| 【発明の名称】 |
熱交換器 |
| 【発明者】 |
【氏名】加藤 宗一
【氏名】森 裕一
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| 【要約】 |
【課題】クロム酸クロメート処理を行うことなく、孔食等の腐食を防止し、耐食性を向上した熱交換器を提供することを目的とする。
【解決手段】媒体流路を設けたチューブと、前記チューブ間に装着されて媒体と外気の熱交換を行うフィンと、前記チューブに媒体を分配するタンクを備えた熱交換器において、前記チューブは、アルミニウム又はアルミニウム合金製の芯材と、前記チューブの外面を構成する面に被覆した前記芯材よりも電位が卑である合金層と、前記チューブの媒体流路を構成する面に被覆したろう材層を備えた三層構造の素材１００を用いて形成し、６価クロムを含まない組成物を用いて少なくとも前記チューブの表面に保護皮膜（化成皮膜３００及び親水性皮膜３０１）を形成した。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 熱交換媒体が流通する媒体流路を設けたチューブと、前記チューブ間に装着して媒体と外気の熱交換を行うフィンと、前記チューブに媒体を分配するタンクを備えた熱交換器において、前記チューブは、アルミニウム又はアルミニウム合金製の芯材と、前記チューブの外面を構成する面に被覆した芯材よりも電位が卑である合金層と、前記チューブの媒体流路を構成する面に被覆したろう材層を備えた三層構造の素材を用いて形成し、６価クロムを含まない組成物を用いて少なくとも前記チューブの表面に保護皮膜を形成したことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】 熱交換媒体が流通する媒体流路を設けたチューブと、前記チューブ間に装着して媒体と外気の熱交換を行うフィンと、前記チューブに媒体を分配するタンクを備えた熱交換器において、前記チューブは、アルミニウム又はアルミニウム合金製の芯材と、前記チューブの外面を構成する面に被覆した芯材よりも電位が卑である合金層と、前記チューブの媒体流路を構成する面に被覆したろう材層を備えた三層構造の素材を用いて形成し、クロムを含まない組成物を用いて少なくとも前記チューブの表面に保護皮膜を形成したことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】 熱交換媒体が流通する媒体流路を設けたチューブと、前記チューブ間に装着して媒体と外気の熱交換を行うフィンと、前記チューブに媒体を分配するタンクを備えた熱交換器において、前記熱交換器は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる素材を用いて、形成し、前記熱交換器の少なくともチューブの表面に、前記素材よりも電位が卑である合金層を被覆し、6価クロムを含まない組成物を用いて保護皮膜を形成したことを特徴とする熱交換器。
【請求項４】 熱交換媒体が流通する媒体流路を設けたチューブと、前記チューブ間に装着して媒体と外気の熱交換を行うフィンと、前記チューブに媒体を分配するタンクを備えた熱交換器において、前記熱交換器は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる素材を用いて形成し、前記熱交換器のチューブの表面に、前記素材よりも電位が卑である合金層を被覆し、クロムを含まない組成物を用いて保護皮膜を形成したことを特徴とする熱交換器。
【請求項５】 熱交換媒体が流通する媒体流路を設けたチューブと、前記チューブ間に装着して媒体と外気の熱交換を行うフィンと、前記チューブに媒体を分配するタンクを備えた熱交換器において、前記チューブは、アルミニウム又はアルミニウム合金製の芯材と、前記芯材の少なくとも一方の面に被覆した前記芯材よりも電位が卑である合金からなる中間層と、前記芯材及び中間層よりも融点の低いろう材層を備えた多層構造の素材を用いて形成し、６価クロムを含まない組成物を用いて少なくとも前記チューブの表面に保護皮膜を形成したことを特徴とする熱交換器。
【請求項６】 熱交換媒体が流通する媒体流路を設けたチューブと、前記チューブ間に装着して媒体と外気の熱交換を行うフィンと、前記チューブに媒体を分配するタンクを備えた熱交換器において、前記チューブは、アルミニウム又はアルミニウム合金製の芯材と、前記芯材の少なくとも一方の面に被覆した前記芯材よりも電位が卑である合金からなる中間層と、前記芯材及び中間層よりも融点の低いろう材層を備えた多層構造の素材を用いて形成し、クロムを含まない組成物を用いて少なくとも前記チューブの表面に保護皮膜を形成したことを特徴とする熱交換器。
【請求項７】 芯材よりも電位が卑である前記合金層は、亜鉛を含み、かつ芯材よりも融点の低いろう材層であることを特徴とする前記請求項１又は２いずれか記載の熱交換器。
【請求項８】 芯材よりも電位が卑である前記合金層は、亜鉛を含むことを特徴とする前記請求項１乃至４いずれか記載の熱交換器。
【請求項９】 前記中間層は、純アルミニウム系の素材を用い、又はアルミニウム合金中に含まれる元素量を調整することにより芯材よりも電位を卑としたことを特徴とする前記請求項５又は６いずれか記載の熱交換器。
【請求項１０】 前記保護皮膜は、熱交換器の表面に形成した化成皮膜であることを特徴とする前記請求項１乃至９いずれか記載の熱交換器。
【請求項１１】 前記保護皮膜は、熱交換器の表面に化成皮膜を形成し、前記化成皮膜上に親水性皮膜を形成した皮膜であることを特徴とする前記請求項１乃至９いずれか記載の熱交換器。
【請求項１２】 前記保護皮膜は、複数の皮膜層からなることを特徴とする前記請求項１乃至１１いずれか記載の熱交換器。
【請求項１３】 前記保護皮膜は、抗菌剤及び／又は防かび剤を含有したことを特徴とする前記請求項１乃至１２いずれか記載の熱交換器。
【請求項１４】 前記保護皮膜は、チタン，ジルコニウム，ハフニウム，リチウムのいずれか一種以上の金属を含有したことを特徴とする前記請求項１乃至１３いずれか記載の熱交換器。
【請求項１５】 前記親水性皮膜は、ナイロン系、アクリル系、ビニル系、ウレタン系の樹脂の少なくともいずれか一つを用いてなることを特徴とする前記請求項１１乃至１４いずれか記載の熱交換器。
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【発明の詳細な説明】【発明の属する技術分野】
【０００１】本発明は、車両等に搭載される熱交換サイクルに用いる熱交換器をに関し、特にチューブの耐食性を向上した熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】 従来において、車両等に搭載される熱交換サイクルに用いられる熱交換器は、複数の扁平状のチューブを積層し、前記チューブ同士が隣接するチューブと連通可能に接続され、複数の前記チューブに熱交換媒体が分配されて、この媒体が複数のチューブ及び前記チューブ間に装着されたフィンから熱を外気に放出又は吸収し、媒体と外気との熱交換を行っている。
【０００３】車体等に設けられる熱交換サイクルは、通常、媒体を高温高圧に圧縮するコンプレッサーと、圧縮された媒体を凝縮するコンデンサと、凝縮された媒体を気液分離して、液冷媒を一時内部に蓄えるレシーバタンクと、媒体の断熱膨張を行うエキスパンションバルブと、断熱膨張された媒体と外気の熱交換を行って、外気を冷却するエバポレータを備えている。
【０００４】例えば、熱交換サイクルに用いられるコンデンサは、コンプレッサーから流出する高温高圧の媒体を低温高圧の媒体とする作用をなし、コンデンサを構成するチューブ内には、気液混合状態の媒体が流通している。
【０００５】また、エバポレータの場合は，エキスパンションバルブで膨張し、低温となった冷媒が外気と熱交換して気体冷媒となり、コンプレッサーに送出され、熱交換サイクル間を媒体が循環している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】車両等に搭載する熱交換サイクルを構成する熱交換器は、軽量化が望まれている。このため、アルミニウム又はアルミニウム合金等のアルミニウム材によって熱交換器を構成している。これらの熱交換器のうちエバポレータなどでは、内部を流通する媒体と外気の温度差により水蒸気が凝縮して、熱交換器の外部に液滴が付着しやすい。このように熱交換器の外部に液滴が付着すると、ダクトを通じて車内に送風する空気内に水滴が混じり、乗車している人が不快感を感じる場合がある。更に、フィンの間に水滴が付着すると、熱交換性能低下の原因となる。また、熱交換器に液滴等が付着すると、熱交換器を構成するアルミニウム材の腐食による錆やかび等の発生の原因となる。また熱交換器に付着したかびは、ダクトを通じて車内に飛散し、車内を汚したり、悪臭を発する等の不快感を与えることがある。一方、車室外に配置されるコンデンサやラジエータの場合は、雨水や泥水、排ガス、ゴミなどにさらされ、熱交換器を構成するアルミニウム材の腐食等の原因になる。
【０００７】アルミニウム材の腐食防止手段として、熱交換器の表面にクロム酸クロメート処理を施したり、クロム酸クロメート処理を施した後、高分子樹脂等の皮膜を形成し、耐食性を付与する方法が用いられている。
【０００８】しかし、クロム酸クロメート処理は、有害金属である６価クロム（Ｃｒ６＋）の大気中への放出が問題となり、また、排液処理のための設備等のコストがかかるという問題を有する。
【０００９】このため、例えば、特開平１０−８８３６３号公報に記載の発明は、所定厚さの金属酸化皮膜を熱交換器の表面に形成し、熱交換器の耐食性を向上している。
【００１０】また、特開平５−３２２４６９号公報に記載の発明は、アルミニウム材料の上に下塗り樹脂塗膜層と親水性樹脂塗膜層を順次積層し、親水性と耐食性を有する空調用表面処理フィン材を提供している。
【００１１】特開平７−４８６８２号公報記載の発明は、所定の防錆材による表面処理層を形成する工程、及び／又は表面処理層の表面に抗菌剤を含有する親水性皮膜を形成した第二工程を有するアルミニウム材製熱交換器の表面処理方法を提供している。
【００１２】特開平９−１７８３９２号公報に記載した発明は、ゾルーゲル法によって熱交換器の表面に金属酸化皮膜を被覆し、耐食性を向上した熱交換器を提供している。
【００１３】また，特開平９−２４１８５６号公報に記載の発明は、水酸基含有有機樹脂、リン酸及び所定金属を含むリン酸系化合物を含有する組成物を用いて、密着性の高い表面処理用組成物を提供することを目的としている。
【００１４】また、特開平８−６１８８２号公報記載の発明は、高分子シリカとイソシアネート基を有するポリウレタン樹脂に抗菌剤等を添加して表面処理した熱交換器を提供している。
【００１５】しかし、例えば、特開平１０−８８３６３号公報の発明においては、所定の厚さの金属酸化皮膜を形成しないと，耐食性が劣るという問題がある。また、金属酸化皮膜を所定厚さとするのには、金属アルコキシドから成るゾルを塗布し、乾燥してゲル化し、焼成するという煩雑な工程が必要となる問題がある。
【００１６】特開平５−３２２４６９号公報に記載の発明においては、アルミニウム材料の表面に塗布する下塗り樹脂塗膜層の厚さが薄い場合は、塗膜の耐食性及び成形性が不足し、また，塗膜層の厚さが厚い場合は、耐食性の効果が少なく、また、伝熱抵抗が高くなって、熱交換器の熱交換率を悪化させるという問題を有する。
【００１７】特開平９−１７８３９２号公報に記載の発明は、酸化物皮膜を被覆するために複数回のコーテイングをする必要があり、作業が煩雑となるおそれがある。
【００１８】特開平９−２４１８５６号公報に記載の発明は、亜鉛（Ｚｎ）めっき鋼板に水酸基含有有機樹脂、リン酸及び所定金属を少なくとも1種類含むリン酸系化合物を含有する組成物の皮膜を形成しており、アルミニウム材に前記発明である組成物を用いて皮膜を形成した場合の効果は記載されていない。
【００１９】また、特開平８−６１８８２号公報の発明においては，塩水噴霧試験（ＳＳＴ）を行い、従来例と当該発明の具体例を比較しているが、試験期間が７２時間と短期間であるため、長期間試験を行った場合に、耐食性が確保されているかどうか明らかにされていない。
【００２０】前述した各公報に記載された発明は、実際に熱交換器が腐食した場合、例えば、孔食等が生じた場合の熱交換器自体の耐食性については、前記各発明を実施した例と、従来例の比較がなされておらず、実際の効果が記載されていない。
【００２１】そこで、前記問題点に鑑みて、本発明は、クロム酸クロメート処理を行うことなく、孔食等の腐食を防止し、耐食性を向上した熱交換器を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本願第１請求項に記載した発明は、熱交換媒体が流通する媒体流路を設けたチューブと、前記チューブ間に装着され、媒体と外気の熱交換器を行うフィンと、前記チューブに媒体を分配するタンクを備えた熱交換器において、前記チューブは、アルミニウム又はアルミニウム合金製の芯材と、前記チューブの外面を構成する面に被覆した芯材よりも電位が卑である合金層と、前記チューブの媒体流路を構成する面に被覆したろう材層を備えた三層構造の素材を用いて形成し、６価クロムを含まない組成物を用いて少なくとも前記チューブの表面に保護皮膜を形成した熱交換器である。
【００２３】このように、芯材よりも電位が卑である合金層をチューブの外面を構成する面に被覆した三層構造の素材を用いてチューブを形成すると、前記電位が卑である合金層が芯材に優先して犠牲的に腐食し、孔食等の発生を防止できる。また、少なくともチューブの表面には、保護皮膜が形成されているため、腐食の生じやすいチューブが外気に晒されず、前記皮膜で保護される。
【００２４】従って、前記保護皮膜及び芯材よりも電位の卑なる合金層の相乗効果によって、特にチューブに発生しやすい孔食等の発生を防止し、クロム酸クロメート処理を施した場合よりも熱交換器、特にチューブの耐食性を向上している。
【００２５】本願第２請求項に記載した発明は、熱交換媒体が流通する媒体流路を設けたチューブと、前記チューブ間に装着され、媒体と外気の熱交換を行うフィンと、前記チューブに媒体を分配するタンクを備えた熱交換器において、前記チューブは、アルミニウム又はアルミニウム合金製の芯材と、前記チューブの外面を構成する面に被覆した芯材よりも電位が卑である合金層と、前記チューブの媒体流路を構成する面に被覆したろう材層を備えた三層構造の素材を用いて形成し、クロムを含まない組成物を用いて少なくとも前記チューブの表面に保護皮膜を形成した熱交換器である。
【００２６】このように、前記チューブは、芯材よりも電位が卑である合金層を備えた三層構造の素材を用いて形成しているため、少なくともチューブに形成した前記保護皮膜と前記合金層の相乗効果により、チューブ等の孔食等を防止し、例えば、クロム酸クロメート処理を施す場合よりも、耐食性を向上する。
【００２７】本願第３請求項に記載した発明は、熱交換媒体が流通する媒体流路を設けたチューブと、前記チューブ間に装着されて媒体と外気の熱交換を行うフィンと、前記チューブに媒体を分配するタンクを備えた熱交換器において、前記熱交換器は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる素材を用いて形成し、前記熱交換器の少なくともチューブの表面に、前記素材よりも電位が卑である合金層を被覆し、6価クロムを含まない組成物を用いて表面に保護皮膜を形成した熱交換器である。
【００２８】本願第４請求項に記載された発明は、熱交換媒体が流通する媒体流路を設けたチューブと、媒体と外気の熱交換を行うフィンと、前記チューブに媒体を分配するタンクを備えた熱交換器において、前記熱交換器は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる素材を用いて形成し、前記熱交換器の少なくともチューブの表面に、前記素材よりも電位が卑である合金層を被覆し、かつ、クロムを含まない組成物を用いて保護皮膜を形成した熱交換器である。
【００２９】前記熱交換器は、特にチューブ表面が外気に晒されることなく前記保護皮膜で保護され、耐食性が向上する。また、芯材よりも電位の卑なる前記合金層によって、特にチューブ等の孔食の発生を防止するため、前記保護皮膜と前記合金層の効果が相俟って、従来のクロム酸クロメート処理を施した熱交換器よりも、孔食等を防止し、耐食性を向上する。
【００３０】本願第５請求項に記載された発明は、熱交換媒体が流通する媒体流路を設けたチューブと、前記チューブ間に装着され、媒体と外気の熱交換を行うフィンと、前記チューブに媒体を分配するタンクを備えた熱交換器において、前記チューブは、アルミニウム又はアルミニウム合金製の芯材と、前記芯材の少なくとも一方の面に被覆した前記芯材よりも電位が卑である合金からなる中間層と、前記芯材及び中間層よりも融点の低いろう材層を備えた多層構造の素材を用いて形成し、６価クロムを含まない組成物を用いて少なくとも前記チューブの表面に保護皮膜を形成した熱交換器である。
【００３１】例えば、ろう材層は、融点を低下させるためにシリコン（Ｓｉ）を含む場合が多いが、ろう付け加熱時にろう材中のＳｉが芯材方向に拡散し、共晶Ｓｉを生成したりする。ろう材が溶融して、共晶Ｓｉが析出すると、このＳｉは，近傍に存在するＡｌ材よりも電位が貴となるため、その周囲のＡｌ材又は芯材が優先的に腐食され、媒体漏れ等を生じる孔食が生する原因となる。
【００３２】本発明は、芯材の少なくとも一方の面に芯材よりも電位の卑なる合金層を被覆し、素材の両面に芯材よりも融点の低いろう材層が被覆された多層構造の素材を用いて熱交換器を形成し、更に、少なくともチューブ表面に6価クロムを含まない組成物を用いて保護皮膜を形成している。
【００３３】このため、少なくとも熱交換器のチューブは外気に晒されることなく保護皮膜によって防食される。また、溶融したろう材層が合金層中に拡散して共晶Ｓｉが析出して電位が貴となる場合であっても、芯材に対しては、芯材よりも電位の卑なる合金層が優先的に腐食され、芯材が防食されて孔食等の腐食の進行を阻止することができる。
【００３４】したがって、熱交換器は、前記保護皮膜及び前記中間層による相乗効果によりクロム酸クロメート処理を行った場合よりも熱交換器の耐食性を向上する。
【００３５】本願第６請求項に記載した発明は、熱交換媒体が流通する媒体流路を設けたチューブと、媒体と外気の熱交換を行うフィンと、前記チューブに媒体を分配するタンクを備えた熱交換器において、前記チューブは、アルミニウム又はアルミニウム合金製の芯材と、前記芯材の少なくとも一方の面に被覆した前記芯材よりも電位が卑である合金からなる中間層と、前記芯材及び中間層よりも融点の低いろう材層を備えた多層構造の素材を用いて形成し、クロムを含まない組成物を用いて少なくとも前記チューブの表面に保護皮膜を形成した熱交換器である。
【００３６】このように、少なくとも熱交換器のチューブの表面にクロムを含まない組成物を用いて保護皮膜が形成されているため、チューブの防食がなされる。また、芯材の少なくとも一方の面には，芯材よりも電位の卑なる合金層からなる多層構造の素材を用いてチューブを形成しているため、ろう材層中のＳｉ又は共晶Ｓｉがアルミニウム材中に析出し、前記析出Ｓｉ又は共晶Ｓｉの周囲の電位が貴となった場合であっても、電位の卑なる合金層が芯材に対しては、芯材よりも優先して犠牲的に腐食するため、孔食の進行を防止し、クロム酸クロメート処理を行った場合よりも熱交換器の耐食性を向上することが可能となる。
【００３７】本願第７請求項に記載した発明は、前記請求項１又は２記載の発明において、芯材よりも電位が卑である前記合金層は、亜鉛を含み、かつ芯材よりも融点の低いろう材層である。
【００３８】Ｚｎ元素は、Ａｌよりも電位が低く、電位を卑とする効果のある元素である。従って、Ｚｎを含むことにより合金層の電位を芯材よりも低くする。また、前記合金層を芯材よりも融点の低いろう材層とすると、合金層の融点を低くするために含有しているＳｉが析出し、周囲の電位よりも析出Ｓｉの電位が貴となり、析出Ｓｉ周囲が優先的に腐食されて孔食等が発生してしまう場合がある。
【００３９】本発明の場合は、ろう材層の電位は、芯材の電位よりも卑としているため、Ｓｉが析出した場合であっても、芯材よりも優先して電位の卑である合金層が腐食されやすくなるため、孔食の発生を防止する。
【００４０】本願第８請求項に記載した発明は、前記請求項１乃至４いずれか記載の発明において、芯材よりも電位が卑である前記合金層は、亜鉛を含んでいる。
【００４１】Ｚｎ元素は、電位を卑とする効果のある元素である。例えば、Ｚｎを含むＪＩＳ Ａ７０７２系の合金等が用いられる。本願第９請求項に記載した発明は、前記請求項５又は６いずれか記載の発明におてい、前記中間層は、純アルミニウム系を用い、又はアルミニウム合金中に含まれる元素量を調整することにより芯材よりも電位を卑としている。一般的に、芯材は、芯材強度を向上するために、銅（Ｃｕ）が添加されている。前記中間層は、芯材として用いるアルミニウム合金よりも電位を卑とするために、純アルミニウム（ＪＩＳ Ａ１０００系合金）や、合金中に含まれるＣｕ等の元素量を調整して、芯材よりも電位の卑である合金層からなる中間層を形成している。芯材よりも電位の卑である中間層は、芯材よりも優先して腐食されやすくなる。したがって、前記保護皮膜及び前記中間層の相乗効果によって、少なくともチューブ表面に形成した保護皮膜及び中間層の相乗効果により、チューブの孔食を防止することができる。本願第１０請求項に記載した発明は、前記請求項１乃至９いずれか記載の発明において、前記保護皮膜は、熱交換器の表面に形成した化成皮膜である。化成皮膜は、所定の処理液に熱交換器を浸漬し、熱交換器の表面に金属酸化皮膜等の皮膜を形成する。保護皮膜として、熱交換器の表面に化成皮膜が形成されていると、熱交換器を構成する素材自体が外気に晒されず、化成皮膜で保護される。本願第１１請求項に記載した発明は、前記請求項１乃至９いずれか記載の発明において、前記保護皮膜は、熱交換器の表面に化成皮膜を形成し、前記化成皮膜上に親水性皮膜を形成した皮膜である。前記保護皮膜として熱交換器の表面に化成皮膜を形成し、耐食性を向上する。更に、前記化成皮膜の上に親水性皮膜を形成すると、液滴の飛散や熱交換器表面やフィン間に液滴膜が形成されるのを防止する。したがって、液滴の付着による腐食や性能低下、車室内への飛水や性能低下を防止することができる。本願第１２請求項に記載した発明、前記請求項１乃至１１いずれか記載の発明において、前記保護皮膜は、複数の皮膜層からなっている。
【００４２】前記保護皮膜が複数の皮膜層から成っていると、より一層耐食性を向上することが可能となる。
【００４３】本願第１３請求項に記載した発明は、前記請求項１乃至１２いずれか記載の発明において、前記保護皮膜は、抗菌剤及び／又は防かび剤を含有している。
【００４４】保護皮膜に抗菌剤及び／又は防かび剤を含有していると、熱交換器の表面に付着した液滴、又は外気との接触によって発生する錆やかびの発生の防止が可能となる。
【００４５】本願第１４請求項に記載した発明は、前記請求項１乃至１３いずれか記載の発明において、前記保護皮膜は、チタン，ジルコニウム，ハフニウム，リチウムのいずれか一種以上の金属を含有している。
【００４６】Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｌｉ元素は、耐食性が高く、例えば、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ等は、不導態を作りやすい金属である。これらの元素を含んだ保護皮膜を形成すると、熱交換器の耐食性が向上される。また、例えば、Ｚｒは、自己補修機能も合わせもつため、腐食の進行を抑制する機能も有する。
【００４７】本願第１５請求項に記載した発明は、前記請求項１１乃至１４いずれか記載の発明において、前記親水性皮膜は、ナイロン系、アクリル系、ビニル系、ウレタン系の樹脂の少なくともいずれか一つを用いて形成している。
【００４８】例えば、保護皮膜として親水性皮膜を形成するために、ナイロン系、アクリル系、ビニル系、ウレタン系等の樹脂溶液中に熱交換器を浸漬し、その後、乾燥して簡便に樹脂製の親水性皮膜を形成できる。
【００４９】
【発明の実施の形態】図１は、熱交換器１の概略構成を示す側面図である。 図１に示すように、本例の熱交換器はエバポレータ１を示している。エバポレータ１は、媒体を流出入するタンク２を備え、このタンク２に連通する複数のチューブ３を備えている。このチューブ３間には、フィン４を備え、このフィン４によって伝熱面積を拡大し、外気と効率的に熱交換を行っている。
【００５０】図２は、本例のエバポレータ１のチューブ３を構成するチューブエレメント３０を示し、チューブエレメント３０は、その端部に二つの円筒状の凸部３０ａを備え、この円筒状の凸部３０ａの端部に平面部３０ｂが形成され、この平面部３０ｂが隣接するチューブ３を構成するプレートの凸部３０ａの平面部と接合して、複数の各チューブ３間を連結するタンク２を形成する。また、チューブ３を構成するプレートは、媒体の流路となる凹部３０ｃを備え、この凹部の中央に直線状凸部３０ｄを備え、流路の端部がＵ字状に連結している二つの流路を区切っている。
【００５１】そして、一対のチューブエレメント３０，３０の周囲の平面部３０ｅ等を接合して、往復流路を備えたチューブ３を形成している。また、熱交換器１は、隣接するチューブ３の端にエンドプレート５備え、隣接するチューブ３の他の端に、タンク２に媒体を流出入する出入口継手６を設けている。エバポレータ１は、エキスパンションバルブで膨張して低温となった媒体の熱交換を行い、気体冷媒となす作用をしている。
【００５２】本例のエバポレータ１を構成するチューブエレメント３０は、後述する素材１００又は素材２００を用いて形成している。
【００５３】また、図３は、他の熱交換器の概略構成を示す側面図である。本例の熱交換器は、コンプレッサーから流出した高温高圧の熱交換媒体を凝縮するコンデンサ１０を示している。
【００５４】図３に示すように、コンデンサ１０は、チューブ１２とフィン１３を交互に積層し、これらの積層したチューブ１２の各両端をそれぞれ一対のヘッダパイプ１４，１５のチューブ挿入孔に挿入し、ヘッダタンク１４に入口流路１６、ヘッダタンク１５に出口流路１７を設けてコンデンサ１０を形成している。コンデンサ１０は、コンプレッサーから送出された高温高圧の媒体を凝縮し、低温高圧の気液混合状態の媒体となす作用をしている。
【００５５】図４及び図５は、コンデンサ１０を構成するチューブ１２Ａ，１２Ｂの断面図を示している。
【００５６】図４は、後述する素材１００，素材２００又はアルミニウム材を用いた平板状のプレートをロール成形し、端部をろう付け接合した断面扁平形状のチューブ１２Ａの断面図を示している。チューブ１２Ａは、対向する面に向けて突出するビード１２ａが形成されており、ビード１２ａの頂部と対向する内面を当接してチューブ１２Ａの媒体流路を複数に分けて熱交換機能の向上を図っている。
【００５７】また、図５に示すチューブ１２Ｂは、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる素材を押し出して成形し、複数の媒体流路１２ｃを備えた断面扁平状のチューブ１２Ｂを形成している。
【００５８】次に、前述のようなエバポレータ１又はコンデンサ１０等の熱交換器を形成する素材について説明する。なお、後述する具体例における熱交換器は、前述のエバポレータ１又はコンデンサ１０等に限らず、ラジエータ等の熱交換器も含む。
【００５９】図６及び図７は、前記熱交換器等を構成する素材の概略構成を示す断面図である。
【００６０】図６に示すように、本例の素材１００は、芯材１０１と、熱交換器を構成した際に外面となる面に芯材１０１よりも電位の卑である合金層１０２を備え、熱交換器１を構成した際に内面となる面にろう材層１０３を備えた三層構造をなしている。この電位の卑である合金層１０２は、例えば、Ｚｎ元素を含有するＪＩＳＡ７０７２系合金が用いられる場合がある。また、前記合金層１０２は、Ｓｉ等が添加され、芯材１０１よりも融点の低いろう材層を構成する場合がある。
【００６１】次に、本例の熱交換器を構成する他の素材について説明する。
【００６２】図７に示すように、素材２００は、アルミニウム材からなる芯材２０１と、前記芯材２０１の一方の面に芯材２０１よりも電位が卑となる中間層２０２を備え、更に、前記芯材２０１と中間層２０２の両外面に芯材２０１及び中間層２０２よりも融点の低いろう材２０３，２０３が被覆された四層構造をなしている。
【００６３】前記中間層２０２は、芯材であるアルミニウム材よりも電位が卑となるように、純アルミニウム（ＪＩＳ Ａ１０００系合金）を用いる場合や、芯材中に含まれるＣｕ元素の量を調整して芯材よりも電位が卑である合金層からなる中間層２０２を形成している。また、ろう材層２０３には、芯材及び中間層よりも融点を低下する効果のあるＳｉを含有している。また、本例に限らず、芯材の両面に芯材よりも電位の卑なる合金からなる中間層を形成し、更に前記中間層の両面にろう材層を被覆した五層構造等の多層構造とすることも可能である。
【００６４】また、前記三層構造又は多層構造の素材を用いることなく、例えば、前記押し出し成形によるチューブ１２Ｂのように、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる素材を用いてチューブを形成し、この少なくともチューブ表面にチューブを構成する素材よりも電位の卑となる合金層、例えば、Ｚｎを添加した合金を溶射したり又はメッキを施すことにより、熱交換器の表面に電位の卑となる合金層を形成する場合もある。また、チューブのみならず、チューブ１２とフィン１３を組み合わせた後、前記チューブ１２及びフィン１３の表面にチューブ１２及びフィン１３を構成する素材よりも電位の卑となる合金層を形成する場合もある。
【００６５】次に、前記素材１００又は２００を用いて構成した熱交換器の表面、又は少なくともチューブ表面にＺｎメッキ等によって合金層を被覆した熱交換器の表面に保護皮膜を形成する。
【００６６】図８は、前記素材１００又は２００に保護皮膜を形成した場合の概略構成を示す説明図である。保護皮膜は、化成皮膜３００、又は化成皮膜３００及び親水性皮膜３０１から成っている。
【００６７】前記化成皮膜３００又は親水性皮膜３０１は、それぞれ前記素材１００又は２００を用いて熱交換器を形成した後、化成皮膜３００を形成する処理液又は親水性皮膜３０１を形成する処理液に熱交換器を浸漬し、乾燥して保護皮膜３００，３０１を形成する。
【００６８】化成皮膜３００の形成には、耐食性に優れたＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｌｉのいずれか一種の元素を処理液に添加し、この処理液に熱交換器を浸漬して熱交換器の表面に化成皮膜３００を形成する。例えば、デイップコーテイング法により、熱交換器の表面に化成皮膜３００を形成することが望ましい。前記Ｚｒ，Ｔｉ，Ｈｆ，Ｌｉ元素は、耐食性が高く、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ等は不動態を作りやすい元素である。また、例えば、Ｚｒ等は、腐食が行った場合に腐食部を修復する機能も備えている。従って、これらの元素を含む処理液に熱交換器を浸漬し、これらの元素を含んだ保護皮膜を熱交換器の少なくともチューブの表面に形成すると、特に孔食等の腐食が生じやすいチューブの耐食性が向上する。
【００６９】次に、保護皮膜として、化成皮膜３００の上に親水性皮膜３０１を形成する。
【００７０】親水性皮膜３０１は、ナイロン系、アクリル系、ビニル系、ウレタン系の合成樹脂溶液中に化成皮膜形成後の熱交換器を浸漬し、その後、乾燥して親水性皮膜３０１を形成する。熱交換器１の表面に親水性皮膜３０１を形成すると、親水性皮膜は、熱交換器の表面に液滴が付着するのを防ぎ、熱交換器表面やフィン間に液滴膜が形成されるのを防止する。したがって、液滴の付着による腐食や性能低下、車室内への飛水や性能低下を防止することができる。親水性皮膜を形成するための薬剤としては、例えば、日本パーカライジング社製の『ＬＮ４５４６』を用いた親水性皮膜を形成している。
【００７１】このように、熱交換器１の表面に保護皮膜である化成皮膜３００及び親水性皮膜３０１を形成すると、熱交換器１の表面が直接外気に晒されず、保護される。
【００７２】また、熱交換器の表面には、複数層となる保護皮膜を形成していもよい。図９に示すように、素材１００，２００の表面には、化成皮膜３００、耐食性を有する保護皮膜３０２及び親水性皮膜３０１の複数層の保護皮膜を形成している。
【００７３】次に、保護皮膜（例えば、化成皮膜３００及び親水性皮膜３０１）が形成された熱交換器と、従来のクロム酸クロメート処理を施した熱交換器の耐食性を比較する。
【００７４】耐食性の試験は、ＪＩＳ Ｚ２３７１に基づき、１５００時間経過後の塩水噴霧試験（ＳＳＴ）を行った。ＳＳＴ試験結果を図１０に示す。
【００７５】本試験は、従来のアルミニウム材を用いて形成した熱交換器にクロム酸クロメート処理を施したもの、従来のアルミニウム材に用いて形成した熱交換器にクロム酸クロメート処理を施さないもの、本例の三層構造又は多層構造の素材を用いて形成した熱交換器に前述した保護皮膜３００，３０１を形成したものの三種類の熱交換器のＳＳＴ試験１５００時間後の孔食深さを測定した。
【００７６】図９に示すように、従来のアルミニウム材にクロム酸クロメート処理を施したものは、ＳＳＴ試験の結果、孔食深さが０．１ｍｍとなっている。また、従来のアルミニウム材にクロム酸クロメート処理を施さないものは、ＳＳＴ試験の結果、孔食深さが０．１５ｍｍに達している。更に、本例の三層構造又は多層構造の素材を用いて形成した熱交換器に保護皮膜を形成したものは、ＳＳＴ試験の結果、孔食深さ０．０８ｍｍに留まっている。
【００７７】前記試験結果に示すように、少なくともチューブに犠牲層となる合金層を設けた熱交換器に保護皮膜を形成すると、犠牲層となる合金層と保護皮膜の耐食性の効果が相俟って、従来のクロム酸クロメート処理を行った場合よりも熱交換器の耐食性、特に熱交換器のチューブの耐食性を向上する。
【００７８】すなわち、熱交換器の表面に保護皮膜が形成されていると、素材自体が直接外気に晒されず、前記皮膜で保護される。更に、前記熱交換器は、芯材１０１よりも電位の卑なる合金層１０２が形成された三層構造の素材１００で形成されていると、芯材１０１よりも電位の卑なる合金層１０２を優先して犠牲的に腐食させ、芯材の腐食を防止する。したがって、前記保護皮膜３００，３０１及び合金層１０２の相乗効果によって、熱交換器１の耐食性を向上している。
【００７９】また、電位の卑なる合金層１０２が、芯材よりも融点の低いろう材層を構成している場合、融点を低下するために合金層１０２中に含まれているＳｉが合金中に析出して、析出Ｓｉの方が周囲の合金よりも電位が貴となる場合がある。この場合、析出Ｓｉ周囲の合金は、析出Ｓｉよりも電位が卑となるために、析出Ｓｉの周囲が優先して腐食してしまう。芯材中にＳｉが析出してしまうと、芯材中に析出したＳｉ周囲の芯材は電位が卑となるため、腐食が進行して孔食が発生し、媒体洩れ等が生じてしまう場合が考えられる。
【００８０】しかし、本例の場合は、ろう材層を構成する合金層１０２の電位を芯材１０１の電位よりも卑としている。従って、析出Ｓｉ等が発生した場合であっても、芯材１０１よりも電位の卑となる合金層１０２が優先的に腐食され、腐食の進行を阻止し、孔食等の発生を防止して、熱交換器の耐食性を向上している。
【００８１】また、芯材２０１、中間層２０２及びろう材層２０３からなる四層構造の素材２００を用いた場合も、電位の卑なる中間層２０２を芯材２０１よりも優先して犠牲的に腐食させ、芯材２０１を防食するため、保護皮膜３００，３０１及び中間層２０２の相乗効果によって、熱交換器１の耐食性は、クロム酸クロメート処理を施した場合よりも向上する。また、芯材の両面に中間層を被覆し、双方の前記中間層にろう材層を被覆した多層構造の素材を用いた場合も熱交換器の耐食性を向上する。
【００８２】また、前記多層構造の素材を用いる場合のみならず、アルミニウム材を用いて熱交換器を構成し、前記熱交換器の少なくともチューブ表面に、熱交換器を構成したアルミニウム材よりも電位の卑なる合金層を被覆し、クロムを含まない組成物を用いて保護皮膜を形成した熱交換器であっても、耐食性を向上する。
【００８３】また、前記保護皮膜３００，３０１は、抗菌剤及び／又は防かび剤を含有し、熱交換器の表面に生じる腐食やかびの発生を防止している。抗菌剤は、例えば、ＴＢＺを用いている。
【００８４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、熱交換媒体が流通する媒体流路を設けたチューブと、前記チューブ間に装着され、媒体と外気の熱交換器を行うフィンと、前記チューブに媒体を分配するタンクを備えた熱交換器において、前記チューブは、アルミニウム又はアルミニウム合金製の芯材と、前記チューブの外面を構成する面に前記芯材よりも電位が卑である合金層と、前記チューブの媒体流路を構成する面に被覆したろう材層を備えた三層構造の素材を用いて形成し、６価クロムを含まない組成物を用いて少なくとも前記チューブの表面に保護皮膜を形成した熱交換器である。
【００８５】また、本発明は、クロムを含まない組成物を用いて前記熱交換器の少なくとも前記チューブの表面に保護皮膜を形成した熱交換器である。
【００８６】また、本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる素材を用いて熱交換器を形成し、前記熱交換器の少なくともチューブの表面には、前記素材よりも電位が卑である合金層を被覆し、6価クロムを含まない組成物を用いて表面に保護皮膜を形成した熱交換器である。
【００８７】また、本発明は、前記熱交換器の少なくともチューブの表面には、前記素材よりも電位が卑である合金層を被覆し、クロムを含まない組成物を用いて表面に保護皮膜を形成した熱交換器である。また、本発明は、熱交換器の少なくともチューブは、アルミニウム又はアルミニウム合金製の芯材と、前記芯材の少なくとも一方の面に被覆した前記芯材よりも電位が卑である合金からなる中間層と、前記芯材及び中間層よりも融点の低いろう材層を備えた多層構造の素材を用いて形成し、前記熱交換器の少なくともチューブの表面に、6価クロムを含まない組成物を用いて保護皮膜を形成した熱交換器である。
【００８８】また、本発明は、クロムを含まない組成物を用いて前記熱交換器の少なくとも前記チューブの表面に保護皮膜を形成した熱交換器である。
【００８９】前記熱交換器は、特に最も腐食されやすいチューブは、前記保護皮膜により外気に晒されず、耐食性が向上する。また、前記熱交換器の少なくともチューブは、芯材よりも電位の卑なる合金からなる層を備えているため、この合金層が芯材に対して、芯材よりも優先して犠牲的に腐食されるため、特にチューブ等に発生しやすい孔食を防止し、従来のクロム酸クロメート処理を施した以上に、熱交換器の耐食性を向上する。前記保護皮膜は、熱交換器の表面に形成した化成皮膜である。また、前記保護皮膜は、化成皮膜及び化成皮膜表面に形成した親水性皮膜である。更に、保護皮膜は、化成皮膜及び／親水性皮膜を複数層被覆した皮膜であってもよい。
【００９０】保護皮膜として、熱交換器の表面に化成皮膜が形成されていると、熱交換器を構成する素材自体が外気に晒されず、化成皮膜で保護されるため、熱交換器を構成する多層構造の素材による耐食性と相俟って熱交換器の耐食性を向上する。
【００９１】更に、親水性皮膜が形成されていると、親水性皮膜は、熱交換器表面に付着する液滴を飛散し、熱交換器表面やフィン間の液滴膜の形成を防止するため、熱交換器の腐食や性能低下、車室内への飛水や性能低下を防止する。
【００９２】また、保護皮膜中に、所定の抗菌剤及び／又は防かび剤を含有すると、熱交換器の表面に付着した液滴、又は外気との接触によって発生する錆やかびの発生を防止する。
【００９３】このように、本発明によれば、従来のクロム酸クロメート処理を行った場合よりも、耐食性を向上して孔食等を防止し、媒体洩れ等を生じることなく耐久性を向上した熱交換器を提供することが可能である。
【００９４】
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| 【出願人】 |
【識別番号】５００３０９１２６
【氏名又は名称】株式会社ゼクセルヴァレオクライメートコントロール
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| 【出願日】 |
平成１１年１１月１１日（１９９９．１１．１１） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１４１３８９（Ｐ２００１−１４１３８９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年５月２５日（２００１．５．２５） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３２１７５０ |
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