JP2019190762A

JP2019190762A - 二重管

Info

Publication number: JP2019190762A
Application number: JP2018085432A
Authority: JP
Inventors: 裕之大野; Hiroyuki Ono; 修司熊本; Shuji Kumamoto
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2018-04-26
Filing date: 2018-04-26
Publication date: 2019-10-31

Abstract

【課題】外管と内管との間の流路を確保しつつ、二重管の曲げ部の加工性を良好にする。【解決手段】二重管４０は、外管３２と内管２０とが直線状に延びる直管部２３、２５、３３、３５と、外管３２と内管２０とがそれぞれ所定の曲げ半径で曲がる曲げ部４４と、曲げ部４４の曲げ方向の内側において外管３２と内管２０とが接触する接触部４６と、を有する。二重管４０では、接触部４６における曲げ半径方向の断面において、曲げ半径方向と直交し内管２０の中心Ｏを通る方向における内管２０と外管３２の間の隙間Ｇ１は、曲げ半径方向における接触部４６の反対側に設けられた内管２０と外管３２の間の隙間Ｇ２よりも広い。【選択図】図１１

Description

本発明は、外管の内部に内管が設けられる二重管に関する。

特許文献１には、外管の内部に内管が設けられ、曲げ部を有する二重管が記載されている。

特開２００８−１１５９４７号公報

特許文献１に記載の二重管では、外管の内周面と内管の外周面との間に突条が設けられている。特許文献１に記載の二重管では、このように突条を設けることにより、外管と内管との間の流路を確保している。

しかしながら、突条が設けられることにより、二重管の剛性が高くなってしまい、曲げ加工を行う際の加工性が良好でなかった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、外管と内管との間の流路を確保しつつ、二重管の曲げ部の加工性を良好にすることを目的とする。

本発明のある態様によれば、外管の内部に流路間隙をもって内管が設けられる二重管は、外管と内管とが直線状に延びる直管部と、外管と内管とがそれぞれ所定の曲げ半径で曲がる曲げ部と、曲げ部の曲げ方向の内側において外管と内管とが接触する接触部と、を有し、接触部における曲げ半径方向の断面において、曲げ半径方向と直交し内管の中心を通る方向における内管と外管の間の第１隙間は、曲げ半径方向における接触部の反対側に設けられた内管と外管の間の第２隙間よりも広い。

上記態様によれば、外管と内管とが接触部において接触しても、内管と外管の間に設けられた第１隙間によって外管と内管との間に充分な流路を確保できる。また、外管と内管との間に流路を確保するための突条を設けていないので、二重管の曲げ部の加工性を良好にすることができる。

図１は、本発明の実施形態に係る二重管を示す断面図である。図２は、二重管の製造装置を示す斜視図である。図３は、マンドレルを示す断面図である。図４は、二重管を製造する工程を示す斜視図である。図５は、二重管を製造する工程を示す斜視図である。図６は、二重管を製造する工程を示す斜視図である。図７は、二重管を製造する工程を示す断面図である。図８は、図７の一部を拡大した断面図である。図９は、比較例に係る型の側面図である。図１０は、本発明の実施形態に係る型の側面図である。図１１は、図１におけるＸＩ−ＸＩ線での断面図である。図１２は、図１におけるＸＩＩ−ＸＩＩ線での断面図である。

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、本実施形態に係る二重管４０を示す断面図である。二重管４０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。

二重管４０は、内部に内側流路５１を形成する円筒状の内管２０と、内部に流路間隙をもって内管２０が設けられる円筒状の外管３２と、を備える。内管２０と外管３２との間の流路間隙は、外側流路５２として機能する。内管２０の両端部には冷媒を導く配管（図示省略）が接続される。外管３２の両端部３６、３７は、内管２０の外周に接合される。外管３２は、冷媒を導く配管（図示省略）が接続される入口３８及び出口３９を有する。

外側流路５２には、図中矢印Ａ、Ｂで示すように、入口３８及び出口３９を通じて高温高圧の液状冷媒が流通する。内側流路５１には、図中矢印Ｃ、Ｄで示すように、低温低圧のガス状冷媒が流通する。二重管４０では、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の内部には、螺旋フィン１０が介装される。螺旋フィン１０は、後述するように、帯板状のフィン材１１が螺旋状に捩られることで成形される。フィン材１１の両端部１１Ａ、１１Ｂは、内管２０の内面２１に例えばカシメによって固定される。この螺旋フィン１０が、内管２０の剛性を上げる部材に相当する。

二重管４０を構成する各部材（外管３２、内管２０、及び螺旋フィン１０）は、例えばアルミニウム等の金属を材質とする。

内管２０及び螺旋フィン１０は、熱交換器の要素としてフィン内蔵管３０を構成する。フィン内蔵管３０では、内側流路５１を流通する冷媒が螺旋フィン１０に沿って螺旋状に旋回しながら流通することで、冷媒が内管２０を介して熱交換することが促される。

二重管４０は、設置されるスペースに対応して、その中程を湾曲させた曲げ部４４と、曲げ部４４から直線状に延在する直管部４５と、を有する。内管２０は、曲げ部４４を構成する第１曲げ部２４と、第１曲げ部２４から直線状に延在する直管部２３、２５と、を有する。外管３２は、曲げ部４４を構成する第２曲げ部３４と、第２曲げ部３４から直線状に延在する直管部３３、３５と、を有する。

次に、図２を参照して、二重管４０の製造装置５０について説明する。

製造装置５０は、内管２０の内部に挿入されるマンドレル６０と、内管２０の外周を把持するチャック７０と、二重管４０（外管３２）の外周を摺動自在に支持して曲げ加工をする曲げ加工機８０と、を備える。なお、製造装置５０は、内管２０と外管３２との間に挿入される芯金を備えない。

製造装置５０は、マンドレル６０を駆動する駆動機構６５と、チャック７０を駆動する駆動機構７５と、を備える。駆動機構６５は、矢印Ｅで示すようにマンドレル６０を内管２０の軸Ｏまわりに回転駆動するとともに、矢印Ｆで示すように、マンドレル６０を軸Ｏ方向に移動させる。駆動機構７５は、チャック７０を矢印Ｈで示すように軸Ｏ方向に移動させる。駆動機構６５、７５及び曲げ加工機８０の作動は、コントローラ（図示省略）によって制御される。

曲げ加工機８０は、ロール型８１、圧力型８２、及びクランプ型８３を備える。ロール型８１は、曲げ中心軸Ｓを中心とする円弧状に延在する成形溝８１Ａを有する。圧力型８２は、軸Ｏ方向に延在するガイド溝８２Ａを有する。二重管４０は、成形溝８１Ａとガイド溝８２Ａとの間に摺動自在に支持され、軸Ｏ方向に移動するように案内される。クランプ型８３は、二重管４０を把持するクランプ溝（図示省略）を有する。成形溝８１Ａ及びガイド溝８２Ａの軸Ｏ方向における断面形状は、それぞれ略半楕円形状に形成される。

曲げ加工時には、ロール型８１及びクランプ型８３は、両者の間に二重管４０が把持された状態で、駆動機構（図示省略）によって曲げ中心軸Ｓを中心に回動する。これにより、駆動機構７５によって送られる二重管４０は、成形溝８１Ａに沿って曲げられる。

マンドレル６０は、軸Ｏ方向に延在する円柱状の基端部６２、支持部６３、及び先端部６４と、支持部６３及び先端部６４にわたって開口するスリット６１と、を有する。

基端部６２は、駆動機構６５に連結される部位である。

支持部６３は、基端部６２に対して先端部６４を支持する部位である。支持部６３は、基端部６２及び先端部６４より縮径して形成され、内管２０の内面２１に間隙をもって軸Ｏ方向に延在する。これにより、マンドレル６０の摺動抵抗が小さく抑えられる。

図３に示すように、先端部６４は、内管２０の内面２１に摺接する型部６４Ａと、型部６４Ａから軸Ｏ方向に次第に縮径するように延在する型先端部６４Ｂ及び先端逃げ部６４Ｃと、を有する。

型部６４Ａは、円柱状に形成される。型部６４Ａの外周面は、内管２０の内面２１に間隙をもって対峙する。型部６４Ａは、後述するように、曲げ加工時に相対回転しながら第１曲げ部２４の近傍で内管２０の内面２１に当接して、第１曲げ部２４を成形するようになっている。

型先端部６４Ｂは、型部６４Ａから段差なく縮径する紡錘状に形成される。型先端部６４Ｂの外周面は、型部６４Ａの外周面から曲折することなく曲面状に延在している。型先端部６４Ｂは、後述するように、曲げ加工時に相対回転しながら第１曲げ部２４の内面２１に当接し、第１曲げ部２４を成形するようになっている。

先端逃げ部６４Ｃは、型先端部６４Ｂからさらに縮径して突出する。先端逃げ部６４Ｃは、後述するように、曲げ加工時に第１曲げ部２４の内面２１に干渉しないようになっている。

スリット６１は、一定の開口幅を有して軸Ｏ方向に延在する間隙であり、マンドレル６０に収容されるフィン材１１を支持する支持壁部を形成する。スリット６１の開口端部６１Ａは、次第に開口幅が増大して先端逃げ部６４Ｃに開口している。

次に、製造装置５０を用いて二重管４０を製造する方法について説明する。

まず、内管２０を外管３２に挿入し、さらに、フィン材１１を内管２０に挿入する。そして、外管３２の一端側の外周を加締めることによって、外管３２、内管２０、及びフィン材１１を一体的に加締める。これにより、フィン材１１の先端部１１Ａ、内管２０、及び外管３２が一体的に固定される。

なお、上記した構成に限らず、例えば、フィン材１１の先端部１１Ａを内管２０の内面２１に圧入して内管２０に固定する構成としてもよい。

続いて、図４に示すように、フィン材１１をスリット６１に挿入しながらマンドレル６０を内管２０に挿入する。

続いて、図５、６に矢印Ｈで示すように、内管２０をマンドレル６０に対して軸Ｏ方向（図５、図６における右上方向）に移動するとともに、図５、６に矢印Ｅで示すように、マンドレル６０を内管２０に対して一方向に回転させる。

これにより、マンドレル６０のスリット６１から出てゆくフィン材１１は、先端部１１Ａを支点として捩られる。こうして、内管２０の直管部２５の内部で螺旋フィン１０が形成される。

続いて、図７、８に示すように、曲げ加工機８０を作動して二重管４０を曲げる。このときに、ロール型８１及びクランプ型８３が二重管４０を把持した状態で矢印Ｉで示すように曲げ中心軸Ｓを中心に回動する。これにより、駆動機構７５によって矢印Ｈで示すように送られる二重管４０は、円弧状の成形溝８１Ａに沿って曲げられ、曲げ部４４が形成される。

二重管４０では、内管２０にフィン材１１が挿入されているので、内管２０の剛性が外管３２の剛性に比べて高くなっている。曲げ加工時には、外管３２が先に屈曲する。本実施形態のように、直管部４３、４５が長い場合には、外管３２の屈曲した部分が内管２０に当接し、さらに、外管３２が折り曲げられることで内管２０が屈曲し始める。このとき、内管２０の直管部２３側がマンドレル６０の先端部６４に支持されているので、内管２０はマンドレル６０の先端部６４の外周に沿って曲げられる。

このようにして、所定の曲げ半径を有した第１曲げ部２４と、所定の曲げ半径を有した第２曲げ部３４と、を有する曲げ部４４が形成される。

ここで、ロール型８１の成形溝８１Ａ及び圧力型８２のガイド溝８２Ａについて説明する。

まず、図９に示す比較例におけるロール型１８１及び圧力型１８２について説明する。

図９におけるロール型１８１の成形溝１８１Ａ及び圧力型１８２のガイド溝１８２Ａは、それぞれ、外管３２の外形と略同一の半円形状に形成される。このようなロール型１８１及び圧力型１８２を用いて曲げ部４４が形成される場合について以下に説明する。

曲げ加工機８０が作動して二重管４０が曲げられると、外管３２の曲げ半径方向（以下では、「Ｙ軸方向」という。）外側の部分が曲げ半径方向内側に向かって変形する。これに伴って、外管３２は、曲げ半径方向と直交する方向（以下では、「Ｘ軸方向」という。）に広がるように（径が大きくなるように）変形しようとする。しかしながら、図９に示す比較例では、成形溝１８１Ａ及びガイド溝１８２Ａのように溝の形状が外管３２の外形と略同一であるため、外管３２がＸ軸方向に広がることができない。このため、外管３２が内管２０に向かうように変形し、外管３２と内管２０との間の隙間（外側流路５２）が狭められてしまう。特に、外管３２と内管２０との間の隙間が小さく設定されている場合には、隙間が閉塞され外側流路５２の流路面積が充分に確保できないおそれがある。

そこで、本実施形態では、図１０に示すように、ロール型８１の成形溝８１Ａ及び圧力型８２のガイド溝８２Ａの断面形状を略半楕円形状とした。具体的には、ロール型８１の成形溝８１Ａ及び圧力型８２のガイド溝８２Ａによって形成される空間の断面形状は、曲げ半径方向（Ｙ軸方向）において外管３２の直径より短く、曲げ半径方向と直交する方向（Ｘ軸方向）において、外管３２の直径よりも長い略楕円形になっている。これにより、外管３２の曲げ半径方向（Ｙ軸方向）外側の部分が曲げ半径方向内側に向かって変形したときに、外管３２がＸ軸方向に広がるように変形することができる。よって、内管２０と外管３２との間のＸ軸方向における隙間、より具体的には、曲げ半径方向と直交し内管２０の中心を通る方向における内管２０と外管３２の間の隙間Ｇ１（第１隙間）を確保できる（図１１参照）。つまり、曲げ部４４における内管２０と外管３２の間の流路（外側流路５２の流路面積）を確保できる。なお、内管２０は螺旋フィン１０によって剛性が高まっているので、曲げ部４４においても断面が略円形に維持される。

このようにして、曲げ部４４が形成されると、二重管４０は製造装置５０から取り外される。二重管４０が製造装置５０から取り外されると、内管２０はスプリングバックによって曲げ状態を解消する方向に戻ろうとする。このため、内管２０は、図１に示すように、第１曲げ部２４の中心近傍において、内管２０の曲げ方向内側が外管３２と接触し、第１曲げ部２４の両端近傍（第１曲げ部２４と直管部２３、２５と接続部の近傍）において、内管２０の曲げ方向外側が外管３２と接触した状態となる。このとき、第１曲げ部２４の内管２０と外管３２との接触部４６における曲げ半径方向の断面は、図１１に示すようになる。

図１１に示すように、曲げ部４４においては、外管３２の断面が直管部３３、３５に比べて曲げ半径方向と直交する方向に径が大きな扁平形状、言い換えると、曲げ半径方向に短径で曲げ半径方向と直交する方向に長径の楕円形状になっている。これにより、曲げ半径方向と直交し内管２０の中心Ｏを通る方向における内管２０と外管３２の間の隙間Ｇ１（第１隙間）と、曲げ半径方向における接触部４６の反対側に設けられた内管２０と外管３２の間の隙間Ｇ２（第２隙間）と、が形成される。隙間Ｇ１の幅は隙間Ｇ２の幅より広くなっている。例えば、外管３２の肉厚を１．５ｍｍ程度、内管２０の肉厚を１．２ｍｍ程度とした場合には、隙間Ｇ１は１ｍｍ程度に設定される。このような値に設定することにより、曲げ部４４において冷媒の流れが妨げられることがない。

なお、直管部４３、４５では、内管２０及び外管３２には曲げ方向の力が作用しないので、断面形状は円形のままである。内管２０と外管３２の軸が一致している場合には、図１２に示すように、径方向の断面において、外管３２と内管２０の間には、円環状の隙間Ｇ３（外側流路５２）が形成される。

曲げ部４４における隙間Ｇ１の幅は、隙間Ｇ３の幅より広くなるように設定される。つまり、曲げ部４４においても直管部４３、４５と同程度の流路面積を確保する。これにより、曲げ部４４において冷媒の流れが妨げられることを防止できる。

このように、二重管４０では、外管３２と内管２０との間に流路を確保するための突条を設けていないので、二重管４０の曲げ部４４の加工性を良好にすることができる。しかしながら、外管３２と内管２０との間に突条を設けていないので、外管３２と内管２０とが接触部４６において接触してしまう。そこで、内管２０と外管３２の間に隙間Ｇ１及び隙間Ｇ２を設けることにより、外管３２と内管２０との間に充分な流路を確保する。よって、二重管４０によれば、外管３２と内管２０との間の流路を確保しつつ、曲げ部４４の加工性を良好にすることができる。

以上の実施形態によれば、以下の効果を奏する。

二重管４０は、外管３２と内管２０とが直線状に延びる直管部４３、４５と、外管３２と内管２０とがそれぞれ所定の曲げ半径で曲がる曲げ部４４（第１曲げ部２４、第２曲げ部３４）と、曲げ部４４の曲げ方向の内側において外管３２と内管２０とが接触する接触部４６と、を有する。二重管４０では、接触部４６における曲げ半径方向の断面において、曲げ半径方向と直交し内管２０の中心Ｏを通る方向における内管２０と外管３２の間の隙間Ｇ１は、曲げ半径方向における接触部４６の反対側に設けられた内管２０と外管３２の間の隙間Ｇ２よりも広い。

二重管４０では、外管３２と内管２０とが接触部４６において接触しても、内管２０と外管３２の間に設けられた隙間Ｇ１によって外管３２と内管２０との間に充分な流路を確保できる。また、外管３２と内管２０との間に流路を確保するための突条を設けていないので、二重管４０の曲げ部４４の加工性を良好にすることができる。

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、上記実施形態では、製造装置５０は、マンドレル６０を内管２０の内部に挿入して回転させる構成とした。これに限らず、製造装置５０は、マンドレル６０を回転することなく、マンドレル６０を介して内管２０の内部にフィン材１１を介装する構成としてもよい。この場合に、フィン内蔵管３０は、内管２０の内部に平板状のフィンを有するものとなる。

また、螺旋フィン１０を内管２０に設けた後、曲げ部４４を形成するようにしてもよい。

上記実施形態では、内管２０に螺旋フィン１０が設けられる二重管４０を例に説明したが、螺旋フィン１０は設けられていなくてもよい。また、内管２０の剛性を高める部材として螺旋フィン１０を例に説明したが、内管２０自体の剛性を高めてもよい。

上記実施形態の二重管４０は、熱交換器を構成するもの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。

上記実施形態では、ロール型８１の成形溝８１Ａ及び圧力型８２のガイド溝８２Ａの断面形状を略半楕円形状としたが、圧力型８２のガイド溝８２Ａを略半楕円形状とし、ロール型８１の成形溝８１Ａを略半円形状としてもよい。

４０二重管
１０螺旋フィン
２０内管
２３直管部
２４第１曲げ部
２５直管部
３２外管
３３直管部
３４第２曲げ部
４４曲げ部
４５直管部
４６接触部
５１内側流路
５２外側流路

Claims

外管の内部に流路間隙をもって内管が設けられる二重管であって、
前記外管と前記内管とが直線状に延びる直管部と、
前記外管と前記内管とがそれぞれ所定の曲げ半径で曲がる曲げ部と、
前記曲げ部の曲げ方向の内側において前記外管と前記内管とが接触する接触部と、を有し、
前記接触部における前記曲げ半径方向の断面において、
前記曲げ半径方向と直交し前記内管の中心を通る方向における前記内管と前記外管の間の第１隙間は、前記曲げ半径方向における前記接触部の反対側に設けられた前記内管と前記外管の間の第２隙間よりも広い、
ことを特徴とする二重管。
請求項１に記載の二重管であって、
前記外管は、
前記直管部においては、断面が円形であり、
前記曲げ部においては、断面が前記直管部に比べて前記曲げ半径方向と直交する方向に径が大きな扁平形状である、
ことを特徴とする二重管。
請求項１または２に記載の二重管であって、
前記内管の内部には、前記内管の剛性を上げる部材が設けられる、
ことを特徴とする二重管。