JPH05263202A

JPH05263202A - アルミニウム合金製熱交換器の製造方法

Info

Publication number: JPH05263202A
Application number: JP9022592A
Authority: JP
Inventors: Takenobu Dokou; 武宜土公
Original assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Current assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Priority date: 1992-03-16
Filing date: 1992-03-16
Publication date: 1993-10-12

Abstract

(57)【要約】【目的】ろう付け工法により製造される熱交換器の熱
効率および強度を向上させるアルミニウム合金製熱交換
器の製造方法を提供する。【構成】ろう付け工法にてアルミニウム合金製熱交換
器を製造するに当たり、ろう付け加熱終了後１５０℃以
下に冷却された熱交換器を４００〜５００℃の温度で１
０分以上３０時間以内再加熱し、その後２００℃以上、
４００℃未満の間の温度域の冷却を３０℃／分以上の冷
却速度で行い、さらに、１２０〜２２０℃の温度で３０
分以上４８時間以内の時効処理を行うことを特徴とする
アルミニウム合金製熱交換器の製造方法。

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、ろう付け工法により製造された熱交換器の、熱効率
および強度を向上させるアルミニウム熱交換器の製造方
法を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術およびその課題】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、該偏平チューブ(1) の両端はヘッダー(3) とタ
ンク(4) とで構成される空間にそれぞれ開口しており、
一方のタンク側の空間から偏平チューブ(1) 内を通して
高温冷媒を他方のタンク(4) 側の空間に送り、チューブ
(1) およびフィン(2) の部分で熱交換して低温になった
冷媒を再び循環させるものである。このような熱交換器
のチューブ材およびヘッダー材は例えばＪＩＳ３００３
合金を芯材とし、該芯材の内側、すなわち冷媒に常時触
れている側には犠牲効果を有する内張材としてＪＩＳ７
０７２合金を、そして、該芯材の外側には、通常ＪＩＳ
４０４５等のろう材をクラッドしたブレージングシート
を用いている。また、フィン材はコルゲート加工して用
いられるが、ＪＩＳ３００３やそれに犠牲効果を与える
目的でＺｎ等を含有した合金が用いられている。これら
は、ブレージングにより一体に組み立てられている。

【０００３】また、積層型エバポレーターを図２に示す
が、フィン(5) と冷媒通路(7) 、(7′) を形成するブレ
ージングシートからなる通路構成シート(6) 、(6′) を
交互に積層し、ろう付け接合するもので、フィンには通
常０．１mm前後のものが用いられ、通路構成シートには
板厚０．５mm程度のブレージングシートが用いられてい
る。このようなエバポレーターでは、冷媒通路を外部腐
食から防食するため、ＪＩＳ３００３やそれに犠牲効
果を与える目的でＺｎ等を含有した合金のフィン材が通
常用いられ、冷媒通路にはＡｌ−１％Ｍｎ合金にＣｕ、
Ｚｒ等を必要に応じて添加した合金を芯材とし、その表
面にＪＩＳ４００４やＪＩＳ４３４３等のろう材を
クラッドしている。

【０００４】また、図３はサーペンタインタイプのコン
デンサーであるが、熱間または温間で管状に押し出し成
形した管材(8) を蛇行状に折り曲げ、管材の間にブレー
ジングシートからなるコルゲートフィン(9) を取付けた
ものである。ここで(10)はコネクターを示す。管材には
ＪＩＳ３００３合金等が用いられ、フィンにはＪＩＳ３
００３やそ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、ＪＩＳ４００４やＪＩＳ４３４
３等のろう材を両面にクラッドしている。これらは、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が、ブレージング工法と
しては、真空ろう付け法、フラックスブレージング法、
非腐食性のフラックスを用いたノコロックブレージング
法等が行われる。

【０００５】ところで、近年、熱交換器は軽量・小型化
の方向にあり、そのために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った場合、材料の
肉厚が減少する分熱伝導性が低下し、熱交換器の熱効率
が低下するという問題がある。このため、主にフィン材
としてＡｌ−Ｚｒ系合金の材料等が開発されているが、
強度が低いという問題点がある。また、薄肉化により、
強度が不足してしまう。そのため、高強度合金がいくつ
か提案されているが十分な強度が得られていない。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
等の観点で制約を受け、また、製品の最終工程として６
００℃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。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような状況
に鑑み、熱効率に優れ、高強度でかつ耐食性に優れたア
ルミニウム合金製熱交換器を製造する方法を開発したも
ので、ろう付け工法にてアルミニウム合金製熱交換器を
製造するに当たり、ろう付け加熱終了後１５０℃以下に
冷却された熱交換器を、４００〜５００℃の温度で１０
分以上３０時間以内再加熱し、その後２００℃以上、４
００℃未満の間の温度域の冷却を３０℃／分以上の冷却
速度で行い、さらに、１２０〜２２０℃の温度で３０分
以上４８時間以内の時効処理を行う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である。

【０００７】

【作用】まず、本発明のろう付け工法であるが、ＪＩＳ
４００４やＪＩＳ４３４３、ＪＩＳ４０４５等の
ろう材を用いる従来からの、真空ろう付け法、フラック
スブレージング法、非腐食性のフラックスを用いたノコ
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。これは、本発明はろう付け加熱が完了した熱
交換器を熱処理することで特性を向上させる方法である
ため、それ以前のろう付け自体については関係しないた
めである。したがって、ろう付け前の組み立て、洗浄、
場合によってフラックス塗布等は通常通り行えばよい。
すなわち、ろう付け加熱を行い、その冷却するまでは従
来の方法で行えばよく、ろう付け性の向上、フィンの潰
れ防止等の目的で定められているろう付け条件は特に変
更する必要はない。したがって、本発明により、ろう付
け性等のろう付けに付随する問題は悪化することはない
のである。

【０００８】さて、本発明ではろう付け加熱終了後１５
０℃以下に冷却された熱交換器を再加熱する。ここで、
１５０℃以下に冷却した熱交換器を用いるのは、再加熱
処理の昇温中に析出の核となる金属間化合物を発生させ
るためである。１５０℃を超えた温度から再加熱を行っ
ても、金属間化合物はほとんど発生しないため、１５０
℃以下に冷却された熱交換器を再加熱するものとする。
ここで、１５０℃以下であれば、例えば室温まで冷却し
た熱交換器を用いても差しつかえない。

【０００９】再加熱は４００〜５００℃の温度で１０分
以上３０時間以内とする。これは本発明の要点の一つで
あり、発明者が、熱交換器に再加熱を行った時の特性の
変化を鋭意検討して得られたものである。すなわち、ろ
う付け加熱は６００℃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が固溶してしまう。たと
えば、３００３合金の場合、１．０wt％（以下単に％と
略記）程度のＭｎ、０．０２５％程度のＦｅ、全てのＳ
ｉが固溶するまで、昇温、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。本発明は、このようにろう付け中
に固溶した元素を再加熱により析出させることで、材料
の熱伝導性を向上させ、熱交換器の熱効率を向上させる
方法を得たのである。すなわち、上記温度域で保持を行
うと材料中に添加元素や不可避的不純物として含有され
ている主にＭｎ、Ｆｅ、Ｓｉが析出し、材料の熱伝導性
が向上する。その結果として、この処理を行わない場合
と比較して、用いる材料の合金により若干異なるが、熱
交換器の熱効率は３％程度向上するのである。このよう
に、本発明では、熱交換器全体の加熱時に処理している
ため、フィンはもちろん従来熱伝導性を考慮されていな
かった、冷媒通路の熱伝導性も向上するため、熱交換器
としての熱交換器を極めて向上する。なお、ここで、５
００℃を超えて、或いは４００℃未満で保持を行って
も、熱伝導性向上に寄与が大きいＭｎ、Ｆｅ、析出の進
行は遅く、保持時間が１０分未満では十分な析出量が得
られないので、４００〜５００℃の温度で１０分以上保
持するように定める。また、３０時間を超えて保持を行
っても、それ以降の析出は少なく、経済性の上で劣るの
で、保持は３０時間以内とする。また、特に４００℃未
満で保持を行った場合、冷媒通路に昇温時に生じた耐食
性に有害な析出相が加熱により再固溶しないため、耐食
性が低下する。

【００１０】本発明の処理を行った場合、Ｍｎは０．１
％、Ｆｅは０．００１％程度まで固溶量が低下するが、
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。本発明でいう保持とは一定の温度に保つ
必要はなく、４００〜５００℃の温度範囲であれば、ど
のように変動してもかまわない。

【００１１】さらに本発明では、上記温度での保持後
に、２００℃以上、４００℃未満の間の温度域の冷却を
３０℃／分以上の冷却速度で行う。これは、単体Ｓｉや
Ｍｇ系の化合物やＣｕ系の化合物が析出するのを防止す
るためである。これらの化合物が冷却中に析出すると、
後に行う時効硬化による強度向上が期待できない。ここ
で冷却速度が３０℃／分未満の場合、冷却中に上記析出
が生じ、強度向上効果がない。なお、従来は、平均的な
冷却速度は１０℃／分程度であり、特性を減じる原因と
なっていた。ここで冷却方法は炉中空冷、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。

【００１２】本発明では、上記のように冷却した熱交換
器をさらに、１２０〜２２０℃の温度で３０分以上４８
時間以内の時効処理を行う。これは、特にチューブやプ
レートの強度を向上させることを目的として行う。時効
処理温度、時間は熱交換器に使われている合金によって
若干ことなるが、いずれも１２０℃以上２２０℃以下で
３０分以上４８時間以内とするが、これは１２０℃未満
では温度が低く十分に時効硬化しないためであり、２２
０℃を超えると析出量が多くなりすぎ耐食性を低下する
ためである。また、時間が３０分未満では十分に時効硬
化せず、４８時間を超える処理は経済的でないためであ
る。この時効処理は、上記冷却により室温まで冷却後に
通常行うが、２００℃未満の温度の場合、上記冷却中に
行ってもかまわない。

【００１３】さて、以上本発明の熱交換器の製造方法に
ついて述べたが、本発明の熱交換機の材料として用いら
れるアルミニウム合金について説明する。本発明は、熱
交換器の材料のいずれかの部材に時効硬化型の合金を用
いた場合の製造方法であり、時効硬化型の合金を用いな
い場合、最後の時効処理が無駄になる。通常、熱交換器
に用いられるアルミニウム合金の添加元素の上限は、Ｆ
ｅ：１．２％、Ｓｉ：１．２％、Ｃｕ：１％、Ｍｎ：
２．０％、Ｍｇ：２．５％、Ｃｒ：０．３％、Ｚｒ：
０．３％、Ｔｉ：０．３％、Ｎｉ：０．５％、Ｚｎ：
３．０％、Ｉｎ：０．３％、Ｓｎ：０．３％である。こ
れらは各部材の種類や組み立てられる熱交換器の種類等
によって添加されたり、なされなかったりする。本発明
においては熱交換器の部材のいずれかに、上記上限を超
えない範囲の合金で、Ｃｕ：０．３％以上、Ｍｇ：０．
１％以上、の少なくとも一方を含有したアルミニウム合
金を使用する。ＣｕまたはＭｇは時効硬化により合金の
強度を向上させる元素であり、これらのいずれかが含有
した合金でないと、本発明の最後の時効処理が無駄にな
る。このような、時効硬化性を有する合金は熱交換器の
部材のうちチューブ等の冷媒溶液の通路となる部材に使
われることが多い。

【００１４】ところで、本発明では４００〜５００℃の
温度での熱処理により、熱交換器の全ての部材の熱伝導
性が向上する。これは、工業的に用いられるアルミニウ
ム合金には、不可避的不純物として、Ｆｅ、Ｓｉが必ず
含有され、本発明はＦｅ、Ｓｉの析出をさせるため、ど
のようなアルミニウム合金材料を用いても適用できる方
法である。さらに、１２０〜２２０℃の温度での時効処
理では熱伝導性は低下しない。したがって、本発明では
上記の時効硬化用の合金をいずれかの部材に用いれば、
他の部材では合金を限定しないが、従来の３００３系の
Ｍｎを１％程度添加した合金で本発明を用いた場合、Ｍ
ｎの析出による熱効率向上効果が顕著である。また、Ａ
ｌ−Ｚｒ系合金の場合、Ｚｒの析出効果により、熱効率
向上効果がある。

【００１５】また、ろう材は上記のように本発明には影
響を与えるものではないので、従来より用いられている
Ａｌ−Ｓｉ系やＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のろう材を用いれば
よく、本発明ではろう材に関する限定を一切行わない。
なお、本発明の後にフラックス除去や塗装等の工程は従
来通り、行えばよい。

【００１６】

【実施例】以下に実施例により本発明を具体的に説明す
る。〔実施例１〕表１に示す組成のアルミニウム合金フィン
材とチューブ材およびヘッダープレート材と組合せ図１
に示すラジエーターを組み立てた（組合わせは表３）。
チューブ材は、表１に示す板厚０．４mmのコイル状板材
を通常の方法により製造し、コイル状板材は電縫管のサ
イズに合わせスリッターして３５．０mmの条材にした。
この条材を電縫管製造装置を用い、幅１６．０、厚さ
２．２mmの通液管用の電縫管に加工した。また、同一の
構成の板厚１．０mmのコイル状板材を幅６０mmにスリッ
ターしてヘッダー用の条材とした。組み立てられたラジ
エーターは、弗化物系フラックスの１０％濃度液を塗布
し、Ｎ₂ガス中で通常の条件で加熱を行い、ろう付けし
た。その後、表２に示す条件で再加熱を行った。材料お
よび加熱条件の組合せを表３に示す。得られたラジエー
ターについて、熱効率と耐食性について調査した。熱効
率については、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熱交換
器の熱効率に対する向上の割合を表３に記した。また、
フィン材とチューブ材をそれぞれ同時に加熱し、強度を
測定した。結果を表３に示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】

【表３】

【００２０】表３から明らかなように本発明法により製
造した本発明例No．１〜３、９〜１１は従来例に比較し
て熱効率に優れている。さらに、チューブ材において強
度の向上効果が顕著である。これに対し比較法で製造し
た比較例No．４〜７、１２〜１５は、熱効率向上の効果
がみられず、チューブ材の強度も向上していないことが
判る。

【００２１】〔実施例２〕表１に示す組成のアルミニウ
ム合金フィン材と表１に示す組成のプレート材を組み合
わせ、図２に示すコアを組み立て、通常の条件で真空ろ
う付けを行った。その後表２に示す条件の再加熱を行っ
た。これらの組合せを表４に示す。得られた熱交換器に
ついて、熱効率について調査した。結果を表４に示す。
また、フィン材とプレート材をそれぞれ同時に加熱し、
強度を測定した。結果を表４に示す。

【００２２】

【表４】

【００２３】表４から明らかなように本発明法により製
造した本発明例No．２１〜２３、２９〜３１は従来例と
比較して熱効率に優れて、プレート材の強度も高い。こ
れに対し比較法により製造した比較例No．２４〜２７、
３２〜３５は、熱効率向上の効果が見られず、プレート
材の強度も向上していないことが判る。

【００２４】〔実施例３〕表１に示す組成のアルミニウ
ム合金フィン材と表１に示す組成の押し出し多穴チュー
ブに塩化物系のフラックスを塗布し、図３に示すコアを
組み立て、通常の条件でろう付けを行った。その後表２
に示す条件の再加熱を行った。これらの組合せを表５に
示す。得られた熱交換器について、熱効率について調査
した。結果を表５に示す。また、フィン材とチューブ材
をそれぞれ同時に加熱し、強度を測定した。結果を表５
に示す。

【００２５】

【表５】

【００２６】表５から明らかなように、本発明法により
製造した本発明例No．４１〜４３、４９〜５１は従来例
と比較して熱効率に優れて、チューブ材の強度も高い。
これに対し比較法により製造した比較例No．４４〜４
７、５２〜５５は熱効率の向上効果が見られずチューブ
材の強度も向上していないことが判る。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように本発明アルミニウム合
金製熱交換器の製造方法で熱交換器を製造した場合、部
材の熱伝導性、強度の向上効果があり、熱交換器の小
型、軽量化が可能であり、工業上顕著な効果を奏するも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】ラジエーターを示す一部断面の斜視図。

【図２】積層型エバポレーターを示す一部断面の斜視
図。

【図３】積層型エバポレーターを示す一部断面の斜視
図。

【符号の説明】

１偏平チューブ２薄肉フィン３ヘッダー４タンク５フィン６、６′通路構成シート７、７′冷媒通路８管材９コルゲートフィン１０コネクター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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当たり、ろう付け加熱終了後１５０
℃以下に冷却された熱交換器を、４００〜５００℃の温
度で１０分以上３０時間以内再加熱し、その後２００℃
以上、４００℃未満の間の温度域の冷却を３０℃／分以
上の冷却速度で行い、さらに、１２０〜２２０℃の温度
で３０分以上４８時間以内の時効処理を行うことを特徴
とするアルミニウム合金製熱交換器の製造方法。