(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも片面にＺｎ層を有するアルミニウム板材によって、外面に該Ｚｎ層が存在するものに形成された複数本の熱交換チューブであって、幅方向の両端に外側壁を中間に補強壁を有する断面櫛歯状の本体と、該本体の補強壁先端側に被せられかつ本体と接合された蓋体とからなる熱交換チューブを、相互間にアルミニウム製フィンを介して並列状に配置しコアに組立てたのち、該コアにフラックスを塗布する一方、熱交換チューブ内にはフラックスを塗布することなくチューブの内面にＮｉまたはＣｏの少なくとも一方を含むコーティング層を形成しておき、その後加熱し、前記熱交換チューブ外面のＺｎ層を溶融して熱交換チューブとフィンとを接合するとともに、熱交換チューブの本体と蓋体とを、蓋体内面あるいは本体内面のＺｎ層またはろう材の溶融によって接合することを特徴とする耐食性に優れたアルミニウム製熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、カーエアコン用の凝縮器、蒸発器、ラジエータ等のような空気調和機やその他各種用途に用いられるアルミニウム製熱交換器に関し、特に耐食性に優れたアルミニウム製熱交換器及びその製造方法に関する。
【０００２】
なお、この明細書において、アルミニウムの語はアルミニウム及びアルミニウム合金の両方を含む意味で用いる。
【０００３】
【従来の技術】
この種アルミニウム製熱交換器は、一般に、アルミニウム製の熱交換用チューブの複数本が相互間にアルミニウム製のフィンを介して並列状に配置されてコアが形成されるが、腐食環境下での使用に耐え得るものとするために、耐食性を付与されたものに構成されることがある。
【０００４】
このようなアルミニウム製熱交換器の従来の防食思想は、フィンをＳｎ、Ｚｎ、Ｉｎ等の犠牲腐食効果のある元素を添加したアルミニウムで構成し、該フィンの犠牲腐食作用によりチューブの耐食性を確保しようというものであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成では、フィンとチューブとが部分的に接合されているため、接合部分では確かに十分なチューブ防食効果が発揮され得るが、フィンと直接接触していない部分については防食が不十分であった。特に、最近では、熱交換チューブのさらなる薄肉化を可能とするため、チューブを押出形材にかえてアルミニウム板材の成形加工品によって形成したものが提案されているが、チューブが薄肉であるがゆえに、早期に腐食してしまうという問題が生じている。
【０００６】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、熱交換チューブがアルミニウム板材の成形加工品からなるものを対象として、フィンとの接触部分、非接触部分に拘らずチューブ全体の耐食性を向上した、耐食性に優れたアルミニウム製熱交換器及びその製造方法の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明に係る熱交換器は、熱交換チューブがアルミニウム板材の成形加工品からなるとともに、この熱交換チューブの複数本が相互間にアルミニウム製フィンを介して並列状に配置され、かつチューブとフィンとが接合された熱交換器において、前記熱交換チューブが、少なくとも片面にＺｎ層を有するアルミニウム板材によって、外面に該Ｚｎ層が存在するものに形成され、該Ｚｎ層を介してチューブとフィンとが接合されるとともに、該Ｚｎ層によってチューブ表面の防食層が形成されてなることを特徴とするものである。また、この発明に係る熱交換器の製造方法は、少なくとも片面にＺｎ層を有するアルミニウム板材によって、外面に該Ｚｎ層が存在するものに形成された複数本の熱交換チューブを、相互間にアルミニウム製フィンを介して並列状に配置しコアに組立てたのち、該コアにフラックスを塗布してその後加熱し、前記熱交換チューブ外面のＺｎ層を溶融して熱交換チューブとフィンとを接合することを特徴とするものである。
【０００８】
従って、この発明に係る熱交換器、及びこの発明によって製造された熱交換器によれば、チューブ表面の全体にＺｎ防食層を形成でき、フィンとの接触部分、非接触部分に拘らずチューブ全体の耐食性を向上できる。従って、例えば、幅方向の両端に外側壁を中間に補強壁を有する断面櫛歯状の本体と、該本体の補強壁先端側に被せられかつ本体と接合された蓋体とからなる熱交換チューブのように、該チューブがアルミニウム板材の成形加工品からなる薄肉のものであっても、その耐食性を各段に向上できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の一実施形態を示すもので、カーエアコン等に用いられるアルミニウム製の空気調和機用凝縮器に本発明を適用したものである。この熱交換器は、並列状態に上下方向に配置された偏平な熱交換チューブ（１）と、隣接チューブ（１）（１）間に介在配置されたコルゲートフィン（２）とでコアが形成されると共に、各チューブ（１）の両端が左右１対のヘッダー（３）（４）に連通接続されてなる。なお、図１において、（５）（５）は上下最外側のコルゲートフィンの外側に配置されたサイドプレート、（６）はチューブ群によって構成される冷媒通路を蛇行通路となすために、ヘッダー（３）（４）を長さ方向に仕切る仕切板、（７）は冷媒入口管、（８）は冷媒出口管である。
【００１０】
前記熱交換チューブ（１）は、図２及び図３に示されるように、平板部（１１）の幅方向の両端に、該平板部（１１）から垂直状に立ち上がった外側壁（１２）を有すると共に、平板部（１１）の幅方向の中間部において間隔的に垂直状に立ち上がった複数の補強壁（１３）を有して断面櫛歯状に形成された本体（１４）と、該本体（１４）を前記外側壁（１２）及び補強壁（１３）を挟んで平板部（１１）と反対側において閉塞する蓋体（１５）とからなる。そして、本体（１４）の外側壁（１２）の内面上部に設けた楔状の段部（１６）に、対応形状に形成された蓋体（１５）の幅方向の両端を嵌合して仮組し、外側壁（１２）及び補強壁（１３）の端面と蓋体（１５）の内面をろう付されるものである。このチューブ（１）の断面櫛歯状の本体（１４）は、シート状のアルミニウム板材をロール成形することにより製作されたものであり、蓋体（１５）もアルミニウムシートにより製作されたものである。このように、本体（１４）及び蓋体（１５）はアルミニウムの板材によって形成されるから、薄肉化が可能となされている。
【００１１】
また、前記コルゲートフィン（２）は、チューブ（１）の幅とほぼ同じ幅のシート状アルミニウムベア材をコルゲート状に成形してルーバーを切り起こしたものである。
【００１２】
また、前記ヘッダー（３）（４）は、表裏両面にろう材層を有するアルミニウムブレージングシートを断面円形のパイプに成形したものからなり、周面にはチューブ挿入孔が長さ方向に沿って間隔的に形成されると共に、このチューブ挿入孔に各チューブ（１）の両端が挿入接続されている。
【００１３】
而して、前記チューブ（１）の外面には、Ｚｎを含有する防食層が被覆されている。かかる防食層中のＺｎは、その犠牲腐食作用によりチューブを防食する役割を果たすものである。このためには、防食層が全てＺｎにより形成されても良いし、一部にＺｎが含有されていても良いが、Ｚｎが少なすぎると防食効果に乏しくなることから、チューブ表面のＺｎ濃度は１．２wt％以上確保するのが望ましい。
【００１４】
熱交換チューブ（１）の表面のＺｎ含有防食層は、次のようにして形成されたものである。
【００１５】
即ち、図２及び図３のように、アルミニウム心材（１４ａ）（１５ａ）の少なくとも片面にＺｎ層（１４ｂ）（１５ｂ）がクラッドされた板材を用い、Ｚｎ層（１４ｂ）（１５ｂ）が外面に存在するものとなるように成形して複数本の熱交換チューブ（１）を製作する。Ｚｎ層（１４ｂ）（１５ｂ）の厚さは、確実かつ有効な防食層を形成するために、５〜１０μｍの範囲に設定するのが良い。そして、これら熱交換チューブ（１）を、相互間にアルミニウム製フィン（２）を介して並列状に配置するとともに、チューブ（１）の両端をヘッダー（３）（４）のチューブ挿入孔に挿入し、さらにサイドプレート（５）（５）、仕切板（６）、冷媒出入口管（７）（８）を所定配置に組付けて熱交換器組立体とする。
【００１６】
次に、熱交換器組立体にフラックスを塗布する。フラックスの種類は特に限定されることはないが、非腐食性のフッ化物系フラックスを用いるのが好ましい。フッ化物系フラックスの一例としては、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ3 ）成分とフッ化カリウム（ＫＦ）成分とを共晶組成ないしそれに近い組成範囲に含んで実質的に錯体化された錯体混合物、ＫＡｌＦ4 、Ｋ2 ＡｌＦ5 、Ｋ3 ＡｌＦ6 等を好適なものとして挙示しうる。また、フラックスの塗布の方法は、静電粉体塗装法によっても良いし、懸濁液の塗布によっても良い。
【００１７】
フラックスを塗布した熱交換器組立体は、次にこれをＮ2 ガス等の不活性ガス雰囲気中で加熱し、熱交換チューブ（１）の外面のＺｎ層（１４ｂ）（１５ｂ）を溶融して熱交換チューブ（１）とフィン（２）とを接合する。この加熱によりＺｎ層（１４ｂ）（１５ｂ）の一部はチューブ（１）の肉厚方向内部に拡散し、拡散層を含むＺｎ層からなる防食層がチューブ外面に形成された熱交換器が製造される。チューブ（１）の外面に予めクラッドされたＺｎ層（１４ｂ）（１５ｂ）は防食層としてのほか、チューブ（１）とフィン（２）を接合するろう材ないしはんだ材としても利用される。
【００１８】
なお、熱交換チューブ（１）における本体（１４）と蓋体（１５）との接合は、例えば図２及び図３のように、蓋体（１５）の内面や本体（１４）の内面にＺｎ層またはＡｌ−Ｓｉ系ろう材（１５ｃ）をクラッドしておき、このＺｎ層またはＡｌ−Ｓｉ系ろう材（１５ｃ）を溶融して行えば良い。なお、チューブ（１）の内部中空部は極めて狭小なため、フラックスを塗布するとその残渣により中空部が閉塞する恐れがある。そこで、チューブ内にフラックスを塗布することなく本体（１４）と蓋体（１５）とを接合するために、チューブ（１）の内面にＮｉまたはＣｏの少なくとも一方を含むコーティング層を形成しておく。この場合には、熱交換器組立体に塗布したフラックスが蒸発してその蒸気がチューブ（１）内に入り込むと共に、コーティング層中のＮｉまたはＣｏが昇温過程におけるアルミニウム表面の酸化膜の成長を阻止し、蓋体（１５）内面あるいは本体（１４）内面のＺｎ層またはろう材（１５ｃ）の溶融によってフラックスを使用しない接合が達成される。
【００１９】
なお、以上の説明では、熱交換チューブ（１）として、断面櫛歯状の本体（１４）とこれに被せられる蓋体（１５）との２つの部材からなるものとしたが、熱交換チューブ（１）はアルミニウム板材から成形されるものであればこれに限定されることはなく、図４に示すように１つの部材からなるものでも良い。図４に示すチューブ（１０１）は、相互間に例えば１ｍｍ以下の間隔を隔てて対向する上下の平面壁部（１０２）（１０３）が、その一端においてＵ字状の屈曲部（１０４）を介して連続し、他端（１０５）において突き合わせ状にろう付されて、断面長円形の偏平状に形成されたものである。そして、前記の上下各平面壁部（１０２）（１０３）には、チューブ（１０１）の幅方向に互いに交互配置となる態様において、それぞれ２個ずつの内方に突出した屈曲突部（１０６）（１０６）が形成されている。この屈曲突部（１０６）は、前記平面壁部（１０２）（１０３）を内方にＶ字状に折込みその両側壁を密着させた屈曲二重壁として形成されたもので、チューブ（１０１）の長さ方向に連続したものとなされている。そして、この各屈曲突部（１０６）はそれらの頂端がそれぞれ相手方の平面壁部（１０２）（１０３）の内面に当接されると共に、ろう付によって該内面に接合一体化されている。これらの接合は、チューブ材（１０１）として、Ａ３００３等のアルミニウム心材の内面にＺｎ層あるいはＡ４３４３等のはんだ材ないしアルミニウムろう材を有する片面アルミニウムブレージングシートが用いられることにより、そのろう材を利用して行われるものである。従ってまたその接合操作は、熱交換器の製作時において、チューブ（１０１）とフィン（２）等各構成部材の接合操作と併せて同時に行われるものである。
【００２０】
図４に示した熱交換チューブ（１０１）は、図５に示されるように、平板状のアルミニウムシートの所定位置に屈曲部（１０６）を形成したのち、該シートを幅方向中央部分（１０４）において折り重ね方向に屈曲し、幅方向の両側縁（１０７）（１０７）を突き合わせ状となすことにより製作されたものである。
【００２１】
図４に示したような熱交換チューブ（１０１）もまた、図２及び図３に示したチューブ（１）と同程度の薄い肉厚を可能とするものであるが、その外面にＺｎを含む防食層を形成することで、優れた耐食性を保有するものとなる。なお、防食層の形成は、前述のチューブ（１）と同じく、チューブ（１０１）の外面に予めＺｎ層をクラッドしておき、これを加熱ろう付することにより行えば良い。
【００２２】
【実施例】
図１に示したものと同じアルミニウム製の空気調和機用凝縮器を製造するに際し、まず各構成部材を仮組みして複数個の熱交換器組立体を製作した。
【００２３】
ここに、熱交換チューブには、図２及び図３に示したような断面櫛歯状本体（１４）を蓋体（１５）で閉塞したものが用いられ、本体（１４）の外側壁（１２）の高さ（チューブの厚さ）Ｈは１．０５ｍｍ、幅Ｗは１８ｍｍ、補強壁（１３）の高さ（冷媒通路高さ）ｈは０．３５ｍｍ、補強壁（１３）の幅ｗは０．４ｍｍ、補強壁（１３）の間隔Ｌは２ｍｍ、蓋（１５）の肉厚ｔは０．３５ｍｍに設定されている。また、本体（１４）は、Ａ３００３アルミニウム心材（１４ａ）の片面にＺｎまたはＡ４３４３アルミニウムろう材（１４ｂ）をクラッドしたアルミニウムシートを、ＺｎまたはＡ４３４３アルミニウムろう材（１４ｂ）が外面に存在するように成形加工したものを用いた。一方、蓋体（１５）は、アルミニウム心材（１５ａ）の両面にＺｎまたはＡ４３４３アルミニウムろう材（１５ｂ）（１５ｃ）をクラッドしたアルミニウムシートを成形加工したものを用いた。各試料における本体（１４）及び蓋体（１５）の構成を表１に示す。またフィン（２）の組成を表１に併せて示す。
【００２４】
次に、上記の各熱交換器組立体に、フラックスを水に懸濁させた懸濁液を塗布した。フラックスとしては、ＫＡｌＦ4 、Ｋ2 ＡｌＦ5 ・Ｈ2 Ｏ、Ｋ3 ＡｌＦ6 の混合物からなるフッ化物系フラックスを用いた。なお、チューブ（１）の内面にもフラックスを塗布した。チューブ内面のフラックス塗布は、組立前のチューブ単体の段階で予め行ったものである。
【００２５】
次に、各熱交換器組立体をＮ2 ガス雰囲気の連続炉を用いて、Ｏ2 濃度：４０ｐｐｍ、露点：−５０℃、組立体の実体温度（最大）：５９０〜６０５℃、５７７℃以上の保持時間：３〜６分の条件で、ろう付した。
【００２６】
そして、得られた各熱交換器につき腐食試験を行った。試験は、ＡＳＴＭ人工海水と酢酸１０ｍｌ／海水１ｌ（ｐＨ２．８〜３．０）の混合溶液を３０分噴霧したのち、湿潤状態に９０分置き、これを１２０分１サイクルとして繰返したときのチューブに漏れを生じるまでの時間を測定した。その結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
0003699202.tif 000002
上記表１の結果から、本発明実施品は、従来品に比べて耐食性に優れたものであることを確認し得た。
【００２８】
【発明の効果】
この発明は、上述の次第であるから、チューブ表面の全体にＺｎ防食層を形成でき、フィンとの接触部分、非接触部分に拘らずチューブ全体の耐食性を向上できる。従って、例えば、幅方向の両端に外側壁を中間に補強壁を有する断面櫛歯状の本体と、該本体の補強壁先端側に被せられかつ本体と接合された蓋体とからなる熱交換チューブのように、該チューブがアルミニウム板材の成形加工品からなる薄肉のものであっても、その耐食性を各段に向上することができ、ひいては熱交換器全体の耐食性を向上することができる。しかも、チューブとフィンとの接合と同時に防食層を形成することができ、工程を簡略化できる効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）はこの発明の一実施形態に係る空気調和起用アルミニウム製凝縮器の正面図、（ｂ）は同じく側面図である。
【図２】図１の凝縮器の熱交換チューブの本体と蓋体とを分離して示す断面斜視図である。
【図３】図２の熱交換チューブの横断面図である。
【図４】熱交換チューブのさらに他の構成例を示す斜視図である。
【図５】図４の熱交換チューブの成形途中の状態を示す横断面図である。
【符号の説明】
１、１０１…チューブ
２…蓋体
１２…外側壁
１３…補強壁
１４…本体
１５…蓋体
１５ｂ…Ｚｎ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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