JP2005074908A

JP2005074908A - 放射状フィンを有する樹脂管の製造装置及びその製造方法

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Publication number: JP2005074908A
Application number: JP2003310535A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Hashimoto; 康明橋本
Original assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Current assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Priority date: 2003-09-02
Filing date: 2003-09-02
Publication date: 2005-03-24

Abstract

【課題】耐食性に優れるとともに、放熱特性や吸熱特性が高く、内部を流動する流体と外部を流動する流体との熱交換効率にも優れた樹脂管を得る。また、この耐食性と熱交換性能に優れた樹脂管を、樹脂材を用いて単純な構造と簡易な製造工程で廉価に形成する。
【解決手段】溶融樹脂材6を導入して押し出し、放射方向に複数本の外周フィン2を一体に突設した樹脂管1を成形するダイス7と、この樹脂管1の押し出し先に配置し該樹脂管1を導入して冷却固化するための冷却水槽10と、樹脂管1を移送ローラ12にて管軸方向に移送しながら円周方向の一方に回転または一方と他方に交互に揺動回転させる回転ローラ13とから構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車や建設機械の流体冷却管、居住用空間の温湿度を調整する空調機、その他に於いて、腐食環境下で使用される放射状フィンを有する樹脂管に係るもので、耐食性に優れるだけでなく、高い放熱特性や吸熱特性による効率的な熱交換が可能で、管軸に対し傾斜させた放射状フィンを有する樹脂管の製造装置及び製造方法を得ようとするものである。

従来、耐食性を有する伝熱管として、下記特許文献１、２に記載の発明の如く、亜鉛メッキやクロメート被膜等の耐食メッキを施した鋼管やアルミ管等の細径金属管の外周面に、押出成形法によりポリアミド(ＰＡ)、ポリプロピレン(ＰＰ)、ポリエチレン(ＰＥ)等の熱可塑性の樹脂被膜層を設けたものが存在する。この樹脂被膜層が持つ衝撃吸収力や耐水性、耐薬品性等を利用して、飛び石等による耐食メッキ層、細径金属管の破損を防ぐとともに、泥はねや薬品等による細径金属管の酸化を防止して、伝熱管の耐食性を高めていた。

他方、伝熱管の内外を流動する流体相互の高い熱交換性能を得るため、特許文献３、４、５に記載の発明の如く、細径金属管の外周に長尺な金属製の平板を螺旋状に巻回して、該細径金属管の外周にフィン部材を突設する事で放熱特性や吸熱特性を高めた伝熱管が存在する。
特開平８−１８８８８４号公報特開平１０−３１５２９５号公報特開平９−４２５７３号公報特開平９−１３６１１１号公報特開平１１−３２５７７８号公報

しかしながら、特許文献１、２の樹脂被膜層を設けた伝熱管は、耐衝撃性や耐食性を高めるために樹脂被膜層を肉厚に形成しているので、放熱特性や吸熱特性の点で問題があり、伝熱管の内外を流通する流体相互の熱交換効率を向上させるのは困難であった。他方、特許文献３〜５の金属製フィン部材を突設した伝熱管では、伝熱面積が増大し高い熱交換性能が得られるが、飛び石等により細径金属管の表面の耐食メッキ層が破損され易く、耐食性に問題があるとともに、伝熱管やこの伝熱管を使用した熱交換器の重量が増大して、車輌等への設置の際に制限があった。また、従来技術では、樹脂材のみで形成した熱交換用の管製品は存在しなかった。

本発明は上述の如き問題を解決するため、高い耐食性及び耐衝撃性を有する樹脂管の表面積を増大させる事により、金属材を使用した伝熱管と同等若しくはそれ以上の熱伝導性を有する軽量な樹脂管を得る事を目的とするものである。そして、このような熱交換性能に優れる樹脂管を、容易な製作技術で廉価に得る事が可能な製造方法及び製造装置を得るものである。

本発明は、上述の如き課題を解決するため、第１の発明は、溶融樹脂材を導入して押し出し、放射方向に複数本の外周フィンを一体に突設した樹脂管を成形するダイスと、この樹脂管の押し出し先に配置し該樹脂管を導入して冷却固化するための冷却水槽と、樹脂管を移送ローラにて管軸方向に移送しながら円周方向の一方に回転または一方と他方に交互に揺動回転させる回転ローラとから成る、放射状フィンを有する樹脂管の製造装置である。

また、第２の発明は、溶融樹脂材を導入し、ダイスを介して溶融樹脂材を押し出して外周フィンを複数本一体に突設した樹脂管を成形し、この樹脂管を冷却水と接触させて冷却固化するとともに樹脂管を管軸方向に移送しながら、この樹脂管を円周方向の一方に回転または一方と他方に交互に揺動回転させる事により、管軸に対して螺旋状又は波状で管軸方向に長尺な連続した樹脂材製の外周フィンを複数本、外周面に一体に突設した樹脂管を得る工程から成る、放射状フィンを有する樹脂管の製造方法である。

本発明は上述の如く構成したもので、樹脂材のみで形成した樹脂管であるから、耐衝撃性や耐水性、耐薬品性等の耐食性に優れ、しかも軽量な製品を廉価に得る事ができる。また、長尺な連続した樹脂材製の外周フィンを複数本突設して樹脂管の伝熱面積を増大させているので、金属材で形成した伝熱管と同等若しくはそれ以上の熱伝導性を得る事ができる。従って、樹脂管の内外を流動する流体相互の効率的な熱交換が可能となる。また、樹脂材は廉価で加工性に優れるているから、樹脂管の生産性を高める事ができるとともに、軽量で車輌等への設置の際に制限の少ないレイアウト性の良い製品を得る事ができる。また、樹脂材のみで形成しているので、所望の長さに容易に切断して使用する事ができ、設置スペースや使用目的等に対応したフレキシブルな使用が可能となる。

また、このような樹脂管を使用する事で、自動車や建設機械の流体冷却管、居住用空間の温湿度を調整する空調機、各種配管による吸放熱、一般産業用、暖房用、給湯用、その他の熱交換器の熱交換性能、耐食性、耐熱性、耐久性を高める事ができるとともに、製品の軽量化が可能となる。

以下、本発明の実施例を図面に於て詳細に説明すれば、図１は放射状フィンを有する樹脂管の製造装置の概略図であり、本発明の実施例１の樹脂管を製造する過程を示している。また、図２は図１の製造装置で形成された樹脂管の斜視図で、螺旋状の外周フィンを設けている。また、図３は実施例２の樹脂管の斜視図で、外周フィンの側面形状を波形に形成している。

尚、実施例１、２では、外周フィンを有する樹脂管の材料として、ＰＡ、ＰＰ、ＰＥ等の樹脂材を使用する事により、耐食性や耐衝撃性に優れるとともに廉価な樹脂管を得る事ができる。また、モノマーキャストナイロン、ポリアミドイミド、ポリペンズイミダゾール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルホン、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリサルフォン、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシアルカン、フルオロエチレン−プロピレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−エチレン、エチレンクロロトリフルオロエチレン等の樹脂材を使用する事により、熱交換性能や耐食性が優れるだけでなく、耐熱性にも優れる樹脂管を得る事ができる。

また、これらの樹脂材には、銅、アルミ、ステンレス等の金属材、カーボン材又はガラス材等で形成した粒子や繊維を含有させても良く、樹脂材を使用した場合でも樹脂管の熱伝導性を高めて、熱交換性能をより向上させる事ができる。また、黒色で黒体輻射効果のある樹脂材を使用する事が望ましく、この黒色で黒体輻射効果のある樹脂材に更に前記粒子や繊維を含有させても良く、放熱の場合は輻射熱の放射特性に優れ、吸熱の場合は熱吸収に優れたものとなり、樹脂管の熱交換効率の更なる向上が可能となる。

また、上記樹脂材に、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン等のカーボンナノファイバーを含有させる事により、樹脂材の熱伝導性を高めて、樹脂管の放熱特性や吸熱特性を更に向上させる事ができる。また、このようなカーボンナノファイバーを、５wt%より多く３０wt%より少ない含有量で含有させるのが好ましく、より良好な伝熱効果が得られるとともに樹脂管の生産も容易である。

上記カーボンナノファイバーの含有量を５wt%以下とすると、伝熱効果の向上作用に乏しいものとなる。また、含有量を３０wt%以上としても伝熱効果に大きな差を生じないし、３０wt%以上を樹脂材に含有させるのは困難で、生産性が低下するとともに高価なものとなる。尚、本明細書で言うカーボンナノファイバーとは、ナノテクノロジー分野に於いて、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、その他ナノ単位のカーボン繊維を含んだ総称を示すものである。また、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、その他を混在させて樹脂材に含有させても良いし、単体で含有させても良い。また、カーボンナノチューブを樹脂材に含有させる場合は、カーボンナノチューブが単層であっても良いし、複層であっても良い。更に、このカーボンナノチューブのアスペクト比は問わないものである。また、カーボンナノチューブの太さ、長さ等も問わないものである。

図１、図２を用いて実施例１の樹脂管とその製造装置の構成及びその製造工程を説明する。まず、図２に示す(１)は樹脂管で、前述の如くＰＡ、ＰＰ、ＰＥ等の樹脂材から形成されている。そして、この樹脂管(１)の外周に、管軸方向に傾斜させて長尺な連続した樹脂材製の外周フィン(２)を複数本、管軸に対して螺旋状に配設している。

上述の如き樹脂管(１)の製造工程を図１を用いて説明すれば、(４)は溶融押出成形装置で、コンテナ(５)内に溶融樹脂材(６)を導入し、この溶融樹脂材(６)の押し出し先に、放射方向に１２本の外周フィン(２)を突設した樹脂管(１)の外形をかたどったダイス(７)を配設している。また、コンテナ(５)内には、樹脂管(１)の管孔を形成するための棒状の中子(８)を配設している。

尚、実施例１では外周フィン(２)を螺旋状に形成するが、これは後述の如く、回動ローラ(13)にて樹脂管(１)を回転させる事で螺旋状とするので、ダイス(７)の内周面は管軸に対して平行に形成しても良い。しかし、ダイス(７)の内周面を、螺旋方向即ち管軸に対して傾斜させて形成する事により、樹脂管(１)を回転させながらの溶融樹脂材(６)の押し出しをより円滑に行って、外周フィン(２)の表面をより滑らかなものとする事ができるし、回転力によってダイス(７)の内周面の端部で外周フィン(２)が破損されるような不具合を防ぐ事ができる。

また、ダイス(７)からの樹脂管(１)の押し出し先には、図１に示す如く、冷却水槽(10)を配設している。この冷却水槽(10)には、ダイス(７)から押し出されてくる樹脂管(１)を冷却水槽(10)内に導入するための挿通口(11)が管軸方向に一対開口されるとともに、この冷却水槽(10)には冷却水が常時供給されて挿通口(11)や開口部からオーバーフローしている。そして、溶融押出成形装置(４)のダイス(７)から押し出された樹脂管(１)は、冷却水槽(10)内に配置した移送ローラ(12)によって管軸方向に移送される事で、冷却水槽(10)内に常時供給される冷却水によって冷却固化される。

また、冷却水槽(10)内には、移送ローラ(12)の移送先に近接して、樹脂管(１)を円周方向の一方に回転させるため回転ローラ(13)を配設している。従って、ダイス(７)から押し出される樹脂管(１)が、移送ローラ(12)にて軸方向に移送されながら、回転ローラ(13)にて円周方向の一方に回転される事により、軸方向に長尺で連続した外周フィン(２)が、樹脂管(１)の外周に螺旋状に複数本、一体に突設された樹脂管(１)を得る事ができる。また、冷却水槽(10)にて冷却固化された樹脂管(１)は、冷却水槽(10)に隣接して配置したカッター(14)にて、所望の長さに容易に切断する事が可能となり、使用目的等に応じて様々な長さの放射状フィンを有する樹脂管(１)を得る事が可能となる。

尚、上記移送ローラ(12)は、樹脂管(１)を移送方向に移送するだけでなく、回転ローラ(13)と共動して移送ローラ(12)自身も樹脂管(１)の円周方向に回転可能に形成し、移送ローラ(12)によっても樹脂管(１)を円周方向に回転させても良い。このような構成とすると、樹脂管(１)がダイス(７)から押し出されて直ぐに円周方向に回転されるものとなり、樹脂材の固化前のより速い段階で外周フィン(２)を螺旋状とする事ができ、外周フィン(２)の螺旋化を円滑に行う事ができる。また、樹脂管(１)の押し出し開始直後では、樹脂管(１)が短く、回転ローラ(13)による円周方向への回転が作用しないので、外周フィン(２)が螺旋状ではなく直線的となるが、上述の如く移送ローラ(12)によっても樹脂管(１)を円周方向に回転可能に形成する事により、この直線状の外周フィン(２)の形成長さをより短くする事が可能となり、効率的な生産が可能となる。

また、樹脂材は廉価であるし、溶融押出成形装置(４)により溶融樹脂材(６)を押し出しながら円周方向に回転させるだけで、複数の外周フィン(２)を一体に突設した樹脂管(１)を形成できるので、製造方法が容易であるとともに、精密機械部品の使用や高度な製作技術を使用する事がなく、樹脂管(１)の生産性を向上させる事が可能となるとともに、その製造装置も廉価に得る事ができる。

上述の如く形成した本発明の樹脂管(１)は、樹脂材のみで形成しているから、金属材製品に比べて軽量で廉価な製品が得られるとともに、雨風や泥はね等への耐水性、耐薬品性等や、飛び石等への耐衝撃性にも優れた製品を得る事ができる。また、複数の外周フィン(２)を突設する事により、伝熱面積を増大させる事ができ、樹脂材のみで形成した樹脂管(１)であっても、金属材を使用した伝熱管と同等若しくはそれ以上の熱伝導性を得る事が可能となる。更に、外周フィン(２)を螺旋状とする事により、樹脂管(１)の外周を流動する低温熱媒体流体の乱流化や撹拌効果を生じ、螺旋状に配設された複数の外周フィン(２)間に発生し易い境界層を剥離する事ができる。従って、樹脂管(１)の放熱特性又は吸熱特性を高める事ができ、該樹脂管(１)の内部を流通する流体と外部を流通する流体との熱交換を効率的に行う事ができる。

上記実施例１では、回転ローラ(13)によって樹脂管(１)を一方向に回転させながら溶融樹脂材(６)を押し出す事により、螺旋状の外周フィン(２)を形成しているが、図３に示す実施例２では、揺動回転する回転ローラ(13)を使用し、樹脂管(１)を一方向と他方向に交互に回転させながら、樹脂管(１)の外周に溶融樹脂材(６)を押し出している。このような工程で成形する事により、図３に示す如く、側面形状を波形とする曲面を有した外周フィン(２)が外周に形成された樹脂管(１)を得る事ができる。このような波形の外周フィン(２)に於いても、伝熱面積を増大させて、熱伝導性を高める事ができるとともに、樹脂管(１)の外周を流動する低温熱媒体流体の乱流化や撹拌効果を促進して、樹脂管(１)の熱交換性能を向上させる事が可能となる。

本発明の実施例１の樹脂管の製造装置とその製造工程を示す概略図。本発明の実施例１の樹脂管の斜視図。本発明の実施例２の樹脂管の斜視図。

符号の説明

１樹脂管
２外周フィン
４外周フィン
６溶融樹脂

Claims

溶融樹脂材を導入して押し出し、放射方向に複数本の外周フィンを一体に突設した樹脂管を成形するダイスと、この樹脂管の押し出し先に配置し該樹脂管を導入して冷却固化するための冷却水槽と、樹脂管を移送ローラにて管軸方向に移送しながら円周方向の一方に回転または一方と他方に交互に揺動回転させる回転ローラとから成る事を特徴とする放射状フィンを有する樹脂管の製造装置。
溶融樹脂材を導入し、ダイスを介して溶融樹脂材を押し出して外周フィンを複数本一体に突設した樹脂管を成形し、この樹脂管を冷却水と接触させて冷却固化するとともに樹脂管を管軸方向に移送しながら、この樹脂管を円周方向の一方に回転または一方と他方に交互に揺動回転させる事により、管軸に対して螺旋状又は波状で管軸方向に長尺な連続した樹脂材製の外周フィンを複数本、外周面に一体に突設した樹脂管を得る事を特徴とする放射状フィンを有する樹脂管の製造方法。