4を用いた場合の一例として、ろう付け時の酸素濃度を100ppm程度にするとフラックスの残渣形態は花弁状となる傾向があり、10ppm程度にするとフラックスの残渣形態は鱗片状になる傾向があり、50ppm程度では鱗片状と花弁状の混合形態となる傾向がある。無機化合物粒子1dによる被覆率を調整するには無機化合物粒子の塗布量を調整することで実現できる。 The atmosphere for brazing the fins 13 and the tube 22 is preferably in an inert gas atmosphere, and is preferably performed in a low oxygen state. For example, the fin 13 and the tube 22 are assembled in a heat exchanger type, and after applying a mixed solution of the fluoride-based flux and the inorganic compound particles, the mixture is transferred to a brazing heating furnace filled with nitrogen gas and heated to a temperature of about 600 ° C. When brazing by heating, it is preferable to fill the heating furnace with nitrogen gas and adjust the atmosphere in the heating furnace to an oxygen concentration of 10 ppm or less. The lower the oxygen concentration, the better the brazing properties in brazing. Adjustment of the coverage by the residual particles 1c can be realized by adjusting the application amount of the fluoride-based flux. Further, as an example of the case where KAlF 4 is used as the fluoride-based flux, when the oxygen concentration at the time of brazing is set to about 100 ppm, the residue form of the flux tends to be petal-like. It tends to be scaly, and at about 50 ppm, it tends to be a mixture of scaly and petal. The coverage by the inorganic compound particles 1d can be adjusted by adjusting the coating amount of the inorganic compound particles.
また、本実施形態において残渣粒子1cと無機化合物粒子1dの存在によるフィン13の表面積拡大率の数値も重要であり、表面積拡大率が2.0〜10の範囲であることがより好ましい。
面積拡大率が2.0未満の場合、ろう付け後のフィン接触角が増大し、良好な親水性を得られなくなる可能性が高くなる。面積拡大率が10.0を超える場合、ろう付けが阻害され、良好な接合状態を得ることが難しくなる。
In the present embodiment, the numerical value of the surface area expansion rate of the fin 13 due to the presence of the residual particles 1c and the inorganic compound particles 1d is also important, and the surface area expansion rate is more preferably in the range of 2.0 to 10.
When the area expansion ratio is less than 2.0, the fin contact angle after brazing increases, and the possibility that good hydrophilicity cannot be obtained increases. When the area enlargement ratio exceeds 10.0, brazing is hindered, and it becomes difficult to obtain a good joining state.
以上説明のように、表面にフッ化物系フラックスの残渣粒子1cと無機化合物粒子1dが分散され、フッ化物系フラックスの残渣粒子1cによる表面被覆率が10%以上であって、無機化合物粒子1dが1.0mm四方あたりに500〜2000個存在する親水層1aを有するフィン13であるならば、親水性に優れるフィン13となる。このため、図1に示すろう付け構造であってフィン13を備えた熱交換器11であるならば、フィン13が短い間隔で複数隣接配置された構造であっても、フィン13の間に凝集水や結露水による水を保水する可能性が低く、熱交換性能が低下するおそれの少ない熱交換器11を提供できる。 As described above, the residual particles 1c of the fluoride-based flux and the inorganic compound particles 1d are dispersed on the surface, the surface coverage of the residual particles 1c of the fluoride-based flux is 10% or more, and the inorganic compound particles 1d are dispersed. If the fin 13 has 500 to 2,000 hydrophilic layers 1a per square of 1.0 mm, the fin 13 is excellent in hydrophilicity. For this reason, if the heat exchanger 11 has the fins 13 and has the brazing structure shown in FIG. It is possible to provide the heat exchanger 11 that has a low possibility of retaining water by water or dew condensation water and has a low risk of reducing heat exchange performance.
また、本実施形態の親水性皮膜13は、残渣粒子1cに加えて無機化合物粒子1dを分散させて表面に微細な凹凸を複数形成しているので、表面積をより大きくすることができ、残渣粒子1cのみの親水性皮膜より優れた親水性を得ることができる。このため、本実施形態の親水性皮膜13は、残渣粒子1cのみの親水性皮膜より低い表面被覆率であっても、より優れた親水性を示す。 In addition, since the hydrophilic film 13 of the present embodiment disperses the inorganic compound particles 1d in addition to the residual particles 1c to form a plurality of fine irregularities on the surface, the surface area can be increased, and the residual particles can be increased. It is possible to obtain better hydrophilicity than the hydrophilic film of only 1c. For this reason, the hydrophilic film 13 of the present embodiment exhibits more excellent hydrophilicity even if the surface coverage is lower than that of the hydrophilic film including only the residual particles 1c.
図5は、コルゲートフィンを備えた第2実施形態の熱交換器30の一部を断面とした正面図である。
第2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。
FIG. 5 is a front view in which a part of the heat exchanger 30 according to the second embodiment including corrugated fins is sectioned.
The heat exchanger 30 of the second embodiment is used for heat exchangers for automobiles, heat exchangers for indoor / outdoor units of room air conditioners, or outdoor units for HVAC (Heating Ventilating Air Conditioning). All-aluminum heat exchanger used.
The heat exchanger 30 is composed of header pipes 31 and 32 erected in parallel at a distance from each other on the left and right sides, and the header pipes 31 and 32 are spaced apart from each other in parallel and parallel to each other. , 32 and a plurality of flat tubes 33 joined at right angles to each other, and corrugated fins (corrugated fins) 34 attached to each tube 33. The header pipes 31, 32, the tube 33 and the fins 34 are made of aluminum or an aluminum alloy.
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 slits 36 are formed on the opposing side surfaces of the header pipes 31 and 32 at regular intervals in the longitudinal direction of each pipe, and the ends of the tube 33 are inserted through the opposing slits 36 of the header pipes 31 and 32. A tube 33 is provided between the header pipes 31 and 32. In addition, fins 34 are arranged between a plurality of tubes 33, 33 laid at predetermined intervals between the header pipes 31, 32, and these fins 34 are brazed to the front side or the back side of the tube 33.
図6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)に付着された親水層35aを有している。
As shown in FIG. 6, a first fillet portion 38 is formed by a brazing material at a portion where the end of the tube 33 is inserted into the slit 36 of the header pipes 31 and 32, and the tube 33 is formed with respect to the header pipes 31 and 32. Be brazed. In the corrugated fin 34, the second fillet portion 39 is formed by the brazing material generated at a portion between the top of the wave and the front or back surface of the adjacent tube 33, and the surface of the tube 33 is formed. Corrugated fins 34 are brazed to the side and the back side.
The fin 34 has a plate-shaped base material 34a made of aluminum or an aluminum alloy, and a hydrophilic layer 35a attached to the entire surface (front surface, back surface, and both side surfaces) of the base material 34a.
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7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。 In the heat exchanger 30 of the present embodiment, as shown in FIG. 7, a heat exchanger assembly 41 is formed by assembling header pipes 31, 32, a plurality of tubes 33 and a plurality of fins 34 provided therebetween. , Produced by heating and brazing. Note that a Zn melt diffusion layer (sacrificial anode layer) 42 is formed on the front side and the back side of the tube 33 by heating during brazing.
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, main components of the heat exchanger 30 will be described in more detail.
<Fin base material>
The base material 34a of the fin 34 is made of a pure aluminum-based material such as JIS1050 or an alloy mainly composed of JIS3003-based aluminum alloy. In addition, the base material 34a may be made of an aluminum alloy obtained by adding about 2% by mass of Zn to a JIS3003 aluminum alloy.
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において基材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。
The base material 34 a of the fin 34 is preferably made of a material having a pitting potential lower than that of the tube 33. Pitting due to the corrosion of the tube 33 may lead to leakage of the refrigerant. By setting the pitting potential of the base material 34a in the fins 34 to be lower than the pitting potential of the tube 33, it is possible to delay that the base material 34a of the fins 34 is preferentially corroded and pitting occurs in the tube 33. .
The base material 34a is processed by smelting the aluminum alloy by an ordinary method and passing through a hot rolling step, a cold rolling step, a pressing step, and the like. In addition, the manufacturing method of the base material 34a is not particularly limited in the present invention, and a known manufacturing method can be appropriately adopted.
親水性フィン34の両面には先の実施形態において説明した残渣粒子1cと無機化合物粒子1dを含む親水層35aが形成されている。
また、コルゲート型の親水性フィン34は、チューブ33に最も近い頂点位置においてろう材によりチューブ33にろう付け接合されている。
On both surfaces of the hydrophilic fin 34, a hydrophilic layer 35a including the residue particles 1c and the inorganic compound particles 1d described in the above embodiment is formed.
The corrugated hydrophilic fin 34 is brazed to the tube 33 with a brazing material at the vertex position closest to the tube 33.
本実施形態の親水性フィン34は、先の第1実施形態の親水性フィン13と同等の基材を有し、基材の表裏両面に先の実施形態の親水層1aと同等の親水層35aが形成されている。この親水層35aには先の親水層1aと同様に残渣粒子と無機化合物粒子が含まれている。
このため、本実施形態の親水性フィン34においても優れた排水性を確保でき、フィン間隔が小さい場合であっても、フィン間の隙間に水滴が保持されることがない特徴を有する。
このため、フィン34が短い間隔で複数隣接配置された構造であっても、フィン34の間に凝集水や結露水による水を保水する可能性が低く、熱交換性能が低下するおそれの少ない熱交換器30を提供できる。
The hydrophilic fin 34 of the present embodiment has a base material equivalent to the hydrophilic fin 13 of the first embodiment, and a hydrophilic layer 35a equivalent to the hydrophilic layer 1a of the previous embodiment on both front and back surfaces of the base material. Are formed. This hydrophilic layer 35a contains residue particles and inorganic compound particles as in the previous hydrophilic layer 1a.
For this reason, the hydrophilic fins 34 of the present embodiment also have excellent drainage properties, and have a feature that water droplets are not retained in gaps between the fins even when the fin spacing is small.
For this reason, even if the fins 34 are arranged adjacently at a plurality of intervals at short intervals, there is a low possibility of retaining water due to coagulated water or dew condensation between the fins 34, and there is little possibility that heat exchange performance is reduced. An exchanger 30 can be provided.
<<サンプルの作製>>
0.3質量%〜0.5質量%Siと0.2質量%〜0.4質量%Mnを含有し、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、この合金から横断面形状(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多穴管(10穴)を押出形成した。また、この多穴管の表面にZn溶射を行って亜鉛被覆した多穴管を作製した。
0.4質量%〜0.6質量%Siと1.0質量%〜2.0質量%Mnと0.5質量%〜3.0質量%Znを含有し、残部不可避不純物とAlとからなる基材を芯材とし、片面にろう材層(JIS4045合金層)を配置したクラッドフィン材を作製した。
<< Preparation of sample >>
An aluminum alloy for tubes containing 0.3% by mass to 0.5% by mass of Si and 0.2% by mass to 0.4% by mass of Mn and consisting of Al and unavoidable impurities, and is cross-sectionally cut from this alloy A flat multi-hole tube (10 holes) made of an aluminum alloy for a heat exchanger having a shape (wall thickness 0.26 mm × width 17.0 mm × overall thickness 1.5 mm) was formed. Further, a surface of the multi-hole tube was sprayed with Zn to prepare a multi-hole tube coated with zinc.
It contains 0.4% by mass to 0.6% by mass of Si, 1.0% by mass to 2.0% by mass of Mn, and 0.5% by mass to 3.0% by mass of Zn, and the balance consists of unavoidable impurities and Al. A clad fin material was prepared in which a base material was used as a core material and a brazing material layer (JIS 4045 alloy layer) was disposed on one side.
次に、前記チューブ6本とフィン50枚から図1に示す構造の熱交換器を組み立て、仮のミニコア試験体とし、このミニコア試験体表面に後述する塗布量で後述する種類のフラックス(無機化合物粒子含有)を塗布し、これらの試験体を窒素雰囲気の加熱炉内に600℃×3分保持する条件でろう付けを行った。加熱炉の窒素雰囲気は、酸素濃度10ppmの窒素雰囲気に調整した。フィンにはチューブを収容可能なスリット状の溝部を6本設け、フィンを1〜2mm間隔で50枚積層した。
このろう付けにより、Zn溶射皮膜が形成されていたチューブの表面及び裏面に、犠牲防食層が形成されるとともに、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。
また、熱交換器試験体のフィンの表裏面には、フラックス層が600℃に加熱溶融されたことでフッ化物系フラックスの残渣粒子と無機化合物粒子が分散した親水層が形成された。
この熱交換器試験体に対しそれぞれ後述する各試験に供した。
Next, a heat exchanger having the structure shown in FIG. 1 was assembled from the six tubes and the 50 fins to form a temporary mini-core test body, and a flux (inorganic compound) of the type described below with a coating amount described later on the surface of the mini-core test body (Containing particles), and brazing was performed under the condition that these test pieces were kept in a heating furnace in a nitrogen atmosphere at 600 ° C. for 3 minutes. The nitrogen atmosphere of the heating furnace was adjusted to a nitrogen atmosphere having an oxygen concentration of 10 ppm. The fins were provided with six slit-shaped grooves capable of accommodating tubes, and 50 fins were stacked at intervals of 1 to 2 mm.
By this brazing, a sacrificial anticorrosion layer was formed on the front and back surfaces of the tube on which the Zn sprayed coating was formed, and the fins were brazed. These were used as heat exchanger test specimens.
Further, on the front and back surfaces of the fins of the heat exchanger test body, a hydrophilic layer in which residue particles of the fluoride-based flux and inorganic compound particles were dispersed was formed by heating and melting the flux layer at 600 ° C.
Each of the heat exchanger test specimens was subjected to each test described later.
前記ミニコア試験体を組み立てる際、フラックス塗布量を0.5〜10g/m2に設定して複数の試験体を組み立て、それぞれ以下の試験に供した。また、用いたフラックスの種類は、後述する表に記載のように、KAlF4+K3AlF6、CsAlF4、KZnF3、K2SiF6、Li3AlF6のうち、いずれかを用いた。 When assembling the mini-core test specimen, a plurality of test specimens were assembled by setting the flux application amount to 0.5 to 10 g / m 2 , and each was subjected to the following tests. The type of flux used was any of KAlF 4 + K 3 AlF 6 , CsAlF 4 , KZnF 3 , K 2 SiF 6 , and Li 3 AlF 6 as described in the table below.
<表面被覆率>
EPMA(電子線マイクロアナリシス)により、ろう付熱処理後の試料の表面に対しAlの元素マッピングを行ない、Alカウント数のしきい値を元に画像を二値化してAl素地面積を算出した後、フラックス残渣粒子および無機化合物粒子の表面被覆率を算出した。Alカウント数のしきい値は試料表面のSEM(走査型電子顕微鏡)での観察画像を元にAl素地をおよそ抽出できるカウント数を求めて適用した。
<残渣粒子測定>
フィンの表裏面に形成されているフッ化物系フラックスの残渣粒子について、EPMAにより観察面のAlの元素マッピングを行い、Alカウント数のしきい値を元に二値化してAl素地面積を算出した後、被覆率を求めた。Alカウント数のしきい値はSEM観察結果を見ながら、Al素地をおよそ抽出できるカウント数を求めて適用した。
<Surface coverage>
After EPMA (electron beam microanalysis), elemental mapping of Al is performed on the surface of the sample after the brazing heat treatment, the image is binarized based on the threshold value of the Al count number, and the Al base area is calculated. The surface coverage of the flux residue particles and the inorganic compound particles was calculated. The threshold value of the Al count number was applied by obtaining the count number from which an Al substrate could be approximately extracted based on an observation image of the sample surface with a scanning electron microscope (SEM).
<Residual particle measurement>
Regarding the residual particles of the fluoride-based flux formed on the front and back surfaces of the fins, the elemental mapping of Al on the observation surface was performed by EPMA, and the Al base area was calculated by binarization based on the threshold value of the Al count number. Thereafter, the coverage was determined. The threshold value of the Al count number was applied by obtaining the count number at which the Al base can be approximately extracted while observing the SEM observation results.
<粒子個数測定>
EPMA(電子線マイクロアナリシス)により、ろう付熱処理後の試料に対し、1.0mm四方の視野に関してFカウント数のしきい値を元に画像を二値化する事で、フラックス残渣粒子と無機化合物粒子を分離した。これに画像解析を行なう事でフラックス残渣以外の無機化合物粒子のサイズおよび個数を測定した。
<Particle number measurement>
Flux residue particles and inorganic compounds are obtained by EPMA (Electron Beam Micro-Analysis) by binarizing the image of the sample after the brazing heat treatment based on the threshold value of the F count number in a field of view of 1.0 mm square. The particles were separated. The size and number of the inorganic compound particles other than the flux residue were measured by performing image analysis on this.
<面積拡大率>
面積拡大率は、レーザー顕微鏡にて200μm四方(200μm□)の視野にて試料観察を行ない、「観察視野面積」に対する「ろう付熱処理後の表面積」の比(面積拡大率=ろう付熱処理後の表面積/観察視野面積)として求めた。面積拡大率を求める観察視野は、フラックス残渣上にて任意に選択することができる。
レーザー顕微鏡では3D計測が可能なので、上記の関係により表面積(高さを考慮した面積)を求める事ができる。レーザー顕微鏡は例えばKEYENCE社 LASER MICROSCOPE VK−X100(観察レンズ:×100)を用いる事ができる。なお、レーザー顕微鏡で試料観察を行なう前に、以下の前処理を行なう必要がある。フラックス残渣は半透明であり、そのままではレーザー光を透過する。このため、観察前に金蒸着にてフラックス残渣に着色し、着色後にレーザー顕微鏡で観察した。
<Area expansion rate>
The area enlargement ratio is determined by observing a sample in a 200 μm square (200 μm square) visual field with a laser microscope, and the ratio of “surface area after brazing heat treatment” to “observation visual field area” (area enlargement ratio = after brazing heat treatment). Surface area / observation visual field area). The observation visual field for obtaining the area magnification can be arbitrarily selected on the flux residue.
Since 3D measurement is possible with a laser microscope, the surface area (area in consideration of height) can be obtained from the above relationship. For example, LASER MICROSCOPE VK-X100 (observation lens: x100) can be used as the laser microscope. It is necessary to perform the following pretreatment before observing a sample with a laser microscope. The flux residue is translucent and transmits laser light as it is. For this reason, the flux residue was colored by gold vapor deposition before observation, and observed with a laser microscope after coloring.
[親水性:乾湿サイクル試験後の水接触角]
ろう付後の試料に対し、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41°以上の試料を×、40°〜21°の試料を△、20〜11°の試料を○、10°以下の試料を◎と表記して親水性を評価した。
[Hydrophilicity: water contact angle after dry-wet cycle test]
The process of immersing the brazed sample in running water for 8 hours and then drying for 16 hours was defined as one cycle, and the water contact angle of the fin surface after 14 cycles was measured. At this time, a sample having a water contact angle of 41 ° or more was evaluated as ×, a sample at 40 ° to 21 ° as Δ, a sample at 20 to 11 ° as ○, a sample at 10 ° or less as ◎, and the hydrophilicity was evaluated. .
[ろう付け性:フィン接合率評価試験]
扁平多穴管チューブとろう材が貼り合わせられたクラッドフィンを組合せ、600℃の温度で3分保持するろう付け熱処理を行ない、チューブとフィンがろう付け接合された試験体を作製した。
ろう付け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(ろう付け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、正常な接合箇所が69か所以下の試料を×、70〜79か所の試料を△、80〜89か所の試料を○、90か所以上の試料を◎と表記してろう付け性を判断した。
[Brazing property: Fin joining rate evaluation test]
The flat multi-hole tube was combined with a clad fin to which a brazing material was bonded, and a brazing heat treatment was performed at a temperature of 600 ° C. for 3 minutes to prepare a test body in which the tube and the fin were brazed and joined.
For each of the brazed fins, the fins were peeled off from the tube, and the fin joint traces remaining on the tube surface were observed. Then, the number of unjoined portions (portions where brazing was performed but no trace of the joined portion remained) was counted. One specimen was observed at 100 locations, and samples having normal joints of 69 or less were evaluated as ×, samples at 70-79 as Δ, samples at 80-89 as ○, 90 as samples. More than one sample was marked with 表 記 to determine the brazing property.
以下の表1に、用いたフラックスの種類、塗布量、ろう付け後の残渣の形態を記載し、無機化合物粒子の個数(個/mm2)、表面被覆率(%:フラックス被覆率)、面積拡大率(%)、水接触角(°)、ろう付け性の測定結果を記載した。 In Table 1 below, the type of the used flux, the applied amount, the form of the residue after brazing, the number of the inorganic compound particles (pieces / mm 2 ), the surface coverage (%: flux coverage), and the area The measurement results of the enlargement ratio (%), water contact angle (°), and brazing property are described.
表1に示す結果から、フラックスの残渣粒子を含む親水性皮膜であって、表面被覆率10%以上であり、平均粒径5〜50μmの無機化合物粒子を500〜2000個/mm2有し、面積拡大率2.0〜10.0の試料であれば、乾湿サイクル試験後において40°以下の優れた水接触角を示す優れた親水性を有し、ろう付け性にも優れた熱交換器を提供することができた。
従ってろう付け後のフラックス残渣を利用して好適な親水性皮膜を形成できることがわかる。
From the results shown in Table 1, it is a hydrophilic film containing flux residual particles, has a surface coverage of 10% or more, and has 500 to 2,000 inorganic compound particles / mm 2 having an average particle size of 5 to 50 μm, If the sample has an area expansion ratio of 2.0 to 10.0, the heat exchanger has an excellent hydrophilicity showing an excellent water contact angle of 40 ° or less after a dry-wet cycle test, and also has an excellent brazing property. Could be provided.
Therefore, it can be seen that a suitable hydrophilic film can be formed using the flux residue after brazing.
また、KAlF4+K3AlF6、CsAlF4、KZnF3、K2SiF6、Li3AlF6のいずれのフラックス種であっても同じ傾向を示した。 In addition, the same tendency was shown for any flux species of KAlF 4 + K 3 AlF 6 , CsAlF 4 , KZnF 3 , K 2 SiF 6 , and Li 3 AlF 6 .
No.28の試料(比較例)は、無機化合物粒子の数が200個/mm2であり、少ない例であるが、水接触角が悪くなり、No.29の試料(比較例)は、無機化合物粒子の数が2500個/mm2であり、多すぎた例であるが、ろう付け性が低下した。
No.30の試料(比較例)は、表面被覆率が低い試料であるが、水接触角が若干悪くなり、ろう付け性が低下した。
No.31の試料(比較例)は、面積拡大率が低い試料であるが、水接触角が悪化し、No.32の試料(比較例)は、面積拡大率が高すぎた試料であるが、ろう付け性が低下した。
No.33の試料(比較例)は、無機化合物粒子の数が2500個/mm2であり、無機化合物粒子数が多すぎ、表面被覆率が低く、面積拡大率が大きすぎた試料であるが、水接触角が悪くなり、ろう付け性も低下した。
The sample of No. 28 (Comparative Example) has a small number of inorganic compound particles of 200 particles / mm 2, which is a small example. However, the water contact angle is poor, and the sample of No. 29 (Comparative Example) is inorganic. The number of compound particles was 2500 particles / mm 2 , which was too large, but the brazing property was reduced.
Although the sample of No. 30 (comparative example) was a sample having a low surface coverage, the water contact angle was slightly deteriorated, and the brazing property was lowered.
The sample No. 31 (Comparative Example) is a sample having a low area enlargement ratio, but the water contact angle is deteriorated, and the sample No. 32 (Comparative Example) is a sample having an excessively large area enlargement ratio. , The brazing property was reduced.
The sample of No. 33 (Comparative Example) was a sample in which the number of inorganic compound particles was 2500 / mm 2 , the number of inorganic compound particles was too large, the surface coverage was low, and the area expansion ratio was too large. In addition, the water contact angle became worse, and the brazing property also deteriorated.
図9は、表1に示すNo.4の試料の面積拡大率についてレーザー顕微鏡により測定した観察画像の一例を示す。図9の例では、面積拡大率を3.8と計測できた例である。 FIG. 9 shows an example of an observation image obtained by measuring the area enlargement ratio of the sample No. 4 shown in Table 1 with a laser microscope. The example of FIG. 9 is an example in which the area enlargement ratio was measured as 3.8.
図10は、表1に示すNo.1の比較例試料の表面組織写真を示し、図11は、表1に示すNo.5の実施例試料の表面組織写真を示す。
図11に示す組織では、フラックス残渣による残渣粒子1cと無機化合物粒子1dが分散した組織を有することで表面に微細な凹凸が複数形成されている。この微細な凹凸の存在により優れた親水性を発現していると推定できる。
FIG. 10 shows a surface texture photograph of the No. 1 comparative example sample shown in Table 1, and FIG. 11 shows a surface texture photograph of the No. 5 example sample shown in Table 1.
In the structure shown in FIG. 11, a plurality of fine irregularities are formed on the surface by having a structure in which residue particles 1c due to the flux residue and inorganic compound particles 1d are dispersed. It can be estimated that excellent hydrophilicity is exhibited by the presence of the fine irregularities.
図12は、表1に示す試料No.13、16、17の実施例試料の水接触角と表面被覆率の関係と、表1に示す試料No. 28、29、31の比較例試料の水接触角と表面被覆率の関係を対比して示すグラフである。
図12に示す対比関係から明らかなように、本願実施例試料であるならば、比較例試料に対し、表面被覆率が低い試料であっても、より優れた水接触角を得ることができた。
従って、本発明に係る親水性皮膜を有するフィンであれば、優れた排水性を有し、水滴などがフィン間の隙間を閉塞することのない、排水性の高いフィンを有する熱交換器を提供できる。
FIG. 12 shows the relationship between the water contact angle and the surface coverage of the samples of Examples Nos. 13, 16, and 17 shown in Table 1, and the water of Comparative Examples of Samples Nos. 28, 29, and 31 shown in Table 1. It is a graph which shows the relationship between a contact angle and a surface coverage in comparison.
As is clear from the comparison shown in FIG. 12, if the sample was the example of the present application, a more excellent water contact angle could be obtained even if the sample had a lower surface coverage than the sample of the comparative example. .
Therefore, a fin having a hydrophilic film according to the present invention provides a heat exchanger having a high drainage fin having an excellent drainage property and preventing water droplets and the like from closing a gap between the fins. it can.
本発明の親水性フィンは、ろう付けタイプのオールアルミニウム熱交換器に適用することができ、フィン表面において排水性の良好な熱交換器を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The hydrophilic fin of the present invention can be applied to a brazing type all-aluminum heat exchanger, and can provide a heat exchanger having good drainage properties on the fin surface.
1…フラックス層、1a…親水層、1c…残渣粒子、1d…無機化合物粒子、3…基材、3a…第1の面、3b…第2の面、5A…犠牲防食層、11…熱交換器、12…管体、12a…上面、12b…下面、12c…端側面、12D…冷媒流路、13…フィン、14…ヘッダ管、15…供給管、15A…犠牲防食層、15B…ろう材層、16…回収管、22…チューブ、30…熱交換器、31、32…ヘッダーパイプ、33…チューブ33、34…フィン(コルゲートフィン)、34a…基材、35a…親水層。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Flux layer, 1a ... Hydrophilic layer, 1c ... Residual particle, 1d ... Inorganic compound particle, 3 ... Base material, 3a ... 1st surface, 3b ... 2nd surface, 5A ... Sacrificial anticorrosion layer, 11 ... Heat exchange Container, 12: pipe, 12a: upper surface, 12b: lower surface, 12c: end side surface, 12D: refrigerant channel, 13: fin, 14: header tube, 15: supply tube, 15A: sacrificial anticorrosion layer, 15B: brazing material Layer 16: Recovery tube, 22: Tube, 30: Heat exchanger, 31, 32: Header pipe, 33: Tube 33, 34: Fin (corrugated fin), 34a: Base material, 35a: Hydrophilic layer.
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