JPH04194597A

JPH04194597A - 耐食性及び伝熱性にすぐれた熱交換器

Info

Publication number: JPH04194597A
Application number: JP32231290A
Authority: JP
Inventors: Shigenori Yamauchi; 重徳山内; Yuji Suzuki; 祐治鈴木; Kenji Kato; 健志加藤; Naoki Tokizane; 直樹時實
Original assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date: 1990-11-28
Filing date: 1990-11-28
Publication date: 1992-07-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、カーエアコンのコンデンサやエバポレータ、
あるいはラジェータ、インタークーラ、オイルクーラな
どのようにフィンと作動流体通路構成材料とかろう付に
より接合されるＡｌ熱交換器に関し、特に耐食性および
伝熱性にすぐれた熱交換器に関する。また、ろう付によ
って組立てられるルームエアコン用熱交換器に関する。

［従来の技術］カーエアコンのコンデンサやエバポレータ、あるいはラ
ジェータ、ヒータ、インタークーラ、オイルクーラなど
の熱交換器においては、アル。

ミニラム合金の作動流体通路構成材料とアルミニウム合
金のフィン材とかろう付により組立てられている。ろう
材は通路構成材料側に配置する場合とフィン材側に配置
する場合がある。後者の場合通路構成材料として押出チ
ューブか用いられ、フィン材としてはアルミニウム合金
を芯材とし、その両面にＡｌ−３ｉ系合金ろう材をクラ
ッドした複合材が用いられる。

押出チューブとしては１０５０．１０７０．１１００な
どの純アルミニウム、あるいは０．５％程度までのＣｕ
やＭｎを含むアルミニウム合金が用いられる。そして、
フィン材には、押出チューブを防食するために犠牲陽極
効果が要求され、又、ろう付は時に高温加熱によって変
形したり、ろうが侵食したりしないように優れた耐高温
座屈性が要求される。ろう付は時の変形やろうの侵食を
防ぐには訃の添加が有効であり、芯材には３００３合金
や３２０３合金などのＡｌ−Ｍｎ系合金が用いられる。

そして、犠牲陽極効果を付与するためには、Ａｌ−Ｍｎ
合金にＺｎＳＳｎ、Ｉｎなどを添加して電気化学的に卑
にする方法（例えば特公昭５６−１２３９５号公報参照
）が提案されている。そして、上記のよう−な押出チュ
ーブとフィン材を組合せた熱交換器は、例えば特公昭５
９−５２７６０に記述されている。

また、本出願人へは、先にＮｎを含有させることなく　
Ｆｅを増量含有させることにより、強度、熱伝導度に優
れた熱交換器フィン材（特願平ｌ−２１３８４７、特願
平］−２１８６４９）を提案した。

［発明か解決しようとする課題］ところで、上述のように純アルミニウムの押出チューブ
と、Ａｌ−Ｍｎ　ａ金にＺｎｓ　Ｓｎｓ　Ｉｎなどを添
加したフィン材とを組合せると、ある程度の防食効果は
期待てきるが、チューブの電位とフィンの電位が近いた
めに、防食距離（犠牲陽極効果の到達距ｌ１ｌ）が短か
（、フィンから離れた部分のチューブに孔食が生じやす
いという問題があった。純アルミニウムの押出チューブ
に変えてＣｕやＭｎを含む合金の押出チューブを用いる
と、チューブの電位が責になってフィンとの電位差が大
きくなり、防食距離が長くなる傾向にある。しかし、Ｃ
ｕやＭｎを多くするとチューブ（多穴チューブ）の押出
性が劣るようになるため、ＣｕやＭｎの添加量が０．５
％程度に限定され、このため根本的に解決するに至って
いない。

また、最近になって通路構成材料として亜鉛被覆チュー
ブが使われることが多くなり、この場合ろう何時に亜鉛
拡散層を形成しチューブの防食をはかっている。そして
、このようなチューブと従来のフィン材すなわちＡｌ−
ＭｎにＺｎＳＳｎ、Ｉｎなどを添加したフィン材とをろ
う付して用いると、フィンよりも亜鉛拡散層の方が電位
か卑であるため、フィンよりも亜鉛拡散層が先に腐食し
、チューブからフィンが離脱してしまうという問題があ
る。

更に、近年、熱交換器の軽量化、コストの低減などの要
求が強く、これに対応するためには熱交換器の構成材料
（作動流体通路構成材やフィン材など）を薄肉化するこ
とが必要となっている。しかしフィン材を薄肉化すると
伝熱断面積が小さくなるために、熱交換性能に支障をき
たすという問題が生じている。

この問題を解決するためには、ろう付は後のフィン材の
熱伝導度を高めることが有効である。

か、Ａ　ｌ−Ｍｎ系合金の芯材の場合、ろう付は時に高
温でＭｎか固溶するため、熱伝導度の低下が著しい。ま
た、熱伝導度を高めるために、純アルミニウム（１０５
０，１０７０など）にＺｎ５Ｓｎｓ　ＩｎあるいはＣｒ
、　Ｔｉｓ　Ｚｒなどを添加したフィン材を使用する試
みも行なわれているが、この場合、耐高温座屈性に劣り
、また熱伝導度は高いもののろう付は後の強度が低いた
めにフィン倒れが生じやすく、問題の根本的な解決には
なっていない。

先に提案した「訃を含有させることなく　Ｆｅを増量含
有させることにより、強度、熱伝導度に優れた熱交換器
フィン材」は、芯材の両面にＡ」−Ｓｉ系ろう材か存在
しないので、押出チューブと組合わせて熱交換器をつく
るのシこは適さない。

本発明はこれらの点を根本的に解決せんとするものであ
る。

［課題を解決するための手段］本発明者らは、種々のアルミニウム合金について検討を
行い、従来のＡｌ−Ｍｎ系合金を芯材とするフィン材に
比べてろう付は後の熱伝導度が大幅に向上し、強度も高
く、犠牲陽極効果および耐高温座屈性にすぐれたブレー
ジングフィン材を見出し、このフィン材と、純アルミニ
ウムまたはＣｕｓ　Ｍｎを含む合金の押出チューブある
いは、これらの押出チューブの表面に亜鉛被覆を施した
押出チューブとを組合せて熱交換器を製作すると、耐食
性および伝熱性にすぐれた熱交換器となることを見出し
、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、下記のとおりである。

（：１）ｒｅ　：　０．８〜１．８％を含み、Ｚｎ　：
　０．３〜３．０％。

Ｊｎ；０．００５〜（１，２％、およびＳｎ：０．０１
〜０．２％のうち１種又は２種以上を含有し、更にＺｒ
：　０．０５〜０．２５％、Ｃｒ　：　０．０５〜０．
２５％の１種または２種を含有し、不純物としてのＭ、
ｎを０．３％以下とし、残部Ａｌ及びその他不可避的不
純物からなるアルミニウム合金を芯材とし、その両面に
Ａｌ−Ｓｉ系ろう材を皮材としてなるブレージングシー
トをもってフィン材を構成し、Ａｌ純度９９％以上のア
ルミニウム合金からなる押出チューブをもって作動流体
通路を構成し、該作動流体通路にフィンをろう付けして
なることを特徴とする耐食性及び伝熱性にすぐれた熱交
換器。

＜２）Ｐｅ　：　０．８〜１．８％を含み、Ｚｎ　：　
０．３〜３．０％ｌｎ：０．００５〜０．２％、および
Ｓｎ：０．０１〜０．２％のうち１種又は２種以上を含
有し、更にＺｒ：０．０５〜０．２５％、　Ｃｒ：　０
．０５〜０．２５％の１種または２種を含有し、不純物
としての財を０．３％以下とし、残部Ａｌ及びその他不
可避的不純物からなるアルミニウム合金を芯材とし、そ
の両面にＡｌ−Ｓｉ系ろう材を皮材としてなるブレージ
ングシートをもってフィン材を構成し、Ｃｕ。

０．５％以下及びＭｎ：０．５％以下の１種または２種
を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミ
ニウム合金からなる押出チューブをもって作動流体通路
を構成し、該作動流体通路にフィンをろう付けしてなる
ことを特徴とする耐食性及び伝熱性にすぐれた熱交換器
。

（３）上記作動流体通路を構成するアルミニウム合金か
らなる押出チューブの表面に１〜２５ｇ７ＭのＺｎ被覆
層を有することを特徴とする請求項（１）記載の耐食性
及び伝熱性にすぐれた熱交換器。

（４）上記作動流体通路を構成するアルミニウム合金か
らなる押出チューブの表面に１〜２５ｇ／ｍ２のＺｎ被
覆層を有することを特徴とする請求項（２）記載の耐食
性及び伝熱性にすぐれた熱交換器。

本発明における各組成の限定理由は以下のとおりである
。

（１）フィン材（ａ）芯材Ｆ　ｅ　：　Ｆｅは合金の強度すなわちろう付は前のフ
ィン材の強度とともにろう付は後の強度を向上させる。

本発明合金はＭｎを含まないた。

めに、強度向上のためには、０．８％以上のＦｅが必要
である。Ｆｅが多いほど強度が向上し、１．０％以上が
望ましい。一方１．８％を超えると鋳造時に粗大な晶出
物が生成し、板材の製造が困難になる。

ＦｅはＭｎと異なり、ろう何時に固溶して熱伝導度を下
げたり電位を責にしたりすることがないので、熱伝導度
および犠牲陽極効果特に亜鉛被覆チューブに対する犠牲
陽極効果にすぐれたフィン材の芯材への添加元素として
適する。

Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ：フィン材の電位を卑にし、犠牲陽極
効果を付与する。特に、Ａｌ−Ｆｅ系合金にこれらの元
素を添加すると効果的に電位か卑になり、裸チューブと
の組合せにおいては防食距離（犠牲陽極効果の到達距。

離）が長くなり、また亜鉛被覆チューブとの組合せにお
いては亜鉛拡散層に対する犠牲陽極効果が良好となる。

下限未満では効果が十分でなく、上限を越えると自己耐
食性が劣化する。

Ｚｒ、Ｃｒ：ＺｒおよびＣ「は耐高温座屈性を向上させ
る。下限未満では効果が十分でなく、上限を越えるとろ
う付後の熱伝導性が低下する。

Ｍｎ：不純物としてのＭｎは、前述のように含有量が多
くなると、熱伝導度が低下するほか電位を責にするので
少ないほうが好ましい。

しかし、その含有量が、０，３％以下であれば許容され
る。

その他の元素では、本発明合金の効果を損わない範囲で
、Ｓｉ、　Ｍｇ、　Ｔｉなどを含んて′もよい。ただし
、いずれも含有量か多くなると熱伝導度が低下する。従
ってＳｉは０．６％以下、Ｍｇは０．２％以下、Ｔｉは
０．０５％以下にすることが望ましい。Ｍｇは、フッ化
物フラックスろう付けを行う場合にはフラックスと反応
するので更に低く、すなわち０．１％以下に抑えること
が望ましい。Ｔｉは鋳造時の結晶微細化のために合金元
素として添加してもよいし、Ａｌ−Ｔｉ−Ｂ微細化剤と
して添加してもよいが、上記の範囲内に抑えることか望
ましい。

また、Ｇａ、　Ｂｉもフィン材の電位を更に卑にし、犠
牲陽極効果を高めるので、添加してもよい。

（ｂ）ろう材ろう材としてはＡｌ−Ｓｉ系合金を用いる。

通常６〜１３％のＳｔを含む合金を用いる。ろう材中の
Ｓｌの一部は、ろう材中に芯材中に拡散（固体拡散）し
、強度向上に寄与する。

また、フィン材全体の犠牲陽極効果を高めるためにろう
材中にＺｎ、　ＩｎあるいはＳｎを添加してもよい。

（２）チューブ材チューブ材としては、Ａｌ純度９９％以上の純アルミニ
ウムか、あるいはＣｕ０．５％以下およびＭｎ０．５％
以下の１種または２種を含み、残部Ａｌおよび不可避不
純物からなるアルミニウム合金を用いる。前者の場合、
Ａｌ純度か９９％未満になると耐食性が低下するので好
ましくない。通常は工業用純アルミニウム１０５０．１
０７０．１１００などが用いられる。一方、後者の場合
、ＣｕおよびＭ　ｎはチューブ材の電位を責にしてフィ
ン材との電位差を大きくし、フィン材の犠牲陽極効果に
よる防食作用を高めるために添加する。この効果はＣｕ
量、Ｍｎ量か多いほど大であるが、一方Ｃｕ量、Ｍｎ１
ｌか各々　０．５％を越えるとチューブ（押出多穴チュ
ーブ）の押出性が低下する。

これらのチューブ（裸チューブ）と上記（本発明）のフ
ィン材を組合せると防食距離か長く、耐食性にすぐれた
熱交換器が得られる。もちろん伝熱性もすぐれている。

また、上記のチューブ材の表面に亜鉛を被覆したチュー
ブも用いられる。この場合ろう何時に亜鉛拡散層が形成
され、チューブが防食される。被覆する亜鉛の量として
は１〜２５ｇ／ｍ　’の範囲が良い。Ｉｇ／ａ　２未満
では防食効＝果が不足し、２５ｇ／ｍ　’を越えると拡
散後の表面亜鉛濃度が高くなり、亜鉛拡散層の腐食が早
く、チューブからフィンが離脱してしまう。

チューブの表面に亜鉛を被覆する方法とじては、溶射、
メツキなどがある。

このような亜鉛被覆チューブと上記（本発明）のフィン
材を組合せると、耐食性か良好でフィンの離脱も生じに
くい良好な熱交換器か得られる。もちろん伝熱性もすく
れている。

Ｕ実施例コ実施例１、　　第１表に示すＡ−Ｈの芯材用合金と、ろう材用合
金４０４５（Ａｌ−１０％Ｓｉ）を溶解、鋳造した。芯
材用合金の鋳塊に均質化処理を施し、これと予め熱間圧
延しておいたろう材とを組合せて、熱間合せ圧延、冷間
圧延、中間焼鈍および仕上げ冷間圧延を行い、０．１３
１１１ｍ　（ろう材クラッド率：両面１０％）のブレー
ジングフィン材Ｎｏ、１〜１８を作製した。次にろう付
は時と同様に窒素ガス中で６００℃×３分間の加熱を行
った後、引張試験、電気伝導度測定を行い、ｐＨ３に調
整した３％ＮａＣ１水溶液中に８時間浸漬後、自然電極
電位を測定した。なお、一般に金属の熱伝導度と電気伝
導度は比例関係にあるので、ここでは熱伝導度に代えて
電気伝導度（２５℃において）を測定した−ものである
。また６００℃×３分間の加熱の後、芯材中へのろうの
侵食状況を断面金属組織により観察−し、ろう付性を判
断した。

以上の結果を第２表に示す。

本発明例Ｎｏ、１〜７の場合、ろう付後の引張強さおよ
び電気伝導度か従来のフィン材Ｎｏ、１８より高く、ろ
う付性も良好であり、自然電極電位も卑であって犠牲陽
極効果にすぐれて−いる。

比較例Ｎｏ、８は芯材中のＦｅか少ないために引張強さ
が低く、Ｎｏ、９４；を逆にＦｅが多いために健全なフ
ィン材が得られていない。

Ｎｏ、１０は芯材中のＺｎ、ＩｎおよびＳｎが少ないた
めに自然電極電位がやや責である。Ｎｏ。

１１はＺｎか多いために電気伝導度かやや低い。

Ｎｏ、１２．１３はＩｎまたはＳｎが多いが、この評価
では不具合が出ていない。

Ｎｏ、Ｌ４は芯材中のＺｒ５Ｃｒか少ないためにろう付
性が不良である。Ｎｏ、１５およびＮｏ、１８はＺｒま
たはＣｒが多いために電気伝導度が低い。

Ｎｏ、ｔ７は芯材中のＭｎが多いために電気伝導度か低
く、自然電極電位もやや卑である。・Ｎｏ１８は３０［
）３＋　Ｚ　ｎ合金を芯材とした従来のフィン材である
が、引張強さかやや低く、電気伝導度か低く、自然電極
電位もやや責である。

第１表ネ３００３にＺｎを添加したちの第２表実施例２実施例１で作製したフィン材をコルゲート加工し、第３
表のａ　−ｄの押出チューブ（亜鉛被覆なし）と組合せ
てフッ化物フラックスろう付し、第１図のような試験片
を作成した。この試験片を４週間の５ＷＡＡＴ試験（Ａ
ＳＴＭ　Ｇ４３）に供し、フィン接合部のチューブの最
大腐食深さ、防食・距離（フィン非接合部で深い孔食が
発生した点からフィン接合部までの最短距離）、フィン
の腐食状況を調べた。

結果を第４表に示す。

本発明例Ｎｏ、１９〜３４の場合、最大腐食深さが小さ
く、防食距離も大きく、フィンの腐食状況も異常ない。

比較例Ｎ　ｏ、３５の場合フィン芯材中のＺｎ、Ｉｎ及
びＳｎか少ないために最大腐食深さか大きく、防食距離
が短い。

Ｎｏ、３６〜３８の場合フィン芯材中のＺ’ｎ、Ｉｎま
たはＳｎが多いためにフィンの消耗が顕著である。

Ｎｏ、３９の場合フィン芯材中のＭｎが多いために防食
距離が短い。

Ｎｏ、４０の場合、フィン芯材を３ｆ）０３．＋　Ｚ　
ｎとしているため防食距離が短い。

第３表第４表実施例３実施例１て作製したフィン材をコルゲート加工し、第３
表のｅ−ｈの亜鉛溶射チューブと組合せてフッ化物フラ
ックスろう付し、第２図のようなサーペンタイン型コン
デンサを作製した。

このコンデンサを４週間のＣＡＳＳ試験（ＪＩＳＤ０２
０１）および４週間の塩水噴霧試験（ＪＩＳ　Ｚ　２３
７１）に供し、チューブの最大腐食深さ、フィンの腐食
試験状況およびフィンのチューブからの離脱状況を調べ
た。

結果を第５表に示す。

本発明例Ｎ　ｏ、４１〜５３の場合、最大腐食深さが少
なく、フィンの腐食状況も異常なく、フィンの離脱も生
じていない。

比較例Ｎｏ、５４〜５９の場合、チューブが亜鉛溶射チ
ューブであるので最大腐食深さが小さいが、Ｎｏ、５４
、Ｎｏ、５８、Ｎ　ｏ、５９においてフィンの離脱か生
し、Ｎｏ、５５〜５７おいてフィンの消耗が顕著である
。

第５表実施例４実施例１て作製したフィン材をコルゲート加工し、第３
表のｂおよびｈの押出チューブと組合せて第３図のよう
なパラレルフロー型コンデンサを作製した。このコンデ
ンサをエアコンシステムに組込み、熱交換量を測定した
。

結果を第６表に示す。

本発明例Ｎｏ、８Ｑ〜６６の場合、従来の組合せで゛あ
る比較例Ｎｏ、７０と比較して熱交換量が増加している
。

比較例Ｎｏ、６７〜６９の場合、フィン材の熱伝導度か
低いために、熱交換量がＮ　ｏ、７０と同程度である。

第６表本比較例Ｎｏ７０の熱交換量を基準とし、それからの増
加分を％表示した。

〔発明の効果コ本発明によると、耐食性および伝熱性にすくれた熱交換
器が提供でき、熱交換器の信頼性向上、小型化、軽量化
に寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）は本発明の効果を試験する試験片の例を示
す正面図、第１図（ロ）は同端面図、第２図は同じく試
験に用いたサーペンタイン製コンデンサの正面図、第３
図は同しく試験に用いたパラレルフロー型コンデンサの
正面図である。 ■・・フィン、２・・・チューブ、　３・ヘッダー。特許出願人　住友軽金属工業株式会社代理人　弁理士　小　松　秀　岳

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｆｅ：０．８〜１．８％（重量％、以下同じ）を
含み、Ｚｎ：０．３〜３．０％，Ｉｎ：０．００５〜０
．２％，およびＳｎ：０．０１〜０．２％のうち１種又
は２種以上を含有し、更にＺｒ：０．０５〜０．２５％
，Ｃｒ：０．０５〜０．２５％の１種または２種を含有
し、不純物としてのＭｎを０．３％以下とし、残部Ａｌ
及びその他不可避的不純物からなるアルミニウム合金を
芯材とし、その両面にＡｌ−Ｓｉ系ろう材を皮材として
なるブレージングシートをもってフィン材を構成し、Ａ
ｌ純度９９％以上のアルミニウム合金からなる押出チュ
ーブをもって作動流体通路を構成し、該作動流体通路に
フィンをろう付けしてなることを特徴とする耐食性及び
伝熱性にすぐれた熱交換器。
（２）Ｆｅ：０．８〜１．８％を含み、Ｚｎ：０．３〜
３．０％，Ｉｎ：０．００５〜０．２％，およびＳｎ：
０．０１〜０．２％のうち１種又は２種以上を含有し、
更にＺｒ：０．０５〜０．２５％，Ｃｒ：０．０５〜０
．２５％の１種または２種を含有し、不純物としてのＭ
ｎを０．３％以下とし、残部Ａｌ及びその他不可避的不
純物からなるアルミニウム合金を芯材とし、その両面に
Ａｌ−Ｓｉ系ろう材を皮材としてなるブレージングシー
トをもってフィン材を構成し、Ｃｕ：０．５％以下及び
Ｍｎ：０．５％以下の１種または２種を含有し、残部Ａ
ｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からな
る押出チューブをもって作動流体通路を構成し、該作動
流体通路にフィンをろう付けしてなることを特徴とする
耐食性及び伝熱性にすぐれた熱交換器。
（３）上記作動流体通路を構成するアルミニウム合金か
らなる押出チューブの表面に１〜２５ｇ／ｍ＾２のＺｎ
被覆層を有することを特徴とする請求項（１）記載の耐
食性及び伝熱性にすぐれた熱交換器。
（４）上記作動流体通路を構成するアルミニウム合金か
らなる押出チューブの表面に１〜２５ｇ／ｍ＾２のＺｎ
被覆層を有することを特徴とする請求項（２）記載の耐
食性及び伝熱性にすぐれた熱交換器。