JPS61276697A - アルミニウム製熱交換器およびその製法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はアルミニウム（本明細書で言うアルミニウムと
はアルミニウム合金を含む）調熱交換器およびその製法
に関するものであり、さらに詳しく述べるならば冷凍サ
イクルの蒸発器、例えばカーエアコン用蒸発器に用いて
好適なものである。

〔従来の技術〕

一般的に熱交換器は、放熱あるいは冷却効果を向上させ
るために、放熱部および冷却部の面積を出来る限り大き
くとる様に設計されており、しかも小型化を図るため、
風量が多くかつフィンの間隙が極めてせまい。このため
大気中の水分がフィン間隙に凝集する。水の凝集は、冷
房運転時には室内機に、暖房運転時には屋外機に生ずる
。

上述の如き、凝縮水の発生により、フィン間に水滴がた
まると、通風抵抗を増大させ、性能低下をきたし、また
フィンにさびが発生し、それが飛散するという問題が起
こる。

又、フィン間隙に溜った水滴は熱交換器の送風機によっ
て飛散し易くなり、熱交換器下部に設置した水滴受皿か
らはみ出し易く熱交換器の近傍を水で汚染することにな
る。

従って、水滴がフィン間隙に残り、水滴による目詰りを
起させない様にする必要があるため、アルミニウム・フ
ィン表面に親水性を与え、もって、水濡れ性を向上させ
ることが望まれる。

親水性面をフィンに形成する方法としてシリカ微粒子、
ケイ酸塩、炭酸カルシウム、水酸化アルミナゾルを含有
する誓書皮膜を塗布する方法が公知である。しかしなが
ら、これらの無機物質皮膜は使用経時によって無機物質
が脱離し易く、微粉末として飛散し易くそれによって嗅
覚を刺激し不快感を得え、なおかつ親木性能を低下せし
める傾向を示す。シリカ等の微粉末の飛散を防止するた
めにシリカ等の皮膜に樹脂を含有せしめる方法もあるが
、多くの場合、樹脂比率の増加によって親水性能が低下
する傾向を示す。すなわち有機高分子樹脂材料の一般的
性質として、樹脂皮膜上の水の接触角が３０度以下にな
り難く、良好な水濡れ性面を得ることで困難であるがた
めに、無機物質の飛散を防止するだけの樹脂比率を増加
させると目的とする親水性が得られない。又、樹脂に界
面活性剤を補助的に添加する方法も公知であるが、界面
活性剤は水に溶解し、流去し易く、親水性面の持続性に
欠点を有する。

上述の処理により親水性を与えられたアルミニウムの表
面は一般に、水によって腐食し易く、且つ流去し易くな
るので、従って、熱交換器の使用経時によって、親水性
面が損なわれる場合が多かった。

従来、防食のためのアルミニウム製熱交換器の表面処理
としてクロメート化成処理が知られているが、クロメー
ト化成皮膜は皮膜形成初期には水濡れ性を有するが、親
水性面から疏水性面に経時変化する性質を有するために
、クロメート化成皮膜形成法は親水性面形成法としては
不満足であり、耐食性付与の機能しか有しておらない。

耐食性を付与する表面処理方法としては、クロム酸によ
る化成処理以外に陽極酸化処理、並びに樹脂皮膜処理な
どが知られているが、これらの処理によって形成される
表面皮膜も撥水性であ、る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のアルミニウム製熱交換器は、アルミニウムコイル
材を裁断、打抜成型、および溶接加工後のアルミニウム
製熱交換器の組立完成品を上述の耐食性表面処理す°る
か、あるいは下地として耐食性表面処理した後に親水性
表面を形成する場合と、アルミニウムコイル材にこれら
の表面処理を予め施した所謂プレコートアルミニウムコ
イル材を裁断、打抜成型加工する場合との何れかにより
製造されていた。しかしながら従来の表面処理により形
成された親水性皮膜は、持続性能が十分でなかったため
、アルミニウム製熱交換器の中でも、冷凍サイクル系の
蒸発器、特に風量が大きく、小型化の要求されるカーエ
アコン用のエバポレータは熱交換性能低下、さびの発生
等の点で不満足であった。特に、カーエアコン用熱交換
器の製造においては、フィンとチューブを一体に組立て
る際に接合部をろう付により形成した後に、化成処理と
親水性表面処理を行なうことが多い。この際シリコンを
多量に含むＡｌ−３ｉ　ろう材を両面にクラソドしたフ
ィン母材にろう付後湯等をスプレーしてろう材を除去す
るがアルミニウム母材の表面にアルミニウムとシリコン
の共晶体が残留し、この共晶体の表面には化成皮膜が付
着しにくいので、フィンの耐食性が不十分になるという
問題があった。

本発明は上記点に鑑みてなされたもので、経時によって
も微粉末飛散が発生せず、アルミニウム母材の金属表面
の耐食性および親水性（水濡れ性）を向上できるアルミ
ニウム製熱交換器およびその製法を提供することを目的
とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するため、本発明は、チューブ
およびフィンを形成するアルミニウムの一部又は全部の
表面に形成された皮膜が、少なくともその表面に、シラ
ノール基（−ＳｉＯＨ）を有する化合物と、マルトトリ
オースのα−１，６結合から成る多糖類とよりなる部分
を有するアルミニウム製熱交換器、及びアルミニウムで
形成されたチューブおよびフィンを一体に組立てる工程
と、この一体に組立てられた熱交換器組立体をシラノー
ル基（−５ｉＯ）Ｉ）を有する化合物とマルトトリオー
スのα−１，６結合から成る多糖類を含有する水性媒体
中に浸漬する工程と、浸漬後の熱交換器組立体を乾燥す
る工程とを有することを特徴とするアルミニウム製熱交
換器の製法を提供する。

〔作用〕

本発明においては、シラノール基を有する化合物として
、ケイ酸（ＳｉＯｚ）とアルカリ　（ＮａｔＯｌにｚｏ
。

Ｌｉ　１０まれには四級アンモニウム等）から成る所謂
水ガラス並びに高分子量のケイ酸の微粒子を水に分散し
たコロイド状シリカを用いることが出来る。

シラノール基を有する化合物は、主として、アルミニウ
ム母材の表面に親水性を与える作用を有する成分である
。かかる成分としてはコロイド状シリカが好ましいまた
、本発明においては、アルミニウム母材の最表面にシラ
ノール基を有する化合物マルトトリオースのα−１，６
結合で成る多ＩＩ！ＩＩを存在させることによって、こ
の成分の作用によって、経時によっても微粉末飛散の少
ない水濡れ性の良い熱交換器を得る。また、マルトトリ
オースのα〜１．６結合から成る多ＩＪ！類の分子量は
１．０００−５００．０００　　の高分子量を有し、金
属表面を水による腐食から防止する結果、熱交換器のｌ
ｔ食性も改善される。マルトトリオースが規則正しく配
列したα−１，６結合の天然釜１Ｐｉ類は線状構造のも
のが天然に得られる。

上記シラノール基を有する化合物、フルｌ−１−リオー
スのα−１，６結合からなる多ＩＲ類の上記作用を実質
的に損わない限り、アルミナゾルなどを皮膜に少量添加
することもできる。

熱交換器が腐食環境の緩かな雰囲気で用いられる場合、
例えば家庭用ルームクーラーなどでは、必ずしも、耐食
性を有する化成皮膜を必要とせず、アルミニウムの金属
表面に直接皮膜を形成することによっても耐食性を有し
、且つ水濡れ性を付与した実用的な皮膜を形成すること
も可能である。

係る皮膜の耐食性並びに密着性の向上を付与する表面処
理方法として、アルミニウムの表面処理として代表的な
アルカリ−クロム酸塩法、クロム酸塩法、リン酸クロム
酸塩法、リン酸亜鉛法、アルマイト処理、並びに最近一
部で使用されているクロム酸を含有しない皮膜化成法と
してチタン、ジルコンのリン酸塩化成処理法、並びに高
分子樹脂皮膜処理方法などを下地処理として行うことが
できる。この方法の中では、複雑な形状をした熱交換器
の内部まで均一に皮膜を形成出来るクロム酸皮膜化成法
が最も適している。

以下、本発明の詳細な説明する。

〔実施例〕

第１図は、本発明に係る皮膜が適用されるサーペンタイ
ン型熱交換器の一例であって、チューブｌ、フィン２、
アキュムレータ３．４、パイプ５゜６、サイドプレート
７で構成される。チューブ１は、Ａ１０５０．　Ａ３０
０３、又はこれらにＣｕ、Ｍｕ、Ｆｅ等を微量添加しな
アルミニウムを押出し成形により製造した偏平多穴チュ
ーブを蛇行状に曲げ加工して所定形状としたものである
。フィン２．は、ＡＩＱ５０．　Ａ３ＱＯ３、又は、こ
れらにＳ　ｆｌ、　Ｚ　ｎｌ　Ｉ　ｎ等を微量添加した
板材料を曲げ加工して所定形状としたものである。フィ
ン２とチューブ１の接合のために、フィン２の両面にＡ
４００４．　Ａ４３４３等のろう材をクラッドする方法
と、チューブ側にも同じろう材をクラッドする方法があ
る。一般にサーペンタイン型の熱交換器は前記の方法が
採用される。

３はチューブ１の冷媒入口側の端部に接合された冷媒分
配パイプ、４はチューブ１の冷媒出口側の端部に接合さ
れた冷媒集合パイプ、５は冷媒分配パイプ３に冷媒を導
入する入口バイブ、６は冷媒集合パイプ４から冷媒を導
入する出口バイブであり、これらの部品２ａ、３．４．
５．６もすべてアルミニウム製である。第１図の状態に
組み付けられたフィンとチューブは真空ろう付置囲気ろ
う付性などによる組立工程において、一体ろう付されて
組立体となる。必要に応じクロム酸処理等の化成処理も
しくはアルマイト処理工程を行ないひき続き、シラノー
ル基を有する化合物とマルトトリオースのα−１，６結
合で成る多＃Ｎ類の皮膜がフィン２の表面に形成される
。フィン２以外の熱交換器の部材１，３，４，５．６は
フィン２はどに水濡れ性は要求されないので、上記皮膜
の形成は必須ではないが、これらの部材表面でも水の凝
縮−が起こるために同様に皮膜の形成を行なうことが望
ましい。本発明の製法によると、第１図の状態に組み付
けられた熱交換器部材１．　２．　３．　４゜５．６（
組立体）は、洗浄工程によりろう材等の皮膜形成を妨げ
る成分をできるだけ除去した後、化成浴もしくはアルマ
イト処理浴に浸漬され、ひき続きシラノール基を有する
化合物とマルトトリオースのα−１，６結合でなる多糖
類を含有する水性浴に浸漬される。この水性浴の温度は
一般に常温〜８０℃であり、浸漬時間はカーエアコン用
熱交換器では一般に１０秒〜３分である。シラノール基
を有する化合物の水溶液中の濃度は一般に１〜１０重量
％、またマルトトリオースのα−１，６結合でなる多Ｉ
Ｊｉ類の濃度は一般に１〜２０重量％である。上記皮膜
の中で下地化成もしくはアルマイト皮膜はアルミニウム
で通常採用されている面積当り重量でよく、一方本発明
の特徴とするシラノール基を有する化合物とマルトトリ
オースのα−１，６結合でなる多糖類の皮膜は、熱交換
器の用途により異なるが、自動車用に関しては、０．２
〜−　２．０ｇ／ｍ２が好ましい。この下限未満の皮膜
では皮膜の効果が劣る傾向が見られ、一方上限を越えて
も特にそれに見合って効果が増大せずかつ経済的でなく
なる。かかる皮膜中の成分の割合は、マルトトリオース
のα−１，６結合でなる多ｌＮｍ１゛　重量部に対して
シラノール基を有する化合物が一般に、１〜０．１重量
部である。シラノール基を有する化合物の含有比率が多
くなると、その微粉末飛散の傾向が現われる。とは言え
本発明では、従来の樹脂−コロイダルシリカ皮膜に比較
して、シラノール基を有する化合物の比率が少ない特長
があり、このため概して微粉末飛散傾向は抑制されてい
るが、この事とマルトトリオースのα−１，６結合で成
る多糖類の添加効果とによって、微粉末の飛散の問題が
解決されている。又、シラノール基を有する化合物の含
有比率が少なくなると、その効果が少な（なるとともに
マルトトリオースのα−１，６結合で成る多糖類による
撥水傾向が現われる。

上述の如く、浸漬、塗布を行なった後、熱風乾燥炉にて
８０〜２００℃の温度にて焼付を行ない熱交換器を完成
させる。上記組立、洗浄、化成処理、アルマイト処理、
浸漬、塗布、焼付などの工程は、サーペンタイン型（第
１図）のみならず、フィンとチューブをろう付して接合
する工程により製造される蓄積型（第２図）、あるいは
フィンアンドチューブタイプ（第３図）、スカイブトフ
ィンタイプ（第４図）スパインフィンタイプなど、あら
ゆるタイプの熱交換器に適用される。フィンアンドチュ
ーブタイプ、スカイブトフィンタイプではフィンとチュ
ーブにろう材がクラッドされる。以下、主としてサーペ
ンタインタイプ（第１図）について皮膜の層構造の説明
を行なう。

第５図はろう行状態のチューブ１とフィン２を示し、１
０はろう材のフィレットを示す。ろう材のクラッドされ
ていないアルミニウム表面（フィン表面）の皮膜を模式
的に示す。第６図に示されるようにアルミニウム７の表
面に、順次クロム酸クロメート皮膜８、シラノール基を
有する化合物を含有するマルトトリオースのα−１，６
結合で成る多Ｉｉ類の皮膜９が積層される。シラノール
基を有する化合物を含有するマルトトリオースのα−１
，６結合で成る多Ｉｉ類の皮膜９は全面に形成されてい
る。クロム酸クロメート化成処理は耐食性の面から最も
望ましいが、アルミニウムの表面処理方法として代表的
なアルカリ−クロム酸塩法、クロム酸塩法、リン酸クロ
ム酸塩法、リン酸亜鉛法、並びに最近一部で使用されて
いるクロムを含有しない皮膜化成法としてチタン、ジル
コンのリン酸塩皮膜化成処理法、アルマイト処理法並び
にクロム酸を含有する樹脂皮膜処理法などを用いること
ができる。

〔発明の効果〕

本発明は種々のアルミニウム製熱交換器に適用可能なも
のであるが、風量が大きくかつ、小型化並びに軽量化熱
交換効率に要求される品質が厳しく、また使用される環
境も厳しい自動車搭載用熱交換器として特にすぐれた性
能が長期にわたって接続される。

又、シラノール基を有する化合物の添加比率も、汎用樹
脂の場合に比べ少なくなるために、コロイダルシリカな
どの微粉末の飛散を低減せしめることが出来る。

更に、本発明方法によれば、複雑な型状をした熱交換器
の内部まで均一に皮膜を形成することができる。

以下実施例を挙げて本発明を説明する。

実施例１〜４ アルミニウム用クロム酸クロメート皮膜化成処理剤（登
録商標ボンデライト７１３、日本パーカライジング側製
）１２ｇ／ｌの割合で水に希釈し、５０℃に加温した。

浴液中にあらかじめ清浄にしたアルミニウム剤Ａ　１０
５０材を約２分間浸漬し、水洗後、乾燥し、クロム付着
量として約１０Ｏｎ＋ｇ　／　ｍ　”のクロム酸クロメ
ート化成皮膜を形成させたアルミニウム材に、更にマル
トトリオースのα−１，６結合した天然の中性多糖類２
重量パーセントにコロイダルシリカ（登録商標スノーテ
ックス０．８産化学）を０．２．０．４．　１．および
２重量パーセントを添加した水溶液を塗布し熱風循環式
乾燥炉にて、１３０℃、２分乾燥を行い、多糖類とコロ
イダルシリカの皮膜を形成させた。本処理を施したアル
ミニウム板の水濡れ性の判定としてゴニオ式接触角測定
器を用いて水の接触角を測定した結果第１表に示すよう
に接触角は２０度以下で極めて良好な水濡れ性を示した
。一方、又、流水中に本処理板を約１ケ月浸漬した後も
水の接触角の上昇はほとんどなく、経時劣化はほとんど
認められなかった。

又、耐食性能についてＪＩＳ−Ｚ、　２３７１に基く塩
水噴霧試験を行った結果約５％の白錆発生に要する塩水
噴霧時間は約２００時間であった。

比較例１ 実施例１と同様の方法で処理したクロメート化成皮膜単
独の場合第１表に示す如く、水の接触角は増加し、水濡
れ性は低下する。

比較例２ 実施例１と同様の方法で処理したクロメート化成皮膜を
施したアルミニウム材にコロイダルシリカを含有しない
マルトトリオースのα−１，６結合した多ａ類の単独皮
膜を約０．７ｇ／ｍ”形成させた後実施例１と同じ方法
にて性能を確認した結果、水の接触角は３５度で、十分
な水濡れ性能を有していない。又流水浸漬試験では、約
２４時間で、はとんど多Ｉ！類の単独皮膜は流去し、親
木持続性は極めて劣った。

実施例５ アルミニウム用リン酸クロメート皮膜化成処理液の（登
録商標ボンデライ）７０１．ＡＢ剤４８ｇ／Ｊ、ＡＣ剤
２．１ｇ／１日本パーカライジング■製）５０℃浴液中
にあらかじめ清浄にした自動車用アルミニウム製熱交換
器を約２分間浸漬し、水洗しクロム付着量として約１０
０ｍｇ　７ｍ”のリン酸クロメート化成皮膜を形成させ
、ひき続き実施例２で用いたコロイダルシリカ０．４重
量パーセントおよびマルトトリオースのα−１，６結合
した天然の中性多ｇＩＭ類２重量パーセントから成る水
溶液に浸漬塗布した後熱風乾燥炉で１２０℃、３０分の
焼付を行い、リン酸クロメート上にコロイダルシリカを
含有する多Ｉｉ類の皮膜を形成した。本処理を施したア
ルミニウム製熱交換器の性能について第１表に示した。

又、流水に１ケ月浸漬後のアルミニウム製熱交換器をモ
ニター用普通乗用車に搭載し、使用した結果、コロイダ
ルシリカの剥離飛散も認められなかった。

比較例３ 実施例３と同様の方法でクロム酸クロメート化成皮膜を
形成させた後コロイダルシリカ（登録商標スノーテック
ス０、日産化学）４重量パーセント水溶液に浸漬しコロ
イダルシリカ０．７ｇ／ｍ”の皮膜を形成させた。

本処理を施したアルミニウム製熱交換器を流水中に１ケ
月浸漬後モニター用普通乗用車に搭載し、使用した結果
コロイダルシリカの剥離飛散が認められた。

実施例６ マルトトリオースのα−１，６結合した天然の中性多糖
類４重量パーセントにケイ酸カリウム０．４重量パーセ
ントを添加した溶液をあらかじめ清浄にしたアルミニウ
ム材Ａ　１０５０材表面に直接塗布し、熱風循環式乾燥
炉にて１３０℃で３分間乾燥を行い約１ｇ／ｍ”の皮膜
を形成させた。皮膜の性能については実施例１と同様の
方法にて確認した結果を第１表に示した。

比較例４ 実施例３と同様の方法でクロム酸クロメート化成皮膜を
形成させた後、コロイダルシリカ（登録商標スノーテッ
クス０、日産化学）を２重量パーセント及びアクリルエ
マルジョン（登録商標ブライマルＡＣ３３）を固形分換
算で２重量パーセント含む水溶液に浸漬し、次いで熱風
乾燥炉で１２０℃、３０分の焼付を行い、０．８ｇ／ｍ
”の皮膜を形成させた。本処理を施したアルミニウム製
熱交換器の性能を第１表に示した。

比較例５ 実施例１〜４のコロイダルシリカを０．４重量％含有す
る水溶液をアルミニウム材Ａ１０５０　（化成処理なし
）に塗布した後実施例１〜４と同様に１３０℃で乾燥し
たところ、乾燥中に皮膜が剥離してしまったため、接触
角および耐食性の測定はできな

【図面の簡単な説明】

第１−４図は本発明を適用するカーエアコン用蒸発器の
斜視図、第５図は第１図の要部拡大図、第６図は第５図
に示すチューブ１の表面部の拡大断面図である。 １−・−・チューブ、２−・フィン、８−・化成皮膜、
９−シラノール基を有する化合物とマルトトリオースの
α−１，６結合から成る多糖類の皮膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アルミニウムで形成されたチューブおよびフィンを
   含んでなる熱交換器において、 このチューブおよびフィンを形成するアルミニウムの一
   部又は全部の表面に形成された皮膜が、少なくともその
   表面に、シラノール基（−ＳｉＯＨ）を有する化合物と
   マルトトリオースのα−１，６結合から成る多糖類とよ
   りなる部分を有するアルミニウム製熱交換器。 ２、前記皮膜がアルミニウムの化成皮膜を含む特許請求
   の範囲第１項記載のアルミニウム製熱交換器。 ３、前記皮膜がアルマイト処理皮膜を含む特許請求の範
   囲第１項記載のアルミニウム製熱交換器。 ４、アルミニウムで形成されたチューブおよびフィンを
   一体に組立てる工程と、 この一体に組立てられた熱交換器組立体をシラノール基
   （−ＳｉＯＨ）を有する化合物とマルトトリオースのα
   −１，６結合から成る多糖類を含有する水性媒体中に浸
   漬する工程と、 浸漬後の熱交換器組立体を乾燥する工程とを有すること
   を特徴とするアルミニウム製熱交換器の製法。 ５、前記熱交換器組立体を、シラノール基 （−ＳｉＯＨ）を有する化合物とマルトトリオースのα
   −１，６結合から成る多糖類を含有する水性媒体中に浸
   漬する前に、化成処理もしくはアルマイト処理を行う工
   程を有する特許請求の範囲第４項記載の製法。 ６、前記交換器組立体をろう付により形成する特許請求
   の範囲第５項記載の製法。 ７、前記ろう付を、フィンを形成するアルミニウム材の
   表面にクラッドされたろう材を用いて行う特許請求の範
   囲第６項記載の製法。