JPS5838312Y2 - アルミニウム熱交換器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は主に自動車のラジェータ、オイルクーラ、カー
ヒータ用温水放熱器、カークーラ用コンデンサ等に用い
られるアルミニウム熱交換器に関するもので、さらに評
言すればこの種のコルゲートフィン型アルミニウム熱交
換器においてその致命的欠陥であるチューブの孔食を防
止するための改良に関する。

従来、自動車用の熱交換器は耐食性、ろう付性等の点か
ら銅−黄銅製の熱交換器が普通用いられているが、近時
熱交換器の重量低減、コスト低減等の要求から銅−黄銅
製熱交換器にかわってアルミニウム熱交換器が採用され
つつある。

ところが、自動車のラジェータやカークーラ用コンデン
サ等は寒冷地走行による凍結防止塩の付着、海岸地走行
による塩分の付着、さらには泥等の付着により常に厳し
い腐食性環境下におかれるので、アルミニウム熱交換器
にあっては前記塩分、泥等の付着がアルミニウムチュー
ブの孔食現象を誘発して、チューブに貫通穴があき、銅
−黄銅製熱交換器より短期間で使用不能になることが多
いという問題がある。

この問題を解決する対策として、プレートフィンのバー
リング穴にチューブを拡管により固着するプレートフィ
ン型熱交換器において、プレートフィンをチューブより
電極電位の卑なアルミニウムー亜鉛合金により構威し、
チューブの外周面を積層されたプレートフィンのバーリ
ング穴で覆うことにより、プレートフィンを優先的に犠
牲腐食させて、アルミニウムチューブの孔食を防止する
ようにしたものが従来一部で実施されている。

このプレートフィン型熱交換器ではアルミニウムチュー
ブの外周面をプレートフィンのバーリング穴にて全面的
に覆うことができるが、コルゲートフィン型熱交換器で
はアルミニウムチューブとコルゲートフィンとが相互の
ろう何部で接触しているだけで他の部分では両者の間に
隙間があるので、コルデー１〜フインをたとえ犠牲腐食
効果のある材料で構成してもアルミニウムチューブの孔
食は効果的に防止できないと考えられている。

そこで、本考案の目的はコルゲートフィン型のアルミニ
ウム熱交換器においてチューブの孔食防止を図ることに
ある。

本考案者は上記目的達成のために種々実１験研究する中
で、コルゲートフィン型アルミニウム熱交換器における
チューブの効果的な孔食防止構造を見出したのである。

第１図に示すごときコルゲートフィン型熱交換器ではチ
ューブの拡管によりチューブとフィンを固着するという
方法を採用できず、コルゲートフィンとチューブとをろ
う材にて接合することになるので、本考案者はこのろう
材の存在によりコルゲートフィンの犠牲腐食効果がどの
ように影響されるかを調べるために、（１）コルゲート
フィンとしてチューブより電極電位の卑なアルミニウム
ー亜鉛合金にろう材を被覆したものを用い、このコルゲ
ートフィンとチューブとをろう付により接合した熱交換
器、（２）チューブとしてろう材を被覆したアルミニウ
ムもしくはアルミニウム合金を用い、かつコルゲートフ
ィンとしてチューブより電極電位の卑なアルミニウムー
亜鉛合金を用い、このコルゲートフィンとチューブとを
ろう付により接合した熱交換器について、両者の耐食性
を塩水噴霧試験により比較検討した。

その結果、（１）の熱交換器は塩水噴霧試験開始後７０
０時間でチューブに穴あきが生じたが、（２）の熱交換
器では塩水噴霧試験開始後５０００時間経過してもチュ
ーブに穴あきが発生せず、良好な耐食性が得られること
が判明した。

上記の２つの熱交換器（１） （２）間で上記のごとき
耐食性の差異が生じるのは次の理由からであると考えら
れる。

すなわち、（１）の熱交換器ではコルゲートフィンの芯
材としてチューブより電極電位の卑なアルミニウムー亜
鉛合金（例えばＪＩＳ Ａ７０７２のアルミニウムー亜
鉛合金）を用いても、コルゲートフィンの芯材の両面に
皮材としてのろう材（例えばＪＩＳ Ａ４００４のアル
ミニウム材）がクラッドされており、このろう材の電極
電位が−０，８２Ｖ（０，１Ｎ甘永電極基準、以下同じ
）で、チューブ材として用イラレルＪＩＳＡ１０５０（
電極を位バー ０．８５ Ｖ） ヤＪＩＳＡ３００４（
電極電位バー０．８４ｖ）ノアルミニウム材とほぼ同じ
電位になってしまうので、チューブとコルゲートフィン
の接合部間の電位差がなくなって、チューブに対しコル
ゲートフィンの犠牲腐食効果があられれないがらである
。

また、たとえコルゲートフィンの芯材であるＪＩＳ Ａ
７０７２が優先的に犠牲腐食しても局部電池がこの芯材
（ＪＩＳ Ａ７０７２）とチューブとの間でなく、この
芯材と皮材であるろう材ＵＩＳ Ａ４００４）との間で
形成され、チューブまで犠牲腐食効果が及ばない。

従って、（１）の熱交換器ではいずれにしてもコルゲー
トフィンの犠牲腐食効果によりチューブの孔食を防止で
きないのである。

これに反し、（２）の熱交換器ではろう材がチューブに
被覆されているので、チューブ側のろう材（例エバＪＩ
ＳＡ４００４テ電極電位バー０．８２ Ｖ） トコル’
ｆ−トフイン（例えばＪＩＳ Ａ ７０７２で電極電位
は−０゜９６Ｖ）との間で電位差が生じて、この間で局
部電池が形成されることにより、コルゲートフィンの犠
牲腐食効果によってチューブの孔食を良好に防止できる
。

特にチューブ側のろう材にＪＩＳ Ａ４００４のような
アルミニウムーシリコン合金を用いて、チューブ材（例
えばＪＩＳ Ａ １０５０電極電位−〇、８５Ｖ、ＪＩ
Ｓ Ａ ３００４ 電極を位−０，８４Ｖ） ヨ’）
更ニ’ｌ極電位を貴にしているので、チューブ側のろう
材とコルゲートフィンとの間の電極電位差が大きくなり
、コルゲートフィンの犠牲腐食効果は最も効率よく発揮
できる。

なお、第１図に示すごとくコルゲートフィン２はチュー
ブ１に対して全面的に接触していないが、本考案者の実
験によると、第１図に示すような自動車用ラジェータで
はコルゲートフィン２の波形ピッチＰは通常４ｍｍ程度
であり、この程度の間隔ではコルゲートフィン２の犠牲
腐食効果がチューブ１の全長にわたって十分ゆきわたり
、チューブ１の防食効果が得られることがわかった。

以上のことから、本考案では上記熱交換器２の構成、即
ちチューブの芯材としてアルミニウム若しくはアルミニ
ウムーマンガン合金を用い、この空気側面に芯材より更
に電極電位の責なアルミニウムーシリコン合金のろう材
を被覆し、更にコルゲートフィンとしてチューブ芯材及
びろう材より電極電位の卑なアルミニウムー亜鉛合金を
用いるという構成を採用することにより、コルゲートフ
ィンの犠牲腐食にてチューブの孔食を良好に防止できる
ようにしたものである。

以下本考案を実施例について説明する。

実施例 １ 本実施例は本考案を第１図に示す自動車用ラジェータに
適用した場合であって、１はチューブ、２は波型に成形
されたコルゲートフィン、３は上タンク、４は図示しな
い自動車エンジンから冷却水が流入する入口バイブ、５
は上部のコアプレート、６は下タンク、７は下タンク６
からエンジン冷却水を自動車エンジンに戻すための出口
バイブ、８はドレンパイプ、９は下部のコアプレート、
１０は注水ロバイブ、１１は取付ブラケットであり、こ
れらの部品はすべてアルミニウムもしくはアルミニウム
合金より構成されている。

その材質例は真空ろう部品の場合は次のごとくなる。

チューブ１ ； ×８（芯材がＪＩＳ Ａ３００３で、
皮材がＪＩＳ Ａ４００４である） コルゲートフィン２ ； ＪＩＳ Ａ ７０７２上下の
タンク３，６ ； ×７（芯材がＪＩＳ Ａ３００３
で、皮材がＪＩＳ Ａ４００４である） 上下のコアプレート５，９ ； ×７（同上）出入ロバ
イブ４，７ ： ＪＩＳ Ａ １０５０ドレンパイプ８
； ＪＩＳ Ａ ３００３注水ロバイブ１０ ： ＪＩ
Ｓ Ａ ３００３取付ブラケツト１１ ； ＪＩＳ Ａ
７ＮＯ１なお、チューブ１に用いる×７は板厚Ｑ、４
ｍｍで、クラツド率１５％であり、コルゲートフィン２
に用イルＪＩＳＡ７０７２は板厚０．１６ｍｍで、波形
のピッチＰは４ｍｍである。

上記材質の具体的組成は下表のごとくである。

但し、上記の表で各成分の数値は重量％で示しである。

なお×７および×８の皮材はろう材のことである。

本実施例品の組付は、まずアルミニウム熱交換器を第１
図に示す状態に組付けた後、この組付状態を治具により
保持して有機溶剤例えばトリクレン溶剤により洗浄して
表面の油類を除去する。

しかる後、温度６１０℃、真空度５×１０−５ｍｍＨｇ
ノ真空加熱炉に１３分間上記アルミニウム熱交換器を入
れ加熱する。

この間に、熱交換器のアルミニウム母材と表面の酸化皮
膜（Ａ１２０３）の熱膨張率の差でこの酸化皮膜に亀裂
が生じてアルミニウム母材の清浄な面が露出し、この清
浄な面は真空中なので再び酸化されることがなく、さら
にろう材中に添加されたＭｇが周囲の雰囲中の微量の残
存酸素および酸化皮膜の酸素と反応してＭｇＯとなり、
アルミニウム母材の清浄な面をそのまま保つ。

これにより、酸化皮膜除去用の腐食性フラックスを必要
とすることなく、溶融ろう材がアルミニウム母材の清浄
な面上を流れて各部品相互間を同時に一体ろう付する。

上記のごとくして真空ろう付されたアルミニウム熱交換
器に連続５０００時間の塩水噴霧試験を行なって、耐食
性を調査したところ、この試験終了後においてチューブ
１の穴あきが発生せず良好な耐久性を確認できた。

ここで、本考案者は塩水噴霧試験では自動車の実際走行
時と異なり常時電導度のよい塩水によってチューブ表面
が濡れているので、フィン材の犠牲腐食効果がチューブ
の広範囲に波及しやすいが、塩分のような腐食促進剤が
ついたまま、チューブ表面が乾燥して電導度が下がった
場合はフィン材の犠牲腐食効果がチューブ１に対しフィ
ン２の波形ピッチＰの中央部の位置まで及ばず、その結
果チューブ１に穴あきが生ずる恐れがあると判断し、２
４時間塩水噴霧、２４時間室温放置を１サイクルとして
この乾湿交互試験を５０００時間の連続塩水噴霧後さら
に５０００時間続けたが、やはりチューブ１は穴あきに
至らず、本考案熱交換器は実車走行にも十分耐えうる耐
食性をもっていることがわかった。

実施例 ２ 本実施例は本考案を第２図に示す自動車用ドロンカップ
型空冷式オイルクーラに適用した場合で、第２図におい
て、１２は自動車のエンジンオイル等のオイルが流入す
る入口バイブ、１３は出口バイブ、１４は取付ブラケッ
ト、１５は上下の端板、１６はプレートで、上下２枚の
プレート１６を接合することによってチューブ１７が形
成される。

また、プレート１６の両端にはヘッダ一部を形成する椀
状突出部１６ ａ 、１６ ｂが一体成形されている。

１８はチューブ１７に接合されるコルゲートフィンであ
る。

上記の部品もすべてアルミニウムもしくはアルミニウム
合金より構成されており、その材質例は真空ろう部品の
場合は次のごとくなる。

すなわち、出入ロバイブ１２，１３ ： ＪＩＳ Ａ
１０５０取付ブラケット１４；Ｘ７ 端板１５；Ｘ８ プレート１６；Ｘ７ コルゲートフィン１８ ； ＪＩＳ Ａ ７０７２１各
材質の具体的組成は前記した表のとおりである１、。

第２図に示す熱交換器も真空ろう付で組立た後、５００
０時間の塩水噴霧試験、さらに５０００時間の乾湿交互
試験を行なった後においてもチューブ１に穴あきが発生
せず、耐食性はきわめて良好であった。

なお、上述した実施例１，２ではいずれも熱交換器を真
空ろう付により組立てたが、本考案は真空ろう部品に限
らず、窒素ガスなどの不活性ガスの雰囲気中でろう付す
る熱交換器、あるいはフラックスを用いて炉中ろう付す
る熱交換器に対しても適用可能である。

また、本考案アルミニウム熱交換器は液と空気との一熱
交換を行なう熱交換器ならばどのような用途の熱交換器
に対しても適用可能である。

上述のごとく本考案では、コルゲートフィン型のアルミ
ニウム熱交換器において、チューブとしてろう材を被覆
したものを用い、コルゲートフィンとしてチューブより
電極電位の卑なアルミニウムー亜鉛合金を用いることに
よってコルゲートフィンを優先的に犠牲腐食させ、チュ
ーブの孔食を防止するようにしているから、コルゲート
フィン型アルミニウム熱交換器におけるチューブの穴あ
きを良好に防止して、この種熱交換器の寿命を大幅に伸
ばすことができるという優れた効果がある。

特に本考案ではチューブに被覆するろう材として芯材（
アルミニウム若しくはアルミニウムーマンガン合金）よ
り電極電位が更に責なアルミニウムーシリコン合金を用
いているため、チューブ側のろう材とコルゲートフィン
との間の電極電位差がより一層大きくなり、上記犠牲腐
食効果が最も効果的に発揮される。

しかも、本考案によれば従米の真空ろう付や不活性ガス
ろう付に比較して材料費が高くなったり、ろう付性が悪
化したりすることは全くなく、実用上良好に実施できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す自動車用ラジェータの
正面図、第２図は本考案の他の実施例を示す自動車用オ
イルクーラの正面図である。 １．１７・・・・・・チューブ、２，１８・・・・・・
コルゲートフィン。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 液を通すチューブと、このチューブに熱的結合し液と空
   気との熱交換を促進するコルゲートフィンとを備え、前
   記チューブは芯材がアルミニウムもしくはアルミニウム
   ーマンガン合金で構威され、この芯材の空気側面に芯材
   より電極電位の責なアルミニウムーシリコン合金よりな
   るろう材が被覆され、かつ前記コルゲートフィンは前記
   チューブの芯材より電極電位の卑なアルミニウムー亜鉛
   合金で構成され、前記チューブと前記コルゲートフィン
   はろう付けにより一体接合されたアルミニウム熱交換器
   。