JP2019019863A - フィン内蔵管及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フィン材を固定する強度が十分に確保されるフィン内蔵管及びその製造方法を提供すること。【解決手段】フィン内蔵管４０は、内管２０（管）の内部にフィン材１１が設けられる。内管２０は、内径側に突出する内管変形部２２（変形部）を有する。フィン材１１は、内管変形部２２に当接して固定される平板状のフィン端部１４と、フィン端部１４から内管２０の長手方向について内側に延在する螺旋状のフィン部１７と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、フィン内蔵管及びその製造方法に関する。

特許文献１には、管の内部に螺旋状のフィン材（薄肉板）を備える熱交換パイプが開示されている。

上記熱交換パイプの製造時には、まず、フィン材が螺旋状に成形される。その後、成形された螺旋状のフィン材が管の内部に挿入される。

特開２００６−９８０３８号公報

ところで、上記熱交換パイプの製造時には、螺旋状のフィン材を管の内部に挿入する組み付け工程が行われる。この組み付け工程では、螺旋状に成形されたフィン材の寸法のばらつきに起因して管の内部への挿入が難しくなる虞がある。

これに対処して、管の内部にフィン材の一端を固定した後に、フィン材にトルクを与えてフィン材を螺旋状に成形することが考えられる。

しかしながら、管の内部でフィン材を捩って成形する場合に、トルクを受けるフィン材を動かないように固定することが難しいという問題があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、フィン材を固定する強度が十分に確保されるフィン内蔵管及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、管の内部にフィン材が介装されるフィン内蔵管であって、前記管は、内径側に突出する変形部を有し、前記フィン材は、前記変形部に当接して固定される平板状のフィン端部と、前記フィン端部から前記管の長手方向について内側に延在する螺旋状のフィン部と、を有することを特徴とするフィン内蔵管が提供される。

又、本発明のある態様によれば、管の内部にフィン材を介装するフィン内蔵管の製造方法であって、前記管の内部に平板状のフィン端部を有する前記フィン材を挿入し、前記管の内径側に突出して前記フィン端部に当接する変形部を形成することを特徴とするフィン内蔵管の製造方法が提供される。

上記態様によれば、管の内周から突出する変形部が平板状のフィン端部に当接して密着することで、管の内部にフィン材が固定される。フィン材において、平板状のフィン端部は、湾曲する部位に比べて剛性が高い。このため、フィン内蔵管では、例えば管の内部でフィン材を捩って成形する場合に、トルクを受けるフィン材を動かないように固定する強度が十分に確保される。

図１は、本発明の実施形態に係るフィン内蔵管及び二重管を示す断面図である。 図２は、図１の一部を拡大した断面図である。 図３は、カシメ工程における断面図である。 図４は、カシメ工程における斜視図である。 図５（Ａ）、（Ｂ）は、カシメ工程における断面図である。 図６は、成形工程における斜視図である。 図７は、変形例に係るフィン内蔵管を示す断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態に係るフィン内蔵管４０（熱交換チューブ）が適用される二重管５０を示す断面図である。二重管５０は、空調装置（図示省略）の冷媒（流体）が循環する熱交換器として設けられる。

フィン内蔵管４０は、伝熱部材として設けられる螺旋状のフィン材１１と、内部にフィン材１１が介装される内管２０と、を備える。二重管５０は、フィン内蔵管４０、及び内部に内管２０が介装される外管３０を備える。フィン材１１、内管２０、及び外管３０は、例えばアルミニウム等の金属を材質とする。

内管２０は、内部に内側流路５１を形成する。内管２０の両端部（図示省略）には、冷媒を導く配管（図示省略）が接続される。

外管３０は、内管２０との間に外側流路５２を形成する。外管３０と内管２０との間には、環状の流路間隙２９が形成される。流路間隙２９の両端は、閉塞される。外管３０には、外側流路５２に冷媒を導く入口５８及び出口５９が開口する。

空調装置の作動時に、外側流路５２には、図１に矢印Ａ、Ｂで示すように、高温高圧の液状冷媒が入口５８及び出口５９を通じて流通する。一方、内側流路５１には、図１に矢印Ｃ、Ｄで示すように、低温低圧のガス状冷媒が流通する。こうして、外側流路５２及び内側流路５１を流通する冷媒どうしが熱交換する。

内管２０及びフィン材１１は、熱交換器の要素としてフィン内蔵管４０を構成する。空調装置の作動時に、フィン内蔵管４０では、内側流路５１を流通する冷媒がフィン材１１に沿って螺旋状に旋回しながら流通することで、冷媒が内管２０を介して熱交換することが促される。

図２は、二重管５０の端部５３を拡大して示す断面図である。二重管５０の両端部５３では、外管３０、内管２０、及びフィン材１１が同一位置にてカシメによって固定される。

外管３０は、円筒状の管部３１と、略円錐状の絞り壁部３３と、突起状の外管変形部３２（カシメ部）と、略円錐状（漏斗状）の開口端部３４と、を有する。

外管変形部３２は、管部３１から内径側に突出する部位である。複数の外管変形部３２は、周方向に一定の間隔をもち、かつ長手方向に一定の間隔をもって並ぶ。

なお、「径方向」、「周方向」、「長手方向」は、それぞれ、二重管５０の中心線Ｏを中心とする放射方向、中心線Ｏ回りの方向、中心線Ｏが延在する方向、を意味する。又、「内径側」、「外径側」は、それぞれ、径方向での内方、外方を意味する。

絞り壁部３３は、各外管変形部３２及び管部３１から連続して湾曲する環状の部位である。絞り壁部３３は、外部に対して流路間隙２９の一端を閉塞する。

開口端部３４は、各外管変形部３２から連続して湾曲する環状の部位である。開口端部３４は、外部に開口した間隙（空間）２８を形成する。

内管２０は、円筒状の管部２１と、突起状の内管変形部２２（カシメ部）と、を有する。

内管変形部２２は、管部２１から径方向について内径側に突出する部位である。複数の内管変形部２２は、径方向について管部３１の外管変形部３２と並んで形成される。内管変形部２２は、外管変形部３２と同様に、周方向に一定の間隔をもち、かつ長手方向に一定の間隔をもって並ぶ。

各内管変形部２２の内周は、フィン材１１の両側端１２に当接し、フィン材１１の両側端１２をカシメによって固定する。

フィン材１１は、各内管変形部２２の内周に当接してカシメによって固定されるフィン固定部１５を有する。フィン固定部１５は、フィン材１１の先端１３に対して所定距離Ｌを持つ位置に形成される。フィン材１１は、フィン固定部１５から先端１３にかけて延在する帯板状のフィン端部１４を有する。

二重管５０は、外管変形部３２の内周と内管変形部２２の外周とをろう付けによって接合する接合部４５を備える。環状の接合部４５は、外管３０と内管２０との間を密封する。

次に、フィン内蔵管４０及び二重管５０の製造方法について説明する。

フィン内蔵管４０及び二重管５０の製造時には、一方の端部５３におけるカシメ工程と、フィン材１１を螺旋状に捩ることで成形する成形工程と、他方の端部５３におけるカシメ工程と、外管３０の内周を内管２０の外周に接合する接合工程と、を順に行う。

まず、カシメ工程では、図３に示す治具６５及びカシメ装置６０が用いられる。治具６５は、カシメ装置６０に対して内管２０と外管３０とを同心上に保持するとともに、フィン材１１の先端１３を所定位置に保持する。

図４に示すように、カシメ装置６０は、放射状に配置される複数（ここでは８個）の工具６１と、各工具６１を半径方向に移動可能に支持する支持機構（図示省略）と、各工具６１を互いに同期して駆動する駆動機構（図示省略）と、を備える。

カシメ工程では、図５（Ａ）に示すように、周方向に並ぶ各工具６１の内径側にフィン材１１及び内管２０を内部に介在させた外管３０を保持し、各工具６１を図中矢印で示すように外管３０の外周に同期して打ち込む。

図５（Ｂ）は、こうして各工具６１が外管３０に打ち込まれた状態を示している。外管３０では、各工具６１が打ち込まれる部位が塑性変形することで、外管変形部３２が形成される。

周方向に並ぶ各外管変形部３２は、外管３０に打ち込まれた各工具６１の先端とともに、多角形（ここでは八角形）に沿うように配置される。これにより、外管３０の各外管変形部３２に連接する部位は、略円錐状に塑性変形することで、絞り壁部３３又は開口端部３４が形成される。

このとき、外管変形部３２は、内径側に突出することで、その内周が内管２０の外周に当接して押圧する。これにより、外管３０に対して内管２０がカシメによって固定される。

同時に、内管２０では、外管変形部３２が当たる部位が塑性変形することで内管変形部２２が形成される。

このとき、内管変形部２２は、内径側に突出することで、その内周がフィン材１１の両側端１２に当接して押圧する。これにより、内管２０に対してフィン材１１がカシメによって固定される。

こうして、二重管５０の一方の端部５３では、外管３０、内管２０、及びフィン材１１が同時に同一位置にてカシメによって固定される。

次に、フィン材１１等を成形する成形工程が行われる。

成形工程では、図６に示す成形装置７０が用いられる。成形装置７０は、内管２０の内部に挿入する芯金７１を備える。円柱状の芯金７１は、長手方向に延在して開口するスリット７２を有する。

成形工程では、まず、チャック（図示省略）が外管３０の外周を把持し、芯金７１を内管２０に挿入する。このとき、芯金７１のスリット７２にフィン材１１が挿入される。

続いて、図６に矢印Ｈで示すように、チャックに把持された外管３０及び内管２０を芯金７１に対して中心線Ｏ方向に移動するとともに、図６に矢印Ｅで示すように、芯金７１を外管３０及び内管２０に対して一方向に回転させる。

これにより、芯金７１のスリット７２から出ていくフィン材１１が内管２０にカシメによって固定されたフィン固定部１５を支点として捩られることで、内管２０の内部で螺旋状のフィン材１１が形成される。

このときに、芯金７１を内管２０の中心線Ｏ方向に移動させる移動速度と、駆動機構（図示省略）によって芯金７１を回転させる回転速度と、を制御する。これにより、フィン材１１は、内管２０に対して任意の位置で捩られる。フィン内蔵管４０は、内管２０に対するフィン材１１の捩れ位置を任意に設定することができる。

なお、成形工程では、外管３０及び内管２０を中心線Ｏ方向に移動する過程で、曲げ加工機（図示省略）を用いて外管３０、内管２０、及びフィン材１１をともに曲げ加工してもよい。

次に、二重管５０の他方の端部５３にて、カシメ工程が行われる。これにより、外管３０、内管２０、及びフィン材１１が同時に同一位置にてカシメによって固定される。

次に、接合部４５をろう付けによって接合する接合工程が行われる。接合部４５では、ろう材が開口端部３４から外管変形部３２の内周と内管変形部２２の外周との間に充填される。これにより、接合部４５は、ろう材が隙間なく環状に充填されることで、外管３０と内管２０との間を密封する。

以上のようにして、フィン内蔵管４０及び二重管５０が製造される。次に、本実施形態の効果について説明する。

本実施形態によれば、内管２０（管）の内部にフィン材１１が介装されるフィン内蔵管４０が提供される。内管２０は、内径側に突出する内管変形部２２（変形部）を有する。フィン材１１は、内管変形部２２に当接して固定される平板状のフィン端部１４と、フィン端部１４から内管２０の長手方向について内側に延在する螺旋状のフィン部１７と、を有する構成とした。

又、本実施形態によれば、内管２０の内部に平板状のフィン端部１４を有するフィン材１１を挿入し、内管２０の内径側に突出してフィン端部１４に当接する内管変形部２２を形成することで、内管２０の内部にフィン材１１を介装するフィン内蔵管４０の製造方法が提供される。

これにより、内管２０の内周から突出する内管変形部２２が平板状のフィン端部１４に当接して密着することで、内管２０にフィン材１１が固定される。フィン材１１では、平板状のフィン端部１４は、湾曲する部位に比べて剛性が高いため、内管変形部２２が押圧する部位の変形が抑えられる。よって、フィン材１１は、内管２０の内部にフィン材１１を固定する強度が確保される。

又、本実施形態によれば、内管２０の内部でフィン材１１を捩って成形することを特徴とするフィン内蔵管４０の製造方法が提供される。

これにより、フィン内蔵管４０の製造時には、内管２０の内部でフィン材１１を捩って成形することで、成形後のフィン材１１を内管２０の内部に挿入する工程が無くなる。そして、内管２０の内部でフィン材１１を捩って成形するときに、トルクを受けるフィン端部１４に生じる反力が内管変形部２２によって十分に支持される。こうして、成形時にフィン端部１４が内管２０に対して動くことが防止されるため、フィン材１１を所期の形状に成形することができる。

又、本実施形態によれば、フィン端部１４は、内管変形部２２に当接するフィン固定部１５と、フィン固定部１５から内管２０の長手方向について外側に延在するフィン突出部１６と、を有する構成とした。

上記構成により、フィン端部１４では、フィン固定部１５から先端１３へと平板状に延在するフィン突出部１６によって剛性が十分に確保されるため、座屈することが抑えられる。

又、本実施形態によれば、フィン内蔵管４０（二重管５０）には、内管２０が流路間隙２９をもって介装される外管３０が設けられる。外管３０は、内径側に突出する外管変形部３２を有する。外管変形部３２は、内管変形部２２と重合して突出する構成とした。

上記構成により、フィン内蔵管４０（二重管５０）の製造時には、外管３０、内管２０、及びフィン材１１を同時にカシメによって固定することができる。内管変形部２２は、外管変形部３２と重合して突出するため、フィン端部１４に当接して密着する部位の大きさが内管２０の長手方向について十分に確保される。これにより、フィン材１１を内管変形部２２に強く固定することができる。

又、本実施形態によれば、内管２０は、複数の内管変形部２２が長手方向に並んで形成される構成とした。

上記構成により、フィン材１１に対して複数の内管変形部２２が長手方向に並んで当接するため、内管２０の内部にフィン材１１に固定する強度が確保される。

なお、フィン端部１４は、図７に示すように、フィン固定部１５から内管２０の長手方向について外側に延在するフィン突出部１６を備えないものであってもよい。

図７に示すフィン内蔵管４０において、フィン材１１のフィン固定部１５は、フィン材１１の先端１３と略同位置に形成される。この場合、フィン内蔵管４０は、フィン端部１４の寸法が長手方向について小さくなり、小型化が図れる。

図７に示すフィン内蔵管４０において、平板状のフィン端部１４は、長手方向に並ぶ複数（３つ）の内管変形部２２にわたって延在する。これにより、フィン端部１４の剛性が確保される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態のフィン内蔵管４０は、熱交換器を構成する熱交換チューブとして好適であるが、熱交換器以外に使用される機械又は設備にも適用できる。

１１ フィン材
１４ フィン端部
１５ フィン固定部
１６ フィン突出部
１７ フィン部
２０ 内管（管）
２２ 内管変形部（変形部）
２９ 流路間隙
３０ 外管
３２ 外管変形部
４０ フィン内蔵管
５３ 端部

本発明のある態様によれば、管の内部にフィン材が介装されるフィン内蔵管であって、前記管は、内径側に突出する変形部を有し、前記フィン材は、前記変形部に当接して固定される平板状のフィン端部と、前記フィン端部から前記管の長手方向について内側に延在する螺旋状のフィン部と、を有し、前記管には、複数の前記変形部が周方向に並んで形成されることを特徴とするフィン内蔵管が提供される。また、管の内部にフィン材が介装されるフィン内蔵管であって、前記管は、内径側に突出する変形部を有し、前記フィン材は、前記変形部に当接して固定される平板状のフィン端部と、前記フィン端部から前記管の長手方向について内側に延在する螺旋状のフィン部と、を有し、前記管は、複数の前記変形部が長手方向に並んで形成されることを特徴とするフィン内蔵管が提供される。

又、本発明のある態様によれば、管の内部にフィン材を介装するフィン内蔵管の製造方法であって、前記管の内部に平板状のフィン端部を有する前記フィン材を挿入し、前記管の内径側に突出して前記フィン端部に当接する複数の変形部を前記管の周方向に並べて形成することを特徴とするフィン内蔵管の製造方法が提供される。また、管の内部にフィン材を介装するフィン内蔵管の製造方法であって、前記管の内部に平板状のフィン端部を有する前記フィン材を挿入し、前記管の内径側に突出して前記フィン端部に当接する複数の変形部を前記管の長手方向に並べて形成することを特徴とするフィン内蔵管の製造方法が提供される。

Claims (6)

1. 管の内部にフィン材が介装されるフィン内蔵管であって、
   前記管は、内径側に突出する変形部を有し、
   前記フィン材は、
   前記変形部に当接して固定される平板状のフィン端部と、
   前記フィン端部から前記管の長手方向について内側に延在する螺旋状のフィン部と、を有することを特徴とするフィン内蔵管。
2. 請求項１に記載のフィン内蔵管であって、
   前記フィン端部は、
   前記変形部に当接するフィン固定部と、
   前記フィン固定部から前記管の長手方向について外側に延在するフィン突出部と、を有することを特徴とするフィン内蔵管。
3. 請求項１又は２に記載のフィン内蔵管であって、
   前記管が流路間隙をもって介装される外管が設けられ、
   前記外管は、内径側に突出する外管変形部を有し、
   前記外管変形部は、前記変形部と重合して突出することを特徴とするフィン内蔵管。
4. 請求項１から３のいずれか一つに記載のフィン内蔵管であって、
   前記管は、複数の前記変形部が長手方向に並んで形成されることを特徴とするフィン内蔵管。
5. 管の内部にフィン材を介装するフィン内蔵管の製造方法であって、
   前記管の内部に平板状のフィン端部を有する前記フィン材を挿入し、
   前記管の内径側に突出して前記フィン端部に当接する変形部を形成することを特徴とするフィン内蔵管の製造方法。
6. 請求項５に記載のフィン内蔵管の製造方法であって、
   前記管の内部で前記フィン材を捩って成形することを特徴とするフィン内蔵管の製造方法。

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