JPH10277730A

JPH10277730A - アルミニウム熱交換器の製造方法

Info

Publication number: JPH10277730A
Application number: JP8828897A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Kinoshita; 義浩木下; Taketoshi Toyama; 猛敏外山; Takaaki Sakane; 高明阪根; Yasutoshi Yamanaka; 保利山中; Akira Uchikawa; 章内川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-04-07
Filing date: 1997-04-07
Publication date: 1998-10-20

Abstract

(57)【要約】【課題】主熱交換器（ラジエータ）１０の流体通路内
に副熱交換器（オイルクーラ）２０を内蔵するアルミニ
ウム熱交換器を、窒素ガスまたは不活性ガスの雰囲気中
にて、非腐食性のフッ化物系フラックスを使用して、一
体ろう付けする製造方法において、フラックス使用量の
増加なしで、副熱交換器２０部分でのろう付け性を向上
する。【解決手段】主熱交換器１０および副熱交換器２０の
組付体を、ろう付け炉内に搬入して一体ろう付けする前
に、予め、副熱交換器２０内に窒素ガスまたは不活性ガ
スを充填しておき、その後に、組付体をろう付け炉内に
搬入して一体ろう付けを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は主熱交換器の流体通
路内に副熱交換器を内蔵するアルミニウム熱交換器の製
造方法に関するもので、例えば、自動車のエンジン冷却
用ラジエータのタンク内にオイルクーラを内蔵する熱交
換器構造に用いて好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、アルミニウム熱交換器の製造方法
として、窒素ガスまたは不活性ガスの雰囲気中にて、非
腐食性のフッ化物系フラックスを使用してろう付けを行
うろう付け方法（一般に、ノコロックろう付け法と称さ
れている）が知られている。このろう付け方法による
と、非腐食性のフッ化物系フラックスの使用により、熱
交換器のろう付け後の洗浄が不要になる等の利点があ
る。

【０００３】上記ろう付け方法では、アルミニウム表面
での酸化皮膜の生成を抑制して、ろう付け性を良くする
ためには、低酸素雰囲気でろう付けする必要があり、そ
のため、ろう付け炉内では窒素ガスを放流することによ
り、酸素と置換している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ろう付け炉
内でろう付けを行う際に、熱交換器の外側部分は炉内の
低酸素雰囲気と接しているので、ろう付け性が良好であ
るが、熱交換器の内部では酸素と窒素ガスとが置換しに
くいので、酸素濃度が高くなる。そのため、アルミニウ
ム表面に酸化皮膜が生成されて、ろう付け性が悪化する
傾向にある。

【０００５】特に、自動車のエンジン冷却用ラジエータ
のタンク内にオイルクーラを内蔵する場合のように、主
熱交換器の流体通路内に副熱交換器を内蔵するもので
は、主熱交換器の外部から副熱交換器内部に通じる通路
形態が複雑となるので、副熱交換器内部への窒素ガスの
流入が阻害される。そのため、副熱交換器内部における
酸素濃度が高くなって、ろう付け不良が発生しやすい。

【０００６】このろう付け不良の低減のためにはフラッ
クス使用量を多くすることが考えられるが、フラックス
使用量を増加させると、主熱交換器および副熱交換器内
部通路でのフラックス残渣が増加して、流通抵抗の増加
を招く。この結果、内部通路の流体流量が減少し熱交換
性能を低下させる。本発明は上記点に鑑みてなされたも
ので、主熱交換器の流体通路内に副熱交換器を内蔵する
アルミニウム熱交換器の製造方法において、フラックス
使用量の増加なしで、副熱交換器部分でのろう付け性を
向上することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】主熱交換器（１０）の流
体通路内に副熱交換器（２０）を内蔵するアルミニウム
熱交換器では、その内部での酸素と窒素ガスとが置換し
にくくなって、ろう付け性が悪化するという点に着目し
て、請求項１〜３記載の発明では、主熱交換器（１０）
および副熱交換器（２０）を一体ろう付けする前に、予
め、副熱交換器（２０）内に窒素ガスまたは不活性ガス
を充填しておき、その後に、窒素ガスまたは不活性ガス
の雰囲気中にて、非腐食性のフッ化物系フラックスを使
用して、熱交換器の一体ろう付けを行うようにしたもの
である。

【０００８】これによれば、主熱交換器（１０）内に内
蔵される副熱交換器（２０）内部を確実に低酸素濃度の
状態にすることができ、その結果、主熱交換器（１０）
の外側部分から副熱交換器（２０）内部に至る熱交換器
全体を良好に接合できる。なお、上記各手段の括弧内の
符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関
係を示すものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。図１は本発明方法を適用する車両用
ラジエータ１０を示しており、ラジエータ１０は主熱交
換器をなすもので、オイルクーラ（副熱交換器）２０を
内蔵する。ラジエータ１０およびオイルクーラ２０はと
もに周知のものであるので、その概要をまず説明する。
ラジエータ１０はエンジン冷却水の入口側タンク部１１
と出口側タンク部１２とを有しており、入口側タンク部
１１には車両エンジン（図示せず）からの高温の冷却水
が流入する入口パイプ１３が設けられている。また、出
口側タンク部１２には車両エンジンに冷却水を還流させ
る出口パイプ１４が設けられている。

【００１０】両タンク部１１、１２の間には熱交換用コ
ア部１５が形成され、このコア部１５は多数本並列配置
された断面偏平状の偏平チューブ１６と、この偏平チュ
ーブ１６相互の間に配置されたコルゲートフィン１７
と、このコルゲートフィン１７の積層方向（図１の上下
方向）の最外側部に配置されたサイドプレード１８とか
ら構成されている。

【００１１】入口パイプ１３からのエンジン冷却水は入
口側タンク部１１で多数本の偏平チューブ１６に分配さ
れ、この偏平チューブ１６を図１の左側から右側へ流れ
る。一方、コア部１５に対しては、図示しない冷却ファ
ンにより矢印Ａ方向に冷却空気（外気）が送風されるの
で、偏平チューブ１６を左側から右側へと流れる間に、
エンジン冷却水はコルゲートフィン１７を介して冷却空
気中に放熱して冷却される。

【００１２】この冷却された冷却水は出口側タンク部１
２に流入して集合した後に、出口パイプ１４から車両エ
ンジンに還流する。出口側タンク部１２にはオイルクー
ラ２０が内蔵されており、このオイルクーラ２０は一般
に２重管式と称されているものであって、同心状に配置
された内側筒部２０ａと、この内側筒部２０ａの外周側
に所定間隔をおいて配置された外側筒部２０ｂとらな
る。この両筒部２０ａ、２０ｂの間の環状空間は出口側
タンク部１２内の空間から密封されてオイル通路を形成
するものである。この環状空間内部には、伝熱性能の向
上および強度の向上のために、インナーフィン（図示せ
ず）が環状に配置されている。

【００１３】両筒部２０ａ、２０ｂの間の環状空間内に
オイルを循環させるために、外側筒部２０ｂにはオイル
入口パイプ２０ｃ、オイル出口パイプ２０ｄが配置され
ている。オイル入口パイプ２０ｃから両筒部２０ａ、２
０ｂの間の環状空間内に流入した高温のオイル（エンジ
ンオイル、自動変速機作動オイル等）は上記インナーフ
ィンおよび両筒部２０ａ、２０ｂの壁面を介して出口側
タンク部１２内の冷却水と熱交換して冷却される。この
冷却後のオイルは出口パイプ２０ｄから外部へ流出し
て、車両エンジン等に還流する。

【００１４】ここで、ラジエータ１０を流通するエンジ
ン冷却水が請求項１の第１流体であり、オイルクーラ２
０を流通するオイルが請求項１の第２流体である。次
に、上記した熱交換器の各部材はいずれもアルミニウム
合金で構成されており、その具体的材質を例示すると、
次の通りである。タンク部１１、１２：両面クラッド材→芯材：Ａ３００３犠牲腐食材（水側の面）：Ａ７０７２ろう材（空気側の面）：Ａ４０４５またはＡ４３４３出入口パイプ１３、１４：片面クラッド材→芯材：Ａ３００３犠牲腐食材（水側の面）：Ａ７０７２偏平チューブ１６：両面クラッド材（タンク部１１、１２と同一材料）コルゲートフィン１７：ベア材→Ａ３００３＋１重量％Ｚｎ但し、両面クラッド材を用いる場合は、芯材：Ａ３００３＋１重量％Ｚｎろう材：Ａ４０４５またはＡ４３４３サイドプレード１８：片面クラッド材→芯材：Ａ３００３ろう材：Ａ４３４３またはＡ４０４５両筒部２０ａ、２０ｂ：両面クラッド材→芯材：Ａ３００３犠牲腐食材（水側の面）：Ａ７０７２ろう材（オイル側の面）：Ａ４０４５またはＡ４３４３両筒部２０ａ、２０ｂ内のインナーフィン：ベア材→Ａ３００３オイル出入口パイプ２０ｃ、２０ｄ：片面クラッド材→芯材：Ａ３００３犠牲腐食材（水側の面）：Ａ７０７２次に、本発明による製造方法の第１実施形態を工程順に
説明する。図１において説明した各部品を所定形状に加
工した後に、フラックス塗布を行う。ここで、フラック
スの材質は非腐食性のフッ化物系フラックス（ＫＦ・Ａ
ｌＦ₃）であり、また、フラックス付着量は約１〜２０
ｇ／ｍ²である。

【００１５】次に、フラックス塗布が湿式である場合は
フラックス乾燥工程を行う。乾燥温度は１５０°Ｃ〜２
００°Ｃで、乾燥時間は１０分〜２０分である。次に、
図１に示す熱交換器構造に各部品を組み立てる組立工程
を行う。この熱交換器組立体は適宜の治具を用いて、そ
の組立姿勢を保持する。次に、再度、熱交換器組立体に
対してフラックス塗布を行う。フラックスの材質、付着
量は上記と同じである。そして、フラックス塗布が湿式
である場合は上記と同じ乾燥工程を行う。

【００１６】次に、オイルクーラ２０のオイル出入口パ
イプ２０ｃ、２０ｄのうち、いずれか一方、図１の例で
は、オイル出口パイプ２０ｄにパイプ接続器（カプラ
ー）３０を介して窒素（Ｎ₂）ガスの供給管３１を接続
し、オイル出口パイプ２０ｄを通してオイルクーラ２０
の両筒部２０ａ、２０ｂ間の環状空間内に窒素ガスを充
填する。この窒素ガスの充填によりオイルクーラ２０内
部の酸素濃度を約２００ｐｐｍ程度まで低下させてお
く。

【００１７】次に、熱交換器組立体をろう付け炉内に搬
入して一体ろう付けを行うのであるが、上記窒素ガスの
充填後、直ちにろう付けを行う場合は、オイルクーラ２
０内部に大気が流入して再び酸素濃度が上昇する恐れが
ないので、オイル出入口パイプ２０ｃ、２０ｄに蓋をす
る必要はない。これに反し、上記窒素ガスの充填工程
後、暫く経過してから、ろう付けを行う場合はオイル出
入口パイプ２０ｃ、２０ｄを一時的に蓋で閉じておき、
ろう付け炉内への搬入直前に蓋をオイル出入口パイプ２
０ｃ、２０ｄから取り外すのがよい。

【００１８】図２は第１実施形態におけるろう付け炉４
０の概要を示すもので、前室４１は炉外部の大気雰囲気
と炉内部の窒素ガス雰囲気とを分離するためのもので、
前室４１の扉４２を開放して、熱交換器組立体Ｒをまず
最初に前室４１内に搬入する。次に、熱交換器組立体Ｒ
を予熱室４３内に搬入し、予熱室４３内のヒータにより
熱交換器組立体Ｒを予熱する。

【００１９】次に、熱交換器組立体Ｒをろう付け室４４
内に搬入して、ろう付け室４４内のヒータにより熱交換
器組立体Ｒをそのろう付け温度（ろう材の融点）まで加
熱して、一体ろう付けを行う。ここで、ろう付け室４４
内には、液体窒素タンク４５から開閉弁４６ａを持つ供
給管４６を経て窒素ガスが流入しているので、ろう付け
室４４内は窒素ガスの雰囲気中に維持されており、熱交
換器組立体Ｒの外側部分は炉内の低酸素雰囲気と接して
いる。

【００２０】また、ろう付け室４４内の窒素ガスが流入
しにくい熱交換器組立体Ｒ内のオイルクーラ（副熱交換
器）２０の内部には予め窒素ガスが充填してあるので、
オイルクーラ２０の内部も低酸素雰囲気となっている。
その結果、熱交換器組立体Ｒの外側部分のみならず、内
部でもアルミニウム表面における酸化皮膜の生成を抑制
して、非腐食性のフッ化物系フラックスを使用したろう
付け法により、熱交換器組立体Ｒの全体を良好に接合で
きる。

【００２１】なお、具体的なろう付け条件としては、ろ
う付け温度：６００°Ｃ、ろう付け時間：約５分、窒素
ガス雰囲気の酸素濃度：１００ｐｐｍ以下、窒素ガス雰
囲気の露点：−４０°Ｃ以下、窒素ガス雰囲気の圧力：
大気圧である。ろう付け時に、熱交換器組立体Ｒのオイ
ルクーラ２０内部の酸素濃度は、ろう付け室４４内の酸
素濃度が１００ｐｐｍ以下であるため、この影響を受け
て、１００ｐｐｍ程度まで下がる。

【００２２】ろう付け室４４でろう付けを終えると、熱
交換器組立体Ｒは次に水冷ジャケットを持つ徐冷室４７
に搬入され、ここで、徐冷される。その後に、熱交換器
組立体Ｒは大気雰囲気と窒素ガス雰囲気とを分離する後
室４８内に搬入され、この後室４８の扉４９を開放し
て、ろう付け炉４０の外部に取り出される。以上によ
り、熱交換器の製造を完了できる。

【００２３】なお、図２において、破線で示す仕切り部
５０は、上記各室４０、４３、４４、４７、４８相互を
扉なしで常に連通しているので、これらの各室はいずれ
も窒素ガス雰囲気になっている。次に、本発明の第２実
施形態を説明すると、図３は第２実施形態によるろう付
け炉４０を示しており、図２と同等部分には同一符号が
付してある。図３において、前室４１には真空ポンプ５
１が配管５２を介して連結されている。前室４１は炉外
部との間の連通部に扉４２を設けるとともに、予熱室４
３との間の連通部にも扉４２ａを設けている。さらに、
液体窒素タンク４５から窒素ガスが供給される供給管４
６と並列に供給管４６０を設け、この供給管４６０から
窒素ガスを前室４１に直接供給するようにしてある。供
給管４６０には開閉弁４６０ａが設けてある。

【００２４】前述の第１実施形態では、熱交換器組立体
Ｒをろう付け炉４０内に搬入する前に、オイルクーラ２
０のオイル出入口パイプ２０ｃ、２０ｄのいずれか一方
を通してオイルクーラ２０内に窒素ガスを充填する「窒
素ガス充填工程」を設けているが、第２実施形態では、
このような、ろう付け炉搬入前における「窒素ガス充填
工程」を廃止している。

【００２５】そこで、第２実施形態では、熱交換器組立
体Ｒをろう付け炉４０の前室４１内に搬入した際に、オ
イルクーラ２０内に窒素ガスを充填するようにしてい
る。すなわち、第２実施形態では、熱交換器組立体Ｒを
前室４１内に搬入した後に、扉４２、４２ａを閉じて、
前室４１を密封状態とし、真空ポンプ５１を作動させ
る。この真空ポンプ４２の作動により０．１Ｔｏｒｒ程
度に前室４０内を真空引きする。これにより、前室４１
内および熱交換器組立体Ｒ内部の大気、水分等を外部へ
排出でき、前室４１は真空置換室となる。

【００２６】そして、この真空引き終了後に、液体窒素
タンク４３から開閉弁４６０ａを有する供給パイプ４６
０を経て前室４１内に窒素ガスを充填する。これによ
り、前室４０内を大気圧程度まで復圧する。ここで、前
室４１内の酸素濃度は約５０ｐｐｍ程度であり、熱交換
器組立体Ｒのオイルクーラ２０内部の酸素濃度も同程度
となる。

【００２７】次に、熱交換器組立体Ｒを予熱室４６内に
搬入して予熱した後に、熱交換器組立体Ｒをろう付け室
４４内に搬入して、熱交換器組立体Ｒの一体ろう付けを
行う。ここで、ろう付け条件は、第１実施形態の前述の
ものと同じであり、熱交換器組立体Ｒのオイルクーラ２
０内部も予め低酸素濃度の状態にしてあるので、熱交換
器組立体Ｒの全体を良好に接合できる。

【００２８】そして、ろう付け完了後に、熱交換器組立
体Ｒは徐冷室４７、後室４８を経由してろう付け炉４０
の外部に取り出される。なお、上述の第１、第２実施形
態では、非腐食性のフッ化物系フラックスとして、ＫＦ
・ＡｌＦ₃を使用しているが、これの他に、セシウム系
のＣｓＦ・ＡｌＦ₃（・ＫＦ）を使用できる。また、こ
のセシウム系のフラックスと、ＫＦ・ＡｌＦ₃フラック
スとの混合物を使用してもよい。

【００２９】また、上述の第１、第２実施形態では、オ
イルクーラ２０を内蔵するラジエータ１０をろう付けす
る場合について説明したが、本発明は、主熱交換器の流
体通路内に副熱交換器を内蔵するアルミニウム熱交換器
一般に広く適用できることはもちろんである。また、上
述の第１、第２実施形態では、熱交換器組立体Ｒの周囲
を低酸素濃度の状態とするために、窒素ガスを使用して
いるが、アルゴン等の不活性ガスを使用することもでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を適用する自動車用ラジエータを例
示する一部破断斜視図である。

【図２】本発明方法の第１実施形態に用いるろう付け炉
の概要を示す断面図である。

【図３】本発明方法の第２実施形態に用いるろう付け炉
の概要を示す断面図である。

【符号の説明】

１０…ラジエータ（主熱交換器）、２０…オイルクーラ
（副熱交換器）、４０…ろう付け炉、４１…前室、４４
…ろう付け室。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山中保利愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者内川章愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主熱交換器（１０）と、この主熱交換器
（１０）の流体通路内に内蔵された副熱交換器（２０）
とを備え、前記主熱交換器（１０）の流体通路内を流れる第１流体
と前記副熱交換器（２０）の流体通路内を流れる第２流
体とを熱交換するアルミニウム熱交換器に適用され、窒素ガスまたは不活性ガスの雰囲気中にて、非腐食性の
フッ化物系フラックスを使用して、前記主熱交換器（１
０）および前記副熱交換器（２０）を一体ろう付けする
製造方法において、前記主熱交換器（１０）および前記副熱交換器（２０）
の組付を終えた後に、前記副熱交換器（２０）内部に窒
素ガスまたは不活性ガスを充填し、しかるのちに、前記主熱交換器（１０）および前記副熱
交換器（２０）を一体ろう付けすることを特徴とするア
ルミニウム熱交換器の製造方法。
【請求項２】前記副熱交換器（２０）は前記第２流体
を出入りさせる出入口（２０ｃ、２０ｄ）を有し、この
出入口（２０ｃ、２０ｄ）を通して前記窒素ガスまたは
不活性ガスを前記副熱交換器（２０）内に充填し、その後、前記主熱交換器（１０）および前記副熱交換器
（２０）の組付体（Ｒ）をろう付け炉（４０）内に搬送
して、前記一体ろう付けを行うことを特徴とする請求項
１に記載のアルミニウム熱交換器の製造方法。
【請求項３】前記主熱交換器（１０）および前記副熱
交換器（２０）の組付を終えた後に、この両熱交換器の
組付体（Ｒ）をろう付け炉（４０）の前室（４１）に搬
入し、この前室（４１）を真空引きした後にこの前室（４１）
内に窒素ガスまたは不活性ガスを充填して、前記副熱交
換器（２０）内部にも窒素ガスまたは不活性ガスを充填
し、しかるのちに、前記組付体（Ｒ）を前記ろう付け炉（４
０）のろう付け室（４４）に搬入して、前記一体ろう付
けを行うことを特徴とする請求項１に記載のアルミニウ
ム熱交換器の製造方法。