JP5809728B2 - 熱交換器用チューブ - Google Patents
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Description
本発明の熱交換器用チューブは、Al合金押出管の外表面に、Si粉末とZn含有フラックスとが含まれてなるフラックス層を形成させてなり、前記Al合金押出管に対する前記Si粉末の塗布量が1g/m2以上5g/m2以下の範囲であり、前記Zn含有フラックスの塗布量が5g/m2以上20g/m2以下の範囲であることを特徴とする。
また、前記Zn含有フラックスは、ZnF2、ZnCl2、KZnF3のうちの少なくとも1種以上のZn化合物を含むものであることが好ましい。
但し、(D99)は、それ以下の粒径を有する粒子の累積体積が、全粒子の99%となる粒径を示し、(D 50 )は、それ以下の粒径を有する粒子の累積体積が、全粒子の50%となる粒径を示す。
上記熱交換器用チューブにおいて、前記Al合金押出管はSiを0.05質量%以上1.0質量%以下の範囲で含有し、Mnを0.05質量%以上1.2質量%以下の範囲で含有し、残部がAl及び不可避的不純物である熱交換器用チューブであってもよい。
上記熱交換器用チューブにおいて、前記Zn非含有フラックスが、LiF、KF、CaF2、AlF3、SiF4、K1−3AlF4−6、Cs1−3AlF4−6、Cs0.02K1−2AlF4−5、K2SiF6から選択される1種または2種以上であっても良い。
第1実施形態
本発明の熱交換器用チューブは、Al合金押出管の外表面に、Si粉末とZn含有フラックスとが含まれてなるフラックス層を形成させて構成されている。
熱交換器用チューブを構成するAl合金押出管は、Siと、Mnと、残部Alおよび不可避不純物とを含有し、Siの含有量が0.5質量%以上1.0質量%以下であり、Mnの含有量が0.05質量%以上1.2質量%以下のAl合金から構成されている。
したがって、Al合金押出管に含まれるMn量は、0.05〜1.2%に定めた。
Zn含有フラックスには、例えばZnF2、ZnCl2、KZnF3等のZn化合物が少なくとも1種以上含まれることが好ましい。また、Zn非含有フラックスには、例えば、LiF、KF、CaF2、AlF3、SiF4などの弗化物や、前記弗化物の錯化合物であるKAlF4、KAlF3などが少なくとも1種以上含まれることが好ましい。
すなわち、この熱交換器は、本発明に係る熱交換器用チューブと、熱交換器用ヘッダーパイプとフィンとが接合されて構成される。すなわち、従来の技術において説明した熱交換器と同様に、熱交換器用ヘッダーパイプと称される左右一対の管体と、その熱交換器用ヘッダーパイプの間に互いに平行に間隔を空けて設けられた複数の熱交換器用チューブと、熱交換器用チューブ同士の間に設けられたフィンとで構成されている。そして各熱交換器用チューブの内部空間と熱交換器用ヘッダーパイプの内部空間を連通させ、熱交換器用ヘッダーパイプの内部空間と各熱交換器用チューブの内部空間に媒体を循環させ、フィンを介して効率良く熱交換ができるようになっている。
以下、本発明に係る第2の実施形態について説明する。
本実施形態においても、熱交換器用チューブは、Al合金押出管(チューブ本体)の外表面に、Si粉末とZn含有フラックスとが含まれてなるフラックス層を形成させて構成されている。この実施形態では、フラックス層にバインダも含まれている。
Al合金押出管の合金組成は、Siと、Mnと、残部Alおよび不可避不純物とを含有し、Siの含有量が0.05質量%以上1.0質量%以下であり、Mnの含有量が0.05質量%以上1.2質量%以下のAl合金としてもよい。なお、熱交換器を製造する際には、フィンの素材としては、チューブより電位が低いフィン材を用いることが好ましい。
Siの含有量はSi拡散勾配を緩やかにし、均一な犠牲陽極層を形成するために重要である。Siの含有量が0.05質量%未満では、Si拡散勾配が大きくなり、均一な犠牲陽極層が形成されない。一方、Siが1.0質量%を超えて含有されると、チューブを構成する合金の融点が下がり、押出性が低下する。したがって本発明におけるSi含有量は、0.05〜1.0質量%にする。より好ましいSiの含有量は、0.1〜0.6質量%である。
Mnの含有量が0.05質量%未満では、Si拡散勾配が大きくなり、均一な犠牲陽極層が形成されなくなり、Mnが1.2質量%を超えて含有すると、押出圧力増により押出性が低下する。したがって本発明におけるMn含有量は、0.05〜1.2質量%にする。より好ましいMnの含有量は、0.1〜0.6質量%である。
Feは、拡散Siと金属間化合物を形成し、均一な犠牲陽極層を生成するために有効である。Feの含有量が0.1質量%未満ではSi拡散勾配が大きくなり、均一な犠牲陽極層が生成されなくなる。Feの含有量が0.6質量%を超えると、チューブの構成するアルミニウム合金中の金属間化合物が増加し、押出性を低下させる傾向があり、結果として金型寿命が低下する。より好ましいFeの含有量は、0.15〜0.5質量%である。
Cuはチューブの電位を高くし、犠牲陽極層効果を長時間維持するために有効であるが、添加量が0.1質量%を超えると、腐食速度が増加し、犠牲陽極層の効果持続時間が逆に短時間になる。Cuの添加量として好ましくは0.05質量%未満である。
押出管は、実質的に平坦な二つの主表面、二つの側面、および連通孔の開口部が形成された二つの端面からなる表面を有するものであってもよい。フラックス層は、二つの主表面および二つの側面に形成してもよく、二つの主表面のみに形成してもよい。
また、押出管(チューブ本体)の表面粗さRmaxは20μm未満が好ましい。
Zn含有フラックスは、ZnF2、ZnCl2、KZnF3から選択されるZn化合物の少なくとも1種以上を含むものであることが好ましい。Zn含有フラックスは、上記の亜鉛化合物よりなるものでもよい。あるいは、上記の亜鉛化合物と他のフラックスの混合物であってもよい。他のフラックスとしては、例えばLiF、KF、CaF2、AlF3、SiF4、K1−3AlF4−6、Cs1−3AlF4−6、Cs0.02K1−2AlF4−5、K2SiF6から選択される1種または2種以上がZn含有フラックスに含まれていてもよい。なお、フラックスの粒度は平均粒径(D50)において1〜6μmの範囲が好ましい。
Zn含有フラックスをZn化合物と、Zn−フリーのフラックスの混合物とする場合、Zn化合物の塗布量が3g/m2以上となるように調整することが好ましい。
好ましくは、Si粉末の(D99)は、5μm以上、15μm以下である。
なお、99%粒径(D99)の5倍以上となる粗大粒の含有量が、1ppm未満の範囲であっても、0.5ppm以下がより好ましく、0.1ppm以下の範囲が最も好ましい。
この点に鑑み、Si粉末の平均粒径(D50)が、99%粒径(D99)の値の0.05倍以上0.7倍以下の範囲であることが好ましい。
Zn含有フラックスのさらに好ましい塗布量は、4g/m2以上、15g/m2以下である。
バインダは犠牲陽極層の形成に必要なSi粉末とZn含有フラックスをチューブ3の表面または裏面に固着する作用があるが、塗膜中のバインダの塗布量が0.2g/m2未満であると、ろう付け時にSi粉末やZnフラックスがチューブ3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、塗膜中のバインダの塗布量が8.3g/m2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。このため、塗膜中のバインダの塗布量は、0.2〜8.3g/m2とすることが好ましい。なお、バインダは、通常、ろう付けの際の加熱により蒸散する。
さらに好ましい、チューブ表面におけるバインダの塗布量は、0.3g/m2以上7g/m2以下である。バインダの塗布量は、塗膜中のSi粉末とZn含有フラックスとバインダの合計塗布量に対し5%から25%の範囲とすることが好ましい。
熱交換器は、上記のチューブと、ヘッダーパイプとフィンとが接合されて構成される。すなわち、ヘッダーパイプと称される一対の管体を左右または上下に離間して配置し、複数のチューブをヘッダーパイプの間に配置する。各ヘッダーパイプの片面には、チューブの数に対応する開口が設けられており、例えば、チューブの端部を上記開口に挿入することにより、チューブとヘッダーパイプは組み立てられる。
隣り合うチューブの間には、フィンとよばれる板材が配置される。フィンは、板材を波型に加工したコルゲートフィンでもよい。
[実施例2]
<Si粉末粒度分布の規定方法>
(1)市販の粒度分布が分かっているあるグレードのSi粉末を購入する。このままではレーザー回折式粒度分布測定装置を用いてもSiの粗大粒の分布は測定できない。市販Si粉末には粒度分布データが付いているが、粒度分布に該当しないSiの粗大粒を実質的には相当数含んでいる。
(2)(D99)×5が目開きのサイズの篩を用いて、Si粉末の「ふるい分け」を行う。
(4)ふるい分け後、ふるいに残った粉は主に粗大粉であるため、レーザー回折式粒度分布測定装置にて粒度分布が測定できるようになる。
(5)ふるい分けにより一定粒度以下になった粉に上記Siの粗大粉を必要量添加することにより、所望の粗大粒含有量を有するSi粉末を作成する。
(6)従って、Si粉末に含まれるSi粗大粒の含有量を計算で求めた数値に厳密に調整することができる。このように粒度分布を調整したSi粉末を試験に使用した。
比較例B1では、(D99)が小さいため、造粒が生じ、またZn含有フラックスの塗布量も少ないため、最大腐食深さが140μmと大きくなった。
比較例B2では、(D99)が大きいため凝集を生じ、またZn含有フラックスの塗布量も少ないため、最大腐食深さが185μmと大きくなった。
また、Si粉末の粒径分布を調整することにより、Zn含有フラックスの塗布量が3g/m2以上20g/m2以下の場合にも、チューブ表面にZnを均一に設けることができる。
Claims (4)
- Al合金押出管の外表面に、Si粉末と、Zn含有フラックスおよびZn非含有フラックスと、バインダとが含まれてなるフラックス層を形成させてなる熱交換器用チューブであって、
前記Al合金押出管に対する前記Si粉末の塗布量が1g/m2以上5g/m2以下の範囲であり、前記Zn含有フラックスの塗布量が3g/m2以上20g/m2以下の範囲であり、
前記Si粉末は、99%粒径(D99)が5μm以上、20μm以下であり、さらに粒径が(D99)の5倍以上となる粗大粒の含有量が1ppm未満であり、前記Si粉末の50%粒径(D 50 )が、(D 99 )×0.05以上、(D 99 )×0.7以下となることを特徴とする熱交換器用チューブ。
但し、(D99)は、それ以下の粒径を有する粒子の累積体積が、全粒子の99%となる粒径を示し、(D 50 )は、それ以下の粒径を有する粒子の累積体積が、全粒子の50%となる粒径を示す。 - 請求項1に記載の熱交換器用チューブであって、前記Zn含有フラックスは、ZnF2、ZnCl2、KZnF3のうち少なくとも1種以上のZn化合物を含むものであることを特徴とする熱交換器用チューブ。
- 請求項1または請求項2に記載の熱交換器用チューブであって、前記Al合金押出管はSiを0.05質量%以上1.0質量%以下の範囲で含有し、Mnを0.05質量%以上1.2質量%以下の範囲で含有し、残部がAl及び不可避的不純物であることを特徴とする熱交換器用チューブ。
- 前記Zn非含有フラックスが、LiF、KF、CaF2、AlF3、SiF4、K1−3AlF4−6、Cs1−3AlF4−6、Cs0.02K1−2AlF4−5、K2SiF6から選択される1種または2種以上であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の熱交換器用チューブ。
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