JP2555453B2 - 独立フィンチューブ型熱交換器及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本願発明は、連続蛇行曲げ加工した銅パイプの直線部
の任意の位置にフィンを取付けてなる独立フィンチュー
ブ型熱交換器、及びその製造方法に関するものである。

（従来技術及びその問題点） D/t≧15（D:外径、t:肉厚）のパイプをR/D≦2.5（R:
中心線曲げ半径）の範囲で曲げ加工することは、パイプ
の材質にもよるが一般に困難である。即ち第５図に示す
ような固定型のパイプベンダ10を用いてパイプ１をその
ままの状態で外力により曲げ加工する所謂空曲げ加工を
上記条件で行なうと、曲げ部にしわ、座掘、破れ等が生
じる恐れがある。なおパイプベンダ10は、固定ロール11
の周面とクランプ治具12との間に挾持されたパイプ１
を、プレッシャー治具13を矢印Ａ方向に移動させること
により固定ロール11周面に沿わせて曲げ加工するように
なっている。これを解決するために従来は、第６図に示
すような回転型のパイプベンダ20を用い、パイプ１内部
にマンドレル30を挿入した状態で曲げたり、パイプ１内
部に充填剤を詰めた状態で曲げたりしていた。なおパイ
プベンダ20は、回転ロール21の周面とクランプ治具22と
の間に挾持され固定具23に固定されたパイプ１を、回転
ロール21を回転させることによって曲げ加工するように
なっている。

しかしマンドレルを用いた方法では、短尺パイプのヘ
アピン曲げやＵベンド管を作成する場合にはあまり問題
はないが、長尺パイプの連続蛇行曲げを行なう場合に
は、パイプと略同じ長さを有するマンドレルを必要とす
るためにマンドレルをパイプに挿入するのに広い作業ス
ペースを必要とし、また潤滑油を併用した場合には、後
処理としてパイプ内部を洗浄する手間を要し、このため
作業性が著しく悪くなり、パイプ内部の汚染の恐れもあ
った。また充填剤としては例えば砂等の微粉体や、パラ
フィン、鉛系合金等の低融点物質が用いられるが、砂等
を用いた場合には、充填、排出作業に手間がかかり、特
にパイプが細い場合にはパイプ内から完全に除去するの
が困難であり、またパイプ内壁を傷つけてしまうという
欠点があった。また低融点物質を用いた場合には、充
填、排出作業に溶融、凝固、溶融の繰返し手数を要し、
物質が高価でもあるため経済性が伴なわず、特に鉛を用
いた場合には有毒ガスにより作業者の健康を害するとい
う欠点があった。また低融点物質の代わりに例えば水を
パイプ内に充填し凍結させ、その状態で曲げ加工を行な
う方法が知られているが、この方法においても充填、排
出作業に凍結、溶解の繰返し手数を要し、また曲げ加工
中は水が凍結状態にあるように作業環境を保つ必要から
大きなエネルギー、大がかりな設備を要するという欠点
があり、長尺パイプの蛇行曲げ加工には不適である。な
おパイプ内面に液圧をかけた状態で曲げ加工する方法は
公知であるが（「円管の曲げ加工における形状精度」、
Journal of the JSTP.VOL.27、no.300、p201〜207）、
パイプの単純曲げに関して公知であるだけであり、連続
蛇行曲げした独立フィンチューブに適用することは何等
示されていない。

ところで第７図ないし第９図はそれぞれ従来の独立フ
ィンチューブ型熱交換器を示す図である。第７図、第８
図の例はアルミパイプ41を連続蛇行曲げ加工したもので
ある。42は直線部に並んで取付けられたフィンである。
この例は、例えばＤ＝8mm、ｔ＝0.8mmのアルミパイプ41
をＲ＝12.5mmとなるよう空曲げ加工して製作されてい
る。空曲げ加工を行なうにはこの程度の値が限度であ
り、D/t＝10、R/D＝1.56であり、D/t値が低い点に問題
があった。第９図の例は銅パイプ51を用いたものであ
る。52はフィンである。この例は材料コストの点からＤ
＝8mm、ｔ＝0.3mmの銅パイプ51をＲ＝12.5mmとなるよう
曲げ加工して製作されている。これはD/t＝26.7、R/D＝
1.56であり、空曲げ加工では曲げ部に座掘、破れ等が生
じる恐れがあるため、マンドレルを用いてヘアピン曲げ
を行なってヘアピン管51aを製作し、またマンドレルを
用いてＵベンド管51bを製作し、ヘアピン管51aとＵベン
ド管51bをろう付けして製作している。即ち経済的範囲
（即ちD/t≧15、R/D≦2.5の範囲）におけるＤ、ｔを有
する銅パイプを、空曲げ加工やマンドレル、充填剤を用
いた曲げ加工によらないで連続蛇行曲げ加工してなる独
立フィンチューブ型熱交換器は製作されていない。

一方、自動販売機のコンデンサ、エバポレータ等に用
いる独立フィンチューブ型熱交換器は、種々の環境外気
に触れるため、大気中のSO₂ガスや海浜の塩分を含んだ
空気等により冷媒管が腐蝕して作動不良となる恐れがあ
る。そのためアルミパイプは用いられず、専ら銅パイプ
が用いられる。また第７図の例ではアルミパイプ41の両
端に銅パイプ43との接続部44があり、第９図の例ではＵ
ベンド管51bの両端にヘアピン管51aとの接続部53がある
ため、その接続部44、53からパイプ内を流れる冷媒が漏
れる恐れがある。

そこで経済的範囲におけるＤ、ｔを有する銅パイプ
を、空曲げ加工やマンドレル、充填剤を用いた曲げ加工
によらないで連続蛇行曲げ加工してなる独立フィンチュ
ーブ型熱交換器が望まれている。独立フィンチューブ型
熱交換器の有用性は、例えば特公昭49−45490、特公昭6
2−14748等で知られている通りであり、例えばフィン間
隔を自在に設定できる等がある。

またパイプにフィンを取付ける方法としては一般に、
パイプより僅かに大きい径の貫通孔を有するフィンにパ
イプを挿通させ、パイプ内に拡管マンドレルを圧入する
ことによってフィンをパイプに固着するようにしてい
る。なお液圧によってパイプを拡管すること即ち所謂液
圧膨管という技術は公知であるが、第９図の例では、Ｕ
ベンド管51bをろう付けする前に行なわなければなら
ず、製作能率が悪く実用性がない。

（発明の目的） 本願発明は、経済的範囲におけるＤ、ｔを有する銅パ
イプを用いてなり、種々の環境外気による冷媒管の腐蝕
の恐れがなく、冷媒の漏れを確実に防止できる独立フィ
ンチューブ型熱交換器を提供すること、及び経済的範囲
におけるＤ、ｔを有する銅パイプを、空曲げ加工やマン
ドレル、充填剤を用いた曲げ加工による問題点を有する
ことなく連続蛇行曲げ加工して独立フィンチューブ型熱
交換器を製造することのできる方法を提供することを目
的とする。

（発明の構成） 本願の第１の発明は、連続蛇行曲げ加工されたパイプ
と、パイプの直線部に並んで取付けられた複数のフィン
とからなり、フィンはフィンの貫通孔に通したパイプの
径を拡大することによりパイプに固定されている独立フ
ィンチューブ型熱交換器であって、D/t≧15（D:外径、
t:肉厚）の銅パイプがR/D≦2.5（R:中心線曲げ半径）の
範囲で連続蛇行曲げ加工されていることを特徴とする独
立フィンチューブ型熱交換器である。

本願の第２の発明は、R/D≦2.5（D:外径、R:中心線曲
げ半径）の範囲で連続蛇行曲げ加工されたD/t≧15（t:
肉厚）の銅パイプと、銅パイプの直線部に並んで取付け
られた複数のフィンとからなり、フィンはフィンの貫通
孔に通した銅パイプの径を拡大することにより銅パイプ
に固定されている独立フィンチューブ型熱交換器の製造
方法であって、直線状の銅パイプの曲げ加工しようとす
る複数箇所にパイプ径が拡大するのを防ぐクランプ治具
を取付けるとともに上記直線部となる複数箇所にフィン
を配置し、銅パイプ内に液体を注入し、液体を介して銅
パイプ内壁に銅パイプの塑性変形域の圧力をかけて銅パ
イプの径を拡大してフィンを銅パイプに固定し、曲げ加
工する箇所のクランプ治具を銅パイプ内壁にかかる圧力
を弾性変形域まで下げた状態で取外し、その取外した箇
所を銅パイプ内壁にかかる圧力を弾性変形域と塑性変形
域の境界付近まで上げた状態で曲げ加工するようにした
ことを特徴とする独立フィンチューブ型熱交換器の製造
方法である。

（実施例） 以下、本願発明の実施例を図に基づいて説明する。第
１図は独立フィンチューブ型熱交換器の一例を示す平面
図である。連続蛇行曲げ加工された銅パイプ１の直線部
1aには複数のフィン２が並んで取付けられている。フィ
ン２は第２図に示すようにフィン２の貫通孔2aに通した
銅パイプ１の径を拡大することにより銅パイプ１に固定
されている。ここでは銅パイプ１として、外径（Ｄ）が
8.0mm、肉厚（ｔ）が0.3mmのものを用いており、曲げ部
の中心線曲げ半径（Ｒ）は12.5mmとなっている。即ちこ
の例は経済的範囲（即ちD/t≧15、R/D≦2.5の範囲）に
おけるＤ、ｔを有する銅パイプ１を連続蛇行曲げ加工し
てできている。なお銅パイプ１のＤ、ｔ、及びＲは２つ
の上記不等式の範囲であれば上記値に限るものではな
い。

このような独立フィンチューブ型熱交換器では、第７
図の例に示すアルミパイプ41の両端の接続部44や第９図
の例に示すＵベンド管51bの両端の接続部53はないの
で、第７図、第９図の例に比してパイプ内を流れる冷媒
の漏れは確実に防止され、漏れに対する信頼性は向上す
る。このため冷媒漏れの検査は不要となり、生産コスト
も低減される。また銅パイプ１で構成されているので、
種々の環境外気例えば大気中のSO₂ガスや海浜の塩分を
含んだ空気等による冷媒管の腐蝕の恐れはなく、作動不
良となる恐れはない。

次に上記独立フィンチューブ型熱交換器を製造する方
法を第３図、第４図、第５図に基づいて説明する。まず
第３図に示すように、直線状の銅パイプ１を用意し、銅
パイプ１の直線部1aとなる箇所にフィン２を配置すると
ともに、曲げ部1bとなる箇所にクランプ治具３（3a、3
b、3c、……）を取付ける。クランプ治具３は銅パイプ
１の径が拡大するのを防ぐものである。次に銅パイプ１
の一端1cを溶接により水密的に閉成し、他端1dに水圧ポ
ンプ14に接続された水管14aを連結する。水管14aは他端
1dを塞ぐように連結する。なお一端1cは閉塞用の栓によ
り閉成してもよい。そして銅パイプ１内に水を注入し、
水を介して銅パイプ１内壁に銅パイプ１の弾性変形域と
塑性変形域の境界付近の圧力がかかるよう銅パイプ１内
に充満した水に水圧ポンプ14から圧力を加え、銅パイプ
１の径を拡大してフィン２を銅パイプ１に固定する。即
ちフィン２の所謂膨管かしめを行なう。ここでは銅パイ
プ１内壁に90〜100kg/cm²の圧力をかける。なおこの圧
力の大きさは銅パイプ１のＤ、ｔの値によって異なる
が、水圧ポンプ14により最適な大きさに容易に設定でき
る。

次に銅パイプ１内壁にかかる圧力を銅パイプ１の弾性
変形域まで下げ、この状態でまずクランプ治具3aを取外
す。ここでは銅パイプ１内壁にかかる圧力は40〜50kg/c
m²とする。そして第４図に示すように、クランプ治具3a
が取付けられていた箇所1bを曲げ加工すべく、銅パイプ
１をパイプベンダ10に取付ける。このパイプベンダ10
は、固定ロール11と、クランプ治具12と、プレッシャー
治具13とで構成されており、固定ロール11の周面とクラ
ンプ治具12との間に挾持された銅パイプ１を、プレッシ
ャー治具13を矢印Ａ方向に移動させることにより固定ロ
ール11周面に沿わせて曲げ加工するようになっている。
ここでは固定ロール11として、半径（R:中心線曲げ半
径）12.5mmの金属製のものを用いている。クランプ治具
12は固定ロール11の周面に接して配設されている。固定
ロール11の周面とクランプ治具12の固定ロール11周面側
には銅パイプ１の径に略等しい幅の溝11a、12aがそれぞ
れ形成されており、銅パイプ１はその溝に嵌まり込んだ
状態で固定ロール11の周面とクランプ治具12との間に挾
持されるようになっている。プレッシャー治具13にも同
様の溝13aが形成されている。

そしてパイプベンダ10に取付けられた銅パイプ１の内
壁にかかる圧力を銅パイプ１の弾性変形域と塑性変形域
の境界付近まで上げ、この状態でプレッシャー治具13を
矢印Ａ方向に移動させる。ここでは銅パイプ１内壁にか
かる圧力は55〜60kg/cm²とする。これにより第５図に示
すように銅パイプ１は曲げ加工される。このような曲げ
加工では、銅パイプ１内壁に銅パイプ１の弾性変形域と
塑性変形域の境界付近の圧力がかかっているので、銅パ
イプ１の曲げ部にしわや凹みが生じることはない。しか
もマンドレルや充填剤を用いることなく行なわれるの
で、容易に加工でき、またパイプ内を洗浄する手間も省
かれ、汚染の恐れもない。

クランプ治具3aが取付けられていた箇所の曲げ加工が
終わると、次にクランプ治具3bをクランプ治具3aの場合
と同様の圧力状態下即ち銅パイプ１の弾性変形域の圧力
状態下で取外し、取外した箇所を同様の圧力状態下即ち
銅パイプ１の弾性変形域と塑性変形域の境界付近の圧力
状態下でパイプベンダ10により曲げ加工する。以下順次
クランプ治具3c……と続ける。なお使用する液体には水
の他に溶剤等を使用してもよい。

曲げ加工が全て終了すると、銅パイプ１をパイプベン
ダ10から取外し、銅パイプ１から水管14aを取外し閉成
した一端1cを切落すとともに、銅パイプ１内から水を流
出させ、銅パイプ１内を乾燥させ、腐蝕を防止するとと
もに異物の混入を防止する。こうして第１図に示す独立
フィンチューブ型熱交換器が得られる。ちなみにこの実
施例に供試した銅管の塑性変形圧力は、56.8kg/cm²、破
壊圧力は203kg/cm²であった。

なお本発明は上記実施例とは形状の異なるフィン、チ
ューブを組合せた熱交換器にも適用できる。

（発明の効果） 以上のように本願の第１の発明の独立フィンチューブ
型熱交換器は、D/t≧15（D:外径、t:肉厚）の銅パイプ
１がR/D≦2.5（R:中心線曲げ半径）の範囲で連続蛇行曲
げ加工されて構成されているので、第７図の例に示すア
ルミパイプ41の両端の接続部44や第９図の例に示すＵベ
ンド管51bの両端の接続部53は不要となり、第７図、第
９図の例に比してパイプ内を流れる冷媒の漏れを確実に
防止でき、漏れに対する信頼性を向上できる。このため
冷媒漏れの検査を不要とでき、生産コストも低減でき
る。また銅パイプ１で構成されているので、種々の環境
外気例えば大気中のSO₂ガスや海浜の塩分を含んだ空気
等による冷媒管の腐蝕を防止でき、作動不良を防止でき
る。

また本願の第２の発明の製造方法によれば、直線状の
銅パイプ１の曲げ加工しようとする複数箇所にパイプ径
が拡大するのを防ぐクランプ治具３（3a、3b、……）を
取付けるとともに直線部1aとなる複数箇所にフィン２を
配置し、銅パイプ１内に液体を注入し、液体を介して銅
パイプ１内壁に銅パイプ１の塑性変形域の圧力をかけて
銅パイプ１の径を拡大してフィン２を銅パイプ１に固定
し、曲げ加工する箇所のクランプ治具（例えば3a）を銅
パイプ１内壁にかかる圧力を弾性変形域まで下げた状態
で取外し、その取外した箇所を銅パイプ１内壁にかかる
圧力を弾性変形域と塑性変形域の境界付近まで上げた状
態で曲げ加工するようにしたので、マンドレルや充填剤
を用いないで曲げ部にしわや凹みを生じさせることな
く、曲げ加工を行なうことができる。従って銅パイプ１
を容易に曲げ加工することができるとともに、銅パイプ
１内の洗浄の手間を省き、銅パイプ１内の汚染を防止で
きる。

また銅パイプ１内に注入するのは液体であるので、銅
パイプ１内壁を傷つけることはなく、液体の排出は確実
に行なえるので、銅パイプ１内に異物が残留することも
ない。液体として特に水を用いれば、公害を発生したり
作業員の健康を害したりする心配はなく、また水は安価
で入手容易なものであるので、加工経費を節減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願の第１の発明の独立フィンチューブ型熱交
換器を示す平面図、第２図は第１図の部分斜視拡大図、
第３図ないし第５図は本願の第２の発明の独立フィンチ
ューブ型熱交換器の製造方法を工程別に示す図、また第
５図は固定型のパイプベンダを用いた曲げ加工工程を示
す斜視図、第６図は回転型のパイプベンダを用いた曲げ
加工工程を示す斜視図、第７図、第８図はそれぞれアル
ミパイプを用いた従来の独立フィンチューブ型熱交換器
を示す図、第９図は銅パイプを用いた従来の独立フィン
チューブ型熱交換器を示す図である。 １……銅パイプ、1a……直線部、1b……曲げ部、２……
フィン、2a……貫通孔、３（3a、3b、3c……）……クラ
ンプ治具、10、20……パイプベンダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 孫谷 不二雄 大阪府大阪市淀川区三国本町３丁目９番 39号 日本アルミニウム工業株式会社内

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】連続蛇行曲げ加工されたパイプと、パイプ
   の直線部に並んで取付けられた複数のフィンとからな
   り、フィンはフィンの貫通孔に通したパイプを径を拡大
   することによりパイプに固定されている独立フィンチュ
   ーブ型熱交換器であって、D/t≧15（D:外径、t:肉厚）
   の銅パイプがR/D≦2.5（R:中心線曲げ半径）の範囲で連
   続蛇行曲げ加工されていることを特徴とする独立フィン
   チューブ型熱交換器。
2. 【請求項２】R/D≦2.5（D:外径、R:中心線曲げ半径）の
   範囲で連続蛇行曲げ加工されたD/t≧15（t:肉厚）の銅
   パイプと、銅パイプの直線部に並んで取付けられた複数
   のフィンとからなり、フィンはフィンの貫通孔に通した
   銅パイプの径を拡大することにより銅パイプに固定され
   ている独立フィンチューブ型熱交換器の製造方法であっ
   て、直線状の銅パイプの曲げ加工しようとする複数箇所
   にパイプ径が拡大するのを防ぐクランプ治具を取付ける
   とともに上記直線部となる複数箇所にフィンを配置し、
   銅パイプ内に液体を注入し、液体を介して銅パイプ内壁
   に銅パイプの塑性変形域の圧力をかけて銅パイプの径を
   拡大してフィンを銅パイプに固定し、曲げ加工する箇所
   のクランプ治具を銅パイプ内壁にかかる圧力を弾性変形
   域まで下げた状態で取外し、その取外した箇所を銅パイ
   プ内壁にかかる圧力を弾性変形域と塑性変形域の境界付
   近まで上げた状態で曲げ加工するようにしたことを特徴
   とする独立フィンチューブ型熱交換器の製造方法。