JP2007078325A

JP2007078325A - 熱交換用多穴管及びその製造方法

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Publication number: JP2007078325A
Application number: JP2005270733A
Authority: JP
Inventors: Fumihiko Sagi; 史彦鷺; Masami Murayama; 正美村山
Original assignee: Hitachi Cable MEC Tech Ltd
Current assignee: Hitachi Cable MEC Tech Ltd
Priority date: 2005-09-16
Filing date: 2005-09-16
Publication date: 2007-03-29
Also published as: CN1939654A; US20070062682A1

Abstract

【課題】容易、かつ、安価に製造可能な熱交換用多穴管及びその製造方法を提供するものである。
【解決手段】銅板１１を転造ロール１２にて転造して長手方向に溝１４を形成した銅板２０を２枚用い、それらの銅板２０の溝１４側の面を接合面とすると共に、その接合面の間にシート状のロウ材２１を挟み、かつ、両銅板２０の溝１４位置を合わせた後、銅板２０同士を加熱接合したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換器に用いられるＣＯ₂ガス等の高圧冷媒の凝縮器に関するものである。

熱交換器に用いられる凝縮器として、アルミや銅製の多穴管が用いられている。図７に示すように、アルミ製の多穴管７０は、多穴管本体７１の内部に複数の穴（流路）７２が平行に並列配置されてなり、押出成形によって一体成形される。一方、銅製の多穴管は、押出成形によって一体成形することは不可能に近いことから、アルミ製の多穴管と同様な断面とするために、図８（ａ）に示すように、長手方向に溝８１を形成した銅板８２を２枚用い、それらの銅板８２の溝面を接合面とすると共に、その接合面の間にシート状のロウ材８３を挟み、かつ、両銅板８２の溝位置を合わせた後、図８（ｂ）に示すように、銅板８２同士を加熱接合して製造される。銅板８２に溝８１を形成する手法として、エッチングや切削等の加工法がある。

また、別の銅製の多穴管の製造方法として、銅板上にキャピラリーチューブを複数本並べ、それらを一体にロウ付け接合する方法がある。先ず、図９に示すキャピラリーチューブコイル９１を矯正機９３で直線状に矯正し、その後、カッター９４で製品寸法に切断し、キャピラリーチューブ９５が得られる。一方、図１０に示す銅条コイル９６を矯正機９８で平面平板状に矯正し、その後、カッター９９で製品寸法に切断し、銅板１００が得られる。

次に、図１１（ａ）に示すように、銅板１００の上に、シート状のロウ材１０１をのせ、その上にキャピラリーチューブ９５を複数本平行に並列配置する。この状態において、図１１（ｂ）に示すように、キャピラリーチューブ９５間のピッチが等間隔となるように、キャピラリーチューブ９５の位置合わせを行う。

次に、銅板１００、ロウ材１０１、及び各キャピラリーチューブ９５をこの状態でクランプしたまま、図１１（ｃ）に示すように、バーナー炉１０５にて加熱してロウ付け接合を行い、図１１（ｄ）に示すように、銅板１００上に複数のキャピラリーチューブ（流路）９５が平行に並列配置された熱交換用多穴管１１０が完成する。

特開２００３−１７２５８８号公報特開２００２−１６８５７８号公報特開２０００−７４５８７号公報

エッチング加工法にて溝８１を形成する場合、銅板８２を短尺（製品寸法）に切断してからによるものが一般的であるが、エッチング工程（レジスト、露光、現像、エッチング、レジスト除去）のうち、溝の深さに応じてエッチング工程に時間を要したり、エッチング処理液の廃液の処理等が煩雑である。また、長尺にて量産効果を狙う場合、エッチング各工程やエッチング処理槽において煩雑さを伴う。

また、切削加工法にて溝８１を形成する場合、メタルソー等を用いれば簡単に溝８１を形成できるが、切削屑やバリ取りの処理が必要となり、煩雑さを伴う。

さらに、両手法とも、銅板８２から溝８１の部分を削り取るので、素材に無駄が出てしまい、材料高となってしまう。

一方、キャピラリーチューブ９５によるものは、各々の部品を組み合わせ接合する為、組立の煩雑さがあり、また、キャピラリーチューブ９５の肉厚とロウ材１０１、銅板１００の関係により、熱伝達距離（キャピラリーチューブ９５の肉厚、ロウ付け層の厚さ、及び銅板１００の厚さの合計）が増すので、熱抵抗が大きくなってしまい、熱交換用多穴管としての性能低下を招いてしまう。

そこで本発明の目的は、容易、かつ、安価に製造可能な熱交換用多穴管及びその製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、銅板を転造ロールにて転造して長手方向に溝を形成した銅板を２枚用い、それらの銅板の溝側の面を接合面とすると共に、その接合面の間にロウ材を挟み、かつ、両銅板の溝位置を合わせた後、銅板同士を加熱接合したことを特徴とする熱交換用多穴管である。

請求項２の発明は、転造にて上記溝を形成する際、溝の表面に微細な突起を付加するようにした請求項１記載の熱交換用多穴管である。

請求項３の発明は、転造にて上記溝の断面形状を半円に形成した後、銅板の溝側の面を平ロールで圧延して銅板の溝間の面を平らに形成した請求項１又は２記載の熱交換用多穴管である。

請求項４の発明は、銅板を転造ロールにて転造して長手方向に溝を形成した銅板を２枚用い、それらの銅板の溝側の面を接合面とすると共に、その接合面の間にロウ材を挟み、かつ、両銅板の溝位置を合わせた後、銅板同士を加熱接合することを特徴とする熱交換用多穴管の製造方法である。

請求項５の発明は、転造にて上記溝を形成する際、溝の表面に微細な突起を付加するようにした請求項４記載の熱交換用多穴管の製造方法である。

請求項６の発明は、転造にて上記溝の断面形状を半円に形成した後、銅板の溝側の面を平ロールで圧延して銅板の溝間の面を平らに形成する請求項４又は５記載の熱交換用多穴管の製造方法である。

本発明は、製造工程が容易で、素材の無駄が全くない熱交換用多穴管を得ることができる。

以下本発明の実施の形態を添付図面により説明する。

先ず、アルミ押出しの手法にて多穴管を銅材で押出しすることは不可能に近い。これは、銅押出し材の断面にφ１ｍｍ程度の穴を多数設けることが不可能だからである。アルミ押出し材と同様な断面とするために、多穴管本体の対称中心位置から分割、いわゆる溝を形成した銅板（溝付銅板）２枚を互いにロウ付け等により接合して一体化し、あたかも横断面がハーモニカ形状と同様とされる。

本実施の形態の熱交換用多穴管は、この溝を転造ロールにて転造することに特徴があり、銅条に転造により溝加工を施し、溝付銅板の溝側の面を接合面とすると共に、その接合面の間にロウ材（シート状、粉末状、或いは線状）を挟み、かつ、両銅板の溝位置を合わせた後、銅板同士を加熱接合してロウ付けしたものである。

本実施の形態の熱交換用多穴管は、以下のような製造工程を経て製造される。

図１に示すように、銅条コイル（図１０参照）から供給される銅板１１を、転造ロール１２と受けロール（図示せず）の間に連続供給する。回転する転造ロール１２と受けロールの間に挟まれた銅板１１は、その片面に転造ロール１２による転造（溝加工）がなされる。これによって、銅板１１の片面に、例えば半径がφ０．５ｍｍ程度で、ほぼ半円状の溝１４が連続形成される。転造ロール１２の周面１３には、周方向に延びる断面半円状の凸部（峰）１３ａが等間隔に複数列設けられており、図２（ａ）に示す断面矩形状の銅板１１に凸部１３ａが食い込むことで、図２（ｂ）に示すように、溝１４が形成される。溝１４の数及び半径は、凸部１３ａの数及び半径を変えることで自在に調整できる。

転造ロール１２の凸部１３ａが銅板１１に食い込んで溝１４を形成する際、凸部１３ａの両側に排除された材料が溝１４の両側に盛り上がって、盛り上がり部１５が形成される。この盛り上がり部１５は、溝１４の寸法精度の低下を招く。このため、溝１４を形成した銅板１１を、上下に配置された２個（１個のみ図示）の平ロール１６で圧延し、盛り上がり部１５を平らにならし、図２（ｃ）に示すように平面部１７とする。これによって、溝１４の断面形状はほぼ保持されたまま完全な半円状に形成されることから、高寸法精度の溝１４が得られる。ここで言う盛り上がり部１５とは、銅板１１の溝側の面における溝１４間の面（非溝形成部）を示している。

半円状の溝１４が形成された銅板１１を、千鳥状に対向配置された矯正ロールで構成される矯正機１８に供給し、反りなどを矯正して平面平板状に形成する。その後、平面平板状に矯正した銅板１１をカッター１９で製品寸法に切断し、溝１４を有する異型銅条（銅板）２０が完成する。

ここで、転造によって溝１４を形成する際、溝１４の表面積を増大させ、熱交換効率を向上させるべく、溝１４の表面に微細な突起（フィン）を付加するようにしてもよい。この微細な突起は、転造ロール１２の凸部１３ａの断面形状を調整することで、形成される。

次に、図３（ａ）に示すように、両銅板２０の溝１４側の面を合わせると共に、それらの溝面の間にシート状のロウ材２１が挟み込まれる。図３（ｂ）、図３（ｃ）に示すように、両銅板２０の半円状の溝１４が合わさるように、溝１４の位置を図示しない治工具等を用いて位置合わせをする。両銅板２０とロウ材２１をこの状態でクランプしたまま、図３（ｄ）に示すように、バーナー炉（又は電熱炉）２５にて加熱してロウ付け接合を行い、図３（ｅ）、図３（ｆ）に示すように、銅板２０同士が加熱接合され、多穴管本体２６内部に複数の穴（流路）２７が平行に並列配置された熱交換用多穴管３０が完成する。このロウ付け後、熱交換用多穴管３０の内外面が酸化しないように冷却される。

この熱交換用多穴管３０を凝縮器として用いる場合、図４（ａ）に示すように、その両端にヘッダーパイプを取り付けるために事前成形が行われ、Ｕ字状に折り曲げられる。その後、図４（ｂ）、図５に示すように、Ｕ字状に折り曲げられた熱交換用多穴管３０の両端３１ａ，３１ｂを、それぞれヘッダーパイプ３２ａ，３２ｂに挿し、組立を行う。最後に、図４（ｃ）に示すように、熱交換用多穴管３０とヘッダーパイプ３２ａ，３２ｂを、ロウ材３３にてロウ付けし、図４（ｄ）に示すように、凝縮器３５が完成する。

上述した製造工程においては、平面平板状に矯正した銅板１１を製品長さに切断した後、ロウ付けする場合を例に挙げているが、長尺の溝付銅板１１のまま、それらの溝面の間にシート状のロウ材２１を挟みこみ、ロウ付け、冷却処理後に製品長さに切断し、凝縮器３５の製造に供するようにしても良い。

ロウ付け後の冷却手法として、還元ガス（Ｈ₂＋Ｎ₂混合）中にて冷却する手法もある。また、ロウ付け、冷却工程は、大気中での作業であるが、真空中でロウ付け、冷却工程を行っても良い。さらに、銅板２０同士の接合は、必ずしもロウ付法によるものに限らず、拡散接合による接合も可能である。

本実施の形態の熱交換用多穴管３０は、溝付銅板２０の溝１４を転造によって形成していることから、溝１４を形成するための工程数が、従来のエッチングや切削によって溝を形成する場合と比べて大幅に少なく、量産加工に向いている。また、溝形成後に、切削屑やバリ取りの後処理も不要である。

転造によって溝１４を形成するので、素材（銅板）の無駄が全く無く、材料コストの低減を図ることができる。

転造によって溝１４を形成することによって、銅板１１における溝１４間に盛り上がり部１５が形成されるが、この部分を平ロール１６で圧延することで平らになる。これによって、溝１４の寸法精度が高まると共に、両銅板２０の溝１４側の面を合わせる際に、隙間なく、ピッタリと合わせることができる。

次に本発明の実施例を従来例と共に説明する。

（実施例）
銅板に溝を形成した多穴管（本実施の形態の熱交換用多穴管）を用いて凝縮器を製作する場合の、製造工程の一例を以下に示す。

1)：薄板状の銅板の表面に、転造ロールにて転造を行い、銅板の表面にほぼ半円状の溝が形成される。

2)：転造ロールによる溝の形成後、溝の両側の盛り上がり部を平ロールで圧延し、平面部とする。これによって、溝の断面形状が完全な半円状となる。

3)：半円状の溝が形成された銅板を矯正機で矯正し、平面平板に形成する。

4)：平面平板状に矯正した銅板をカッターで製品寸法に切断し、溝を有する異型銅条（銅板）が完成する。

5)：両銅板の溝面を合わせると共に、それらの溝面の間にシート状のロウ材を挟む。

6)：両銅板の半円状の溝が合わさるように、溝の位置を治工具等を用いて位置合わせをする。

7)：両銅板とロウ材をこの状態でクランプしたまま、バーナー炉にて加熱してロウ付け接合を行い、多穴管本体内部に複数の穴（流路）が平行に並列配置された熱交換用多穴管が完成する。

8)：ロウ付け後、熱交換用多穴管の内外面が酸化しないように冷却する。

9)：熱交換用多穴管を凝縮器として用いる場合、その両端にヘッダーパイプを取り付けるために事前成形を行い、Ｕ字状に折り曲げる。

10)：その後、Ｕ字状に折り曲げた熱交換用多穴管の両端を、それぞれヘッダーパイプに挿し、組立を行う。

11)：その後、熱交換用多穴管とヘッダーパイプを、ロウ材にてロウ付けし、凝縮器が完成する。

12)：４２ＭＰａ以上に加圧したＣＯ₂ガス等の高圧冷媒を一方のヘッダーパイプから供給して耐圧試験を行い、高圧冷媒が漏れないことを確認する。

（従来例）
銅板とキャピラリーチューブを組合わせた多穴管（従来のキャピラリーチューブ型熱交換用多穴管）を用いて凝縮器を製作する場合の、製造工程の一例を以下に示す。

21)：先ず、キャピラリーチューブコイルを矯正機にて直線状に矯正した後、製品寸法に切断し、キャピラリーチューブが得られる。

22)：銅条コイル９６を矯正機にて平面平板状に矯正した後、製品寸法に切断し、銅板が得られる。

23)：銅板の上に、シート状のロウ材をのせ、その上にキャピラリーチューブを複数本平行に並列配置する。

24)：この状態において、キャピラリーチューブ間のピッチが等間隔となるように、キャピラリーチューブの位置合わせを行う。

25)：銅板、ロウ材、及び各キャピラリーチューブをこの状態でクランプしたまま、バーナー炉にて加熱してロウ付け接合を行い、銅板上に複数のキャピラリーチューブが平行に並列配置された熱交換用多穴管が完成する。

26)：ロウ付け後、熱交換用多穴管の内外面が酸化しないように冷却する。

27)：熱交換用多穴管を凝縮器として用いる場合、その両端にヘッダーパイプを取り付けるために事前成形を行い、Ｕ字状に折り曲げる。

28)：その後、Ｕ字状に折り曲げた熱交換用多穴管におけるキャピラリーチューブの両端部を、それぞれヘッダーパイプに挿し、組立を行う。

29)：その後、熱交換用多穴管とヘッダーパイプを、ロウ材にてロウ付けし、凝縮器が完成する。

30)：４２ＭＰａ以上に加圧したＣＯ₂ガス等の高圧冷媒を一方のヘッダーパイプから供給して耐圧試験を行い、高圧冷媒が漏れないことを確認する。

実施例及び従来例の熱交換用多穴管を用いた凝縮器は、いずれもＣＯ₂ガス等の高圧冷媒を用いても漏れはなかった。例えば、図６に示すように、各穴２７の内径Ｄをφ１ｍｍ、穴ピッチＰを１．７ｍｍとした実施例の熱交換用多穴管を用いた凝縮器においては、耐圧試験時に７０ＭＰａで加圧しても、高圧冷媒の漏れや多穴管の破壊等がなく、問題ないことが確認された。また、実施例の熱交換用多穴管は、部品点数がわずか２点であり、量産品として非常に適した構造であった。

一方、従来例である従来のキャピラリーチューブ型熱交換用多穴管は、部品点数が２０以上もあるため、実験用試作品としては良いが、量産品として適した構造ではなかった。

溝付銅板の製造工程を説明する図である。銅板の断面図である。図２（ａ）は図１の２Ａ−２Ａ線断面図、図２（ｂ）は図１の２Ｂ−２Ｂ線断面図、図２（ｃ）は図１の２Ｃ−２Ｃ線断面図である。溝付銅板を用いた熱交換用多穴管の製造工程を説明する図である。図３（ｃ）は図３（ｂ）の３Ｃ−３Ｃ線断面図、図３（ｆ）は図３（ｅ）の３Ｆ−３Ｆ線断面図である。熱交換用多穴管を用いた凝縮器の製造工程を説明する図である。Ｕ字状に折り曲げた熱交換用多穴管とヘッダーパイプの組立を説明するための図であり、図４（ｂ）の斜視図である。図５の熱交換用多穴管の断面斜視拡大図である。従来のアルミ製熱交換用多穴管の断面斜視図である。従来の銅製熱交換用多穴管の製造工程を説明する図である。キャピラリーチューブの製造工程を説明する図である。銅板の製造工程を説明する図である。キャピラリーチューブと銅板を用いたキャピラリーチューブ型熱交換用多穴管の製造工程を説明する図である。キャピラリーチューブ型熱交換用多穴管を用いた凝縮器の製造工程を説明する図である。

符号の説明

１１銅板
１２転造ロール
１４溝
２０銅板
２１ロウ材

Claims

銅板を転造ロールにて転造して長手方向に溝を形成した銅板を２枚用い、それらの銅板の溝側の面を接合面とすると共に、その接合面の間にロウ材を挟み、かつ、両銅板の溝位置を合わせた後、銅板同士を加熱接合したことを特徴とする熱交換用多穴管。
転造にて上記溝を形成する際、溝の表面に微細な突起を付加するようにした請求項１記載の熱交換用多穴管。
転造にて上記溝の断面形状を半円に形成した後、銅板の溝側の面を平ロールで圧延して銅板の溝間の面を平らに形成した請求項１又は２記載の熱交換用多穴管。
銅板を転造ロールにて転造して長手方向に溝を形成した銅板を２枚用い、それらの銅板の溝側の面を接合面とすると共に、その接合面の間にロウ材を挟み、かつ、両銅板の溝位置を合わせた後、銅板同士を加熱接合することを特徴とする熱交換用多穴管の製造方法。
転造にて上記溝を形成する際、溝の表面に微細な突起を付加するようにした請求項４記載の熱交換用多穴管の製造方法。
転造にて上記溝の断面形状を半円に形成した後、銅板の溝側の面を平ロールで圧延して銅板の溝間の面を平らに形成する請求項４又は５記載の熱交換用多穴管の製造方法。