JPH09296996A - アルミニウム合金製熱交換器 - Google Patents

アルミニウム合金製熱交換器

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JPH09296996A
JPH09296996A JP8111546A JP11154696A JPH09296996A JP H09296996 A JPH09296996 A JP H09296996A JP 8111546 A JP8111546 A JP 8111546A JP 11154696 A JP11154696 A JP 11154696A JP H09296996 A JPH09296996 A JP H09296996A
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JP
Japan
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brazing
oil cooler
aluminum alloy
tank
heat exchanger
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Application number
JP8111546A
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English (en)
Inventor
Takenobu Dokou
武宜 土公
Koji Okada
光司 岡田
Takeshi Iguchi
健 井口
Takaaki Sakane
高明 阪根
Yoshihiro Kinoshita
義浩 木下
Taketoshi Toyama
猛敏 外山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Furukawa Electric Co Ltd
Denso Corp
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
Denso Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02Header boxes; End plates
    • F28F9/0219Arrangements for sealing end plates into casing or header box; Header box sub-elements
    • F28F9/0224Header boxes formed by sealing end plates into covers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081Heat exchange elements made from metals or metal alloys
    • F28F21/084Heat exchange elements made from metals or metal alloys from aluminium or aluminium alloys
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 樹脂タンクの代りにアルミニウム材を使用
し、リサイクルが容易であり、耐食性に優れ、タンクか
しめの工程が不要であるアルミニウム合金製熱交換器を
提供する。 【解決手段】 ラジエーター部(10)とオイルクーラ
ー部(11)とを組み合わせた、ブレージング工法によ
り一体に製造されるアルミニウム合金製熱交換器であっ
て、オイルクーラー部を覆って密閉する冷媒タンク(1
3)をアルミニウム合金製とし、オイルクーラー部に使
用されタンク内でろう付されるブレージングシートのろ
う材に、7.0wt%を越え12.0wt%以下のS
i、0.05wt%を越え0.5wt%以下のFe、
0.4wt%を越え8.0wt%以下のCu、0.5w
t%を越え10.0wt%以下のZnを含有し、残部ア
ルミニウムと不可避的不純物とからなるアルミニウム合
金を使用し、冷媒タンクをラジエーター部及びオイルク
ーラー部と一体にブレージング材のろう付により組み立
てたアルミニウム合金製熱交換器。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム合金
製熱交換器に関するものであり、さらに詳しくは、アル
ミニウム合金ブレージングシートを用いて製造されたラ
ジエーターとオイルクーラーの一体型の熱交換器に関す
る。
【0002】
【従来の技術】ラジエーターとオイルクーラーを組み合
わせた熱交換器は、例えば図4に斜視図で示すように、
ラジエーターコア部(10)とオイルクーラー部(1
1)(ブレージングシート(8)を合わせて形成された
オイル通路(7)を図面上簡略化して示す)を組み立て
たのち、これをタンク(6)と機械的に組み立てて製造
されている。ここでラジエーターは、斜視図で示した図
5から明らかなように偏平チューブ(3)、薄肉フィン
(1)、サイドサポート(12)及びヘッダー(4)か
らなるラジエーターコア部(10)とタンク(6)とか
ら構成される。これは、複数本の偏平チューブ(3)の
間にコルゲート状に加工した薄肉フィン(1)を一体に
形成し、該偏平チューブ(3)の両端はヘッダー(4)
とタンク(6)とで構成される空間(2)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
(3)内を通して高温冷媒を他方のタンク(6)側の空
間(2)に送り、チューブ(3)及びフィン(1)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。
【0003】このようなラジエーター部の組立ては、チ
ューブ材及びヘッダー材は例えばJIS 3003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
いる側には内張材としてJIS 7072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、コルゲー
ト加工を行ったフィン等の他の部材とともにブレージン
グにより一体に製造されている。オイルクーラー部(1
1)は、ブレージングシート(8)を合わせて形成され
たオイル通路(7)がタンク(2)側の空間を通り、通
路(7)を流れる高温のオイルが空間(2)を通る冷媒
液にて冷却されるものである。このようなオイル通路に
は、芯材にJIS 3003合金等が使用され、該芯材
の外側、すなわち冷媒液に常時触れている側には外張材
としてJIS 7072合金等を、そして、該芯材の内
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が使用されて、通常、600℃付
近の温度に加熱してろう付するブレージングにより製造
される。
【0004】このように、ラジエーター部及びオイルク
ーラー部のいずれも600℃付近の温度に加熱してろう
付するブレージングにより組立てられるが、ブレージン
グ工法としては、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。しかし、タンク(6)は、従来から通常、樹脂
材料で形成されており、タンクの取り付けは、ブレージ
ング工法によるラジエーター部及びオイルクーラー部の
組立てと別工程で行わねばならず、工程が1つ付加され
るという難点があった。また、このような熱交換器で
は、樹脂タンク(6)とヘッダー(4)の締結部は樹脂
パッキング(5)などを介して強力にかしめる必要があ
るが、樹脂パッキング(5)とヘッダー(4)との境界
で隙間腐食が発生しやすいという欠点がある。
【0005】さらに、近年、地球資源の有効利用の見地
からリサイクル問題が注目されている。自動車用の熱交
換器は解体時に外され、アルミニウム合金として溶解さ
れる。しかし、図4に示すようにタンク(6)として樹
脂タンクを有していると、解体時にこれをわざわざ取り
外す必要があり、リサイクル処理のネックになってい
る。そこでタンクもアルミニウム合金製にして、同時に
ブレージング工法により組み立てることが望ましい。し
かし、オイルクーラー部はろう付後にタンクに覆われた
状態でろう付が行われる。従ってこの部分のろう付が不
完全の場合、補修ができない。それ故、完全にろう付を
行う必要があるが、これは次のような理由により、従来
困難であった。すなわち、オイルクーラー部分がタンク
に覆われているためにろう付時温度が十分に上がりにく
く、ろう付不良をひき起こしやすかった。また、ろう付
不具合が生じないように十分に昇温して加熱すると、ラ
ジエーター部に対するろう付温度が高くなりすぎ、ラジ
エーターチューブやフィンにろう拡散が生じる不具合が
生じる。さらに、オイルクーラーではろう付部分が冷媒
液に触れているためにろう付部分と芯材部分との電位差
により局部的な腐食が生じやすく、従来のブレージング
工法によるろう付ではこの問題を解決できない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明は、
樹脂タンクの代りにアルミニウム材を使用し、リサイク
ルが容易であり、耐食性に優れ、タンクかしめの工程が
不要であるアルミニウム合金製熱交換器を提供すること
を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の上記課題は、以
下の構成のアルミニウム合金製熱交換器により達成され
た。すなわち本発明は、 (1)ラジエーター部とオイルクーラー部とを組み合わ
せた、ブレージング工法により一体に製造されるアルミ
ニウム合金製熱交換器であって、オイルクーラー部を覆
って密閉する冷媒タンクをアルミニウム合金製とし、オ
イルクーラー部に使用され前記タンク内でろう付される
ブレージングシートのろう材に、7.0wt%を越え1
2.0wt%以下のSi、0.05wt%を越え0.5
wt%以下のFe、0.4wt%を越え8.0wt%以
下のCu、0.5wt%を越え10.0wt%以下のZ
nを含有し、残部アルミニウムと不可避的不純物とから
なるアルミニウム合金を使用し、冷媒タンクをラジエー
ター部及びオイルクーラー部と一体にブレージング材の
ろう付により組み立てたことを特徴とするアルミニウム
合金製熱交換器。 (2)ラジエーター部とオイルクーラー部とを組み合わ
せた、ブレージング工法により一体に製造されるアルミ
ニウム合金製熱交換器であって、オイルクーラー部を覆
って密閉する冷媒タンクをアルミニウム合金製とし、オ
イルクーラー部に使用され前記タンク内でろう付される
ブレージングシートのろう材に、7.0wt%を越え1
2.0wt%以下のSi、0.05wt%を越え0.5
wt%以下のFe、0.4wt%を越え8.0wt%以
下のCu、0.5wt%を越え10.0wt%以下のZ
nを含有し、0.002wt%を越え0.3wt%以下
のIn、0.002wt%を越え0.3wt%以下のS
nのうち1種または2種を含有し、残部アルミニウムと
不可避的不純物とからなるアルミニウム合金を使用し、
冷媒タンクをラジエーター部及びオイルクーラー部と一
体にブレージング材のろう付により組み立てたことを特
徴とするアルミニウム合金製熱交換器を提供するもので
ある。
【0008】
【発明の実施の形態】以下に本発明について詳細に説明
する。図1は本発明の、ラジエーターとオイルクーラー
を一体にした熱交換器であるアルミニウム合金製熱交換
器の一実施態様であり図4の樹脂タンク(6)に代えて
アルミニウム合金のブレージングシートを使用したタン
ク(13)とし、ラジエーターコア部のヘッダー(4)
とタンク(13)との組み立てを一度のろう付加熱によ
り行うようにしたものである。したがって従来のような
パッキング(5)は不要となる。本発明ではタンクをア
ルミニウム合金としており、ブレージング工法によるろ
う付接合であるので、タンクとヘッダーとの隙間腐食が
生じない上に、屑として回収された時にタンクを外すこ
となくアルミニウム合金としてリサイクルできる。ま
た、全部を一度にろう付一体化するので、タンクのかし
め工程が不要である。なお図1において、図4と同符号
は同じものを示す。
【0009】本発明はこのような一体型の熱交換器であ
って、オイルクーラーに使用するブレージングシート
(例えば前記図1のブレージングシート(8))のろう
材合金に、7.0wt%を越え12.0wt%以下のS
i、0.05wt%を越え0.5wt%以下のFe、
0.4wt%を越え8.0wt%以下のCu、0.5w
t%を越え10.0wt%以下のZnを含有し、残部ア
ルミニウムと不可避的不純物とからなるアルミニウム合
金又はこれにさらに0.002wt%を越え0.3wt
%以下のIn、0.002wt%を越え0.3wt%以
下のSnのうち1種または2種を含有したアルミニウム
合金を使用してある。このろう合金は特開平7−904
42号等で低温ろう付用合金として提案されている合金
であるが、本製造方法でこのような特定の組成のろう材
合金をクラッドしたブレージングシートを用いる理由を
以下に説明する。
【0010】前記ろう材合金において、Siは合金の融
点を下げる。その量が7.0wt%以下では十分に融点
が低下せず、その量が12.0wt%を越えると逆に融
点が上がるため、ろう付性が低下する。特に、ろう流れ
性を考慮すると8.0〜11.0wt%の添加量が望ま
しい。Feはろうが溶融後凝固するときの結晶粒を微細
化し、フィレットの強度を高める働きを有するが、その
量が0.05wt%以下では十分に効果を発揮しない。
さらに、Feは凝固時に金属間化合物を形成し、これが
腐食の起点となる。そのため、Fe量は結晶粒の微細化
効果と腐食性とのバランスからその上限を0.5wt%
と定めるが、0.2wt%以下が耐食性の点から望まし
い。
【0011】Cuは合金の融点を下げ、ろう流れ性を向
上させる。さらにCuはろう材の外部耐食性を高める働
きを有する。オイルクーラーはろう付された部分が直接
冷媒液と接触するので外部耐食性が要求されるためであ
る。ここで、耐食性の点からは、0.4wt%以下のC
u量では効果が十分でない。また、安定したろう付性を
確保するためには、1.0wt%を越えるCu添加量が
望ましい。また、Cuの量が8.0wt%を越えるとろ
うの電位が貴になりすぎて、冷媒通路構成部材が優先的
に腐食するようになり、耐食性が低下する上に、合金の
圧延加工性が低下し、熱交換器用のブレージングシート
に用いるろうとしては適さなくなる。したがって、Cu
は1.0wt%を越え8.0wt%以下とするが、特に
1.0〜3.5wt%で安定した特性を示す。Znの添
加は合金の融点を下げ、ろう付性を安定させる。さら
に、本発明のようにCuを添加したろう合金では、ろう
の電位が芯の電位より貴になり、外部腐食がピット状に
進行し、その速度が早いという問題がある。Znの添加
はろうの電位を下げ、ろうの電位を芯合金の電位に近づ
け、耐食性を向上させる。しかし、その量が0.5wt
%以下では効果が十分でなく、その量が10.0wt%
を越えるとろうの自己耐食性が低下する上に、合金の圧
延加工性が低下し、熱交換器用のブレージングシートに
用いるろうとしては適さなくなる。以上が本発明の範囲
であるが、本合金は、ろう流れ性を考慮すると2.0w
t%を越えるZn添加量が望ましく、圧延性を考慮する
と5.0wt%以下のZn添加量が望ましい。
【0012】In及びSnはろうの電位を卑にし冷媒通
路構成部材の耐食性を向上させる。Znの効果を助ける
意味で添加する。その量が0.002wt%以下では効
果が十分でなく、その量が0.3wt%を越えると合金
の圧延加工性が低下する。不可避的不純物として、他の
元素もそれぞれ0.30wt%以下であれば含有しても
よいが、0.05wt%以下が望ましい。ここで、代表
的な不可避的不純物としては、ブレージングシートにし
ばしば添加されることのあるNi、Cr、Zr、Ti、
Mg等を挙げることができる。
【0013】以上が本発明に使用するオイルクーラーの
ブレージングシートのろう材合金の成分限定理由である
が、芯材合金は特に限定しない。通常、ブレージングシ
ート用として使用しているアルミニウム合金を使用すれ
ばよい。しかし、耐食性向上のためにろう材のZn量と
Cu量を調整し、ろう材と芯材との電位(自然電位)差
を100mV以下にするのが好ましい。また、ブレージ
ングシートは必要があれば、犠牲材を被覆した3層構造
のブレージングシートとしてもよい。ラジエーター及び
タンク用のアルミニウム合金については特に限定しな
い。通常使用されているアルミニウム合金及びアルミニ
ウム合金ブレージングシート並びに本発明のオイルクー
ラーに使用するろう材を使用したブレージングシートの
いずれをも用いることができる。ここで、本発明のろう
付条件はラジエーターが不具合なくろう付できる通常の
条件でよい。すなわち、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。ろう付前
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。本発明において、ラジエーターとオ
イルクーラーの一体型である以外はアルミニウム合金製
熱交換器の型には特に制限はなく、種々の型のものとす
ることができる。例えば、図2に示すオイルクーラー部
が2重管タイプのものがある。同図においてラジエータ
ーコア部は基本的には図1のものと同様のものでよいの
で省略してある。同図において、(14)は管状オイル
クーラーであり、インナーパイプ(15)とアウターパ
イプ(16)とからなる。(19)はアルミニウム合金
製タンクを示す。図1と同符号は同じものを示す。(1
7)はパイプ、(18)はコネクタを示す。同図に示す
ようにアルミニウム合金製タンク(19)はブレージン
グシートからなり、ヘッダープレート(4)に一体にろ
う付けされている。ここでアウターパイプ(16)の内
側を前記の本発明に係る特定の組成のろう材とする。図
3は、さらに他例のオイルクーラー部を示すものであり
多板式のものである。図中(20)はオイルクーラー、
(21)はインナーフィン、(22)はチューブプレー
ト、(23)はブレージングシートからなるアルミニウ
ム合金製タンクであり、図3において図2と同符号は同
じものを示す。図中、チューブプレート(22)が内側
に本発明に係る特定のろう材をクラッドしたブレージン
グシートからなる。同図においてタンク(23)はヘッ
ダープレート(4)に一体にろう付けされている。
【0014】
【実施例】以下に実施例により本発明を具体的に説明す
る。図1の構成のラジエーター、オイルクーラー一体型
でタンク材がアルミニウム合金ブレージングシートから
なる熱交換器を600℃×5分の加熱条件で製造した。
パッキングは使用していない。ラジエーター用の材料を
表1に示す。ラジエーターのチューブは電縫加工によ
り、表1のチューブ材をチューブとした。また、オイル
クーラー用の材料は芯材にAl−0.5wt%Si−
0.3wt%Fe−0.5wt%Cu−1.1wt%M
n合金を使用し、犠牲材(外側)にAl−2wt%Zn
合金を10%クラッドし、表2のろう合金を10%クラ
ッドした板厚0.6mmのO材板材をプレス成形したも
のである。得られた熱交換器からオイルクーラー部分を
切り出し、漏れ試験及び耐食試験を行った。
【0015】
【表1】
【0016】
【表2】
【0017】耐食性試験は、オイルクーラーより漏れ不
良がない部分を切り出し、端部をマスキングしCu2+
オンを10ppm添加した水道水中に5カ月間浸漬し、
80℃×8時間と室温×16時間のサイクル腐食試験を
行い、ろう付部周辺の腐食の発生状況を断面観察して調
べた。これらの結果を表3に示す。
【0018】
【表3】
【0019】実施例A〜Fではオイルクーラーのろう付
がよくできており、漏れ不良が発生していない。また、
実施例ではいずれもろう合金と芯材合金の電位差が10
0mV以内である。そのため、腐食試験においても貫通
孔食が発生していない。これに対して、Si量が本発明
の範囲より小さい比較例H並びに、Cu及びZnを含有
していない従来例J、Kではオイルクーラーのろう付が
完全にできておらず、漏れ試験で漏れ部が認められる。
また、本発明のCu及びZnの範囲を外れている比較例
G、I及び従来例J、Kでは芯材との電位差が100m
Vを越えていた。そのため、腐食試験で貫通孔食が発生
している。
【0020】
【発明の効果】本発明により製造された熱交換器は樹脂
タンクを使用していないため、リサイクルが容易であ
り、耐食性に優れ、タンクかしめの工程が不要という特
徴を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】ラジエーターとオイルクーラーを一体とした本
発明の熱交換器の一例を示す一部断面の斜視図である。
【図2】本発明のアルミニウム合金製熱交換器の他例の
オイルクーラー部を説明する説明図である。
【図3】本発明のアルミニウム合金製熱交換器のさらに
他例のオイルクーラー部の説明図である。
【図4】ラジエーターとオイルクーラーを組み合わせ
た、従来の熱交換器の斜視図である。
【図5】従来のラジエーターの斜視図である。
【符号の説明】
1 フィン 2 タンク部の空間 3 偏平チューブ 4 ヘッダー 7 オイル通路 8 ブレージングシート 10 ラジエーター部 11 オイルクーラー部 12 サイドサポート 13 アルミニウム合金製タンク 14 管状オイルクーラー 15 インナーパイプ 16 アウターパイプ 19 アルミニウム合金製タンク 20 オイルクーラー 21 インナーフィン 22 チューブプレート 23 アルミニウム合金製タンク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井口 健 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 阪根 高明 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 木下 義浩 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 外山 猛敏 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ラジエーター部とオイルクーラー部とを
    組み合わせた、ブレージング工法により一体に製造され
    るアルミニウム合金製熱交換器であって、オイルクーラ
    ー部を覆って密閉する冷媒タンクをアルミニウム合金製
    とし、オイルクーラー部に使用され前記タンク内でろう
    付されるブレージングシートのろう材に、7.0wt%
    を越え12.0wt%以下のSi、0.05wt%を越
    え0.5wt%以下のFe、0.4wt%を越え8.0
    wt%以下のCu、0.5wt%を越え10.0wt%
    以下のZnを含有し、残部アルミニウムと不可避的不純
    物とからなるアルミニウム合金を使用し、冷媒タンクを
    ラジエーター部及びオイルクーラー部と一体にブレージ
    ング材のろう付により組み立てたことを特徴とするアル
    ミニウム合金製熱交換器。
  2. 【請求項2】 ラジエーター部とオイルクーラー部とを
    組み合わせた、ブレージング工法により一体に製造され
    るアルミニウム合金製熱交換器であって、オイルクーラ
    ー部を覆って密閉する冷媒タンクをアルミニウム合金製
    とし、オイルクーラー部に使用され前記タンク内でろう
    付されるブレージングシートのろう材に、7.0wt%
    を越え12.0wt%以下のSi、0.05wt%を越
    え0.5wt%以下のFe、0.4wt%を越え8.0
    wt%以下のCu、0.5wt%を越え10.0wt%
    以下のZnを含有し、0.002wt%を越え0.3w
    t%以下のIn、0.002wt%を越え0.3wt%
    以下のSnのうち1種または2種を含有し、残部アルミ
    ニウムと不可避的不純物とからなるアルミニウム合金を
    使用し、冷媒タンクをラジエーター部及びオイルクーラ
    ー部と一体にブレージング材のろう付により組み立てた
    ことを特徴とするアルミニウム合金製熱交換器。
JP8111546A 1996-05-02 1996-05-02 アルミニウム合金製熱交換器 Pending JPH09296996A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8111546A JPH09296996A (ja) 1996-05-02 1996-05-02 アルミニウム合金製熱交換器
KR1019970709967A KR100295587B1 (ko) 1996-05-02 1997-04-30 알루미늄합금제열교환기
PCT/JP1997/001491 WO1997042457A1 (fr) 1996-05-02 1997-04-30 Echangeur thermique en alliage d'aluminium
DE69720634T DE69720634T2 (de) 1996-05-02 1997-04-30 Wärmetauscher aus aluminiumlegierung
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