JPH06106336A

JPH06106336A - 積層型熱交換器のプレートおよび該プレートを用いた積層型熱交換器の製造方法

Info

Publication number: JPH06106336A
Application number: JP25437992A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Iwai; 一郎岩井; Shoichi Sato; 昭一佐藤; Tatsuo Otsuka; 達雄大塚
Original assignee: Showa Aluminum Corp
Current assignee: Showa Aluminum Can Corp
Priority date: 1992-09-24
Filing date: 1992-09-24
Publication date: 1994-04-19

Abstract

(57)【要約】【目的】積層型熱交換器のプレートおよび外プレート
を用いた積層型熱交換器の製造方法において、ろう付
性、外観品質、表面処理性の向上およびろう付工程の簡
略化を目的とする。【構成】アルミニウムからなる芯材１の両面にろう材
層としてのライナー材２がクラッドされたプレート４と
フィン１２とを組み立て、この組み立て物を加熱してろ
う付接合する積層型熱交換器を製造する。そして前記プ
レートを形成するライナー材２が、Ａｌ、Ｓｉおよびフ
ッ化物系フラックスを含み、フッ化物系フラックスを除
く元素の合計含有量に対してＳｉ含有量が５〜１５wt％
であり、かつフラックスを除く元素の合計とフッ化物系
フラックスとが重量比で９８：２〜８８：１２の割合で
配合され、かつ密度が理論値の９０％以上である材料を
もって形成され、さらに該ライナー材２の厚さが各面に
おいて２０μｍ以上に規定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種積層型熱交換器の
構成部材として使用される積層型熱交換器のプレートお
よび、該プレートを用いた積層型熱交換器の製造方法に
関するものである。

【０００２】なお、本明細書において、アルミニウムの
語はアルミニウムおよびその合金を含む意味で使用され
る。

【０００３】

【従来の技術】一般に、エバポレータ、オイルクーラ
ー、インタークーラー等に用いられる積層型熱交換器
は、アルミニウム材からなるプレートとフィンとをろう
付接合することにより製造される。近年、地球環境の保
全のためにフィンによる陰極の腐食を防ぐ必要性から、
積層型熱交換器の製造においても使用材料やろう付方法
が改良されている。例えば、ＪＩＳＡ３００３Ａｌ合金
の両面にＪＩＳＡ４０４５Ａｌ合金をクラッドしたＡｌ
ブレージングシートをプレート材として用い、ＪＩＳＡ
３２０３Ａｌ合金にＺｎを添加したものをフィン材とし
て用い、所要形状にプレス加工したプレートおよびとフ
ィンを、各接合部に塗布等により弗化物系フラックスを
供給した後、窒素雰囲気中でろう付し、熱交換器を製造
している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、接合部
が非常に多い積層型熱交換器を前述されたようなろう付
け法によって接合するに際しては、フラックスの塗布に
手間がかかるとともに、塗布量にばらつきが生じやすく
塗布量の少ない部分では酸化膜の形成によりろう付性が
低下し接合強度に問題が生じる。また、接合部に十分な
フラックスを塗布するためにはフラックスを大量に使用
せざるを得ないが、過剰量のフラックスがろう付後にも
ろう付品表面に残留してろう付品の外観品質や表面処理
性の低下させるという問題点や、過剰のフラックスがろ
う付炉内や治具を汚染したり損傷してこれらのろう付設
備の寿命が短くなるという問題点が生じる。さらに、プ
レート内部は組み立て前にフラックスを塗布しなければ
ならないため、ろう付作業の手順の自由度が低下する。

【０００５】本発明は、これらの問題点を解決すること
を目的として、ろう付性、外観品質、表面処理性に優れ
るとともに、ろう付工程を簡略化できる積層型熱交換器
のプレートおよび該プレートを用いた積層型熱交換器の
製造方法を提供しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本願第１の発明である積
層型熱交換器のプレートは、前述されたような目的を達
成するために、アルミニウムからなる芯材（１）の少な
くとも片面にろう材層としてのライナー材（２）がクラ
ッドされた積層型熱交換器のプレートにおいて、前記ラ
イナー材（２）が、Ａｌ、Ｓｉおよびフッ化物系フラッ
クスを含み、フッ化物系フラックスを除く元素の合計含
有量に対してＳｉ含有量が５〜１５wt％であり、かつフ
ラックスを除く元素の合計とフッ化物系フラックスとが
重量比で９８：２〜８８：１２の割合で配合され、かつ
密度が理論値の９０％以上である材料をもって形成さ
れ、さらに該ライナー材（２）の厚さが片面において２
０μｍ以上に規定されていることをを特徴とするもので
ある。

【０００７】ところで、図３に示されているように、一
般的な積層型熱交換器（１０）は、水平状態でかつ上下
方向に配置された複数枚の板状チューブエレメント（１
１）および、隣接するこれらのチューブエレメント（１
１）（１１）間に介在されたフィン（１２）を基本構成
としている。前記チューブエレメント（１１）は、中間
部に熱交換媒体通路である偏平管部（１３）を有すると
ともに、一端あるいは両端に該偏平管部（１３）に連通
し膨出高さを相対的に大となされたタンク部（１４）を
有し、かつ隣接するチューブエレメント（１１）のタン
ク部（１４）同士がろう付一体化されている。そして、
このチューブエレメント（１１）は、図２に示されてい
るように、一面が開口した上下一対の皿状のプレート
（４）（４）からなるものである。

【０００８】すなわち、図３に示されているように、各
プレート（４）は、中間部にチューブエレメント（１
１）の偏平管部（１３）形成用の偏平膨出部（４ａ）を
有するとともに、該偏平膨出部（４ａ）の両端にチュー
ブエレメント（１１）のタンク部（１４）形成用の膨出
高さを相対的に大とした膨隆部（４ｂ）を有し、かつ膨
隆部（４ｂ）に複数個の熱交換媒体流通孔（４ｃ）を有
する。さらに、プレート（４）の周縁部には所定幅の平
坦な接合面（５）が形成されている。なお、図２におい
て、符号（６）は偏平膨出部（４ａ）の両側縁を接合面
（５）に連続して樋状に折曲されることにより形成され
た結露水集受溝、（７）は結露水集受溝（６）の立上が
り側壁（８）に連続して形成された水平突出縁、（９）
は膨隆部（４ｂ）周縁において接合面（５）に連続して
形成された突縁である。本発明のプレートはこのような
一般形状を有するものであり、通常板材やシート材をプ
レス加工して製作される。例えば、図１に示されている
ように、芯材（１）に表面に所定組成のライナ−材
（２）をクラッドしたＡｌブレージングシート（３）か
ら製作することが好ましい。なお、プレートの形状は図
示のものに限定されるものではない。

【０００９】また、本願の第２の発明である積層型熱交
換器の製造方法は、第１の発明であるプレート（４）を
使用し、各２枚のプレート（４）（４）を組み合わせて
複数のチューブエレメント（１１）を形成するとともに
これらのチューブエレメント（１１）を積層配置し、さ
らにこれらのチューブエレメント（１１）（１１）間に
フィン（１２）を介在配置して積層型熱交換器を組み立
て、次いでこの組み立て物を加熱してろう付接合するこ
とを要旨とする。

【００１０】前記プレート（４）のライナー材（２）に
おいて、ＡｌとＳｉとは、アルミニウム接合用のろう材
として機能するものであるが、フッ化物系フラックスを
除く元素の合計含有量に対してＳｉ含有量が５wt％未満
の場合、あるいは１５wt％を越える場合には液相線温度
が高くなりろう付が困難となる。従って、Ｓｉ含有量は
フラックスを除く元素の合計値に対して５〜１５wt％の
範囲に規定されなければならない。特に好ましいＳｉの
含有範囲は８〜１２wt％である。

【００１１】また、前記フッ化物系フラックスの種類は
特に限定されるものではなく、例えば４５．８％ＫＦ−
５４．２％ＡｌＦ_３の共晶組成ないしはこれに近い組成
範囲を含んで実質的に錯体化された錯体混合物、ＫＡｌ
Ｆ_４，Ｋ_２ＡｌＦ_５，Ｋ_３ＡｌＦ_６の錯体物等を用いる
ことができる。

【００１２】前述されたようなプレート（４）のライナ
ー材（２）組成において、フッ化物系フラックスを除く
元素の合計とフッ化物系フラックスとが重量比で９８：
２〜８８：１２の範囲に規定されなければならない。フ
ッ化物系フラックスが９８：２よりも少なくなると十分
なフラックス効果が発現せずろう付が困難となる。一
方、８８：１２を超えてフッ化物系フラックスが多くな
ると、芯材（１）へのクラッド時やライナ−材（２）を
クラッドしたＡｌブレージングシート（３）からプレス
加工等によってプレート（４）を成形する時にライナー
材（２）が割れたり、さらにはろう材成分およびフラッ
クス成分を混合しての固形化が困難となりライナー材
（２）そのものの製造が困難となるからである。フッ化
物系フラックスを除く元素の合計とフッ化物系フラック
スとの好ましい割合は重量比で９８：２〜８８：１２で
あり、特に好ましくは９５：５〜９０：１０である。

【００１３】前記ライナー材（２）は、一般には、Ａｌ
粉末、Ｓｉ粉末、フラックス粉末を混合し、熱間プレス
等により圧粉固形化して製造される。通常、ライナー材
（２）の密度は内部空気の残留によりＡｌ、Ｓｉ、フラ
ックス単体のそれぞれから計算される理論値よりも小さ
くなるが、本発明においては、理論値に対して９０％以
上でなければならない。ライナー材（２）密度が９０％
未満では、前記材料粉末が固形化しているものの、内部
までポアが連通して脆いものとなっている危険性があ
り、その後の二次加工や芯材（１）とのクラッド加工等
も困難で実際上ライナー材としての機能が劣るものとな
る。特に好ましくは、ライナー材（２）の密度はこれを
理論値の９５％以上とするのが良い。また、ろう材組織
を緻密化するために、各材料粉末を微粉砕しておくのが
好ましく、Ａｌ粉末は平均粒径４４μｍ以下、Ｓｉ粉末
は平均粒径５μｍ以下、フラックス粉末は平均粒径１５
μｍ以下が好ましい。なお、ライナー材（２）の出発材
料として必ずしもＡｌ、Ｓｉ等を単体で用いなければな
らないものではなく、Ａｌ−Ｓｉ系合金等の合金粉末を
用いても良く、またこれらを併用しても良い。

【００１４】前記芯材（１）の少なくとも片面にクラッ
ドされたライナー材（２）の厚さは、片面において２０
μｍ以上確保しなければならない。ライナー材（２）の
厚さが２０μｍ未満ではろう付に必要なろう材が不足
し、ろう付困難となるからである。特に好ましくは、ラ
イナー材（２）の厚さを各面において５０μｍ以上確保
するのが良い。また、前記芯材（１）の組成は特に限定
されることはなく、従来の積層型熱交換器のプレート材
として用いられていた材料を用いれば良く、例えばＡ３
００３、３００５等の３０００系合金や、Ａ６９５１等
の６０００系合金を用いれば良い。さらに、Ａｌブレー
ジングシート（３）の製造は、板状芯材（１）と上記に
より得た板状のライナー材（２）とを熱間にて圧接すれ
ば良く、要すればさらに熱間圧延、冷間圧延を施して所
要の厚さとすれば良い。

【００１５】

【作用】本発明の積層型熱交換器のプレート（４）は芯
材（１）にフラックスが含有されたろう材層としてのラ
イナー材（２）がクラッドされているために、プレート
（４）およびフィン（４）の組み立て物のろう付時に
は、プレート（４）にクラッドされたのライナー材
（２）の溶融に伴い、接合部にはろう材とフッ化物系フ
ラックスとが同時に供給される。その結果、接合部表面
の酸化膜が除去され、ろう材が濡れ拡がって、フラック
スを別途塗布した場合と同様に、プレート（４）−プレ
ート（４）間およびプレート（４）−フィン（１２）間
において良好かつ強固なろう付接合が達成され、積層型
熱交換器が製造される。従って、フラックスを別途塗布
する必要はもはやなくなる。しかも、積層型熱交換器が
大型化して接合部数がどんなに増加しても、プレート
（４）およびフィン（１２）の組み立ての手間が増える
だけで、ろう付そのものの手間が増えることはない。

【００１６】さらに、各接合部には一定量のフラックス
が供給されるため、フラックスの過剰供給によるろう付
後の残留フラックスもない。

【００１７】

【実施例】次に、本発明の積層型熱交換器のプレートお
よび該プレートを用いた積層型熱交換器の製造方法の具
体的実施例について、図面を参照しつつ説明する。

【００１８】先ず、積層型熱交換器のプレートを製作す
るために、図１に示されているような芯材（１）の両面
のライナ−材（２）がクラッドされたＡｌブレージング
シート（３）を製作した。

【００１９】前記ライナー材（２）の出発材料として、
平均粒径４４μｍのＡｌ粉末、平均粒径５μｍのＳｉ粉
末および平均粒径１５μｍの４５．８％ＫＦ−５４．２
％ＡｌＦ_３の共晶粉末を使用した。先ず、これらの材料
粉末を表１に示されているような各比率となるように混
合比率を変えて室温で均一に混合して、各材料が所期の
ライナー材（２）の組成割合で均一に混合された混合粉
末を調製した。次に、前記Ａｌ、Ｓｉ、弗化物系フラッ
クスの混合粉末を外径３インチ×長さ２００mmの円筒形
のＪＩＳＡ１１００合金製の容器に充填し、この容器を
５００℃の炉中に配置し、炉内を１mmHg以下の真空にし
て充填された混合粉末を脱ガスした。さらに、４８０℃
で熱間プレスを用いて最大圧力４００トンにて熱圧成形
したところ、成形体は前記容器に圧着されて一体化する
とともに、高さが１１０mmとなった。そして、この成形
体の外側に圧着している容器を切削除去した後、熱間押
出機により５００℃にて厚さ２mm×幅５０mmの押出し、
平板状のライナー素材を得た。

【００２０】続いて、ＪＩＳＡ３００３合金からなり１
５mm×幅５０mm×長さ２００mmの芯素材の両面に、５０
０℃の熱間で前記平板状のライナ−素材を圧接し、この
圧接材を熱間圧延により厚さ３mmとし、さらに冷間圧延
により厚さ０．６mmとした。次いで、この圧接圧延材を
３５０℃×２時間焼鈍して、芯材（１）の両面に厚さ約
６０μｍのライナー材（２）がクラッドされたＡｌブレ
ージングシート（３）のＯ材を得た。

【００２１】さらに、前記Ａｌブレージングシート
（３）をプレス加工して図２に示されているような形状
のプレート（４）を複数枚得た。このプレス加工におけ
るライナー材（２）の割れの発生を目視によって観察す
るとともに、良好にプレス加工が可能であったＡｌブレ
ージングシート（３）については、そのライナー材
（２）の密度を求め、出発材料を基に計算された理論密
度と比較した。これらの結果を表１に示す。

【００２２】次いで、図２に示されているように、良好
にプレス加工された各Ｎｏ．のプレート（４）を２枚を
合わせてチューブエレメントを形成し、さらにこのチュ
ーブエレメントを複数層に積層するとともに各チューブ
エレメント間の空間にＪＩＳＡ３０３２合金からなるフ
ィン（４）を介在配置して積層型熱交換器を組み立て
た。さらに、この組み立て物をＮ_２雰囲気中で６００℃
×１０分間加熱してプレート（４）およびフィン（１
２）をろう付接合し積層型熱交換器を完成させた。ろう
付後、ろう材の拡がりを観察してそのろう付性について
評価した。その試験結果を表１に併せて示す。

【００２３】

【表１】表１から明らかなように、本発明にかかる成分組成のラ
イナー材がクラッドされたＡｌブレージングシート（Ｎ
ｏ．４、６、９）から製作されたプレート（４）を用い
た積層型熱交換器は、フラックスを別途供給しなくても
プレート（４）とプレート（４）および、プレート
（４）とフィン（１２）が良好にろう付され得ることを
確認できた。一方、ライナー材（２）組成において、Ｓ
ｉまたはフラックス含有量が本発明の範囲よりも多い比
較例（Ｎｏ．２、７、１０、１１）は、いずれもプレス
加工時にライナー材（２）が割れてしまい、ろう付性を
評価するに至らなかった。また、Ｓｉまたはフラックス
含有量が本発明の範囲よりも少ない比較例（Ｎｏ．１、
３、５、８）は、プレート形状に成形することはできた
が、いずれもろう付性の悪いものであった。

【００２４】なお、本実施例で使用したフラックスを含
有するライナー材（２）の製作に際して、ろう材材料の
混合粉末を充填する容器材としてろう材とは異なる組成
を有するＡ１１００合金を使用したが、ろう材組成また
はフラックスを除いたものと実質的に同一の組成の合金
で形成しても良い。このような容器を使用すれば、本実
施例と同様の方法で熱間成形して、熱圧成形体から容器
部分を除去することなく押出成形することができる。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、本発明の積層型熱交換器
のプレートは、芯材の少なくとも片面にフラックス成分
を含有するろう材層であるライナー材がクラッドされて
いる。そのため、このようなプレートを使用することに
より、プレート−プレート間およびプレート−フィン間
の接合部に、フラックスを別途供給しなくてもろう材と
ともに適正量のフラックスを均一に供給して、良好なろ
う付接合を達成でき、接合強度に優れた積層型熱交換器
を製造できる。このため、従来のろう付法において不可
欠であったフラックス塗布の手間が全く不要となり、ろ
う付工程を簡略化し生産性の向上を図ることができる。
特に、接合部の数の多い大型の積層型熱交換器の製造工
程においても、プレートおよびフィンの組み立ての以外
の手間が増えることがないため、ろう材およびフラック
スの同時供給によるろう付工程の簡略化の効果は大き
い。

【００２６】また、従来のフラックスを塗布する方法で
はプレートおよびフィンの組み立て以前にしかフラック
スを供給できなかった部分にも、ライナー材の溶融とと
もにフラックスを供給できるようになり、ろう付作業に
おける手順の制限が緩和される。

【００２７】さらに、フラックスを大量に使用しなくて
も必要かつ適正な量のフラックスを接合部に供給できる
ことから、フラックスの過剰供給による残留フラックス
に起因する製品の外観品質および表面処理性の低下の問
題、ろう付炉内や治具の汚染や損傷の問題等も回避でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例に使用されるＡｌブレージングシート
の断面図である。

【図２】本実施例における積層型熱交換器の組み立て方
法を示す要部分解図である。

【図３】本実施例における積層型熱交換器の正面図であ
る。

【符号の説明】

１…芯材２…ライナー材４…プレート１１…チューブエレメント１２…フィン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウムからなる芯材（１）の少な
くとも片面にろう材層としてのライナー材（２）がクラ
ッドされた積層型熱交換器のプレートにおいて、前記ライナー材（２）が、Ａｌ、Ｓｉおよびフッ化物系
フラックスを含み、フッ化物系フラックスを除く元素の
合計含有量に対してＳｉ含有量が５〜１５wt％であり、
かつフラックスを除く元素の合計とフッ化物系フラック
スとが重量比で９８：２〜８８：１２の割合で配合さ
れ、かつ密度が理論値の９０％以上である材料をもって
形成され、さらに該ライナー材（２）の厚さが片面にお
いて２０μｍ以上に規定されていることを特徴とする積
層型熱交換器のプレート。
【請求項２】各２枚のプレート（４）（４）を組み合
わせて複数のチューブエレメント（１１）を形成すると
ともにこれらのチューブエレメント（１１）を積層配置
し、さらにこれらのチューブエレメント（１１）（１
１）間にフィン（１２）を介在配置して積層型熱交換器
を組み立て、次いでこの組み立て物を加熱してろう付接
合する積層型熱交換器の製造方法において、前記プレート（４）が請求項１に記載のプレートである
ことを特徴とする積層型熱交換器の製造方法。