(57)【要約】【課題】  クラッド層の偏り、特にコーナ部に偏るのをなくし、ヘッダーパイプの厚さを均一にでき、クラックやノッチのない耐圧強度の優れた熱交換器用ヘッダーパイプを提供すること。【解決手段】  それぞれアルミニウム製の部材にて形成される一対のヘッダーパイプ２ａ，２ｂと、両ヘッダーパイプ間に互いに平行に架設される複数の熱交換チューブ３と、熱交換チューブ間に介設されるフィン４と、をろう付けにより一体固定してなる熱交換器において、ヘッダーパイプを、内面又は外面の少なくとも一方の面にろう材１がクラッドされた円筒状電縫管を抽伸加工により四角筒状に形成する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれアルミニウム製の部材にて形成される一対のヘッダーパイプと、両ヘッダーパイプ間に互いに平行に架設される複数の熱交換チューブと、熱交換チューブ間に介設されるフィンと、をろう付けにより一体固定してなる熱交換器に使用されるヘッダーパイプであって、
内面又は外面の少なくとも一方の面にろう材がクラッドされた円筒状電縫管を抽伸加工により四角筒状に形成してなることを特徴とする熱交換器用ヘッダーパイプ。
【請求項２】
それぞれアルミニウム製の部材にて形成される一対のヘッダーパイプと、両ヘッダーパイプ間に互いに平行に架設される複数の熱交換チューブと、熱交換チューブ間に介設されるフィンと、をろう付けにより一体固定してなる熱交換器に使用されるヘッダーパイプの製造方法であって、
表裏面の少なくとも一方の面にろう材がクラッドされたブレージングシートを電縫加工により円筒管を成形する工程と、
上記円筒管を抽伸加工によりヘッダーパイプ用の四角筒管を成形する工程と、を有することを特徴とする熱交換器用ヘッダーパイプの製造方法。
【請求項３】
請求項２記載の熱交換器用ヘッダーパイプの製造方法において、
上記抽伸加工を複数回施して所定の肉厚のヘッダーパイプ用の四角筒管を成形することを特徴とする熱交換器用ヘッダーパイプの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、熱交換器用ヘッダーパイプ及びその製造方法に関するもので、更に詳細には、左右又は上下に配設され、内部に熱媒体が流れるアルミニウム製の熱交換器用ヘッダーパイプ及びその製造方法に関するものである。ここで、アルミニウムとは、アルミニウム又はアルミニウム合金を含む意味である。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の熱交換器には、それぞれがアルミニウム製の一対の略円筒状のヘッダーパイプと、これらヘッダーパイプ間に架設される互いに平行な複数の熱交換チューブと、隣接する熱交換チューブ間に介在されるフィンとを一体ろう付けする構造のものが一般的に知られている。
【０００３】
ところで、配置される場所に幅の制限がある熱交換器においては、熱交換に有効なフロント面積は、ヘッダーパイプの直径分の幅だけ小さくなる。ここでいう幅とは、ヘッダーパイプが上下に配置される場合には上下幅、ヘッダーパイプが左右に配置される場合には左右幅をいう。
【０００４】
そこで、円筒状のヘッダーパイプに代えて四角筒状のヘッダーパイプが使用されている。この四角筒状のヘッダーパイプを作製する方法として、アルミニウム製押出形材にて形成される四角筒状ヘッダーパイプにろう材層を形成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、別の四角筒状ヘッダーパイプとして、ろう材がクラッドされたブレージングシートからなるプレス成形板に曲げ等のプレス加工を施した、チューブ挿着孔が形成されたベース壁と、対向壁とをろう付け処理によって長方形等のヘッダーパイプを作製する方法が知られている（特に、特許文献２参照）
【特許文献１】特開２００２−２７７１８７（特許請求の範囲、００１１、図２、図３、図４）
【特許文献２】特開２００２−３５７３９５（特許請求の範囲、０００３，００８７、図１、図５、図６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前者すなわち特開２００２−２７７１８７に記載の技術においては、押出成形された四角筒状ヘッダーパイプにろう材層を形成するため、製造工程が増え、煩雑であるという問題がある。
【０００７】
一方、後者すなわち特開２００２−３５７３９５に記載の技術においては、精度の高い曲げ加工、プレス加工が必要であり、ヘッダーパイプの作製に多くの工数や手間が掛かる上、曲げやプレスの金型が必要であり、特に長いヘッダーパイプを作製する場合には、大きな金型が必要となる。また、ろう付けによる接合部が長いため、ろう付け不良が生じた場合には、内部の熱媒体の洩れにより熱交換器として機能しないという重大な品質上の問題が発生する。更には、ろう付け部分の重ね代が必要であり、管形成のための余分な材料が必要となり、その分重量が嵩むという問題もある。
【０００８】
この問題を解決する方法として、直接四角筒状の形状に押し出されたクラッド押出管やブレージングシートにより円筒状の電縫管を作製し、この電縫管をプレス加工により角筒状に成形する方法等が考えられる。しかし、直接四角筒状の形状に押し出されたクラッド押出管においては、クラッド層の厚さに偏りが生じやすく、特にコーナ部のクラッド層が厚くなるような偏りが生じる。このようにクラッド層が厚くなるコーナ部においては、ろう付工程においてクラッド層（ろう材）は溶融するため、ろう付け後に管厚さが薄くなる虞があり、耐圧強度等の熱交換器の品質に悪影響を与えるという問題がある。また、円筒状の電縫管をプレス加工により四角筒状に成形する方法においては、プレス成形によりコーナ部に無理な負荷が掛かるため、外面にはクラック（裂け目）が入りやすく、内面にはノッチ（切欠き，凹み）が生じる虞があり、これにおいても耐圧強度等の熱交換器の品質に悪影響を与えるという問題がある。更には、プレス成形するためには、多くの工数や手間が掛かる上、曲げやプレスの金型が必要であり、特に長いヘッダーパイプを作製する場合には、大きな金型が必要となる。
【０００９】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、クラッド層の偏り、特にコーナ部に偏るのをなくし、ヘッダーパイプの厚さを均一にでき、クラックやノッチのない耐圧強度の優れた熱交換器用ヘッダーパイプ及びその製造方法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】
【００１０】
上記課題を解決するために、この発明の熱交換器用ヘッダーパイプは、それぞれアルミニウム製の部材にて形成される一対のヘッダーパイプと、両ヘッダーパイプ間に互いに平行に架設される複数の熱交換チューブと、熱交換チューブ間に介設されるフィンと、をろう付けにより一体固定してなる熱交換器において、ヘッダーパイプを、内面又は外面の少なくとも一方の面にろう材がクラッドされた円筒状電縫管を抽伸加工により四角筒状に形成してなることを特徴とする（請求項１）。
【００１１】
また、この発明の熱交換器用ヘッダーパイプの製造方法は、上記ヘッダーパイプを製造する方法であって、  表裏面の少なくとも一方の面にろう材がクラッドされたブレージングシートを電縫加工により円筒管を成形する工程と、  上記円筒管を抽伸加工によりヘッダーパイプ用の四角筒管を成形する工程と、を有することを特徴とする（請求項２）。
【００１２】
請求項２記載の熱交換器用ヘッダーパイプの製造方法において、上記抽伸加工は少なくとも１回施せばよいが、複数回施して所定の肉厚のヘッダーパイプ用の四角筒管を成形するようにしてもよい（請求項３）。
【発明の効果】
【００１３】
（１）請求項１記載の発明によれば、内面又は外面の少なくとも一方の面にろう材がクラッドされた円筒状電縫管を抽伸加工により四角筒状に形成するので、クラッド層がコーナ部に偏るのをなくし、ヘッダーパイプの厚さを均一にすることができ、クラックやノッチのない耐圧強度の優れた熱交換器用ヘッダーパイプを提供することができる。
【００１４】
（２）請求項２記載の発明によれば、表裏面の少なくとも一方の面にろう材がクラッドされたブレージングシートを電縫加工により円筒管を成形し、この円筒管を抽伸加工によりヘッダーパイプ用の四角筒管を成形するので、連続して加工することができる。また、四角状のベアリングを有するダイスを用いる抽伸加工により円筒状電縫管を四角筒状クラッド管に成形することができ、プレス成形に比べて金型を大型にすることなく、容易に四角筒状のヘッダーパイプを作製することができる。
【００１５】
（３）請求項３記載の発明によれば、抽伸加工を複数回施して所定の肉厚のヘッダーパイプ用の四角筒管を成形するので、寸法精度の高い均一な肉厚のヘッダーパイプを作製することができる。したがって、上記（２）に加えて更に品質の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、この発明に係る受液器付き熱交換器の最良の実施形態例について詳細に説明する。
【００１７】
図１は、この発明に係る熱交換器の一例を示す斜視図（ａ）及び上記熱交換器の要部拡大断面図（ｂ）である。
【００１８】
上記熱交換器は、図１に示すように、それぞれがアルミニウム製の一対のヘッダーパイプ２ａ，２ｂと、これらのへッダーパイプ２ａ，２ｂ間に互いに平行に架設される複数の熱交換チューブ３と、各熱交換チューブ３の間に介設されると共に、一体に接合される熱交換用フィン例えばコルゲートフィン４とで主に構成されている。
【００１９】
上記ヘッダーパイプ２ａ，２ｂは、内面及び外面にろう材１がクラッドされたアルミニウム製の円筒状電縫管を抽伸加工により断面矩形状の四角筒管にて形成されている。この場合、直径：２７．７ｍｍ、肉厚：１．２ｍｍの円筒状電縫管を抽伸加工により、幅×奥行き：１４．０ｍｍ×２４．５ｍｍ、肉厚：１．０ｍｍ、コーナ部の円弧部の半径が１．７５ｍｍのヘッダーパイプ２ａ，２ｂが成形される。このように、ヘッダーパイプ２ａ，２ｂの幅×奥行き×肉厚を１４．０ｍｍ×２４．５ｍｍ×１．０ｍｍとすることにより、同じ肉厚、同じ流路断面積を有する円筒状ヘッダーパイプを用いる熱交換器に比べて熱交換器の横幅が同じであれば、フロント有効面積部の横幅は１３ｍｍ大きくなり、熱交換が行われるフロント有効面積を増加させることができる。
【００２０】
なお、ヘッダーパイプ２ａ，２ｂは、内面又は外面のうちの少なくとも一方にろう材１がクラッドされたアルミニウム製の円筒状電縫管を抽伸加工により四角筒状に形成されていれば、断面は長方形あるいは正方形のいずれであってもよい。
【００２１】
上記ヘッダーパイプ２ａ，２ｂの上下端部にはアルミニウム製のエンドキャップ５がろう付けにより被着固定されている。また、一方のヘッダーパイプ２ａ（図１において左側）の例えば外方側上端付近には高温の熱媒体の流入ロ（図示せず）が設けられており、流入ロにアルミニウム製の流入配管６がろう付けにより接合されている。また、他方のヘッダーパイプ２ｂ（図１において右側）の外方側下端付近には、熱媒体の流出口（図示せず）が設けられており、流出口にアルミニウム製の流出配管７がろう付けにより接合されている。
【００２２】
また、熱交換チューブ３は、図１に示すように、アルミニウム製の押出形材にて例えば偏平な板状に形成されており、その内部には長手方向に向かって貫通する複数に区画された熱媒体の流路３ａが形成されている。このように形成される熱交換チューブ３の両端部は、両ヘッダーパイプ２ａ，２ｂ側面の対向する側に、適宜間隔をおいて互いに平行に配列される複数の挿着孔２ｃに挿入固着されている。
【００２３】
上記熱交換用フィンすなわちコルゲートフィン４は、図１（ａ）に示すように、アルミニウム製の板材を屈曲することにより連続波形状に形成されており、各熱交換チューブ３の間に介設されてろう付されている。この場合、最上段及び最下段に配設された熱交換チューブ３の外方側にもコルゲートフィン４がろう付接合されており、これらの両コルゲートフィン４を保護するために、両コルゲートフィン４の更に外方側にはサイドプレート（図示せず）がろう付接合されている。
【００２４】
次に、ヘッダーパイプ２ａ，２ｂの製造方法について、図２ないし図４に示すフローチャートを参照して説明する。ここでは、外面側にろう材１がクラッドされたヘッダーパイプ２ａ，２ｂを作製する場合について説明する。
【００２５】
まず、外面側にろう材１がクラッドされたアルミニウム製の元材（ブレージングシート）を用意する（ステップ４−１）。次に、このブレージングシートを電縫加工により円筒状電縫管１０（以下に丸管１０という）を作製する（ステップ４−２）。この場合、丸管１０は、電縫加工により、円筒状に曲げられたブレージングシートの突き合わせ部が高周波誘導溶接によって接合されている。なお、この場合、丸管１０は、直径：２７．７ｍｍ、肉厚：２．２ｍｍに成形される。
【００２６】
次に、図２及び図３に示すように、丸管１０を、抽伸加工によって四角筒状のヘッダーパイプ用の四角筒管２０（以下に角管２０という）を作製する。この場合、まず、一次抽伸加工を施して、角管２０の寸法を、例えば１７ｍｍ×２７．５ｍｍ、コーナ部の円弧部の半径を１．７５ｍｍに成形する（ステップ４−３）。次いで、二次抽伸加工を施して、角管２０の寸法を所定寸法、例えば１４．０ｍｍ×２４．５ｍｍ、コーナ部の円弧部の半径を１．７５ｍｍに成形する（ステップ４−４）。作製された角管２０に熱交換チューブ３の挿着孔２ｃ（図１（ｂ）参照）を設けた後、一対の角管２０（ヘッダーパイプ２ａ，２ｂ）と、互いに平行に積層された熱交換チューブ３及びコルゲートフィン４とを組み付け、図示しない治具で固定した状態で、炉内に搬入して、加熱してろう付処理を施して熱交換器を作製する（ステップ４−５）。
【００２７】
なお、抽伸加工を施す抽伸加工装置は、例えば、図２及び図３に示すように、四角孔のベアリング３１を有するダイス３０と、ベアリング３１の内方にマンドレル３２を介して配置される断面四角形状のプラグ３３と、ベアリング３１とプラグ３３とで形成された型孔内を挿通して四角筒状に成形された角管２０の先端部を掴持するチャック３４を有するキャリッジ３５とを具備している。このように構成される抽伸加工装置によれば、ダイス３０と管（丸管１０，角管２０）の間、及びプラグ３３と管（丸管１０，角管２０）の間に加工油を供給すると共に、キャリッジ３５を引き抜き側に移動させて丸管１０を抽伸加工して角管２０を成形することができる。なお、図２においては、一回の抽伸加工を施す装置について説明したが、一次抽伸加工と二次抽伸加工を行う場合は、一次抽伸加工により丸管から角管にし、更に角形状になった管を二次抽伸加工により精度の高い角管にする工程を分けて行うか、あるいは、一次抽伸加工用のダイス及びプラグ（丸→角）と二次抽伸加工用ダイス及びプラグを直列に並べて、一回の抽伸で一次抽伸加工と二次抽伸加工を同時に行う方法を採ることができる。
【００２８】
上記説明では、抽伸加工を一次抽伸加工と二次抽伸加工の２段階で行う場合について説明したが、要求される寸法精度及び外観が低ければ１回の抽伸加工により角管２０を作製してもよい。
【００２９】
すなわち、図５に示すように、まず、外面側にろう材１がクラッドされたアルミニウム製の元材（ブレージングシート）を用意する（ステップ５−１）。次に、このブレージングシートを電縫加工により丸管１０（円筒状電縫管）を作製する（ステップ５−２）。次に、丸管１０を、抽伸加工によって所定寸法、例えば１４．０ｍｍ×２４．５ｍｍ、コーナ部の円弧部の半径が１．７５ｍｍの四角筒状のヘッダーパイプ用の角管２０を作製する（ステップ５−３）。そして、作製された角管２０に熱交換チューブ３の挿着孔２ｃ（図１（ｂ）参照）を設けた後、一対の角管２０（ヘッダーパイプ２ａ，２ｂ）と、互いに平行に積層された熱交換チューブ３及びコルゲートフィン４とを組み付けて、図示しない治具で固定した状態で、炉内に搬入して、加熱してろう付処理を施して熱交換器を作製する（ステップ５−４）。
【実施例】
【００３０】
次に、ブレージングシートとして、表１に示すＪＩＳ−Ｚ３２６３−２００２のＢＡＳ１７１Ｐを使用して、図４に示す実施例１及び図５に示す実施例２によって作製された角管２０（ヘッダーパイプ２ａ，２ｂ）と、この角管２０（ヘッダーパイプ２ａ，２ｂ）を用いた熱交換器（実施例３）について、外観観察，断面観察を行ったところ、以下のような評価結果が得られた。
【表１】
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【００３１】
外観観察を行った結果、実施例１，実施例２のいずれにおいても、コーナ部にクラックやノッチはなかった。また、断面観察を行った結果、実施例１，実施例２のいずれにおいても、コーナ部を含め全周で元材のクラッド率１０％と同じクラッド率であることが確認された。
【００３２】
実施例１，２において作製されたヘッダーパイプを用いた高さ１５０ｍｍ、幅１８０ｍｍの熱交換器を、円筒状ヘッダーパイプを用いた高さ１５０ｍｍ、幅１８０ｍｍの熱交換器と性能を比較した結果、有効フロント面積は９．４％増加し、熱交換性能を測定した結果、有効フロント面積の増加に比例して性能も９％以上向上した。
【００３３】
よって、実施例１，２により作製された角管２０によれば、均一なクラッド率で、ノッチのない耐圧強度の優れた四角筒状ヘッダーパイプを得ることができる。また、角管２０を用いた熱交換器によれば、従来の円筒状ヘッダーパイプを用いた熱交換器に比べてフロント有効面積を増加させ、同一スペースでの熱交換器性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明に係るヘッダーパイプを用いた熱交換器の一例を示す斜視図（ａ）及び要部拡大断面図（ｂ）である。
【図２】抽伸加工装置の一例を示す概略断面図である。
【図３】図２におけるＩ−Ｉ線に沿う断面図（ａ）、II−II線に沿う断面図（ｂ）及びIII−III線に沿う断面図（ｃ）である。
【図４】この発明に係るヘッダーパイプの作製手順を示すフローチャートである。
【図５】この発明に係るヘッダーパイプの別の作製手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３５】
１  ろう材
２ａ，２ｂ  ヘッダーパイプ
３  熱交換チューブ
４  コルゲートフィン
１０  丸管（円筒状電縫管）
２０  角管（四角筒管）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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