JPS5989999A - 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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JPS5989999A
JPS5989999A JP57185258A JP18525882A JPS5989999A JP S5989999 A JPS5989999 A JP S5989999A JP 57185258 A JP57185258 A JP 57185258A JP 18525882 A JP18525882 A JP 18525882A JP S5989999 A JPS5989999 A JP S5989999A
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alloy
heat exchanger
core material
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composite plate
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Hiroshi Kawase
川瀬 寛
Motoyoshi Yamaguchi
山口 元由
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Furukawa Aluminum Co Ltd
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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
    • F28F19/00Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F28F19/02Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings
    • F28F19/06Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings of metal

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアルミニウム製熱交換器に関するもので、特に
冷却循環水と接触する部分、すなわち管板部分の耐(孔
)食性を向上せしめたものである。
従来、アルミニウム製熱交換器、例えば自動車用ラジェ
ーターは第1図に示ずように直立する平列状の多数の水
管(1)の両端に、管板(2+ (2’)と、各水管の
間に多数のフィン(3)とザイドブラケット(4)を組
利け、同時に真空ブレージングを行ない接合したコアー
と樹脂からなるタンク(5)(5′)を第1図のA−A
断面図である第2図のように機械的に締結して作られる
このような熱交換器のフィンにはJ I S 3003
(Al−M口合金)JIS 5005(Al−Mg合全
)又は、これらにZn、Sn  等を添加した犠牲陽極
フィンを使用し、水管あるいは管板の外面を防食してい
る。
管板は、AA 6951 (hl−Mg −s;合金)
を芯材とし、冷却水側には、Zn 0.8〜1.3 w
t%(以下wt%を単に係と略記)を含むアルミニウム
合金、例えばJIS 7072(AI−Z11合金)を
皮材(第2図(6))としてクラッドし、他面にはろう
材(第2図(力)としてJIS 4045(Al−8i
合金)、J I 84004(Ae −Si−Mg)あ
るいはAA4 + 04 (Ad−8i −Mg−13
i)をクラッドしたもので、これをプレス成形して外表
面にろう材を有する管板を形成し、フィン及び水管と共
にブレージングにより接合l−ている。これら接合コア
ーと樹脂のタンク(5)をQ IJング(8)を介して
機械的に締結することによって、熱交換器を製造するも
のである。
前記の管板に用いた複合板は腐食性の冷却水に晒した場
合、芯材に比べて電位の低い皮材が優先的に腐食して芯
材を防食する作用、即ち陰極防食効果を有する。
このような複合板を用いて熱交換器を製造するためには
、従来フラックスを用いて大気中でブレージングを行な
うか、又は溶融フラックス中でブレージングを行なって
いる。
しかし、これらの方法は塩化物、弗化物系のフラックス
を用いるため、その排液処理など公害上の問題かあり、
またブレージング後にフラックスを完全に除去する必要
かあるなど、工程上も複雑でコスト上昇に大きな影響な
与える。
これに′&み近年真空中でブレージングする方法が開発
され、盛んに行なわれるようになった。
しかしながら真空中でブレージングを行なうと、管板を
形成する複合板の皮材に含まれているZllが真空中へ
蒸発し、皮材のZl+濃度か極端に減少(80%以上)
するため、陰極防食効果がほとんどなくなり、自動車用
ラジェーターのように腐食環境の厳しい雰囲気、特に腐
食抑制剤(インヒビクー)によって管理されていない冷
却水に晒されると、孔食か芯材にまで達し、遂には管板
に貫通孔を生ずる欠点があった。しかも芯材として用い
ているAA6951は、主成分であるMgとSIか、粒
界に化合物として析出し易く、これらか粒界腐食感受性
を高めるため、上記の孔食を促進さぜるなどの欠点もあ
る。
本発明はこれに鑑み種/2研究の結果、アルミニウムに
微量のCaを添加した合金が、JIS7072 (kl
−Zn合舎)に替って皮材となった場合、真空ブレージ
ングによっても何んら変化な(、Caも蒸発ぜず優れた
犠牲陽極層となりうろことを知見した。更に芯材を構成
するAA6951の(:u、Mnを増しMgを減らし、
またCr%zr、 ’l’iの1種又は2種以」二を微
量添υ■することで粒界腐食感受性を低め、前記皮相と
複合させることによって耐食性に優れた複合板を見出し
、こσ)複合板を管板として用いることにより、耐食性
の優れたアルミニウム製熱交換器を開発したものである
即ち、本発明熱交換器は複数個のiF−列伏水管の両端
に数句けた水室の管板を外表面にろう材を有するアルミ
ニウム複合板で形成し、水管の間に多数のアルミニウム
製コルゲートフィンを数句けて真空ブレージングにより
ろう付接合した熱交換器において、管板をCLIo、2
〜0.8%、Mno、1〜o、s%、Mg0.1〜0.
5%、Si0.1〜0.6%を必須とし、(:r O,
01〜0.3 %、Zr O,01’−0,3%、T1
0.旧0.3% の1種又は2種以」二と残部A4およ
び通常の不純物からなるアルミニウム合金を芯材とし、
その片面にろう材な設け、他面にCaO,005〜0.
2係、FeとSIの合計が0.5係 以下、残部アルミ
ニウムからなるアルミニウム合金(以下Al−Ca合金
と略記)を皮材として設けた複合板で形成し、氷室の内
面側を皮相としたことを特徴とするものである。
複合板はAA6951を改良したアルミニウム合金(以
下Al−Cu−Mn−Mg−8i合金と略記)を芯材と
し、その片面にAl−8i合金、fi、l −Sl−M
g合金等のろう利、例えばAl−10係Si −1,5
%Mg合全又はこれKBi を微量添加したろう材をク
ラットし、他面K Al−Ca  合金材をクラッドし
たものである。この複合板をプレス成形により、第2図
に示すように水管(1)の両端に取り付けて、外面にろ
う付(力、内面にAl−Ca合金月(6)を有する管板
とし、真空ブレージング後に、樹脂製タンク(5)とO
リングを介して機械的に締結するもので、冷却水が通る
氷室の内面が皮拐で゛あるA、e −Ca合全全層なる
ようにしたものである。
A、e −Ca合金のCaは、真空ブレージングにより
蒸発し、炉内を汚染することなく、アルミニウムに含ま
」しる不町避の不純物のFe及びSlと化合物を作り、
マトリックスを高純化して合金の電位を下げる作用をな
す。
しかしてC,I含有量を0.005〜0.2係、アルミ
ニウムに含まれる不町避の不純物Fpと81の合計含有
量を0.5% 以下と限定したのはCa含有量か0.0
05%未満ではアルミニウムて不純物として含まれるp
c及びSlと完全に結びつくには少なすぎ、芯材に対す
る電位か陰極防食効果を発揮する程十分に低くならず、
0.2係 を越えるとFe及び豹と結びつかない過剰の
CaかAlと化合物な作り、塑性加工性を低下させてし
まう。
またFeと81の合計含有量か0.5係を越えると、F
e及び3iか単体又はA1.と化合物としてマトリック
ス中に晶出し、芯材に対する電位が十分低くならないと
共にそれ自体の耐食性も低下するためである。
一方芯利な構成するA6  Cu−Mn  Mg−8i
  合金のCuとMllは芯材の電位な高める作用と、
芯材に必要な強度を伺与するもので、CuO,2〜0.
8係、Mn O,1〜0.8 %  としたのは、いず
れも上限を越えると電位上昇効果は飽和してしまうばか
りでなく、塑性加工性を低下させてしまう。特にC1l
の増加ば自己腐食を増大して好ましくない。
一方CIlとMnが、それぞれ0.2.0.]、4%満
では芯材の電位を、十分に高めることは出来ない。
MgとSlはMg2Siの化合物を作り、芯材の強度を
高める効果がある。特にブレージング加熱後、一般の冷
却な行なっても焼入れの効果があり、樹脂タンクにかし
めろ場合に必要な強度(引張強さで+5kg/−以上)
が得られるもので、MgO,1〜0.5%、Si 0.
1〜0.6 %  としたのは、両者とも上限な越える
と芯材の融点が低下してしまい、ろう伺性が損なわれる
ばかりでなく、Mg2Siの化合物が多量に粒界に析出
し、粒界腐食が起こり易くなる。一方MgとSlが、そ
れぞれ0.1%未満では、樹脂タンクにかしめる際、必
要とする強度か得られない。
Cr、 Ti、 Zrは、本発明の芯材であるl! −
Cu −Mn −Mg  S ’  合金製造上、鋳塊
の結晶粒を1j11.細化し、使用時の加工性あるいは
強度、耐食性に効果的作用をなすもので、添加量をCr
O,OI〜0.3係、Ti O,01〜0.3 %、Z
loo、01〜0.3 % ノ範囲に限定した理由は、
それぞれ0.3%を越えて添加しても上記の効果は飽和
するばかりでなく、巨大な金属間化合物ケ形成し、塑性
加Iに性を低下させてしまう。またO、O]、%未満で
は」二記の効果か得られず、特に耐食性を低下させてし
まう。
この複合板の全板厚に対するAe−Ca合全金利皮粉比
率、すなわちクラツド比については特に限定するもので
はないが、板厚の変化によって2〜20%とする。
また、他面にはろう材を設けるが、真空ブレージング用
としてはAI  Sl−Mg系(J I S 4004
、JIS4NO4など)あルイハAl−Si −Mg 
−Bi系(AA4107Iなど)が最適で、その皮覆率
は、板厚によって5〜15チとすることか望ましい。
本発明熱交換器は以上の構成からなり、第1図に示すよ
うに、本発明用の複合板によって加工した管板(第1図
−2)とチューブ(1)フィン(3)とを組み合せてI
 X I (1”〜I X 10−5Torrの真空中
で580〜600℃の温度に加熱する真空ブレージング
により接合したコアーを、樹脂タンク(5)に機械的に
かしめることによって得られるものである。
以下本発明の実施例について説明する。
実施例1 第1表に示ず組成のAl−Ca合金(皮相)とA6−C
u−Mn−Mg−8i合金(芯材)からなる板厚1.0
mmの熱交換器の管板用複合板(皮相のクラット比10
係、皮相の層0.1 mm )を試作し、これを真空ブ
レージングを想定して5 X 10−” Torrの真
空中で600℃の温度に10分間加熱した後、次の各試
験を行なった。また比較のため、従来例として、A 6
95 J (Aja−0,25Cu−0,6Mg−〇、
4Si合金)を芯材とし、A 7072(Al−1,1
Zn合余)を皮相とする管板用複合板について同様の加
熱処理を行なった後、次の各試験を行なった。これ等の
結果を第2表に示した。
■ 25°0.5%食塩水中で飽和せ永電極を基準とし
て皮相と芯材の電位を測定した。
■ 曲げあるいはエリクセン試験機によって加工性を検
8」シた。
■ 引張強さく kg/ mr! )を測定した。+s
kg/mi以上がi・l脂タンクのかしめに対して有効
である。
■ 芯材の裏面をポリエステルテープてノールし、水道
水+1ON〕…C1l   の腐食液中に浸漬し、液の
温度を80℃、8時間保持した後、室温に16時間放置
するザイクルを2ケ月間繰返して、皮相面の最大孔食深
さを測定した。
第2表 ○△× 良;ゴ悪 第2表から明らかなように本発明に使用する複合板は何
れも芯材の電位に比較して皮材の電位が50〜l 10
 mvと十分に低く、最大孔食深さQ、 ] mmで、
皮材の厚さく0.]’im)で止まっており、従来用複
合板隘27と比較し、はるがて優れていることか判る。
また加工性は良好で、ろう付後の引張強さも’ 5 k
g/ mi以上で、樹脂タンクとのかしめ性も優れてい
る。
これに対して、皮材のcaが0.005%未満あるいは
0.2%を越える比較材Nλ16、N117ある(・は
Fe +3iの含有量か0.7係と多い比較相当18は
何れも皮材の電位が十分低くなく、孔食深さか0.3m
m以北と皮相の厚さを通し、芯利に達していることが判
る。
また芯材のCLl、M+1がそれぞれ0.2.0.1未
満の比較441+ 9は芯材の電位が低(なって、孔食
深さが0.25mmと皮材な貫通しているし、Cl、 
MI+が何れも0.8%を越えた比較材Nt20は、耐
食性は良好であるが加工性が低下している。更に芯材の
Mg、Siが何れも0.1未満、あるいは何れかか0.
1未満の比較相隔21、陥25、Nλ26は、ろ5イ;
1後の強度が15kg/mi未満で、樹脂タンクとのか
しめ性か劣る。またMg、Siかそれぞれ0.5係、0
.6係 を越えた比較月Nn 22はろう伺性が悪く、
しかも粒界腐食が起こり易く、耐食性か低下する( 0
.3 mm )。
〜の何れかである。
実施例2 第3表に示す組成の芯材と皮相を用い、芯材の片面に皮
材をクラッド(クラット10%)L、その他面にAl−
10%5i−1,5%Mg−0,08%Bi合金(41
04)からなるろう相なりラッド(クラット比15係)
した板)’l I−2mmの管板用の複合板を作り、熱
交換器の内側に皮相を有する様に管板を作り、第1図に
示すようにコルゲートフィンと水管とを一体に組立て、
5 X l 0−5Torrの真空中でブレージング(
600”C515分)を行/、l:い、熱交換器コアー
愛作成した。
次に、このコアーを樹脂タンクに0リングを介して第2
図の如く締結し、ラジェーターを作成 し プこ。
このラジェーター内に腐食液(水道水−1−101)I
)Ill Cu″4−)を80〜100℃の温度で8時
間循環させ、残り16時間は放冷というザイクルを6ケ
月間繰収した後、管板内側(皮材面)に発生した孔食の
深さを測定した。その結果を、ろう伺性、樹脂タンクと
のがしめ性ともに第3表に併記した。
第3表から明らかな如く、本発明熱交換器は何れも最大
孔食深さは皮材内(o、12mm)で止まっており、陰
極防食効果に優れていることか判る。またろう伺性、樹
脂タンクとのかしめ性も良好で゛あった。
これに対して従来熱交換器及び本発明の範囲より外れる
比較用熱交換器は何れも、最大孔食深さか皮相を通して
芯材に達していて陰極防食効果が認められないばかりで
なく、ろう刊性、かしめ性に劣るものもあった。
このように本発明熱交換器は真空ブレージングにより接
合した後も、優れた陰極防食効果を有し、熱交換器の耐
孔食性を向上し、耐用年数を著しく向−1−シ得る顕著
な効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はアルミニウム製熱交換器の一例を示す説明図、
第2図は第1図のA−A断面図で・ある。 1 水管、2・管板、3・・・フィン、4・・ザイドブ
ラケソト、5,5′・・樹脂タンク、6 皮材、7 ・
ろう利、8・・0リンク°。 第1図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 複数個の平列状水管とその両端に取付けた氷室の管板を
    、外表面にろう月を有するアルミニウム複合板で形成し
    、水管の間に多数のアルミニウム製コルゲートフィンを
    数個けて真空ブレージングによりろう個接合した熱交換
    器において、管板をCLI 0.2〜0.8 SVL%
    、Mu 0.1〜0.8 wt%、MgO,]〜Q、5
    wt係、SiO,1〜Q、5wt係を必須とし、Cr 
    O,01〜(1,3wt%、Zr O,01〜0.3 
    wt%、Ti O,01〜Q、3wt%  の1種又は
    2種以上と残部Alおよび通常の不純物からなるアルミ
    ニウム合金を芯利とし、その片面にろう拐を設け、他面
    にCaO,005〜0.2 wL%、p’eとSlの金
    側がQ、5wt% 以下、残部アルミニウムからなるア
    ルミニウム合金を皮相として設けた複合板で形成し、氷
    室の内面側を皮拐としたことを特徴とするアルミニウム
    合金製熱交換器。
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