JP3110529B2 - 積層型熱交換器のろう付け方法 - Google Patents

積層型熱交換器のろう付け方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明に係る積層型熱交換器の
ろう付け方法は、自動車用空気調和装置に組み込んで、
車室内を空気調和する為の空気を冷却する為のエバポレ
ータを製造する場合等に利用する。
【0002】
【従来の技術】空気調和装置には、内部で冷媒を蒸発さ
せ、外部を流通する空気を冷却するエバポレータが組み
込まれている。この様な、空気調和装置に組み込まれ、
エバポレータとして使用される熱交換器として従来か
ら、例えば特開昭61−49995号公報等には、図1
〜2に示す様な積層型エバポレータが開示されている。
【0003】この積層型エバポレータは、それぞれがア
ルミニウム或はアルミニウム合金(本明細書ではこれら
を総称して『アルミニウム材』とする。)により造ら
れ、一端縁に互いに間隔をあけて1対の突出部1a、1
bを形成した板材2の片面に倒立U字形の凹部3を、こ
の凹部3の両端を上記1対の突出部1a、1bの端縁に
迄連続させた状態で形成している。上記凹部3の内側に
は多数の突起4、4を形成し、凹部3により構成される
折り返し流路の内側を流れる冷媒の流れを乱し、この冷
媒と板材2との間の熱交換が効率良く行なわれる様にす
る。
【0004】そして、この様な板材2を用いて造る積層
型エバポレータの場合、この板材2、2を2枚1組と
し、互いの凹部3、3同士を対向させた状態で最中状に
重ね合わせて互いに液密に接合する事により、倒立U字
形の折り返し流路と、この流路の両端に位置して端縁部
から突出した1対の接合部5a、5bとを有する素子
6、6とする。
【0005】そして、複数の素子6、6のそれぞれの接
合部5a、5bを、第一、第二のタンク7、8の上面に
それぞれ形成した、スリット状の接続孔9、9に挿入す
ると共に、各接合部5a、5bの外周面と各接続孔9、
9の内周縁とを互いに液密にろう付け接合する。各タン
ク7、8は、それぞれ図2に示す様な座板10とタンク
本体11とを組み合わせ、互いに液密にろう付けする事
で構成されており、上記接続孔9、9は、座板10に形
成されている。又、隣り合う素子6、6の間には、フィ
ン12、12を設けている。
【0006】上記第一のタンク7の内側は、中間部に固
定した隔壁13により仕切る事で、入口室14と出口室
15とに分割し、入口室14の側に冷媒送り込み口16
を、出口室15の側に冷媒取り出し口17を、それぞれ
設け、冷媒送り込み口16から送り込まれた冷媒が、各
素子6、6内の折り返し流路を流れて、冷媒取り出し口
17から取り出される迄の間に蒸発する様にしている。
【0007】ところで、上述の様に構成され作用する積
層型エバポレータを製造する場合、上記複数の素子6、
6、フィン12、12、第一、第二のタンク7、8及び
隔壁13を、図1に示した状態に組み合わせて、図示し
ない治具により仮固定し、上記各部材6、12、7、8
を加熱炉中で加熱する。
【0008】上記複数の素子6、6を構成する板材2、
2は、アルミニウム材製の芯材の両面に、やはりアルミ
ニウム材製のろう材であるクラッド層を形成した、所謂
クラッド材により造られている為、上記加熱により、上
記クラッド層を構成するろう材が溶融し、再び冷却固化
すると、上記複数の素子6、6を構成する板材2、2同
士が、並びに各素子6、6とフィン12、12及び第
一、第二のタンク7、8とが、第一、第二のタンク7、
8を構成する座板10とタンク本体11、第一のタンク
7と隔壁13とが、それぞれろう付けされる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の様に
して積層型エバポレータ等の積層型熱交換器のろう付け
を行なうと、ろう付け後の積層型熱交換器の表面に、フ
ラックスの残渣が比較的多量に付着し、この残渣が完成
した積層型熱交換器の外観を悪くする。又、自動車用空
気調和装置に組み込まれた積層型熱交換器から分離した
残渣(白粉)が、上記空気調和装置の吹き出し口から自
動車室内に噴出して、乗員に不快感を与える原因ともな
る。
【0010】この様な外面への残渣付着を防止する為の
技術として、特開昭64−44267号公報には、複数
の素子6、6を構成する板材2、2の片面の一部で各
材2、2同士が当接する部分、並びにこの板材2、2の
他面の一部でフィン12、12と当接する部分にのみフ
ラックスを塗布し、ろう付けに供しない部分には、フラ
ックスを塗布しない技術が記載されている。
【0011】ところが、上記公報に記載された従来技術
の場合、各板材2、2の表面に形成されるクラッド層
を、0.1〜0.5重量%(以下、混合割合を表わす場
合には、単に『%』とする。)のMgを含むろう材として
いた為、上記各板材2、2同士のろう付け部だけでな
く、これら各板材2、2と上記各フィン12、12との
う付け部にもフラックスを塗布する必要があった。フ
ラックスの塗布量をより低減し、フラックスの残渣の飛
散をより確実に防止する為には、上記各板材2、2同士
のろう付け部にのみフラックスを塗布する様にする事が
好ましいが、上記特開昭64−44267号公報に記載
された発明の構成のまま、各板材2、2と上記各フィン
12、12とのろう付け部へのフラックス塗布を省略す
ると、上記各板材2、2同士のろう付けは良好に行なわ
れても、各板材2、2とフィン12、12とのろう付け
を確実に行なう事が難しくなる
【0012】即ち、アルミニウム材同士のろう付けの際
に使用するフラックスとしては、従来から種々のものが
知られているが、ろう付け性が良好で、しかもろう付け
後に生じる残渣が、アルミニウム材に対する腐食性を持
たないフラックスとして、例えば特公昭58−2703
7号公報に記載されている様な、弗素系のフラックスが
好ましく使用出来る。
【0013】一方、フラックスの塗布量をより低減し、
フラックスの残渣の飛散をより確実に防止すべく、各板
材2、2同士の当接面にのみフラックスを塗布し、フィ
ン12、12と接触する面にフラックスを塗布しない
にした場合、各板材2、2とフィン12、12とのろう
付けは、上記当接面に存在するフラックスが蒸発する事
で発生し、加熱炉内に浮遊するフラックス蒸気により行
なわなければならない。
【0014】ところが、上記特開昭64−44267号
公報に記載された発明の様に、ろう材中にMgが含まれて
いた場合、上記フラックス中のFとこのMgとが化合して
KMgF3 或はMgF2 なる化合物等を生成する為、上記当
接面部分でのフラックスの消費量が多くなり、加熱炉内
に浮遊するフラックス蒸気の量が少なくなって、各板材
2、2とフィン12、12とのろう付け性が不良とな
る。
【0015】勿論、フラックスとして弗素系以外のもの
を使用したり、或は弗素系のフラックスを使用する場合
でも使用量を多くすれば、上述の様な問題を解決出来
る。但し、弗素系以外のフラックスを使用した場合に
は、ろう付け後に腐食性の残渣を洗い流す洗浄作業が必
要になり、積層型熱交換器の製作費が嵩んでしまう。
又、弗素系フラックスの使用量を多くした場合には、高
価な弗素系フラックスの使用量増大分だけ、製作費が高
くなるだけでなく、板材2、2を組み合わせて成る素子
6、6内に多量の残渣が発生し、この残渣が(自動車室
内に飛散はしないが)各素子6、6内を流れる冷媒と各
素子6、6を構成するアルミニウム材との間の熱交換に
対する抵抗となって、完成後の積層型熱交換器の性能を
悪くする原因となる為、やはり好ましくない。
【0016】本発明の積層型熱交換器のろう付け方法
は、上述の様な事情に鑑みて、フラックスの塗布量をよ
り低減し、フラックスの残渣の飛散をより確実に防止す
べく、各板材同士の当接面にのみフラックスを塗布し、
フィンと接触する面にフラックスを塗布しない様にした
場合でも、十分なろう付け性を得られる技術を実現すべ
く発明したものである。
【0017】
【課題を解決する為の手段】本発明の積層型熱交換器の
ろう付け方法は、前述した従来の積層型熱交換器のろう
付け方法と同様に、芯材の両面にろう材のクラッド層を
有するアルミニウム材製で、それぞれの片面に凹部を形
成した板材を2枚、互いの凹部同士を対向させた状態で
最中状に重ね合わせる事により、内側に扁平な流路を有
する素子とし、複数の素子を、隣り合う素子の間にフィ
ンを設けた状態で重ね合わせた後、上記複数の素子及び
フィンを加熱炉中で加熱して上記ろう材を溶融させ、上
記複数の素子を構成する板材同士、並びに各素子とフィ
ンとをろう付けする。
【0018】特に、本発明の積層型熱交換器のろう付け
方法に於いては、上記芯材及びろう材中に含まれるMgの
量を0.03重量%未満で可及的に僅少とすると共に、
加熱炉中での加熱に先立って、各素子を構成する板材の
片面で各板材同士が当接する面にのみ弗素系のフラック
スを、0.5〜5g/m2の割合で付着させ、上記板材の他
で上記フィンと接触する面並びにこのフィンの表面
はフラックスを塗布しない事を特徴としている。
【0019】
【作用】上述の様に構成される本発明の積層型熱交換器
のろう付け方法の場合、芯材及びろう材中に含まれるMg
の量を僅少に抑える(出来る限り0重量%に近付ける)
事で、弗素系フラックスの消費を少なく抑える為、弗素
系フラックスを塗布した板材を加熱炉中で加熱した場
合、この加熱炉内に、比較的多量の弗素系フラックスの
蒸気が浮遊する。
【0020】この為、接触面間に直接弗素系フラックス
を塗布していない、板材とフィンとの間のろう付けも、
良好に行なわれる。即ち、各素子を構成する板材の片面
で各板材同士が当接する面にのみ弗素系のフラックスを
付着させ、これら各板材の他面で上記フィンと接触する
面並びにこのフィンの表面にはフラックスを塗布してい
ない為、板材とフィンとの接触面間にはフラックスが存
在しないが、この接触面間のろう付けも、上記加熱炉内
に浮遊する比較的多量のフラックスの蒸気により、良好
に行なわれる。
【0021】又、フラックスの塗布量自体を、0.5〜
5g/m 2 少なく抑えている為、多量のフラックス残渣が
各素子の内面に付着する事もなくなり、完成後の積層型
熱交換器の性能も良好になる。勿論、各板材の他面で上
記フィンと接触する面並びにこのフィンの表面にはフラ
ックスを塗布していない為、外部に付着するフラックス
の残渣をなくすか、仮に生じても極く僅少に抑える事が
できて、自動車用空気調和装置に組み込まれた積層型熱
交換器から分離した残渣が、この空気調和装置の吹き出
し口から自動車室内に噴出する事に伴う不都合をなくせ
る。
【0022】
【実施例】下記の表は、本発明の効果を確認する為、本
発明者が行なった実験の結果を表わしている。
【表1】 実験は、先ず、Mgの添加量を種々異ならせたアルミニウ
ム材により、前記図2に示した様な板材2を造り、この
板材2への弗素系フラックスの塗布方法と塗布量とを種
々異ならせる事で、図1に示す様な積層型熱交換器を造
った。
【0023】板材2を構成するアルミニウム板は何れ
も、JIS 3003材(0.6%以下のSi、0.7%以下のF
e、0.20〜0.50%のCu、1.0〜1.5%のM
n、0.10%以下のZn、個々が0.05%以下で全体
として0.15%以下の不純物を含み、残りをAlとした
アルミニウム合金)を基本とした芯材の両面に、JIS 40
45材(9.0〜11.0%以下のSi、0.8%以下のF
e、0.30%以下のCu、0.05%以下のMn、0.0
5%以下のMg、0.10%以下のZn、0.20%以下の
Ti、個々が0.05%以下で全体として0.15%以下
の不純物を含み、残りをAlとしたアルミニウム合金)を
基本としたろう材を、それぞれ10%の割合でクラッド
(積層)したものを使用した。
【0024】尚、アルミニウム材成分を表わした『+Mg
「数値」』の「数値」は、当該アルミニウム材中に含ま
れるMgの総量を表わしている(元々JIS 3003材或はJIS
4045材に含まれるMgに足されるものではない。)。
【0025】又、弗素系フラックスとしては、前記特公
昭58−27037号公報に記載され、『NOCOLOK FLU
X』として市販されているものを使用した。フラックス
の塗布は、比較例5のみ、上記板材2の両面に行ない、
他の実験例(本発明品1〜4及び比較例1〜4)は、何
れも板材2同士の突き合わせ面にのみフラックスを塗布
した
【0026】又、フラックスの塗布作業は、10%のス
ラリーを上記板材2にスプレーする事で行なった。加熱
ろう付けは、窒素ガス雰囲気中で、露点−30℃、酸素
濃度数10p.p.m.以下、加熱温度×時間=600℃×3
min の条件で行なった。但し、フラックスの塗布は、静
電粉体塗装等、他の方法により行なっても良い。尚、上
記表中のフラックス塗布量は、乾燥状態での重量であ
る。
【0027】この様にして得られた積層型熱交換器の外
面に圧縮空気を吹き付け、この積層型熱交換器の外面に
付着したフラックス残渣を吹き飛ばして回収し、回収さ
れたフラックス残渣の重さを測定して、残渣飛散量とし
た。
【0028】又、完成後の積層型熱交換器の素子6、6
とフィン12、12との接着部を目視する事で、両部材
6、12同士のろう付け性を判定し、フィン接着率とし
て、上記表中に記載した。尚、このフィン接着率とは、
各素子6、6とフィン12、12との接触長さL0 に対
する、加熱ろう付けにより各素子6、6とフィン12、
12との間に形成されたフィレットの長さL1 の百分率
(100L1 /L0 )である。
【0029】更に、得られた積層型熱交換器をエバポレ
ータとして、蒸気圧縮式冷凍機を構成し、この積層型熱
交換器の放熱性能を測定した。この放熱性能は、比較例
4を100とし、この比較例4に対する割合で表わし
た。
【0030】実験結果を表わす前記表中で、比較例1
は、フラックスの塗布量が少ない為、フィン接着率が低
く、この結果(素子6、6とフィン12、12との間の
伝熱が不良となって)放熱性能が悪い例を、比較例2
は、ろう材中に含まれるMgの量が多い為、フィン接着率
が低く、この結果放熱性能が悪い例を、比較例3は、芯
材中に含まれるMgの量が多い為、フィン接着率が低く、
この結果放熱性能が悪い例を、比較例4は、フラックス
の使用量が多く、素子2、2の内面に残渣が生じた為、
放熱性能が必ずしも良くない例を、比較例5は、板材2
の両面にフラックスを塗布した為、残渣飛散量が多い例
を、それぞれ表わしている。
【0031】上記比較例1〜5に比べて、本発明品1〜
4は何れも、残渣飛散量、フィン接着率、放熱性能の何
れもが良好である。
【0032】
【発明の効果】本発明の積層型熱交換器のろう付け方法
は、以上に述べた通り構成され実施される為、完成後に
フラックス残渣を周囲に飛散させる事がなく、放熱性能
が優れた積層型熱交換器を、比較的安価に提供出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のろう付け方法により造られる積層型熱
交換器の1例である、積層型エバポレータを示す斜視
図。
【図2】このエバポレータの部分分解斜視図。
【符号の説明】
1a 突出部 1b 突出部 2 板材 3 凹部 4 突起 5a 接合部 5b 接合部 6 素子 7 第一のタンク 8 第二のタンク 9 接続孔 10 座板 11 タンク本体 12 フィン 13 隔壁 14 入口室 15 出口室 16 冷媒送り込み口 17 冷媒取り出し口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 1/00 - 1/20

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 芯材の両面にろう材のクラッド層を有す
    るアルミニウム材製で、それぞれの片面に凹部を形成し
    た板材を2枚、互いの凹部同士を対向させた状態で最中
    状に重ね合わせる事により、内側に扁平な流路を有する
    素子とし、複数の素子を、隣り合う素子の間にフィンを
    設けた状態で重ね合わせた後、上記複数の素子及びフィ
    ンを加熱炉中で加熱して上記ろう材を溶融させ、上記複
    数の素子を構成する板材同士、並びに各素子とフィンと
    をろう付けする、積層型熱交換器のろう付け方法に於い
    て、上記芯材及びろう材中に含まれるMgの量を0.03
    重量%未満で可及的に僅少とすると共に、加熱炉中での
    加熱に先立って、各素子を構成する板材の片面で各板材
    同士が当接する面にのみ弗素系のフラックスを、0.5
    〜5g/m2の割合で付着させ、上記板材の他面で上記フィ
    ンと接触する面並びにこのフィンの表面にはフラックス
    を塗布しない事を特徴とする、積層型熱交換器のろう付
    け方法。
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