JP2012061484A

JP2012061484A - フィンチューブの製造法

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Publication number: JP2012061484A
Application number: JP2010206271A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Harada; 哲男原田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-09-15
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2012-03-29

Abstract

【課題】フィンとチューブの高周波抵抗溶接では溶接部が一部合金化するのであるがカーケンドールボイドの連鎖的発生による軽石状スパーク接合となる。このことが熱伝導率を低下させ二番腐食を起こさせ溶接外れによるフィンの浮き上がりにつながっていた。また、従来、フィンのチューブ側（チューブと溶接している側）はチューブとの溶接性を考慮してチューブ側には皺を付けないようにしていた。このためフィンとチューブの接触面積が狭く熱効率を低下させていた。
【解決手段】フィンとチューブを高周波抵抗溶接してフィンチューブを製造する方法において、溶接部に液体フラックスを塗布したり、気化装置に液体フラックスを充填し、前気化装置に気体を吹き込んで液体フラックスを気化せしめて気化フラックスを生成し気化フラックスを溶接部に吹き付けたりしながらフィンとチューブを溶接するフィンチューブ製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は熱交換器に用いられるチューブ周りにフィンを螺旋状に巻きつけたフィンチューブの製造方法に関するものである。

フィンチューブは伝熱面積を増すため帯状のフィンをチューブに螺旋状に巻きつけてなるもので、ソリッドフィンチューブやセレーテッドフィンチューブが広く用いられている。フィンのチューブへの取り付けは一般に高周波抵抗溶接により、一方の電極をフィンに、他方の電極をチューブに当てた状態で高周波電流を流すことによって行われている。フィンはチューブに巻きつける際に、フィンのチューブ側は縮んで皺が形成されるのに対してフィンの反チューブ側は伸びる傾向にある。特開昭５８−１２２１１８号広報ではフィンのチューブ側に皺を形成する方法が提示されている。特開２０００−１０７８２６号広報や特開平１１−３２５７７８号広報のようにフィンの反チューブ側に切り込みを入れて外周の伸びを開放している。フィンのチューブ側の皺は高周波抵抗溶接の妨げになるためチューブ側に皺を設けず反チューブ側に切り込みを入れる方法が一般的に採用されている。

フィンとチューブの溶接は大気中での高周波抵抗溶接によるスパーク放電溶接のため大気中の酸化と窒化が混じった接合であり健全な溶接面ではなかった。溶接熱によりフィンのチューブ側が内側に縮むために巻きつけ力が生じることによってフィンがチューブから外れないだけである。スパーク接合面は溶解したフィンとチューブとの拡散合金であるが、チューブとフィン側の酸化スケールが拡散合金内にカーケンドールボイド部を作るため気泡の多い接合面となっており接合強度は脆弱であり熱伝導率も悪くなっている。

従来のフィンチューブの主力は鉄チューブと鉄フィン、銅チューブと銅フィン、チタンチューブとチタンフィン、アルミニウムチューブとアルミニウムフィンの組み合わせが示す通り同一材質の接合が主である。体心立方格子の鉄やクロムと面心立方格子のアルミニウム、ニッケル、銅の組み合わせの例としてステンレスチューブに銅フィン、銅チューブにアルミニウムフィンなどの異材同士の接合は無理であった。ＳＵＳ３０４〜３１６などの耐食性を要求するチューブに銅やアルミニウムのフィンを巻きつけることはアルゴンガス中の高周波抵抗溶接でも無理である。スパークはしているがフィンの局部的な溶融による縮みのため機械的な圧縮応力にて密着しているだけであり、チューブに巻きついているが熱伝導率は悪かった。そのため異材同士のチューブとフィンはロウ付けによる接合が主であった。

実開昭５１−１３３０６２号広報特開昭５８−１２２１１８号広報特開平１１−３２５７７８号広報特開２０００−１０７８２６号広報特開２００９−０９０３６８号広報「ガス切断用気化フラックス」特開２００９−２９７７８２号広報「液体フラックスと製造装置」特開２０１０−１００４４１号広報「液体フラックスと製造装置」特開２００９−２５５１０５号広報「気化装置」特願２０１０−１６５５６５号広報「液体フラックス」

従来技術ではフィンとチューブの高周波抵抗溶接はシールドガス１００％シールによるものが一番ベターとされているが、チューブとフィンの母材表面の薄い酸化スケールのため一部合金化するのであるがカーケンドールボイドの連鎖的発生による軽石状スパーク接合となる。このことが熱伝導率を低下させ二番腐食を起こさせ溶接外れによるフィンの浮き上がりにつながっていた。フィンチューブの高周波抵抗溶接においてはこのような大気中のスパークによる異種金属の混合した不完全な合金組織ではなく、カーケンドール効果のように融点の低い金属のほうがロウ材となり融点の高いほうに移動して薄い拡散膜を作る接合が必要である。拡散接合するためにはロウ材の広がりを作るフラックスが必要であった。また、従来、フィンのチューブ側（チューブと溶接している側）はチューブとの溶接性を考慮してチューブ側には皺を付けないようにしていた。このためフィンとチューブの接触面積が狭く熱効率を低下させていた。

第１の解決手段は特許請求項１に示すように、フィンとチューブを高周波抵抗溶接してフィンチューブを製造する方法において、気化装置に前記液体フラックスを充填し、前記気化装置に気体を吹き込んで前記液体フラックスを気化せしめて気化フラックスを生成し、該気化フラックスを溶接部に吹き付けながらフィンとチューブを溶接するフィンチューブ製造方法である。

第２の解決手段は特許請求項２に示すように、フィンとチューブを高周波抵抗溶接してフィンチューブを製造する方法において、あらかじめ前記フィンもしくは前記チューブもしくは両方の溶接部に液体フラックスを塗布して、該液体フラックスが乾燥してからフィンとチューブを溶接するフィンチューブの製造方法である。

第３の解決手段は特許請求項３に示すように、フィンとチューブを高周波抵抗溶接してフィンチューブを製造する方法において、前記チューブ内面に気化フラックスを吹き込みながらフィンとチューブを溶接するフィンチューブ製造方法である。

第４の解決手段は特許請求項４に示すように、前記チューブと前記フィンがＳＵＳ系材質の組み合わせであり、且つ前記液体フラックスはホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を溶媒に溶解したものであるフィンチューブ製造方法である。

第５の解決手段は特許請求項５に示すように、前記チューブがＳＵＳ系材質で前記フィンが銅の組み合わせであり、且つ前記液体フラックスはホウフッ化カリウム（ＫＢＦ４）、酸性フッ化カリウム（ＫＨＦ２）、ホウフッ化銅（Ｃｕ（ＢＦ４）２）、フッ化カリウム（ＫＦ）、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）を溶媒に溶解したものであるフィンチューブ製造方法である。

第６の解決手段は特許請求項６に示すように、前記チューブが銅で前記フィンがアルミニウムの組み合わせであり、且つ前記液体フラックスはホウフッ化カリウム（ＫＢＦ４）、酸性フッ化カリウム（ＫＨＦ２）、ホウフッ化銅（Ｃｕ（ＢＦ４）２）、ホウフッ化亜鉛（Ｚｎ（ＢＦ４）２）、ホウフッ化スズ（Ｓｎ（ＢＦ４）２）、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）を溶媒に溶解したものであるフィンチューブ製造方法である。

第７の解決手段は特許請求項７に示すように、前記チューブがＳＵＳ系材質で前記フィンがアルミニウムの組み合わせであり、且つ前記液体フラックスはホウフッ化亜鉛（Ｚｎ（ＢＦ４）２）、フッ化亜鉛（ＺｎＦ）、ホウフッ化アンモニウム（ＮＨ４ＢＦ４）、トリエチレンテトラミンを溶媒に溶解したものであるフィンチューブ製造方法である。

第８の解決手段は特許請求項８に示すように、前記チューブがチタンで前記フィンが銅の組み合わせであり、且つ前記液体フラックスは塩化銀、フッカカリウム（ＫＦ）、酸性フッ化カリウム（ＫＨＦ２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）を溶媒に溶解したものであるフィンチューブ製造方法である。

第９の解決手段は特許請求項９に示すように、前記フィンを前記チューブに溶接する前の工程において、前記フィンを両サイドから挟み込む一対のロールを配設し、該ロールは前記フィンのチューブ側が小径で反チューブ側が大径となるテーパを形成しており、該テーパの表面には前記ロールの回転軸方向に複数の溝状突起を設け、前記ロールの前記回転軸は軸受が該回転軸方向及び前記回転軸に直角な水平方向に調整可能に固定されており、前記溝状突起が前記フィンのチューブ側に凹凸の皺を形成するようにしたフィンチューブ製造方法である。

スパーク放電面にシールドガスとしてアルゴンを使い、そのアルゴンガス中に気化フラックスを蒸発させたガスシールド中でのスパーク溶接とすることでイオン化した気化フラックス中の銅、亜鉛、スズ、ホウ素などがスパーク部に入りカーケンドール効果により拡散接合合金となる。かつカリウムやナトリウムなどの還元元素とホウ酸エステルが結合して薄いガラス状としてアーク放電溶接部をシールするため溶接合金層の２次的酸化防止を図るため合金接合が可能となった。液体フラックスを溶接部に塗布したりあるいはアルゴンガス、窒素ガス、炭酸ガス、空気などを液体フラックスに吹き込んで液体フラックスを気化せしめて気化フラックスを生成しフィンとチューブの高周波抵抗溶接部に吹き付けたりしながら接合するので、気化フラックスに含まれる還元元素、酸化防止元素、表面張力除去元素の作用によりアークロウ付けに近い溶接となり接合部の熱伝導率が向上するので熱交換器の小型化が可能となる。

異材同士の高周波抵抗溶接が可能となるので、例えば耐食性要求側にＳＵＳチューブやチタン系チューブを採用し、放熱、吸収側のフィンに銅やアルミニウムを選択する新しい設計が可能となり熱効率がアップするので大型の熱交換器を小型化することが可能となる。従来のロウ付けはチューブ素材にロウとなるアルミニウムやチタン材をヒップや真空炉でロウ付けした後圧延しチューブを作りフィンをロウ付けしていた。しかしながら脱脂工程として酸洗、洗浄、中和、洗浄の最低４回の工程が必要であったが、液体フラックスや気化フラックスを使用して高周波抵抗溶接することで洗浄工程を完全に省略することが可能となった。

気化フラックスによるフィンチューブ製造工程の斜視図液体フラックスによるフィンチューブ製造工程の斜視図フィンに皺を形成する手段の斜視図

本発明の実施形態を図１に基づいて説明する。

第１の解決手段は特許請求項１に示すように、フィン２０とチューブ１１を高周波抵抗溶接してフィンチューブ１０を製造する方法において、気化装置４０に前記液体フラックス３０を充填し、前記気化装置４０に気体を吹き込んで前記液体フラックス３０を気化せしめて気化フラックスを生成し、該気化フラックスを溶接部に吹き付けながらフィン２０とチューブ１１を溶接するフィンチューブ製造方法である。

図１において液体フラックス３０は気化装置４０に充填されている。気化装置４０にはガスタンク４２に充填したアルゴン、窒素、炭酸ガスや除湿器４３を通した空気を吹き込んで、液体フラックス３０を気化せしめる。気化フラックスは配管４７を通してノズル４４に導かれ溶接に吹き付けられる。電源装置５０によってチューブ１１にはマイナス側のコネクター５１が摺動可能に接続され、フィン２０にはプラスのコネクター５２が摺動可能に接続され高周波抵抗溶接される。気化フラックスの供給量はバルブ４８にて調節される。フィン２０はフィンリール６０から供給される。

液体フラックス３０は、本発明者が発明した特開２００９−０９０３６８号広報「ガス切断用気化フラックス」や特開２００９−２９７７８２号広報「液体フラックスの製造方法及びその装置」や特開２０１０−１００４４１号広報「液体フラックスの製造方法と製造装置及び液体フラックス」によって製造できる。特開２００９−２５５１０５号広報「気化装置」（特許文献４）において、液体フラックス３０を気化せしめて気化フラックスを生成することができる。

通常大気中でのフィンチューブ製造方法において、フィン２０耐食性を要求される場合はＳＵＳチューブやチタン系チューブを採用し、放熱、吸収側のフィン２０に銅やアルミニウムの材質を採用する新しい組み合わせによる設計が可能となり熱効率をアップすることが可能となった。液体フラックス３０を採用することにより大型の熱交換器を小型化することが可能となる。従来のロウ付けによる異種材のフィンチューブ製造においては、チューブ１１にロウとなるアルミニウムやチタン材をヒップや真空炉でロウ付けした後圧延してチューブを作るので手間がかかり高コストとなっていた。さらにフィン３０溶接後は酸洗、洗浄、中和、洗浄の４回の脱脂工程を要していた。液体フラックス３０を使用することによりこのような複雑な工程を経ることなく通常の製造ラインで可能となった。従来気化フラックスとしては、メチルアルコールにホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）を高温高圧で溶解させたホウ酸エステル（ホウ酸トリメチル（（ＣＨ３Ｏ）３Ｂ）７０ｗｔ％とメチルアルコール（ＣＨ３ＯＨ）３０ｗｔ％を混合したものを再度メチルアルコールで希釈して３０ｗｔ％に薄めたものが使用されている。しかしホウ酸エステルを気化させた気化フラックスはホウ酸エステル単体であり使用範囲が限定され黄銅と銅の蝋付けが主体でありエアコンや温水器などの継手を蝋付けする分野に限定的に使用されているだけである。多様な異種材同士の溶接には適用できなかった。

従来技術ではフィン２０とチューブ１１の高周波抵抗溶接はシールドガス１００％シールによるものが一番ベターとされている。しかしチューブ１１とフィン２０の母材表面の薄い酸化スケールのため一部合金化するのであるがカーケンドールボイドの連鎖的発生による軽石状スパーク接合となる。このことが熱伝導率を低下させ二番腐食を起こさせ溶接外れによるフィン２０の浮き上がりにつながっていた。フィンチューブ１０の高周波抵抗溶接においてはこのような大気中のスパークによる異種金属の混合した不完全な合金組織ではなく、カーケンドール効果のように融点の低い金属のほうがロウ材となり融点の高いほうに移動して薄い拡散膜を作る接合が必要である。拡散接合とするためにはロウ材の広がりを作るフラックスが必要である。これがシールドガス中に最初から入っていることで母材表面の表面張力除去作用として働くため一瞬のスパーク熱にてフィンが溶解しフィン自体がロウ材となって相手チューブにロウ付けされる。

フィン２０とチューブ１１の異種材同士の高周波抵抗溶接を可能にしているのは気化フラックスのカーケンドール効果を生じさせる必要がある。カーケンドール効果とは、異種金属同士の間にフラックスがなければ加熱しても融点の低い方が溶解し融点の高い方に溶けて載っているだけの状態であるが、異種金属間にフラックスをサンドイッチすることで異種金属間に異種金属の合金ができる現象であり拡散接合である。大気中は酸素があるため異種金属は互いの酸化膜のため接合しないが、この酸化膜をフラックスによって除去することにより異種金属の合金ができる。従来設備に気化フラックスの噴射管を設置して、接合面に気化フラックスを吹き付けるだけでカーケンドール効果によるフィンチューブ製造方法を可能とした。そのため従来のスパーク接合に対してアークロウ付けによるフィン接合を実現することが可能となったため熱伝導率及び熱効率が向上し、熱交換機の小型化によるコストダウンにつながっている。また異種金属接合のため用途に適した熱交換器が作れるようになった。

本発明のフィンチューブ１０は最大Φ６０ｍｍ程度でフィン高さ（幅）も最大３０ｍｍ程度の熱交換器用フィンチューブ１０を作ることを目的としている。チューブ材質は一般のＳＧＰ、ＳＴＰＧ、ＳＵＳ系チューブ、銅チューブ、チタンチューブ、アルミニウムチューブである。ＳＵＳ系チューブはＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３１０などである。銅チューブはＪＩＳＣ１０１１〜Ｃ１４０１で通常純銅である。アルミニウムチューブは純アルミニウムのＪＩＳ１０８５〜１２００、アルミニウム銅系のＪＩＳ２０１１〜２０２４、アルミニウムマグネシウム系のＪＩＳ５００５〜５０８６、ＪＩＳ６０６１〜６０６３である。フィン２０は通常純アルミニウムを採用する場合が多い。一般的には同一材質のチューブ１１とフィン２０を採用する場合が多い。排熱回収に使用される熱交換機においては、フィン２０は熱効率の高い銅やアルミニウム、チューブ１１は耐食性のあるＳＵＳ系を使うことが望ましい組み合わせであるが、溶接が困難であり採用されるケースは限られていた。本発明により熱効率やコストや耐食性に柔軟に対応できるフィン２０とチューブ１１の組み合わせが可能となった。

従来の高周波抵抗溶接によるフィン溶接機で１００％施工ができるため新たな設備は気化フラックスを塗布する装置を増設するだけである。液体フラックス３０の成分を調整することにより、ＳＵＳ系チューブと銅フィン、ＳＵＳ系チューブとアルミニウムフィン、銅系チューブと銅フィン、銅系チューブとアルミニウムフィン、チタン系チューブと銅フィン、チタン系チューブとアルミニウムフィンの組み合わせの溶接が可能となった。

従来の気化フラックスを使用しない接合部はスパークという大気中の一瞬の圧力接合のため全面ボイド接合に近く軽石状である。すべて酸化膜と異種金属の合金であり接合強度は脆弱であった。カーケンドールボイドや酸化膜のために強度的にも熱伝導的にも接合状態は好ましいものではなかった。そのため窒素ガス、炭酸ガス、アルゴンガス中でアークをシールドする手段が取られるがフラックスを使用しないため単なる酸化防止の役割しかなくカーケンドールボイドの生成は防止できていなかった。アークロウ付けとしてフィンの金属がロウ材となるのであるがフラックスがないため酸化膜の除去ができないのでロウ付け状態とならず不完全接合であった。

気化フラックスによる高周波抵抗溶接は高価なチューブ１１を一段と寿命アップする方法である。アルゴンなどのシールドガスを従来の三分の一以下に低減することも可能であり、気化フラックスがチューブ１１内面に張り付くことにより溶接熱にて溶解し酸化膜防止と焼け防止色を防ぐことができる。フィン２０をアークロウ付けした後は残留した気化フラックスの成分は湯洗浄にて簡単に除去できる。このようにアルゴンなどのガス中に気化した気化フラックスであるため、溶接用フラックスの役割を有し溶接後の洗浄もきわめて簡単にすることができる。中性の液体フラックスを使用すれば洗浄も不要となる。従来のフィンチューブ製造方法を根底から変える全く新しい方法である。

第２の解決手段は特許請求項２に示すように、フィン２０とチューブ１１を高周波抵抗溶接してフィンチューブ１０を製造する方法において、あらかじめ溶接部に液体フラックス３０を塗布して、該液体フラックス３０が乾燥してから溶接するフィンチューブ１０の製造方法である。

図２において液体フラックス３０は液体フラックスのタンク４１からフィン２０とチューブ１１の溶接部に供給される。電源装置５０によってチューブ１１にはマイナス側のコネクター５１が接続され、フィン２０にはプラスのコネクター５２が接続される。液体フラックスの供給量はバルブ４９にて調節される。液体フラックス３０の溶媒は揮発性の高いアルコールやアセトンであり、溶接段階では溶媒は蒸発完了してフラックス成分だけが残留する。

第３の解決手段は特許請求項３に示すように、フィン２０とチューブ１１を高周波抵抗溶接してフィンチューブを製造する方法において、前記チューブ１１内面に気化フラックスを吹き込みながらフィン２０とチューブ１１を溶接するフィンチューブ製造方法である。

図１において、ノズル８０によって気化フラックスをチューブ１１に吹き込む。高周波抵抗溶接時のブルーヒート現象を防止する。

主として流体中ではイオン化電位差による腐食が発生するため溶接されるチューブ１１の肉厚が薄いと溶接電流による焼け色のブルーヒート色が出る。ブルーヒートの部分は母材組織が変化したり酸化領域ができたりするのでチューブ内面流体による腐食や摩耗などの問題が生じる。ブルーヒートを防ぐために酸化防止として気化フラックスをチューブ１１内に吹き込む。フィン２０をチューブ１１に溶接後はチューブ１１内面を洗浄する。洗浄の手間を省略するためにＰＨ７の気化フラックスを流すことも可能である。特にＳＵＳ３１６チューブとかチタンチューブのように内面の腐食を防止するために採用されたチューブ１１の場合はアルゴンのシールドガス中に気化フラックスを流すことでブルーヒート色を防ぎ酸化を防止する。

第４の解決手段は特許請求項４に示すように、前記チューブ１１と前記フィン２０がＳＵＳ系材質の組み合わせであり、且つ前記液体フラックス３０はホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を溶媒に溶解したものであるフィンチューブ製造方法である。

ＳＵＳ系とＳＵＳ系の場合は酸化防止と表面張力除去を主体とする気化フラックスとする。ホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）をメタノールに３０ｗｔ％溶解して液体フラックスを生成した。表１に液体フラックスの成分割合の例を示す。気化フラックスを中性（ＰＨ７）に調整することで後工程の洗浄を省略できる。

ＳＵＳ系チューブと銅フィンの場合は銅側の融点が低いためアークロウ付けをスムーズにするため液体フラックスは、ホウフッ化カリウム（ＫＢＦ４）、酸性フッ化カリウム（ＫＨＦ２）、ホウフッ化銅（Ｃｕ（ＢＦ４）２）、フッ化カリウム（ＫＦ）、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）をメタノールに３０ｗｔ％溶解した。気化フラックスの中に銅イオンが含まれることが特徴である。表２に液体フラックスの成分割合の例を示す。

銅チューブとアルミニウムフィンの場合はアルミニウム側の融点が低いためアークロウ付けをスムーズにする必要がある。ホウフッ化カリウム（ＫＢＦ４）、酸性フッ化カリウム（ＫＨＦ２）、ホウフッ化銅（Ｃｕ（ＢＦ４）２）、ホウフッ化亜鉛（Ｚｎ（ＢＦ４）２）、ホウフッ化スズ（Ｓｎ（ＢＦ４）２）、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）をメタノールに３０ｗｔ％溶解して液体フラックスを生成した。銅イオンと亜鉛イオンとスズイオンが出ることで銅とアルミニウムの合金化が促進するため１００％アークロウ付けが可能である。アルミニウムの溶接に対してスズイオン量が多いのは銅側に銅と亜鉛、銅とスズの両方の合金を作ることでアルミニウムの５５０±５０℃の合金溶解に対する拡散接合に近い形をとるためである。表３に液体フラックスの成分割合の例を示す。

ＳＵＳチューブとアルミニウムフィンの場合は両方とも非常に酸化膜が強く融点の差が３倍以上異なるため、酸化膜除去が大切であるのと同時に素早くアーク熱にて合金を作る元素の多いことが肝要である。ＳＵＳやアルミニウムと合金を作り易い共通の元素として亜鉛（Ｚｎ）が有効である。ホウフッ化亜鉛（Ｚｎ（ＢＦ４）２）、フッ化亜鉛（ＺｎＦ）、ホウフッ化アンモニウム（ＮＨ４ＢＦ４）、トリエチレンテトラミンをメタノールに３０ｗｔ％溶解して液体フラックスを生成した。アルミニウムフィンはスリット加工して一定幅に切断されたものを使うが、酸化防止のためあらかじめ親水性樹脂がコーティングされているケースがある。ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンなどの水可溶水フェノール樹脂などは質量分子量が１００〜５００の水素と炭素数を持つので気化フラックスのアルコールに溶解しやすくするためトリエチレンテトラミンのようなアミノ基を含有させている。またアルカリ性のホウフッ化アンモニウムを入れることでアルミニウムの酸化を防止している。表４に液体フラックスの成分割合の例を示す。

チタンチューブと銅フィンの場合，チタンは大気中ではアルミニウム以上に酸化が強いので液体フラックスをアルゴンガスで気化せしめて溶接部に吹き付ける必要がある。溶接部の酸化防止とチタン表層部の強固なＴｉＯ２膜の除去が必要である。塩化銀、フッカカリウム（ＫＦ）、酸性フッ化カリウム（ＫＨＦ２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）をメタノールに３０ｗｔ％溶解して液体フラックスを生成した。ハロゲン元素として塩素とフッ素の両方にて除去する方式である。表５に液体フラックスの成分割合の例を示す。

第９の解決手段は特許請求項９に示すように、前記フィン２０を前記チューブ１１に溶接する前の工程において、前記フィン２０を両サイドから挟み込む一対のロール７０を配設し、該ロール７０は前記フィン２０のチューブ１１側が大径で反チューブ側が小径となるテーパを形成しており、該テーパの表面には前記ロール７０の回転軸７１方向に複数の溝状突起７２を設け、前記ロール７０の前記回転軸７１は軸受７３が該回転軸７１方向及び前記回転軸７１に直角な水平方向に調整可能に固定されており、前記溝状突起７３が前記フィン２０のチューブ１１側に凹凸の皺（Ｖ字溝）２１を形成するようにしたフィンチューブ製造方法である。

図３において、ロール７０の軸受７３は軸受台７４に搭載されている。軸受台７４にはガイド溝７４ａが設けてあり軸受７３はガイド溝７４ａにガイドされて回転軸７１に直角な水平方向に移動可能である。また、軸受台７４は架台７５に搭載されており、架台７５にはガイド溝７５ａが設けてあり、軸受台７４はガイド溝７５ａにガイドされて回転軸７１方向に移動可能である。このようにして一対のロール７０はフィン２０に対して、回転軸方向と回転軸直角な水平方向に移動可能なので、フィン幅が変化してもフィン２０の皺の深さや長さを自由に変えることができる。

従来技術でチューブ１１にフィン２０を巻きつけてスパーク接合すると内径側フィン全長と外径側フィン全長の差にて全体的に左右に皺状の形状を作るために伝熱面積は変化しないのであるが対流と輻射熱が伸び率の差だけ凹凸を作ることで悪くなる。そのため前もって図３の一対のロール７０にてフィン２０の内側即ちフィンチューブ側２０ａに伸び率差だけ凹凸を作り、反フィンチューブ側（外側）２０ｂはフラットとすることでフィン２０の放熱と吸収を向上させる。ロール７０は軸受を前後左右に動かせるのでフィン２０との接触状態を変えることによりフィン幅に応じてＶ字溝２１を形成することができる。

従来のフィンチューブ１０の作り方はフィン２０を（＋）、チューブ１１を（−）とする高周波抵抗溶接の電流を流しフィン２０がチューブ１１に接触した瞬間高電流を流すことで溶接圧着する。帯状のフィン２０は当然内径と外径の円周率による長さが異なるためフィンチューブ側２０ａに皺ができるため放電電流のふらつきとなる。そのためフィンチューブ側２０ａに皺２１を形成するのを避けていた。従来は反フィンチューブ側２０ｂの引っ張り力を除去するため、特開２０００−１０７８２６号広報や特開平１１−３２５７７８号広報では反フィンチューブ側２０ｂに切り込みを入れてフィンチューブ側２０ａの皺２１を解消していた。本発明ではフィンチューブ側２０ａに積極的に皺（Ｖ字溝）２１を形成する。図１、図３に示す通り、フィン２０を一対のロール７０中に通すことでＶ字溝２１を作りまたロール７０の回転軸７１方向と回転軸７１に直角な水平方向の動きにてフィン幅の大小に対応している。このＶ字溝２１に気化フラックスを流すと１００％スパーク熱にて一瞬にして溶解し酸化防止と表面張力除去作用が働くためカーケンドール効果が生まれフィン２０がロウ材となってフィン２０をチューブ１１にアークロウ付けすることが可能となる。フィンチューブ側２０ａに皺を形成することによりフィンとチューブの接触面積が増大するのでフィンの抜熱効果もしくは吸熱効果も増大し熱効率が向上する。

フィン２０とチューブ１１の接合は内径の全長と外径の全長が異なるためチューブ内側にＶ字状（Ｕ字状でも可）に折り曲げることでスパーク放熱を強制的に煙突状のＶ字溝２１より放熱させかつスパーク前はＶ字溝２１を伝って気化フラックスが張り付くのでスパーク面の清浄作用と溶解金属の表面張力除去ができる。アークロウ付けはフィン２０がロウ材となるためカーケンドール効果にてスパーク溶接部のチューブ１１とフィン２０の拡散合金ができる。且つ合金部のカーケンドールボイドは気化フラックス中のフッ化物のため除去されるため良好な拡散接合部を得ることができる。Ｖ字溝２１によるフィンとチューブの溶接面積の増加及び拡散接合による熱伝導率向上により従来よりも小型の熱交換器とすることが可能となった。

１０：フィンチューブ
１１：チューブ
２０：フィン
２０ａ：フィンチューブ側
２０ｂ：反フィンチューブ側
２１：皺（Ｖ字溝）
３０：液体フラックス
４０：気化装置
４１：液体フラックス用タンク
４２：ガスタンク
４３：除湿器
４４：ノズル
４５：バルブ
４６：ノズル
４７：配管
４８：バルブ
５０：電源装置
５１：マイナス側コネクター
５２：プラス側コネクター
６０：フィンリール
７０：ロール
７１：回転軸
７２：Ｖ溝
７３：軸受
７４：軸受台
７４ａ：ガイド溝
７５：架台
７５ａ：ガイド溝
８０：ノズル

Claims

フィンとチューブを高周波抵抗溶接してフィンチューブを製造する方法において、気化装置に前記液体フラックスを充填し、前記気化装置に気体を吹き込んで前記液体フラックスを気化せしめて気化フラックスを生成し、該気化フラックスを溶接部に吹き付けながら前記フィンと前記チューブを溶接することを特徴とするフィンチューブ製造方法。
フィンとチューブを高周波抵抗溶接してフィンチューブを製造する方法において、あらかじめ前記フィンもしくは前記チューブもしくは両方の溶接部に液体フラックスを塗布して、該液体フラックスが乾燥してから前記フィンと前記チューブを溶接することを特徴とするフィンチューブの製造方法。
フィンとチューブを高周波抵抗溶接してフィンチューブを製造する方法において、前記チューブ内面に気化フラックスを吹き込みながら前記フィンと前記チューブを溶接することを特徴とする請求項１及び請求項２記載のフィンチューブ製造方法。
前記チューブと前記フィンがＳＵＳ系材質の組み合わせであり、且つ前記液体フラックスはホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を溶媒に溶解したものであることを特徴とする請求項１及び請求項２及び請求項３記載のフィンチューブ製造方法。
前記チューブがＳＵＳ系材質で前記フィンが銅の組み合わせであり、且つ前記液体フラックスはホウフッ化カリウム（ＫＢＦ４）、酸性フッ化カリウム（ＫＨＦ２）、ホウフッ化銅（Ｃｕ（ＢＦ４）２）、フッ化カリウム（ＫＦ）、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）を溶媒に溶解したものであることを特徴とする請求項１及び請求項２及び請求項３記載のフィンチューブ製造方法。
前記チューブが銅で前記フィンがアルミニウムの組み合わせであり、且つ前記液体フラックスはホウフッ化カリウム（ＫＢＦ４）、酸性フッ化カリウム（ＫＨＦ２）、ホウフッ化銅（Ｃｕ（ＢＦ４）２）、ホウフッ化亜鉛（Ｚｎ（ＢＦ４）２）、ホウフッ化スズ（Ｓｎ（ＢＦ４）２）、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）を溶媒に溶解したものであることを請求項１及び請求項２及び請求項３記載のフィンチューブ製造方法。
前記チューブがＳＵＳ系材質で前記フィンがアルミニウムの組み合わせであり、且つ前記液体フラックスはホウフッ化亜鉛（Ｚｎ（ＢＦ４）２）、フッ化亜鉛（ＺｎＦ）、ホウフッ化アンモニウム（ＮＨ４ＢＦ４）、トリエチレンテトラミンを溶媒に溶解したものであることを特徴とする請求項１及び請求項２及び請求項３記載のフィンチューブ製造方法。
前記チューブがチタン（Ｔｉ）で前記フィンが銅の組み合わせであり、且つ前記液体フラックスは塩化銀、フッカカリウム（ＫＦ）、酸性フッ化カリウム（ＫＨＦ２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）を溶媒に溶解したものであることを特徴とする請求項１及び請求項２及び請求項３記載のフィンチューブ製造方法。
前記フィンを前記チューブに溶接する前の工程において、前記フィンを両サイドから挟み込む一対のロールを配設し、該ロールは前記フィンのチューブ側が大径で反チューブ側が小径となるテーパを形成しており、該テーパの表面には前記ロールの回転軸方向に複数の溝状突起を設け、前記ロールの前記回転軸は軸受が該回転軸方向及び前記回転軸に直角な水平方向に調整可能に固定されており、前記溝状突起が前記フィンのチューブ側に凹凸の皺を形成するようにしたことを特徴とする請求項１及び請求項２及び請求項３及び請求項４及び請求項５及び請求項６及び請求項７及び請求項８記載のフィンチューブ製造方法。
とを特徴とする請求項１及び請求項２記載のフィンチューブ製造方法。
あることを特徴とする請求項１及び請求項２及び請求項３記載のフィンチューブ製造方法。