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技術 熱交換器チューブ

出願人 三菱アルミニウム株式会社
発明者 勝又真哉兵庫靖憲渡部晶
出願日 2011年1月19日 (9年11ヶ月経過) 出願番号 2011-550922
公開日 2013年5月23日 (7年7ヶ月経過) 公開番号 WO2011-090059
状態 特許登録済
技術分野 一般的な熱交換又は熱伝達装置の細部5 はんだ付・ろう付材料 溶融はんだ付
主要キーワード 破壊除去 同等条件 アクリル樹脂バインダ フラックス混合物 腐食孔 フィン付きチューブ 粒度分布データ 拡散勾配
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重要な関連分野

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図面 (3)

課題・解決手段

Al合金押出管外表面に、Si粉末とZn含有フラックスバインダとが含まれてなるフラックス層を形成させてなる熱交換器用チューブであって、前記Al合金押出管に対する前記Si粉末の塗布量が1g/m2以上5g/m2以下の範囲であり、前記Zn含有フラックスの塗布量が3g/m2以上20g/m2以下の範囲であり、前記Si粉末は、99%粒径(D99)が5μm以上、20μm以下であり、さらに粒径が(D99)の5倍以上となる粗大粒含有量が1ppm未満であることを特徴とする熱交換器用チューブ、 但し、(D99)は、それ以下の粒径を有する粒子累積体積が、全粒子の99%となる粒径を示す。

概要

背景

一般に、熱交換器は、図2に示されるように、ヘッダーパイプ5と称される左右一対管体と、そのヘッダーパイプ5の間に互いに平行に間隔を空けて設けられたアルミニウム合金からなる多数のチューブ1と、チューブ1、1同士の間に設けられたフィン6とで構成されている。そして各チューブ1…の内部空間とヘッダーパイプ5の内部空間を連通させ、ヘッダーパイプ5の内部空間と各チューブ1の内部空間に媒体循環させ、前記フィン6を介して効率良く熱交換ができるようになっている。

この熱交換器を構成する各チューブ1は、図1の斜視図に示されるような複数の冷媒通路穴4を有する断面偏平状のAl合金押出管3の表面に、ろう材粉末を含有したフラックスを塗布することによりフラックス層2を形成した熱交換器用チューブ11を用いて作られることが知られており、前記Al合金押出管3には押出し加工性の優れたJIS1050が用いられており、前記フラックス層2に含まれるろう材としては、Si粉末、Al−Si系合金粉末、またはAl−Si−Zn系合金粉末が使用されることも知られている。

これら従来の熱交換器用チューブ11を用いて熱交換器を作製するには、互いに平行に間隔を空けて設けられたヘッダーパイプ5に対して熱交換器用チューブ11を直角に架設し、各熱交換器用チューブ11の端部をヘッダーパイプ5の側面に設けられた開口(図示せず)に挿入し、この熱交換器用チューブ11の間に波形のフィン6を配置して組み立て、得られた組立体加熱炉装入し加熱すると、熱交換器用チューブ11のろう材によりヘッダーパイプ5とチューブ1がろう付けされ固定されるとともにチューブ1、1同士の間に波形のフィン6がろう付けされ固定された熱交換器が得られる。

熱交換器を構成するチューブ1の肉厚は、熱交換を効率よく行う観点から、ヘッダーパイプ5などに比べて薄くなっている。このため、チューブとヘッダーパイプがほぼ同一の速度で腐食した場合、先にチューブに穴が空き、そこから媒体が漏れるおそれがある。従って熱交換器では、主にチューブの防食対策が重要な課題になっている。

そこで、従来の熱交換器では、熱交換器用チューブ11の耐食性を向上するために、Znを主体として含む犠牲陽極層チューブ表面に形成している。この犠牲陽極層を形成するには、通常、Zn溶射法や、Zn含有フラックスを塗布するなどの方法が知られている。特許文献1にはZn含有フラックスの例が開示されている。

概要

Al合金押出管の外表面に、Si粉末とZn含有フラックスとバインダとが含まれてなるフラックス層を形成させてなる熱交換器用チューブであって、前記Al合金押出管に対する前記Si粉末の塗布量が1g/m2以上5g/m2以下の範囲であり、前記Zn含有フラックスの塗布量が3g/m2以上20g/m2以下の範囲であり、前記Si粉末は、99%粒径(D99)が5μm以上、20μm以下であり、さらに粒径が(D99)の5倍以上となる粗大粒含有量が1ppm未満であることを特徴とする熱交換器用チューブ、 但し、(D99)は、それ以下の粒径を有する粒子累積体積が、全粒子の99%となる粒径を示す。

目的

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、耐腐食性がより優れた熱交換器用チューブを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

Al合金押出管外表面に、Si粉末とZn含有フラックスバインダとが含まれてなるフラックス層を形成させてなる熱交換器用チューブであって、前記Al合金押出管に対する前記Si粉末の塗布量が1g/m2以上5g/m2以下の範囲であり、前記Zn含有フラックスの塗布量が3g/m2以上20g/m2以下の範囲であり、前記Si粉末は、99%粒径(D99)が5μm以上、20μm以下であり、さらに粒径が(D99)の5倍以上となる粗大粒含有量が1ppm未満であることを特徴とする熱交換器用チューブ、但し、(D99)は、それ以下の粒径を有する粒子累積体積が、全粒子の99%となる粒径を示す。

請求項2

請求項1記載の熱交換器用チューブであって、前記Si粉末の50%粒径(D50)が、(D99)×0.05以上、(D99)×0.7以下となる熱交換器用チューブ、ただし(D50)は、それ以下の粒径を有する粒子の累積体積が、全粒子の50%となる粒径を示す。

請求項3

請求項1記載の熱交換器チューブであって、前記Zn含有フラックスは、ZnF2、ZnCl2、KZnF3のうち少なくとも1種以上のZn化合物を含むものであることを特徴とする熱交換器用チューブ。

請求項4

請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の熱交換器チューブであって、前記Al合金押出管はSiを0.05質量%以上1.0質量%以下の範囲で含有し、Mnを0.05質量%以上1.2質量%以下の範囲で含有し、残部がAl及び不可避的不純物であることを特徴とする熱交換器用チューブ。

技術分野

0001

本発明は、熱交換器用チューブに関するものであり、特に、耐食性に優れた熱交換器用チューブに関するものである。

背景技術

0002

一般に、熱交換器は、図2に示されるように、ヘッダーパイプ5と称される左右一対管体と、そのヘッダーパイプ5の間に互いに平行に間隔を空けて設けられたアルミニウム合金からなる多数のチューブ1と、チューブ1、1同士の間に設けられたフィン6とで構成されている。そして各チューブ1…の内部空間とヘッダーパイプ5の内部空間を連通させ、ヘッダーパイプ5の内部空間と各チューブ1の内部空間に媒体循環させ、前記フィン6を介して効率良く熱交換ができるようになっている。

0003

この熱交換器を構成する各チューブ1は、図1の斜視図に示されるような複数の冷媒通路穴4を有する断面偏平状のAl合金押出管3の表面に、ろう材粉末を含有したフラックスを塗布することによりフラックス層2を形成した熱交換器用チューブ11を用いて作られることが知られており、前記Al合金押出管3には押出し加工性の優れたJIS1050が用いられており、前記フラックス層2に含まれるろう材としては、Si粉末、Al−Si系合金粉末、またはAl−Si−Zn系合金粉末が使用されることも知られている。

0004

これら従来の熱交換器用チューブ11を用いて熱交換器を作製するには、互いに平行に間隔を空けて設けられたヘッダーパイプ5に対して熱交換器用チューブ11を直角に架設し、各熱交換器用チューブ11の端部をヘッダーパイプ5の側面に設けられた開口(図示せず)に挿入し、この熱交換器用チューブ11の間に波形のフィン6を配置して組み立て、得られた組立体加熱炉装入し加熱すると、熱交換器用チューブ11のろう材によりヘッダーパイプ5とチューブ1がろう付けされ固定されるとともにチューブ1、1同士の間に波形のフィン6がろう付けされ固定された熱交換器が得られる。

0005

熱交換器を構成するチューブ1の肉厚は、熱交換を効率よく行う観点から、ヘッダーパイプ5などに比べて薄くなっている。このため、チューブとヘッダーパイプがほぼ同一の速度で腐食した場合、先にチューブに穴が空き、そこから媒体が漏れるおそれがある。従って熱交換器では、主にチューブの防食対策が重要な課題になっている。

0006

そこで、従来の熱交換器では、熱交換器用チューブ11の耐食性を向上するために、Znを主体として含む犠牲陽極層チューブ表面に形成している。この犠牲陽極層を形成するには、通常、Zn溶射法や、Zn含有フラックスを塗布するなどの方法が知られている。特許文献1にはZn含有フラックスの例が開示されている。

先行技術

0007

特開平7−227695号公報

発明が解決しようとする課題

0008

しかし、溶射法で犠牲陽極層を形成しようとした場合は、溶射量を正確に制御することが困難であり、犠牲陽極層をチューブ表面上に均一に形成できず、チューブの防食効果を高めることができないといった問題があった。

0009

また、特許文献1に記載のZn含有フラックスを用いた場合、フラックスとZnを同時にチューブ表面に供給するので確かにチューブの耐食性が向上するように思えるが、実際には、浸積塗布やロールコートといった一般的な塗布方法では安定した塗布条件を得るのが難しいため、Zn含有フラックスを均一に塗布するのが困難であった。そのため、犠牲陽極層におけるZn分布が不均一となり、その結果Znが高濃度の部分から優先的に腐食され、チューブの耐食性が不十分な状況であった。

0010

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、耐腐食性がより優れた熱交換器用チューブを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0011

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の熱交換器用チューブは、Al合金押出管の外表面に、Si粉末とZn含有フラックスとが含まれてなるフラックス層を形成させてなり、前記Al合金押出管に対する前記Si粉末の塗布量が1g/m2以上5g/m2以下の範囲であり、前記Zn含有フラックスの塗布量が5g/m2以上20g/m2以下の範囲であることを特徴とする。
また、前記Zn含有フラックスは、ZnF2、ZnCl2、KZnF3のうちの少なくとも1種以上のZn化合物を含むものであることが好ましい。

0012

係る熱交換器用チューブによれば、Si粉末とZn含有フラックスとが混合されて塗布されるので、ろう付け時にSi粉末が溶融してろう液となり、このろう液にフラックス中のZnが均一に拡散し、チューブ表面に均一に広がる。ろう液のような液相内でのZnの拡散速度は固相内の拡散速度より著しく大きいので、チューブ表面のZn濃度がほぼ均一となり、これにより均一な犠牲陽極層が形成され、熱交換器用チューブの耐食性を向上することができる。

0013

また、前記Si粉末の最大粒径は30μm以下の範囲であることが好ましい。最大粒径が30μmを越えるとチューブのエロージョン深さが増加するので好ましくない。尚、Si粉末の最大粒径が0.1μm未満だとSi粉末同士が凝集し、やはりチューブのエロージョンの深さが増加するので、0.1μm以上が好ましい。

0014

尚、前記Al合金押出管は、Siと、Mnと、残部Alおよび不可避不純物とを含有し、Siの含有量が0.5質量%以上1.0質量%以下であり、Mnの含有量が0.05質量%以上1.2質量%以下であるAl合金からなることが好ましい。

0015

本発明の更なる態様として、熱交換器チューブは、Al合金押出管の外表面に、Si粉末とZn含有フラックスとバインダとが含まれてなるフラックス層を形成させてなる熱交換器用チューブであって、前記Al合金押出管に対する前記Si粉末の塗布量が1g/m2以上5g/m2以下の範囲であり、前記Zn含有フラックスの塗布量が3g/m2以上20g/m2以下の範囲であり、前記Si粉末は、99%粒径(D99)が5μm以上、20μm以下であり、さらにSi粉末中、粒径が(D99)の5倍以上となる粗大粒の含有量が1ppm未満であることを特徴とする熱交換器用チューブであってもよい。但し、(D99)は、それ以下の粒径を有する粒子累積体積が、全粒子の99%となる粒径を示す。

0016

上記熱交換器用チューブにおいては、前記Si粉末の50%粒径(平均粒径)(D50)が、(D99)×0.05以上、(D99)×0.7以下となることが好ましい。ただし(D50)は、それ以下の粒径を有する粒子の累積体積が、全粒子の50%となる粒径を示す。
上記熱交換器チューブにおいて、前記Zn含有フラックスは、ZnF2、ZnCl2、KZnF3のうち少なくとも1種以上のZn化合物を含むものであってもよい。
上記熱交換器チューブにおいて、前記Al合金押出管はSiを0.05質量%以上1.0質量%以下の範囲で含有し、Mnを0.05質量%以上1.2質量%以下の範囲で含有し、残部がAl及び不可避的不純物である熱交換器用チューブであってもよい。

発明の効果

0017

本発明の熱交換器用チューブによれば、塗膜中のSi粉末の凝集や造粒作用を引き起こすことなく、塗布面にSi粉末を均一に分散させることができる。また、ろう付け時に塗布面にろうを均一に生成でき、局部的に深い腐食を生じることが無く、表面に犠牲陽極層を均一に生成することができる。

図面の簡単な説明

0018

図1は、熱交換器用チューブの斜視図である。
図2は、熱交換器の斜視図である。

0019

以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
第1実施形態
本発明の熱交換器用チューブは、Al合金押出管の外表面に、Si粉末とZn含有フラックスとが含まれてなるフラックス層を形成させて構成されている。
熱交換器用チューブを構成するAl合金押出管は、Siと、Mnと、残部Alおよび不可避不純物とを含有し、Siの含有量が0.5質量%以上1.0質量%以下であり、Mnの含有量が0.05質量%以上1.2質量%以下のAl合金から構成されている。

0020

Al合金押出管の成分組成の限定理由について説明すると、まず、Siは、Al合金押出管にSiを多く固溶させることで押出管電位を貴にし、熱交換器を構成する際にチューブにろう付けするヘッダーパイプやフィンを優先的に腐食させることができ、これにより押出管への深い孔食の発生を抑制させ、またろう付け性を向上させると共に良好な接合部を形成してろう付け後の強度を向上させる作用を有する。Siの含有量が0.5%未満では所望の効果が得られないので好ましくなく、一方、Siを1.0%より多く含有させると、合金の融点を低下させてろう付け時の過剰な溶融を招き、さらに押出し性を低下させるので好ましくない。したがって、Al合金押出管に含まれるSiは0.5〜1.0%に定めた。Si含有量の一層好ましい範囲は0.6%以上0.8%以下である。

0021

Mnは、Al合金押出管の電位を貴にし、ろう中に拡散し難いためにフィンまたはヘッダーパイプとの電位差を大きくとれ、フィンまたはヘッダーパイプによる防食効果をより有効にし、外部耐食性を向上させ、さらにろう付け後の強度を向上させる作用を有する。Mnの含有量が0.05%未満ではAl合金押出管の電位を貴にする効果が少なくなってしまうので好ましくなく、含有量が1.2%を超えると、押出性が低下してしまうので好ましくない。
したがって、Al合金押出管に含まれるMn量は、0.05〜1.2%に定めた。

0022

次に、チューブ表面に形成するフラックス層には、Zn含有フラックスと、Si粉末が含まれており、ろう付け後はチューブの表面全面に溶融したろう材層が形成される。このろう材層中にはZnが均一に分散しているので、このろう材層が犠牲陽極層と同等の働きをし、ろう材層が優先的に面状に腐食されるため、深い孔食の発生が抑制され、耐食性が向上する。

0023

熱交換器用チューブに対するSi粉末の塗布量は1g/m2以上5g/m2以下の範囲が好ましい。塗布量が1g/m2未満であると、ろう材量が不足して十分なろう付け強度が得られず、さらにZnの拡散が不十分になるので好ましくない。また塗布量が5g/m2を超えると、チューブ表面のSi濃度が高くなり、腐食速度が速まるので好ましくない。

0024

次にフラックス層には、Zn含有フラックスが少なくとも含まれる。尚、Zn含有フラックスの他に、Znを含まないZn非含有フラックスが含まれていても良い。
Zn含有フラックスには、例えばZnF2、ZnCl2、KZnF3等のZn化合物が少なくとも1種以上含まれることが好ましい。また、Zn非含有フラックスには、例えば、LiF、KF、CaF2、AlF3、SiF4などの弗化物や、前記弗化物の錯化合物であるKAlF4、KAlF3などが少なくとも1種以上含まれることが好ましい。

0025

熱交換器用チューブのフラックス層にZn含有フラックスを含有させることで、ろう付け後のチューブ表面にZn拡散層(ろう材層)が形成され、このZn拡散層が犠牲陽極層として機能することによりチューブの防食効果を高めることができる。

0026

また、Si粉末とZn含有フラックスとが混合されて塗布されるので、ろう付け時にSi粉末が溶融してろう液となり、このろう液にフラックス中のZnが均一に拡散し、チューブ表面に均一に広がる。ろう液のような液相内でのZnの拡散速度は固相内の拡散速度より著しく大きいので、チューブ表面のZn濃度がほぼ均一となり、これにより均一なZn拡散層が形成され、熱交換器用チューブの耐食性を向上することができる。

0027

熱交換器用チューブに対するZn含有フラックスの塗布量は5g/m2以上20g/m2以下の範囲が好ましい。塗布量が5g/m2未満であると、Zn拡散層の形成が不十分となって防食効果が充分に得られないので好ましくなく、塗布量が20g/m2を超えると、チューブと他の部品との接合部であるフィレット部に過剰のZnが集中し、その接合部において腐食速度が速まるので好ましくない。

0028

上記の熱交換器用チューブに、熱交換器用ヘッダーパイプやフィンをろう付けすることにより、熱交換器を構成することができる。
すなわち、この熱交換器は、本発明に係る熱交換器用チューブと、熱交換器用ヘッダーパイプとフィンとが接合されて構成される。すなわち、従来の技術において説明した熱交換器と同様に、熱交換器用ヘッダーパイプと称される左右一対の管体と、その熱交換器用ヘッダーパイプの間に互いに平行に間隔を空けて設けられた複数の熱交換器用チューブと、熱交換器用チューブ同士の間に設けられたフィンとで構成されている。そして各熱交換器用チューブの内部空間と熱交換器用ヘッダーパイプの内部空間を連通させ、熱交換器用ヘッダーパイプの内部空間と各熱交換器用チューブの内部空間に媒体を循環させ、フィンを介して効率良く熱交換ができるようになっている。

0029

第2実施形態
以下、本発明に係る第2の実施形態について説明する。
本実施形態においても、熱交換器用チューブは、Al合金押出管(チューブ本体)の外表面に、Si粉末とZn含有フラックスとが含まれてなるフラックス層を形成させて構成されている。この実施形態では、フラックス層にバインダも含まれている。

0030

熱交換器チューブの本体は、アルミニウム製押出管、またはAl合金押出管で構成することができる。
Al合金押出管の合金組成は、Siと、Mnと、残部Alおよび不可避不純物とを含有し、Siの含有量が0.05質量%以上1.0質量%以下であり、Mnの含有量が0.05質量%以上1.2質量%以下のAl合金としてもよい。なお、熱交換器を製造する際には、フィンの素材としては、チューブより電位が低いフィン材を用いることが好ましい。

0031

以下、チューブを構成するアルミニウム合金の各構成元素の限定理由について説明する。
Siの含有量はSi拡散勾配を緩やかにし、均一な犠牲陽極層を形成するために重要である。Siの含有量が0.05質量%未満では、Si拡散勾配が大きくなり、均一な犠牲陽極層が形成されない。一方、Siが1.0質量%を超えて含有されると、チューブを構成する合金の融点が下がり、押出性が低下する。したがって本発明におけるSi含有量は、0.05〜1.0質量%にする。より好ましいSiの含有量は、0.1〜0.6質量%である。

0032

Mnは、拡散Siと金属間化合物を形成し、均一な犠牲陽極層を形成する上で有効な元素である。また、Mnは、チューブの耐食性を向上するとともに、機械的強度を向上させ、押出し成形時の押出性を向上する上でも有効な元素である。
Mnの含有量が0.05質量%未満では、Si拡散勾配が大きくなり、均一な犠牲陽極層が形成されなくなり、Mnが1.2質量%を超えて含有すると、押出圧力増により押出性が低下する。したがって本発明におけるMn含有量は、0.05〜1.2質量%にする。より好ましいMnの含有量は、0.1〜0.6質量%である。

0033

また、チューブを構成するAl合金は、さらにFe:0.1〜0.6質量%、Ti:0.005〜0.2質量%、Cu:0.1質量%未満の1種以上を含有してもよい。
Feは、拡散Siと金属間化合物を形成し、均一な犠牲陽極層を生成するために有効である。Feの含有量が0.1質量%未満ではSi拡散勾配が大きくなり、均一な犠牲陽極層が生成されなくなる。Feの含有量が0.6質量%を超えると、チューブの構成するアルミニウム合金中の金属間化合物が増加し、押出性を低下させる傾向があり、結果として金型寿命が低下する。より好ましいFeの含有量は、0.15〜0.5質量%である。

0034

Tiは、耐食性を阻害しない微細な金属間化合物を形成し、チューブの強度向上にも寄与する。0.005質量%未満では添加効果が見られず、0.2質量%を超えて添加するとチューブ合金の押出圧力が上がり、押出性が低下する。より好ましいTiの含有量は0.005〜0.1質量%である。
Cuはチューブの電位を高くし、犠牲陽極層効果を長時間維持するために有効であるが、添加量が0.1質量%を超えると、腐食速度が増加し、犠牲陽極層の効果持続時間が逆に短時間になる。Cuの添加量として好ましくは0.05質量%未満である。

0035

チューブ本体は、アルミニウム、または上記のアルミニウム合金を押し出し加工して形成することができる。チューブ本体を構成する押出管は、複数の連通管を有する、多孔押出管として形成することができる。
押出管は、実質的に平坦な二つの主表面、二つの側面、および連通孔の開口部が形成された二つの端面からなる表面を有するものであってもよい。フラックス層は、二つの主表面および二つの側面に形成してもよく、二つの主表面のみに形成してもよい。
また、押出管(チューブ本体)の表面粗さRmaxは20μm未満が好ましい。

0036

チューブ表面に形成するフラックス層には、Zn含有フラックスと、Si粉末と、バインダが含まれている。
Zn含有フラックスは、ZnF2、ZnCl2、KZnF3から選択されるZn化合物の少なくとも1種以上を含むものであることが好ましい。Zn含有フラックスは、上記の亜鉛化合物よりなるものでもよい。あるいは、上記の亜鉛化合物と他のフラックスの混合物であってもよい。他のフラックスとしては、例えばLiF、KF、CaF2、AlF3、SiF4、K1−3AlF4−6、Cs1−3AlF4−6、Cs0.02K1−2AlF4−5、K2SiF6から選択される1種または2種以上がZn含有フラックスに含まれていてもよい。なお、フラックスの粒度は平均粒径(D50)において1〜6μmの範囲が好ましい。
Zn含有フラックスをZn化合物と、Zn−フリーのフラックスの混合物とする場合、Zn化合物の塗布量が3g/m2以上となるように調整することが好ましい。

0037

バインダには、アクリル系樹脂を用いることができる。バインダとしてアクリル系樹脂を用いれば、Si粉末やフッ化物系フラックスなどのフラックス層を形成する材料をチューブ表面に固着させる作用があり、ろう付前の工程(例えば熱交換器の組付け工程など)時にフラックス層がチューブから剥離するのを防ぐことができる。また、ろう付時の加熱中に分解蒸発し易いため、ろう付性や耐食性を阻害することがないためバインダとして好ましい。

0038

本実施形態では、上記フラックス層中に含まれるSi粉末は、99%粒径(D99)が5μm以上20μm以下であることが好ましい。99%粒径(D99)は、それ以下の粒径の粒子の積算体積が全粉末の99%となる粒径である。さらに、Si粉末中、粒径が(D99)×5以上となる粗大粒(以下、D粗大)の含有量は、1ppm未満であることが好ましい。

0039

Si粉末の粒度が99%粒径(D99)の値において20μm以下であれば、均一な犠牲陽極層を形成することが可能である。一方、20μmを超えると、局部的に深いエロージョンが生成し、均一な犠牲陽極層を形成できなくなる。このため、Si粉末の粒度は、99%粒径(D99)において20μm以下が好ましい。また、Si粉末の粒度が99%粒径(D99)において5μm未満では、Si粉末が全体的に微細となるため、微細Si粉末同士が集まり易くなり、Si粉末とフラックスとバインダーを混合して粉末ろう組成物とした場合に造粒や凝集を起こしやすくなる。
好ましくは、Si粉末の(D99)は、5μm以上、15μm以下である。

0040

以上のことから、99%粒径(D99)が5μm以上、20μm以下であって、かつ、Si粉末中に微量に含まれる粗大なSi粉の粗大粒として、99%粒径(D99)の5倍以上となる粗大粒の含有量が、1ppm未満であることが好ましい。
なお、99%粒径(D99)の5倍以上となる粗大粒の含有量が、1ppm未満の範囲であっても、0.5ppm以下がより好ましく、0.1ppm以下の範囲が最も好ましい。

0041

次に、Si粉末粒径について、小粒径側からの体積基準積算粒度分布が50%となる平均粒径(D50)が、99%粒径(D99)の値の0.05倍以上0.7倍以下の範囲であることがより好ましい。これは、チューブの表面にSi粉が存在している場合、Si粉末の平均粒径(D50)が、99%粒径(D99)の値の0.05倍以上0.7倍以下の範囲であるならば、ろう付け加熱後、チューブの表面に均一な犠牲陽極層が生成されるのに対し、Si粉末の平均粒径(D50)が、99%粒径(D99)の値の0.7倍を超える粗大なSi粉が点在していると、ろう付け加熱後、生成される犠牲陽極層が深く、点在された状態となり易く、このため、犠牲陽極層間にZnの拡散されていない領域が生じ、犠牲陽極層の領域とZnが拡散されていない領域との電位差が大きくなり、局所的に深い腐食につながるおそれがある。平均粒径が(D99)の0.05倍未満の微細になると微細粉同士が集まり造粒しやすくなる。
この点に鑑み、Si粉末の平均粒径(D50)が、99%粒径(D99)の値の0.05倍以上0.7倍以下の範囲であることが好ましい。

0042

チューブ(熱交換器用チューブ)に対するSi粉末の塗布量は1g/m2以上5g/m2以下の範囲が好ましい。Si粉末の塗布量が1g/m2未満であると、ろう形成が不十分となり、均一な犠牲陽極層が形成されなくなる。一方、Si粉末の塗布量が5g/m2を超えると、犠牲陽極層表面に貴なカソード層が形成され、犠牲陽極層の効果が短時間で失われる。このため、塗膜(フラックス層)におけるSi粉末の含有量は1〜5g/m2とすることが好ましい。

0043

熱交換器用チューブに対するZn含有フラックスの塗布量は3g/m2以上20g/m2以下の範囲が好ましい。塗膜(フラックス層)中のZn含有フッ化物系フラックスの塗布量が3g/m2未満であると、電位差が小さくなり、犠牲陽極層による犠牲効果が発揮されにくくなる。また、被ろう付け材(チューブ)の表面酸化皮膜破壊除去が不十分となる傾向がある。一方、塗布量が20g/m2を超えると、電位差が大きくなり、腐食速度が増加し、犠牲陽極層の存在による防食効果が短時間で失われる。
Zn含有フラックスのさらに好ましい塗布量は、4g/m2以上、15g/m2以下である。

0044

塗布物には、Si粉末、フッ化物系フラックスに加えてバインダを含む。バインダの例としては、好適にはアクリル系樹脂を例示することができる。
バインダは犠牲陽極層の形成に必要なSi粉末とZn含有フラックスをチューブ3の表面または裏面に固着する作用があるが、塗膜中のバインダの塗布量が0.2g/m2未満であると、ろう付け時にSi粉末やZnフラックスがチューブ3から脱落し、均一な犠牲陽極層が形成されないおそれがある。一方、塗膜中のバインダの塗布量が8.3g/m2を超えると、バインダ残渣によりろう付け性が低下し、均一な犠牲陽極層が形成されない。このため、塗膜中のバインダの塗布量は、0.2〜8.3g/m2とすることが好ましい。なお、バインダは、通常、ろう付けの際の加熱により蒸散する。
さらに好ましい、チューブ表面におけるバインダの塗布量は、0.3g/m2以上7g/m2以下である。バインダの塗布量は、塗膜中のSi粉末とZn含有フラックスとバインダの合計塗布量に対し5%から25%の範囲とすることが好ましい。

0045

上記の熱交換器用チューブに、熱交換器用ヘッダーパイプやフィンをろう付けすることにより、熱交換器を構成することができる。
熱交換器は、上記のチューブと、ヘッダーパイプとフィンとが接合されて構成される。すなわち、ヘッダーパイプと称される一対の管体を左右または上下に離間して配置し、複数のチューブをヘッダーパイプの間に配置する。各ヘッダーパイプの片面には、チューブの数に対応する開口が設けられており、例えば、チューブの端部を上記開口に挿入することにより、チューブとヘッダーパイプは組み立てられる。
隣り合うチューブの間には、フィンとよばれる板材が配置される。フィンは、板材を波型に加工したコルゲートフィンでもよい。

0046

チューブ、フィン、ヘッダーパイプを組み立てた後、所定温度(たとえば、580〜615℃)に加熱する。加熱時にフラックスの溶融、ついでSi粉末の溶融が生じ、ろう液が形成される。なお、ろう液には、フラックス中の亜鉛、Si粉末のSi、およびSi粉末と共融したチューブ本体表面部の合金成分が含まれている。ろう液は冷却とともに凝固し、ろう材層を形成する。

0047

Znは、ろう液中を拡散して均一に広がるとともに、チューブ本体のAl合金中にも拡散し、結果としてチューブ表面には均一なZn拡散層が形成される。熱交換を行う際には、各ヘッダーパイプの内部空間と各チューブの内部空間に媒体を循環させ、外部との接触面積が大きいフィンを介して効率良く熱交換が行われる。

0048

[実施例1]

0049

Siが0.7質量%、Mnが0.5質量%含まれるAl合金でビレットを作製し、このビレットを押出加工することにより、冷媒通路用穴を10個有し、断面寸法が幅20mm、高さ2mm、肉厚0.20mmのAl合金押出管を製造した。

0050

次に、Si粉末に、Zn含有フラックスを混合してフラックス混合物を調整した。そして、このフラックス混合物を先に製造したAl合金押出管の外表面にスプレー塗布してフラックス層を形成した。Al合金押出管に対するSi粉末及びフラックス混合物の塗布量を表1に示す。このようにして、実施例1〜6及び比較例1〜4の熱交換器用チューブを作製した。

0051

次に、JIS3003またはJIS3003/JIS4045クラッド材からなるフィンを用意し、実施例1〜6及び比較例1〜4の熱交換器用チューブにフィンを組み付け、窒素雰囲気中600℃で3分間保持してろう付けを行った。ろう付け後のフィン付きチューブに対して腐食試験(SWAAT20日間)を行い、チューブの最大腐食深さを測定した。結果を表1に示す。

0052

0053

表1に示すように、実施例1〜6のフィン付チューブでは、最大腐食深さがいずれも100μm以下であり、チューブの腐食が抑制されていることが判る。実施例6は、Si粉末の最大粒径が大きいので、エロージョンがやや深くなっている。

0054

一方、比較例1ではフラックスにZnが添加されず、また比較例2ではZn含有フラックス(KZnF3)の添加量が2g/m2と少なく、更に比較例3及び4ではSi粉末が添加されなかったためにZn分布が不均一となり、腐食量が大きくなったものと考えられる。
[実施例2]

0055

Al−0.3%Si−0.3%Fe−0.3%Mn−0.05%Tiなる組成のアルミニウム合金から押出により押出多穴管(高さ1.5mm×幅14mm×長さ500mm×肉厚0.4mm)のチューブを作製した。このチューブを39本用意し、各チューブの上面にSi粉:KZnF3フラックス:アクリル樹脂バインダ=2.6:5.7:1.2(g/m2)の割合で配合した粉末ろう組成物の塗膜をロールコートにて9.5g/m2塗布し、窒素雰囲気の炉内で600℃×2.5分間加熱保持するろう付け加熱処理を行った。

0056

Si粉末は、以下に説明するレーザー回折式粒度分布測定装置にて粒度分布を測定する手段とい分けによる粒度選別手段を用いて粒径を調整し、表2に示す試料を調整した。
<Si粉末粒度分布の規定方法>
(1)市販の粒度分布が分かっているあるグレードのSi粉末を購入する。このままではレーザー回折式粒度分布測定装置を用いてもSiの粗大粒の分布は測定できない。市販Si粉末には粒度分布データが付いているが、粒度分布に該当しないSiの粗大粒を実質的には相当数含んでいる。
(2)(D99)×5が目開きのサイズの篩を用いて、Si粉末の「ふるい分け」を行う。

0057

(3)ふるい分けによって粒度の層別を行う。
(4)ふるい分け後、ふるいに残った粉は主に粗大粉であるため、レーザー回折式粒度分布測定装置にて粒度分布が測定できるようになる。
(5)ふるい分けにより一定粒度以下になった粉に上記Siの粗大粉を必要量添加することにより、所望の粗大粒含有量を有するSi粉末を作成する。
(6)従って、Si粉末に含まれるSi粗大粒の含有量を計算で求めた数値に厳密に調整することができる。このように粒度分布を調整したSi粉末を試験に使用した。

0058

600℃×2.5分間加熱保持するろう付け時と同等条件の加熱処理を施した30本のチューブをSWAAT(11日)に供し、塗膜塗布部に生じた最大腐食深さを焦点深度法により測定した。

0059

こうして得られた実施例B1〜B36、および比較例B1〜B3について、塗膜(フラックス層)中のSi粉末含有量、Si粉末の99%粒径(D99)、99%粒径(D99)の5倍以上のSi粗大粒の含有量、Si粉末の(D50)/(D99)の比、塗膜中のKZnF3フラックス含有量、最大腐食深さ、各チューブの腐食試験における深さ120μm以上の腐食発生個数測定結果を表2、3に示す。

0060

0061

0062

表2、3に示すように、実施例B1〜B36のフィン付チューブでは、腐食深さ120μm以上の腐食孔発生数が20個以下であり、実用的な防食効果が確認された。

0063

比較例B1−B3については、最大腐食深さが140μm以上となり、耐食性に問題があることが明らかなので、腐食深さ120μm以上の腐食孔の発生数は計測していない。
比較例B1では、(D99)が小さいため、造粒が生じ、またZn含有フラックスの塗布量も少ないため、最大腐食深さが140μmと大きくなった。
比較例B2では、(D99)が大きいため凝集を生じ、またZn含有フラックスの塗布量も少ないため、最大腐食深さが185μmと大きくなった。

0064

以上、詳細に説明したように、本発明の熱交換器用チューブによれば、Si粉末とZn含有フラックスとが混合されて塗布されるので、ろう付け時にSi粉末が溶融してろう液となり、このろう液にフラックス中のZnが均一に拡散し、チューブ表面に均一に広がる。ろう液のような液相内でのZnの拡散速度は固相内の拡散速度より著しく大きいので、チューブ表面のZn濃度がほぼ均一となり、これにより均一な犠牲陽極層が形成され、熱交換器用チューブの耐食性を向上することができる。

0065

また、Zn含有フラックスの塗布量が5g/m2以上20g/m2以下の範囲なので、チューブ表面にZnを均一に設けることができる。
また、Si粉末の粒径分布を調整することにより、Zn含有フラックスの塗布量が3g/m2以上20g/m2以下の場合にも、チューブ表面にZnを均一に設けることができる。

実施例

0066

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれら実施例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の請求項の範囲によってのみ限定される。

0067

本発明の熱交換器用チューブによれば、熱交換器を形成するろう付け時に塗布面にろうを均一に生成でき、局部的に深い腐食を生じることが無く、表面に犠牲陽極層を均一に生成することができる。その結果、本発明のチューブを用いた熱交換器は、耐食性及び、耐久性にすぐれたものとなる。

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