JP2023159130A - 熱交換器用ブレージングシートおよび空気調和装置用熱交換器 - Google Patents

熱交換器用ブレージングシートおよび空気調和装置用熱交換器 Download PDF

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Abstract

【課題】 空気調和装置用熱交換器に用いられ、耐食性および耐圧性を良好に両立させることが可能な、犠牲陽極材層を備えるブレージングシートを提供する。【解決手段】 接合部位に対する傾斜部位の傾斜角が４０°以下である接合構造を含み、接合時の温度が６１０～６２０℃の範囲内に設定された、空気調和装置の熱交換器に用いられるブレージングシート１０であって、アルミニウム（Ａｌ）合金製の心材１１、Ｓｉを含有するＡｌ合金のろう材層１２、ＺｎおよびＳｉを含有するＡｌ合金の犠牲陽極材層１３を備える。犠牲陽極材層１３の厚さは１５～２５μｍの範囲内であり、接合時の温度をＴとしたときに、犠牲陽極材におけるＳｉの含有量ＸＳｉは、式（１）：Ｔ＝６６０－８×ｅｘｐ（０．３ＸＳｉ）から導き出される値以下であり、かつ、式（２）：Ｔ＝５８０＋５５×ｅｘｐ（－０．５（ＸＳｉ－１．７））から導き出される値以上に調査される。【選択図】 図１

Description

本発明は、熱交換器を構成する部材に用いられるブレージングシートと、当該ブレージングシートを用いて構成される空気調和装置用熱交換器と、に関する。
一般的な熱交換器は、通常、管およびフィンを備えており、管の外周に複数のフィンが取り付けられた構成を有している。管の材料としては、銅（Ｃｕ）またはその合金（便宜上「銅材」と称する）が用いられてきたが、近年ではアルミニウム（Ａｌ）またはその合金（アルミニウム材）も用いられている。フィンの材料としては、一般的にはアルミニウム材が用いられている。
熱交換器の製造に際して、管にフィンを取り付けるためには、一般的にはろう材による接合が用いられる。管およびフィンのいずれもアルミニウム材製であれば、例えば、アルミニウム合金製の心材の少なくとも一方の面にろう材層がクラッド（被覆）されたブレージングシートが用いられる。管およびフィンの防食性を考慮すれば、心材の一方の面にろう材がクラッドされ他方の面に犠牲陽極材層がクラッドされたブレージングシートが用いられる。
ろう材としては、一般的には、アルミニウム合金のろう付けに用いられるアルミニウム－シリコン（Ｓｉ）系合金が用いられ、犠牲陽極材としては、その電位を卑とするために、一般的にはアルミニウム合金に亜鉛（Ｚｎ）を添加したものが用いられる。代表的な犠牲陽極材としては、一般的なアルミニウム－シリコン系合金のろう材に亜鉛を添加したものが挙げられる。これにより、犠牲陽極材がろう材としても機能することになる。
ところで、自動車用の熱交換器は、排気ガスに接触する可能性があることから、建築物用の空気調和装置等に用いられる熱交換器に比較してより高い耐食性が求められる。例えば、特許文献１には、自動車用熱交換器の流体通路構成材として使用可能なアルミニウム合金ブレージングシートが開示されている。このブレージングシートでは、犠牲陽極材が、Ｓｉ：２．５～７．０ｍａｓｓ％、Ｚｎ：１．０～５．５ｍａｓｓ％、Ｆｅ０．０５～１．０ｍａｓｓ％を含有し、残部Ａｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金であり、当該犠牲陽極材のクラッド厚さが２５～８０μｍである。
一方、特許文献２には、例えば空気調和装置（ルームエアコン、空調機）または冷蔵庫用の熱交換器に用いられる、熱交換器用アルミニウム合金製ブレージングフィン材が開示されている。このブレージングフィン材では、犠牲陽極材が、Ｚｎ：７～１５質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金で構成されており、この犠牲陽極材のクラッド厚さとして、好ましくは７μｍ以上、さらに好ましくは７～４０μｍが挙げられている。また、犠牲陽極材は、結晶粒の過度の粗大化を抑制するとともに耐食性を向上させる観点から、８．０質量％以下のＳｉを含有してもよい組成となっている。
国際公開第２０１１／０３４１０２号公報 特開２０１７－１５５３０８号公報
ここで、本発明者らの鋭意検討の結果、空気調和装置用熱交換器におけるブレージングシートでは、自動車用のブレージングシートに比較して接合強度を高める必要があることが明らかとなった。これは、一般に、空気調和装置用熱交換器では、自動車用熱交換器よりも許容される冷媒の圧力（許容内圧）の上限が相対的に高くなるためである。犠牲陽極材がろう材を兼ねる場合には、もちろん犠牲陽極材にも高い接合強度が求められる。
特許文献１に開示のブレージングシートは、自動車用であり、かつ、鉄（Ｆｅ）を含有することが必須である。一方、特許文献２に開示のブレージングフィン材は、犠牲陽極材がろう材を兼ねることは想定されておらず、Ｓｉの含有は犠牲陽極作用への寄与が目的である。
さらに特許文献２では、犠牲陽極材のＺｎの含有量が７．０質量％以上でないと犠牲陽極作用を発揮できないとされるが、本発明者らの検討によればＺｎの含有量は７．０質量％よりも少なくすることが可能である。一方、犠牲陽極材がろう材を兼ねる場合、Ｓｉの含有量を多くすることで接合強度を高めることが可能であるものの、Ｓｉの含有量が多くなり過ぎると、その流動性が高くなり過ぎ、ブレージングシートの耐食性が著しく低下することも明らかとなった。
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、空気調和装置用熱交換器に用いられ、耐食性および耐圧性を良好に両立させることが可能な、犠牲陽極材層を備えるブレージングシートを提供することを目的とする。
本発明に係るブレージングシートは、前記の課題を解決するために、空気調和装置の熱交換器に用いられるブレージングシートであって、アルミニウム合金製の心材と、当該心材の一方の面に被覆され、シリコン（Ｓｉ）を含有するアルミニウム合金のろう材からなるろう材層と、当該心材の他方の面に被覆され、亜鉛（Ｚｎ）およびシリコン（Ｓｉ）を含有するアルミニウム合金の犠牲陽極材からなる犠牲陽極材層と、を備え、前記犠牲陽極材層の厚さが１５～２５μｍの範囲内であり、前記ブレージングシートの接合時の温度Ｔが５８０～６６０℃の範囲内であるときに、前記犠牲陽極材における前記シリコンの含有量ＸＳｉは、次式（１）
Ｔ＝６６０－８×ｅｘｐ（０．３ＸＳｉ） ・・・（１）
から導き出される値以下であり、かつ、次式（２）
Ｔ＝５８０＋５５×ｅｘｐ（－０．５（ＸＳｉ－１．７）） ・・・（２）
から導き出される値以上である構成である。
あるいは、本発明に係るブレージングシートは、前記の課題を解決するために、空気調和装置の熱交換器に用いられるブレージングシートであって、アルミニウム合金製の心材と、当該心材の両方の面に被覆され、亜鉛（Ｚｎ）およびシリコン（Ｓｉ）を含有するアルミニウム合金の犠牲陽極材からなる犠牲陽極材層と、を備え、前記犠牲陽極材層の厚さが１５～２５μｍの範囲内であり、前記ブレージングシートの接合時の温度Ｔが５８０～６６０℃の範囲内であるときに、前記犠牲陽極材における前記シリコンの含有量ＸＳｉは、次式（１）
Ｔ＝６６０－８×ｅｘｐ（０．３ＸＳｉ） ・・・（１）
から導き出される値以下であり、かつ、次式（２）
Ｔ＝５８０＋５５×ｅｘｐ（－０．５（ＸＳｉ－１．７）） ・・・（２）
から導き出される値以上である構成であってもよい。
前記構成によれば、空気調和装置用熱交換器に用いられるブレージングシートにおいて、犠牲陽極材層が前記の範囲内で亜鉛およびシリコンを含有している。これにより、ろう材を兼ねる犠牲陽極材において、亜鉛の含有量だけでなくシリコンの含有量を好適化することができる。そのため、犠牲陽極材層の厚さが前記の範囲内であっても、ブレージングシートの接合構造における耐食性および耐圧性を両立させることが可能になる。
また、本発明には、前記構成のブレージングシートを用いて構成される、空気調和装置用熱交換器も含まれる。
本発明では、以上の構成により、空気調和装置用熱交換器に用いられ、耐食性および耐圧性を良好に両立させることが可能な、犠牲陽極材層を備えるブレージングシートを提供することができる、という効果を奏する。
（Ａ）は、本発明の代表的な実施の形態に係るブレージングシートの概略構成を示す模式的断面図であり、（Ｂ）は、本発明の代表的な実施の形態に係るブレージングシートの接合構造の概略構成を示す模式的断面図である。 図１に示すブレージングシートを用いて構成されるプレートフィン積層型熱交換器のヘッダの一例を示す模式的断面図である。 両面に犠牲陽極材層を備えるブレージングシートを用いて構成されるプレートフィン積層型熱交換器のヘッダの一例を示す模式的断面図である。 （Ａ）～（Ｄ）は、実施例または比較例に係るブレージングシートの接合構造の耐食性試験結果を示す図である。 他の実施例に係るブレージングシートの接合構造の耐食性試験結果を示す図である。
本開示に係るブレージングシートは、空気調和装置の熱交換器に用いられるものであって、アルミニウム合金製の心材と、当該心材の一方の面に被覆され、シリコン（Ｓｉ）を含有するアルミニウム合金のろう材からなるろう材層と、当該心材の他方の面に被覆され、亜鉛（Ｚｎ）およびシリコン（Ｓｉ）を含有するアルミニウム合金の犠牲陽極材からなる犠牲陽極材層と、を備え、前記犠牲陽極材層の厚さが１５～２５μｍの範囲内であり、前記ブレージングシートの接合時の温度Ｔが５８０～６６０℃の範囲内であるときに、前記犠牲陽極材における前記シリコンの含有量ＸＳｉは、次式（１）
Ｔ＝６６０－８×ｅｘｐ（０．３ＸＳｉ） ・・・（１）
から導き出される値以下であり、かつ、次式（２）
Ｔ＝５８０＋５５×ｅｘｐ（－０．５（ＸＳｉ－１．７）） ・・・（２）
から導き出される値以上である構成である。
また、本開示に係るブレージングシートは、空気調和装置の熱交換器に用いられるブレージングシートであって、アルミニウム合金製の心材と、当該心材の両方の面に被覆され、亜鉛（Ｚｎ）およびシリコン（Ｓｉ）を含有するアルミニウム合金の犠牲陽極材からなる犠牲陽極材層と、を備え、前記犠牲陽極材層の厚さが１５～２５μｍの範囲内であり、前記ブレージングシートの接合時の温度Ｔが５８０～６６０℃の範囲内であるときに、前記犠牲陽極材における前記シリコンの含有量ＸＳｉは、次式（１）
Ｔ＝６６０－８×ｅｘｐ（０．３ＸＳｉ） ・・・（１）
から導き出される値以下であり、かつ、次式（２）
Ｔ＝５８０＋５５×ｅｘｐ（－０．５（ＸＳｉ－１．７）） ・・・（２）
から導き出される値以上である構成であってもよい。
前記構成によれば、空気調和装置用熱交換器に用いられるブレージングシートにおいて、犠牲陽極材層が前記の範囲内で亜鉛およびシリコンを含有している。これにより、ろう材を兼ねる犠牲陽極材において、亜鉛の含有量だけでなくシリコンの含有量を好適化することができる。そのため、犠牲陽極材層の厚さが前記の範囲内であっても、ブレージングシートの接合構造における耐食性および耐圧性を両立させることが可能になる。
前記構成のブレージングシートにおいては、当該ブレージングシートは、互いに接合されることにより接合部を構成する接合部位と、この接合部位に隣接する傾斜部位と、を有し、前記接合部位に対する前記傾斜部位の傾斜角は４０°以下である構成であってもよい。
また、前記構成のブレージングシートにおいては、前記心材は、３０００系、５０００系、または６０００系のいずれかのアルミニウム合金であり、前記犠牲陽極材は、４０００系のアルミニウム合金であり、かつ、前記の範囲内で亜鉛およびシリコンを含有するものである構成であってもよい。
また、前記構成のブレージングシートにおいては、前記ろう材は、４０００系のアルミニウム合金である構成であってもよい。
本開示に係る空気調和装置用熱交換器は、前記構成のブレージングシートを用いて構成されるものであればよい。
また、前記構成の空気調和装置用熱交換器においては、プレートフィン積層型である構成であってもよい。
以下、本発明の代表的な実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
本開示に係るブレージングシートは、熱交換器に用いられるアルミニウム合金製である。具体的には、例えば、図１（Ａ）に示すように、本開示に係るブレージングシート１０は、心材１１、ろう材層１２、および犠牲陽極材層１３を備えている。ろう材層１２は、心材１１の一方の面に被覆（クラッド）され、犠牲陽極材層１３は心材１１の他方の面すなわちろう材層１２が被覆されている面とは反対側の面に被覆されている。心材１１、ろう材層１２を構成するろう材、および、犠牲陽極材層１３を構成する犠牲陽極材はいずれもアルミニウム合金である。
あるいは図示しないが、本開示に係るブレージングシート１０は、心材１１および犠牲陽極材層１３を備え、ろう材層１２を備えていない構成でもよい。このようなブレージングシート１０では、心材１１の両方の面に犠牲陽極材層１３が形成されている。
本開示に係るブレージングシート１０は、少なくとも犠牲陽極材層１３の側に接合部位を有しており、この接合部位の接合面同士を互いに接合することで接合部を形成する。ブレージングシート１０同士を接合部位で接合した構造が、本開示に係るブレージングシート１０の接合構造である。本開示に係るブレージングシート１０の具体的な形状は特に限定されないが、代表的には、接合部位に隣接し、当該接合部位に対して傾斜する傾斜部位を有する構成を挙げることができる。
具体的には、例えば、図１（Ｂ）に示すように、本開示に係るブレージングシート１０の接合構造２０は、ブレージングシート１０の接合部位１０ａ同士を接合して構成される。接合部位１０ａには傾斜部位１０ｂが隣接しており、接合部位１０ａに対する傾斜部位１０ｂの傾斜角θ１は特に限定されないが、接合構造２０における傾斜部位１０ｂ同士で形成される角度θ２が鋭角すなわち９０°未満であればよい（θ２＜９０°）ので、傾斜角θ１はその１／２である４５°未満であればよい。また、図１（Ｂ）に示すように、傾斜部位１０ｂ同士の間にはフィレット２２が形成される。このフィレット２２は、本実施の形態では、接合時に接合部位１０ａから流出したろう材または犠牲陽極材が固化したものとして定義される。
なお、接合構造２０を構成する各傾斜部位１０ｂにより形成される角度θ２を、説明の便宜上「傾斜部位形成角」と称する。また、図１（Ｂ）では、傾斜角θ１、および、傾斜部位形成角θ２は、点線で図示しているが、これら角度の基準は、図中点線で示すように、ブレージングシート１０の厚さの中間線（一方の面と他方の面との双方から中間の厚さ（深さ）となる線）としている。ただし、これら角度θ１およびθ２の基準は厚さの中間線に限定されず、その他の公知の基準（例えば接合側の面を基準とした角度等）であってもよい。
傾斜角θ１は、前記の通り４５°未満であればよいが、その上限は、好ましくは４０°未満であり、より好ましくは３５°未満であればよい。空気調和装置用熱交換器の構造にもよるが、傾斜角θ１が４０°を超えると、プレス加工時にブレージングシート１０に部分的な減肉が生じたり、心材１１に部分的なエロージョンが生じたりするおそれがある。
接合部位１０ａに対する傾斜部位１０ｂの傾斜角θ１が相対的に大きくなると、プレス加工時にブレージングシート１０に対して大きな加工が加えられることになる。これによりレージングシート１０に部分的に減肉が発生する。ブレージングシート１０が部分的に減肉すると、減肉部分に応力集中または耐圧不足等が発生するため、当該部分から破損してしまうおそれがある。
また、大きな加工がブレージングシート１０に加わることにより、当該加工が加えられた部位において、ろう材層１２から心材１１へのシリコンの拡散係数が大きくなり、これによりエロージョン（心材１１の溶融）が生じるおそれが高まる。エロージョンが発生すると、溶融した心材１１の周囲に存在する犠牲陽極材層１３が含有する亜鉛を巻き込むことになり、心材１１の一部が「犠牲陽極材」化する。その結果、エロージョンが発生した部位からブレージングシート１０が早期貫通する可能性が生じる。
これに対して、傾斜角θ１が４０°以下であれば、ブレージングシート１０に対して大きな加工が加えられるおそれが低減する。それゆえ、ブレージングシート１０に部分的な減肉が生じたり、心材１１に部分的なエロージョンが生じたりするおそれを有効に抑制することができる。もちろん、空気調和装置用熱交換器の構造によっては、傾斜角θ１が４０°を超えても、プレス加工時のブレージングシート１０の部分的な減肉、または、心材１１の部分的なエロージョンの発生が抑制される場合もあるので、傾斜角θ１の上限は必ずしも４０°とは限らない。
一方、傾斜角θ１の下限も特に限定されず、空気調和装置用熱交換器の構造に応じて好適な下限値を設定すればよい。例えば、後述するプレートフィン積層型熱交換器であれば、構造上、隣接する空気（第２流体）の流路を確保する観点から傾斜角θ１をあまり小さくしない方がよい。プレートフィン積層型熱交換器における傾斜角θ１の下限値としては、好ましくは１５°以上を挙げることができ、より好ましくは２０°以上を挙げることができる。
本開示に係るブレージングシート１０が備える心材１１は、熱交換器の種類または構造等の諸条件に応じて求められる物性を実現し得る公知のアルミニウム合金であればよい。心材１１として用いられるアルミニウム合金としては、例えば、熱交換器の分野では、代表的には、３０００系（アルミニウム－マンガン（Ａｌ－Ｍｎ）系合金）、５０００系（アルミニウム－マグネシウム（Ａｌ－Ｍｇ）系合金）、または６０００系（アルミニウム－マグネシウム－シリコン（Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ）系合金）等を挙げることができるが、これらに限定されない。
あるいは、心材１１は、前記のアルミニウム合金に対して公知の元素を、不可避的不純物を超える含有量（濃度）で添加してもよい。なお、不可避的不純物として許容される濃度の上限は、諸条件によっても異なるが、例えば、アルミニウム合金全体における０．１質量％未満を挙げることができる。あるいは、不可避的不純物の濃度の上限は、ＪＩＳ等の公知の規格に規定される合金組成に準じてもよい。
ろう材として用いられるアルミニウム合金は、本開示においては、シリコン（ケイ素、Ｓｉ）を含有するもの、すなわち、アルミニウム－シリコン（Ａｌ－Ｓｉ）系合金であればよい。ろう材におけるＳｉの含有量は特に限定されず、ろう材として好適な使用が可能な程度の範囲内であればよい。具体的には、例えば、ろう材におけるＳｉの含有量（濃度）としては、２．５～１３質量％の範囲内を挙げることができ、３．５～１２質量％の範囲内であってもよい。Ｓｉの含有量が少なすぎると、Ａｌ－Ｓｉ系合金がろう材として十分に機能しなくなるおそれがある。一方、Ｓｉの含有量が多すぎると、心材１１または相手材にＳｉが拡散してブレージングシート１０そのものに溶融が生じるおそれがある。また、ろう材としてのＡｌ－Ｓｉ系合金には、ろう材としての機能に影響を及ぼさない範囲で、不可避的不純物を超える含有量でＳｉ以外の元素を含有してもよい。
犠牲陽極材として用いられるアルミニウム合金は、犠牲陽極作用を発揮するために、亜鉛（Ｚｎ）を２．５～６．０質量％の範囲内で含有している。また、本開示においては、前記の通り犠牲陽極材がろう材を兼ねているため、ろう材と同様にＳｉを含有している。犠牲陽極材におけるＳｉの含有量（Ｓｉ濃度）は３．０～６．０質量％の範囲内を挙げることができる。したがって、犠牲陽極材として用いられるアルミニウム合金は、アルミニウム－シリコン－亜鉛（Ａｌ－Ｓｉ－Ｚｎ）系合金であればよい。
犠牲陽極材としてのＡｌ－Ｓｉ－Ｚｎ系合金において、Ｚｎの含有量（濃度）が２．５質量％未満であれば、良好な犠牲陽極作用を発揮することができない。一方、Ｚｎの含有量が６．０質量％を超えると、犠牲陽極作用が早期に進行し過ぎてブレージングシート１０から犠牲陽極材層１３が早期に消失してしまい、ブレージングシート１０の耐食性が低下するおそれがある。
また、犠牲陽極材としてのＡｌ－Ｓｉ－Ｚｎ系合金において、Ｓｉの含有量が３．０質量％未満であると、Ｓｉが少なすぎて当該犠牲陽極材が十分に流動せず、ろう材として良好な接着強度を発揮できなくなるおそれがある。一方、Ｓｉの含有量が６．０質量％を超えると、犠牲陽極材としての流動性は向上するものの流動性が高くなり過ぎて耐食性が低下するおそれがある。
特に本開示においては、ブレージングシート１０は、空気調和装置用熱交換器に用いられるが、この場合、ブレージングシート１０が冷媒の流路を構成する接合構造２０に用いられる場合（後述するプレートフィン積層型熱交換器等）、冷媒の許容圧力の上限に耐え得る程度の接着強度が要求される。なお、この許容圧力は、空気調和装置の種類、用途、性能等の諸条件によって異なるため、犠牲陽極材に求められる接着強度も諸条件に応じて適宜設定することができる。
ここで、本開示においては、ブレージングシート１０同士の接合時の温度（ろう付け温度）を考慮すると、Ｓｉの含有量は、ブレージングシート１０の接合構造２０において、十分な耐圧性を実現し得る接着強度と十分な耐食性とのバランスが重要となる。この点について本発明者らが鋭意検討した結果、ブレージングシート１０の接合時の温度Ｔが５８０～６６０℃の範囲内であるときに、犠牲陽極材におけるＳｉの特に好適な含有量は、下記式（１）および（２）により定義することが可能であることが明らかとなった。
具体的には、犠牲陽極材において、Ｚｎの含有量（濃度）が２．０～６．０質量％の範囲内であるときに、Ｓｉの含有量（濃度）をＸＳｉとすると、このＳｉ濃度、次式（１）から導き出される値以下であり、かつ、次式（２）から導き出される値以上であればよい。
Ｔ＝６６０－８×ｅｘｐ（０．３ＸＳｉ） ・・・（１）
Ｔ＝５８０＋５５×ｅｘｐ（－０．５（ＸＳｉ－１．７）） ・・・（２）
なお、犠牲陽極材としてのＡｌ－Ｓｉ－Ｚｎ系合金においても、犠牲陽極作用およびろう材としての機能に影響を及ぼさない範囲で、ＳｉおよびＺｎ以外の元素を、不可避的不純物を超える含有量で含有してもよい。
ろう材および犠牲陽極材として具体的に用いられるアルミニウム合金の種類は特に限定されないが、代表的には、いずれも４０００系（アルミニウム－シリコン（Ａｌ－Ｓｉ）系合金）を用いることができる。犠牲陽極材では、Ｓｉの含有量が前記の範囲内に入るような４０００系のアルミニウム合金を選択するか、Ｓｉを公知の手法で添加することによって前記の範囲内に入るように調整するとともに、Ｚｎについても含有量が前記の範囲内となるように、公知の手法でＺｎを添加すればよい。
本開示に係るブレージングシート１０においては、ろう材および犠牲陽極材のクラッド率は特に限定されず、一般的な範囲内を挙げることができる。一般的なクラッド率としては、例えば、２～３０質量％の範囲内を挙げることができ、３～２０質量％の範囲内であってもよい。
また、本開示に係るブレージングシート１０の厚さ、並びに、心材１１、ろう材層１２、および犠牲陽極材層１３のそれぞれの厚さについても特に限定されず、当該ブレージングシート１０の構成または製造しようとする熱交換器の種類または部品等に応じて適宜設定することができる。ただし、本開示では、犠牲陽極材層１３の厚さは１５～２５μｍの範囲内である。
本開示に係るブレージングシート１０は、空気調和装置用熱交換器に用いられるため、自動車用に比べて犠牲陽極材層１３の厚さをより薄くすることができる。犠牲陽極材層１３の厚さを薄くすることができれば、犠牲陽極材の使用量を低減することができるので、ブレージングシート１０の製造コストの増加を抑制することが可能になる。
特に、本開示では、後述するように熱交換器としてプレートフィン積層型を好ましい一例として挙げることができるが、プレートフィン積層型熱交換器は、複数のプレートフィンを重ねて積層体とし、この積層体を治具で押さえ付けて接合（ろう付け）する。そのため、犠牲陽極材層１３の厚みが大きすぎると積層体の寸法変化が大きくなり、接合構造２０に影響を及ぼすおそれがある。犠牲陽極材層１３を２５μｍ以下とすることができれば、このような接合構造２０への影響を有効に抑制することができる。
一方、犠牲陽極材層１３が１５μｍ未満であると、ブレージングシート１０に対する犠牲陽極材の絶対量が少なくなり過ぎる。そのため、ブレージングシート１０から犠牲陽極材層１３が早期に消失してしまい、ブレージングシート１０の耐食性が低下するおそれがある。
本開示では、複数枚のブレージングシート１０を接合部位１０ａ同士で重ね合わせて、高温（５８０℃以上）の温度でろう材および犠牲陽極材を溶融させてろう付けすることにより、ブレージングシート１０同士が接合される。このようにして製造されるブレージングシート１０の接合構造２０では、図１（Ｂ）に示すように、傾斜部位１０ｂの間で接合部位１０ａ（接合部２１）に隣接する部位には、接合部位１０ａの犠牲陽極材層１３から流出した犠牲陽極材が固化してフィレット２２が形成される。
本開示においては、ブレージングシート１０の耐食性を評価する観点から、接合部２１（フィレット２２を含む）、公知の方法で犠牲陽極材層１３等の電位を評価（測定）すればよい。代表的な電位の評価方法としては、ポテンショスタット／ガルバノスタットに、電位測定用の試料（例えば、ブレージングシート１０、もしくは、心材１１、ろう材、犠牲陽極材、フィレット２２または接合部２１、あるいはこれらを模擬した組成の合金等）と、対極と、参照電極（例えば銀／塩化銀（Ａｇ／ＡｇＣｌ）電極）とを接続して電解液（例えば５重量％の塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）溶液）に浸漬し、試料と参照電極との電位差を測定する方法を挙げることができる。
このような本開示に係るブレージングシート１０の製造方法は特に限定されず、公知の製造方法を好適に用いることができる。具体的には、例えば、所望の組成のアルミニウム合金を公知の方法で板状に成形して心材１１とし、この心材１１の一方に対して、Ｓｉを含有するアルミニウム合金のろう材を公知の方法でクラッドし、心材１１の他方の面に対して、Ｚｎを２．０～６．０質量％の範囲内、および、Ｓｉを３．０～６．０質量％の範囲内で含有するアルミニウム合金の犠牲陽極材を公知の方法でクラッドすればよい。本開示においては、ブレージングシート１０の製造における諸条件は、当該ブレージングシート１０の構成または製造しようとする空気調和装置用熱交換器の種類または部品等に応じて適宜設定することができる。
本開示に係るブレージングシート１０は、前記の通り空気調和装置用熱交換器の製造に特に好適に用いることができる。本開示に係るブレージングシート１０を熱交換器に適用した場合に形成される接合構造２０は、前述したように、図１（Ｂ）に例示するような構造であるが、より具体的には、図２に示すような構造を有するプレートフィン積層型熱交換器、あるいは、図４（Ａ），（Ｂ）に示すような構造を有するAir To Waterヒートポンプ用積層型熱交換器等を挙げることができる。
プレートフィン積層型熱交換器は、図示しないが、第１流体である冷媒が流れる流路を有するプレートフィン積層体において、各プレートフィン積層間に第２流体である空気を流して、これら第１流体および第２流体との間で熱交換を行うものである。この熱交換器が備えるプレートフィンは、第１流体が並行に流れる複数の第１流体流路を有する流路領域と、この流路領域における各第１流体流路に連通するヘッダ流路を有するヘッダ領域と、を備えている。
プレートフィン積層型熱交換器では、プレートフィン積層体の積層方向の両側に、当該プレートフィンと平面視が略同一形状のエンドプレートが設けられており、これら一対のエンドプレートとこれらの間に介在する複数のプレートフィンとは、積層された状態でろう付けにより接合されて一体化している。図２は、このプレートフィン積層体３０におけるヘッダ部分の概略構造を部分断面として示しており、図中最上部に位置するエンドプレート３１に対して複数のプレートフィン３２が積層されている。
エンドプレート３１およびプレートフィン３２には、それぞれ開口部が設けられており、これらプレートが積層されてプレートフィン積層体３０を形成することにより、ヘッダ開口３３が形成される。図２に示す構成では、ヘッダ開口３３の外側から図中ブロック矢印で示す方向に第１流体である冷媒が流入し、さらにプレートフィン３２の間に冷媒が流入する。各プレートフィン３２には、前記の通り、第１流体流路が設けられているので、プレートフィン３２の間に流入した冷媒は、第１流体流路を流れる。また、第２流体である空気は、プレートフィン３２の間に形成される空間を、冷媒の流れる方向（第１流体流路の方向）に交差するように流れる。これにより、空気が冷媒により冷却される。
このようなプレートフィン積層型熱交換器の具体的な構成例としては、例えば、特開２０１７－１８０８５６号公報、特開２０１８－０６６５３１号公報、特開２０１８－０６６５３２号公報、特開２０１８－０６６５３３号公報、特開２０１８－０６６５３４号公報、特開２０１８－０６６５３５号公報、特開２０１８－０６６５３６号公報等に記載されており、これら公開公報の記載内容は、本明細書で参照することにより本明細書の記載の一部とする。
Air To Waterヒートポンプ用積層型熱交換器を構成するプレートフィン積層体３４は、図３に示すように、その基本構成は、図２に示す一般的なプレートフィン積層型熱交換器のプレートフィン積層体３０と同様である。ただし、プレートフィン積層体３４を構成するプレートフィン３５（本開示に係るブレージングシート１０）は、その両面に犠牲陽極層１３を有する構成となっている。そのため、図３に示すように、フィレット２２は、ヘッダ開口３３側（内側）に位置する接合部２１だけでなく、ヘッダ開口３３側とは反対側（外側）に位置する接合部２１にも形成されている。なお、図３に示す構成は、プレートフィン３５およびフィレット２２の形成位置以外は図２に示す構成と同様であるので、その説明を省略する。
このように、本開示に係るブレージングシートは、空気調和装置の熱交換器に用いられるものであって、アルミニウム合金製の心材と、当該心材の一方の面に被覆され、シリコン（Ｓｉ）を含有するアルミニウム合金のろう材層と、当該心材の他方の面に被覆され、亜鉛（Ｚｎ）およびシリコン（Ｓｉ）を含有するアルミニウム合金の犠牲陽極材層と、を備えるものであるか、あるいは、心材の両方の面に犠牲陽極材層が被覆されたものである。
さらに、本開示に係るブレージングシートでは、犠牲陽極材層の厚さが１５～２５μｍの範囲内であり、ブレージングシートの接合時の温度Ｔが５８０～６６０℃の範囲内であるときに、犠牲陽極材におけるシリコンの含有量ＸＳｉは前記式（１）から導き出される値以下であり、かつ、前記式（２）から導き出される値以上である。これにより、ろう材を兼ねる犠牲陽極材において、亜鉛の含有量だけでなくシリコンの含有量を好適化することができる。そのため、犠牲陽極材層の厚さが前記の範囲内であっても、ブレージングシートの接合構造における耐食性および耐圧性を両立させることが可能になる。
本発明について、実施例および比較例に基づいてより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。当業者は本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変更、修正、および改変を行うことができる。なお、以下の実施例および比較例における耐食性試験は次に示すようにして行った。
［耐食性試験]
ブレージングシートの接合構造の耐食性は、ＡＳＴＭ Ｇ８５－Ａ３で規定されるＳＷＡＡＴ試験（Sea Water Acidified Test）に基づいて評価した。
（比較例１）
比較例１に係るブレージングシートとしては、心材が３００３のアルミニウム合金であり、ろう材層が４３４３のアルミニウム合金であり、犠牲陽極材層が、シリコン（Ｓｉ）２．５質量％、亜鉛（Ｚｎ）４．０質量％、残部アルミニウム（Ａｌ）のアルミニウム合金（Ａｌ－２．５％Ｓｉ－４．０％Ｚｎ）であるものを用いた。また、ブレージングシートが備える傾斜部位の傾斜角θ１は約３０°であった。
このブレージングシートを互いの接合部位でろう付けして接合部を形成した。接合部位の接合面は犠牲陽極材層とした。なお、ろう付け温度は６１０℃としたので、このときの犠牲陽極材におけるＳｉの含有量（濃度）は、前記式（１）および（２）から約２．９～６．１質量％の範囲内となる。接合部を目視で観察すると、接合が不十分であることが確認された。
また、ブレージングシート同士の接合部について、前述した腐食試験により耐食性を評価した。その結果、図４（Ａ）の断面写真に示すように、犠牲陽極材層の犠牲陽極作用は確認できたが心材の腐食は確認できなかった。
（実施例１）
実施例１に係るブレージングシートとして、犠牲陽極材層がシリコン（Ｓｉ）２．８質量％、亜鉛（Ｚｎ）４．０質量％、残部アルミニウム（Ａｌ）のアルミニウム合金（Ａｌ－２．８％Ｓｉ－４．０％Ｚｎ）であるものを用いた以外は、比較例１と同様にしてブレージングシート同士をろう付けして接合部を形成した。なお、ろう付け温度は６２０℃としたので、このときの犠牲陽極材におけるＳｉの含有量（濃度）は、前記式（１）および（２）から約２．３～５．３質量％の範囲内となる。接合部を目視で確認すると、良好な接合が確認された。
また、ブレージングシート同士の接合部について、前述した腐食試験により耐食性を評価した。その結果、図４（Ｂ）の断面写真に示すように、犠牲陽極材層の犠牲陽極作用は確認できたが心材の腐食は確認できなかった。
（実施例２）
実施例２に係るブレージングシートとして、犠牲陽極材層がシリコン（Ｓｉ）４．４質量％、亜鉛（Ｚｎ）４．０質量％、残部アルミニウム（Ａｌ）のアルミニウム合金（Ａｌ－４．４％Ｓｉ－４．０％Ｚｎ）であるものを用いた以外は、比較例１と同様にしてブレージングシート同士をろう付けして接合部を形成した。なお、ろう付け温度は６２０℃としたので、このときの犠牲陽極材におけるＳｉの含有量（濃度）は、前記式（１）および（２）から約２．３～５．３質量％の範囲内となる。接合部を目視で確認すると、良好な接合が確認された。
また、ブレージングシート同士の接合部について、前述した腐食試験により耐食性を評価した。その結果、図４（Ｃ）の断面写真に示すように、犠牲陽極材層の犠牲陽極作用は確認できたが心材の腐食は確認できなかった。
（比較例２）
比較例２に係るブレージングシートとして、犠牲陽極材層がシリコン（Ｓｉ）７．０質量％、亜鉛（Ｚｎ）４．０質量％、残部アルミニウム（Ａｌ）のアルミニウム合金（Ａｌ－４．４％Ｓｉ－４．０％Ｚｎ）であるものを用いた以外は、比較例１と同様にしてブレージングシート同士をろう付けして接合部を形成した。なお、ろう付け温度は６１０℃としたので、このときの犠牲陽極材におけるＳｉの含有量（濃度）は、前記式（１）および（２）から約２．９～６．１質量％の範囲内となる。接合部を目視で確認すると、良好な接合が確認された。
また、ブレージングシート同士の接合部について、前述した腐食試験により耐食性を評価した。その結果、図４（Ｄ）の断面写真に示すように、犠牲陽極材層の犠牲陽極作用だけでなく、心材における粒界腐食の進行が確認された。
（実施例３）
実施例３に係るブレージングシートとして、実施例１と同様の組成を有する犠牲陽極材層を心材の両面に備え、ろう材層を備えていないもの用いた以外は、比較例１と同様にしてブレージングシート同士をろう付けして接合部を形成した。接合部を目視で確認すると、良好な接合が確認された。
また、ブレージングシート同士の接合部について、前述した腐食試験により耐食性を評価した。その結果、図５の断面写真に示すように、犠牲陽極材層の犠牲陽極作用は確認できたが心材の腐食は確認できなかった。
なお、本発明は前記実施の形態の記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態や複数の変形例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明は、犠牲陽極材層を有する空気調和装置用熱交換器に用いられるブレージングシートの分野だけでなく、当該ブレージングシートを用いた空気調和装置用熱交換器の分野に広く好適に用いることができる。
１０：ブレージングシート
１０ａ：接合部位
１０ｂ：傾斜部位
１１：心材
１２：ろう材層
１３：犠牲陽極材層
２０：ブレージングシートの接合構造
２１：接合部
２２：フィレット
３０：プレートフィン積層体
３１：エンドプレート
３２：プレートフィン
３３：ヘッダ開口
３４：プレートフィン積層体
３５：プレートフィン

Claims (6)

  1. 互いに接合されることにより接合部を構成する接合部位と、この接合部位に隣接する傾斜部位と、を有し、前記接合部位に対する前記傾斜部位の傾斜角は４０°以下であるブレージングシートの接合構造を含み、前記ブレージングシートの接合時の温度が６１０～６２０℃の範囲内に設定された、空気調和装置の熱交換器に用いられるブレージングシートであって、
    アルミニウム合金製の心材と、
    当該心材の一方の面に被覆され、シリコン（Ｓｉ）を含有するアルミニウム合金のろう材からなるろう材層と、
    当該心材の他方の面に被覆され、亜鉛（Ｚｎ）およびシリコン（Ｓｉ）を含有するアルミニウム合金の犠牲陽極材からなり、前記接合部位を成す犠牲陽極材層と、
    を備え、
    前記犠牲陽極材における前記亜鉛の含有量が２．５～６．０質量％の範囲内であり、
    前記犠牲陽極材層の厚さが１５～２５μｍの範囲内であり、
    前記犠牲陽極材における前記シリコンの含有量ＸＳｉは、接合時の温度をＴとしたときに、次式（１）
    Ｔ＝６６０－８×ｅｘｐ（０．３ＸＳｉ） ・・・（１）
    から導き出される値以下であり、かつ、次式（２）
    Ｔ＝５８０＋５５×ｅｘｐ（－０．５（ＸＳｉ－１．７）） ・・・（２）
    から導き出される値以上に調整されることを特徴とする、
    ブレージングシート。
  2. 互いに接合されることにより接合部を構成する接合部位と、この接合部位に隣接する傾斜部位と、を有し、前記接合部位に対する前記傾斜部位の傾斜角が４０°以下であるブレージングシートの接合構造を含み、前記ブレージングシートの接合時の温度が６１０～６２０℃の範囲内に設定された、空気調和装置の熱交換器に用いられるブレージングシートであって、
    アルミニウム合金製の心材と、
    当該心材の両方の面に被覆され、亜鉛（Ｚｎ）およびシリコン（Ｓｉ）を含有するアルミニウム合金の犠牲陽極材からなり、少なくとも一方が前記接合部位を成す犠牲陽極材層と、
    を備え、
    前記犠牲陽極材における亜鉛の含有量が２．５～６．０質量％の範囲内であり、
    前記犠牲陽極材層の厚さが１５～２５μｍの範囲内であり、
    前記犠牲陽極材における前記シリコンの含有量ＸＳｉは、接合時の温度をＴとしたときに、次式（１）
    Ｔ＝６６０－８×ｅｘｐ（０．３ＸＳｉ） ・・・（１）
    から導き出される値以下であり、かつ、次式（２）
    Ｔ＝５８０＋５５×ｅｘｐ（－０．５（ＸＳｉ－１．７）） ・・・（２）
    から導き出される値以上に調整されることを特徴とする、
    ブレージングシート。
  3. 前記心材は、３０００系、５０００系、または６０００系のいずれかのアルミニウム合金であり、
    前記犠牲陽極材は、４０００系のアルミニウム合金であり、かつ、前記の範囲内で亜鉛およびシリコンを含有するものであることを特徴とする、
    請求項１または２に記載のブレージングシート。
  4. 前記ろう材は、４０００系のアルミニウム合金であることを特徴とする、
    請求項１に記載のブレージングシート。
  5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のブレージングシートを用いて構成される、空気調和装置用熱交換器。
  6. プレートフィン積層型であることを特徴とする、
    請求項５に記載の空気調和装置用熱交換器。
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