JP2006342999A - 熱交換装置およびニップル並びにその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 液漏れせず、抜け落ちもしない高い信頼性のニップル構造を有する熱交換装置をより安価に提供することにある。
【解決手段】 ニップル４の金属パイプ３に係止スリーブ５，５を挿入し、金属パイプ３を内側から拡径して拡径部３２によって係止スリーブ５，５を固定する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内部に熱交換媒体用流路としての金属パイプが配管された熱交換装置とニップルに関し、さらに詳しく言えば、ニップルに取り付けられるチューブの液漏れ防止構造に関する。

熱交換装置のうち、例えば特許文献１に記載の熱交換装置では、発熱体や被加熱体に沿って取り付けられる板状の金属板からなる熱伝導体を有し、その内部に水などの熱交換媒体を通すための金属パイプが配管されている。

通常、この熱交換装置には金属パイプ内に熱交換媒体を流すための入出力ポートとしてニップル（口金）が設けられている。そこにゴムホースなどのチューブが接続され、金属パイプ内に水が流されることで、発熱体で発生した熱を金属板を介して外部に放熱するようになっている。なお、これとは逆に金属パイプ内に加熱流体を流して被加熱体を加熱することもある。

しかしながら、熱交換媒体に高圧をかけた場合、ニップルとゴムホースとの間で熱交換媒体が漏れ出す場合がある。そこで、従来では、ゴムホースを取り付けたのち、その周囲をバンドで固定するなどしていた。

また、別の方法として特許文献２に示すように、ニップルの外周に環状凸部からなる抜け止め手段を設けて、ニップルとゴムホースとの間の密着性を高める工夫も提案されている。

しかしながら、このような場合は次のような課題があった。すなわち、バンドで固定した場合は、バンドのコストおよび取付作業が余計にかかるため好ましくない。また、設置場所によっては、バンドを取り付けるスペースがない場合がある。

また、特許文献２の環状凸部は金属パイプに凸型を押し付けて塑性変形によって一体成形されるが、この場合、塑性加工によって管径が真円でなくなり、また、管厚さが不均一になることがあるため、高圧を負荷した場合、そこから液漏れを生じるおそれがある。さらに、管の断面形状が不均一であるために、流体の流れに乱れが生じ、管内部の侵食につながるおそれもある。

特開２００５−９０７９４号公報 特開平９−１９６２６７号公報

そこで、本発明は上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、液漏れせず、チューブが脱落することもない高信頼性のニップル構造を有する熱交換装置およびニップルをより安価に提供することにある。

上述した目的を達成するため、本発明は以下に示すいくつかの特徴を備えている。請求項１に記載の発明は、内部に熱交換媒体用流路としての金属パイプが配置された熱伝導体を備え、上記金属パイプの端部に上記熱交換媒体の入出力用のニップルが設けられた熱交換装置において、上記ニップルは、上記金属パイプに嵌合される係止スリーブを有し、上記係止スリーブは、上記金属パイプの一部を内側から拡径した拡径部によって上記金属パイプに固定されていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、上記請求項１において、上記係止スリーブは、金属の切削加工品からなること特徴としている。

請求項３に記載の発明は、上記請求項１または２において、上記係止スリーブは少なくとも１つであって、その両端側に上記拡径部が設けられていることを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、上記請求項１または２において、上記係止スリーブは、その複数個が上記金属パイプの軸方向に沿って所定間隔をもって取り付けられており、各係止スリーブの両端側に上記拡径部が設けられていることを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、上記請求項１〜４のいずれか１項において、上記係止スリーブは、一端側から他端側にむかって外径が漸次大きくなる円錐状に形成されていることを特徴としている。

本発明には、これらニップル構造およびその製造方法も含まれる。すなわち、請求項６に記載の発明は、金属パイプに差し込まれるチューブからの液漏れ防止手段を有するニップルにおいて、上記液漏れ防止手段は、上記金属パイプに沿って差し込まれる係止スリーブと、上記金属パイプの一部を内側から拡径して上記係止スリーブの動きを拘束する拡径部とを有することを特徴としている。

請求項７に記載の発明は、金属パイプに差し込まれるチューブからの液漏れ防止手段を有するニップルの製造方法において、金属パイプに係止スリーブを嵌合し、金属パイプの一部を押さえる第１押さえ面、上記係止スリーブを押さえる第２押さえ面および上記第２押さえ面の両側に上記金属パイプを拡径させるギャップ面を有する合わせ金型で、上記金属パイプおよび上記係止スリーブを挟み込み、金属パイプ内にその耐圧強度以上の圧力を加えて、上記係止スリーブの両端に上記金属パイプの膨出部を形成することを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、金属パイプに沿って係止スリーブを差し込んだのち、金属パイプの一部を内側から拡径することにより、金属パイプの外周を環状凸部に形成でき、極めて簡単に係止スリーブを固定することができる。

請求項２に記載の発明によれば、プレス加工では成形できないシャープなエッジを有する鉤部が形成でき、より高い抜け止め効果が期待できる。また、金属パイプおよび係止スリーブの真円度が保たれるため、液漏れを防ぐことができる。さらには、１つのスリーブに２つ以上のエッジを簡単に形成することもできる。

請求項３および４に記載の発明によれば、金属パイプに少なくとも１つの係止スリーブを取り付けることにより、確実に液漏れを防止することができ、また、その両端側に拡径部を形成することによって係止スリーブの抜け落ちを確実に防止することができる。

請求項５に記載の発明によれば、係止スリーブが一端側から他端側にかけてその外周が漸次大きくなる円錐状に形成したことにより、係止スリーブにチューブを確実に係止させることができ、液漏れを防止することができる。

請求項６および７に記載の発明によれば、金属パイプに係止スリーブを取り付け、金属パイプの一部を拡径するだけで、液漏れしない高信頼性のニップルを安価に提供することができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１（ａ）は本発明の一実施形態に係る熱交換装置の平面図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）はＡ−Ａ線断面図であり、図２はニップルの拡大断面図である。

この熱交換装置１は、例えばアルミニウム合金などの金属板からなる熱伝導板２と、同熱伝導板２の内部に一体的に配管される金属パイプ３とを備えており、全体が扁平な板状に形成されている。

この例において、熱伝導板２はアルミ製で矩形状に形成されているが、これ以外に熱伝導率の高い材料（例えば銅合金、タングステン、ダイヤモンド、高熱伝導セラミックスなど）であれば任意に用いられる。また、その形状も発熱体の形状に合わせて四角形や丸形など任意に変更可能である。

熱伝導板２は、２枚の熱伝導板メンバー２１，２２からなり、各熱伝導板メンバー２１，２２の突き合わせ面には、金属パイプ３を配置するためのパイプ収納溝２３が設けられている。

図１（ｃ）に示すように、パイプ収納溝２３は、熱伝導板メンバー２１，２２の各一方の面に所定深さで形成された凹溝からなり、金属パイプ３の外径よりも若干大径に形成されている。

この実施形態において、パイプ収納溝２３は、図１（ａ）に示すように、Ｕ字状の折曲加工部２３１を含む波状に形成されている。パイプ収納溝２３の形状は仕様に応じて任意に変更可能である。

金属パイプ３は例えば銅合金製のパイプからなり、図示しない折曲加工機によって予めパイプ収納溝２３の形状に沿って波状に加工されている。金属パイプ３の材質は、銅以外にアルミニウムなどの熱伝導率が高い材質が好ましい。

この例において、熱伝導板２は２枚の熱伝導板メンバー２１，２２を向かい合わせ、その間に金属パイプ３を挟み込んで保持しているが、１枚の熱伝導板の側面もしくは両面に金属パイプ３を配管するようにしてもよい。また、３枚の熱伝導板メンバーで２つの金属パイプ３を挟むような形態であってもよく、熱伝導板２と金属パイプ３とを備え、以下に示すニップル構造を備えていれば、その他の変形例も本発明に含まれる。

熱伝導板２の側面には、金属パイプ３内に熱交換媒体（例えば水）を流すためのニップル４，４が金属パイプ３の一部として設けられている。なお、各ニップル４はともに同一構成であるため、以下においては一方のニップル４についてのみ説明する。

図２に示すように、ニップル４は、一端が金属パイプ３の開口部３１が形成され、他端が熱伝導板２内に引き込まれている。ニップル４には、図示しないチューブが接続される際に、その抜け止め防止と液漏れ防止の手段としての係止スリーブ５が、この例では２つ設けられている。係止スリーブ５の数は、仕様に応じて変更される。

図３に示すように、係止スリーブ５は、例えばアルミニウム合金などの成形品からなり、金属パイプ３に沿って所定間隔をもって２つ設けられているが、係止スリーブ５は少なくとも１つ設けられていればよく、その数は仕様に応じて任意に変更可能である。

係止スリーブ５は、中央に金属パイプ３に沿って差し込まれる挿通孔５１が設けられている。係止スリーブ５は、その外径が一端側から他端側（図３では右端側から左端側）にかけて漸次大きくなる円錐状のテーパー面５２が設けられており、他端側にチューブが引っ掛けられるエッジを有する鉤面５３が形成されている。

係止スリーブ５は切削加工品からなることが好ましい。すなわち、切削加工することにより、プレス加工では成形できないシャープなエッジを有する鉤部が形成でき、より高い抜け止め効果が期待できる。また、金属パイプおよび係止スリーブの真円度が保たれるため、液漏れを防ぐことができる。

この例において、係止スリーブ５は、一端から他端に向かって漸次外径が大きくなる円錐状に形成されているが、これ以外に、１つの係止スリーブ５に２つ以上のエッジを有する鉤部５３を形成してもよく、金属パイプ３に係止スリーブ５を差し込む態様であれば、その他の各種変形例も本発明に含まれる。

ニップル４には、係止スリーブ５を固定するための拡径部３２が設けられている。拡径部３２は係止スリーブ５の挿通孔５１の内径よりも大きな外径を有し、各係止スリーブ５の両端側に形成されることで、係止スリーブ５を固定している。

次に、この熱交換装置１の組立手順の一例について説明する。金属パイプ３を熱伝導板２に取り付けるに当たっては、金属パイプ３を一方の熱伝導板メンバー２２のパイプ収納溝２３に沿って配置し、その上に他方の熱伝導板メンバー２１を、そのパイプ収納溝２３に沿って挟み込む。

次に、熱伝導板メンバー２１，２２の両側を例えばプレス装置で挟み込み固定する。固定した状態のまま、金属パイプ３の両端に加圧装置を取り付けて金属パイプ３内に加圧流体（この例では静水圧）を金属パイプ３の耐圧強度を超える圧力で加える。

これにより、金属パイプ３は静水圧によって内側から拡径され、パイプ表面とパイプ収納溝２３とが密着する。この実施形態において、パイプ収納溝２３は単なる凹溝からなるが、その一部に凹凸を形成しておき、そこに金属パイプ３の一部を拡径させて係止するようにしてもよい。

金属パイプ３の取付と同時に、ニップル４に係止スリーブ５，５を取り付ける。係止スリーブ５を取り付けるに当たっては、図４に示すように、まずは専用の金型６を用意する。この例において、金型６は一方の面に金型面６１が形成された金型６を２つ向き合わせるいわゆる合わせ型が用いられる。

金型面６１には、金属パイプ３が収納されるパイプ受け面（第１押さえ面）６２と、係止スリーブ５が嵌合されるスリーブ受け面（第２押さえ面）６３とが設けられている。

パイプ受け面６２およびスリーブ受け面６３は、金属パイプ３および係止スリーブ５の外径寸法とほぼ同一の寸法を有している。各スリーブ受け部６３の両端には、金属パイプ３の一部を拡径させるためのギャップ面６４が、この例では３カ所設けられている。

ギャップ面６４は、金属パイプ３の外径（または係止スリーブ５の挿通孔５１の内径）よりも大きな内径を有し、金属パイプ３に静水圧をかけた際、金属パイプ３の一部がギャップ内に逃げることにより、拡径部３２が形成される。

図５を参照して、まず、金属パイプ３に係止スリーブ５を２つ挿通し、それらを一方の金型６の金型面６１に沿って配置する。次に、他方の金型６を一方の金型６に取り付けてクランプ固定する。

この状態で金属パイプ３内に金属パイプ３の耐圧強度以上の静水圧を負荷することにより、金属パイプ３は内側から拡径し、係止スリーブ５の挿通孔５１と金属パイプ３が密着する。同時に、金属パイプ３の一部は、ギャップ面６４によって形成された空間に向けて凸状に膨出し、拡径部（膨出部）３２が３カ所形成される。

以上により、各係止スリーブ５が金属パイプ３に一体的に固定され、ニップル４が完成する。なお、この例において、ニップル４の拡径作業は熱伝導板３の組立作業とは同時に行われているが、熱伝導板３の組立作業とは別に行ってもよい。

これによれば、ニップル４に係止スリーブ５を極めて簡単に取り付けることができ、チューブ内に高圧で熱交換媒体を流しても液漏れすることはない。また、拡径によって金属パイプ３と係止スリーブ５とが密着されているため、そこからの液漏れも防止できる。

上述した実施形態において、熱交換媒体としては水が用いた場合について例示したが、例えば窒素ガスなどの気体を熱交換媒体として用いてもよく。その様な気体を用いたガス漏れについても、本発明は対応できることは言うまでもない。また、熱交換媒体は、金体を冷却する冷却媒体および被加熱体を加熱する加熱媒体のいずれであってもよい。

本発明のニップル構造は、熱交換装置用としてだけではなく、各種アクチュエータ用ニップル、潤滑油吐出用ニップルなどの各種配管ニップルとしても使用可能である。

（ａ）本発明の一実施形態に係る熱交換装置の平面図、（ｂ）その側面図、（ｃ）Ａ−Ａ線断面図。 上記実施形態のニップルの断面図。 係止スリーブの中央横断面図。 金型の断面図。 係止スリーブの取付手順を説明する説明図。

符号の説明

１ 熱交換装置
２ 熱伝導板
３ 金属パイプ
３１ 開口部
３２ 拡径部
４ ニップル
５ 係止スリーブ
６ 金型

Claims (7)

1. 内部に熱交換媒体用流路としての金属パイプが配置された熱伝導体を備え、上記金属パイプの端部に上記熱交換媒体の入出力用のニップルが設けられた熱交換装置において、
   上記ニップルは、上記金属パイプに嵌合される係止スリーブを有し、上記係止スリーブは、上記金属パイプの一部を内側から拡径した拡径部によって上記金属パイプに固定されていることを特徴とする熱交換装置。
2. 上記係止スリーブは、金属の切削加工品からなることを特徴とする請求項１に記載の熱交換装置。
3. 上記係止スリーブは少なくとも１つであって、その両端側に上記拡径部が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換装置。
4. 上記係止スリーブは、その複数個が上記金属パイプの軸方向に沿って所定間隔をもって取り付けられており、各係止スリーブの両端側に上記拡径部が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換装置。
5. 上記係止スリーブは、一端側から他端側にむかって外径が漸次大きくなる円錐状に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換装置。
6. 金属パイプに差し込まれるチューブからの液漏れ防止手段を有するニップルにおいて、
   上記液漏れ防止手段は、上記金属パイプに沿って差し込まれる係止スリーブと、上記金属パイプの一部を内側から拡径して上記係止スリーブの動きを拘束する拡径部とを有することを特徴とするニップル。
7. 金属パイプに差し込まれるチューブからの液漏れ防止手段を有するニップルの製造方法において、
   金属パイプに係止スリーブを嵌合し、
   金属パイプの一部を押さえる第１押さえ面，上記係止スリーブを押さえる第２押さえ面および上記第２押さえ面の両側に上記金属パイプを拡径させるギャップ面を有する合わせ金型で、上記金属パイプおよび上記係止スリーブを挟み込み、
   金属パイプ内にその耐圧強度以上の圧力を加えて、上記係止スリーブの両端に上記金属パイプの膨出部を形成することを特徴とするニップルの製造方法。

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