JPH0765876B2 - 熱交換器用アルミニウム合金製コア - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、熱交換器用アルミニウム合金製コアに係
り、詳しくは、コアを構成する管体が高い耐食性を有
し、且つ、管体が押出し加工等によつて容易に製造する
ことができる、耐食性および加工性に優れたアルミニウ
ム合金製コアに関するものである。

〔従来の技術〕

アルミニウム合金は軽量であることに加えて、耐食性、
熱伝導性および加工性等に優れているので、自動車のエ
アコン用コンデンサーやエバポレータなど各種の熱交換
器に、アルミニウム合金製熱交換器が用いられている。

アルミニウム合金製熱交換器は１対のタンクと１対のタ
ンク間に設けたコアとからなつており、コアは管体と管
体の外面に設けたフイン体とからなつている。コアのフ
イン体は、Mnを含有したアルミニウム合金製の芯材の両
面に、少なくともSiを含有したAl−Si系アルミニウム合
金製のろう材を貼合せて、蛇行する波板に成形されてい
る。コアは、管体の外面にフイン体を配置して、真空中
または窒素ガス雰囲気中で加熱することにより、フイン
体の、管体の外面と接触するろう材を利用してフイン体
を管体の外面にろう付けし、形成される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、従来、アルミニウム合金製コアを備えた熱交
換器を、海岸地域や冬期に路上に凍結防止材をまく地域
などで使用した場合に、塩中の塩素イオンによる腐食の
被害を受け、コアの管体に孔食により貫通孔を生じるな
どの問題があつた。

このような問題をなくすために、耐孔食性に優れたAl−
Mn系のアルミニウム合金、例えばJIS A 3003合金で、コ
アの管体を製造することも試みられている。しかし、こ
のアルミニウム合金はマンガンを約1wt％も含有してい
るために、管体への押出し加工性に劣り、管体の生産性
が低い難点があった。特に、熱交換性能を向上させるた
めに管内面に多数の凹凸を形成した、所謂インナーフイ
ン付きの管体の場合には、押出し加工によつて製造する
ことが困難であつた。

この発明は、上述の現状に鑑み、コアを構成する管体が
高い耐食性を有し、海岸地域など塩による腐食環境下で
管体に孔食による貫通孔を容易に生じることがなく、そ
して、管体が押出し加工等によつて容易に製造すること
ができる、耐食性および加工性に優れた熱交換器用アル
ミニウム合金製コアを提供することを目的とするもので
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明においては、 Mnを含有したアルミニウム合金製の芯材に、少なくとも
Siを含有したアルミニウム合金製のろう材を貼合せてな
るフィン体を、押出し加工によって調製されたアルミニ
ウム合金製の管体にろう付けして形成した、熱交換器用
アルミニウム合金製コアにおいて、 前記押出し加工によって調製された管体を構成するアル
ミニウム合金は、 Mn:0.05〜0.50wt％、 Mg:0.05〜0.50wt％、 Cu:0.05〜0.30wt％、 必要に応じて、 Bi:0.01〜0.15wt％ Alおよび不可避不純物：残部 からなつており、そして、 前記芯材を構成するMnを含有したアルミニウム合金は、
更に、 Zn:0.1〜1.5wt％ を含有していることを特徴とする構成とすることによつ
て、従来技術の問題点を解決するものである。

以下、この発明の熱交換器用アルミニウム合金製コアに
ついて詳述する。

この発明においては、熱交換器のコアの管体を構成する
アルミニウム合金の成分組成、並びに、コアのフイン体
の芯材を構成するMnを含有したアルミニウム合金中に更
に含有させる成分およびその含有量を、上記のように定
めることによつて、管体を押出し加工等によつて容易に
製造可能とし、また、管体自体の耐食性を増大させ、且
つ、フイン体の犠牲陽極作用による管体の電気化学的な
耐食性をより大きく発揮させて、管体を高い耐食性が付
与されたものとするものである。

管体を構成するアルミニウム合金の成分組成の限定理由
は、次の通りである。

Mn:Mn（マンガン）には、アルミニウム合金中に不可避
的に含有される耐食性を阻害するFeやSiを、Al−Mn−Fe
やAl−Mn−Siの化合物の形で吸収すると共に、アルミニ
ウム合金のマトリツクス中に固溶し、これによつて、ア
ルミニウム合金製の管体自体の耐食性を増大させ、ま
た、管体を電気化学的に貴にすることによつて、管体を
フイン体に体してより貴にし、これによつて、フイン体
の犠牲陽極作用による管体の電気化学的な耐食性を増大
させる効果がある。Mnの含有量が0.05wt％未満では、上
記効果は小さく、後述するMg等による管体自体の耐食性
増大等を考慮しても、塩による腐食環境下で孔食による
貫通孔が容易に生じないような、所望の高い耐食性を管
体に得ることはできない。一方、Mnの含有量が0.50wt％
を越えると、アルミニウム合金の管体への押出し加工性
が劣化し、管体を押出し加工によつて製造することが容
易でなくなる。従つて、Mnの含有量は0.05〜0.50wt％と
する。

Mg:Mg（マグネシウム）には、アルミニウム合金製の管
体自体の耐食性を増大させる効果がある。特に、腐食形
態を全面腐食型とすることにより、孔食に基づく貫通孔
発生を防止する。Mgの含有量が0.05wt％未満では、上記
効果は小さく、Mn等による耐食性増大を考慮しても、管
体に所望の高い耐食性を得ることはできず、一方、0.50
wt％を越えると、アルミニウム合金の管体への押出し加
工性が劣化し、管体を押出し加工によつて製造すること
が容易でなくなる。従つて、Mgの含有量は0.05〜0.50wt
％とする。

Cu:Cu（銅）には、Mnと同様に、アルミニウム合金製の
管体を電気化学的に貴にすることによつて、管体をフイ
ン体に対してより貴にし、これによつて、フイン体の犠
牲陽極作用による管体の電気化学的な耐食性を増大させ
る効果がある。Cuの含有量が0.05wt％未満では、上記効
果は小さく、Mn等による耐食性増大を考慮しても、管体
に所望の高い耐食性を得ることはできない。一方、Cuの
含有量が0.30wt％を越えると、アルミニウム合金の管体
への押出し加工性が劣化し、管体を押出し加工によつて
製造することが容易でなくなる他、逆に管体自体の耐食
性が劣化し、所望の高い耐食性を得ることができなくな
る。従つて、Cuの含有量は0.05〜0.30wt％とする。

Bi:Bi（ビスマス）には、アルミニウム合金製の管体
の、フイン体とのろう付け性を向上させる効果の他に、
管体の腐食の形態を孔食型でなく全面腐食型にする効果
がある。従つて、アルミニウム合金中にBiを含有させれ
ば、管体に孔食による貫通孔が形成されるのを防げるの
で、管体の寿命をより長持ちさせることができる。この
発明では、アルミニウム合金中にBiを含有させていなく
とも管体の耐食性が高いので、管体の肉厚が薄いとか、
熱交換器の使用環境の腐食雰囲気が強くて、管体の耐食
性をより高くしたい場合に、必要に応じてBiを含有させ
ればよい。Biの含有量が0.01wt％未満では、上記効果は
小さく、また0.15wt％を越えると、上記効果の向上は小
さくなる上に、ろう付時にろうの管体中への侵食を促進
し、かえつて耐食性を損なうこととなる。従つて、Biを
含有させるときは、その含有量を0.01〜0.15wt％とす
る。

次に、フイン体の芯材を構成するMnを含有したアルミニ
ウム合金中にZnを含有させる理由は、次の通りである。

Zn:Zn（亜鉛）には、アルミニウム合金中に含有させる
と、これを電気化学的に卑にする効果がある。従つて、
フイン体の芯材を構成するMnを含有したアルミニウム合
金中にZnを含有させれば、芯材およびろう材からなるフ
イン体を電気化学的に卑にして、電気化学的に貴の管体
と一体のフイ体に犠牲陽極作用を大きく発揮させ、管体
に電気化学的な高い耐食性を付与する効果がある。Znの
含有量が0.1wt％未満では、上記効果は小さく、管体自
体の耐食性を考慮しても、管体に所望の高い耐食性を得
ることはできない。一方、Znの含有量が1.5wt％を越え
ると、管体とフイン体との真空ろう付け時にZnの蒸発に
よつて真空炉が汚染されるようになる上に、犠牲陽極作
用によるフイン体の腐食量が大となつて、上記効果が持
続して発揮されない。従つて、Znの含有量は0.1〜1.5wt
％とする。

なお、フイン体のろう材中にも必要に応じて0.1〜1.5wt
％のZnを含有させることができる。

この発明のアルミニウム合金製コアは、従来と同様な方
法により製造すればよい。即ち、押出し加工等によつて
管体を製造する一方、熱間圧延による貼合せ後冷間圧延
により薄板にして、芯材の両面にろう材を張合せたフイ
ン体を製造し、そして、フイン体を所定の蛇行形状に成
形する。次いで、真空中または窒素ガス雰囲気中でフイ
ン体のろう材を利用して、フイン体を管体の外面にろう
付けし、かくして、コアを得る。

〔実施例〕

管体を構成するアルミニウム合金の成分組成をこの発明
の範囲内とし、フイン体の芯材を構成するMnを含有した
アルミニウム合金中に含有させるZnの含有量をこの発明
の範囲内として、本発明コアNo.1〜９を製造した。比較
のために、管体を構成するアルミニウム合金の成分組成
をこの発明の範囲外とするか、フイン体の芯材を構成す
るMnを含有したアルミニウム合金中にZnを含有させない
か、あるいは、管体を純アルミニウムで構成するかし
て、比較コアNo.1〜８を製造した。

これら本発明コアNo.1〜９および比較コアNo.1〜８の、
管体、フイン体の芯材およびフイン体のろう材の各々を
構成するアルミニウム合金の成分組成を第１表に示す。

管体は、通常の溶解法により、第１表に示した成分組成
を有するアルミニウム合金の丸ビレツトを鋳造したの
ち、丸ビレツトを押出し加工して製造した。第１図に示
すように、管体１のタイプは、４つの内孔1aを有する、
幅22mm、高さ5.5mm、肉厚0.85mmの略長円形状断面の多
穴管とした。

管体について測定した孔食電位の測定結果を、第２表に
示す。孔食電位の測定は、管体を100mmの長さに切り出
して得た試験片を、10^-4Torrの真空中、加熱温度600℃
で５分間保持し、しかる後に、3.5wt％食塩水中で飽和
カロメル電極を基準として行なつた。

フイン体は次のように製造した。芯材は、通常の溶解法
により、第１表に示した成分組成を有するアルミニウム
合金を溶接し、鋳造して鋳塊となしたのち、通常の条件
で均質化処理をし、次いで、鋳塊を板厚8mmの板材に熱
間圧延することによつて得た。ろう材は、第１表に示し
た成分組成を有するアルミニウム合金から、芯材と同様
にして板厚8mmの板材を得たのち、更に板厚1mmの板材に
冷間圧延することによつて得た。

そして、フイン体は、芯材の両面にろう材を重ね合せ
て、熱間圧延により互いに貼合せたのち、板厚0.16mmの
薄板に冷間圧延し、しかる後に所定の蛇行形状に成形す
ることにより得た。

フイン体について測定した孔食電位の測定結果を、同じ
く第２表に示す。孔食電位の測定は、フイン体を20mm×
80mmの大きさに切出して得た試験片を、窒素ガス雰囲気
中、加熱温度600℃で５分間保持し、しかる後に、3.5wt
％食塩水中で飽和カロメル電極を基準として行なつた。

コアは、第２図に示すように、管体１とフイン体２とを
交互に所定数だけ重ね合わせて組立たのち、窒素ガス雰
囲気中、または10^-4Torrrの真空中、加熱温度600℃で５
分間保持することにより、フイン体２のろう材を利用し
て管体１とフイン体とをろう付けし、形成した。

コアの管体の耐食性を評価するために、コアを30日間の
CASS試験に供し、CASS試験後に管体の孔食数および最大
孔食深さを測定した。測定結果を、同じく第２表に示
す。

第１表に示されるように、本発明コアNo.1〜９において
は、いずれも管体をこの発明の範囲内の成分組成を有す
るアルミニウム合金で構成したので、管体を押出し加工
によつて容易に製造でき、また管体自体の耐食性が高
い。そして、第２表に示されるように、管体の孔食電位
が−0.73〜−0.76Vというように、電気化学的に貴にな
つている。一方、第１表に示されるように、フイン体の
芯材をこの発明の範囲内のZnを含有するMnを含有したア
ルミニウム合金で構成したので、第２表に示されるよう
に、フイン体の孔食電位が−0.85〜−0.89Vというよう
に、電気化学的に卑になつている。このため、本発明コ
アNo.1〜９においては、管体自体の耐食性が高いことに
加えて、フイン体の犠牲陽極作用により管体に電気化学
的な高い耐食性が発揮されて、第２表に示されるよう
に、CASS試験において管体に孔食が数個しか発生せず、
またその最大孔食深さも百分の数mmと浅い。また、本発
明コアNo.8〜９においては、管体を構成するアルミニウ
ム合金中にBiを含有させたので、管体の腐食形態が全面
腐食型となることによつて、最大孔食深さが更に浅くな
つている。

比較コアNo.1〜３においては、第１表に示されるよう
に、フイン体の芯材をこの発明の範囲内のZnを含有する
Mnを含有したアルミニウム合金で構成しているので、第
２表に示されるように、フイン体は電気化学的に卑にな
つている。しかし、比較コアNo.1においては、管体を純
アルミニウムで構成し、比較コアNo.2においては、管体
をMnのみを含有するアルミニウム合金で構成し、比較コ
アNo.3においては、管体をMnおよびMgのみを含有するア
ルミニウム合金で構成しているので、いずれも、管体自
体の耐食性が充分でないばかりでなく、第２表に示され
るように、管体が電気化学的に充分に貴になつておら
ず、フイン体の犠牲陽極作用による管体の電気化学的な
耐食性が低い。このため、CASS試験において管体に孔食
が数10個も発生し、またその最大孔食深さも0.85mmとい
うように、管体を貫通する孔食となつている。

比較コアNo.4〜５においては、第１表に示されるよう
に、管体をMnを1.15〜1.18wt％と多く含有するアルミニ
ウム合金で構成しているので、第２表は示されるよう
に、管体は電気化学的に貴になつている。しかし、管体
を構成するアルミニウム合金中にMgが入つていないの
で、管体自体の耐食性が劣ることから、フイン体の芯材
を構成するアルミニウム合金中にZnが入つているといな
いとにかかわらず、CASS試験において管体に孔食が数10
個も発生し、またその最大孔食深さも10分の数mmと深
い。さらに、Mnを含有しているために、管体を押出し加
工によつて良好に製造できない欠点も認められた。

比較コアNo.6においては、第１表に示されるように、管
体をこの発明の範囲内の成分組成を有するアルミニウム
合金で構成しているので、管体自体の耐食性が高く、ま
た、第２表に示されるように、管体は電気化学的に貴に
なつている。しかし、フイン体の芯材をZnを含有しない
Mnを含有したアルミニウム合金で構成しているので、芯
材は電気化学的に充分に卑になつていない。このため、
フイン体の犠牲陽極作用による管体の電気化学的な耐食
性が小さいので、CASS試験において、管体に孔食が数10
個も発生し、その最大孔食深さも10分の数mmと深い。

比較コアNo.7においては、第１表にに示されるように、
この発明の範囲内の成分組成よりもMgを多く含有させた
アルミニウム合金で管体を構成して、管体自体の耐食性
を増大し、比較コアNo.8においては、同じく、この発明
の範囲内の成分組成よりもCuを多く含有させたアルミニ
ウム合金で管体を構成して、管体を電気化学的により貴
にしている。しかし、第２表に示されるように、フイン
体の芯材をZnを含有しないMnを含有したアルミニウム合
金で構成しているので、フイン体の犠牲陽極作用による
管体の電気化学的な耐食性が小さく、このため、CASS試
験において、同様に、管体に孔食が数10個も発生し、そ
の最大孔食深さも10分の数mmと深い。

〔発明の効果〕

この発明の熱交換器用アルミニウム合金製コアは以上の
ように構成されるので、コアを構成する管体が高い耐食
性を有し、海岸地域など塩による腐食環境下で管体に孔
食による貫通孔を容易に生じることがなく、そして、管
体が押出し加工等によつて容易に製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の実施例におけるコアの管体を示す
断面図、第２図は、第１図に示すコアの管体とフイン体
との組立て方を示す説明図である。 図面において、 １……管体、1a……内孔、 ２……フイン体。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Mnを含有したアルミニウム合金製の芯材
   に、少なくともSiを含有したアルミニウム合金製のろう
   材を貼合せてなるフィン体を、押出し加工によって調製
   されたアルミニウム合金製の管体にろう付けして形成し
   た、熱交換器用アルミニウム合金製コアにおいて、 前記押出し加工によって調製された管体を構成するアル
   ミニウム合金は、 Mn:0.05〜0.50wt％、 Mg:0.05〜0.50wt％、 Cu:0.05〜0.30wt％、 Alおよび不可避不純物：残部 からなっており、そして、 前記芯材を構成するMnを含有したアルミニウム合金は、
   更に、 Zn:0.1〜1.5wt％ を含有していることを特徴とする、熱交換器用アルミニ
   ウム合金製コア。
2. 【請求項２】Mnを含有したアルミニウム合金製の芯材
   に、少なくともSiを含有したアルミニウム合金製のろう
   材を貼合せてなるフィン体を、押出し加工によって調製
   されたアルミニウム合金製の管体にろう付けして形成し
   た、熱交換器用アルミニウム合金製コアにおいて、 前記押出し加工によって調製された管体を構成するアル
   ミニウム合金は、 Mn:0.05〜0.50wt％、 Mg:0.05〜0.50wt％、 Cu:0.05〜0.30wt％、 Bi:0.01〜0.15wt％、 Alおよび不可避不純物：残部 からなっており、そして、 前記芯材を構成するMnを含有したアルミニウム合金は、
   更に、 Zn:0.1〜1.5wt％ を含有していることを特徴とする、熱交換器用アルミニ
   ウム合金製コア。