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JP2016223725A - 熱交換器およびその製造方法 - Google Patents

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拓史 大槻
真奈 小林
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Abstract

【課題】熱交換管の薄肉化を図った上で要求される耐食性を確保しうる熱交換器を提供する。
【解決手段】コンデンサの熱交換管の管壁30、芯材層31と、芯材層31の外面を覆う第１ろう材層32と、芯材層31の内面を覆う第２ろう材層33とよりなる。芯材層31の外面表層部にＺｎ拡散層34が形成されている。Ｚｎ拡散層34の最深部分は熱交換管の管壁30の最外面から７０〜１００μｍの深さ位置にある。熱交換管の管壁30の最外面のＺｎ濃度は０．５５質量％以上であり、Ｚｎ拡散層34に、芯材層31と第１ろう材層32との境界部分35の自然電位よりも４１ｍＶ以上高くなった自然電位を有する高電位部分が存在している。
【選択図】図３

Description

この発明は熱交換器およびその製造方法に関し、さらに詳しくいえば、たとえば自動車などの車両に搭載されるカーエアコン用コンデンサとして用いられる熱交換器およびその製造方法に関する。
この明細書および特許請求の範囲において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。また、元素記号で表現された材料は純材料を意味し、「Ａｌ合金」という用語はアルミニウム合金を意味するものとする。
また、この明細書において、「自然電位」とは、５％ＮａＣｌ、ｐＨ３（酸性）の水溶液中における標準電極としての飽和カロメル電極（Ｓ．Ｃ．Ｅ）に対する材料が持つ電極電位を意味するものである。
カーエアコン用コンデンサに用いられる熱交換器として、長手方向を同方向に向けるとともに幅方向を通風方向に向けた状態で、厚み方向に間隔をおいて配置された複数のアルミニウム押出形材製扁平状熱交換管と、長手方向を熱交換管の並び方向に向けた状態で熱交換管の長手方向両端側に配置され、かつ熱交換管の両端部が接続されたヘッダタンクと、隣り合う熱交換管どうしの間および両端の熱交換管の外側に配置されて熱交換管にろう付されたアルミニウム製コルゲート状フィンと、両端のフィンの外側に配置されてフィンにろう付されたアルミニウム製サイドプレートとを備えており、ヘッダタンクが、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筒状に成形して両側縁部どうしの突き合わせ部をろう付することにより形成され、かつ両端が開口した筒状のアルミニウム製タンク本体と、タンク本体の両端にろう付されてその両端開口を閉鎖するアルミニウム製閉鎖部材とからなり、タンク本体に、長手方向を通風方向に向けた長穴からなる複数の管挿入穴が、タンク本体の長手方向に間隔をおいて形成され、熱交換管の端部が、管挿入穴内に挿入されてタンク本体にろう付されているものが広く知られている。
上述した熱交換器の製造方法として、本出願人は、先に、たとえば Ｃｕ０．３〜０．６質量％、Ｍｎ０．１〜０．４質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物よりなるＡｌ合金からなる押出形材製管材本体、および管材本体の外周面全体を覆うように形成された２〜８ｇ／ｍ2のＺｎ溶射層とによって構成されている熱交換器用管材と、Ｚｎ２．３〜２．７質量％、Ｍｎ１．１〜１．３質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物よりなるＡｌ合金で形成された芯材と、Ｓｉ７．９〜９．５質量％、Ｃｕ０．１〜０．３質量％、Ｍｎ０．１〜０．３質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物よりなるＡｌ合金で形成され、かつ芯材の両面を覆うろう材とからなるブレージングシートによって形成されている熱交換器用フィン材とをろう付することを含む方法を提案した(特許文献１参照)。
しかしながら、特許文献１記載の方法により製造された熱交換器の熱交換管はアルミニウム押出形材製であるので、その管壁の薄肉化には限界があり、熱交換管、ひいては熱交換器全体のさらなる軽量化を図ることができない。
そこで、特許文献１記載の方法により軽量化を図りうる熱交換器として、本出願人は、先に、たとえば熱交換管が、芯材と、芯材の両面を覆うろう材とからなる熱交換素材を曲げて扁平中空状体を得るとともに、当該扁平中空状体の継ぎ目部分をろう付することによりつくられたものが用いられている熱交換器を提案した(特許文献２参照)。
しかしながら、特許文献２記載の熱交換器において、熱交換管の薄肉化を図った上で要求される耐食性を確保するには、熱交換管の管壁に発生する腐食の深さを浅くする必要がある。
特許第４４３１３６１号公報 特開２０１３−２５００１８号公報
この発明の目的は、上記問題を解決し、熱交換管の薄肉化を図った上で要求される耐食性を確保しうる熱交換器およびその製造方法を提供することにある。
本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。
1)長手方向を同方向に向けるとともに幅方向を通風方向に向けた状態で、厚み方向に間隔をおいて配置された複数の扁平状熱交換管と、隣り合う熱交換管間に配置されて熱交換管にろう付されたフィンとを有する熱交換器において、
熱交換管が、Ｃｕ０．３〜０．５質量％、Ｍｎ０．６〜１．０質量％、Ｔｉ０．０５〜０．１５質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ合金で形成された芯材と、Ｓｉ７．０〜８．０質量％、Ｚｎ２．０〜３．０質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ合金で形成され、かつ芯材の片面を覆う第１ろう材と、Ｓｉ９．５〜１０．５質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ合金で形成され、かつ芯材の他面を覆う第２ろう材とからなる肉厚１７０μｍ以上のブレージングシートが、第１ろう材が外側に来るように曲げられて扁平中空状の熱交換管素材とされるとともに、熱交換管素材の必要部分をろう付することによりつくられており、フィンがアルミニウムベア材からなり、
熱交換管の管壁が、前記芯材からなる芯材層と、前記第１ろう材からなりかつ芯材層の外面を覆う第１ろう材層と、前記第２ろう材からなりかつ芯材層の内面を覆う第２ろう材層とよりなり、芯材層の外面表層部にＺｎ拡散層が形成されるとともに、当該Ｚｎ拡散層の最深部分が熱交換管の管壁の最外面から７０〜１００μｍの深さ位置にあり、熱交換管の管壁の最外面のＺｎ濃度が０．５５質量％以上であり、前記Ｚｎ拡散層に、芯材層と第１ろう材層との境界部分の自然電位よりも４１ｍＶ以上高くなった自然電位を有する高電位部分が存在している熱交換器。
2)フィンが、Ｍｎ１．０〜１．５質量％、Ｚｎ１．２〜１．８質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ合金で形成されている上記1)記載の熱交換器。
3)上記1)記載の熱交換器を製造する方法であって、
Ｃｕ０．３〜０．５質量％、Ｍｎ０．６〜１．０質量％、Ｔｉ０．０５〜０．１５質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ合金で形成された芯材と、Ｓｉ７．０〜８．０質量％、Ｚｎ２．０〜３．０質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ合金で形成され、かつ芯材の片面を覆う第１ろう材と、Ｓｉ９．５〜１０．５質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ合金で形成され、かつ芯材の他面を覆う第２ろう材とからなる肉厚１７０μｍ以上のブレージングシートを曲げて扁平中空状の熱交換管素材をつくるとともに、熱交換管素材の必要部分をろう付して熱交換管を形成すること、ならびに熱交換管の形成と同時に形成された熱交換管とアルミニウムベア材製フィンとをろう付することを含む熱交換器の製造方法。
4)熱交換管素材を形成するブレージングシートにおける第１ろう材のクラッド率が１６〜２２％である上記3)記載の熱交換器の製造方法。
5)フィンが、Ｍｎ１．０〜１．５質量％、Ｚｎ１．２〜１．８質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ合金で形成されている上記3)または4)記載の熱交換器の製造方法。
上記1)および2)の熱交換器によれば、熱交換管の管壁が、前記芯材からなる芯材層と、前記第１ろう材からなりかつ芯材層の外面を覆う第１ろう材層と、前記第２ろう材からなりかつ芯材層の内面を覆う第２ろう材層とよりなり、芯材層の外面表層部にＺｎ拡散層が形成されるとともに、当該Ｚｎ拡散層の最深部分が熱交換管の管壁の最外面から７０〜１００μｍの深さ位置にあり、熱交換管の管壁の最外面のＺｎ濃度が０．５５質量％以上であり、前記Ｚｎ拡散層に、芯材層と第１ろう材層との境界部分の自然電位よりも４１ｍＶ以上高くなった自然電位を有する高電位部分が存在しているので、熱交換管の管壁の外面からの腐食が前記高電位部分で止まることになる。したがって、腐食深さを浅くすることができ、熱交換管の耐食性が向上する。その結果、熱交換管の管壁の薄肉化を図ることが可能となり、熱交換管の軽量化、ひいては熱交換器の軽量化を図ることができる。
上記2)の熱交換器によれば、フィンにベア材を使用することにより、ブレージングシートを使用した場合に比べて耐食性が向上する。
上記3)〜5)の製造方法によれば、上記1)の熱交換器を比較的簡単に製造することができる。
上記5)の製造方法によれば、フィンにベア材を使用することにより、ブレージングシートを使用した場合に比べて耐食性が向上する。
この発明の熱交換器を適用したカーエアコン用コンデンサの全体構成を示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ線拡大断面図である。 図２の部分拡大図である。 実施例において製造したコンデンサの５つの熱交換管における管壁最外面のＺｎ濃度と、Ｚｎ拡散層の最深部分の深さ位置とを示すグラフである。 実施例において製造したコンデンサの１つの熱交換管における管壁最外面からの異なる深さ位置の自然電位を示すグラフである。 比較例において製造したコンデンサの１つの熱交換管における管壁の最外面からの異なる深さ位置の自然電位を示すグラフである。
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。この実施形態は、この発明の熱交換器をカーエアコン用コンデンサに適用したものである。
図１はこの発明の熱交換器を適用したカーエアコン用コンデンサの全体構成を示し、図２および図３はその要部の構成を示す。
なお、以下の説明において、図１の上下、左右を上下、左右というものとする。
図１において、カーエアコン用のコンデンサ(1)は、長手方向を左右方向に向に向けるとともに幅方向を通風方向に向けた状態で、上下方向(熱交換管(2)の厚み方向)に間隔をおいて配置された複数のアルミニウム製扁平状熱交換管(2)と、隣り合う熱交換管(2)どうしの間、および上下両端の熱交換管(2)の外側に配置されて熱交換管(2)にろう付されたアルミニウムベア材製コルゲートフィン(3)と、長手方向を上下方向(熱交換管(2)の並び方向)に向けた状態で左右方向に間隔をおいて配置され、かつ熱交換管(2)の左右両端部が接続された１対のアルミニウム製ヘッダタンク(4)(5)と、上下両端のコルゲートフィン(3)の外側に配置されてコルゲートフィン(3)にろう付されたアルミニウム製サイドプレート(6)とを備えており、図１および図２に矢印Ｗで示す方向に風が流れるようになっている。
左側ヘッダタンク(4)は、高さ方向の中央部よりも上方において仕切板(7)により上下２つのヘッダ部(4a)(4b)に仕切られ、右側ヘッダタンク(5)は、高さ方向の中央部よりも下方において仕切板(7)により上下２つのヘッダ部(5a)(5b)に仕切られている。左側ヘッダタンク(4)の上ヘッダ部(4a)に流体入口（図示略）が形成され、流体入口に通じる流入路(8a)を有するアルミニウム製入口部材(8)が上ヘッダ部(4a)にろう付されている。また、右側ヘッダタンク(5)の下ヘッダ部(5b)に流体出口（図示略）が形成され、流体出口に通じる流出路(9a)を有するアルミニウム製出口部材(9)が下ヘッダ部(5b)にろう付されている。そして、入口部材(8)を通って左側ヘッダタンク(4)の上ヘッダ部(4a)内に流入した冷媒は、左側ヘッダタンク(4)の仕切板(7)よりも上方に位置する熱交換管(2)内を右方に流れて右側ヘッダタンク(5)の上ヘッダ部(5a)内の上部に流入し、上ヘッダ部(5a)内を下方に流れて左側ヘッダタンク(4)の仕切板(7)と右側ヘッダタンク(5)の仕切板(7)との間の高さ位置にある熱交換管(2)内を左方に流れて左側ヘッダタンク(4)の下ヘッダ部(4b)内の上部に流入し、下ヘッダ部(4b)内を下方に流れて右側ヘッダタンク(5)の仕切板(7)よりも下方に位置する熱交換管(2)内を右方に流れて右側ヘッダタンク(5)の下ヘッダ部(5b)内に流入し、出口部材(9)を通ってコンデンサ(1)の外部に流出する。
図２に示すように、扁平状熱交換管(2)は、上下方向に間隔をおいて互いに対向する１対の平坦壁(11)(12)と、両平坦壁(11)(12)の管幅方向両側縁部どうしの間に設けられた２つの側壁(13)と、両側壁(13)の内側にそれぞれ設けられた補強部材(14)と、扁平状熱交換管(2)の内部に設けられて内部空間を管長さ方向にのびる複数の冷媒通路(15)に仕切る波状の仕切部材(16)とを備えている。
扁平状熱交換管(2)の下側平坦壁(12)は全体が一体に形成され、上側平坦壁(11)は管幅方向に並んだ２つの分割壁(22)により形成されている。下側平坦壁(12)の管幅方向両側縁部と両分割壁(22)の管幅方向外側縁部との間に、それぞれ管高さ方向（上下方向）にのびかつ横断面形状が管幅方向外方に突出した円弧状である側壁(13)が設けられている。扁平状熱交換管(2)の上側平坦壁(11)の両分割壁(22)における管幅方向内側縁部に、それぞれ下側平坦壁(11)側に突出しかつ先端が下側平坦壁(11)に当接した状態で下側平坦壁(11)にろう付された突出壁(23)が一体に形成されており、両突出壁(23)が相互にろう付されている。突出壁(23)の先端に、仕切部材(16)が管幅方向外側に張り出すように一体に形成されている。
仕切部材(16)は、管長さ方向（左右方向）にのびるとともに管幅方向に並んで設けられ、かつ隣り合う冷媒通路(15)どうしを隔てる複数の仕切壁(24)と、管幅方向に隣り合う仕切壁(24)どうしを管高さ方向（上下方向）の両端で交互に連結し、かつ両平坦壁(11)(12)内面にろう付された横断面円弧状の連結部(25)とよりなる。そして、各仕切部材(16)における管幅方向外端部の仕切壁(24)の管高さ方向の一端部に連なるように、補強部材(14)が一体に形成されており、ここでは、補強部材(14)の管高さ方向の一端部である上端部が、管幅方向外端部の仕切壁(24)の管高さ方向の一端部である上端部に連なっている。
熱交換管(2)は、Ｃｕ０．３〜０．５質量％、Ｍｎ０．６〜１．０質量％、Ｔｉ０．０５〜０．１５質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ合金で形成された芯材と、Ｓｉ７．０〜８．０質量％、Ｚｎ２．０〜３．０質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ合金で形成され、かつ芯材の片面を覆う第１ろう材と、Ｓｉ９．５〜１０．５質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ合金で形成され、かつ芯材の他面を覆う第２ろう材とからなる肉厚１７０μｍ以上の熱交換管素材用ブレージングシートが、第１ろう材が外側に来るように曲げられて扁平中空状の熱交換管素材とされるとともに、熱交換管素材の必要部分をろう付することによりつくられている。
熱交換管素材用ブレージングシートの芯材には、不可避不純物として、Ｓｉ０．２質量％以下、Ｆｅ０．３質量％以下およびＺｎ０．１質量％以下が含まれている。Ｆｅ含有量が多いと、腐食速度が速くなって耐食性が不十分となり、Ｚｎ含有量が多いと、Ｚｎ拡散層と、芯材層および第１ろう材層の境界部分との電位差を十分に確保できないからである。なお、不可避不純物としてのＳｉ、ＦｅおよびＺｎの含有量は０の場合もある。
熱交換管素材用ブレージングシートの第１ろう材には、不可避不純物として、Ｆｅ０．５質量％以下、Ｃｕ０．２５質量％以下およびＭｎ０．１質量％以下が含まれている。Ｆｅ含有量が多いと、腐食速度が速くなって耐食性が不十分となり、Ｃｕ含有量が多いと、Ｚｎ拡散層と、芯材層および第１ろう材層の境界部分との電位差を十分に確保できないからである。なお、不可避不純物としてのＦｅ、ＣｕおよびＭｎの含有量は０の場合もある。
熱交換管素材用ブレージングシートの第２ろう材には、不可避不純物として、Ｆｅ０．５質量％以下、Ｃｕ０．２５質量％以下、Ｍｎ０．１質量％以下およびＺｎ０．０５質量％以下が含まれている。Ｆｅ含有量が多いと、腐食速度が速くなって耐食性が不十分となり、Ｚｎ含有量が多いと、耐食性が不十分になるからである。なお、不可避不純物としてのＦｅ、Ｃｕ、ＭｎおよびＺｎの含有量は０の場合もある。
熱交換管(2)が上述したブレージングシートを用いてつくられていることから、熱交換管(2)の管壁(30)は、前記ブレージングシートの芯材からなる芯材層(31)と、前記ブレージングシートの第１ろう材からなりかつ芯材層(31)の外面を覆う第１ろう材層(32)と、前記ブレージングシートの第２ろう材からなりかつ芯材層(31)の内面を覆う第２ろう材層(33)とよりなる。芯材層(31)の外面表層部にはＺｎ拡散層(34)が形成されるとともに、Ｚｎ拡散層(34)の最深部分が熱交換管(2)の管壁(30)の最外面から７０〜１００μｍの深さ位置にある。また、熱交換管(2)の管壁(30)の最外面のＺｎ濃度は０．５５質量％以上であり、Ｚｎ拡散層(34)に、芯材層(31)と第１ろう材層(32)との境界部分(35)の自然電位よりも４１ｍＶ以上高くなった自然電位を有する高電位部分が存在している。管壁(30)における芯材層(31)と第１ろう材層(32)との境界部分(35)は、管壁(30)の最外面から１７．７〜３５．５μｍの深さ位置に存在する。なお、ろう付の際にろう材が流れるので、芯材層(31)と第２ろう材層(33)との境界部分(36)を特定することはできない。ここで、熱交換管(2)の管壁(30)とは、下側平坦壁(11)、上側平坦壁(12)を形成する分割壁(22)および両側壁(13)である。
なお、上述した熱交換管素材用ブレージングシートの肉厚を１７０μｍ以上としたのは、次の理由による。すなわち、熱交換管(2)の管壁(30)の芯材層(31)に形成されるＺｎ拡散層(34)の最深部分が熱交換管(2)の管壁(30)の最外面から７０〜１００μｍの深さ位置するので、前記熱交換管素材用ブレージングシートの肉厚が１７０μ未満であると、管壁(30)の全肉厚に対するＺｎ拡散層(34)の厚みの比率が大きくなり、熱交換管(2)の管壁(30)の外面からの腐食がＺｎ拡散層(34)に存在する前記高電位部分で止まったとしても、熱交換管(2)の十分な耐食性および耐圧性が確保できなくなる。
コルゲートフィン(3)は、Ｍｎ１．０〜１．５質量％、Ｚｎ１．２〜１．８質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ合金で形成されていることが好ましい。コルゲートフィン(3)において、Ｍｎ含有量を１．０〜１．５質量％としたのは、Ｍｎ含有量が少なすぎると、コルゲートフィン(3)自体の強度を十分に確保することができず、多すぎると強度が高くなりすぎて成形性が低下するからである。また、コルゲートフィン(3)において、Ｚｎ含有量を１．２〜１．８質量％としたのは、Ｚｎ含有量が少なすぎるとコルゲートフィン(3)が犠牲陽極として働くなくなって熱交換管(2)の耐食性が低下し、多すぎるとコルゲートフィン(3)の耐食性が不十分になるからである。
コルゲートフィン(3)には、不可避不純物として、Ｓｉ０．６質量％以下、Ｆｅ０．５質量％以下、Ｃｕ０．０５質量％以下およびＣｒ０．１２質量％以下が含まれている。Ｆｅ含有量が多いとコルゲートフィン(3)の耐食性が不十分になり、Ｃｕ含有量が多いとコルゲートフィン(3)が犠牲陽極として働くなくなって熱交換管(2)の耐食性が低下するからである。なお、不可避不純物としてのＳｉ、Ｆｅ、ＣｕおよびＣｒの含有量は０の場合もある。
左右のヘッダタンク(4)(5)は、両端が開口した筒状のアルミニウム製タンク本体(26)と、タンク本体(26)の両端部にろう付されてタンク本体(26)の両端開口を閉鎖するアルミニウム製閉鎖部材(27)とからなる。タンク本体(26)は、適当な合金組成を有するアルミニウム製芯材、および適当な合金組成を有しかつ芯材の両面を覆うアルミニウム製ろう材からなるブレージングシートを筒状に曲げて両側縁部が部分的に重ね合わされた筒状のタンク本体素材を得るとともに、タンク本体素材の側縁部どうしをろう付することによりつくられている。
仕切板(7)、閉鎖部材(27)、入口部材(8)および出口部材(9)は適当な材質のアルミニウムで形成されている。
コンデンサ(1)は、以下に述べる方法で製造される。
まず、上述した合金組成を有するＡｌ合金製芯材と、上述した合金組成を有しかつ芯材の片面を覆うＡｌ合金製第１ろう材と、上述した合金組成を有しかつ芯材の他面を覆うＡｌ合金製第２ろう材とからなる肉厚が１７０μｍ以上であるブレージングシートを、第１ろう材が外面側にくるように曲げることにより、熱交換管(2)と同様な形状で、かつ各部がろう付されていない形状の熱交換管素材をつくる。熱交換素材用のブレージングシートにおける第１ろう材のクラッド率は１６〜２２％であることが好ましく、第２ろう材のクラッド率は８〜１０％であることが好ましい。
また、上述した合金組成を有するベア材製コルゲートフィン(3)と、適当な合金塑性を有するサイドプレート(6)、仕切板(7)、閉鎖部材(27)、入口部材(8)および出口部材(9)を用意する。
さらに、適当な合金組成を有するアルミニウム製芯材、および適当な合金組成を有しかつ芯材の両面を覆うアルミニウム製ろう材からなるブレージングシートを筒状に曲げて両側縁部が部分的に重ね合わされた筒状のタンク本体素材をつくる。
ついで、熱交換管素材とコルゲートフィン(3)とサイドプレート(6)とを組み合わせるとともに、タンク本体素材と閉鎖部材(27)と仕切板(7)とを組み合わせ、入口部材(8)および出口部材(9)を決められた位置に配置する。
その後、熱交換管素材、コルゲートフィン(3)、サイドプレート(6)、タンク本体素材、仕切板(7)、閉鎖部材(27)、入口部材(8)および出口部材(9)の組み合わせ体を所定温度に加熱することによって、熱交換管素材の必要部分をろう付して熱交換管(2)を形成するとともに、タンク本体素材の継ぎ目部分をろう付してタンク本体(26)を形成し、さらにタンク本体(26)と仕切板(7)および閉鎖部材(27)とをろう付してヘッダタンク(4)(5)を形成する。また、熱交換管(2)の形成およびヘッダタンク(4)(5)の形成と同時に、熱交換管(2)とヘッダタンク(4)(5)、熱交換管(2)とコルゲートフィン(3)、コルゲートフィン(3)とサイドプレート(6)、ヘッダタンク(4)(5)と入口部材(8)および出口部材(9)をろう付する。こうして、コンデンサ(1)が製造される。
コンデンサ(1)の製造に用いられる前記熱交換管素材用のブレージングシートにおいて、芯材のＣｕ含有量を０．３〜０．５質量％に限定するとともに、第１ろう材のＺｎ含有量を２．０〜３．０質量％に限定し、さらに第１ろう材のクラッド率を１６〜２２％が好ましいものとしたのは、次に述べる実験結果に基づくものである。
すなわち、表１に示す肉厚１８０μｍの１２種類のブレージングシートを用意した。
Figure 2016223725
なお、表１に示すブレージングシートにおける芯材のＣｕ以外の合金成分の含有量、第１ろう材におけるＺｎ以外の合金成分の含有量、および第２ろう材の合金組成は表２に示す通りである。また、第２ろう材のクラッド率は１０％である。
Figure 2016223725
ついで、１２種類のアルミニウムブレージングシートから６０ｍｍ×１２０ｍｍのテストピースを作成し、すべてのテストピースを、余熱室およびろう付室を窒素ガス雰囲気としたろう付炉中において、余熱室で５００℃×１０分間加熱した後、ろう付室で６１１℃×１０分間加熱した。
その後、すべてのテストピースに対してＡＳＴＭ Ｇ８５−Ａ３に基づくＳＷＡＴＴ試験を行い、表面状態を観察した。その結果も表２に示す。表２のＳＷＡＴＴ試験結果の欄における○印は浅い面腐食が発生していたことを示し、×印は深い部分腐食が発生していたことを示す。
上述した実験結果から、熱交換管素材用のブレージングシートにおいて、芯材のＣｕ含有量を０．３〜０．５質量％に限定するとともに、第１ろう材のＺｎ含有量を２．０〜３．０質量％に限定し、さらに第１ろう材のクラッド率を１６〜２２％が好ましいものとした。
以下、この発明の具体的実施例を比較例とともに説明する。
実施例
Ｃｕ０．４０質量％、Ｍｎ０．８質量％、Ｔｉ０．１質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなる芯材と、Ｓｉ７．５質量％、Ｚｎ２．０質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなり、かつ芯材の片面を覆う第１ろう材と、Ｓｉ１０質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなり、かつ芯材の他面を覆う第２ろう材とからなる熱交換管形成用アルミニウムブレージングシートを用意した。熱交換管形成用アルミニウムブレージングシートにおける第１ろう材のクラッド率は１６％であり、第２ろう材のクラッド率は１０％である。なお、芯材における不可避不純物としてのＳｉ含有量は０．０９質量％、Ｆｅ含有量は０．０９質量％である。また、第１ろう材における不可避不純物としてのＦｅ含有量は０．２５質量％、第２ろう材における不可避不純物としてのＣｕ含有量は０．０４質量％、Ｆｅ含有量は０．２８質量％である。さらに、芯材、第１ろう材および第２ろう材における上述した不可避不純物を除いた他の不可避不純物元素の個々の含有量は０．０５質量％以下で、かつ当該他の不可避不純物元素の合計含有量は０．１５質量％である。
また、Ｍｎ１．０３質量％、Ｚｎ１．４３質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ合金で形成されたベア材製コルゲートフィン(3)を用意した。コルゲートフィン(3)における不可避不純物としてのＳｉ含有量は０．３４質量％、Ｆｅ含有量は０．４４質量％である。また、コルゲートフィン(3)における上述した不可避不純物を除いた他の不可避不純物元素の個々の含有量は０．０５質量％以下で、かつ当該他の不可避不純物元素の合計含有量は０．１５質量％である。
さらに、適当な合金組成を有する仕切板(7)、閉鎖部材(27)、入口部材(8)および出口部材(9)を用意した。さらに、適当な合金組成を有するアルミニウム製芯材と、適当な合金塑性を有しかつ芯材の両面を覆うアルミニウム製ろう材とからなるタンク本体用のブレージングシートの幅方向の中央部に管挿入穴を形成した後、当該ブレージングシートを筒状に成形して両側縁部どうしを部分的に重ね合わせることにより、タンク本体(26)と同様な形状で、かつ両側縁部どうしがろう付されていない形状のタンク本体素材をつくった。
その後、上述した方法と同様にしてコンデンサ(1)を製造した。
製造されたコンデンサ(1)から５つの熱交換管(2)を切り出し、各熱交換管(2)の管壁(30)を観察したところ、管壁(30)の芯材層(31)の外面表層部にＺｎ拡散層(34)が形成されていた。そして、Ｚｎ拡散層(34)の最深部分における管壁(30)最外面からの深さ位置、および管壁(30)最外面のＺｎ濃度を測定したところ、図４に示す通り、Ｚｎ拡散層(34)の最深部分における管壁(30)の最外面からの深さ位置は７０〜１００μｍ、管壁(30)最外面のＺｎ濃度は０．５５質量％以上であった。なお、管壁の肉厚は１８０μｍである。
また、製造されたコンデンサ(1)から１つの熱交換管(2)および当該熱交換管(2)にろう付されたコルゲートフィン(3)を切り取り、熱交換管(2)の管壁(30)最外面の自然電位、Ｚｎ拡散層(34)の自然電位、コルゲートフィン(3)の自然電位および熱交換管(2)とコルゲートフィン(3)との間に形成されたフィレットの自然電位を測定したところ、表３に示す通りとなった。
Figure 2016223725
また、製造されたコンデンサ(1)から１つの熱交換管(2)を切り取り、管壁(30)最外面からの異なる深さ位置の自然電位を測定したところ、図５に示す通りとなった。なお、管壁(30)の肉厚は１８０μｍであった。図５において、管壁(30)における芯材層(31)と第１ろう材層(32)との境界部分(35)は、直線Ａで示す位置、すなわち最外面から２８．８μｍの深さ位置にあった。また、Ｚｎ拡散層(34)の最深部の深さ位置は、管壁(30)の最外面から１００μｍの深さ位置にあった。図５に示す結果から、芯材層(31)と第１ろう材層(32)との境界部分(35)と、Ｚｎ拡散層(34)に、芯材層(31)と第１ろう材層(32)との境界部分(35)の自然電位よりも４１ｍＶ以上高くなっている部分が存在していることが分かる。
さらに、製造されたコンデンサ(1)についてＣＣＴ試験を２４０日間行っ後、熱交換管(2)を５本切り出し、熱交換管(2)の管壁(30)の最外面からの腐食深さを測定したところ、最大腐食深さは４６μｍであった。
比較例
Ｃｕ０．４質量％、Ｍｎ０．８質量％、Ｔｉ０．１質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなる芯材と、Ｓｉ７．５質量％、Ｚｎ２．０質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなり、かつ芯材の片面を覆う第１ろう材と、実施例と同じ合金組成の第２ろう材とからなる熱交換管形成用アルミニウムブレージングシートを用意した。熱交換管形成用アルミニウムブレージングシートにおける第１ろう材のクラッド率は１６％であり、第２ろう材のクラッド率は１０％である。なお、芯材における不可避不純物としてのＳｉ含有量は０．１質量％、Ｆｅ含有量は０．１質量％、Ｚｎ含有量は０．０１質量％である。また、第１ろう材における不可避不純物としてのＣｕ含有量は０．０２質量％、Ｆｅ含有量は０．２７質量％である。また、芯材および両ろう材における上述した不可避不純物を除いた他の不可避不純物元素の個々の含有量は０．０５質量％以下で、かつ当該他の不可避不純物元素の合計含有量は０．１５質量％である。
その他は、上述した実施例と同様の条件で、コンデンサを製造した。
製造されたコンデンサから１つの熱交換管を切り取り、管壁最外面からの異なる深さ位置の自然電位を測定したところ、図６に示す通りとなった。なお、管壁の肉厚は２２５μｍであった。図６において、管壁における芯材層と第１ろう材層との境界部分は、直線Ｂで示す位置、すなわち最外面から３３．８μｍの深さ位置にあった。また、Ｚｎ拡散層の最深部の深さ位置は、管壁の最外面から１００μｍの深さ位置にあった。図６に示す結果から、Ｚｎ拡散層には、芯材層と第１ろう材層との境界部分の自然電位よりも最大で２９ｍＶ以上高くなっている部分が存在するだけであることが分かる。
さらに、製造されたコンデンサについてＣＣＴ試験を２４０日間行っ後、熱交換管(2)を５本切り出し、熱交換管の管壁の最外面からの腐食深さを測定したところ、最大腐食深さは１００μｍであった。
この発明による熱交換器は、カーエアコン用コンデンサに好適に用いられる。
(1)：コンデンサ（熱交換器）
(2)：扁平状熱交換管
(3)：コルゲートフィン
(30)：管壁
(31)：芯材層
(32)：第１ろう材層
(33)：第２ろう材層
(34)：Ｚｎ拡散層
(35)：芯材層と第１ろう材層との境界部分

Claims (5)

  1. 長手方向を同方向に向けるとともに幅方向を通風方向に向けた状態で、厚み方向に間隔をおいて配置された複数の扁平状熱交換管と、隣り合う熱交換管間に配置されて熱交換管にろう付されたフィンとを有する熱交換器において、
    熱交換管が、Ｃｕ０．３〜０．５質量％、Ｍｎ０．６〜１．０質量％、Ｔｉ０．０５〜０．１５質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ合金で形成された芯材と、Ｓｉ７．０〜８．０質量％、Ｚｎ２．０〜３．０質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ合金で形成され、かつ芯材の片面を覆う第１ろう材と、Ｓｉ９．５〜１０．５質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ合金で形成され、かつ芯材の他面を覆う第２ろう材とからなる肉厚１７０μｍ以上のブレージングシートが、第１ろう材が外側に来るように曲げられて扁平中空状の熱交換管素材とされるとともに、熱交換管素材の必要部分をろう付することによりつくられており、フィンがアルミニウムベア材からなり、
    熱交換管の管壁が、前記芯材からなる芯材層と、前記第１ろう材からなりかつ芯材層の外面を覆う第１ろう材層と、前記第２ろう材からなりかつ芯材層の内面を覆う第２ろう材層とよりなり、芯材層の外面表層部にＺｎ拡散層が形成されるとともに、当該Ｚｎ拡散層の最深部分が熱交換管の管壁の最外面から７０〜１００μｍの深さ位置にあり、熱交換管の管壁の最外面のＺｎ濃度が０．５５質量％以上であり、前記Ｚｎ拡散層に、芯材層と第１ろう材層との境界部分の自然電位よりも４１ｍＶ以上高くなった自然電位を有する高電位部分が存在している熱交換器。
  2. フィンが、Ｍｎ１．０〜１．５質量％、Ｚｎ１．２〜１．８質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ合金で形成されている請求項１記載の熱交換器。
  3. 請求項１記載の熱交換器を製造する方法であって、
    Ｃｕ０．３〜０．５質量％、Ｍｎ０．６〜１．０質量％、Ｔｉ０．０５〜０．１５質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ合金で形成された芯材と、Ｓｉ７．０〜８．０質量％、Ｚｎ２．０〜３．０質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ合金で形成され、かつ芯材の片面を覆う第１ろう材と、Ｓｉ９．５〜１０．５質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ合金で形成され、かつ芯材の他面を覆う第２ろう材とからなる肉厚１７０μｍ以上のブレージングシートを曲げて扁平中空状の熱交換管素材をつくるとともに、熱交換管素材の必要部分をろう付して熱交換管を形成すること、ならびに熱交換管の形成と同時に形成された熱交換管とアルミニウムベア材製フィンとをろう付することを含む熱交換器の製造方法。
  4. 熱交換管素材を形成するブレージングシートにおける第１ろう材のクラッド率が１６〜２２％である請求項３記載の熱交換器の製造方法。
  5. フィンが、Ｍｎ１．０〜１．５質量％、Ｚｎ１．２〜１．８質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ合金で形成されている請求項３または４記載の熱交換器の製造方法。
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