JP2013202615A - Tube expanding billet, tube expanding device, and heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、熱交換器用のフィンに挿通された伝熱管を拡管し相互に固着させる場合などに用いられる拡管ビレット、拡管装置、及び熱交換器に関するものである。 The present invention relates to a tube expansion billet, a tube expansion device, and a heat exchanger that are used when, for example, heat transfer tubes inserted through fins for heat exchangers are expanded and fixed to each other.
従来の拡管ビレットとして、管(伝熱管)の内径よりも大きな最大外径を有するとともに、外周面にその軸線方向に伸びかつ管のインナーフィンが嵌まる複数の凹溝が円周方向に間隔をおいて形成され、しかも凹溝の幅および深さがインナーフィンの幅および高さよりも大きくなっている拡管部材(拡管ビレット)を使用し、インナーフィンを凹溝に嵌めた状態で拡管部材を管内に通すことにより、拡管部材外周面における隣接する凹溝間の部分で管内面のインナーフィンの存在しない部分を押圧して拡管するようにしたものがある(例えば特許文献1参照)。 As a conventional pipe expansion billet, a plurality of concave grooves having a maximum outer diameter larger than the inner diameter of the pipe (heat transfer pipe) and extending in the axial direction on the outer peripheral surface and fitted with the inner fin of the pipe are spaced apart in the circumferential direction. The tube expansion member is formed in the pipe with the inner fin fitted in the groove, using a tube expansion member (expansion billet) that is formed in the groove and the width and depth of the groove is larger than the width and height of the inner fin. In some cases, the portion between the adjacent grooves on the outer peripheral surface of the expanding member is pressed to expand the tube by pressing a portion where the inner fin does not exist on the inner surface of the expanding member (see, for example, Patent Document 1).
前記のような従来の拡管ビレット(拡管部材)においては、拡管された管の外形がいびつになることはない、拡管時にインナーフィンが潰れるのが防止されるという効果が得られるものの、前記特許文献の図2に示されているように、拡管ビレットの挿入方向の先端部は単に外径が小さくなっているに過ぎないため、拡管ビレットが伝熱管に挿入される際にインナーフィンの先端と拡管ビレットの凹溝が接触して、伝熱管のインナーフィンを潰したり、拡管ビレットに連結されたマンドレルを折損してしまう場合があるという問題点があった。 In the conventional tube expansion billet (tube expansion member) as described above, the outer shape of the expanded tube is not distorted, and the effect of preventing the inner fin from being crushed at the time of tube expansion is obtained. As shown in FIG. 2, the distal end portion of the expanded billet in the insertion direction has only a small outer diameter, so that when the expanded billet is inserted into the heat transfer tube, the distal end of the inner fin and the expanded tube There is a problem that the concave groove of the billet may come in contact with the inner fin of the heat transfer tube, or the mandrel connected to the expanded billet may be broken.
この発明は、前記のような問題点を解決するためになされたものであり、拡管時に伝熱管内面の伝熱促進フィンを損傷させたり、伝熱性能を損なうことがなく、安定した状態で拡管できる拡管ビレット、その拡管ビレットを用いた拡管装置、及び熱交換器を得ることを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and does not damage the heat transfer promotion fins on the inner surface of the heat transfer tube during pipe expansion, and does not impair the heat transfer performance. It aims at obtaining the pipe expansion billet which can be performed, the pipe expansion apparatus using the pipe expansion billet, and a heat exchanger.
この発明に係る拡管ビレットは、内周面に、断面凸状で長手方向に伸びる伝熱促進フィンが複数突出された伝熱管の拡管に用いる拡管ビレットであって、隣り合う前記伝熱促進フィン相互の間の前記伝熱管内周面に当接して該伝熱管を拡管し得るように径方向に突出され軸方向中央部に最大外径部を有する複数の凸条部と、隣り合う前記凸条部相互の間に形成され前記伝熱促進フィンを受け入れる凹溝とが、外周面の周方向に交互に形成され、かつ、前記凸条部の拡管方向先端部に、回転軌跡に対する接線方向に対して傾斜した面によって先端部側ほど切除部分が大きくなるように形成された面取り部が設けられていることを特徴とするものである。 The tube expansion billet according to the present invention is a tube expansion billet used for tube expansion of a heat transfer tube in which a plurality of heat transfer promotion fins having a convex cross section and extending in the longitudinal direction are projected on the inner peripheral surface, and the heat transfer promotion fins adjacent to each other A plurality of ridges protruding in the radial direction so as to abut on the inner peripheral surface of the heat transfer tube between them and having a maximum outer diameter portion in the axial central portion, and the adjacent ridges Grooves that are formed between the portions and that receive the heat transfer promotion fins are alternately formed in the circumferential direction of the outer peripheral surface, and at the tube expansion direction tip of the ridge portion with respect to the tangential direction with respect to the rotation locus A chamfered portion formed such that the cut portion becomes larger toward the tip end side by the inclined surface is provided.
この発明の拡管ビレットにおいては、凸条部の拡管方向先端部が、回転軌跡に対する接線方向に対して傾斜した面によって先端部側ほど切除部分が大きくなるように面取りされていることにより、拡管ビレットを伝熱管に挿入する際に、伝熱管の伝熱促進フィンは凸条部先端の面取り部に当接し、拡管ビレットは周方向に回転されて、凸条部が伝熱促進フィンの間に誘導される。このため、伝熱促進フィンの突出端部が損傷されることはなく、また、拡管ビレットに連結されるマンドレルの折損が防止され円滑に拡管することが可能となる。 In the tube expanding billet according to the present invention, the tube expanding billet is formed by chamfering the distal end portion of the ridge portion in the tube expanding direction with a surface inclined with respect to the tangential direction with respect to the rotation trajectory so that the cut portion becomes larger toward the distal end side. When the heat transfer tube is inserted into the heat transfer tube, the heat transfer promotion fin of the heat transfer tube comes into contact with the chamfered portion at the tip of the ridge, the tube expansion billet is rotated in the circumferential direction, and the ridge is guided between the heat transfer promotion fins. Is done. For this reason, the protruding end portion of the heat transfer promoting fin is not damaged, and breakage of the mandrel connected to the tube expansion billet is prevented, and the tube can be expanded smoothly.
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1による拡管ビレットを伝熱管に挿入する際の外観を示す斜視図、図2は本発明の実施の形態1による拡管装置の概略構成を示す正面図、図3は図1に示された拡管ビレットの要部を説明する図であり、(a)は拡大斜視図、(b)は拡管方向先端部の凸条部(1条のみ図示)の面取り部近傍を示す斜視図、(c)は面取り部を概念的に説明する正面図である。図1から図4において、拡管対象の伝熱管1は、内周面に、断面凸状で長手方向である軸方向に真っ直ぐに伸びる伝熱促進フィン11が均等割りした角度で中心方向に複数突出され、隣り合う伝熱促進フィン11の間は溝状の凹部12となっている。
FIG. 1 is a perspective view showing an external appearance when a billet according to
拡管ビレット2の外周部には、伝熱促進フィン11に損傷を与えないように伝熱促進フィン11に対応する位置に設けられた凹溝21と、伝熱管1の内径よりも大きい所望の外径を有するように径方向に突出された凸条部22が周方向に交互に形成されている。凸条部22の高さは、伝熱管1の伝熱促進フィン11のフィン高さより大きくなるように設定されている。凸条部22の幅は、伝熱管1の伝熱促進フィン11の間隔よりも僅かに狭くなるように設定されている。凸条部22の伝熱管1に挿入される側の先端は、伝熱管1の伝熱促進フィン11の内周方向の先端が接触する位置から始まるように窄められている。
In the outer peripheral portion of the
なお、凸条部22の高さは、伝熱管1の伝熱促進フィン11の内周方向の先端が接触する位置から徐々に高くしても良い。また、拡管ビレット2の軸中心には貫通孔2aが設けられ、拡管ビレット2はその貫通孔2aに挿通されたマンドレル3によって保持される。拡管ビレット2は軸方向の中央部に最大外径部を有し、拡管方向(図1の右下方向)の先端部と共に後端部も窄まった形状に作られている。
Note that the height of the
本発明の拡管ビレット2の典型的な特徴部分の一つは、図3に示すように、凸条部22の拡管方向先端部が、回転軌跡に対する接線A方向に対して傾斜した面によって先端部側ほど切除部分が大きくなるように3角錐状に面取りされた面取り部23が設けられていることにある。この例では、面取り部23の拡管方向先端は、図3(b)、(c)に示すように、凸条部22の突端の一方の角部22aと、凸条部22の根元部22bを結ぶ斜めの線Bに沿って切除されている。なお、面取り部23は全ての凸条部22の拡管方向先端部及び後端部に同様に設けられている。また、面取り部23を含む面は接線A方向に対して傾斜されていると共に、軸方向にも先端部側に下がるように傾斜されている。
As shown in FIG. 3, one of the typical features of the
図2に示すように、上記のように構成された拡管ビレット2を用いる拡管装置6は、U字状に曲げられた複数の伝熱管1と、所定位置に設けられた貫通孔(図示せず)に伝熱管1を挿通させたアルミニウムなどの薄板が所定間隔で積層された積層フィン4からなる完成前の熱交換器5を保持するワーク保持部61と、先端部に拡管ビレット2を装着した所定数のマンドレル3の上端部を回転自在に保持するプレート62と、プレート62を鉛直方向に上下動させる駆動機構部としての油圧シリンダ63などを備えている。
As shown in FIG. 2, the
なお、マンドレル3の油圧シリンダ63側の上端部には着脱可能なフランジ31が設けられており、該フランジ31を外した状態でマンドレル3の上端部をプレート62に貫通させた後、フランジ31を取り付ける。これによりマンドレル3とプレート62は重力方向において連結されているがマンドレル3は拡管ビレット2と共に周方向に自在に回転できるように係止されている。なお、その他の構成は従来技術による拡管装置と同様であるので説明を省略する。
A
次に、上記のように構成された実施の形態1の動作について説明する。図2の状態で油圧シリンダ63に油圧を負荷すると、油圧シリンダ63に連結されたプレート62に荷重が伝達されマンドレル3と共に拡管ビレット2が下降を開始する。拡管ビレット2の下端部(拡管方向先端部)が伝熱管1の開口端に至ると、凸条部22の拡管方向先端部が、回転軌跡に対する接線A方向に対して傾斜した面によって先端部側ほど切除部分が大きくなるように斜めに面取りされていることにより、伝熱管1の伝熱促進フィン11に凸条部22の先端の面取り部23が伝熱促進フィン11と接触すると、拡管ビレット2の下降により生じる力は、接触面内で下降方向と反対方向の反力以外に、周方向の分力を生じる。
Next, the operation of the first embodiment configured as described above will be described. When the hydraulic pressure is applied to the
拡管ビレット2の下降が進行すると拡管ビレット2はマンドレル3と共に周方向に回転し、ついには図4に示すように、マンドレル3の凸条部22が伝熱促進フィン11の間に嵌合した状態で伝熱管1内に進入する。さらにマンドレル3を下降させることにより拡管ビレット2が伝熱管1を拡管させつつ通過し、外径を広げることで積層フィン4の貫通孔(図示省略)に伝熱管1の外面を固着せしめた熱交換器5が形成される。
As the lowering of the expanded
上記のように構成された実施の形態1の拡管ビレット2は、伝熱管1の伝熱促進フィン11の根元側の内周のみを径方向に押しつつ周方向に広げるので伝熱促進フィン11を潰すことなく伝熱管1の外径を拡径し、積層フィン4に設けた貫通孔と固着させることができる。このため、得られる熱交換器の伝熱性能低下を防止できる。さらに、凸条部22の拡管方向先端部は、回転軌跡に対する接線方向に対して傾斜した面によって先端部側ほど切除部分が大きくなるように面取りされていることにより、凸条部22の先端の面取り部23に伝熱管1の伝熱促進フィン11が接触すると、拡管ビレット2は周方向に回転し、ついには図4の断面図に示すように、凸条部22は伝熱促進フィン11の間に誘導され嵌合するので、伝熱促進フィン11や凸条部22の損傷や拡管ビレット2に連結されるマンドレル3の折損を防止できる利点がある。
The
また、実施の形態1の拡管装置は、凸条部22の拡管方向先端部が、回転軌跡に対する接線方向に対して傾斜した面によって先端部側ほど切除部分が大きくなるように面取りされている拡管ビレット2を用いると共に、該特有の拡管ビレット2をプレート62に対して回転可能に支持させて用いるようにしたことにより、伝熱管1の伝熱促進フィン11を損傷させたり、マンドレルの折損を防止し円滑に生産でき、歩留まりも向上できるといった従来にない顕著な効果を得ることができる。
また、実施の形態1の拡管ビレット2または拡管装置によって製造された熱交換器は、伝熱管1内部の伝熱促進フィン11が損傷を受けていないものであるため、熱交換性能が優れるという効果が得られる。
Further, in the tube expansion device of the first embodiment, the tube expansion direction tip portion of the
Moreover, since the heat exchanger manufactured by the
実施の形態2.
図5は本発明の実施の形態2による拡管ビレットの先端部近傍を示す要部斜視図である。図において、凸条部22の少なくとも先端部の各表面、即ち凸条部22の両側面、上面、先端面、及び面取り部23の表面にはハッチング部で示す凝着防止被覆24が設けられている。なお、凝着防止被覆24は、この例ではダイヤモンドライクカーボンなどの硬質膜を化学蒸着などの方法で被着している。その他の構成は実施の形態1と同様である。
FIG. 5 is a perspective view of the main part showing the vicinity of the tip of the expanded billet according to the second embodiment of the present invention. In the figure, an
上記のように構成された実施の形態2によれば、凸条部22の先端の耐摩耗性や潤滑性、化学的安定性さらには表面平滑性が向上できる利点があり、凸条部22の先端が伝熱管1の伝熱促進フィン11の根元を通過する際に伝熱管1の母材が凸条部22に凝着するのを抑制できる。このため、拡管時の軸方向の抵抗を低減出来るので、拡管装置の損傷を防止できる利点がある。
According to the second embodiment configured as described above, there is an advantage that the wear resistance, lubricity, chemical stability, and surface smoothness of the tip of the
実施の形態3.
図6は本発明の実施の形態3による拡管ビレットを示す斜視図、図7は図6に示された拡管ビレットの概略構成を示す断面図である。図において、拡管ビレット2は図6に示すように軸方向の中央部付近における軸方向に直交する面で少なくとも2つに分割され、マンドレル3に対してそれぞれ円周方向に自在に回転可能に支持されている。この例では、拡管ビレット2は第1ビレット2Aと第2ビレット2Bの2つで構成され、双方の軸心に同軸に貫通されたマンドレル3で連結され、第1ビレット2Aと第2ビレット2Bの周方向に回転させる外力が負荷された際には互いに独立して回転できるように支承されている。第1ビレット2Aと第2ビレット2Bの最外周の直径は同一の大きさとしている。
FIG. 6 is a perspective view showing a tube expansion billet according to
拡管時、先端方向となる第1ビレット2Aの凸条部22Aの先端部には実施の形態1と同様の面取り部23(図示省略)が設けられるが、第2ビレット2Bの凸条部22Bについて同様の面取り部を設けても良い。また、図7の断面図に示すように、マンドレル3の先端には第1ビレット2Aの軸穴に挿通されたねじ32を螺着するためのねじ穴3aが設けられている。第1ビレット2Aと第2ビレット2Bは、ねじ32によって軸方向に脱落しないように保持され、第1ビレット2Aと第2ビレット2Bの間には僅かな空隙Gが形成されるようにねじ穴3aの長さが設定されている。
At the time of tube expansion, a chamfered portion 23 (not shown) similar to that of the first embodiment is provided at the distal end portion of the
上記のように構成された実施の形態3によれば、伝熱管1が捩れている場合や、蛇行している場合においても、第1ビレット2Aの凸条部22Aと、第2ビレット2Bの凸条部22Bは独立しているため、拡管が進行しても、伝熱管1の伝熱促進フィン11の根元に拘束され難く、円滑に通過できる。また、このように、拡管時の軸方向の抵抗が増加するのを低減出来るので、拡管装置の損傷を防止できる利点がある。
According to the third embodiment configured as described above, even when the
実施の形態4.
図8は本発明の実施の形態4による熱交換器の要部外観を概略的に示す図であり、(a)は上面図、(b)は正面図である。図9は図8に示された熱交換器の伝熱管を説明する図であり、(a)は部分断面図、(b)は比較例としての従来の拡管ビレットを用いて拡管された伝熱管の部分断面図である。図において、熱交換器50は、実施の形態1に示す本発明による拡管ビレット2を用いて、図2に示す拡管装置によって伝熱管1を通過させ、外径を広げることで空気側の積層フィン4の貫通孔(図示省略)に伝熱管1の外面を固着せしめて形成されている。拡管後の伝熱管1の伝熱促進フィン11は、図9(a)に示すように円弧状に丸みを帯びた先端部形状を含めて全体的に拡管前の形状を保っている。
FIG. 8 is a diagram schematically showing the external appearance of the main part of a heat exchanger according to
これに対して、外表面が球状の拡管ビレット等で拡管した場合は、図9(b)の比較例に示すように伝熱促進フィン11の先端部近傍が潰されて高さが低くなる。さらに先端の形状についても曲面から台形断面へ変形してしまう。伝熱促進フィンを有する伝熱管の断面形状を有する熱交換器においては、気液二相の混合流からなる冷媒が伝熱管の内部を通流する際、液相が慣性力や重力の影響で伝熱促進フィンの根元付近を流れ、その上部あるいは伝熱管の中心付近を気相が流れるが、本発明の拡管ビレット2で拡管された伝熱管1は伝熱促進フィン11が潰されたりすることがないため、伝熱促進フィン11の先端が気相中に突出されるので、伝熱管1の外部の積層フィン4との熱の経路が液相を介した場合より短くなり、熱交換効率が向上する。
On the other hand, when the outer surface is expanded with a spherical expansion billet or the like, as shown in the comparative example of FIG. 9B, the vicinity of the tip of the heat
上記のように実施の形態4の熱交換器においては、実施の形態1に示す拡管ビレット2を用いて拡管されたものであることにより、拡管時に伝熱管1の内部の伝熱促進フィン11の形状が維持されたものであり、熱交換効率に優れているという効果が得られる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態の一部または全部を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
As described above, in the heat exchanger of the fourth embodiment, since the pipe is expanded using the
It should be noted that within the scope of the present invention, a part or all of each embodiment can be freely combined, or each embodiment can be appropriately modified or omitted.
1 伝熱管、 11 伝熱促進フィン、 12 凹部、 2 拡管ビレット、 2a 貫通孔、 2A 第1ビレット、 2B 第2ビレット、 21 凹溝、 22、22A、22B 凸条部、 22a 角部、 22b 根元部、 23 面取り部、 24 凝着防止被覆、 3 マンドレル、 3a ねじ穴、 31 フランジ、 32 ねじ、 4 積層フィン、 5、50 熱交換器、 6 拡管装置、 61 ワーク保持部、 62 プレート、 63 油圧シリンダ、 A 接線、 G 空隙。
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- 2012-03-27 JP JP2012070554A patent/JP2013202615A/en active Pending
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