CN1682057A - 金属波纹管及其制造的方法、以及用于高压流体的挠性管 - Google Patents

Abstract

金属波纹管的波纹状管壁1中的脊部2和凹部3的横截面形状被形成为V形状。结果，与传统的相比，可以提供具有显著改良的弯曲疲劳抗力的金属波纹管。此外，通过此金属波纹管和覆盖所述管的外部的管状金属编织物，可以构成用于本发明的高压流体的挠性管。结果，超过20MPa的高压流体，特别是当70MPa的超高压流体可以不用透过流体的分子而进行安全传输。

Description

金属波纹管及其制造的方法、以及用于高压流体的挠性管

技术领域

本发明涉及金属波纹管及其制造方法，以及使用所述波纹管的用于高压流体的挠性管。所述用于高压流体的挠性管被用于供给或者传输用于氢燃料电池的高压流体，例如高压氢气等。

背景技术

由于金属波纹管是具有波纹状管壁并允许膨胀/收缩、屈折和弯曲的金属管，它们用于吸收在诸如工业设备和装置中的可移动管道系统、钢厂的管道系统、石油冶炼、石油化工、发电和其它核心工业等中的诸如热膨胀/收缩、振动、抗震性、吸震、地面沉降等的位移的目的。

金属波纹管(此后简称为“波纹管”)传统上通过设置多个挤压为特定的截面形状的盘、并焊接相邻的盘的内周和外周而形成。但是，由于此方法涉及较大量的制造步骤，并不适于大规模制造，所获得的金属波纹管价格昂贵，并且当应力施加到焊缝上时，断裂和裂纹可能在所述部分上发生，并且持久性不能满足。因此，由金属管(基管)来制造波纹管的方法被研发。作为这样的方法的示例，液压成形方法、弹性体成形方法、连续模成形方法等可以被提及。

液压成形方法是这样的方法：其中圆形模具在金属管的外周内以恒定的间隙上安置，液体填充在此状态中的管中，金属管的管壁被加压以形成为波纹管状。此外，弹性体成形方法是这样的方法：其中包括将弹性部件(弹性体)插入到金属管中的预定部分，所述金属管被设置在成形模和芯部金属之间；从两端(管的纵向方向上的两个端部)对所述弹性部件加压以通过弹性部件的加压变形力而膨胀金属的预定的位置；然后在成形模中压力成形所述被膨胀的部分的加工被反复进行，同时在金属管的纵向方向上移动成形部分以形成波纹管。连续模成形方法是这样的方法：其中金属管经过插入其间的轴承而通过配合到模具保持架的褶皱成形模，以偏心支持管的中心和模具的中心，模具的凸起被插入到金属管中，同时围绕管的中心旋转皱褶成形模以连续成形圆周槽，从而形成波纹形状的管壁。这些方法的细节在下面的现有技术文件1中进行了描述。

同时，使用金属波纹管近年来有发展的趋势，因此，期望对金属波纹管的柔韧性进行进一步改良，尤其是重复的弯曲变形的持久性的进一步改良(即弯曲疲劳抗力)。但是，使得金属波纹管的弯曲疲劳抗力的充分改良的技术到目前为止还没有被完全建立。

另一方面，作为对金属波纹管的将来的非常重要的应用，存在这样的一种使用：其中必须传输诸如氢燃料电池的高压流体。

氢燃料电池是其中从外部供给的作为燃料的氢气和氧气(通常是空气中的)在所述电池中进行电化学反应以产生电的装置。由于只有热和蒸汽通过来自所述电池中的电化学反应的副产品所产生，氢燃料电池作为不污染全球环境的清洁能源吸引了注意。

特别地，诸如设有氢燃料电池作为驱动力的动力源的客车和巴士的运输装置(称为燃料电池车辆)作为运输的下一代装置而言是非常重要的，并且它们的实际应用的不同技术已经被研发(参看，诸如下述的现有技术文件2)。

现有技术文件1：“Sosei To Kakou(Journal of the Japan Societyfor Technology of Plasticity)，Vol.32，No.366(1991-7)，pp.818-823

现有技术文件2：日本未审查专利出版物No.2003-086213。

为了将不同的燃料电池车辆带入到社会的实际的应用中来，成了将燃料电池本身安装到车辆上的技术之外，需要用于将氢气提供给燃料电池车辆的装备，诸如汽油站。这样的氢气供给装备，是“氢气供给站”、“氢站”等的别名，正在进行实际应用的调查。

但是，本发明人调查了上述氢气供给装备，发现用于从固定到供给设备的存储箱供给氢气到燃料电池车辆用的可变形软管没有被彻底的研究并存在问题。所述问题是从将被供给的氢气是传统上没有发现的高压气体的事实所引起的。

传统上，有一些情况是其中被压缩的天然气被用作车辆用的燃料气体，在这种情况下，气压大约是20MPa(200atm)。

相对比而言，用作氢燃料电池的氢气是诸如25MPa(大约250atm)和35MPa(大约350atm)的更高压力，在将来70MPa(大约700atm)的超高压上的供给也要考虑。

为了从固定的气箱中将高压氢气供给到不同尺寸的车辆(此外，车辆的停止位置也会变化)，作为介体的挠性管是必须的。

作为传统上大约20MPa等的高压气体供给用的挠性管，通过容纳金属线所强化的树脂管和其中长度通过覆盖金属编织物而受到限制的金属波纹管可以被提及。

但是，为了供给用作氢燃料电池的高压氢气，上述的树脂管是不利的，因为氢气通过管壁。同样，上述的金属波纹管没有被形成用于供给高达70MPa的超高压气体；由于来自气体填充和释放的反复膨胀/收缩，管体的周向方向内的应力的重复的动作、来自重复弯曲变形管的弯曲疲劳等，金属疲劳可能在波纹管部分发生，并且所述管可能断裂。同样，没有对金属编织物的涂层进行改良，并且所述管可能断裂。

这些问题是不仅在氢燃料电池中的高压氢气供给的情况中，而且在其它的超高压的流体的供给中也同样会出现的问题。

发明内容

因此，本发明的第一目的是提供一种与传统的产品相比具有充分改良的弯曲疲劳抗力的金属波纹管及其制造方法。

同样，本发明的第二目的是提供一种挠性管，其可以安全地用于传输超过20MPa(尤其是在70MPa的超高压时)的高压流体，而不透过流体的分子。

本发明人通过对实现上述目标进行了广泛的研究，发现在提高金属波纹管的弯曲疲劳阻力中，减小波纹状管壁中的波纹的节距是有效的，基于此发现的进一步调查，结果开发了本发明的金属波纹管及其制造方法。

此外，本发明人通过使用根据本发明的金属波纹管，并增加了用于抑制所述金属波纹管的伸长的编织物的强度，而成功构造能够进行安全传输而没有透出的挠性管，即使是在如上所述的超高压流体的情况下。

即，本发明具有下述特征：

(1)一种金属波纹管，其中波纹形状的管壁的脊部和凹部的横截面是V形。

(2)如上(1)的金属波纹管，其中波纹管的节距是1.5mm或者更小，脊部的高度是0.5-4.0mm。

(3)如上(2)的金属波纹管，其中波纹状的管的壁厚度是0.1-0.3mm。

(4)如上(1)—(3)任一的金属波纹管，其中所述管具有4.5-20mm的外径。

(5)一种制造金属波纹管的方法，包括准备金属波纹基管，其中波纹状管壁的脊部和凹部的横截面形状是U形，在纵向方向上压缩所述基管以使相邻的波纹状管壁的脊部和凹部彼此相紧密接触，进一步压力成形所述管，直到各脊部的内部空间和相邻脊部之间的空间通过挤压而基本消失，然后在挤压成形之后在管的纵向方向上拉伸所述基管直到相邻的脊部的顶点至顶点(peak to peak)间隙达到预定的距离。

(6)如上(5)所述的制造方法，其中在压力成形之后的上述基管的管的纵向方向上拉伸之后，相邻脊部之间的顶点至顶点间隙是1.5mm或者更小，脊部的高度是0.5-4.0mm。

(7)一种用于高压流体的挠性管，能够传输70MPa的高压流体，并包括金属波纹管和覆盖所述管的外部的管状金属编织物，其中

金属波纹管被形成，这样波纹状管的脊部和凹部具有V形横截面形状，

管状金属编织物具有与金属波纹管的对应的两端分别相结合的端部，以及

金属编织物部件的总的横截面面积S和金属线的材料被确定，以满足(σx cos(θ/2))/n≥F/S

其中F[N]是作用以拉伸金属波纹管的高压流体的力，S[mm²]是出现在金属编织物的横截面上的金属线的横截面积，金属编织物的相交角度θ是50-120度，σ[MPa]是所述金属线的材料的拉伸强度，n是安全系数。

(8)如上(7)所述的挠性管，其中力F是1374-17813[N]，安全系数n是4。

(9)如上(7)所述的挠性管，其中高压流体是氢气或者氢气和液体氢气的混合物。

(10)如上(7)所述的挠性管，其中金属波纹管的两端具有作为口承(mouth piece)的金属管，以及口承通过焊接或者铜焊而与金属编织物的端部相结合。

(11)如上(7)所述的挠性管，其中金属编织物的端部通过铜焊与口承相结合，金属编织物的端部设有覆盖所述编织物的编织物挤压器环，金属编织物和编织物挤压器环被铜焊到口承，端部大致朝向平坦的位置，编织物挤压器环具有从端部表面预定位置上暴露金属编织物的通孔，并且通孔允许确保编织物中的焊料的穿透到至少预定的位置上。

(12)如上(7)所述的挠性管，其中金属编织物的端部与口承通过铜焊相结合，金属编织物的端部设有覆盖所述编织物的编织物挤压器环，金属编织物和编织物挤压器环被铜焊到口承，端部大致朝向均匀的位置，编织物挤压器环和/或者口承的外部包括允许焊料在其中流动并用作制动器的圆形凹限或者单个凹限。

(13)如上(7)所述的挠性管，其中金属波纹管具有2mm或者更少的波纹节距，脊部的高度是1-4mm。

(14)如上(7)所述的挠性管，其中波纹形管的壁厚是0.1-0.5mm。

(15)如上(7)所述的挠性管，其中金属波纹管具有内径4-17mm。

(16)如上(7)所述的挠性管，其中金属波纹管通过如上(5)所述的制造方法形成。

(17)如上(7)所述的挠性管，其中上述力F是1374-17813[N]，n＝4，金属波纹管由不锈钢制造，并具有内径4-17mm，波纹形管的壁厚是0.1-0.5mm，并且

金属编织物具有的结构，其中包括由不锈钢的线和6-10线数目的直径0.3mm的致密的编织层以2-6层被重叠在金属波纹管的外部上。

附图说明

图1是根据本发明的金属波纹管的示例的部分横截面主视图；

图2是用于制造本发明的金属波纹管的示例装置的横截面图；

图3是显示在用于金属波纹管的本发明的制造方法中的第一步骤中所制备的金属波纹基管的特征剖视图；

图4是显示在用于金属波纹管的本发明的制造方法中的第二步骤中所处理的金属波纹基管的特征剖视图；

图5是显示在用于金属波纹管的本发明的制造方法中的第三步骤中所处理的金属波纹基管的特征剖视图；

图6是显示在用于金属波纹管的本发明的制造方法中的第四步骤中所处理的金属波纹基管的特征剖视图；

图7是金属波纹管的弯曲疲劳抗力试验的说明视图；

图8是显示本发明的用于高压流体的挠性管的结构的示例的部分横截面视图，对于金属波纹管，只有出现在横截面上的端表面被显示，金属编织物的编织物结构没有被详细的描述，只是示意显示；

图9是金属编织物的编织物结构说明用的示意图，编织物的外观显示了其中线数目(在图中线数目是5)的线束被交替编织的图案，中心线指示所述管的纵向方向。所述线之一被显示有阴影线。

图10是显示了本发明的用于高压流体的挠性管的结构的示例的示意横截面视图，并显示了设有编织物挤压器环的示意结构。

具体实施方式

下面更为详细地描述本发明。

图1是本发明的金属波纹管的示例的部分主视横截面视图；以金属波纹管10作为示例，本发明的金属波纹管主要特征在于，波纹状的管壁1中的脊部2和凹部3的横截面形状是V形。注意，所述管的外部形状基本是圆柱形的。

此处，“脊部”是从波纹状管壁1中从管向外延伸的部分，并且“凹部”是从波纹状管壁1中从管向内延伸的部分。同样，“脊部和凹部的横截面形状”意味着通过在包括管的轴线L的平面上通过切割“脊部”和“凹部”而获得的截面的形状，如图1所示，“脊部和凹部的横截面形状是V形”意味着出现在前述截面上的脊部2内侧的表面和凹部3之外的表面的各边线(切割平面线)以V形状态折叠。注意，被折叠边(切割平面线)的顶点可以形成具有0.4或者更小的曲率半径的曲线。

这样，其中金属波纹管中的脊部和凹部的横截面形状是V形的本发明的金属波纹管通过如下所描述的本发明的制造方法来实施，并且不能通过所描述的液压成形方法、弹性体成形方法或者连续模成形方法来制造，这在前面的背景技术中进行了描述。注意，通过传统的用于金属波纹管的制造方法所形成的波纹状管壁的“脊部”和“凹部”的横截面形状是“U形”。所述“U形”指的是“脊部”的管内侧的表面和“凹部”的管之外的表面是弯曲的(在图3的状态中)。

由于波纹状的管壁1中的脊部2和凹部3的横截面形状是V形，本发明的金属波纹管允许进行轻易的弯曲变形，并使得可以减小波纹状管壁1中的波纹管的节距。

此处，“波纹管的节距”是图1中两个相邻的脊部3的顶点至顶点的距离；所述“波纹管的节距(间隙D1)”在波纹管10的纵向方向上有助于至少重复弯曲运动的部分上基本是恒定的，并且通常在整个管的整个纵向方向上是恒定的。注意“基本恒定”意味着节距没有有意改变，由于制造公差的缘故所导致的节距变化是可以接受的。

由于波纹状管壁1中的脊部和凹部的横截面形状是V形的，本发明的波纹管使得可以在不过分减小波纹状管壁1的厚度的情况下，与传统的产品相比减小节距。例如，当波纹状管壁1的厚度是0.2mm时，节距D1可以是1.5mm或者更少，优选地1.0mm或者更少，更为优选的0.8mm或者更少。由此，除了脊部和凹部是V形之外，波纹管的节距基本较小，这样获得了较高的挠度，并保证了管壁的充分的厚度；由此，弯曲疲劳抗力极大提高。但是，如果节距D1太小，相邻的脊部(凹部)彼此相干涉，这样挠性降低；由此，在本发明中，节距D1的下限优选地是0.3mm或者更大，更为优选的是0.4mm或者更大。

注意，在通过传统方法所制造的波纹形状的管中，其中波纹形状的管壁中的脊部和凹部的横截面形状是U形的，波纹管的节距至少超过1.5mm。

同样，在高压流体用的挠性管的金属波纹管中，例如，当管壁的厚度是0.3mm，节距D1可以是1.6mm或者更小，优选地1.4mm或者更小，更为优选地是1.2mm或者更小。由此，除了脊部和凹部是V形状外，波纹管的节距充分的小，这样获得较高的挠度，并保证了管壁的充分的厚度；由此，弯曲疲劳抗力极大提高。但是，如果节距D1太小，相邻的脊部(凹部)彼此相干涉，这样挠性降低；由此，在本发明中，节距D1的下限优选地是1.0mm或者更大。

波纹状管壁1的壁厚(图1中的符号S)根据波纹管的外径、材料等而变化，并且通常优选的是0.1-0.3mm，或者更为优选地是0.1-0.2mm或者左右。

同样，在高压流体的挠性管的使用中，波纹状管壁1的壁厚根据波纹管的内径、外径、材料等而变化，并且考虑到操作压力和制造步骤，优选地是0.15-0.5mm或者左右，更为优选地0.15-0.4mm或者左右。

如果波纹状管壁的壁厚小于上述的范围，在波纹管的处理之前基管本身的制造非常困难，使得波纹管昂贵，并且不能承载上述高压；另一方面，如果波纹状管壁的厚度大于上述描述的范围，波纹管变得难于弯曲，这导致弯曲疲劳抗力的减小。

在本发明的波纹管中，波纹状管壁中的波纹管的节距可以如上所述减小；当具有减小节距的波纹管的状态用管的纵向方向上的每单位长度(1cm)的脊部的数目来表达时，脊部的数目是6-34(优选地10-25)。

同样，在用于高压流体的挠性管的金属波纹管中，当波纹管的节距被表达为所述管的纵向方向上的每10cm的脊部数目时，脊部的数目优选地是63-83，更为优选地是71-83。

同样，在本发明的波纹管中，波纹状管壁1的脊部的高度(图1中的符号H1)优选地是0.5-4.0mm，更为优选地是1.0-3.0mm。

在用作高压流体用的挠性管中的金属波纹管中，波纹管壁中的脊部的高度H1优选地是2.0-5.0mm，更为优选地是2.5-4.0mm。

这是因为，所这脊部2的高度的增加，这优选地从波纹管的膨胀/收缩的角度，金属波纹管变得难于弯曲，这反过来导致弯曲疲劳抗力的减小，并且也由于随着脊部2的高度的减小，波纹管变得难于弯曲，这反过来导致弯曲疲劳抗力的减小。

尽管本发明的金属波纹管和传统的相似，可以被用于工业设备和装置的可移动管道系统，钢铁、石油冶炼、石化、发电和其它核心企业中的工厂管道系统，并且也可以用作波纹管型膨胀/收缩管耦合器的膨胀/收缩管(波纹管)，其尤其适于用作挠性管。挠性管指的是具有相对较小的管的外径的波纹管，其主要用在其中管进行反复的弯曲同时流体在其中流动，并且也诸如用作车辆刹车系统和不同的工业液压系统中液压装置中吸收累积压力和的脉动的部件，吸收引擎振动的部件，汽车燃料系统、排气系统和冷气系统的引擎和所述管道系统等的相对位移等，用作吸收汽车空调冷气管道系统等中的振动和相对位移的部件。

尽管本发明的波纹管的外径(图1中所示的相向脊部2的顶点之间的距离D2)根据波纹管的特定的使用而选择，并不受限制，当波纹管用作挠性管时，外径通常是4.5-20mm，优选地5-20mm。同样，在此挠性管中，管的外径和内径之间的差异(图1中所示的相向的凹部的峰之间的距离D3)优选地是2-6mm。

尽管用作高压的挠性管的金属波纹管的有效直径(当管内压在管的纵向方向上施加张力F时可以被用于计算的管径，即，图1中计算为(D2+D3)/2的直径)不受限制，优选地是12-16mm，更为优选地是13-16mm。

构成本发明的波纹管的材料大约根据允许流经所述管的流体而适当选择；不锈钢、镀铁、铝、黄铜等是适当的，并且使用不锈钢从腐蚀抗力的角度而言是适合的。

本发明的金属波纹管可以通过如下所述的方法来进行制造。

首先，通过制造金属波纹管的传统方法，其中波纹状管的脊部和凹部的横截面形状是U形的波纹管被制备(第一步骤)。在制备所述其中波纹状管的脊部和凹部的横截面形状是U形的波纹管中，优选地从制造金属波纹管的传统方法中使用连续模成形方法，因为相对较窄的波纹(相对较大数目的脊部的波纹管)可以被形成，即使对于具有相对较小直径的管而言。连续模成形方法是如图2所示其中金属管20通过由插入其间的轴承而配合到模保持架11的褶皱成形模12，以偏心地支持管20的中心和模具12的中心，模具12的突起13侵入金属管20，同时围绕管20的中心旋转褶皱成形模12，以连续形成圆周槽21。由此，如同3所示的金属波纹基管20A可以被形成，其中波纹状管壁中的脊部和凹部的横截面形状是U形的。

参照在第一步骤中所制备的金属波纹基管20A，优选地，波纹状管壁21中的波纹管D4的节距是1.5-3.5mm。这是因为可加工性在加工中改良以在下一个第二步骤中使相邻的脊部和凹部相互紧密接触，并且也由于其更容易获得更稳定形状的管(管的纵向方向上的均匀的形状)。

在上述第一步骤中所制备的金属波纹基管20A中，例如，在管的纵向方向上使用外压缩机压缩，以使得波纹状管壁21(图4)的相互相邻的脊部22和凹部23相紧密接触(第二步骤)。

注意优选地金属波纹基管20A在移动到所述第二步骤之前退火。通过所述退火，进行所述第二步骤中的管的压缩处理中以及下述的第三步骤的可操作性以以及在下述的第四步骤中所进行的管的拉伸处理被改良，由于所述处理管的疲劳损坏可以被抑制。所述退火优选地是光亮退火，不允许当管材料(纯净材料)是不锈钢时不锈钢的表面上的氧化层的形成。注意退火条件不受限制，传统上公知的金属管退火条件可以根据将被退火的金属管的纯净材料而施加；但是，当管材料(纯净材料)是不锈钢时光亮退火优选地在1010-1100℃时进行。

接着，轴被插入到上述金属波纹基管20A内，具有波纹状管壁21的相邻脊部22和凹部23紧密接触，并且所述金属波纹基管20A在纵向方向上使用诸如油压压床来进行加压，以实现压缩成形直到图4中所示的两个相邻脊部22的各脊部22和间隙25的内部空间24基本消失(图5)(第三步骤)。注意，此处所使用的“相邻脊部的各脊部和间隙的内部空间基本消失”指的是其中形成脊部和凹部的相邻壁已经被压缩到形成脊部和凹部的相邻凹部的面接触的程度，优选地是整个表面的面接触。

接着，在上述压力成形之后的金属波纹基管20A的两端被夹住，并且如图6中所示，基管在纵向的方向上拉伸，直到相邻脊部22的顶点至顶点间隙变为预定的间隙(前述间距D1)，以完成如图1所示的金属波纹管10(第四步骤)。

上述是根据本发明的金属波纹管和制造其的方法。接着，使用此金属波纹管的高压流体用的本发明的挠性管将被说明。

图8是显示了本发明的用于高压流体的挠性管(此后也称为“所述管”)的结构的示例的部分剖视横截面视图。

如图中所示，所述管由具有根据本发明的金属波纹管101和覆盖所述管的外部的管状金属编织物102构成。所述金属波纹管101具有金属材料和被选择以保证其中填充的流体的高压的壁厚，并通过管状金属波纹管部分被构造具有管用可变形性。

管状金属编织物102覆盖金属波纹管101的外部，并且所述编织物102的两端102a、102b与各对应的金属波纹管的两端相结合。在图8所示的示例中，作为口承103、104的金属管与金属波纹管101的两端相结合，并且金属编织物的端部102a、102b分别与所述口承103、104通过焊接或者铜焊相结合。通过此结构，尽管避免了使得金属波纹管的可变形性的变坏，金属波纹管101的长度被调节。

所述管的重要的特征在于，其被形成以使金属波纹管101的波纹状管壁中的脊部和凹部是V形，并且总的横截面积S和金属编织物的金属线材料被选择，这样金属编织物102保证了管中高达70MPa的高压，所述压力在传统上没有被发现。

通过具有上述的结构，金属波纹部分的疲劳被减弱，并且金属编织物适当地抑制了金属波纹部分的拉伸；由此不仅传统的高压流体，而且甚至70MPa的高压流体可以通过所述管安全地传输。

尽管使用所述管将被传输的流体没有受到限制，本发明的实用性在用于将高压氢气供应到氢燃料电池更为显著，因为用作氢燃料电池的氢气具有传统上所没有的高压(例如，25MPa，35MPa、70MPa)，如现有技术中所描述的那样，并且由于使用不允许氢泄漏的挠性管的使用是必须的。

用作所述高压用的管的金属波纹管实现了传统金属波纹管所没有获得的较小的节距D1，弯曲抗力较小，由此获得良好的弯曲可变形性，如上所述，并且此外，诸如与传统的具有较粗糙的节距的金属波纹管相比抗疲劳寿命改良、相对管直径的方向中的断裂具有增加的可接受压力(由于当管壁部分在包括管的纵向轴的平面上被切割时管壁部分的横截面积由于较高密度的节距而增加)，以及流经金属波纹管的流体的减小的压力损耗(由于壁内的管的波动由于较高的密度的节距而变得更细微，这样涡流就不太可能被形成)被最新获得。

注意，在通过传统的制造方法所制造的波纹状管壁中的脊部和凹部的横截面形状的波纹管中，波纹管的节距大于本发明中所使用的金属波纹管的节距。

对于构成用作高压用的挠性管所使用的金属波纹管的材料，考虑到相对内超高压和腐蚀抗力的强度，下述的不锈钢可以被提及作为优选的材料。

注意，用于高压用挠性管的金属编织物将被描述。

金属编织物是管状编织物也称为编织物，并且如图9所示，编织物结构是这样的：平行设置的多个金属线束在交叉角度θ并且根据金属波纹管的外径以不产生间隙的束数被编织为管状形状以形成基本单元层。此结构以所需的层数重叠以保证拉伸强度。

尽管优选地在相同的层内，线直径是恒定的线直径可以在不同的层中而变化。

各束中的线数被成为“线数”，用于编织的线数被成为“束数”。因此，围绕金属波纹管的金属线的总数是线数x束数x层数。

关于编织图案和编织技术，可以参照传统的公知技术。

金属编织物以总的横截面积S和被选择满足公式(σx cos(θ/2))/n≥F/S的金属编织的金属线材料来形成。σ是所述金属线的材料的拉伸强度[MPa]。在本发明中，具有充分强度和腐蚀抗力的材料被用作金属线，因为高达70MPa的高压材料被处理。作为这样的金属线材料，不锈钢是优选的。

在本发明中，作为用作金属波纹管和金属编织物的不锈钢的优选示例，JIS G4305(例如SUS304，SUS329J1等)中所规定的不锈钢可以被提及，并且从JIS所固定的不锈钢的进一步改良所获得的材料也可以被使用。作为这样的改良的不锈钢，奥氏体铁素体两相不锈钢(C：0.012wt％，Si：0.74wt％，Mn：0.7wt％，Ni：6.30wt％，Cr：25.00wt％，Mo：3.30wt％，N：0.10wt％)可以被提及，这可以诸如通过Nippon Yakin Kogyo公司所制造的抗腐蚀钢(产品号NAS64)来获得。

包括诸如NAS 64的改良产品的不锈钢的张力强度通常是480-853[MPa]。例如，SUS304的拉伸强度是520[MPa]，SUS329J1的拉伸强度是590[MPa]。作为冷扎板的NAS64的拉伸强度是853[MPa]。对于除了JIS所规定之外的拉伸强度的材料，通过基于JIS Z2241中所固定的测试方法所获得的值必须被使用。

所使用的金属线可以是用传统的公知的金属线所制造，以及JISG4309中所规定的也可以被提及。基管所述金属线的直径不受限制，优选地是0.3mm-0.6mm，特别优选地是0.3mm-0.5mm。

出现在金属编织物的横截面上的金属线截面的总横截面积S[mm²](从垂直于管的纵向方向所切割获得的截面)作为每金属线横截面x总的金属线数(线数x束数x层数)来获得。

交叉角度是50度-120度，优选地60度-100度。

考虑到70MPa的内压，金属编织物的层数优选地4-5层；特别地，鉴于现在可获得的线的直径和材料的强度，层数优选是5层，由此可以可变形性和管的强度相一致。

围绕金属波纹管的传统的挠性管没有设有5层的金属编织物的。这可以认为由于使用在本发明中的金属波纹管的优良的可变形性的缘故而变得可以实施的层数。

用于拉伸金属波纹管的通过高压流体所施加的力F[N]作为高压流体的内压(达到70MPa)和金属波纹管的有效的直径的乘积所获得。

例如，只要金属波纹管的有效直径是5mm-18mm，并假设70MPa的氢气被填充，力F将是1374[N]-17813[N]。

尽管只要其被确定完全考虑了处理超高压氢气的安全性，安全因子可以是任何值，从避免过分强化的角度而言2-4的因子是合适的。同样，如果具有诸如高压气体安全规则的限定管安全性的规则，满足从当时有效的规则(诸如，安全因子4等，假设具有内压4乘以所需的内压被规定)所获得的安全因子的值可以被采纳；如果安全因子在合乎规则的修改时被改变，设计值可以根据其进行微调。

用于可以被用于传输70MPa的氢气的管用的规范的示例在下面给出。

金属波纹管：材料NAS64，内径9.5mm，外径16.5mm，波纹状管壁的壁厚0.2mm-0.4mm，每100mm管长的脊部数目是83，脊部的高度是3.2mm。

金属编织物：线材料SUS304，线直径：0.3mm-0.5mm，线数6-8，束数24-32，交叉角度大约是90度，层数5(或者在线材料NAS 64的情况下线数6，束数24，交叉角度大约90度，层数3)。

管的总的外径是23mm。

尽管将金属编织物的两端结合到金属波纹管的两端的每个的结构没有限制，其中如图8所示的结构，作为口承103或者104的金属管通过焊接或者铜焊与金属波纹管的两端相结合，并且金属编织物102的两端102a或者102b被延伸到用于通过焊接或者铜焊覆盖所述口承的位置上是优选的。即，这是这样的结构：其中金属编织物和金属波纹管通过口承相结合。

对于用于焊接或者铜焊所述编织物至金属的技术，可以参照公知技术。

作为用于口承的金属管的优选材料，可以提及不锈钢，优选地鉴于与金属波纹管相结合，外径和内径可以大致与所述波纹管的波纹的总的外径和内径相同。

此口承可以在最外端设有用于与外管通道相连接的结构J(图10)，诸如螺栓或者管耦合器结构。

如图10中所示，所述结构是优选的，其中：在口承103和金属编织物102的结合部分上，进一步覆盖它们的编织物挤压器环105被安置，并且金属编织物102和编织物挤压器环105通过铜焊或者焊接与口承相结合，端表面彼此大致配合。通过提供编织物挤压器环105，结合部分被保护，编织物端部的外观可以进行修整。

当编织物挤压器环105被使用且结合方法是铜焊时，焊料渗透到编织物中的程度(例如，银焊料)通过编织物挤压器环的存在而变得不明显。

这样，在本发明中，如图10中所示，假设编织物挤压器环105可以设有通孔106以从端部表面的预定位置m上暴露金属编织物。“预定的位置”是结合所必须的最小的焊料材料渗透距离。通过提供所述通孔，可以通过视觉检测等来确定焊料已经在编织物中至少渗透到预定的位置上，并且可以很容易确定金属编织物用充分的强度结合到金属波纹管。

在图10中，焊料已经渗透到阴影所示的P范围中，已经在编织物中渗透的焊料可以通过通孔106确定。

尽管设置在编织物挤压器环中的通孔的位置、形状、尺寸和数目不受限制，位置不受限制，为了保证充分的铜焊渗透距离(＝强度)并清晰地确认该距离，优选地，从端部表面的预定的位置可以是5mm或者更大，优选地7mm或者更大。尽管从端部表面的位置的上限，作为避免过分穿透的实际的范围，15mm或者更小，特别是13mm或者更小是优选的。作为实际使用的推荐值，10mm可以被提及。

尽管通孔的开口直径不受限制，考虑到确定的容易性，环的强度的减小等，优选地开口直径可以是7mm到13mm等。考虑到强度，所述通孔可以设置在编织物挤压器环的主体的周向方向上的多个单元中。

当通过铜焊进行结合时，优选地，如图10所示，允许焊料流入其中并用作制动器的凹陷107设置在编织物挤压器环的内部和/或者口承的外部中。所述凹陷可以是围绕编织物挤压器环的内周或者口承的外周的环形槽，并且简单地可以是个孔。同样，尽管凹陷可以被设置在任意的编织物挤压器环之内和口承之外，其中凹陷只设置在口承的外部的实施例是优选的，考虑到组装时对编织物的影响(在图10中，出于说明目的，凹陷被设置在两侧上)。

凹陷的数目和开口的尺寸、形状和各凹陷的深度可以大致根据填充在凹陷中的焊料所获得的强度来确定。

所述管可以只用作连接固定箱和氢燃料电池车辆的应用中，但是也可以用于围绕车辆中的箱和管道系统中。同样，所述管不仅可以用于70MPa的高压氢气，而且可以用于处理较低压力的高压流体的工业设备和装置等的可移动管道系统中。

                             示例

本发明此处通过下述示例来进行更为具体的描述，但是本发明不限于此。

示例1

不锈钢圆柱状管通过连续模成形方法被形成为波纹基管(波纹节距：2.5mm)，其中波纹状管壁中的脊部和凹部的横截面形状是U形。接着，通过前述第二一第四步骤，其中波纹形状管壁中的脊部和凹部的横截面形状是V形的横截面被制备。

外径是9.3mm，内径是5.2mm，波纹状管壁的厚度是0.15mm，波纹的节距是0.5mm(管的纵向方向上的每1cm的脊部的数目是：20)，管的总长度是30cm。

比较示例1

不锈钢圆柱状管通过连续模成形方法来形成以产生其中波纹状管壁中的脊部和凹部的横截面形状是U形的波纹管(变形管)。

外径是9.3mm，内径是5.2mm，波纹状管壁的厚度是0.15mm，波纹节距是2.5mm(管的纵向方向上的每1cm的脊部的数目是：4)，管的总长度是30cm。

对于示例1中的波纹管和如上所述制造的比较示例1，执行了弯曲疲劳抗力的测试。所述测试通过如图7所示大额在施加氮气5kgf/cm²的内压以90度脉冲重复进行，测量数重复直到发生气体泄漏。注意，重复的数目用条件A→条件B→条件A作为一个循环来进行计算。

结果，示例1的波纹管的重复次数是13000，而比较示例1的波纹管的重复次数是2200；示例1的波纹管的弯曲疲劳抗力大约是比较示例1的波纹管的6倍。

                           工业适用性

从上述描述很明显可见，根据本发明，与传统技术相比，具有显著的改良的弯曲疲劳抗力的金属波纹管可以被获得，尤其是具有优良的持久性的挠性管可以被实现。

同样，根据本发明的挠性管，25MPa或者更高的高压流体，尤其是高达70MPa的用于氢燃料电池的高压氢气，可以通过所述管安全、没有泄漏地供给和传输。

本申请基于专利申请日本的No.262072/2002和113508/2003专利申请，其内容此处并入一共参考。

Claims (17)

1.一种金属波纹管，其中波纹形状的管壁的脊部和凹部的横截面是V形。

2.根据权利要求1所述的金属波纹管，其特征在于，所述波纹管的节距是1.5mm或者更小，所述脊部的高度是0.5-4.0mm。

3.根据权利要求2所述的金属波纹管，其特征在于，所述波纹状的管的壁厚度是0.1-0.3mm。

4.根据权利要求1-3任一所述的金属波纹管，其特征在于，所述管具有4.5-20mm的外径。

5.一种制造金属波纹管的方法，包括：准备金属波纹基管，其中波纹状管壁的脊部和凹部的横截面形状是U形；在纵向方向上压缩所述基管以使相邻的波纹状管壁的脊部和凹部彼此相紧密接触；进一步压力成形所述管，直到各脊部的内部空间和相邻脊部之间的空间通过挤压而基本消失；然后在挤压成形之后在管的纵向方向上拉伸所述基管，直到相邻的脊部的顶点至顶点间隙达到预定的距离。

6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，在拉伸之后，在压力成形之后的上述基管的管的纵向方向上的相邻脊部之间的顶点至顶点间隙是1.5mm或者更小，脊部的高度是0.5-4.0mm。

7.一种用于高压流体的挠性管，能够传输70MPa的高压流体，并包括金属波纹管和覆盖所述管的外部的管状金属编织物，其中

金属波纹管被形成，这样波纹状管的脊部和凹部具有V形横截面形状，

管状金属编织物具有与金属波纹管的对应的两端分别相结合的端部，以及

金属编织物部件的总横截面面积S和金属线的材料被确定，以满足(σx cos(θ/2))/n≥F/S

其中F[N]是作用以拉伸金属波纹管的高压流体的力，S[mm²]是出现在金属编织物的横截面上的金属线的总横截面积，金属编织物的相交角度是50-120度，σ[MPa]是所述金属线的材料的拉伸强度，n是安全系数。

8.根据权利要求7所述的挠性管，其特征在于，力F是1374-17813[N]，安全系数n是4。

9.根据权利要求7所述的挠性管，其特征在于，所述高压流体是氢气或者氢气和液体氢气的混合物。

10.根据权利要求7所述的挠性管，其特征在于，所述金属波纹管的两端具有作为口承的金属管，以及口承通过焊接或者铜焊而与金属编织物的端部相结合。

11.根据权利要求7所述的挠性管，其特征在于，金属编织物的端部通过铜焊与口承相结合，金属编织物的端部设有覆盖所述编织物的编织物挤压器环，金属编织物和编织物挤压器环被铜焊到口承，端部大致朝向平坦的位置，编织物挤压器环具有从端部表面预定位置上暴露金属编织物的通孔，并且通孔允许确保编织物中的焊料的穿透到至少预定的位置上。

12.根据权利要求7所述的挠性管，其特征在于，金属编织物的端部与口承通过铜焊相结合，金属编织物的端部设有覆盖所述编织物的编织物挤压器环，金属编织物和编织物挤压器环被铜焊到口承，端部大致朝向均匀的位置，编织物挤压器环和/或者口承的外部包括允许焊料在其中流动并用作制动器的圆形凹限或者单个凹限。

13.根据权利要求7所述的挠性管，其特征在于，所述金属波纹管具有2mm或者更少的波纹节距，脊部的高度是1-4mm。

14.根据权利要求7所述的挠性管，其特征在于，所述波纹形管的壁厚是0.1-0.5mm。

15.根据权利要求7所述的挠性管，其特征在于，所述金属波纹管具有内径4-17mm。

16.根据权利要求7所述的挠性管，其特征在于，所述金属波纹管通过如权利要求5所述的制造方法形成。

17.根据权利要求7所述的挠性管，其特征在于，上述力F是1374-17813[N]，n＝4，金属波纹管由不锈钢制造，并具有内径4-17mm，波纹形管的壁厚是0.1-0.5mm，并且

金属编织物具有的结构，其中包括由不锈钢的线和6-10线数目的直径0.3mm的致密的编织层以2-6层被重叠在金属波纹管的外部上。

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