JP5227972B2 - マイクロチャネル管を押出しする装置および方法 - Google Patents

Description

（関連出願）
本出願は、２００６年１２月１１日出願の米国仮特許出願第６０／８６９，５２２号からの優先権および該仮特許出願の任意の他の利益を主張し、該仮特許出願の全体の開示は本明細書に参考として援用される。

(分野）
本発明は、概して熱交換器に関し、より詳細には熱交換器において用いられるマイクロチャネル管ならびにマイクロチャネル管を作製する装置および方法に関する。

（背景）
従来の高性能並行流熱交換器は、アルミニウム合金のコンポーネントから製作される。これらの熱交換器は、現在、主として自動車空気調和システム用に用いられる。これらの熱交換器は、比較的小さなサイズのために、マイクロチャネル管として公知の平らなマルチチャネル管を用いる。マイクロチャネル管は、現在、主として空洞のダイを通る直接熱間押出しを用いてアルミニム合金から製作される。押出しプロセス中、アルミニウムは、２つ以上の金属流（ｍｅｔａｌ ｓｔｒｅａｍ）に分割し、マンドレル１００を支持するブリッジ（図示されていない）の回りに流れなければならない（図１を参照されたい）。図１に示されるように、マンドレル１００は、溶接チャンバ１０２を組み込み、溶接チャンバ１０２において、金属流は、再合流し、固体溶接物を発達させ、連続した内部壁を形成し、従って、内部通路またはチャネルを作製しなければならない。

図２に示されるように、車両空気調和システム用の典型的なコンデンサ２００（例えば、車両搭載コンデンサ）は、交互に積み重ねられたパラレルアルミニウムマイクロチャネル管２０２（例えば、１コンデンサ当り２０〜５０個の管に由来）およびルーバフィン２０４のアレイを含む。アルミニウムマイクロチャネル管２０２は、一対のヘッダタンク２０６の間に延び、該ヘッダタンクに接続される。図３を参照すると、様々な断面を有するいくつかのアルミニウムマイクロチャネル管３００、３０２、３０４および３０６が示される。ヘッダタンク２０６は、しばしば円筒形のパイプから形成される。コンデンサ２００において、流体（例えば、冷却剤）の並行流は、ヘッダタンク２０６間のアルミニウムマイクロチャネル管２０２内のチャネルを通って確立される。伝熱は、アルミニウムマイクロチャネル管２０２内の冷却剤と、ルーバフィンを通って流れアルミニウムマイクロチャネル管２０２を通過する空気との間において行なわれる。北米、ヨーロッパおよび日本において空気調節付きで生産されるすべての乗用車は、基本的に、乗用車の車両空気調和システム（すなわち、現在のＲ１３４ａ冷却剤ベースのシステム）にこれらの熱交換器を用いている。

自動車産業によって成功裏にインプリメントされているように、並行流熱交換器技術の性能の利益は、商業および住宅のＨＶＡＣ産業によって認識され始めた。これらの産業は、歴史的に丸い銅管を用いる熱交換器によって優位を占められてきた。それでも、現在、ＨＶＡＣ用途において並行流熱交換器を用いることに関心があり、この用途において、熱交換器は、現在唯一の適切な材料すなわちアルミニウム合金を用いて製作され、真鍮製のアセンブリにおいてアルミニウムマイクロチャネル管を形成する。さらに、自動車および冷却産業において開発中のＲ７４４（ＣＯ_２）冷却剤ベースのシステムは、気体冷却器および関係するマイクロチャネル管、コンプレッサ、内部の熱交換器／蓄熱装置ならびにすべての関係する接続などの「高圧側」コンポーネントに、より厳しい動作条件を課す。特に典型的な最大動作圧力および最大動作温度は、それぞれ１６ＭＰａおよび１８０℃（安全係数３で４８ＭＰａの静圧）である。図３に示されるマイクロチャネル管などのマイクロチャネル管は、この「環境にやさしい」冷却剤を用いる熱交換器に理想的に適している。

押出しプロセス（例えば、上記の直接熱間押出しプロセス）が、１０００、３０００および６０００シリーズのアルミニウム合金などの「通常の押出し温度で容易に変形され得る」材料にのみ適していると一般的に考えられている。押出し負荷はまた、金属がダイに入るときの金属分離の結果、「空洞ダイ」押出しに関して、より高い。その結果、銅および他の金属ならびに合金の高い流れ応力および高温動作温度は、空洞ダイ押出しプロセスにおいてそれらの金属が押し出されるのを妨げる。

高温の作業工具鋼（窒化などの表面処理有りまたは無し）は、急速に磨耗し、従ってダイコンポーネント（すなわち、マンドレルまたはプレート）のための適切な磨耗表面として実用的ではない。従って、これらのダイコンポーネントは、タングステンカーバイド／コバルト（ＷＣ／Ｃｏ）金属基複合材料（ＭＭＣ）から製作されてきた。ＷＣ／Ｃｏ ＭＭＣは、適切な耐磨耗性を提供し得るが、それらの低破壊靭性は、ダイコンポーネントの設計に制限を課し、破損はまれではなかった。現在、一部の押出し成形機は、堅い薄膜コーティングでコーティングされた工具鋼から作製される。工具鋼は、必要なダイ強度および破壊靱性を提供し、一方、堅い薄膜コーティングは、アルミニウムマイクロチャネル管の押出しに対して温度上昇時に必要な耐磨耗性を提供する。

銅ベースの熱交換器、特に銅マイクロチャネル管は、上記の用途に関してアルミニウムマイクロチャネル管に対して、より良い強度（すなわち、耐変形）および温度上昇強度と、より良い腐食性能と、より高い熱伝導性と、より良い結合特性と、より容易なフィールドサービス修理の能力とを含むいくつかの利点を提供する。従って、銅または銅合金などの非アルミニウム金属または非アルミニウム合金を用いてマイクロチャネル管を製造する実行可能なプロセスに対する満たされていないニーズがある。

（概要）
上記を考慮して、非アルミニウム金属または非アルミニウム合金から形成されるマイクロチャネル管を提供することが、例示的局面である。非アルミニウム金属または非アルミニウム合金は、銅および銅合金を含む。

別の例示的局面は、マイクロチャネル管の場合のように、プロフィルを押出しする困難さにより、以前はマルチチャネルの空の平らなプロフィルに押し出されなかった金属または合金から形成されるマイクロチャネル管を提供することである。金属または合金は、銅、銅合金、および、好ましくは約８００℃までの温度で押出しされ、別のやり方では押出しが困難である一部の「堅い（ｈａｒｄ）」アルミニウム合金を含む他の合金を含む。堅いアルミニウム合金は、例えば、それぞれ銅および亜鉛の追加物を有する２０００および７０００シリーズ合金を含む。

なおも別の例示的局面は、非アルミニウム金属または非アルミニウム合金から形成されるマイクロチャネル管を押出しする装置および方法を提供することである。

さらに別の例示的局面は、２つの長方形の形状のビレットを用いて、マイクロチャネル管を押出しする装置および方法を提供することである。長方形のビレットは、押し出される中間の生成物または部品の形状（すなわち、マイクロチャネル管の上半分または下半分）、および／または押出しされる最終の生成物または部品の形状（すなわち、マイクロチャネル管）に類似する形状を有する。

例示的局面は、２つ以上のビレットを同時に押出しする装置および方法を提供することであり、別個のビレットは、ダイアセンブリにおいて形成されそして統合され、押出しされた生成物または部品を生成する。生成物または部品はマイクロチャネル管である。

別の例示的局面は、２つ以上のビレットを押出しすることであって、押出し容器において対応する数の別個のチャンバを通って平行に押出しする、装置および方法を提供し、空洞または半空洞の押出しプロフィルを有する生成物または部品を生成することである。押出しは、例えば、任意の適切な直接（すなわち、固定ダイに対するビレットの移動）押出しプロセスを伴い得る。

さらに別の例示的局面は、２つ以上のビレットを同時に押出しする装置および方法を提供することであり、ビレットは、異なる材料（例えば、金属または合金）から作製され、その結果、押出しされた生成物または部品は異なる材料から構成される。押出しは、例えば任意の適切な直接押出しプロセスを伴い得る。

上記の局面および追加の局面、特徴ならびに利点は、添付の図面を参照して、それらの例示的な実施形態を詳細に説明することによって容易に明らかになり、図面において、同様な参照番号は同様な要素を示す。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
複数のビレットから少なくとも一部分を押出しする装置であって、該装置は、
第１のビレットと第２のビレットとをそれぞれ受ける第１のチャンバと第２のチャンバとを有する押出し容器と、
ダイアセンブリと
を備え、
該装置は、第１のビレットと第２のビレットとを同時に該ダイアセンブリの中に押し込み、該第１のビレットと該第２のビレットとにそれぞれ対応する第１の部分と第２の部分とを押出しするように動作可能である、装置。
（項目２）
デュアルステムを含むラムをさらに備え、該デュアルステムは、上記第１のビレットと上記第２のビレットとを同時に上記ダイアセンブリの中に押し込むように動作可能である、項目１に記載の装置。
（項目３）
上記装置は、直接押出しによって上記第１の部分と上記第２の部分とを押出しする、項目１に記載の装置。
（項目４）
上記ダイアセンブリは、プレートとマンドレルとを含む、項目１に記載の装置。
（項目５）
上記マンドレルは、少なくとも１つの溶接チャンバを含み、該少なくとも１つの溶接チャンバは、上記第１のビレットに対応する金属流と上記第２のビレットに対応する金属流とを同時に受け、上記ダイアセンブリ内において上記第１の部分と上記第２の部分とを結合し、第３の部分を形成するように動作可能である、項目４に記載の装置。
（項目６）
上記第１の部分はマイクロチャネル管の第１部分であり、上記第２の部分は、該マイクロチャネル管の第２部分であり、上記第３の部分は、該マイクロチャネル管である、項目５に記載の装置。
（項目７）
上記マイクロチャネル管は、非アルミニウム金属または非アルミニウム合金から形成される、項目６に記載の装置。
（項目８）
複数のビレットから少なくとも１つの部分を押出しする方法であって、該方法は、
ダイアセンブリを含む押出しデバイスに第１のビレットと第２のビレットとを搭載することと、
該ダイアセンブリを介して該第１のビレットと該第２のビレットとを同時に押出しし、該第１のビレットと該第２のビレットとにそれぞれ対応する第１の部分と第２の部分とを形成することと
を包含する、方法。
（項目９）
上記押出しデバイスに上記第１のビレットと上記第２のビレットとを装填する前に、該第１のビレットと該第２のビレットとを予熱することをさらに包含する、項目８に記載の方法。
（項目１０）
上記ダイアセンブリ内において上記第１の部分と上記第２の部分とを結合し、第３の部分を形成することをさらに包含する、項目８に記載の方法。
（項目１１）
上記第１の部分はマイクロチャネル管の第１部分であり、上記第２の部分は該マイクロチャネル管の第２部分であり、上記第３の部分は該マイクロチャネル管である、項目１０に記載の方法。
（項目１２）
上記第１のビレットと上記第２のビレットとのうちの少なくとも１つは、上記第３の部分のプロフィルと実質的に類似したプロフィルを有する、項目８に記載の方法。
（項目１３）
上記第１のビレットは上記第１の部分のプロフィルと実質的に類似しているプロフィルを有し、上記第２のビレットは上記第２の部分のプロフィルと実質的に類似しているプロフィルを有する、項目８に記載の方法。
（項目１４）
上記第１の部分および上記第２の部分は、直接押出しによって押出しされる、項目８に記載の方法。
（項目１５）
上記第１のビレットと上記第２のビレットとのうちの少なくとも１つは、非アルミニウム金属または非アルミニウム合金から形成される、項目８に記載の方法。
（項目１６）
上記非アルミニウム金属または非アルミニウム合金は、銅または銅合金のうちの１つである、項目１５に記載の方法。
（項目１７）
上記第１のビレットと上記第２のビレットとは、非アルミニウム金属または非アルミニウム合金から形成される、項目８に記載の方法。
（項目１８）
上記非アルミニウム金属または非アルミニウム合金は、銅または銅合金のうちの１つである、項目１７に記載の方法。
（項目１９）
上記第１のビレットと上記第２のビレットとは異なる材料から形成され、その結果、上記押出しされた第１の部分および上記押し出された第２の部分は該異なる材料から形成される、項目８に記載の方法。
（項目２０）
上記第１のビレットと上記第２のビレットとのうちの少なくとも１つは、実質的に長方形の形状を有する、項目８に記載の方法。

図１は、マイクロチャネル管の内部表面を生成する従来のダイマンドレルを示す図である。 図２は、自動車空気調和システム用の従来の真鍮製の並行流コンデンサ（熱交換器）を示す図であり、挿入図は、アルミニウムマイクロチャネル管とフィンとヘッダとの間のインタフェースを示すより詳細な図を提供する。 図３は、アルミニウム合金の押出しから形成される従来のマイクロチャネル管の組み合わせを示す図である。 図４は、非アルミニウム金属または非アルミニウム合金から押出しされるマイクロチャネル管を製造する、一実施形態に従う直接熱間押出し装置を示す図である。 図５は、図４の装置を用いる２つの別個の長方形のビレットからの銅マイクロチャネル管の押出しを示す図である。 図６は、一実施形態に従うマイクロチャネル管の横の断面図を示す図である。 図７は、例示的なダイアセンブリの斜視図を示す図であり、ダイアセンブリの内部の設計の調査を可能にするために、その４分の１が取り去られている。 図８Ａは、プレートおよびマンドレルがアルミニウム押出しと共に用いられるものなどの剪断刃の設計である例示的なダイアセンブリの図を示す図である。 図８Ｂは、プレートおよびマンドレルが形作られた設計である例示的なダイアセンブリの図を示す図である。 図９は、一例示的実施形態に従う、非アルミニウム金属または非アルミニウム合金からマイクロチャネル管を製造する方法を示すフローチャートである。

（詳細な説明）
全般的な発明の概念は多くの異なる形式での実施形態が可能であるが、本開示が全般的な発明の概念の原理の例示として考えられるべきという理解をもって、発明の概念の特定の実施形態が、図面に示され、本明細書において詳細に説明される。従って、全般的な発明の概念は、本明細書において例示される特定の実施形態に限定することを意図されない。

図４に示される一例示的な実施形態において、修正された熱間押出しプロセスを用いて、金属または合金からマイクロチャネル管４０２を製造する装置４００が提供される。一例示的実施形態において、金属または合金は、銅または銅の合金（例えば、無酸素の電子的銅合金であるＵＮＳ Ｃ１０１００）などの非アルミニウム金属または非アルミニウム合金である。一例示的実施形態において、金属または合金は、約８００℃までの温度で押出しされ、別のやり方では押出しが困難である任意の合金（例えば、「堅い」アルミニウム合金）である。装置４００は、装置４００の２チャンバ容器４０８を介して同時に平行して２つの長方形（断面において）ビレット４０４、４０６を押出しするように動作可能である。一例示的実施形態において、ビレット４０４、４０６は、固体であり、例えば堅いアルミニウム合金から形成される。図５において概略的に表されるように、上部ビレット４０４はマイクロチャネル管４０２の上半分４１０を形成し、下部ビレット４０６はマイクロチャネル管４０２の下半分４１２を形成する。

図５に示されるように、ビレット４０４、４０６は、矢印４４６によって示されるように、ダイアセンブリの４２４の変形ゾーンの中に押し込まれる。従って、ビレット４０４、４０６は、２つの別個のフロー流を形成し、その結果、各ビレット４０４、４０６は、マイクロチャネル管４０２の約２分の１、すなわちマイクロチャネル管４０２の上半分４１０および下半分４１２を生成する。次いで、矢印４４８によって示されるように、固体溶接物がダイアセンブリ４２４内の上半分４１０および下半分４１２における内部壁４４０の各部分の中央に形成される。固体の溶接物が一旦形成されると、その結果、単一のマイクロチャネル管４０２となる。

一例示的実施形態に従うマイクロチャネル管４０２の断面図が図６に示される。マイクロチャネル管４０２は、第１の側壁４６０と第２の側壁４６２との間に延びる幅Ｗ１を有する。マイクロチャネル管４０２は、上部壁４６６の上部表面４６４と下部壁４７０の下部表面４６８との間に延びる高さＷ５を有する。一例示的実施形態において、上部壁４６６および下部壁４７０の幅Ｗ４は同じである。幅Ｗ２を有する内部壁４４０は、上部壁４６６と下部壁４７０との間に延び、マイクロチャネル管４０２のチャネル４７４を形成する。一例示的実施形態において、チャネル４７４のすべては同じ幅Ｗ３を有する。一例示的実施形態において、チャネル４７４の一部のみが同じ幅Ｗ３を有する。

一例示的実施形態において、マイクロチャネル管４０２は、次の寸法を有する。すなわち、約１６．００ｍｍの幅Ｗ１、約０．４２ｍｍの幅Ｗ２、約１．００ｍｍの幅Ｗ３、約０．４０ｍｍの幅Ｗ４、および約１．８０ｍｍの高さＷ５である。当業者は、全般的な発明の概念がこの例示的実施形態より小さい幅、そして／または大きい幅を有するマイクロチャネル管を含む様々なサイズのマイクロチャネル管に適用されることを理解する。

最初に、２つのビレット４０４、４０６は、マイクロチャネル管４０２の押出しのために適切な温度（例えば、７００℃〜８００℃）に加熱される。銅および銅合金の押出しに関して、例示的な温度範囲は５５０℃〜１０００℃である。金属または合金に関する適切な押出し温度範囲の一般的な概算は、金属または合金の絶対融解温度の約６０％である。ビレット４０４、４０６は、炉などの任意の適切な手段を用いて加熱され得る。その後、取付け具（図示されていない）は、予熱された２つのチャンバ容器４０８の中に搭載するために、ビレット４０４、４０６を移動させる。図４を参照すると、一部の実施形態において、装置４００は、ヒータ４１４および４１６を含み、容器４０８を予熱し、上昇した温度を維持し、それによって、マイクロチャネル管４０２の押出しを容易にする。

押出しプロセスは、約８００℃で行われ得るが、代替の温度値は、５５０℃〜１０００℃の範囲または押出しされる金属または合金の絶対融解温度の６０％であり得、準備の（ｔｏｏｌｉｎｇ）予熱温度は、約５００℃など、実質的により低くなり得るかまたはビレット４０４、４０６の温度にまでなり得る。従って一部の実施形態において、押出し温度範囲は、６００℃〜８００℃または熱損失により押出される金属または合金の絶対融解温度の６０％である。例として、容器４０８およびダイホルダ４１８は、バンドヒータ（ｂａｎｄ ｈｅａｔｅｒ）またはカートリッジヒータを（ヒータ４１４、４１６として）用いて加熱され、デジタル温度コントローラ（図示されていない）が所望のレベルの温度（例えば、５００℃以上）を維持するために用いられる。

図４に示される実施形態に従って、ラム４２０は、ビレット４０４、４０６に圧力を加え、それらを容器４０８の中に押し込むデュアルステム４２２を含む。動作の方式は、ラム（ストローク）制御であり得、ラム４２０の速度またはその位置は、時間に対して指定されるかまたは制御される。デュアルステム４２２は、ビレット４０４、４０６の各々に同時に圧力を与えることが可能である。この圧力により、ビレット４０４、４０６は装置４００のダイアセンブリ４２４に対して押しつぶされる。ダイアセンブリ４２４の２つの実施形態が図８Ａおよび図８Ｂに示される。ダイアセンブリ４２４は、プレート４２６と、プレート４２６における開口部４３０を通って延びるマンドレル４２８とを含み、それによって、マンドレル４２８の一方の側に開口部４３２を形成し、マンドレル４２８のもう一方の側に開口部４３４を形成する。装置４００は、ダイホルダ４１８と、他の支持構造４３６（例えば、バッカ（ｂａｃｋｅｒ）、ボルスタおよびプラテン）とを含み、これらは、押出しプロセス中、ダイアセンブリ４２４および押出しマルチチャネル管４０２に対して必要な支持を提供する。

加えられた熱および圧力の結果、ビレット４０４、４０６の柔らかくされた金属は、ダイアセンブリ４２４において対応する開口部４３２、４３４を通って圧搾される（図８Ａおよび図８Ｂを参照されたい）。ビレット４０４、４０６がダイアセンブリ４２４において変形すると、新しい「きれいな」酸化されていない表面領域が金属フロー流に生成される。その後、２つの押出しされたビレット４０４、４０６（すなわち、マイクロチャネル管４０２の上半分４１０およびマイクロチャネル管４０２の下半分４１２）は、（ダイアセンブリに存在する圧力から）マンドレル４２８の溶接チャンバ４３８の中に一緒に押し込められ、固体の溶接部を生成し、それによって、図５に描かれるようにマイクロチャネル管４０２の連続した内壁４４０を形成する。マンドレル４２８は、ダイアセンブリ４２４において対応する開口部４３２、４３４に対して固定される。

図７は、一例示に従うダイアセンブリ４２４を示し、ダイアセンブリの４分の１は、破断され、その内部構造を見せる。図７に見られ得るように、ダイアセンブリ４２４は、プレート４２６およびマンドレル４２８を含み、マンドレル４２８は、プレート４２６に対して固定される。

図８Ａは、一例示的実施形態に従うダイアセンブリ４２４を示す。図８Ａに示されるように、ダイアセンブリ４２４は、プレート４２６およびマンドレル４２８を含む。一例示的実施形態において、マンドレル４２８はプレート４２６に対して固定される。プレート４２６における開口部４３０を通って延びることによって、マンドレル４２８は、マンドレル４２８の一つの側とプレート４２６との間に開口部４３２を形成する。プレート４２６における開口部４３０を通って延びることによって、マンドレル４２８はまた、マンドレル４２８の反対の側とプレート４２６との間に開口部４３４を形成する。これらの開口部４３２、４３４は、流れる非アルミニウム金属または非アルミニウム合金の２つの別個のフローを可能にし、それぞれ、マイクロチャネル管４０２の上半分４１０および下半分４１２を形成する（図５を参照されたい）。マンドレル４２８は、溶接チャンバ４３８を含み、その中に、流れる非アルミニウム金属または非アルミニウム合金の２つの別個の流れがフロー、連続した内壁４４０を形成し、それによって上半分４１０と下半分４１２を接続し、単一のマイクロチャネル管４０２を形成する。有利な支え長さおよび溶接チャンバのサイズおよび形状は、溶接チャンバ４３８の中への十分な応力および金属のフローを生成するように選択され、内壁４４０に良好な固体溶接部を生成する。

図８Ａに示されるように、プレート４２６の刃４８０は、ダイアセンブリ４２４の変形ゾーン、すなわちプレート４２６とマンドレル４２８との間が平らまたは剪断エッジの設計となっている。図８Ｂは、一例示的実施形態に従うダイアセンブリ４２４を示し、該例示的実施形態は、図８Ａに示される例示的実施形態に類似している。しかしながら図８Ｂに示されるダイアセンブリにおいて、プレート４２６の刃４８２は、ダイアセンブリ４２４の変形ゾーン、すなわちプレート４２６とマンドレル４２８との間が形作られたダイの設計アプローチに似ている。平ら／剪断刃のダイ設計は、概して潤滑剤なしで用いられる。逆に、形作られたダイ設計は、典型的には、ビレット４０４、４０６が強い流れ応力を有する材料から形成されるとき、金属押出しのために潤滑剤と共に用いられる。従って、ダイアセンブリ４２４の１つの構成および形状は、ダイアセンブリ４２４を通って押出される材料に従って、別の構成および形状より適し得る。

ダイアセンブリ４２４（例えば、図８Ａおよび／または図８Ｂに示されるダイアセンブリ４２４）において、マンドレル４２８は、化学蒸着（ＣＶＤ）または物理蒸着（ＰＶＤ）によって蒸着されたハード薄膜コーティングによってコーティングされた、合金鋼、超合金または他の適切な材料であり、向上した磨耗特性を提供する。一例示的実施形態において、ダイアセンブリ４２４のコンポーネント、および装置４００の他のコンポーネントは超合金から作製され、超合金は高温の作業工具鋼を用いることに関係する問題を克服する。例えば、用いられる超合金は、高温において高温の作業工具鋼よりも大きな強度を提供する。一例示的実施形態において、ダイアセンブリ４２４の重要な磨耗コンポーネント（すなわち、プレート４２６およびマンドレル４２８）は、超合金から作製され、Ａｌ_２Ｏ_３コーティングでコーティングされ、ＣＶＤによって蒸着され、約８００℃の保守温度を有する。当業者は、他の堅いコーティング（例えば、ダイヤモンド様カーボンコーティング）がダイアセンブリ４２４コンポーネントの磨耗抵抗を向上させるために用いられ得ることを理解する。

２つの別個のビレット４０４、４０６が用いられるので、押出しされた金属は、別個のフロー流れ（ｆｌｏｗ ｓｔｒｅａｍ）に分割する必要はない。なぜなら、２つのフロー流れが、容器４０８からダイアセンブリ４２４へのプロセスにおいて既に存在しているからである。従って、変形作業は減少され、マンドレル４２８に対する望ましくない応力は減少させられるかまたは除去される。さらに、ビレット４０４、４０６は、典型的な丸いビレットより最終押出しプロフィル（マイクロチャネル管４０２の）に形状的に近い形状（例えば、実質的に長方形の形状）を有するので、全体の押出し作業はさらに減少される。この方法で、装置は、単一の動作でビレット４０４、４０６の直接高温押出しから多空洞で空のプロフィルを生成し得る。

一例示的実施形態において、装置４００は、２５０ｋＮ／５６，０００ ｌｂ．の搭載能力を有するサーボハイドロリック（ｓｅｒｖｏ−ｈｙｄｒａｕｌｉｃ）なＭＴＳ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの機械などの機械とインタフェースするかまたはそれを組み込み、装置４００に対する押出し力を提供する。機械は、ラム４２０を保持するグリップ４４２を含み、機械は、ラム４２０のデュアルステム４２２をビレット４０４、４０６に対して駆動し、ビレット４０４、４０６をチャンバ４０８の中に押し込み、そしてダイアセンブリ４２４を通過させる。機械はまた、装置４００の残りの部分（例えば、デュアルチャンバ容器４０８、ダイホルダ４１８およびダイアセンブリ４２４）を支持するためのグリップ４４４を含み得る。熱交換器／冷却器（図示されていない）は、装置４００によって生成される熱を機械から隔離するために用いられ得る。

マイクロチャネル管４０２は、装置４００を出ると、空気冷却または水冷却され得る。一例示的実施形態において、マイクロチャネル管４０２は、５０ｍｍの押出しビレットから、約６４０ｍｍの長さを有する。当業者は、押出しされたマイクロチャネル管４０２の長さが、適切なサイズで作られたビレットを選択すること、かつ／または最初のビレットが押出しプロセス中に消費されるので最初のビレットの追加のビレットを溶接または溶解することを継続することによって、変化され得ることは理解する。当該分野において公知のように、高温のマイクロチャネル管４０２が装置４００を出るときにマイクロチャネル管４０２を安全に扱うように対策がなされ得る。

図９に示される一例示的実施形態において、修正された高温押出しプロセスを用いて、非アルミニウム金属または非アルミニウム合金（例えば、銅）からマイクロチャネル管を生成する方法５００が提供される。方法５００は、ステップ５０２において２つのビレットを予熱することを伴う。ビレットは、炉、誘導ヒータまたは赤外線ヒータなどの任意の適切な手段を用いて加熱され得る。

一例示的実施形態において、２つのビレットは、銅または銅合金から作製される。一例示的実施形態において、２つのビレットの各々は、異なる材料から作製され、その結果、結果として生じる押出しされた生成物または部品は異なる材料から構成される。一例示的実施形態において、ビレットの形状は、押出しされる中間の生成物または部品（すなわち上半分または下半分）、および／または押出しされる最終生成物または部品の形状（すなわち、単一のマイクロチャネル管）の形状に類似している。一例示的実施形態において、ビレットは、実質的に長方形（断面において）の形状を有する。一例示的実施形態において、ビレットのうちの少なくとも１つは固体である。

予熱されたビレットは次いで、ステップ５０４において押出しのために搭載される。一例示的実施形態において、ビレットは、直接高温押出し装置のデュアルチャンバ容器の中に搭載される。当業者は、任意の適切な取付け具またはデバイスを用いて装置の中に搭載され得ることを理解する。

一旦搭載されると、ビレットはステップ５０６において同時に押出しされ、マイクロチャネル管の上半分および下半分を形成する。次いで、上半分および下半分は、ステップ５０８において、マンドレル４２８の溶接チャンバ４３８において一緒に溶接され、単一のマイクロチャンネル管を形成する。重要なことであるが、十分な新しい金属表面領域がダイアセンブリ４２４における変形中に生成され、その結果、固体の溶接部は、ダイアセンブリ４２４における高温および存在する圧力の結果、容易に形成し得る。一例示的実施形態において、上半分および下半分は押出し装置内において一緒に溶接され、その結果、単一のマイクロチャネル管が装置から押出しされる。このようにして、方法は、単一の動作で固体のビレットの直接高温押出しから、多空洞の空洞のプロフィル（すなわち、多チャンネル管）を生成し得る。

マイクロチャネル管が押出しされると、マイクロチャネル管はステップ５１０において冷却される。一例示的実施形態において、単一のマイクロチャネル管は、例えば、水槽、攪拌された水槽、ウォータースプレー、エアスプレー／ウォータースプレーなどを用いて空気冷却または水冷却される。当業者は、押出しされたマイクロチャネル管が、任意の適切な方法で冷却され、その後取り扱われ／処理され得ることを理解する。

本明細書において説明される例示的な実施形態のためのプロセスモデル作成において、高温圧縮試験からの流れ応力データは無酸素電子（ＯＦＥ）銅の文献から取られ、これらのデータは表１において下記に要約される。表１における値は、例示的な実施形態を説明するのに有用である。アルミニウム合金を用いる押出しプロセスのための高ひずみ速度および低温度の極端な条件が５０ＭＰａを超える流れ応力という結果になり得ることはまた、（比較の目的のために）注目する価値がある。

流れ応力データを用いて、一連のコンピュータ化された（例えば、有限要素（ＦＥ）または有限容量（ＦＶ））分析が、実行され、銅マイクロチャネル管のための装置および／または銅マイクロチャネル管を提供する方法を容易にしかつ／または改善し得る。例えば、ＦＥ／ＦＶ分析は、形状および構成、すなわち、剪断ダイ対形状ダイ構成（図８Ａおよび図８Ｂを比較されたい）、支え長さ、溶接チャンバ形状などを決定するために用いられ得る。ＦＥ／ＦＶ分析はまた、プレートおよびマンドレル（ダイアセンブリの）が適切に設計されるように、ダイ応力を決定するために用いられ得る。さらにＦＥ／ＦＶ分析は、一部の初期条件に対する押出しの温度範囲およびひずみ速度を決定するために用いられ得る。なおもさらに、ＦＥ／ＦＶ分析は、ビレットおよび結果として生じるマイクロチャネル管が例示的な装置（例えば、２５０ｋＮ／５６，０００ ｌｂ．の搭載能力を有するＭＴＳ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの機械とインタフェースする装置４００）において押出しのために適切なサイズで作られ得るように最大の押出し負荷を決定するように用いられ得る。

例示的な装置および／または方法と共に用いるための、２５０ｋＮ／５６，０００ ｌｂ． ＭＴＳ機械などの特定の機械の適合性は、押出し公式を用いて検証され得る。押出し圧力（全容器面積で割った押出し力）は、３つの異なったコンポーネントに分割され得る。これらは、理想的作業、摩擦の作業および余分の作業、それぞれ式１、２および３を包含する。スティッキング摩擦は式２に仮定される。

ここで、ｕ_ｉは各コンポーネントに対する容量当りの作業を表し、

は流れ応力であり、Ｒは押出し率であり、Ａ_ｓは容器に接するビレットの表面積であり、Ａ_ｂはビレットの全断面積（容器によって決定される）であり、φは冗長な作業係数である。式１、２、３は、加算され得、そしてＡ_ｂが掛けられ得、押出しに必要とされる最大力を推定し得る。

式４は、図６に示される管を押出しする押出し力を評価するために用いられ、下記のとおり表２に述べられる控えめなパラメータを仮定する。式４および表２に述べられるパラメータを用いる推定された最大力は、２４６ｋＮ（５５，２９６ ｌｂ．）であり、これは、２５０ｋＮ／５６，０００ ｌｂ．の ＭＴＳの機械を用いて利用可能な最大力の範囲内内であり、このことは、ＭＴＳ機械が例示的な装置および／または方法と共に用いるのに十分であり得ることを示す。当業者は、ＦＥ／ＦＶ分析を用いてさらなる洗練が達成され、さらなる搭載を予測し、パラメータのより包括的な最適化を可能にし得ることは理解する。

本明細書に説明される例示的な実施形態を含む全般的な発明の概念は、一動作における非アルミニウム金属または非アルミニウム合金のマイクロチャネル管（または、他の熱移動用途において用いられ得る他の多空洞プロフィル）を生成する単純な汎用性のあるアプローチを表し、それによって、そのようなマイクロチャネル管が商業および住宅のＨＶＡＣ産業において用いられることを可能にする。

特定の実施形態の上記の説明は、例として与えられた。与えられた開示から、当業者は、全般的な発明の概念およびそれに付随する利点を理解するのみならず、開示された構造および方法に対する明らかな変更および修正もまた見出す。例えば、マルチチャンバ容器が２つのチャンバを有するものとして本明細書において開示されているが、全般的な発明の概念は、３つ以上のチャンバを有するマルチチャンバ容器に容易に拡張可能である。従って、全般的な発明の概念は、２つ以上のビレット（例えば、非アルミニウム金属または非アルミニウム合金のビレット）を同時に押出しし、従来の空洞ダイ押出し技術を用いる他の方法では生成することが可能ではない、マイクロチャネル管または他の空のプロフィルを生成する、装置および／または方法を包含する。従って、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義されるように、全般的な発明の概念の精神および範囲内に入ることとしてそのような変更および修正を含むことが求められる。

Claims (15)

1. 複数のビレットから少なくとも１つの部分を押出しする装置であって、該装置は、
   第１のビレットと第２のビレットとをそれぞれ受ける第１のチャンバと第２のチャンバとを有する押出し容器と、
   プレートとマンドレルとを含むダイアセンブリと
   を備え、
   該装置は、第１のビレットと第２のビレットとを同時に該ダイアセンブリの中に押し込み、該第１のビレットと該第２のビレットとにそれぞれ対応する第１の部分と第２の部分とを押出しするように動作可能であり、
   該第１のビレットと該第２のビレットとのうちの少なくとも１つは、銅または銅合金から形成されており、
   該押出し容器と該ダイアセンブリとは、所定の温度まで予熱され、
   該マンドレルは、少なくとも１つの溶接チャンバを含み、該少なくとも１つの溶接チャンバは、該第１のビレットに対応する金属流と該第２のビレットに対応する金属流とを同時に受け、該ダイアセンブリ内で該第１の部分と該第２の部分とを結合することにより、第３の部分を形成するように動作可能であり、
   該第３の部分は、複数のチャネルを有するマルチチャネル管であり、
   該第１の部分は、該マルチチャネル管の第１の部分であり、
   該第２の部分は、該マルチチャネル管の第２の部分であり、
   該第１の部分と該第２の部分とは、該溶接チャンバに一緒に押し込まれ、固体溶接物を生成して、該マルチチャネル管の複数の連続した内部壁を形成し、該複数の連続した内部壁のそれぞれは、該マルチチャネル管の一対の隣接したチャネルを分離する、装置。
2. デュアルステムを含むラムをさらに備え、該デュアルステムは、前記第１のビレットと前記第２のビレットとを同時に前記ダイアセンブリの中に押し込むように動作可能である、請求項１に記載の装置。
3. 前記装置は、直接押出しによって前記第１の部分と前記第２の部分とを押出しする、請求項１に記載の装置。
4. 複数のビレットから少なくとも１つの部分を押出しする方法であって、該方法は、
   ダイアセンブリを含む押出しデバイスに第１のビレットと第２のビレットとを搭載することであって、該ダイアセンブリは、プレートとマンドレルとを含む、ことと、
   該押出しデバイスを所定の温度まで予熱することと、
   該ダイアセンブリを介して該第１のビレットと該第２のビレットとを同時に押出しし、該第１のビレットと該第２のビレットとにそれぞれ対応する第１の部分と第２の部分とを形成することと、
   該ダイアセンブリ内で少なくとも１つの溶接チャンバにおいて該第１の部分と該第２の部分とを結合することにより、第３の部分を形成することと
   を包含し、
   該第１のビレットと該第２のビレットとのうちの少なくとも１つは、銅または銅合金から形成されており、
   該第３の部分は、複数のチャネルを有するマルチチャネル管であり、
   該第１の部分は、該マルチチャネル管の第１の部分であり、
   該第２の部分は、該マルチチャネル管の第２の部分であり、
   該ダイアセンブリ内で該第１の部分と該第２の部分とを結合するステップにおいて、該第１の部分と該第２の部分とは、該溶接チャンバに一緒に押し込まれ、固体溶接物を生成して、該マルチチャネル管の複数の連続した内部壁を形成し、該複数の連続した内部壁のそれぞれは、該マルチチャネル管の一対の隣接したチャネルを分離する、方法。
5. 前記押出しデバイスに前記第１のビレットと前記第２のビレットとを装填する前に、該第１のビレットと該第２のビレットとを予熱することをさらに包含する、請求項４に記載の方法。
6. 前記第１のビレットと前記第２のビレットとのうちの少なくとも１つは、前記第３の部分のプロフィルと実質的に類似したプロフィルを有する、請求項４に記載の方法。
7. 前記第１のビレットは、前記第１の部分のプロフィルと実質的に類似しているプロフィルを有し、前記第２のビレットは、前記第２の部分のプロフィルと実質的に類似しているプロフィルを有する、請求項４に記載の方法。
8. 前記第１の部分と前記第２の部分とは、直接押出しによって押出しされる、請求項４に記載の方法。
9. 前記第１のビレットと前記第２のビレットとは、非アルミニウム金属または非アルミニウム合金から形成される、請求項４に記載の方法。
10. 前記非アルミニウム金属または非アルミニウム合金は、銅または銅合金のうちの１つである、請求項９に記載の方法。
11. 前記第１のビレットと前記第２のビレットとは、異なる材料から形成され、その結果、前記押出しされた第１の部分と前記押出しされた第２の部分とは、該異なる材料から形成される、請求項４に記載の方法。
12. 前記第１のビレットと前記第２のビレットとのうちの少なくとも１つは、実質的に長方形の形状を有する、請求項４に記載の方法。
13. 前記第１のビレットと前記第２のビレットとは、異なる材料から形成され、その結果、前記押出しされた第１の部分と前記押出しされた第２の部分とは、該異なる材料から形成される、請求項１に記載の装置。
14. 前記所定の温度は、５５０℃〜１０００℃の範囲にある、請求項１に記載の装置。
15. 前記所定の温度は、５５０℃〜１０００℃の範囲にある、請求項４に記載の方法。
    

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