KR20130069433A

KR20130069433A - 열교환기의 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 열교환기

Info

Publication number: KR20130069433A
Application number: KR1020120144313A
Authority: KR
Inventors: 아키라 야나기다; 쇼에이 데시마; 다케시 이구치; 마사카즈 모리모토; 고타로 기타와키; 가즈요시 나카시마; 다카시 무라세
Original assignee: 가부시키가이샤 덴소; 후루카와 스카이 가부시키가이샤
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2013-06-26
Also published as: CN103157862B; US20130199763A1; US9789564B2; CN103157862A; JP5511778B2; DE102012223252A1; JP2013123754A

Abstract

공정융해나 이로젼 등의 납땜 결함의 발생이 없는 열교환기의 제조방법 및 그것에 따라 제조되는 열교환기를 제공한다.
알루미늄합금관의 냉매유로와 구리합금관의 수류로를 구비하고, 각각의 유로 안을 흐르는 냉매와 물과의 사이에 열교환이 행하여지는 열교환기의 제조방법에 있어서, 상기 알루미늄합금관과 구리합금관을 548℃ 미만의 온도에서 납땜하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 제조방법 및 그 제조방법에 따라 제조된 열교환기.

Description

열교환기의 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 열교환기{MANUFACTURING METHOD OF HEAT EXCHANGER, AND HEAT EXCHANGER MANUFACTURED BY SUCH MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 히트펌프식 급탕기용의 열교환기 등 냉매를 열원으로 하는 열교환기의 제조방법 및 그것에 따라 제조된 열교환기에 관한 것이다.

고온 고압의 CO₂ 냉매를 열원으로 하는 히트펌프식 급탕기는, 냉매와 물과의 사이에 열교환하여 물을 가열하는 것으로, 최근 보급이 확대되고 있다. 이런 종류의 열교환기의 구성 재료로서는 일반적으로 열전달 특성이나 내식성이 우수한 구리합금관이 이용되고 있다. 그러나, 근래에는 반송성의 향상이나 저비용화를 목적으로, 냉매유로에 열전달 특성이 우수하여, 경량이고, 저비용인 알루미늄합금관을 이용한 열교환기도 제안 되고 있다.

냉매유로와 수류로(水流路)에 구리합금관을 이용한 종래의 열교환기에서는, 구리합금관끼리의 접합이기 때문에, 노(爐)중 납땜(brazing)이나 납땜질(soldering) 등, 각종의 접합방법이 확립되어 실용화되고 있었다. 그러나, 알루미늄합금과 구리합금의 접합은, 400℃ 가까운 융점의 상위, 강고한 산화물피막의 존재 등 많은 과제가 존재하여 매우 곤란하다고 하는 것이 알려져 있다.

특허문헌 1에 기재되는 알루미늄합금 냉매관과 구리합금 수관(水管)을 이용한 열교환기에서는, 기계적으로 알루미늄합금 냉매관과 구리합금 수관을 고정하고 있다. 또한, 특허문헌 2에 기재되는 열교환기에서는, 납재에 의해 알루미늄합금 냉매관과 구리합금 수관을 접합하고 있다.

특허문헌 3에는, 납재를 이용하여 알루미늄합금과 구리합금을 납땜하는 방법이 기재되어 있다. 납재에는, Si 및/또는 Cu의 합금원소의 합계 함유량이 5∼15mass%의 Al-Si-Cu계 합금이나, Al-10mass% Si-4mass% Cu-10mass% Zn의 합금을 이용하여, 600℃ 전후에서 납땜을 행하고 있다. 또한, 특허문헌 4에는, Zn-Al계 납재를 이용하여 알루미늄합금과 구리합금을 납땜하는 방법이 기재되어 있다.

일본공개특허공보 2002-107069호 일본공개특허공보 2010-255869호 일본공개특허공보 2000-117484호 일본공개특허공보 2006-341304호 특허문헌 1의 열교환기에서는, 알루미늄합금 냉매관과 구리합금 수관을 기계적으로 고정하고 있다. 이 경우, 유동하는 물과 냉매의 온도차가 커지면, 양 합금의 열팽창율이 다르기 때문에 접합부분에서 열응력이 발생한다. 그 결과, 접합부분에 변형이 생겨 버려 똑같은 접합 상태(밀접상태)를 유지할 수 없게 되어, 열교환 효율의 저하가 발생하는 문제가 있다. 특허문헌 2의 열교환기에서는, 납재의 구체적인 성분이 개시되지 않고, 이용하는 납재에 따라서는 이로젼(erosion)이 발생할 우려가 있다. 여기서, 이로젼이란 도 1에 나타내는, 용융한 납재가 접합부재를 침식하는 현상이다. 도 1에 있어서, 2는 알루미늄합금 냉매관, 3은 구리합금 수관, 4는 납재이며, 실선의 타원으로 둘러싼 부분(1)이 이로젼 발생부를 나타낸다. 특허문헌 3에 나타내는 방법으로 납땜을 행한 경우에는, 알루미늄합금과 구리합금의 공정(共晶)온도(548℃) 이상의 온도에서 납땜을 행하기 때문에, 공정융해(共晶融解)가 생겨, 피접합부재가 변형될 우려가 있다. 여기서, 공정융해란 알루미늄합금재와 구리합금재와의 밀접부가 국소적으로 용해되는 현상이고, 도 2는 공정융해가 진행되어 피접합부재가 크게 변형된 상태를 나타내는 도면이다. 도 2에 있어서, 5는 알루미늄합금 플레이트, 6은 구리합금관, 7은 납재이며, 납땜 후에 알루미늄합금 플레이트와 구리합금관은 용해에 의해 형상이 현저하게 변화되고 있다. 또한, 특허문헌 4에 기재되는, Zn-Al계 납재를 이용하여 알루미늄합금과 구리합금의 공정온도 이하에서 납땜하는 방법에서는, Zn-Al계 합금은 내식성이 부족하기 때문에, 과혹한 부식 환경에 노출될 가능성이 있는 열교환기에의 적용은 곤란하다.

본 발명은, 상기 선행기술을 배경으로 하여 이루어진 것으로, 히트펌프식 급탕기용의 열교환기 등, 냉매를 열원으로 하는 열교환기에 적용된다. 즉, 냉매유로인 알루미늄합금관과 수류로인 구리합금관을, 알루미늄합금과 구리합금의 공정온도(548℃)보다 낮은 온도에서 납땜하는 것으로, 공정융해나 이로젼 등의 납땜 결함의 발생이 없는 열교환기의 제조방법, 및, 그것에 따라 제조되는 열교환기를 제공하는 것이다.

본 발명자들은 예의 연구를 거듭한 결과, 납땜온도와 납재의 성분을 적절히 제어하는 것에 의해서 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은 청구항 1에 있어서, 알루미늄합금관의 냉매유로와 구리합금관의 수류로를 구비하고, 각각의 유로 안을 흐르는 냉매와 물과의 사이에 열교환이 행하여지는 열교환기의 제조방법에 있어서, 상기 알루미늄합금관과 구리합금관을 548℃ 미만의 온도에서 납땜하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 제조방법으로 하였다. 한편, 본 발명에 있어서의 알루미늄합금은 순알루미늄을 포함하고, 구리합금은 순동을 포함하는 것으로 한다.

본 발명은 청구항 2에서는 청구항 1에 있어서, Al-Cu-Si계 합금 또는 Al-Cu-Si-Zn계 합금의 납재를 이용하여 납땜하는 것으로 하였다.

본 발명은 청구항 3에서는 청구항 2에 있어서, Al-Cu-Si계 합금 또는 Al-Cu-Si-Zn계 합금의 납재가, Cu:27mass% 이하 및 Si:5.5mass% 이하의 적어도 어느 한쪽을 함유하는 것으로 하였다.

본 발명은 청구항 4에서는 청구항 3에 있어서, Al-Cu-Si계 합금 또는 Al-Cu-Si-Zn계 합금의 납재의 전체 질량에 대한 상기 납재내에 생성되는 액상의 질량비가 548℃에서 60% 이상으로 하였다.

본 발명은 청구항 5에 있어서, 청구항 1 내지 4 중의 어느 한 항에 기재된 제조방법에 의해 제조된 열교환기로 하였다.

본 발명에 따른 열교환기의 제조방법 및 그것에 따라 제조되는 열교환기에 의하면, 냉매의 유로인 알루미늄합금관과 물의 유로인 구리합금관이, 납땜 결함이 없고 양호하게 접합되기 때문에, 열교환 효율이 높은 열교환기를 제공할 수 있다.

도 1은 알루미늄합금재와 구리합금재의 납땜으로 발생한 이로젼을 나타내는 현미경 사진이다.
도 2는 알루미늄합금재와 구리합금재의 납땜으로 발생한 공정융해를 나타내는 사진이다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

(1) 납땜온도

알루미늄합금 냉매관과 구리합금 수관의 납땜온도는, 548℃ 미만으로 규정된다. 548℃ 이상의 온도에서는, 알루미늄합금과 구리합금의 공정융해가 일어나, 피접합부재(알루미늄합금 냉매관 및/또는 구리합금 수관)의 변형이나 강도 저하가 발생하기 때문이다. 납땜온도의 하한치는, 납재를 충분히 용융시킬 필요가 있기 때문에 510℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 따라서, 납땜온도는 510℃ 이상 548℃ 미만의 범위가 바람직하다.

(2) 납재의 성분

본 발명에서는, 납재로서 Al-Cu-Si계 또는 Al-Cu-Si-Zn계의 합금이 적합하게 이용된다. Al-Cu-Si계 합금 또는 Al-Cu-Si-Zn계 합금에서는, 액상선 온도를 알루미늄합금과 구리합금의 공정온도(548℃) 미만으로 내릴 수 있기 때문에, 납땜을 공정온도 미만에서 행할 수 있다. 이 때문에, 알루미늄합금과 구리합금의 공정융해를 발생시키는 일 없이, 피접합부재의 변형이나 강도 저하를 억제한 납땜이 가능해진다.

본 발명에서 이용하는 Al-Cu-Si계 합금 또는 Al-Cu-Si-Zn계 합금의 납재에서는, Cu:27mass% 이하(이하, 단순히 '%'라고 적는다) 및 Si:5.5% 이하의 적어도 어느 한쪽을 함유하는 것이 바람직하다. Cu와 Si는 납재의 액상선 온도를 내리고, 납의 유동성을 증가시키는 목적으로 첨가된다. Cu가 27%를 넘거나 Si가 5.5%를 넘으면, 납이 유동성이 증가함으로써 이로젼이 발생할 우려가 있다. 이로젼이 발생하면, 강도, 내식성, 납땜성이 저하하여, 열교환기의 성능 저하로 연결된다. 한편, Al-Cu-Si계 합금 또는 Al-Cu-Si-Zn계 합금에는 상당하지 않지만, Cu 또는 Si중 한쪽이 0%가 되는 것을 이용할 수도 있다.

Al-Cu-Si-Zn계 합금의 납재에서는, 그 액상선 온도를 더 저하시키는 목적으로 Zn이 첨가된다. 또한, Zn은, 이외에도 납재의 전위를 낮게(卑) 하는 효과가 있어, 납재의 전위를 조정하여 열교환기 전체의 내식성을 향상시킬 수 있다. 그러나, Zn함유량이 너무 많으면, 납재의 내식성이 현저하게 저하하기 때문에, Zn의 함유량은 20% 이하로 하는 것이 바람직하다.

한편, 원료 등에서 필연적으로 혼입되는 불가피적 불순물은 Fe가 0.3% 이하이고, 그 외의 원소가 각각 0.05% 이하이고, 또한, 합계로 0.15% 이하이면, 본 발명에서 얻을 수 있는 열교환기로서 그 특성이 손상되는 일은 없다.

Al-Cu-Si계 합금 또는 Al-Cu-Si-Zn계 합금의 납재의 548℃에서의 액상률(液相率)이 60% 미만이면, 이것보다 저온에서 납땜하는 경우, 접합에 필요로 하는 액상이 부족하여 충분한 접합부를 형성할 수 없는 경우가 있다. 따라서, 납재의 548℃에서의 액상률은 60% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 여기서, 액상률이란, 상기 Al-Cu-Si계 합금 또는 Al-Cu-Si-Zn계 합금의 납재의 전체 질량에 대한 그 납재내에 생성되는 액상의 질량비를 말한다.

가열중에서의 알루미늄합금재의 액상률을 실측하는 것은, 극히 곤란하다. 따라서, 본 발명에서 규정하는 액상률은 평형 계산에 의해서 구하는 것으로 한다. 구체적으로는, Thermo-Calc(Thermo-Calc Software AB사 제품) 등의 열역학 평형 계산 소프트에 의해서 합금 조성과 가열시의 온도로부터 계산된다.

(3) 납재의 형태, 형상

일반적으로 납재는, 분말, 막대 형상, 박 형상 또는 피접합부재에 미리 접합한 상태(클래드재)로 공급할 수 있다. 본 발명에 관한 알루미늄합금 납재를 이용하여 납땜 잡업을 행하는 경우, 분말 납재 또는 박(箔) 납재재가 바람직하다.

a) 분말 납재

본 발명에 이용하는 분말 납재는, 평균입경이 10∼150㎛의 범위인 것이 바람직하다. 평균입경이 10㎛ 미만에서는, 납땜 공정에 있어서의 분말 납재의 산화막 제거가 불완전하게 되어, 납땜의 불량이 발생하기 쉬운 경우가 있다. 또한, 평균입경이 150㎛를 넘으면, 적당량의 금속분말을 알루미늄합금관 표면에 도포하는 것이 곤란해지는 경우가 있어, 그 결과, 부위에 따르는 납량이 불균일하게 되어, 이로젼 등의 불량을 일으키는 경우가 있다.

b) 박 납재

박 납재는, 판두께가 0.1∼0.2㎜의 범위에 있는 박이 바람직하다. 판두께가 0.1㎜ 미만의 박에서는, 제조비용이 높아지기 때문에 양산에는 적합하지 않는 경우가 있다. 또한, 판두께가 0.2㎜를 넘으면 납의 절대량이 많아져, 이로젼 등의 불량을 일으키는 경우가 있다.

(4) 플럭스

a) 플럭스의 종류

일반적으로 납땜을 행하는 경우에는, 피접합부재와 납재 표면을 덮고 있는 산화피막을 제거하기 위해, 플럭스를 이용한다. 플럭스로서는 통상의 알루미늄합금을 납땜할 때에 사용되는 불화물계 또는 염화물계, 혹은, 불화물계와 염화물계의 혼합물을 이용할 수 있다. 불화물계 플럭스로서는, KAlF₄, K₂AlF₅, K₂AlF₅·H₂O, K₃AlF₆, AlF₃, KZnF₃, K₂SiF₆, Cs₃AlF₆, CsAlF₄·2H₂O, Cs₂AlF₅·H₂O 등을 들 수 있지만, 이것들은 1종 또는 2종 이상의 혼합물로서 이용된다. 또한, 염화물계 플럭스로서는, NaCl, KCl, LiCl, ZnCl₂등을 들 수 있지만, 이것들은 1종 또는 2종 이상의 혼합물로서 이용된다.

납재가 용융되기 전에 산화피막을 제거할 필요가 있기 때문에, 본 발명에서 사용하는 플럭스는 납재 자신의 융점에 맞추어, 플럭스 자체도 그 융점을 낮게 할 필요가 있다. 따라서, 본 발명에 있어서는, CsF를 포함한 불화물계 플럭스나 ZnCl₂를 포함한 염화물계 플럭스 등의 저융점 플럭스를 이용하는 것이 바람직하다. 한편, 불화물계 플럭스 및 염화물계 플럭스의 어느 것에 있어서도, 그 융점이 400℃ 이상으로, 바람직하게는 450℃ 이상으로 하는 것이 유효하다.

b) 플럭스 도포

플럭스는, 통상, 순수(純水)나 알코올 등의 휘발성 액체와 바인더 등으로 이루어지는 분산매에 현탁한 슬러리 형상으로서 피접합부재나 박 납재에 도포된다.

분말 납재를 사용하는 경우에는, 피접합부재에 균일하게 공급하기 위해, 플럭스는 분말 납재와 함께 분산매에 현탁시킨 슬러리 형상으로 피접합부재에 도포하는 것이 바람직하다. 플럭스와 분말 납재와의 혼합 비율은, 피접합부재의 조성이나 형상, 혹은, 조합하는 다른 쪽의 피접합부재에 따라서 다르지만, 분말 납재 100중량부에 대해서 플럭스 10∼150중량부로 하는 것이 바람직하다.

피접합부재에, 플럭스를 현탁시킨 슬러리, 혹은, 플럭스 및 분말 납재를 현탁시킨 슬러리를 도포할 때는, 균일하게 공급성이 손상되지 않는 한 도포 방법에 제한은 없다. 브러시 페인팅법이나 롤코팅법을 이용해도 좋고, 침지법이나 분무법을 이용해도 좋다.

(5) 알루미늄합금 냉매관과 구리합금 수관, 납재의 조립 부착

알루미늄합금 냉매관, 구리합금 수관, 그 사이에 배치하는 납재를 조립 부착하는 방법에, 제한은 없지만, 분말 납재를 사용하는 경우에는, 알루미늄합금 냉매관과 구리합금 수관을 조립 부착하기 전 또는 후에 피접합부재에 분말 납재와 플럭스를 함유하는 슬러리를 도포한다. 박 납재를 사용하는 경우는, 알루미늄합금 냉매관과 구리합금 수관과의 사이에 박 납재를 사이에 두고 이것들을 조립 부착하기 전 또는 후에 피접합부재에 플럭스 함유 슬러리를 도포해도 좋고, 혹은, 박 납재에 플럭스 함유 슬러리를 롤코팅법 등으로 사전 도포 또는 사전 도포 후에 건조해 두고 나서, 알루미늄합금 냉매관과 구리합금 수관과의 사이에 박 납재를 사이에 두고 이것들을 조립 부착해도 좋다.

(6) 납땜 분위기

알루미늄합금 냉매관과 구리합금 수관, 납재의 조립 부착 후는, 조립 부착부를 가열하여 납땜한다. 알루미늄합금으로 이루어지는 납재와 알루미늄합금 냉매관은 산화되기 쉽기 때문에, 납땜 가열은 질소가스나 아르곤가스 등의 불활성가스나 수소가스 등의 환원성 가스 등의 비산화 성 분위기 중에서 행하는 것이 바람직하다. 분말 납재는 산화되기 더 쉽기 때문에, 납땜 분위기를 일단 진공으로 한 후, 불활성가스나 환원성 가스로 치환하는 것이 바람직하다.

[실시예]

이하에 본 발명을 실시예에 의해 상세하게 설명한다.

실시예 1∼64 및 비교예 65∼69

(1) 분말 납재의 조제

납재에는, 분말 납재를 이용하였다. 표 1, 2 및 3의 조성을 함유하여, 잔부(殘部)가 Al와 불가피적 불순물로 이루어지는 750℃의 알루미늄합금 용탕(溶湯)을, 아르곤가스중에서 분무, 급냉하는 것에 의해, 알루미늄합금 분말을 얻었다. 이 합금분말의 평균입경을 표 1∼3에 나타낸다.

[표 1]

[표 2]

[표 3]

(2) 플럭스의 조제, 및, 플럭스와 분말 납재를 함유하는 슬러리의 조제

플럭스에는, 불화물계 플럭스로서 다이이치키겐소고교가부시키가이샤 제품 CF-7과 염화물계 플럭스로서 모리타가가쿠고교가부시키가이샤 제품 FL-55와 혼합물계 플럭스로서 CF-7과 FL-55를 배합한 것을 이용하였다. CF-7의 배합은 CsF(55mol%)-AlF₃(45mol%)이며, 융점이 410℃가 되도록 배합하였다. 또한, FL-55는 ZnCl₂를 40mass% 이상 함유하고, 다른 성분으로서 NaCl-KCl-LiCl-LiF를 함유하여, 융점이 450℃가 되도록 배합하였다. 혼합물계 플럭스는, CF-7과 FL-55가 각각 50mass%가 되도록 배합하였다. 상기 각 플럭스 100g와 분말 납재 80g를 배합하고, 이것에, 410℃ 이하에서 가열분해성 및 증발성(99.9% 이상 증발)의 양호한 유기물계 시판 바인더 100g를 더해 혼합함으로써, 플럭스와 분말 납재를 함유하는 슬러리를 조제하였다.

(3) 피접합부재와 납재의 조립 부착

납땜성 평가를 위해서, 1050합금으로 이루어지는 알루미늄합금 다혈(多穴) 편평관(두께 4㎜, 폭 20㎜, 길이 150㎜; 중공부는 폭 2㎜, 높이 2㎜, 길이 150㎜, 중공부의 수는 7개)과, 구리합금 편평관(두께 1㎜, 폭 20㎜, 길이 150㎜)을 준비하였다.

알루미늄합금 다혈 편평관의 하면(폭 20㎜, 길이 150㎜)과 구리합금 편평관의 상면(폭 20㎜, 길이 150㎜)을 밀착시키고, 알루미늄합금 다혈 편평관과 구리합금 편평관의 빈틈에 상기 슬러리를 도포하고, 실온에서 건조시켜, 납땜 시험용 조립 부착체를 제작하였다. 그 조립 부착체를 분위기로(雰圍氣爐)에 넣고, 분위기로의 내부를 표 1, 2 및 3에 나타내는 바와 같이 아르곤가스, 질소가스 또는 수소가스로 치환하였다. 그 후, 이 노(爐)내에서, 조립 부착체를 510℃까지 약 40분 가열하고, 게다가 510∼595℃의 각 납땜온도에서 3분간 유지한 후, 실온까지 냉각함으로써 납땜을 행하였다. 염화물계 플럭스로 납땜을 행한 것은, 플럭스 잔사(殘渣)를 제거하기 위해, 납땜 후 수세 처리를 행하였다. 한편, Thermo-Calc에 의해서 계산한 각 합금의 548℃에서의 액상률을 표 1, 2에 나타낸다.

다음에, 납땜 후의 시험편에 대해서, 접합성, 공정융해의 유무, 내(耐) 이로젼성을 하기에 나타내는 방법으로 평가하였다. 그 결과를 표 4 내지 6에 나타낸다.

[표 4]

[표 5]

[표 6]

(4) 접합성 평가

납땜 후 시험편을 길이방향에 대해서 수직으로 절단하고, 단면을 광학현미경으로 관찰을 행하여, 열교환효율을 대신하여 이용할 수 있는 특성으로서 접합성을 평가하였다. 납 조각의 발생이 접합부의 전체 길이의 5% 미만인 것을 ◎, 납 조각의 발생이 접합부의 전체 길이의 5% 이상 10% 미만인 것을 ○, 납 조각의 발생이 접합부의 전체 길이의 10% 이상 20% 미만인 것을 ○△, 납 조각의 발생이 접합부의 전체 길이의 20% 이상 60% 미만인 것을 △, 납 조각 발생이 접합부의 전체 길이의 60% 이상 또는 납땜이 불가능한 것을 ×로 하였다. 한편, 공정융해에 의해 형상이 현저하게 변화하여 평가를 행할 수 없었던 것은 -로 하였다. ◎와 ○, ○, ○△, △를 합격으로 하고, ×를 불합격으로 하였다.

(5) 공정융해의 유무

납땜 후 시험편을 시각으로 관찰하여, 공정융해 발생의 유무를 확인하였다. 공정융해가 발생하지 않은 것을 ○, 공정융해가 일부에라도 발생하고 있는 것을 ×로 하였다. ○을 합격으로 하고, ×를 불합격으로 하였다.

(6) 내(耐) 이로젼성 평가

납땜 후 시험편을 길이방향에 대해서 수직으로 절단하고, 단면을 광학현미경으로 관찰을 행하여, 납재의 침식비율(납땜 전의 납재와 피접합부재의 계면으로부터 피접합부재측에 납재가 침입한 깊이의 최대치/피접합부재의 판두께)을 산출하여, 내 이로젼성의 평가를 행하였다. 납재의 침식 비율이 5% 미만인 것을 ○, 납재의 침식 비율이 5% 이상 20% 미만인 것을 △, 이로젼이 격심하여 납재의 침식 비율이 20% 이상인 것을 ×로 하였다. ○과 △를 합격으로 하고, ×를 불합격으로 하였다.

(7) 종합평가

이상의 결과로부터, 각 평가의 판정에 대해서 ◎를 7점, ○을 5점, ○△을 3점, △를 0점, ×를 -5점으로 하여 점수를 매기고, 합계점이 17점을 ◎로 하고, 15점 이상 17점 미만을 ○로 하고, 13점 이상 15점 미만을 ○△로 하고, 0점 이상 13점 미만을 △로 하고, 0점 미만을 ×로 하여 종합평가를 행하였다. 종합평가가 ◎, ○, ○△, △를 합격으로 하고, ×를 불합격으로 하였다.

표 4, 5에 나타내는 바와 같이, 실시예 1∼64에서는, 종합평가가 합격이었다.

표 6에 나타내는 바와 같이, 비교예 65∼69에서는, 납땜온도가 너무 높았기 때문에 알루미늄합금과 구리합금의 공정융해가 생겨, 종합평가가 불합격이었다.

실시예 70∼117 및 비교예 118∼122

(1) 박 납재의 조제

납재에는, 박 납재를 이용하였다. 표 7, 8 및 9의 조성을 함유하여, 잔부가 Al과 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄합금 용탕을 용제(溶製)하고, DC 주조법에 의해 주괴(鑄塊)로 하여, 통상의 방법에 의해 박 납재를 제작하였다. 이 박 납재의 판두께를 표 7∼9에 나타낸다.

[표 7]

[표 8]

[표 9]

(2) 플럭스의 조제, 및, 플럭스를 함유하는 슬러리의 조제

플럭스에는, 불화물계 플럭스로서 다이이치키겐소고교주식회사 제품 CF-7과 염화물계 플럭스로서 모리타가가쿠고교가부시키가이샤 제품 FL-55와 혼합물계 플럭스로서 CF-7과 FL-55를 배합한 것을 이용하였다. CF-7의 배합은 CsF(55mol%)-AlF₃(45mol%)이며, 융점이 410℃가 되도록 배합하였다. 또한, FL-55는 ZnCl₂를 40mass% 이상 함유하고, 다른 성분으로서 NaCl-KCl-LiCl-LiF를 함유하고, 융점이 450℃이 되도록 배합하였다. 혼합물계 플럭스는, CF-7과 FL-55가 각각 50mass%가 되도록 배합하였다. 상기 각 플럭스 100g에, 410℃ 이하에서 가열분해성 및 증발성(99.9% 이상 증발)의 양호한 유기물계 시판 바인더 100g를 더해 혼합함으로써, 플럭스를 함유하는 슬러리를 조제하였다.

(3) 피접합부재와 납재의 조립 부착

납땜성 평가를 위해서, 1050합금으로 이루어지는 알루미늄합금 다혈 편평관(두께 4㎜, 폭 20㎜, 길이 150㎜; 중공부는 폭 2㎜, 높이 2㎜, 길이 150㎜, 중공부의 수는 7개)과, 구리합금 편평관(두께 1㎜, 폭 20㎜, 길이 150㎜)과, 박 납재(두께 0.1㎜, 폭 20㎜, 길이 150㎜)를 준비하였다.

상기 플럭스 함유 슬러리에 침지한 박 납재를, 알루미늄합금 다혈 편평관의 하면(폭 20㎜, 길이 150㎜)과 구리합금 편평관의 상면(폭 20㎜, 길이 150㎜)의 사이에 끼워 납땜 시험용 조립 부착체를 제작하였다. 그 조립 부착체를 분위기로에 넣고, 분위기로의 내부를 표 7, 8 및 9에 나타내는 바와 같이 아르곤가스, 질소가스, 수소가스로 치환하였다. 그 후, 이 노 내에서, 조립 부착체를 510℃까지 약 40분 가열하고, 게다가 510∼595℃의 각 납땜온도에서 3분 유지한 후, 실온에서 냉각함으로써 납땜을 행하였다. 염화물계 플럭스로 납땜을 행한 것은, 플럭스 잔사를 제거하기 위해, 납땜 후 수세 처리를 행하였다. 한편, Thermo-Calc에 의해서 계산한 각 합금의 548℃에서의 액상률을 표 7∼9에 나타낸다.

다음에, 납땜 후의 시험편에 대해서, 접합성, 공정융해의 유무, 내 이로젼성, 종합평가를 실시예 1∼64 및 비교예 65∼69와 같이 하여 평가하였다. 그 결과를 표 10∼12에 나타낸다.

[표 10]

[표 11]

[표 12]

표 10, 11에 나타내는 바와 같이, 실시예 70∼117에서는 종합평가가 합격이었다.

표 12에 나타내는 바와 같이, 비교예 118∼122에서는, 납땜온도가 너무 높았기 때문에 알루미늄합금과 구리합금의 공정융해가 발생하여, 종합평가가 불합격이었다.

본 발명에 관한 열교환기의 제조방법, 및, 그것에 따라 제조되는 열교환기에 의해, 냉매의 유로인 알루미늄합금관과 물의 유로인 구리합금관이, 납땜 결함이 없이 양호하게 접합되므로, 열교환 효율이 높은 열교환기를 제공할 수 있다.

1 : 이로젼 발생부
2 : 알루미늄합금 냉매관
3 : 구리합금 수관
4 : 납재
5 : 알루미늄합금 플레이트
6 : 구리합금관
7 : 납재

Claims

알루미늄합금관의 냉매유로와 구리합금관의 수류로를 구비하고, 각각의 유로 안을 흐르는 냉매와 물과의 사이에서 열교환이 행하여지는 열교환기의 제조방법에 있어서, 상기 알루미늄합금관과 구리합금관을 548℃ 미만의 온도에서 납땜하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 제조방법.
제 1 항에 있어서, Al-Cu-Si계 합금 또는 Al-Cu-Si-Zn계 합금의 납재를 이용하여 납땜하는, 열교환기의 제조방법.
제 2 항에 있어서, 상기 Al-Cu-Si계 합금 또는 Al-Cu-Si-Zn계 합금의 납재가, Cu:27mass% 이하 및 Si:5.5mass% 이하의 적어도 어느 한쪽을 함유하는, 열교환기의 제조방법.
제 3 항에 있어서, 상기 Al-Cu-Si계 합금 또는 Al-Cu-Si-Zn계 합금의 납재의 전체 질량에 대한 그 납재내에 생성하는 액상의 질량비가 548℃에서 60% 이상인, 열교환기의 제조방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 기재된 어느 한 항에 기재된 제조방법에 의해 제조된 열교환기.