(57)【要約】【課題】熱伝導／発熱流体の流量条件にかかわらず、腐食および／または浸食現象に耐えることができ、しかもコーティング層の厚さの低減を可能にし、かつ高い機械強度を有する熱交換器の複合材料用のコーティング層を提供する。【解決手段】発熱流体に接触できる、２層または３層からなる熱交換器用の複合材料において、流体に直接接触することができる、蝋付けされるコーティング層（２）で覆われたコア（３）を備えており、コーティング層（２）は、亜鉛を１．２〜１．８重量％、マンガンを０．９〜１．８重量％、および／またはジルコニウムを０．０５〜０．２５重量％含有し、シリコンを０．３〜１重量％、および／または鉄を０．３〜０．９重量％、および／または銅を０．１〜０．４重量％、および／またはマグネシウムを０．０５重量％未満、および／またはチタンを０．０５〜０．２５重量％含有することを特徴とする複合材料。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２層または３層からなり、発熱流体に接触する熱交換器用の複合材料であって、
前記流体に直接接触することができる、蝋付けされるコーティング層（２）で覆われたコア（３）を備えており、
前記コーティング層（２）は、亜鉛を１．２〜１．８重量％、マンガンを０．９〜１．８重量％、および／またはジルコニウムを０．０５〜０．２５重量％含有し、かつシリコンを０．３〜１重量％、および／または鉄を０．３〜０．９重量％、および／または銅を０．１〜０．４重量％、および／またはマグネシウムを０．０５重量％未満、および／またはチタンを０．０５〜０．２５重量％含有することを特徴とする複合材料。
【請求項２】
複合材料は、チューブを構成し、コーティング層（２）は、前記チューブの内面に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の複合材料。
【請求項３】
複合材料／チューブは、少なくとも１つの取付け部材、例えば、中間層／乱流器／フィンを蝋付けによって固定することができる外層（４）を、コーティング層（２）の反対側に備えていることを特徴とする、請求項１または２に記載の複合材料。
【請求項４】
コア（３）は、シリコンを０．１〜０．６５重量％、および／または鉄を０．２〜０．７重量％、および／または銅を０．２〜１．１重量％、および／またはマンガンを０．６〜２重量％、および／またはマグネシウムを０．０５重量％未満、および／または亜鉛を０．１重量％以下、および／またはジルコニウムを０．２重量％以下含有することを特徴とする。請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合材料。
【請求項５】
コア（３）は、基本的にアルミニウムからなることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の複合材料。
【請求項６】
コーティング層（２）の厚さは、複合材料の全厚の１０〜３０％、好ましくは複合材料の全厚の１０〜１５％であり、前記複合材料は、コーティング層（２）、コア（３）、および外層（４）のみを有することを特徴とする、請求項３に記載の複合材料。
【請求項７】
コーティング層（２）は、マンガンを１．４〜１．８重量％含有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の複合材料。
【請求項８】
コーティング層（２）は、ジルコニウムを０．１〜０．２重量％含有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の複合材料。
【請求項９】
コーティング層（２）は、亜鉛を１．４〜１．８重量％含有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の複合材料。
【請求項１０】
発熱流体に接触できる熱交換器用の複合材料において、
前記流体に直接接触する、蝋付けされるコーティング層（２）で覆われたコア（３）を備えており、
前記コーティング層（２）は、亜鉛およびマンガン、および／またはジルコニウムを含有する犠牲保護層であり、降伏強さＲｐ ０．２が４５ＭＰａよりも大きく、かつ引張り強さが１２５ＭＰａよりも大きいことを特徴とする複合材料。
【請求項１１】
少なくとも２種類の流体の間に熱交換バンドルを備え、前記流体の一方が、請求項１〜９のいずれか１項に記載の複合材料の中を循環するようになっている、主として自動車用の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器の分野に関し、詳細には、流体が内部を通過するタイプの熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、端部が、２つの配水タンクに、それぞれ従来通りに取り付けられた熱交換器用のチューブは知られている。これらのチューブは、熱交換器の熱交換バンドルを構成している。通常は、クーラントタイプの液体である熱伝達／発熱流体がチューブ内を流れ、チューブの外側を流れる通常は空気である別の流体と熱交換をする。
【０００３】
流体は、液体である必要がある場合、自動車においては、チューブを構成する金属に対して、一般に腐食性となる。従来、チューブ壁のコア、すなわちチューブの中核は、流体と接触して、特に塩化物に対する犠牲保護層として機能するようになっているコーティング層でコーティングされている。したがって、チューブ壁のコアは、侵食されず、このコーティング層が腐食する。このコーティング層は、亜鉛を約１重量％含有している。
【０００４】
この犠牲層の機能は、熱交換器のチューブのコーティング層の機能である。
【０００５】
しかしながら、金属壁の腐食は、均一ではなく、この腐食は、ピッチングによって生じ、コーティング層の局所的な変質部が形成されることが観察された。
【０００６】
チューブのピッチング現象は、腐食現象と浸食現象の組合せである。実際に、ピッチングゾーンに近接したコーティング層は、安定していないため、腐食生成物が流れに乗って回路に入り、新しい化学平衡が起こる。これは、動的な熱化学現象である。
【０００７】
しかしながら、チューブを循環している流体の流速が大きい場合、コーティング層の機械強度が弱く、コアの機械強度よりも大幅に低いため、ピッチングによる腐食は加速される。これにより、流体の速度が、例えば、約６０〜２０Ｌ／分と速い場合、熱交換器のチューブに急速な腐食が起こり、その結果、チューブは急速に磨耗したり漏れを生じたりする。
【０００８】
現在考えられる唯一の解決策として、流体の流速が速い場合に、長期に亘ってコーティング層がこのような加速された腐食現象に耐えることができるように、コーティング層の厚さを増大させることが考えられる。
【０００９】
しかし、この解決策は、チューブの耐用年数を一時的に改善するだけであり、満足できるものではない。さらに、コーティング層の厚さを大とすることにより、チューブの厚さ、従って熱交換器のサイズが大きくなるだけではなく、材料の厚さ（熱伝導に対する抵抗）の増大により、熱交換性能が低下してしまう。したがって、同様の熱交換器能力の場合、サイズが大きく、質量の重い熱交換器を用意しなければならない。最後に、この材料の厚さの追加は、コーティング層が、化学機能に応じた特定の構造を有するため、明らかにコストが嵩むことになる。
【００１０】
これらの所見は、チューブからなる熱交換器の複合材料についてであるが、同様の特性、すなわち、複合材料の壁のコアを化学的に保護するコーティング層に必要な特性を有するあらゆるタイプの熱交換器の複合材料は、本発明の目的であり、現在の熱交換器において、上記した従来技術のチューブの欠点および問題と類似する欠点および問題を有することに留意されたい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記の欠点および問題を解決するためになされたものであり、特に熱伝導／発熱流体の流量条件にかかわらず、腐食および／または浸食現象に耐えることができ、しかもコーティング層の厚さの低減を可能にする、高い機械強度を有する熱交換器の複合材料用のコーティング層を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そのため、本発明は、発熱流体に接触できる少なくとも１つの壁を含む熱交換器の複合材料であって、この壁は、流体と直接接触する、蝋付けされるコーティング層で覆われたコアを備えており、コーティング層は、亜鉛を１．２〜１．８重量％、およびマンガンを０．９〜１．８重量％、および／またはジルコニウムを０．０５〜０．２５重量％含有することを特徴とする複合材料を提案するものである。
【００１３】
本発明による複合材料は、２層または３層、すなわちコアおよびそのコーティング、ならびに任意選択の外層を含むことに留意されたい。
【００１４】
用語「コア」は、壁の中心、すなわち中核に設けられた部分、すなわち一部を意味することを理解されたい。
【００１５】
パーセンテージは、本明細書では、重量％のことである。すなわち、層または部品における対象成分の割合は、層または部品の全重量に対する対象成分の重量によって決められる。
【００１６】
本発明の熱交換器の他の特徴は、次の通りである。
・一実施形態によると、複合材料がチューブを構成し、コーティング層がこのチューブの内面に設けられている。
・複合材料／チューブは、コーティング層の反対側に位置する、添付の図面には示していない少なくとも１つの取付け部材、例えば、中間層／乱流器／フィンを、蝋付けによって固定することができる外層を備えている。
・本発明の好適な一実施形態によると、コーティング層は、シリコンを０．３〜１重量％、および／または鉄を０．３〜０．９重量％、および／または銅を０．１〜０．４重量％、および／またはマグネシウムを０．０５重量％未満、および／またはチタンを０．０５〜０．２５重量％含有している。
・本発明の好適な一実施形態によると、コアは、シリコンを０．１〜０．６５重量％、および／または鉄を０．２〜０．７重量％、および／または銅を０．２〜１．１重量％、および／またはマンガンを０．６〜２重量％、および／またはマグネシウムを０．０５重量％未満、および／または亜鉛を０．１重量％以下、および／またはジルコニウムを０．２重量％以下含有している。
・コアは、基本的に、アルミニウムからなっている。
・本発明の１つの特徴によると、コーティング層の厚さは、複合材料の全厚の１０〜３０％、好ましくは複合材料の全厚の１０〜１５％であり、この複合材料は、コーティング層、コア、および外層のみからなっている。
・好ましくは、コーティング層は、マンガンを１．４〜１．８重量％含有している。このマンガンのパーセンテージは、コアのマンガンの濃度に類似または近似している。
・好ましくは、コーティング層は、ジルコニウムを０．１〜０．２重量％含有している。
・好ましくは、コーティング層は、亜鉛を１．４〜１．８重量％含有している。
【００１７】
概説すると、本発明は、発熱流体に接触できる熱交換器の複合材料であって、発熱流体に直接接触する、蝋付けされるコーティング層で覆われたコアを備えており、コーティング層は犠牲保護層であり、降伏強さＲｐ ０．２が４５ＭＰａよりも大きく、かつ引張り強さが１２５ＭＰａよりも大きいことを特徴とする複合材料に関する。
【００１８】
また、本発明は、少なくとも２種類の流体の間に熱交換バンドルを備え、流体の一方が、上記した複合材料の中で循環する、主として自動車用の熱交換器にも関する。
【００１９】
以下の説明では、単なる例を示し、添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】３つの構成層を備える熱交換器の複合材料の壁の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下の説明において、本発明を、熱交換器のバンドルを形成するために熱交換器に取り付けられるチューブ、正確にはフラットチューブからなる複合材料を用いて例示する。ただし、この複合材料は、熱交換器の導管を形成するために用いられるプレート、または他の壁を形成するために使用することもできる。
【００２２】
図１は、本発明による複合材料の壁１を模式的に示している。３つの層、すなわちコーティング層２、コア３、および外層４が、従来の複合材料の壁と同様に存在している。
【００２３】
本発明は、コーティング層２に関し、さらに、このコーティング層２と結合されたコア３にも関する。
【００２４】
コーティング層２および外層４は、いかなる改良、または特定の加工や処理を加えることなく、完全に従来の要領で、複合材料／チューブの壁のコア３に取り付けられる。この技術は当業者に公知であるため、これらの層を金属コアに取付け／固定するための手順／方法については、これ以上説明しない。
【００２５】
本発明によると、コア３およびコーティング層２の両方において、特に強い壁を提供することが可能となる。従来、コア３を強くすることはあったが、コア３とコーティング層２が、ともにほぼ同等の高い機械的性質を有することはなかった。しかし、本発明のコア３とコーティング層２は、以下に示す機械特性を有している。
・降伏強さＲｐ ０．２は、４５ＭＰａよりも大きい
・引張り強さは、１２５ＭＰａよりも大きい
【００２６】
コア３およびコーティング層２の降伏強さＲｐ ０．２は、概ね４５〜６５ＭＰａの範囲であることに留意されたい。
【００２７】
本発明によるコーティング層２では、割合を示す亜鉛は、腐食耐性に寄与し、マンガンおよび／またはジルコニウムは、機械特性を向上させるために必須である。ジルコニウムは、特に、合金の（より小さい結晶への）再結晶化を制限する特性を有する。
【００２８】
腐食に対する優れた保護が得られるようにするために、コーティング層２とコア３との間の腐食電位差を、少なくとも１２０ｍＶ／ＳＣＥ（ＡＳＴＭ Ｇ６９−１９９７標準によって測定した飽和カロメル電極）にしなければならない。本発明のコア３とコーティング層との間の腐食電位差は、この１２０ｍＶ／ＳＣＥの値よりも高く、通常は１５０ｍＶ／ＳＣＥよりも高い。
【００２９】
本発明は、本発明による複合材料／チューブ内を循環する流体が、特に、エンジンのクーラントに使用されるような液体タイプの腐食性流体の場合、特に有利であるが、このコーティング層は、このコーティングの厚さを低減するとともに、高い機械特性を付与するために、熱交換器のすべてのタイプの複合材料／チューブに使用することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１  壁
２  コーティング層
３  コア
４  外層
【図１】
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【国際調査報告】
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