JPS63197895A - Ａｌ製熱交換器 - 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〕 本発明は自動車に用いるＡｌ’Ａ熱交換器に関するもの
で、特に熱交換器としての耐食性と耐圧強度を向上せし
めたものである。

〔従来の技術〕

自動車のラジェーター、ヒーター及びクーラーのコンデ
ンサーやエバポレーター等の熱交換器は、／ｌ製ブレー
ジングシートからなる冷媒循環通路間に、コルゲート加
工したＡｌ製フィンを組合せ、塩化物系フラックスを用
いる炉中ろう付は法により一体に接合していたが近年フ
ラックスを必要としない真空ろう付は法が開発され、洗
浄や廃液処理を必要としないところから多用されている
。例えばドロンカップエバポレーターは第１図（イ）、
（ロ）に示すようにコルゲート加工したＡｌ製フィンを
１）とプレス成形したＡｌ製ブレージングシート（両面
にろう材をクラッド）からなるプレスプレート（２）を
図に示すように積層した構造となし、通常真空ろう付げ
によりプレスプレート（２）のろう材を溶融してフィン
（１）とプレスプレート（２）を接合すると共にプレス
プレート（２Ｌ（２°）間（コア内部）に冷媒循環通路
（３Ｌ（３°）を形成している。

またラジェーターは第２図に示すようにコルゲート加工
したＡｌ製フィン（１゛）とブレージングシート（片面
にろう材をクラッド）からなる電縫管（４）（冷媒循環
通路）を図に示すように組合せた構造となし、通常真空
ろう付げにより電縫管（４）のろう材を溶融してフィン
（１′）と電縫管（４）を接合している。尚図において
（５）はヘッダープレート、（６）は樹脂製タンク、（
７）はバッキングを示す。

炉中ろう付けでは塩化物系フラックスを使用すればＺｎ
拡散層が表面に形成され、良好な外部耐食性を示すが、
非腐蝕性フラックス（例えばフッ化物系）を使用する場
合には外部耐食性を向上するためフィンに３ｎ、Ｚｎ、
Ｊｎ等を添加したフィン材を用い、ブレージングシート
にはＪＩＳ３００３又は６９５１からなる芯材表面に／
１−３ｉ系のＪＩＳ４３４３合金ろう材をクラッドした
シートを用いている。また真空ろう付けではフィンに純
ＡｌヤＪＩＳ３００３合金を用い、ブレージングシート
にはＪＩＳ３００３又は６９５１からなる芯材表面にＡ
ｌ−５　ｒ−Ｍｇ系のＪＩＳ４００４合金ろう材をクラ
ッドしたシートを用いている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

炉中ろう付けではＳｎ、Ｚｎ、Ｉｎ等を添加したフィン
が犠牲材として作用し、主要構成部（冷媒循環通路）の
孔食発生を防止し、更にＺｎＣ１ｚを含むフラックスを
用いるろう付けにより、熱交換器全体の表面にＺｎ拡散
層を形成し、これが同様の効果を奏する。これに対し真
空ろう付けでは材料的に特に犠牲作用について何等考慮
されていない。

■バポレーターでは表面に水分が凝縮するため、使用時
には表面が湿った環境にある。このため、ろう付は後に
クロム酸処理を施すことにより一応防食対策はなされて
おり、またフィンを形成する１１１ｉＡ、ｆ！は冷媒循
環通路を形成するＪＩＳ３００３や６９５１合金に対し
電位的に卑となって防食効果を示すも、フィンから離れ
た部分では防食効果が期待できない。

冷媒循環通路を形成するブレージングシートの厚さは０
．５〜０．６．程度であるが軽量化のため一層の薄肉化
の要求があり、これに伴い強度向上と成形性の維持が要
求されている。成形性の尺度としては材料の伸びを３０
％程度必要とし、高強度材では伸びが著しく低下し、プ
レス成形時に材料割れの問題がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明はこれに鑑み、外部耐食性の優れたＡｌ熱交換器
を得るため、ブレージングシートについて成形性やろう
付は性を低下させることなく、耐食性を向上せしめ、フ
ィンについては真空ろう付げにおけるＺｎの蒸発（炉の
汚染）やろう付は時の座屈（高温変形、潰れ）の問題が
なく、犠牲効果を発揮し、更に耐圧強度を向上せしめた
ものである。

即ち本発明Ａｌ製熟熱交換器、Ａｌ製ブレージングシー
トからなる冷媒循環通路間に、コルゲート加工したＡｌ
製フィンを組合せ、真空ろう付げにより一体に接合した
熱交換器において、フィンにＭ　ｎ０．２〜１．５　ｗ
ｔ％、　Ｚｎ０．５〜２．０ｗｔ％、　Ｃａ０．０１〜
０．５　ｗｔ％を含み、残部Ａｌからなる合金又はこれ
にＺ　ｒ＠０．２　ｗｔ％以下添加した合金を用い、冷
媒循環通路をＣｕ０．３〜０．９ｗｔ％、　Ｍｎ０．５
〜１．５　ｗｔ％、３ｉ０．２ｗｔ％以下、　Ｆｅ０．
２〜１．０ｗｔ％を含み、残部Ａｌからなる結晶粒径が
５０〜１５０μｍの芯材の両面又は片面にＡｌ−Ｓｉ−
Ｍｇ系合金ろう材をクラッドしたブレージングシートで
形成したことを特徴とするものである。

〔作　用〕

本発明Ａｌ製熟熱交換器上記構成からなり、特にフィン
を上記合金組成範囲としたのは、Ｍｎは強度及びろう付
は時の座屈を改善するためで、Ｍｎ含有量を０．２〜１
．５　ｗｔ％（以下ｗｔ％を単に％と略記）と限定した
のは０．２％未満では効果なく、１．５％を越えると塑
性加工性を低下するためであり、特にＭｎは熱伝導性を
低下させるため、少量とすることが望ましい。Ｚｎはフ
ィンの電位を卑として犠牲陽極として働かせるためで、
Ｚｎ含有量を０．５〜２．０％と限定したのは、０．５
％未満では効果がなく、２．０％を越えると効果が飽和
するばかりか、ろう付は時に炉内を汚染するようになる
ためである。

Ｃａはフィン表面に酸化層を生成し、ろう付は時にフィ
ンからのＺｎの蒸発を大巾に抑制するためであり、Ｃａ
含有量をｏ、　ｏｉ〜０．５％と限定したのは、０．０
１％未満では効果がなく、０．５％を越えるとろう付は
性を低下するばかりか、製造時に鋳造割れを生じたり、
加工性を低下するためである。またＺｒは更に強度及び
ろう付は時の座屈を改善するためで、ｚｒ含有量を０，
２％以下と限定したのは、０．２％を越えて含有せしめ
ると、塑性加工性を低下するばかりか、熱伝導性を低下
させ、熱交換器としての熱交換能を著しく低下させるた
めでおる。

また冷媒循環通路を形成するブレージングシートの芯材
を上記合金組成範囲としたのは、Ｃｕは強度を向上する
と共に電位を点化するためで、Ｃｕ含有量を０．３〜０
．９％と限定したのは０．３％未満で効果が少なく、０
．９％を越えると伸びが低下し、成形性が損なわれるた
めである。ＭｎはＣｕと同様強度を向上すると共に電位
を点化するためで、１ｖｌｎ含有量を０．５〜１゜５％
と限定したのは、０．５％未満では効果が少なく、１．
５％を越えると巨大なＡｌ−Ｍｎ化合物を生成して成形
性を損なうためである，Ｓｉは芯材の結晶粒度を微細化
し、かつ強度を向上させるためで、３ｉ含有量を０．２
％以下と限定したのは、０．２％を越えて含有せしめる
と３ｉ化合物のカソードとしての動きにより耐孔食性が
低下するためである。またＦｅは３ｉ同様芯材の結晶粒
度を微細化し、かつ強度を向上ざぜるためで、Ｆｅ含有
量を０．２〜１．０％と限定したのは、０，２％未満で
は効果がなく、１．０％を越えるとＦｅ化合物のカソー
ドとしての働きにより耐孔食性を低下するためである。

次に芯材の結晶粒度を５０〜１５０μｍとしだのは、Ｃ
ｕ及びＭｎ添加のため伸びが低下し、成形性が悪くなる
のを防止するためでおる。しかして粒度が５０μｍ未満
では、ろう付は加熱時にろう材拡散が大きくなり、熱交
換器コアの座屈や芯材厚ざの低下を招き、１５０μ汎を
越えると伸びの低下か著しいためである。通常ブレージ
ングシートはＯ材で使用される場合が多いが、Ｈ材につ
いても芯材粒度の範囲は同様とする必要かある。芯材の
粒度コントロールは芯材のソーキング温度をコントロー
ルすることにより得られ、温度が高いほど粒度は細かく
、かつＦｅ含有量の多いほど細かくなる。

（実施例〕 第１表に示すフィン材を作製した。即ち第１表に示す組
成の合金を６０Ｘ　１８０　Ｘ　１８０　ｒｒｖｎの金
型に鋳造し、両面面前して厚さ５０ｍｍとした後、５６
０℃×３時間のソーキングを行ない、５００’Ｃで熱間
圧延して５＃厚さとし、更に冷間圧延により厚さ０．１
２５＃とじた。これを３６０’ＣＸ２時間の焼鈍を行な
い、更に冷間圧延により厚さ０．１０ｍのＨ１４調質板
とした。

これより５０Ｘ　１００　ｒｒｍに切断し、５　Ｘ　１
０−５　ｔｏｒｒの真空中で６００°Ｃｘ５ｍ１ｎの加
熱処理を施し、化学分析によりＺｎの残留組を求め、加
熱前との比率をＺｎ残留率として比較した。また同様の
加熱材について表面を５％ＮａＣｊ！水溶液（４０’Ｃ
）で３０秒間エツチングし、硝酸水溶液にて中和水洗後
、２０℃の５％ＮａＣ１水溶液中で飽和カロメル電極（
Ｓ、Ｃ，Ｅ）を基準としてフィン材の電位を測定した。

更に上記フィン材より高ざ１０＃１Ｉｌｌ、ピッチ２ｍ
Ｉｎのコルゲートフィンを作製し、芯材にＪＩ３３００
３合金を用いて両面にＪＩＳ４００４合金からなるろう
材を１５％のクラツド率でクラッドした市販のブレージ
ングシートと組合せ、第３図に示すように上下から治具
（８）により挟圧して真空ろう付けを行ない、そのとき
のフィンの座屈を調べた。これ等の結果を第１表に併記
した。

第１表から明らかなようにＭｎ含有量の少ない比較用フ
ィンＮα５は座屈を起し、Ｍｎ含有量の多い比較用フィ
ンＮα６及びＣａ含有量の多い比較用フィンＮα１０、
更にＺｒ含有量の多い比較用フィンＮ０１１は何れも製
造が困難でフィンには適さないことが判る。

次に第２表に示すブレージングシートを作製した。即ち
第２表に示す組成の芯材を６０ｘ１８０Ｘ１８０ｍの金
型に鋳造し、６００℃×３時間均質化処理後両面面削し
て厚さ５０ｍとした。一方ろう材はＪＩＳ４００４合金
（Ａｌ−１０％Ｓ　ｉ−１，５％Ｍ９）を同様に鋳造面
剤し、５００℃に加熱して熱間圧延により１０．５ｍの
厚さとした。これを芯材の両面に合せて５００℃に加熱
した後、熱間圧着圧延して厚さ５Ｍとし、更に冷間圧延
を加えて０．６ｍの厚さとし、３６０℃Ｘ２時間の最終
焼鈍を加えてＯ材のブレージングシートを作製した。

ブレージングシートの芯材の粒度は３０〜１４０μｍで
あった。尚Ｎα７の芯材についてはＮα１の組成の芯材
を５２０°Ｃで均熱処理することにより芯材粒径を１７
０μｍとした。

これ等についてＪＩＳ　Ｚ　２２４７Ａ法に準じてエリ
クセン試験によりエリクセン値を求めると共に、強度を
測定し、更にフィンと同様にして自然電位を求めた。こ
れ等の結果を第２表に併記した。

第２表から明らかなように芯材粒度か１５０μｍより大
ぎい比較用ブレージングシートＮα７及びＣｕ含有量の
多い比較ブレージングシート〜α９は何れもエリクセン
値が劣り、成形加工する冷媒循環回路用には適せず、ま
たＭｎ含有量の多い比較用ブレージングシートＮｏ、　
１１は製造が困難でおった。

次に第１表に示すフィン材と第２表に示すブレージング
シートを使用し、第１図（イ）。

（ロ）に示すドロンカップエバポレーターを組立て、ろ
う付は性の目安として、コア内部に水圧を加えて耐圧強
度を測定し、またコアーの座屈状況を調査した。更にコ
ア内側にＮ２ガスで５Ｋｇの圧力を加えなからキャス試
験により穴あきまでの寿命を求めて外部耐食性を比較し
た。

これらの結果を第３表に示す。

第３表から明らかなように本発明品は何れも安定してｌ
ｉ３に’ｊ／ｃｔｉ以上の耐圧強度を示し、コア座屈の
問題もなく、耐食性（キャス寿命）も５００時間以上で
おる。

このことは従来品Ｎα１９の耐圧強度か３７Ｋｇ／ｃｍ
、キャス寿命が９５時間であるのに比較すれば、はるか
に優れていることが判る。

これに対し、本発明で規定する組成範囲から外れる比較
量では、従来品に比べて若干の改善は認められるも、尚
不十分であることが判る。

〔発明の効果〕

このように本発明によればブレージングシートからなる
冷媒循環通路の外部耐食寿命を飛躍的に向上し、耐圧強
度も２０％以上の向上が可能になり、これにより冷媒循
環通路を形成するブレージングシートの板圧を０．６か
ら０．５＃程度に薄肉化しても同様の耐圧強度を有し、
かつ耐食性にも優れた熱交換器を得ることができる等工
業上顕著な効果を奏するものでおる。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）、（ロ）はドロンカップエバポレータ〜の
一例を示すもので、（イ）は斜視図。 （ロ）は側面図、第２図はラジェーターの一例を示す斜
視図、第３図は座屈試験の一例を示す側面図である。 （１）、（１’）フィン （２）、（２°）プレスプレート （３）、（３°）冷媒循環通路 （４）チューブ （５）ヘッダープレート （６）樹脂タンク （７）パツキン （８）、　（８°）治具 第１ 第２図 （ロ） 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　Ａｌ製ブレージングシートからなる冷媒循環通路間に
   、コルゲート加工したＡｌ製フィンを組合せ、真空ろう
   付けにより一体に接合した熱交換器において、フィンに
   Ｍｎ０．２〜１．５ｗｔ％，Ｚｎ０．５〜２．０ｗｔ％
   ，Ｃａ０．０１〜０．５ｗｔ％を含み、残部Ａｌからな
   る合金又はこれにＺｒ０．２ｗｔ％以下を添加した合金
   を用い、冷媒循環通路をＣｕ０．３〜０．９ｗｔ％，Ｍ
   ｎ０．５〜１．５ｗｔ％，Ｓｉ０．２ｗｔ％以下，Ｆｅ
   ０．２〜１．０ｗｔ％を含み、残部Ａｌからなる結晶粒
   径が５０〜１５０μｍの芯材の両面又は片面にＡｌ−Ｓ
   ｉ−Ｍｇ系合金ろう材をクラッドしたブレージングシー
   トで形成したことを特徴とするＡｌ製熱交換器。