特開 2022-29195 熱交換器及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022029195

(43)【公開日】2022-02-17

(54)【発明の名称】熱交換器及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   F28F 19/06 20060101AFI20220209BHJP

   B23K 1/00 20060101ALI20220209BHJP

   B23K 1/19 20060101ALI20220209BHJP

   F28F 9/26 20060101ALI20220209BHJP

   F28F 1/32 20060101ALI20220209BHJP

   F28F 21/08 20060101ALI20220209BHJP

   F28D 1/047 20060101ALI20220209BHJP

【ＦＩ】

F28F19/06 A

B23K1/00 330L

B23K1/19 E

F28F9/26

F28F1/32 A

F28F21/08 A

F28D1/047 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020132420

(22)【出願日】2020-08-04

(71)【出願人】

【識別番号】591150797

【氏名又は名称】株式会社デンソーエアクール

(74)【代理人】

【識別番号】110001472

【氏名又は名称】特許業務法人かいせい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】飯沼 幹雄

【テーマコード（参考）】

3L065

3L103

【Ｆターム（参考）】

3L065FA03

3L103AA01

3L103AA12

3L103BB33

3L103BB38

3L103BB42

3L103BB44

3L103CC22

3L103CC28

3L103DD04

3L103DD33

3L103DD42

3L103DD85

(57)【要約】

【課題】Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ－Ｚｎ系またはＡｌ－Ｃｕ－Ｓｉ系のろう材によるＡｌ製の接続管の腐食を抑制すること。
【解決手段】接続管４０が重力方向の上側に位置すると共にＡｌ製の伝熱管１０が重力方向の下側に位置するように接続管４０を伝熱管１０の先端部１１に差し込んで嵌合部４２を構成する。接続管４０として、接続管４０の外壁面４５のうちの少なくともろう材６０を配置する位置から伝熱管１０の端面１４に対応する位置まで連続して外壁面４５に形成されると共に、接続管４０よりも電位が低い犠牲層４４を有するものを用いる。Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ－Ｚｎ系またはＡｌ－Ｃｕ－Ｓｉ系のろう材６０として、複数の相に基づく電位の幅を持つと共に接続管４０の電位よりも高い電位の相を持つものを用いる。接続管４０の径方向においてろう材６０を犠牲層４４の上に配置し、犠牲層４４の上でろう材６０を溶融させる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ａｌ製の接続管（４０）と、Ａｌ製のフィン（２０）が接合されると共に先端部（１１）の内径が前記接続管の外径よりも大きいＡｌ製の伝熱管（１０）と、を用意し、前記接続管が重力方向の上側に位置すると共に前記伝熱管が前記重力方向の下側に位置するように前記接続管を前記伝熱管の前記先端部に差し込んで嵌合部（４２）を構成する組み付け工程と、
ろう材（６０）を用意し、少なくとも前記ろう材の一部が前記伝熱管の前記先端部の端面（１４）の上方に位置するように、前記ろう材を配置する配置工程と、
前記ろう材を溶融させ、溶融させた前記ろう材を前記嵌合部の隙間に流し込むことにより、前記嵌合部を部分ろう付けする接合工程と、
を含み、
前記組み付け工程では、前記接続管として、前記接続管の外壁面（４５）のうちの少なくとも前記ろう材を配置する位置から前記伝熱管の前記端面に対応する位置まで連続して前記外壁面に形成されると共に、前記接続管よりも電位が低い犠牲層（４４）を有するものを用意し、
前記配置工程では、前記ろう材として、Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ－Ｚｎ系またはＡｌ－Ｃｕ－Ｓｉ系のものであって、複数の相に基づく電位の幅を持つと共に前記接続管の電位よりも高い電位の相を持つものを用意し、前記接続管の径方向において前記ろう材を前記犠牲層の上に配置し、
前記接合工程では、前記犠牲層の上で前記ろう材を溶融させる、熱交換器の製造方法。

【請求項2】

前記組み付け工程では、前記犠牲層を有する前記接続管を複数用意すると共に、前記伝熱管を複数用意することにより、前記嵌合部を複数構成し、
前記配置工程では、前記複数の接続管それぞれの前記犠牲層の上に前記ろう材をそれぞれ配置し、
前記接合工程では、前記複数の嵌合部を同時に部分ろう付けする、請求項１に記載の熱交換器の製造方法。

【請求項3】

前記組み付け工程では、前記伝熱管を複数配置した列を一列と定義すると、前記複数の伝熱管を３列以上配置する、請求項２に記載の熱交換器の製造方法。

【請求項4】

前記配置工程では、前記ろう材として、Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ－Ｚｎ合金の粉末、Ｃｓ－Ａｌ－Ｆ系のフラックス、及び有機バインダによって構成されるペースト状のものを用意し、ペースト状の前記ろう材を前記犠牲層に塗布する、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱交換器の製造方法。

【請求項5】

前記配置工程では、前記ろう材として、Ｃｕの含有率が１０重量％以上であるものを用意する、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱交換器の製造方法。

【請求項6】

前記配置工程では、前記ろう材として、Ｓｉの含有率が３重量％以上であると共に、Ｚｎの含有率が３重量％以上であるものを用意する、請求項５に記載の熱交換器の製造方法。

【請求項7】

前記接合工程では、前記部分ろう付け後の前記ろう材は、前記犠牲層のうちの前記ろう材を配置した部分から前記伝熱管の前記端面に対応する部分までの前記犠牲層の上に位置する薄膜部（６１）と、前記嵌合部の隙間に位置する埋込部（６２）と、を有し、前記薄膜部は前記径方向の厚みが５０μｍ以下であり、前記埋込部は前記径方向の最大厚みが５００μｍ以上である、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の熱交換器の製造方法。

【請求項8】

前記配置工程では、前記ろう材として、前記ろう材の前記電位の幅の中に前記接続管の電位よりも７０ｍＶを超える電位を含むものを用意する、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の熱交換器の製造方法。

【請求項9】

Ａｌ製の接続管（４０）と、
Ａｌ製のフィン（２０）が接合されると共に先端部（１１）の内径が前記接続管の外径よりも大きいＡｌ製の伝熱管（１０）と、
前記接続管が前記伝熱管の前記先端部に差し込まれることで構成された嵌合部（４２）を部分ろう付けしたろう材（６０）と、
を含み、
前記接続管は、前記接続管と前記伝熱管とが連結された連結方向において、前記接続管の外壁面（４５）のうちの少なくとも前記伝熱管の前記先端部の端面（１４）よりも上方の位置から前記伝熱管の前記端面に対応する位置まで連続して前記外壁面に形成されると共に、前記接続管よりも電位が低い犠牲層（４４）を有し、
前記ろう材は、Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ－Ｚｎ系またはＡｌ－Ｃｕ－Ｓｉ系のものであって、複数の相に基づく電位の幅を持つと共に前記接続管の電位よりも高い電位の相を持つものであり、
さらに、前記ろう材は、
前記犠牲層のうちの前記伝熱管の前記端面から上方に位置する部分において、前記接続管の径方向において、前記犠牲層の上に形成された薄膜部（６１）と、
前記嵌合部の隙間に配置されると共に、前記径方向において前記薄膜部よりも厚い埋込部（６２）と、
を有する、熱交換器。

【請求項10】

前記ろう材は、Ｃｕの含有率が１０重量％以上である、請求項９に記載の熱交換器。

【請求項11】

前記ろう材は、Ｓｉの含有率が３重量％以上であると共に、Ｚｎの含有率が３重量％以上である、請求項１０に記載の熱交換器。

【請求項12】

前記薄膜部は、前記径方向の厚みが５０μｍ以下であり、
前記埋込部は、前記径方向の最大厚みが５００μｍ以上である、請求項９ないし１１のいずれか１つに記載の熱交換器。

【請求項13】

前記ろう材は、前記ろう材の前記電位の幅の中に前記接続管の電位よりも７０ｍＶを超える電位を含む、請求項９ないし１２のいずれか１つに記載の熱交換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱交換器及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年では、熱交換器の伝熱管及び接続管としてＡｌ製のものが用いられ始めている。一般的なＡｌ－Ｓｉ系のろう材は、Ａｌ製の接続管及びＡｌ製の伝熱管との融点の差が小さいので、ろう付け時の許容温度範囲が狭くなる。そこで、特許文献１では、Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ－Ｚｎ系またはＡｌ－Ｃｕ－Ｓｉ系の低融点のろう材を用いてＡｌ製の接続管とＡｌ製の伝熱管とを部分ろう付けすることで、ろう付け時の許容温度範囲を広くする方法が提案されている。

【0003】

具体的には、まず、接続管が重力方向の上側に位置すると共に伝熱管が重力方向の下側に位置するように接続管を伝熱管の先端部に差し込んで嵌合部を構成する。次に、ろう材を接続管の外壁面に配置する。続いて、ろう材を溶融させ、溶融したろう材を嵌合部の隙間に流し込む。こうして、嵌合部を部分ろう付けする。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１７－１２２５４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記従来の技術では、溶融したろう材の大部分が嵌合部に流れたとしても、接続管の外壁面にろう材の一部が薄膜として残されてしまう。発明者らは、部分ろう付け後の接続管を詳しく調べたところ、腐食の一種である孔食が接続管に発生していたことがわかった。

【0006】

これは、Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ－Ｚｎ系のろう材は、組成が均質では無く、Ａｌが主成分のα相と共晶とに分かれ、さらに共晶にはθ相（Ａｌ_２Ｃｕ）とＺｎリッチの相とが存在するためである。すなわち、ろう材は、低電位の側のＺｎリッチの相から高電位の側のθ相まで、電位の幅を持つ。ろう材のθ相は、Ａｌ製の接続管よりも電位が高いので、接続管に対して貴の電位となる。このため、電位差腐食が接続管に発生してしまう。ろう材が厚い部分ではろう材中の低電位のＺｎリッチ相及びα相の優先腐食でろう材の自己腐食がなされるが、接続管の外壁面に残されたろう材の薄膜部ではＺｎリッチの相及びα相が早期に消失する。このため、ろう材のθ相による接続管の電位差腐食が進行してしまう。Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ系のろう材についても同様に、ろう材が持つ相に基づいて電位差腐食が発生してしまう。

【0007】

上記の腐食は、Ａｌ製の接続管とＡｌ製の伝熱管との嵌合部に低融点のろう材を流し込んで部分ろう付けする場合に発生する材質特有の現象である。当該現象は、接続管の寿命を低下させてしまう原因の一つとなる。

【0008】

本発明は上記点に鑑み、Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ－Ｚｎ系またはＡｌ－Ｃｕ－Ｓｉ系のろう材によるＡｌ製の接続管の腐食を抑制することができる熱交換器の製造方法を提供することを第１の目的とする。また、当該製造方法によって得られる熱交換器を提供することを第２の目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、Ａｌ製の接続管（４０）と、Ａｌ製のフィン（２０）が接合されると共に先端部（１１）の内径が接続管の外径よりも大きいＡｌ製の伝熱管（１０）と、を用意する。また、接続管が重力方向の上側に位置すると共に伝熱管が重力方向の下側に位置するように接続管を伝熱管の先端部に差し込んで嵌合部（４２）を構成する（組み付け工程）。

【0010】

次に、ろう材（６０）を用意し、少なくともろう材の一部が伝熱管の先端部の端面（１４）の上方に位置するように、ろう材（６０）を配置する（配置工程）。続いて、ろう材を溶融させ、溶融させたろう材を嵌合部の隙間に流し込むことにより、嵌合部を部分ろう付けする（接合工程）。

【0011】

組み付け工程では、接続管として、接続管の外壁面（４５）のうちの少なくともろう材を配置する位置から伝熱管の端面に対応する位置まで連続して外壁面に形成されると共に、接続管よりも電位が低い犠牲層（４４）を有するものを用意する。

【0012】

配置工程では、ろう材として、Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ－Ｚｎ系またはＡｌ－Ｃｕ－Ｓｉ系のものであって、複数の相に基づく電位の幅を持つと共に接続管の電位よりも高い電位の相を持つものを用意し、接続管の径方向においてろう材を犠牲層の上に配置する。接合工程では、犠牲層の上でろう材を溶融させる。

【0013】

請求項９に記載の発明では、熱交換器は、Ａｌ製の接続管（４０）と、Ａｌ製のフィン（２０）が接合されると共に先端部（１１）の内径が接続管の外径よりも大きいＡｌ製の伝熱管（１０）と、接続管が伝熱管の先端部に差し込まれることで構成された嵌合部（４２）を部分ろう付けしたろう材（６０）を含む。

【0014】

接続管は、接続管と伝熱管とが連結された連結方向において、接続管の外壁面（４５）のうちの少なくとも伝熱管の先端部の端面（１４）よりも上方の位置から伝熱管の端面に対応する位置まで連続して外壁面に形成されると共に、接続管よりも電位が低い犠牲層（４４）を有する。

【0015】

ろう材は、Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ－Ｚｎ系またはＡｌ－Ｃｕ－Ｓｉ系のものであって、複数の相に基づく電位の幅を持つと共に接続管の電位よりも高い電位の相を持つものである。さらに、ろう材は、犠牲層のうちの伝熱管の端面から上方に位置する部分において、接続管の径方向において、犠牲層の上に形成された薄膜部（６１）と、嵌合部の隙間に配置されると共に、径方向において薄膜部よりも厚い埋込部（６２）と、を有する。

【0016】

これによると、部分ろう付け後にも、接続管の外壁面には犠牲層が存在するので、溶融後のろう材（６０）は接続管の径方向において犠牲層の上に薄膜状に残される。このため、薄膜状のろう材による電位差腐食は接続管よりも電位が低い犠牲層に優先して起こるので、薄膜状のろう材と接続管との電位差腐食を抑制することができる。したがって、Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ－Ｚｎ系またはＡｌ－Ｃｕ－Ｓｉ系のろう材によるＡｌ製の接続管の腐食を抑制することができる。

【0017】

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】一実施形態に係る熱交換器の斜視図である。

【図2】伝熱管と接続管との嵌合部付近の一部断面図である。

【図3】図２のＡ部拡大断面図である。

【図4】Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ－Ｚｎ系のろう材が持つ電位の幅を示した図である。

【図5】ろう材の組成を示した図である。

【図6】接合工程を説明するための図である。

【図7】犠牲層に発生する層状腐食を示した接続管の一部断面図である。

【図8】接続管に犠牲層が設けられた場合の層状腐食を示した図であり、左図は嵌合部付近の外観図であり、中央図は左図のＡ－Ａ断面図であり、右図は接続管の径方向に平行な断面図である。

【図9】接続管に犠牲層が設けられない場合の孔食進行を示した図であり、左図は連結方向に平行な断面図であり、右図は接続管の径方向に平行な断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の一実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る熱交換器は、例えば冷凍サイクルの冷媒と空気との間で熱交換を行うプレートフィン熱交換器に適用される。以下、プレートフィン熱交換器を熱交換器という。

【0020】

図１に示されるように、熱交換器１は、伝熱管１０、フィン２０、サイドプレート３０、３１、接続管４０、及びヘッダ５０、５１を備えている。これら伝熱管１０、フィン２０、サイドプレート３０、３１、接続管４０、及びヘッダ５０、５１は、Ａｌ製である。Ａｌ製とは、ＡｌまたはＡｌ合金により構成されていることを意味する。

【0021】

伝熱管１０は、内部を冷媒が流通する管部品である。伝熱管１０は、ヘアピン状すなわち略Ｕ字状に曲折されて構成されている。伝熱管１０は、長手部分が並列に配置されるように熱交換器１に複数設けられている。各伝熱管１０のＵ字部分はそれぞれ長手部分の一方向に配置されている。そして、各伝熱管１０はフィン２０に接合されている。伝熱管１０を複数配置した列を一列と定義すると、複数の伝熱管１０は４列配置されている。

【0022】

図示しないが、伝熱管１０の内面には、複数の螺旋状の溝と、螺旋状の溝間の突起として螺旋状に延びるフィンと、が形成されている。これにより、伝熱管１０の内面と冷媒との接触面積が増えるので、伝熱管１０の伝熱性能が向上する。

【0023】

フィン２０は、空気と伝熱管１０との伝熱面積を増大させて空気と冷媒との熱交換を促進する伝熱促進部材である。フィン２０は、プレート状に形成されたプレートフィンである。フィン２０は熱交換器１に複数設けられている。サイドプレート３０、３１は、複数のフィン２０の最上層と最下層とに設けられた板部品である。

【0024】

接続管４０は、複数の伝熱管１０同士や伝熱管１０とヘッダ５０、５１とを接続する管部品である。接続管４０は、直線状及びＵ字状に形成されている。接続管４０として、Ｌ曲げ構造、２曲げ構造、３曲げ構造等を有するものを採用しても良い。ヘッダ５０、５１は、伝熱管１０に対して冷媒の分配または集合を行う部品である。

【0025】

伝熱管１０及び接続管４０は、例えば、純Ａｌの１０００系やＡｌ－Ｍｎ系の３０００系によって構成される。例えば、伝熱管１０及び接続管４０として、Ａ３００３が用いられる。伝熱管１０及び接続管４０の外径は、例えばφ６である。伝熱管１０の板厚は例えば０．３６ｍｍであり、接続管４０の板厚は例えば１ｍｍである。

【0026】

次に、伝熱管１０と接続管４０との接続構造について説明する。図２に示されるように、伝熱管１０の先端部１１は、口拡部１２及びフレア加工部１３を有する。口拡部１２は、内径が接続管４０の外径よりも大きくされた部分である。フレア加工部１３は、口拡部１２の先端部分が円錐状に広げられた部分である。

【0027】

そして、接続管４０の先端部４１が伝熱管１０の先端部１１に差し込まれることで嵌合部４２が構成されている。図３に示されるように、嵌合部４２における伝熱管１０の長手方向の長さ、すなわち伝熱管１０の径方向に伝熱管１０と接続管４０とがオーバーラップしている部分の長さは１ｍｍ以上になっている。

【0028】

また、嵌合部４２において口拡部１２の内面と接続管４０の外面との管の隙間は管径差で例えば０．０５ｍｍである。当該隙間にろう材６０が充填されている。ろう材６０は、伝熱管１０の長手方向において、伝熱管１０の先端部１１の端面１４よりも接続管４０の先端部４１側の位置から、接続管４０の先端部４１の端面４３の一部を覆う位置まで充填されている。

【0029】

さらに、接続管４０は、犠牲層４４を有する。犠牲層４４は、接続管４０と伝熱管１０とが連結された連結方向において、接続管４０の外壁面４５のうちの少なくとも伝熱管１０の先端部１１の端面１４よりも上方の位置から伝熱管１０の端面１４に対応する位置まで連続して外壁面４５に形成される。端面１４に対応する位置とは、連結方向において、ろう材６０の部分ろう付け後にろう材６０の一部が接続管４０の外壁面４５に薄膜状に残される部分のうちの伝熱管１０の側の端部の位置である。具体的には、後述するろう材６０の薄膜部６１のうちの連結方向における伝熱管１０の側の端部の位置である。図３では、犠牲層４４は、接続管４０の外壁面４５の全体に形成されている。なお、図２では、ろう材６０及び犠牲層４４を省略している。

【0030】

犠牲層４４は、接続管４０よりも電位が低いものである。犠牲層４４は、例えば、ＺｎまたはＺｎを含む合金により構成されている。

【0031】

接続管４０及び犠牲層４４は、例えばＡｌ心材の外壁面をＺｎのクラッド材で覆ったクラッド管として構成される。接続管４０の製造時に外壁面４５の全体を覆うことができるので、接続管４０に容易に犠牲層４４を設けることができる。クラッド管として、例えばＡｌ－Ｚｎ－Ｍｇ系の７０００系を用いることができる。または、接続管４０の外壁面４５の一部にＺｎを溶射することによって、接続管４０の外壁面４５の一部あるいは全体に犠牲層４４を設けることもできる。接続管４０の径方向における犠牲層４４の厚みは、例えば１００μｍである。接続管４０をクラッド管とした場合、接続管４０の径方向における心材の厚みは、例えば９００μｍである。

【0032】

ろう材６０は、嵌合部４２において伝熱管１０と接続管４０とを部分ろう付けした固定材である。ろう材６０は、薄膜部６１及び埋込部６２を有する。薄膜部６１は、連結方向において犠牲層４４のうちの伝熱管１０の端面１４から上方に位置する部分の上に径方向に形成された部分である。薄膜部６１は、径方向の厚みが例えば５０μｍ以下である。

【0033】

埋込部６２は、嵌合部４２における伝熱管１０の内面と接続管４０の外壁面４５との隙間に配置されると共に、接続管４０の径方向において、薄膜部６１よりも厚い部分である。埋込部６２は、径方向の最大厚みＴが例えば５００μｍ以上である。すなわち、埋込部６２の厚みには、ろう材６０のフィレット部も含まれる。

【0034】

図３では、連結方向において、埋込部６２が伝熱管１０の端面１４よりも下方に位置する場合が示されているが、ろう材６０の量や流れ方によっては埋込部６２の一部が伝熱管１０の端面１４よりも上方に位置する場合がある。どちらの場合にも、薄膜部６１の厚みと埋込部６２の厚みとは明らかに差がある。また、薄膜部６１は、必ず犠牲層４４の上に配置される。言い換えると、犠牲層４４は、少なくとも薄膜部６１が配置される位置に形成されている。

【0035】

ろう材６０は、弗化セシウム系の非腐食性フラックスを塗布したＡｌ－Ｃｕ－Ｓｉの３元素系共晶組成近傍のものにＺｎを添加したものである。すなわち、ろう材６０は、Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ－Ｚｎ系のものであり、複数の相によって構成されている。

【0036】

図４に示されるように、複数の相とは、α相、Ｚｎリッチの相、共晶のθ相である。α相は－６８０ｍＶの電位を持ち、Ｚｎリッチの相は－７８５ｍＶの電位を持ち、共晶のθ相は－５９３ｍＶの電位を持つ。つまり、ろう材６０は、複数の相に基づいて－７８５ｍＶから－５９３ｍＶまでの電位の幅を持つ。なお、各電位は参照電極として銀／塩化銀（飽和ＫＣｌ液中）を用いて測定された値である。

【0037】

比較例として、Ａｌ－Ｓｉ系のろう材は、α相とＳｉリッチの相を含む。α相は－６９３ｍＶの電位を持ち、Ｓｉリッチの相は－６２３ｍＶの電位を持つ。しかしながら、Ａｌ－Ｓｉ系のろう材の電位の幅は、Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ－Ｚｎ系のろう材６０の電位の幅に対して非常に狭い。

【0038】

また、Ａ３００３のＡｌ心材は、－６９３ｍＶの電位を持つ。他のＡｌ心材であるＡ１０５０は、－６９０ｍＶの電位を持つ。すなわち、ろう材６０は、電位の幅の上限値が－５９３ｍＶであることから、電位の幅の中に、Ａｌ製の接続管４０の電位を含む。つまり、ろう材６０は、接続管４０の電位よりも高い電位の相を持つものである。

【0039】

上記のように、Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ－Ｚｎ系のろう材６０は、Ａｌ－Ｓｉ系のろう材及びＡｌ製の接続管４０よりも電位が高い共晶のθ相を持つ。このように、Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ－Ｚｎ系のろう材６０のθ相は、接続管４０との電位差すなわちイオン化傾向の差が大きいと共に接続管４０に対して貴の電位となるので、Ａｌ－Ｓｉ系のろう材よりも電位差腐食を促進させる。

【0040】

一般的に、Ａ－Ｓｉ系のろう材はＡｌの純度が９９．００％以上のものである純Ａｌに対して貴の電位となり、純Ａｌに孔食の腐食を発生させる。そして、Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ－Ｚｎ系のろう材６０もＡｌ製の接続管４０に孔食の腐食を発生させる。したがって、ろう材６０は、接続管４０の電位よりも少なくとも７０ｍＶを超える電位を含む。

【0041】

一方、犠牲層４４が追加されたＡ７０７２（Ｚｎ１％）は接続管４０よりも電位が低いものであり、例えば－８２３ｍＶの電位を持つ。犠牲層４４はろう材６０及び接続管４０の両方よりも電位が低いので、犠牲層４４がろう材６０に対して犠牲防食の役割を果たす。

【0042】

ろう付け性に優れる低融点のろう材６０としては、固相線温度が低いことと同時に、Ａｌ－１０Ｓｉの液相線温度が５９８℃以下であることが望ましい。また、ろう材６０に含まれるＣｕの含有率を下げるとろう材６０の融点は下がるが、Ｃｕの含有率を下げ過ぎてしまうとろう材６０の融点が下がらなくなる。このため、Ｃｕの含有量が１０重量％以上、Ｓｉの含有量が３％以上、Ｚｎの含有量が３重量％以上の組成とする必要がある。そこで、図５の実施例１に示されるように、Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ－Ｚｎ系のろう材６０は、Ｃｕの含有率を２３．５重量％、Ｓｉの含有率を４．５重量％、Ｚｎの含有率を５．３重量％としたときの固相線温度が４８９℃、液相線温度が５３３℃に成分調整されている。あるいは、図５の実施例２に示されるように、Ｃｕの含有率を１０重量％、Ｓｉの含有率を７．１重量％、Ｚｎの含有率を９重量％としたときの固相線温度が４８５℃、液相線温度が５８０℃に成分調整されている。図５に示された各ろう材成分の固相線及び液相線の各温度はＣＡＬＰＨＡＤ法により取得した。

【0043】

これにより、ろう材６０は、従来のＡｌ－Ｓｉ系の固相線温度５７７℃に対して大幅に低温化されている。すなわち、本実施形態に係るろう材６０は低融点ろう材である。この温度域でろう付けするためにフラックスは４２０℃の低温から活性を有する。以上が、熱交換器１の全体構成である。

【0044】

次に、熱交換器１の製造方法について説明する。まず、組み付け工程を行う。このため、接続管４０及び伝熱管１０を用意する。具体的には、引き抜き加工によりＡｌまたはＡｌ合金からなる管を形成する。また、管の内面に転造加工を施すことにより内面に溝が設けられた伝熱管１０を複数形成する。

【0045】

また、クラッド加工や溶射の方法により接続管４０の外壁面４５の全体にＺｎの犠牲層４４を形成することで、犠牲層４４を備えた接続管４０を複数用意する。なお、接続管４０の外壁面４５のうちの少なくともろう材６０の薄膜部６１が形成される部分に犠牲層４４を部分的に設けても良い。

【0046】

続いて、複数のフィン２０及びサイドプレート３０、３１を用意し、各フィン２０及びサイドプレート３０、３１に伝熱管１０が挿通される図示しない貫通孔を形成する。そして、複数のフィン２０を等間隔に配置した後、貫通孔に伝熱管１０を挿通する。例えば、伝熱管１０を４列に配置する。

【0047】

この後、伝熱管１０を拡管する。例えば、伝熱管１０の内径より径が大きい拡管子を伝熱管１０内に挿通し、拡管子により伝熱管１０を機械的に拡管する。伝熱管１０を拡管することで、複数のフィン２０及びサイドプレート３０、３１と伝熱管１０とを密着させて接合する。また、同様の工法で伝熱管１０の先端部１１に口拡部１２及びフレア加工部１３を形成する。

【0048】

そして、接続管４０が重力方向の上側に位置すると共に伝熱管１０が重力方向の下側に位置するように接続管４０を伝熱管１０の先端部１１に差し込むことにより、複数の嵌合部４２を構成する。この場合、重力方向は連結方向と同じ方向となる。

【0049】

次に、ろう材６０を配置する配置工程を行う。このため、上述のＡｌ－Ｃｕ－Ｓｉ－Ｚｎ系のろう材６０であって、複数の相に基づく電位の幅を持つと共に電位の幅の中に接続管４０の電位よりも７０ｍＶを超える電位を含むものを用意する。ろう材６０に含まれるＣｕ、Ｓｉ、Ｚｎの含有量は、例えば、図５の実施例１を採用する。また、ろう材６０を、Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ－Ｚｎ合金の粉末、Ｃｓ－Ａｌ－Ｆ系のフラックス、及び有機バインダによって構成されるペースト状のものとする。ろう材６０の合金性質上、固形化してリングろう等の状態としておくことが困難であるためである。

【0050】

続いて、図６に示されるように、少なくともろう材６０の一部が伝熱管１０の先端部１１の端面１４の上方に位置するように、ペースト状のろう材６０を犠牲層４４に塗布する。また、ろう材６０を接続管４０の周方向に連続的に一周配置するか、または周方向に断続的に部分配置する。これにより、接続管４０の径方向において、複数の接続管４０それぞれの犠牲層４４の上にろう材６０をそれぞれ配置する。

【0051】

このようにろう材６０を接続管４０に供給することで、溶けたろう材６０が嵌合部４２の隙間に引き込まれるようにすることができる。また、ろう材６０にボイドが含まれた状態で嵌合部４２に引き込まれることを抑制することができる。なお、ろう材６０の全体を先端部１１の端面１４の上方に位置させることでこのような効果をさらに高めることができる。

【0052】

続いて、嵌合部４２を部分ろう付けする接合工程を行う。例えば、大気雰囲気中で５５０℃～６２０℃の温度範囲となるように高周波加熱を行う。高周波加熱は、電磁誘導の原理を利用した非接触の加熱方法である。

【0053】

まず、接続管４０を伝熱管１０よりも優先的に加熱する。具体的には、接続管４０のうちろう材６０を配した部位を５５０℃程度に局所加熱してろう材６０を犠牲層４４の上で溶融させる。また、伝熱管１０の温度を接続管４０の温度よりも低く加熱する。例えば、嵌合部４２の下部すなわち伝熱管１０の口拡部１２の下部の温度をろう材６０の固相線温度以下（例えば４１０℃）に調整する。

【0054】

このように嵌合部４２を加熱することで、溶融したろう材６０が厚肉の接続管４０側から薄肉の伝熱管１０側のフレア加工部１３を介して嵌合部４２の隙間に流れ込む。上述のように、伝熱管１０の内面には複数の溝が形成されているので、毛細管現象によってろう材６０が当該隙間に引き込まれる。

【0055】

また、伝熱管１０の口拡部１２の下部の温度がろう材６０の固相線温度以下に調整されているので、ろう材６０は口拡部１２の下部で凝固しやすくなっている。したがって、伝熱管１０として内面溝付管を用いたとしても、ろう材６０が嵌合部４２よりもさらに重力方向の下側に流れていくことはない。また、ろう材６０が嵌合部４２よりも重力方向の下側に流れにくくなるので、嵌合部４２がろう付け不良になる恐れがない。このようにして、複数の嵌合部４２を同時に部分ろう付けする。これにより、複数の嵌合部４２において、部分ろう付け後のろう材６０の薄膜部６１は径方向の厚みが５０μｍ以下となり、埋込部６２は径方向の最大厚みＴが５００μｍ以上となる。

【0056】

上記のようにして、ヘッダ５０、５１に接合された接続管４０を伝熱管１０にろう付け接合する。その他、仕上げ工程等を行う。こうして、熱交換器１が完成する。

【0057】

以上説明したように、本実施形態では、接続管４０に予め犠牲層４４を設け、犠牲層４４に塗布したろう材６０を溶融させることで嵌合部４２を部分ろう付けしている。このため、部分ろう付け後にも、接続管４０の外壁面４５には犠牲層４４が存在し、溶融後のろう材６０は接続管４０の径方向において犠牲層４４の上に薄膜部６１として残される。よって、ろう材６０の薄膜部６１による電位差腐食は接続管４０よりも電位が低い犠牲層４４に優先して起こる。したがって、図７に示されるように、犠牲層４４の一部に層状腐食が起こるので、Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ－Ｚｎ系のろう材６０の薄膜部６１とＡｌ製の接続管４０との電位差腐食を抑制することができる。すなわち、電位差腐食に対して接続管４０を延命させることができる。なお、犠牲層４４の層状腐食の部分は例えば腐食生成物や隙間等になる。

【0058】

ここで、ろう付け時のろう材６０の流動により、ろう材６０の埋込部６２の範囲で犠牲層４４がエロ－ジョン、すなわち犠牲層４４がろう材６０内に溶融し、犠牲層４４が残らないこともある。ろう材６０の埋込部６２の範囲とは、ろう材６０のうちの薄膜部６１以外の範囲である。その場合、ろう材６０のうちの薄膜部６１以外の部分ではろう材６０の厚みが保たれるため、ろう材６０の中の低電位部の自己腐食が進む。よって、接続管４０の腐食が遅れ、ひいては接続管４０を延命させることができる。

【0059】

発明者らは、接続管４０に犠牲層４４を設けた場合と設けない場合とで、腐食試験としてＳＷＡＡＴ試験を行った。試験時間は１９２時間とした。

【0060】

接続管４０に犠牲層４４を設けた場合であって、ろう材６０の組成を図５の実施例１、２とした場合の結果を図８に示す。図５及び図８に示されるように、腐食の形態は、犠牲層４４の内部に広がる層状腐食で収まる結果となった。接続管４０の腐食深さは０．０９ｍｍであり、犠牲層４４によって接続管４０の腐食が充分に抑制されていた。また、ろう材６０に引け巣は無かった。なお、埋込部６２においては、埋込部６２が薄膜部６１に対して充分に厚いことから、埋込部６２の内部で腐食が進む。このため、埋込部６２の腐食は、接続管４０に影響しない。

【0061】

これに対し、接続管４０に犠牲層４４を設けない場合であって、ろう材６０の組成を図５の対比例３～６とした場合の結果を図９に示す。図５及び図９に示されるように、腐食の形態は、接続管４０の径方向に進行する孔食となった。

【0062】

図５の対比例３～５に示されるように、ろう材６０のＣｕの含有量が大きいほど腐食が進行した。特に、対比例３については、接続管４０の板厚が１ｍｍであるのに対して、腐食深さが０．９３ｍｍとなった。

【0063】

対比例６は、ろう材６０のＣｕの含有量を小さくしてＺｎの含有量を大きくしたものである。対比例６のようにＣｕの含有率を下げたことで腐食深さは０．１４ｍｍとなり、対比例３～５よりも接続管４０の腐食を抑制する効果が上がった。但し、対比例６は、引け巣がろう材６０の表面に多く確認された。これは、ろう材６０の亀裂の原因になったり、低温環境でろう材６０の凍結割れの原因になる。よって、対比例６は、対比例３～５に対しては腐食の抑制効果が向上したものの、引け巣が起きやすく扱いづらいものであった。

【0064】

さらに、対比例７、８はろう付け性が悪いものだった。このため、対比例７、８のろう材は伝熱管１０と接続管４０との部分ろう付けに使用しなかった。これに伴い、上記の腐食試験も行わなかった。なお、対比例９はＡｌ－１０Ｓｉとの比較を示すためのものである。

【0065】

以上の結果からも、接続管４０に犠牲層４４を設けることによって、Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ－Ｚｎ系のろう材６０とＡｌ製の接続管４０との電位差腐食を抑制できることが証明された。

【0066】

（他の実施形態）
上記各実施形態で示された熱交換器１の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば１組の伝熱管１０及び接続管の接合に上記の方法を適用しても良い。あるいは、伝熱管１０の列を３列、５列等のように、３列以上配置しても良い。また、伝熱管１０として内面溝付管を用いる例について説明したが、伝熱管１０として平滑管を用いても良い。

【0067】

ろう材６０として、Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ系のものを用いても良い。Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ系のろう材６０は、Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ－Ｚｎ系のろう材６０と同様に、複数の相に基づく電位の幅を持つと共に接続管４０の電位よりも高い電位の相を持つ。Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ系のろう材６０の電位の幅は、図４に示されたＺｎリッチ相の電位を含まない幅である。

【0068】

配置工程における接続管４０へのろう材６０の供給方法は、リング状のろう材鋳物、樹脂バインダの成形品、ゴムバインダ成形品等を用いても良い。

【符号の説明】

【0069】

１０ 伝熱管、１１ 先端部、１４ 端面、２０ フィン、４０ 接続管、４２ 嵌合部、４４ 犠牲層、４５ 外壁面、６０ ろう材、６１ 薄膜部、６２ 埋込部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】