JP2019086180A - Double pipe and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フィン内蔵管及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a fin-containing tube and a method of manufacturing the same.
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。 Patent Document 1 discloses a heat exchange pipe provided with a helical fin material (thin plate) inside a pipe.
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。その後、管の外周及び内周を縮径する工程が行われ、管の内周がフィン材に隙間なく当接するようになっている。 At the time of manufacturing the heat exchange pipe, first, the fin material is formed in a spiral shape. Thereafter, the shaped spiral fin material is inserted into the inside of the tube. Then, the process of diameter-reducing the outer periphery and inner periphery of a pipe | tube is performed, and the inner periphery of a pipe | tube abuts on a fin material without gap.
しかしながら、上記熱交換パイプにあっては、管の内周をフィン材に隙間なく当接させるために、管を縮径する工程が必要であり、生産性が低下するおそれがあった。 However, in the above heat exchange pipe, in order to bring the inner circumference of the pipe into contact with the fin material without any gap, a step of reducing the diameter of the pipe is necessary, which may lower the productivity.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、フィン内蔵管の製造工数を減らして生産性を高めることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object thereof is to reduce the number of manufacturing steps of the fin-incorporated tube and to improve the productivity.
本発明のある態様によれば、管の内部に螺旋状のフィン材が配置されるフィン内蔵管であって、前記管の内周と前記フィン材との間に前記フィン材の板厚より小さい間隙を有するフィン内蔵管が提供される。 According to an aspect of the present invention, it is a fin-incorporated pipe in which a spiral fin material is disposed in the inside of the pipe, wherein the thickness is smaller than the thickness of the fin material between the inner periphery of the pipe and the fin material. A fin-in-tube with a gap is provided.
上記態様によれば、フィン内蔵管の製造時に、管の内周に間隙を持ってフィン材を配置した後に、管を縮径する工程が不要になる。これにより、フィン内蔵管の生産性を高められる。 According to the above aspect, the step of reducing the diameter of the pipe becomes unnecessary after arranging the fin material with a gap on the inner circumference of the pipe at the time of manufacturing the fin-incorporated pipe. This can improve the productivity of the fin-in-pipe.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the attached drawings.
図1に示す二重管50は、車両等に搭載される空調装置(図示省略)に熱交換器として設けられる。
The
二重管50は、フィン材10を内蔵するフィン内蔵管30と、フィン内蔵管30を包囲する外管40と、を備える。二重管50では、空調装置の冷媒がフィン内蔵管30の外側と内側をそれぞれ流通し、冷媒どうしがフィン内蔵管30を介して熱交換をする。
The
円筒状の外管40の内部には、フィン内蔵管30との間に外側流路52が形成される。外側流路52の両端は、外管40の端部41によって閉塞される。外管40には、外側流路52に冷媒を導く入口58及び出口59が形成される。
An
フィン内蔵管30は、円筒状の内管20と、内管20の内部に配置される螺旋状のフィン材10と、を備える。内管20の内部には、内側流路51が形成される。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。フィン材10は、伝熱部材として設けられる。
The fin-incorporated
フィン材10は、薄肉の板状に形成される。フィン材10、内管20、及び外管40は、例えばアルミニウム等の金属を材質とする。
The
図2に示すように、フィン内蔵管30は、内管20の内周22とフィン材10の外周端12との間に間隙11を有する。
As shown in FIG. 2, the fin-incorporated
図2に示すように、内管20の内径をD、フィン材10の板厚tの方向に直交する幅(フィン径)をSとすると、管の内径Dに対する前記フィン材の幅Sの寸法差Cは、次式で表される。
C=D−S …(1)
よって、間隙11の寸法(クリアランス)の平均値は、C/2で表される。
As shown in FIG. 2, assuming that the inner diameter of the
C = D-S (1)
Therefore, the average value of the dimension (clearance) of the
次に、フィン内蔵管30及び二重管50の製造方法について説明する。
Next, the manufacturing method of the fin built-in pipe |
まず、二重管50の一方の端部53において、例えばカシメ加工機(図示省略)を用いて外管40、内管20、及びフィン材10を互いにカシメ固定するカシメ工程が行われる。
First, at one
続いて、内管20の内部でフィン材10を螺旋状に成形する成形工程が行われる。
Subsequently, a forming step of forming the
成形工程では、図3に示す成形装置60が用いられる。成形装置60は、内管20の内部に挿入する芯金61を備える。円柱状の芯金61は、長手方向に延在して開口するスリット62を有する。
In the molding process, a
成形工程では、まず、チャック(図示省略)が外管40の外周を把持し、芯金61を内管20の内部に挿入する。このとき、芯金61のスリット62にフィン材10が挿入される。
In the forming step, first, a chuck (not shown) grips the outer periphery of the
続いて、図3に矢印hで示すように、駆動機構(図示省略)によってチャックに把持された外管40及び内管20を芯金61に対して中心線o方向に移動するとともに、図3に矢印eで示すように、芯金61を外管40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61のスリット62から出ていくフィン材10は、フィン固定部15を支点として捩られることで、螺旋状に成形される。このとき、フィン材10は、その外周端12と内管20の内周22との間に間隙11を持つため、その外周端12に生じる摩擦力が抑えられることで、円滑に成形される。
Subsequently, as shown by the arrow h in FIG. 3, the
上記フィン材10の成形時に、駆動機構は、芯金61を内管20の中心線O方向に移動させる移動速度と、芯金61を回転させる回転速度と、が制御される。これにより、フィン材10は、内管20に対して任意の位置で捩られる。
When the
なお、上記成形工程では、外管40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40、内管20、及びフィン材10を共に湾曲させる曲げ加工を行ってもよい。
In the above forming step, in the process of moving the
上記成形工程が行われた後に、二重管50の他方の端部53において、カシメ加工機(図示省略)を用いて外管40、内管20、及びフィン材10を互いに固定するカシメ工程が行われる。
After the above forming process is performed, there is a caulking process in which the
続いて、二重管50の両端部53において、外管40の内周を内管20の外周に例えばろう付けによって隙間なく接合する接合工程が行われる。
Subsequently, at both
以上の工程が順に行われることによって、フィン内蔵管30及び二重管50が製造される。
The fin-incorporated
製造された二重管50は、空調装置の冷媒が循環する回路(図示省略)に組み付けられる。
The manufactured
空調装置の作動時には、高温高圧の液状冷媒が図1に矢印a、bで示すように入口58及び出口59を通じて外側流路52に導かれる。そして、低温低圧のガス状冷媒が図1に矢印c、dで示すように内側流路51に導かれる。こうして、二重管50では、外側流路52及び内側流路51をそれぞれ流通する冷媒どうしがフィン内蔵管30を介して熱交換する。
During operation of the air conditioner, a high temperature and high pressure liquid refrigerant is introduced to the
このときに、内側流路51では、冷媒がフィン材10に沿って螺旋状に旋回しながら流通することで、冷媒がフィン材10及び内管20を介して熱交換することが促される。内側流路51では、冷媒が間隙11を通じて内管20の内周22に沿って流れるため、間隙11の寸法C/2を大きくすると、フィン内蔵管30における冷媒の圧力損失Pを低く抑えられる反面、フィン内蔵管30の熱伝達率Qが低下する。
At this time, in the
フィン内蔵管30では、間隙11の寸法C/2がフィン材10の板厚tより小さい寸法に設定される。これにより、間隙11によって形成される流路では、流路幅の寸法C/2が、流路長さの寸法tより小さくなることで、熱伝達率Qの低下が抑えられる。
In the fin-incorporated
ここで、内管20の内径Dに対するフィン材10の幅Sの比率を寸法比率S/Dとする。寸法比率S/Dは、フィン材10の幅Sが内管20の内径Dと同じである場合に1.0であり、間隙11の寸法C/2が大きくなる程小さくなる値である。
Here, the ratio of the width S of the
フィン内蔵管30では、寸法比率S/Dに応じてフィン内蔵管30の圧力損失Pに対する熱伝達率Qの熱伝達率対圧力損失比率Q/Pが以下のように増減する。なお、熱伝達率対圧力損失比率Q/Pは、冷媒が内側流路51を流通する過程で単位時間及び単位流路長さあたりのエネルギー損失に対する外側流路52を流通する冷媒との間で伝達される熱量の比である。フィン内蔵管30では、熱伝達率対圧力損失比率Q/Pの値が高いことが望ましい。
In the fin built-in
図4A〜図4C、図5A〜図5Cは、寸法差Cを0〜0.6mmの範囲で変化させた場合に、熱伝達率Q、圧力損失P、及び熱伝達率対圧力損失比率Q/Pがそれぞれ変化する特性を示す線図である。各線図において、横軸のパラメータを内管20の内径Dに対するフィン材10の幅Sの寸法比率S/Dとし、縦軸のパラメータを熱伝達率Q、圧力損失P、または熱伝達率対圧力損失比率Q/Pとしている。なお、熱伝達率Q、圧力損失P、熱伝達率対圧力損失比率Q/Pの各値は、計算によって求められる。
FIGS. 4A to 4C and FIGS. 5A to 5C show that the heat transfer coefficient Q, the pressure loss P, and the heat transfer coefficient to pressure loss ratio Q / when the dimensional difference C is changed in the range of 0 to 0.6 mm. It is a diagram which shows the characteristic which P changes, respectively. In each diagram, the parameter of the horizontal axis is the dimensional ratio S / D of the width S of the
図4A〜図4Cは、内管20の内径Dを16.6mmとして、内側流路51及び外側流路52を流通する冷媒の流量を130kg/h、110kg/h、90kg/hとした場合の特性である。
4A to 4C show the case where the inner diameter D of the
図4A〜図4Cにおいて、熱伝達率対圧力損失比率Q/Pは、寸法比率S/Dが1.0から小さくなるのに伴って次第に高まってピーク値に達した後に次第に低くなる。 In FIGS. 4A-4C, the heat transfer coefficient to pressure loss ratio Q / P gradually increases as the dimensional ratio S / D decreases from 1.0 and gradually decreases after reaching a peak value.
図4A〜図4Cの順に冷媒の流量が減少するのに伴って、熱伝達率対圧力損失比率Q/Pは、増減する度合いが大きくなり、かつピーク値付近に保たれるピーク範囲が狭くなる。 As the flow rate of the refrigerant decreases in the order of FIG. 4A to FIG. 4C, the degree of heat transfer to pressure loss ratio Q / P increases and decreases, and the peak range kept near the peak value decreases. .
図4A〜図4Cにおいて、寸法差Cが0となる場合(S/D=1.0)の熱伝達率対圧力損失比率Q/Pの値を基準値A0とし、この基準値A0を1.2倍にした値を第一基準値A1とする。熱伝達率対圧力損失比率Q/Pは、寸法比率S/Dが0.970〜0.988の範囲で第一基準値A1より大きくなる。 In FIGS. 4A to 4C, when the dimensional difference C is 0 (S / D = 1.0), the value of the heat transfer coefficient to pressure loss ratio Q / P is taken as a reference value A0. The doubled value is taken as a first reference value A1. The heat transfer coefficient to pressure loss ratio Q / P becomes larger than the first reference value A1 in the range of the dimensional ratio S / D of 0.970 to 0.988.
図4A〜図4Cにおいて、上記基準値A0を1.3倍にした値を第二基準値A2とする。熱伝達率対圧力損失比率Q/Pは、寸法比率S/Dが0.976〜0.982の範囲で第二基準値A2より大きくなってピーク値に達する。 In FIGS. 4A to 4C, a value obtained by multiplying the reference value A0 by 1.3 is taken as a second reference value A2. The heat transfer coefficient to pressure loss ratio Q / P reaches the peak value by being larger than the second reference value A2 in the range of the dimensional ratio S / D of 0.976 to 0.982.
図5A〜図5Cは、内管20の内径Dを13.6mmとして、内側流路51及び外側流路52を流通する冷媒の流量を130kg/h、110kg/h、90kg/hとした場合の特性である。
5A to 5C show the case where the inner diameter D of the
図5A〜図5Cにおいても、上記した図4A〜図4Cの特性と同様に、熱伝達率対圧力損失比率Q/Pは、寸法比率S/Dが1.0から小さくなるのに伴って次第に高まってピーク値に達した後に次第に低くなる。 In FIGS. 5A to 5C, as in the characteristics of FIGS. 4A to 4C described above, the heat transfer coefficient to pressure loss ratio Q / P gradually decreases as the dimensional ratio S / D decreases from 1.0. After rising and reaching the peak value, it gradually decreases.
図5A〜図5Cの順に冷媒の流量が減少するのに伴って、熱伝達率対圧力損失比率Q/Pは、増減する度合いが大きくなり、かつピーク値付近に保たれるピーク範囲が狭くなる。 As the flow rate of the refrigerant decreases in the order of FIG. 5A to FIG. 5C, the degree of heat transfer to pressure loss ratio Q / P increases and decreases, and the peak range kept near the peak value decreases. .
図5A〜図5Cにおいて、寸法差Cが0となる場合(S/D=1.0)の熱伝達率対圧力損失比率Q/Pの値を基準値A0とし、この基準値A0を1.2倍にした値を第一基準値A1とする。熱伝達率対圧力損失比率Q/Pは、寸法比率S/Dが0.970〜0.988の範囲で第一基準値A1より大きくなる。 In FIGS. 5A to 5C, when the dimensional difference C is 0 (S / D = 1.0), the value of the heat transfer coefficient to pressure loss ratio Q / P is set as a reference value A0. The doubled value is taken as a first reference value A1. The heat transfer coefficient to pressure loss ratio Q / P becomes larger than the first reference value A1 in the range of the dimensional ratio S / D of 0.970 to 0.988.
図5A〜図5Cにおいて、上記基準値A0を1.3倍にした値を第二基準値A2とする。熱伝達率対圧力損失比率Q/Pは、寸法比率S/Dが0.976〜0.982の範囲で第二基準値A2より大きくなってピーク値に達する。 In FIGS. 5A to 5C, a value obtained by multiplying the reference value A0 by 1.3 is taken as a second reference value A2. The heat transfer coefficient to pressure loss ratio Q / P reaches the peak value by being larger than the second reference value A2 in the range of the dimensional ratio S / D of 0.976 to 0.982.
上記図4A〜図4C、及び図5A〜図5Cの特性に基づいて、フィン内蔵管30では、内管20の内径Dに対するフィン材10の幅Sの寸法比率S/Dを0.970〜0.988の範囲に設定することにより、熱伝達率対圧力損失比率Q/Pを十分に高めることができる。
Based on the characteristics of FIGS. 4A to 4C and 5A to 5C, in the fin built-in
そして、フィン内蔵管30では、内管20の内径Dに対するフィン材10の幅Sの寸法比率S/Dを0.976〜0.982の範囲に設定することにより、熱伝達率対圧力損失比率Q/Pをさらに高めることができる。
And, in the fin-incorporated
次に、本実施形態の効果について説明する。 Next, the effects of the present embodiment will be described.
本実施形態によれば、内管20(管)の内周22とフィン材10との間にフィン材10の板厚tより小さい間隙11を有するフィン内蔵管30が提供される。
According to the present embodiment, a fin-embedded
これにより、フィン内蔵管30の製造時に、内管20の内周22に間隙11を持ってフィン材10を配置した後に、内管20を縮径する工程が不要になる。これにより、フィン内蔵管30の生産性を高められ、製品のコストダウンが図れる。
As a result, when the fin-containing
そして、フィン内蔵管30は、内管20の内径Dに対するフィン材10の幅Sの寸法比率S/Dは、熱伝達率対圧力損失比率Q/Pが所定の範囲に収まるように設定される。
Then, the dimensional ratio S / D of the width S of the
これにより、フィン内蔵管30は、その内側を流れる冷媒の圧力損失Pを低く抑えられるとともに、その内側及び外側を流通する冷媒どうしの熱伝達率Qを高めることができる。 As a result, the pressure loss P of the refrigerant flowing inside can be suppressed to a low level, and the heat transfer coefficient Q of the refrigerant flowing inside and outside can be increased.
また、本実施形態によれば、内管20の内部でフィン材10を捩って成形するフィン内蔵管30の製造方法が提供される。
Further, according to the present embodiment, a method of manufacturing the fin-embedded
これにより、フィン内蔵管30は、その製造時に成形後のフィン材10を内管20の内部に挿入する工程が無くなり、生産性を高められる。
As a result, the process for inserting the
なお、上記したフィン内蔵管30の製造方法に限らず、フィン材10を螺旋状に成形した後に、螺旋状のフィン材10を内管20の内部に挿入して組み付けるようにしてもよい。その後、曲げ加工機を用いて外管40、内管20、及びフィン材10を共に湾曲させる曲げ加工を行ってもよい。
The method for manufacturing the fin-embedded
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。 As mentioned above, although the embodiment of the present invention was described, the above-mentioned embodiment showed only a part of application example of the present invention, and in the meaning of limiting the technical scope of the present invention to the concrete composition of the above-mentioned embodiment. Absent.
例えば、上記実施形態のフィン内蔵管30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または設備にも適用できる。
For example, although the fin built-in
10 フィン材
11 間隙
20 内管(管)
22 内周
30 フィン内蔵管
10
22
本発明のある態様によれば、管の内部に螺旋状のフィン材が配置されるフィン内蔵管と、前記フィン内蔵管を包囲する外管と、を備え、車両用の空調装置に設けられる二重管であって、前記フィン内蔵管の内部に形成され、前記空調装置の冷媒が前記フィン材に沿って螺旋状に旋回しながら流通する内周流路と、前記外管の内部にて前記フィン内蔵管との間に形成され、前記空調装置の冷媒が流通する外周流路と、を備え、前記管の内周と前記フィン材との間に前記フィン材の板厚より小さい間隙を有することを特徴とする二重管が提供される。 According to an embodiment of the present invention, a two-in-one provided in an air conditioner for a vehicle, comprising: a fin-containing pipe in which a helical fin material is disposed inside the pipe; and an outer pipe surrounding the fin-containing pipe. A heavy pipe , which is formed inside the fin built-in pipe, and in which the refrigerant in the air conditioner circulates while spirally swirling along the fin material, and the fin built-in inside the outer pipe An outer peripheral flow passage formed between the pipe and the refrigerant in the air conditioning device and having a gap smaller than a thickness of the fin member between an inner periphery of the pipe and the fin member; A dual tube featuring the features is provided.
Claims (4)
前記管の内周と前記フィン材との間に前記フィン材の板厚より小さい間隙を有することを特徴とするフィン内蔵管。 A fin-embedded tube in which a helical fin material is disposed inside the tube,
There is a gap smaller than the thickness of the fin material between the inner circumference of the tube and the fin material.
前記管の内径Dに対する前記フィン材の幅Sの寸法比率S/Dを0.970〜0.988の範囲に設定することを特徴とするフィン内蔵管。 It is a fin built-in pipe according to claim 1,
A fin-incorporated pipe, wherein a dimensional ratio S / D of a width S of the fin material to an inner diameter D of the pipe is set in a range of 0.970 to 0.988.
前記管の内径Dに対する前記フィン材の幅Sの寸法比率S/Dを0.976〜0.982の範囲に設定することを特徴とするフィン内蔵管。 It is a fin built-in pipe according to claim 2,
A fin built-in tube, wherein a dimensional ratio S / D of a width S of the fin material to an inner diameter D of the tube is set in a range of 0.976 to 0.982.
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。 It is a manufacturing method of the fin built-in pipe according to any one of claims 1 to 3,
A method of manufacturing a fin-embedded tube, comprising twisting and forming the fin material inside the tube.
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