JPH05112853A

JPH05112853A - アルミニウム合金製熱交換器の製造方法

Info

Publication number: JPH05112853A
Application number: JP3298098A
Authority: JP
Inventors: Takenobu Dokou; 武宜土公
Original assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Current assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Priority date: 1991-10-18
Filing date: 1991-10-18
Publication date: 1993-05-07

Abstract

(57)【要約】【構成】フラックスを用いるろう付け工法にてアルミ
ニウム合金製熱交換器を製造するにあたり、ろう付け加
熱終了後の熱交換器の冷却中に該熱交換器を 400〜 500
℃にて10分〜30時間保持し、その後 200℃以上 400℃未
満の温度範囲を30℃／分以上の冷却速度で冷却するアル
ミニウム合金製熱交換器の製造方法。【効果】アルミニウム合金製熱交換器の部材の熱伝導
性、強度、耐食性が向上し、熱交換器の小型化、軽量化
が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアルミニウム合金製熱交
換器の製造方法に関するものであり、さらに詳しくは熱
効率に優れ、高強度で且つ耐食性に優れたアルミニウム
合金製熱交換器をろう付け工法により製造する方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】自動車
等に使用されるラジエーター等の熱交換器は、例えば図
１に示すように複数本の偏平チューブ(1) の間にコルゲ
ート状に加工した薄肉フィン(2) を一体に形成し、これ
ら偏平チューブ(1) の両端をヘッダー(3) とタンク(4)
とで構成される空間にそれぞれ開口させた構造であり、
一方のタンク側の空間から偏平チューブ(1) 内を通して
高温の冷媒を他方のタンク（4)側の空間に送り、チュー
ブへ(1) 及びフィン(2) の部分で熱交換させることによ
って低温となった冷媒を再び外部に循環させるものであ
る。

【０００３】このような熱交換器のチューブ材及びヘッ
ダー材の材料としては、例えばＪＩＳ３００３（Ａｌ−
0.15wt％Ｃｕ−1.1 wt％Ｍｎ）合金を芯材とし、該芯材
の片面には内張材としてＪＩＳ７０７２（Ａｌ−１wt％
Ｚｎ）合金を、他の片面にはろう付材として通常ＪＩＳ
４０４５（Ａｌ−10wt％Ｓｉ）合金等をクラッドしたブ
レージングシートを用いて上記内張材側を内側、即ち冷
媒が常時触れている側になるように構成している。また
フィン材はコルゲート加工したＪＩＳ３００３合金やこ
れに犠牲効果を与える目的でＺｎ等を含有させた材料が
用いられる。そしてこれらはろう付けにより一体に組み
立てられている。

【０００４】また図２にサーペンタインタイプのコンデ
ンサーを示す。これは熱間又は温間で管状に押し出し成
形したチューブ(5) を蛇行状に折り曲げ、このチューブ
(5)の間にブレージングシートからなるコルゲートフィ
ン(6) を取り付けたものである。なお図中(7) はコネク
ターを示す。

【０００５】このようなコンデンサーの材料としては、
上記チューブにはＪＩＳ３００３合金等を用い、コルゲ
ートフィンにはＪＩＳ３００３合金やこれに犠牲効果を
与える目的でＺｎ等を含有した合金を芯材とし、その両
面にＪＩＳ４０４５合金やＪＩＳ４３４３合金等のろう
付けをクラッドしたものが用いられている。

【０００６】以上の熱交換器等はいずれも 600℃付近の
温度に加熱してろう付けするブレージングにより組み立
てられる。このブレージング法としてはフラックスブレ
ージング法及び非腐食性フラックスを用いたノコロック
ブレージング法等がある。

【０００７】ところで近年熱交換器は軽量・小型化の傾
向にあり、そのため材料の薄肉化が望まれている。しか
し従来の材料で薄肉化を行うと、第１に材料の肉厚の減
少に伴って熱伝導性が低下してしまい熱交換器の熱効率
が低下するといった問題があった。これに対して従来フ
ィン材としてＡｌ−Ｚｒ系合金材料等が開発されている
が、これは強度が低いという新たな問題点がある。又第
２の問題としては薄肉化により強度が不足してしまうこ
とが上げられる。これに対しては高強度合金がいくつか
提案されているが依然充分な強度の合金が得られていな
い。これは高強度合金自体の成分が上記ろう付け性や耐
食性等の観点から制約を受け、さらに製品の最終工程で
600 ℃付近まで加熱されるブレージングがあるため加工
硬化等の強度向上のメカニズムが利用できないためであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明はこれに鑑み種々
検討の結果、熱効率に優れ、高強度且つ耐食性に優れた
アルミニウム合金製熱交換器の製造方法について開発し
たものである。

【０００９】即ち本発明は、フラックスを用いるろう付
け工法にてアルミニウム合金製熱交換器を製造するにあ
たり、ろう付け加熱終了後の熱交換器の冷却中に該熱交
換器を 400〜 500℃にて10分〜30時間保持し、その後 2
00℃以上 400℃未満の温度範囲を30℃／分以上の冷却速
度で冷却することを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】次に本発明を詳細に説明する。先ず本発明で対
象とするろう付け工法としては、ＪＩＳ４０４５，ＪＩ
Ｓ４３４３等のろう材を用いる従来からのフラックスブ
レージング法及びノコロックブレージング法等であれば
よく特に限定するものではない。

【００１１】またろう付け前の組立，洗浄，場合によっ
てはフラックス塗布等は従来通りに行えばよい。即ちろ
う付け加熱を行い、その後冷却過程で 500℃に達するま
では従来の方法で処理すればよい。これは本発明の方法
がろう付け加熱後の処理により熱交換器の特性を向上さ
せるものだからで、それ以前の処理はろう付け性やフィ
ンの潰れ防止等のために既に定められているからであ
る。従って本発明によりろう付け性等のろう付けの際に
付随する特性は悪化することはない。

【００１２】次に本発明における数値限定理由について
説明する。本発明では上記のようにろう付け加熱終了後
の冷却中に、 400〜 500℃にて10分〜30時間の間熱交換
器を保持する。これは本発明の要点の一つであり、発明
者がろう付け加熱中の材料の金属組織変化を鋭意検討し
た結果得られたものである。即ちろう付け加熱は通常 6
00℃付近の温度で行われるが、その際に材料中の合金元
素はかなりの量が固溶してしまう。例えばＪＩＳ３００
３合金の場合は1.0wt％程度のＭｎ、0.025 wt％程度の
Ｆｅ及び全てのＳｉが固溶するまでろう付け加熱での昇
温と保持中に固溶が進行する。従来の熱交換器ではこの
ように合金元素が固溶した材料を用いていたのである。

【００１３】本発明はこのようなろう付け中に固溶した
元素を析出させることで材料の熱伝導性を向上させ、よ
って熱交換器の熱効率を向上させたのである。即ち上記
温度範囲で保持すると材料中の添加元素や不可避的不純
物として含有されている主としてＭｎ, Ｆｅ, Ｓｉが析
出するので材料の熱伝導性が向上し、その結果この処理
を行わない場合と比較して、用いる材料合金により若干
異なるが、熱交換効率は３％程度向上する。

【００１４】本発明ではこのような処理を熱交換器の全
体に対して実施しているので、フィンはもちろん従来熱
伝導性が考慮されていなかった冷媒通路の熱伝導性も向
上するため熱交換器としては熱効率は極めて向上する。

【００１５】ここで上記保持温度を 400〜 500℃と限定
したのは、 500℃を越え、また 400℃未満で保持しても
熱伝導性向上に大きく寄与するＭｎ, Ｆｅ, Ｓｉ等の析
出の進行が遅く、加えて保持時間が10分未満の場合は十
分な析出量が得られないために 400〜 500℃にて10分以
上保持するように定めた。また保持時間を30時間を越え
て保持しても、それ以降の析出は少なく経済性の上で劣
るため保持は30時間以内とする。この場合特に 400℃未
満で保持を行うと、冷媒通路に昇温時に生じた耐食性に
有害な析出相が析出してしまう。そして上記の処理を行
った場合Ｍｎは 0.1wt％、Ｆｅは 0.001wt％程度まで固
溶量が低下し、さらにその際Ｓｉを含有した化合物を析
出するためＳｉ固溶量も低下する。なお上記の本発明で
いう保持とは一定の温度に保つものではなく、 400〜 5
00℃の温度範囲であればどのように変動させても構わな
いものである。

【００１６】さらに本発明では上記温度での保持後に 2
00℃以上 400℃未満の温度範囲の冷却を30℃／分以上の
冷却速度で行う。これは単体Ｓｉ，Ｍｇ系の化合物，Ｃ
ｕ系の化合物が析出するのを防止するためである。これ
らの化合物は 300℃付近の温度で析出しやすいが、いず
れも冷媒通路の耐食性に有害であるため、その析出を抑
えることで耐食性を向上させ、さらにこれらの元素の固
溶効果, 常温時効効果により強度を向上させるものであ
る。

【００１７】ここで冷却速度が30℃／分未満の場合は冷
却中に上記析出が生じて耐食性が低下し、さらに強度向
上に効果がなくなる。また冷却を行う温度範囲を 200℃
以上と定めたのはこれ未満の温度では析出速度が遅いた
め冷却速度が30℃／分未満の徐冷を行ってもあまり析出
が生じないからである。なお従来の平均的な冷却速度は
10℃／分程度であったので特性を減ずる原因となってい
た。

【００１８】上記冷却の方法は炉中空冷，送風空冷，水
冷，ミスト噴霧等いずれでもよく、特に定めない。

【００１９】以上で本発明の製造方法について説明した
が、以下に本発明に係る熱交換器の材料として用いるア
ルミニウム合金について説明する。

【００２０】通常工業的に使用されているアルミニウム
合金には不可避的不純物として、Ｆｅ，Ｓｉが必ず含有
されている。しかしながら本発明では上記のようにＦｅ
やＳｉを析出させるためこのような元素が含有されてい
るアルミニウム合金でも適用可能である。従って合金は
限定しないが、従来のＪＩＳ３００３系合金のＭｎを１
wt％程度含有した合金を使用した場合、Ｍｎの析出によ
る熱効率向上効果が顕著に現れ、またＭｇ，Ｃｕ，Ｓｉ
を添加して強度の向上を狙った材料においても、冷却速
度を規定しているためさらに強度向上が図れる。またＡ
ｌ−Ｚｒ系合金の場合Ｚｒの析出により、さらに熱効率
向上の効果がある。

【００２１】またろう材は上記のように、本発明には影
響与えるものではないので従来より用いられているろう
材を用いればよく、本発明ではいかなる限定も行わな
い。なおフラックス除去や熱交換器への塗装等の工程
は、本発明の後に従来通り行えばよい。

【００２２】

【実施例】次に本発明を実施例により具体的に説明す
る。（実施例１）表１に示す組成からなる板厚0.08mmのフィ
ン材Ａ及びＢ、並びに板厚0.5mm の押し出しチューブ材
Ｃを常法により製造した。（いずれもベア材）また表２に示す組成の合金を芯材とし、その両面又は片
面に表３に示す条件でろう材をクラッドしたブレージン
グシートからなるフィン材Ｄ及びＥ、並びに電縫チュー
ブ材Ｆ及びＧを表３に示す板厚で製造した。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】

【表３】

【００２６】上記の各フィン材及びチューブ材を窒素ガ
ス中にて、50℃／分で昇温して引き続き 600℃で５分間
保持するろう付け加熱条件で処理し、その後冷却過程で
下記表４に示す条件の処理を施した。そして得られた各
板材について耐食性試験，引張試験及び導電率の測定を
行いそれらの結果を表５〜表８に示した。なおフィン材
に対しては引張試験及び導電率の測定のみを行った。

【００２７】耐食性試験は上記処理を完了した後、各チ
ューブ材の表面中央部のみを露出させ、他の面を全てシ
ールして以下の条件で腐食試験を実施した。即ちシール
処理後の各チューブ材を88℃のＡＳＴＭ人工水（100ppm
のＣｌ^-、100ppmのＣＯ^3-及び100ppmのＳＯ^4-を含む水
溶液）中に８時間浸漬した後、室温×16時間放置するサ
イクル試験を90回行う。そしてこのサイクル試験終了後
各チューブ材に対してりん酸・クロム酸混液で腐食生成
物を除去し、その後最大孔食深さを光学顕微鏡を用いて
焦点深度法により求め、さらに腐食部の断面を研磨し、
粒界腐食の発生状況を調べて耐食性を評価した。

【００２８】次に引張試験は上記処理を完了した各板材
を室温にて４日間放置した後測定した。

【００２９】また導電率は20℃にてダブルブリッジ法で
測定した。なお導電率は熱伝導性の指標であり、フィン
の導電率が10％ＩＡＣＳ向上すると熱交換器に熱効率は
２％程度向上するものである。

【００３０】

【表４】

【００３１】

【表５】

【００３２】

【表６】

【００３３】

【表７】

【００３４】

【表８】

【００３５】表５〜表８によれば、本発明法で処理した
場合は従来法によるものと比較して熱交換器のそれぞれ
の部材の特性が全て向上していることが判る。特に導電
率の向上が著しいのが明らかである。これに対して比較
法により得られるフィン材は従来法によるものと比較し
た場合、引張強さは同等であるも導電率が余り向上して
いない。なおフィン材について比較法No.7で処理したも
のは、本発明法によるものと同等の特性を示している
（表５及び表６）が、同じ条件でチューブ材を処理した
場合（表７及び表８）はいずれも耐食性が低下している
ので、これらを組み合わせた熱交換器としての製造には
不適当な条件である。

【００３６】（実施例２）表３に示すチューブ材Ｆ及び
Ｇからそれぞれコイル状の板材を通常の方法により製造
し、該板材を電縫管のサイズに合わせてスリッターして
幅35.0mmの条材とした。この条材を電縫管製造装置を用
いて幅16.0mm, 厚さ2.2mm の通液管用の偏平チューブに
加工した。また表２に示す組成の芯材合金ｆ及びｇの片
面に10％のクラッド率でＪＩＳ７０７２合金をクラッド
した板厚１mmのヘッダープレート材Ｈ及びＩを製造し
た。即ち芯材合金ｆからはプレート材Ｈを、芯材合金ｇ
からはプレート材Ｉを製造した。そしてこれらプレート
材からコイル状板材を製造した後幅60mmにスリッターし
てヘッダープレート用の条材とした。上記偏平チューブ
（チューブ材ＦとＧ）、ヘッダープレート材（ＨとＩ）
及び表１に示すアルミニウム合金フィン材（ＡとＢ）と
を下記表10のように組み合わせて図１に示すラジエータ
ーを組み立てた。

【００３７】このように組み立てたラジエーターは弗化
物系フラックスの10％濃度液を塗布した後窒素ガス中で
30℃／分で昇温し、続いて595℃×10分の条件で加熱を
行ってろう付けした。その後下記表９に示す条件で冷却
し、得られたラジエーターについて次のように熱効率と
耐食性とを調査した。

【００３８】熱効率はＪＩＳＤ１６１８（自動車用冷
房機試験方法）に準じて行い、それぞれ従来法により製
造されたラジエーターの熱効率に対する向上の割合を百
分率で表してその結果を表10に併記した。またこれらラ
ジエーターの耐食性はＣＡＳＳ試験を720 時間行い、偏
平チューブに発生した孔食深さを測定し、最大孔食深さ
の値を表10に併記した。なお最大孔食深さ0.1mm 以下の
場合に耐食性が優れているといえる。

【００３９】

【表９】

【００４０】

【表１０】

【００４１】表10によれば本発明法によるラジエーター
は熱効率及び耐食性の双方に優れていることが判る。こ
れに対して比較法によるラジエーターは熱効率及び耐食
性の両方もしくはいずれか一方が劣っていることが判
る。

【００４２】（実施例３）表１に示すチューブ材Ｃから
製造した押し出し多穴チューブと、表２に示すフィン材
ＤとＥとに塩化物系のフラックスを塗布して表11のよう
に組み合わせ、図２に示すサーペンタインタイプのコン
デンサーのコアを組み立てた。そしてこのコアを（実施
例２）と同様に窒素ガス中で30℃／分で昇温し、続いて
595 ℃×10分の条件で加熱を行ってろう付けした。その
後上記表９に示す条件で冷却し、得られたコアについて
（実施例２）と同様に熱効率と耐食性とを調査した。

【００４３】

【表１１】

【００４４】表11によれば、本発明法によるラジエータ
ーは熱効率と耐食性のいずれも優れているが、これに対
して比較法によるものはこれらの特性の双方もしくは一
方について劣っていることが判る。

【００４５】

【発明の効果】このように本発明によれば、アルミニウ
ム合金製熱交換器部材の熱伝導性，強度及び耐食性につ
いてこれらの特性を向上させる効果があり、熱交換器の
小型化，軽量化が可能となる等工業上顕著な効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ラジエーターの一部を切欠いて示す斜視図であ
る。

【図２】サーペンタインタイプのラジエーターの一部を
切欠いて示す斜視図である。

【符号の説明】

１偏平チューブ２フィン３ヘッダー４タンク５チューブ６コルゲートフィン７コネクター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ２３Ｋ 103:10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フラックスを用いるろう付け工法にてア
ルミニウム合金製熱交換器を製造するにあたり、ろう付
け加熱終了後の熱交換器の冷却中に該熱交換器を 400〜
500℃にて10分〜30時間保持し、その後200℃以上 400
℃未満の温度範囲を30℃／分以上の冷却速度で冷却する
ことを特徴とするアルミニウム合金製熱交換器の製造方
法。