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図面 (20)

課題

凹部の谷底部に破壊を生じさせることなく、伝熱管花弁状異形断面部を容易に形成することができる熱交換器用異形伝熱管の製造方法を提供する。

解決手段

熱交換器用の伝熱管は、素材管定尺切断工程(工程1)と、花弁状異形断面部成形工程(工程2)と、円錐部成形工程(工程3)と、両端円筒部成形工程(工程4)とを経て製造される。工程1では、花弁状異形断面部10cの周長と同一の周長を有する円筒形の素材管10を準備する。工程2では、素材管10の中部円盤状金型押し付けて、素材管10の長手方向に伸びる複数の凹部を、素材管肉厚を変化させることなく素材管円周方向に並ぶように形成することにより、花弁状異形断面部10c及び不完全花弁状断面部10bを形成する。工程3では、不完全花弁状断面部10bに円錐部10dを形成する。工程4では、素材管10の両端部を縮管して円筒部10eを形成する。

概要

背景

シェル外管)と、該シェル内に配置された伝熱管内管)とを有し、シェルと伝熱管との間に形成された空間部を流れる流体と、伝熱管内の空間部を流れる流体との間で熱交換を行わせるようにした熱交換器としては、従来、種々のタイプのものが知られている。具体的には、例えばシェル内に1本の伝熱管が配置された2重管式熱交換器などが知られている(例えば、特許文献1参照)。この種の熱交換器では、その熱交換率を向上させるために、様々な形状の伝熱管(異形伝熱管)が用いられている。

例えば、図1(a)に示すように、この種の典型的な熱交換器(2重管式熱交換器)においては、略円筒形のシェル2(外管)内に1本の伝熱管1(内管)が同軸状に配設され、長手方向の両端部近傍部を除いて、伝熱管1の外周面とシェル2の内周面との間に空間部(以下、「シェル内空間部」という。)が形成されている。そして、伝熱管1内の空間部(以下、「伝熱管内空間部」という。)を矢印X1、X2で示すように被冷却流体(例えば、高温EGRガス)が流通する一方、シェル内空間部を矢印Y1、Y2で示すように冷却流体(例えば、冷却水)が流通するようになっている。なお、シェル2の両端部には、それぞれフランジ3、4が取り付けられている。また、シェル2には、シェル内空間部に冷却流体を給排するための接続パイプ5、6(枝パイプ)が取り付けられている。

図1(b)に示すように、伝熱管1は、その長手方向の両端部近傍に位置する円筒部7と、それぞれ両円筒部7間に位置し異形の断面形状をもつ不完全花弁状断面部8及び花弁状異形断面部9とで構成されている。花弁状異形断面部9には、その軸方向と垂直な断面形状でみれば、伝熱管中心方向にへこむ複数の凹部が、放射状に、すなわち円周方向に等角度間隔で形成されている。その結果、伝熱管1の凹部が形成されていない部分は、円周方向に等角度間隔で並ぶ凸部となる。つまり、花弁状異形断面部9の断面形状は、凹部と凸部とが円周方向に交互に並ぶ凹凸形状となっている。なお、花弁状異形断面部9の外径φC(凸部外径)は、円筒部7の外径φBと同じであるか、それ未満である。このような熱交換器では、伝熱管1の周長ないし伝熱面積が、普通の円筒状の伝熱管に比べて大幅に大きくなるので、該熱交換器の熱交換率が向上する。

このような花弁状異形断面部9を有する伝熱管1は、一般に、円筒形素材管の両端部近傍部(円筒部7)以外の部位にプレス成形を施すことにより製造されている。なお、プレス成形は、例えば、凸状金型を素材管の外周部から管中心方向に押し込む(プレスする)などして行われる。
特開2000−161871号公報(段落[0014]〜[0018]、図1)

概要

凹部の谷底部に破壊を生じさせることなく、伝熱管に花弁状異形断面部を容易に形成することができる熱交換器用の異形伝熱管の製造方法を提供する。 熱交換器用の伝熱管は、素材管の定尺切断工程(工程1)と、花弁状異形断面部成形工程(工程2)と、円錐部成形工程(工程3)と、両端円筒部成形工程(工程4)とを経て製造される。工程1では、花弁状異形断面部10cの周長と同一の周長を有する円筒形の素材管10を準備する。工程2では、素材管10の中部円盤状金型押し付けて、素材管10の長手方向に伸びる複数の凹部を、素材管肉厚を変化させることなく素材管円周方向に並ぶように形成することにより、花弁状異形断面部10c及び不完全花弁状断面部10bを形成する。工程3では、不完全花弁状断面部10bに円錐部10dを形成する。工程4では、素材管10の両端部を縮管して円筒部10eを形成する。

目的

本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、凹部の谷底部に破壊を生じさせることなく、伝熱管に花弁状異形断面部を容易に形成することができる熱交換器用の異形伝熱管の製造方法を提供することを解決すべき課題とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

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請求項1

長手方向の両端部にそれぞれ円筒部を有し、中間部に花弁状異形断面部を有し、かつ上記各円筒部と上記花弁状異形断面部との間にそれぞれ不完全花弁状断面部を有している、熱交換器用異形伝熱管の製造方法であって、上記花弁状異形断面部の周長と同一の周長を有する円筒形素材管を準備し、上記素材管の、上記花弁状異形断面部及び上記不完全花弁状断面部を形成すべき部位の外周部に円盤状金型押し付けて、それぞれ上記素材管の長手方向に伸びる複数の凹部を、素材管肉厚を変化させることなく、上記素材管の円周方向に並ぶように形成することにより上記花弁状異形断面部及び上記不完全花弁状断面部を形成することを特徴とする、熱交換器用の異形伝熱管の製造方法。

請求項2

上記花弁状異形断面部及び上記不完全花弁状断面部を形成した後、上記素材管の両端部を縮管して上記円筒部を形成することを特徴とする、請求項1に記載の熱交換器用の異形伝熱管の製造方法。

請求項3

上記不完全花弁状断面部を円錐状に成形した後で、上記素材管の両端部を縮管することを特徴とする、請求項2に記載の熱交換器用の異形伝熱管の製造方法。

請求項4

上記素材管の両端部を縮管して、上記円筒部を形成するとともに、該円筒部と未成形部との間の移行部を形成した後で、上記花弁状異形断面部及び上記不完全花弁状断面部を形成することを特徴とする、請求項1に記載の熱交換器用の異形伝熱管の製造方法。

請求項5

上記素材管の直径と、上記移行部の形状と、円盤状金型の半径とを調整することにより、上記不完全花弁状断面部を所望の形状に成形することを特徴とする、請求項4に記載の熱交換器用の異形伝熱管の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、両端部に円筒部を有し、中間部に花弁状異形断面部を有し、かつ各円筒部と花弁状異形断面部との間に不完全花弁状断面部を有している、熱交換器用異形伝熱管の製造方法に関するものである。

背景技術

0002

シェル外管)と、該シェル内に配置された伝熱管内管)とを有し、シェルと伝熱管との間に形成された空間部を流れる流体と、伝熱管内の空間部を流れる流体との間で熱交換を行わせるようにした熱交換器としては、従来、種々のタイプのものが知られている。具体的には、例えばシェル内に1本の伝熱管が配置された2重管式熱交換器などが知られている(例えば、特許文献1参照)。この種の熱交換器では、その熱交換率を向上させるために、様々な形状の伝熱管(異形伝熱管)が用いられている。

0003

例えば、図1(a)に示すように、この種の典型的な熱交換器(2重管式熱交換器)においては、略円筒形のシェル2(外管)内に1本の伝熱管1(内管)が同軸状に配設され、長手方向の両端部近傍部を除いて、伝熱管1の外周面とシェル2の内周面との間に空間部(以下、「シェル内空間部」という。)が形成されている。そして、伝熱管1内の空間部(以下、「伝熱管内空間部」という。)を矢印X1、X2で示すように被冷却流体(例えば、高温EGRガス)が流通する一方、シェル内空間部を矢印Y1、Y2で示すように冷却流体(例えば、冷却水)が流通するようになっている。なお、シェル2の両端部には、それぞれフランジ3、4が取り付けられている。また、シェル2には、シェル内空間部に冷却流体を給排するための接続パイプ5、6(枝パイプ)が取り付けられている。

0004

図1(b)に示すように、伝熱管1は、その長手方向の両端部近傍に位置する円筒部7と、それぞれ両円筒部7間に位置し異形の断面形状をもつ不完全花弁状断面部8及び花弁状異形断面部9とで構成されている。花弁状異形断面部9には、その軸方向と垂直な断面形状でみれば、伝熱管中心方向にへこむ複数の凹部が、放射状に、すなわち円周方向に等角度間隔で形成されている。その結果、伝熱管1の凹部が形成されていない部分は、円周方向に等角度間隔で並ぶ凸部となる。つまり、花弁状異形断面部9の断面形状は、凹部と凸部とが円周方向に交互に並ぶ凹凸形状となっている。なお、花弁状異形断面部9の外径φC(凸部外径)は、円筒部7の外径φBと同じであるか、それ未満である。このような熱交換器では、伝熱管1の周長ないし伝熱面積が、普通の円筒状の伝熱管に比べて大幅に大きくなるので、該熱交換器の熱交換率が向上する。

0005

このような花弁状異形断面部9を有する伝熱管1は、一般に、円筒形素材管の両端部近傍部(円筒部7)以外の部位にプレス成形を施すことにより製造されている。なお、プレス成形は、例えば、凸状金型を素材管の外周部から管中心方向に押し込む(プレスする)などして行われる。
特開2000−161871号公報(段落[0014]〜[0018]、図1

発明が解決しようとする課題

0006

図2及び図3に模式的に示すように、従来の異形伝熱管1の製造手法によれば、円筒部7にはプレス成形は施されていないので、円筒部7の外径及び肉厚は、それぞれ、素材管の外径及び肉厚と同一である。これに対して、花弁状異形断面部9では、プレス成形により周長が長くなるので、その肉厚は素材管の肉厚(元の肉厚)よりも薄くなる。このように、花弁状異形断面部9の肉厚が薄くなると、一面では伝熱性が良くなるといった利点が生じる。

0007

しかし、他面、伝熱管1の素材(素材管)が、鉄系の延性材料(例えば、炭素鋼ステンレス鋼)、あるいは非鉄系の延性材料(例えば、アルミニウム)などである場合、プレス成形(押し込み成形)を施すことにより、凹部の谷底部の肉厚が大きく減少する。このため、押し込み量が多い場合、あるいはプレスが不均一である場合、凹部の谷底部に破壊ないしは亀裂が生じるおそれがあるといった問題がある。とくに、オーステナイト系ステンレス鋼のように、冷間プレスにより加工効果(加工マルテンサイト)が生じやすい材料では、上記破壊ないしは亀裂の発生の危険性が増大する。

0008

本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、凹部の谷底部に破壊を生じさせることなく、伝熱管に花弁状異形断面部を容易に形成することができる熱交換器用の異形伝熱管の製造方法を提供することを解決すべき課題とする。

課題を解決するための手段

0009

上記課題を解決するためになされた本発明にかかる熱交換器用の異形伝熱管の製造方法は、(i)長手方向の両端部にそれぞれ円筒部を有し、中間部に花弁状異形断面部を有し、かつ各円筒部と花弁状異形断面部との間にそれぞれ不完全花弁状断面部を有している、熱交換器用の異形伝熱管の製造方法であって、(ii)花弁状異形断面部の周長と同一(ないしは近似)の周長を有する円筒形の素材管を準備し、(iii)素材管の、花弁状異形断面部及び不完全花弁状断面部を形成すべき部位の外周部に円盤状金型押し付けて(ないしは押し込んで)、それぞれ素材管の長手方向に伸びる複数の凹部を、素材管肉厚を変化させることなく、素材管の円周方向に並ぶように形成することにより花弁状異形断面部及び不完全花弁状断面部を形成することを特徴とするものである。

0010

上記異形伝熱管の製造方法においては、花弁状異形断面部及び不完全花弁状断面部を形成した後、素材管の両端部を縮管して円筒部を形成するのが好ましい。この場合、不完全花弁状断面部を円錐状に成形した後で、素材管の両端部を縮管するのが、より好ましい。
また、上記異形伝熱管の製造方法においては、素材管の両端部を縮管して、円筒部を形成するとともに、該円筒部と未成形部との間の移行部を形成した後で、花弁状異形断面部及び不完全花弁状断面部を形成するようにしてもよい。この場合、素材管の直径と、上記移行部の形状と、円盤状金型の半径とを調整することにより、不完全花弁状断面部を所望の形状に成形するのが好ましい。

発明の効果

0011

本発明にかかる熱交換器用の異形伝熱管の製造方法によれば、素材管の花弁状異形断面部が形成される部分では成形時に肉厚はほとんど変化せず、花弁状異形断面部の肉厚は、元の素材管の肉厚とほぼ同一である。したがって、凹部の谷底部に破壊を生じさせることなく、伝熱管に花弁状異形断面部を容易に形成することができる。

発明を実施するための最良の形態

0012

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を具体的に説明する。
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1にかかる熱交換器用の異形伝熱管の製造方法を説明する。なお、実施の形態1にかかる異形伝熱管は、例えば図1に示すような2重管式伝熱管の伝熱管として、あるいは多管式熱交換器の伝熱管などとして、幅広く用いることができるものである。

0013

実施の形態1にかかる異形伝熱管の製造工程は、次の工程1〜工程4に大別される。
工程1素材管の定尺切断
工程2花弁状異形断面部成形
工程3円錐部成形
工程4 両端円筒部成形
以下、工程1〜工程4における具体的な成形手法を説明する。

0014

(1) 工程1(素材管の定尺切断)
図4(a)に示すように、工程1では、円筒形の素材管10を、製造すべき伝熱管の長さに応じて切断する。ここで、素材管10の外径φA(外直径)は、後で説明する工程2で形成される花弁状異形断面部10c(図4(b)参照)の周長と同一又は近似の周長をもつように設定される。また、素材管10の肉厚t1は、花弁状異形断面部10cの肉厚と同一又は近似の値に設定される。

0015

(2) 工程2(花弁状異形断面部成形)
図4(b)に示すように、工程2では、素材管10の軸方向中部に花弁状異形断面部10cを形成する。これにより、素材管10に、未成形部10aと不完全花弁状断面部10b(円筒部と花弁状異形断面部との間の移行部)と花弁状異形断面部10cとが形成される。この状態では、未成形部10aの外径は加工前の素材管10の外径と同じくφAであるが、花弁状異形断面部10cの外径φCは、φAよりは小さくなる。また、この状態では、未成形部10aの肉厚及び花弁状異形断面部10cの肉厚は、加工前の素材管10の肉厚と同じくt1である。

0016

以下、花弁状異形断面部10の具体的な成形手法を説明する。図5(a)、(b)〜図9(a)、(b)は、素材管成形装置を用いて、素材管10に花弁状異形断面部10c及び不完全花弁状断面部10bを形成する成形手法を示している。
図5(a)、(b)に示すように、素材管成形装置には、素材管10(ワーク)に、その軸線方向に伸びる凹部を形成するための複数の金型装置15が設けられている。図10に示すように、各金型装置15においては、主軸16に、円盤状金型17が、ベアリング18を介して回転自在に取り付けられている。また、素材管成形装置には、後で説明する支持部材19と、芯金20と、素材管10をチャックする把持部材21と、素材管10をその軸方向に移動させる移動装置22とが設けられている。

0017

図11に示すように、この素材管成形装置では、6つの金型装置15が、円筒形の支持部材19のまわりに、等角度放射状に、すなわち支持部材円周方向に等角度間隔で配置されている。また、円筒形の支持部材19内の空間部には、花弁状異形断面部10cの内周面に対応(近似)する外周面をもつ芯金20が配置されている。この芯金20は、素材管10の長手方向に移動可能である。

0018

図12に示すように、各金型装置15は、この等角度放射状の位置を維持しながら、支持部材19の中心方向に移動することができ、かつ元の位置に後退する(戻る)ことができるようになっている。金型装置15の移動機構はどのようなものでもよく、例えば、油圧空圧ボールネジ等を用いたものでもよい。支持部材19は、金型装置15を中心方向に(素材管10に向かって)移動させて、素材管10に円盤状金型17を押し込む際に、円盤状金型17の側面を支持し、円盤状金型17に芯ずれが生じるのを防止するとともに、素材管10を中心位置に保持するために設けられている。これにより、円盤状金型17の変形に起因する破損が防止される。なお、支持部材17は多角形でもよい。

0019

この素材管成形装置を用いて、素材管10に花弁状異形断面部10c及び不完全花弁状断面部10bを形成するには、まず図5(a)、(b)に示すように、素材管10を把持部材21でチャックし、素材管成形装置にセットする。なお、以下では、便宜上、図5(a)における位置関係において、素材管10の長手方向(軸方向)にみて、移動装置22が配置された方を「左」といい、これと反対側を「右」という。このように素材管10をチャックした時点では、円盤状金型17は、開口状態、すなわち芯金20から外向きに後退した状態(図11参照)にある。また、芯金20は、左側に移動した状態(前進状態)にある。

0020

続いて、図6(a)、(b)に示すように、移動装置22により、素材管10を所定の位置に右向きに移動させて支持部材19内に挿入する。このとき、芯金20は移動せず、したがって素材管10の内部に配置された状態となる。なお、円盤状金型17は開口状態のままである。

0021

次に、図7(a)、(b)に示すように、円盤状金型17を中心方向に移動させる。そして、素材管10が芯金20と当接したときに、円盤状金型17の中心方向への移動を停止させる(絞り状態)。このとき、素材管10と芯金20とが当接した部分は、その断面が花弁形状となるように成形される。

0022

この後、図8(a)、(b)に示すように、円盤状金型17の移動を停止させた状態で、素材管10を、必要とする長さの花弁状異形断面部10cが形成されるように右向き(素材管の長手方向)に移動させる。この成形時に、基部16に回転自在に取り付けられた円盤状金型17は、素材管10の移動に伴って回転する。ここで、芯金20を、素材管10の右向きの移動に伴って、ほぼ同量だけ右向きに移動させる。なお、芯金20は、芯金移動用駆動機構(油圧、ボールネジ、空圧、ギヤ等)を用いて移動させてもよい。また、素材管10と芯金20との摩擦力のみで移動させてもよい。

0023

花弁状異形断面部10c及び不完全花弁状断面部10bの成形が完了した後、図9(a)、(b)に示すように、円盤状金型17を、素材管10の外方向に後退させ、元の開口位置に戻す。すなわち、等角度放射状に配置された各円盤状金型17で形成される内接円が、素材管10の基径よりも大径になるまで移動させる。そして、芯金20の移動を拘束した状態で、素材管10を左向きに移動させ、素材管10を芯金20から取り外す。この後、素材管10を把持部材21から取り外す。

0024

このようにして、図4(b)に示すような、未成形部10aと不完全花弁状断面部10b(移行部)と花弁状異形断面部10cとを備えた素材管10が得られる。この素材管10においては、両端の未成形部10aの周長と、花弁状異形断面部10cの周長とはほぼ同じである。したがって、素材管10の肉厚の減少や、肉厚のばらつきが生じない。

0025

(3) 工程3(円錐部成形)
図4(c)に示すように、工程3では、工程2で形成された不完全花弁状断面部10bの一部(円筒部寄りの部分)に円錐部10dを形成する。したがって、工程3で得られる素材管10は、未成形部10aと、円錐部10dと、不完全花弁状断面部10b’と、花弁状異形断面部10cとを備えている。このように円錐部10dを設ける理由は、以下のとおりである。

0026

すなわち、工程2で得られた、両未成形部10aと両不完全花弁状断面部10bと花弁状異形断面部10cとを備えた素材管10は、後で説明する工程4で、両端未成形部10aが縮管されることになる。しかし、工程2で得られたままの素材管10で、両端未成形部10aを縮管すると、不完全花弁状断面部10bの凸凹形状の影響により、縮管された未成形部10a(すなわち、後で説明する円筒部10e)に、材料の重なりによる凹部が生じ、完全な円形断面が得られない。そして、縮管された未成形部10a(円筒部10e)に凹部が生じると、この伝熱管をシェル(外管)と接合して熱交換器を製作する際に、溶接ロウ接等の接合が不完全となり、冷却流体(冷却水)の漏れや、使用時の疲労破壊などといった不具合が生じる。そこで、このような不具合の発生を防止するため、両端未成形部10aの縮管を行う前に、不完全花弁状断面部10b(円筒部寄りの部分)を滑らかな円錐状に成形するようにしている。

0027

以下、図13(a)〜(c)を参照しつつ、円錐部10dの具体的な成形手法を説明する。
まず、図13(a)に示すように、2つ以上に分解可能である割りダイス25と、左右の2つのパンチ26、27とを準備する。割りダイス25内には、大径部28aと小径部28bと円錐状絞り部28cとを有する空隙部28が形成されている。なお、小径部28bの内径D0は、完成後の伝熱管10の円筒部10eの外径よりも小さい。また、パンチ26、27の先端部は曲面状(R状)となっている。ここで、空隙部28の円錐絞り部28cの円錐角θ1と、パンチ26、27の円錐部26a、27aの円錐角θ2とはほぼ同一である。また、パンチ26、27の本体部26b、27bの外径D1は、素材管10の未成形部10aの内径とほぼ同一であり、空隙部28の大径部28aの内径D2は、素材管10の未成形部10aの外径とほぼ同一である。

0028

そして、図13(b)に示すように、割りダイス25の空隙部28内に、工程2で得られた素材管10を配置する。この後、図13(c)に示すように、パンチ26、27を、割りダイス25の空隙部28内に配置された素材管10の未成形部10a及び不完全花弁状断面部10bに、矢印P1、P2で示す方向に圧入し、不完全花弁状断面部10bの一部を滑らかな円錐状に成形する。これにより、不完全花弁状断面部10bがプレスされ、滑らかな円錐部10dが形成される。

0029

(4) 工程4(両端円筒部成形)
図4(d)に示すように、工程4では、素材管10の両端未成形部10aに縮管成形を施して円筒部10eを形成する。この縮管により、未成形部10aの外径はφAからφBに減少し(φA>φB)、未成形部10aの肉厚はt1からt2に増加する(t1<t2)。ここで、円筒部10eの周長は、花弁状異形断面部10cの周長よりも短くなる。なお、花弁状異形断面部10cの外径φCは、円筒部10eの外径φBと同じか、それ未満である。かくして、円筒部10eと花弁状異形断面部10cと不完全花弁状断面部10fとを備えた伝熱管10が完成する。

0030

以下、図14(a)、(b)を参照しつつ、円筒部10eの具体的な成形手法を説明する。
図14(a)に示すように、2つ以上に分割可能であり、ダイス内に、小径部31aと円錐部31bと大径部31cとを有する空隙部31を備えた割りダイス30を準備する。ここで小径部31aの内径D3(絞り径)は、完成後の伝熱管10の円筒部10eの外径φBとほぼ同じである(すなわち、シェルの内径より若干小径)。

0031

そして、不完全花弁状断面部10bの一部に円錐部10dが形成された素材管10を、図14(a)に示されているように空隙部31内に配置した後、素材管10を矢印P3で示す方向に引き抜く。これにより、外径がφAの未成形部10aと円錐部10dの一部とが縮管され、外径がφBの円筒部10eが形成される。
なお、このように割りダイス30を用いるのでなく、スピニングスエージング等で円筒部10eを形成してもよい。工程4における被成形部は、すでに、工程3で滑らかな円錐状に成形されているので、上記いずれの成形方法でも成形できるからである。

0032

図14aに示す縮管手法では、素材管10を割りダイス30から引き抜くようにしているが、割りダイスから押し出すことにより縮管成形を施してもよい。この場合は、図14bに示すように、2つ以上に分割可能であり、ダイス内に、小径部33aと円錐部33bと大径部33cとを有する空隙部33を備えた割りダイス32を準備する。ここで小径部33aの内径D4(絞り径)は、完成後の伝熱管10の円筒部10eの外径φBとほぼ同じである。そして、不完全花弁状断面部10bの一部に円錐部10dが形成された素材管10を、図14(b)に示されているように空隙部33内に配置した後、素材管10を矢印P4で示す方向に押し出す。これにより、外径がφAの未成形部10aと円錐部10dの一部とが縮管され、外径がφBの円筒部10eが形成される。

0033

この実施の形態1にかかる熱交換器用の異形伝熱管の製造方法によれば、素材管10の花弁状異形断面部10cが形成される部分では成形時に肉厚はほとんど変化せず、花弁状異形断面部10cの肉厚は、もとの素材管10の肉厚とほぼ同一である。したがって、凹部の谷底部に破壊を生じさせることなく、伝熱管に花弁状異形断面部を容易に形成することができる。

0034

(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2にかかる熱交換器用の異形伝熱管の製造方法を説明する。なお、実施の形態2にかかる異形伝熱管も、実施の形態1にかかる異形伝熱管と同様に、例えば図1に示すような2重管式伝熱管の伝熱管として、あるいは多管式熱交換器の伝熱管などとして、幅広く用いることができるものである。

0035

実施の形態2にかかる異形伝熱管の製造工程は、次の工程1〜工程3に大別される。
工程1素材管の定尺切断
工程2 両端円筒部絞り成形
工程3花弁状異形断面部成形
以下、工程1〜工程3における具体的な成形手法を説明する。

0036

(1) 工程1(素材管の定尺切断)
図15(a)に示すように、工程1では、円筒形の素材管40を、製造すべき伝熱管の長さに応じて切断する。ここで、素材管40の外径φAは、後で説明する工程3で形成される花弁状異形断面部40f(図15(c)参照)の周長と同一又は近似の周長をもつように設定される。また、素材管40の肉厚t1は、形成すべき花弁状異形断面部40fの肉厚と同一又は近似の値に設定される。なお、素材管40の外径φAは、完成後の伝熱管の円筒部40d(図15(c)参照)の外径φBよりも大きい。

0037

(2) 工程2(両端円筒部絞り成形)
図15(b)に示すように、工程2では、素材管40の両端近傍部に縮管成形を施し、円筒部40aとテーパ部40bとを形成する。この縮管により、素材管4の両端部(円筒部40a)では、外径はφAからφBに減少し、肉厚はt1からt2に増加する。縮管手法としては、例えば、プレス絞り、スピニング、スエージング等を用いることができる。これにより、円筒部40aとテーパ部4bと未成形部40cとからなる素材管40が得られる。

0038

(3) 工程3(花弁状異形断面部成形)
図15(c)に示すように、工程3では、実施の形態1における工程2と同様の成形手法で、素材管40の軸方向中部、すなわち未成形部40cとテーパ部40bの一部とに花弁状異形断面部40fを形成する。花弁状異形断面部40fの肉厚は、元の素材管10の肉厚t1とほぼ同じである。なお、花弁状異形断面部40fの外径は、円筒部40aの外径φB以下である。これにより、素材管40に、円筒部40aと不完全花弁状断面部40eと花弁状異形断面部40fとが形成され、伝熱管40が完成する。

0039

以下、花弁状異形断面部40fの具体的な成形手法を説明する。図16(a)、(b)〜図19(a)、(b)は、素材管成形装置を用いて、素材管40に花弁状異形断面部40f及び不完全花弁状断面部40eを形成する成形手法を示している。なお、素材管成形装置は、実施の形態1の場合と同様である。
素材管40に花弁状異形断面部40f及び不完全花弁状断面部40eを形成するには、まず図16(a)、(b)に示すように、素材管40を把持部材21でチャックし、素材管成形装置にセットする。このとき、円盤状金型17は、開口状態にある。また、芯金20は、左側に移動した状態(前進状態)にある。

0040

続いて、図17(a)、(b)に示すように、移動装置22により、素材管40を所定の位置まで右向きに移動させて支持部材19内に挿入する。このとき、芯金20は移動せず、したがって素材管40の内部に配置された状態となる。なお、円盤状金型17は開口状態のままである。

0041

次に、図18(a)、(b)に示すように、円盤状金型17を中心方向に移動させる。そして、素材管40が芯金20と当接したときに、円盤状金型17の中心方向への移動を停止させる。このとき、素材管40と芯金20とが当接した部分は、その断面が花弁形状となるように成形される。さらに、円盤状金型17の移動を停止させた状態で、素材管40を、必要とする長さの花弁状異形断面部40fが形成されるように右向き(素材管長手方向)に移動させる。

0042

花弁状異形断面部40fの成形が完了した後、図19(a)、(b)に示すように、円盤状金型17を、素材管40の外方向に後退させ、もとの開口位置に戻す。そして、芯金20の移動を拘束した状態で、素材管40を左向きに移動させ、素材管40を芯金20から取り外す。この後、素材管40を把持部材21から取り外す。このようにして、図15(c)に示すような、円筒部40aと不完全花弁状断面部404eと花弁状異形断面部40fとを備えた素材管40(伝熱管)が得られる。

0043

図20に示すように、実施の形態2では、工程2(両端円筒部絞り成形)において、素材管40の直径と、テーパ部40b(未成形部40cから円筒部40aへの移行部)の形状と、円盤状金型17の半径とを適宜に設定することにより、必要とする不完全花弁状断面部40eの外径形状を、肉厚減少等の不具合を生じさせることなく、得ることができる。例えば、不完全花弁状断面部40eの曲率(R)は、円盤状金型17の半径によって決定される。

0044

すなわち、不完全花弁状断面部40eの凸部(花弁の頂部)の軸方向の形状は、テーパ部40bの形状と、円盤状金型17の半径との組み合わせで設定することができる(必要とする任意の形状が得られる)。ここで、必要とする形状とは、例えば図1に示すような、シェル2に接続する接続パイプ5、6の位置であり、冷却流体(冷却水)の通路を確保するために設定するものである。不完全花弁状断面部40eの曲率(半径)が極端に大きくなると、シェル2の内面と不完全花弁状断面部40eとの間の空隙が少なくなり、冷却流体の流れが妨害され、圧力損失が大きくなる。

0045

また、図20中における、番号1〜5の位置における素材管4の周長は、花弁状異形断面部40fの成形前後で変化せず、したがって肉厚も変化しない。このように、不完全花弁状断面部40eでは、位置によって肉厚が変化しない(薄くならない)ので、成形時に破壊、亀裂等の不具合が生じない。
なお、実施の形態2では、未成形部40cから円筒部40aへの移行部(テーパ部40b)はテーパ状であるが、曲面状(R状)や、曲面(R)とテーパの複合形状であってもよい。

0046

以上、実施の形態2にかかる熱交換器用の異形伝熱管の製造方法によれば、素材管40の花弁状異形断面部40fが形成される部分では成形時に肉厚はほとんど変化せず、花弁状異形断面部40fの肉厚は、もとの素材管40の肉厚とほぼ同一である。したがって、凹部の谷底部に破壊を生じさせることなく、伝熱管に花弁状異形断面部を容易に形成することができる。

図面の簡単な説明

0047

(a)は2重管式熱交換器の側面断面図であり、(b)は(a)に示す熱交換器を構成する異形伝熱管の側面断面図である。
従来の異形伝熱管の斜視図である。
図2に示す異形伝熱管の側面断面図である。
(a)〜(d)は、それぞれ、本発明の実施の形態1にかかる伝熱管の製造プロセスの工程1〜工程4の終了後における素材管ないしは伝熱管の一部断面側面図である。
(a)及び(b)は、花弁状異形断面部成形工程で用いられる素材管成形装置の側面図及び正面図である。
(a)及び(b)は、花弁状異形断面部成形工程で用いられる素材管成形装置の側面図及び正面図である。
(a)及び(b)は、花弁状異形断面部成形工程で用いられる素材管成形装置の側面図及び正面図である。
(a)及び(b)は、花弁状異形断面部成形工程で用いられる素材管成形装置の側面図及び正面図である。
(a)及び(b)は、花弁状異形断面部成形工程で用いられる素材管成形装置の側面図及び正面図である。
金型装置の正面図である。
開口状態にある6つの金型装置の配置形態を示す図である。
絞り状態にある6つの金型装置の配置形態を示す図である。
(a)〜(c)は、不完全花弁状断面部に円錐部を形成するための割りダイス及びパンチの側面断面図である。
(a)及び(b)は、素材管の両端部を縮管するための割りダイスの側面断面図である。
(a)〜(c)は、それぞれ、本発明の実施の形態2にかかる伝熱管の製造プロセスの工程1〜工程3の終了後における素材管ないしは伝熱管の一部断面側面図である。
(a)及び(b)は、花弁状異形断面部成形工程で用いられる素材管成形装置の側面図及び正面図である。
(a)及び(b)は、花弁状異形断面部成形工程で用いられる素材管成形装置の側面図及び正面図である。
(a)及び(b)は、花弁状異形断面部成形工程で用いられる素材管成形装置の側面図及び正面図である。
(a)及び(b)は、花弁状異形断面部成形工程で用いられる素材管成形装置の側面図及び正面図である。
成形前後におけるテーパ部ないし不完全花弁状断面部の肉厚の変化を示す図である。

符号の説明

0048

1伝熱管、2シェル、3フランジ、4 フランジ、5接続パイプ、6 接続パイプ、7円筒部、8不完全花弁状断面部、9花弁状異形断面部、10素材管(伝熱管)、10a 未成形部、10b 不完全花弁状断面部、10c 花弁状異形断面部、10d円錐部、10e 円筒部、10f 不完全花弁状断面部、15金型装置、16 基部、17円盤状金型、18ベアリング、19支持部材、20芯金、21把持部材、22移動装置、25割りダイス、26パンチ、27 パンチ、28 空隙部、30 割りダイス、31 空隙部、32 割りダイス、33 空隙部、40 素材管、40a 円筒部、40bテーパ部、40c 未成形部、40e 不完全花弁状断面部、40f 花弁状異形断面部。

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