JP3239833B2 - 異形管の製造方法 - Google Patents

異形管の製造方法

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    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F28F1/06Tubular elements of cross-section which is non-circular crimped or corrugated in cross-section

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  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Metal Extraction Processes (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、大表面積の確保を
可能にする異形管の製造方法に関し、特に、二重管式、
シェルアンドチューブ式の熱交換器の伝熱管などに用い
て好適なものである。
【0002】
【従来の技術】従来より熱交換器には、二重管式のもの
がある。この熱交換器は、例えば冷媒蒸気を外側の管と
内側の管との間に流し、これに対して冷却水を内側の管
内に対向流で流すことで、冷媒と冷却水との熱交換を行
う。このような二重管式熱交換器に用いる内管は、外管
との間に冷媒用の間隙を確保し、また表面積を大きくし
て熱交換率を高めるために、断面形状を円形状の外管に
対して、非円形の異形状とする場合がある。このような
異形状の管としては、例えば断面六角形状などの管が考
えられる。
【0003】ところで、従来このような断面六角形状の
管は、図6、図7に示すダイス1を用いて、断面円形状
の素管3から引抜き加工することにより得ていた。ダイ
ス1は、素管3の進入する導入部(アプローチ部)5が
円形のテーパ状となる一方、素管外形を最終成形する成
形部(ベアリング部)7が、このアプローチ部5とベア
リング部7までの間で徐々に変形されて最終的に六角形
状となっている。従って、このダイス1のアプローチ部
5に断面円形状の素管3を導入し、ベアリング部7から
引き抜くことにより、ベアリング部7と同一形状である
断面六角形状の管9を得ることができた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た断面六角形状の管は、二重管式熱交換器の内管として
用い、例えば稜角部を外管の内周面に当接して挿入した
場合、外管との間に十分な間隙を確保できない不具合が
ある。また、断面形状が線分で囲まれた形状(多角
形)、即ち、各外周面が平面であるため、表面積を増大
させるのにも限界があった。これに対して、各外周面を
平面でない屈曲面などで形成し、表面積を増大させるこ
とも考えられる。従来、このような円形、多角形以外の
断面形状で管を引抜き加工するには、同様の形状でベア
リング部を形成したダイスを用いなければならない。と
ころが、ダイスは、要部が一般的に耐磨不変形用の超硬
合金からなるため、複雑な形状への加工が極めて困難で
あり、仮に加工が可能であったとしても極めて高価にな
った。このため、ダイスを用いてこのような管を引抜き
加工して得ることは、従来技術において事実上不可能で
あった。本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、表
面積を増大させることができるとともに、例えば二重管
式熱交換器の内管として用いた場合においても、外管と
の間に十分な間隙を確保できる異形管の製造方法を提供
することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る製造方法は、素管の進入方向に向かって
開口断面がほぼ相似形で徐々に小さくなる先細りテーパ
状の導入部を有するダイスに素管を進入させ、管断面を
凹凸状に成形する異形管の製造方法であって、前記導入
部に形成した少なくとも一つの傾斜面によって前記素管
を部分的に圧接しながら進入させ、前記テーパ形状によ
って徐々に狭まる前記導入部からの反力で前記傾斜面の
中心線上部分の素管の管壁を周方向に圧縮して素管の内
方に凹む凹溝を管軸方向に形成することを特徴とするも
のである。
【0006】この管の製造方法では、例えば断面円形状
の素管を、導入部の傾斜面に圧接しながら進入させて行
くことで、先ず、傾斜面に接触している部分で素管が変
形し、更に導入部の深部へ進入させることで、テーパ形
状である導入部の反力によって傾斜面の中心線上部分の
素管の管壁が周方向に圧縮され、その結果、管壁が管軸
中心方向に凹み、凹溝が成形される。このようにして成
形した管の外周面は凹溝を挟んで突条部が突出すること
になり、突条部の先端と凹溝の溝底との間に大きな高低
差が確保されることになる。また、これに伴い、突条部
同士の間の面積が平面であった場合に比べて大きくな
り、管全体の表面積が増大することになる。なお、素管
としては、断面円形状のものでも、予め多角形状に若干
成形させられているものでも、いずれをも適用すること
ができる。また、傾斜面は、平面としてもよいし、凹溝
を形成し易いようにわずかな凸面に形成しておいてもよ
い。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る管の製造方法
の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明に係る管を示す斜視図である。管11の外
周には、管11の管壁13を管内方に凹ませて形成した
管軸方向の凹溝15を、円周方向に等間隔で複数(この
例では六箇所)形成してある。
【0008】従って、凹溝15同士に挟まれた管壁13
は、突条部17となって突出している。つまり、管11
は、六つの突条部17が円周方向等間隔で放射状に突出
した星型管(又は、「スターチューブ」と称す)となっ
ている。
【0009】凹溝15は、V字状の屈曲面であってもよ
く或いは二次曲線状の湾曲凹面であってもよい。また、
管11の内周面には、熱通過率を大きくするための微小
溝19を、管軸中心に螺旋状に形成してある。なお、こ
の微小溝19は、管壁13の肉厚の範囲内で形成してあ
り、管壁13の表面側には形状的な影響を及ぼさないよ
うになっている。
【0010】凹溝15の数は、この実施形態で例示する
六つ以外の複数であってもよく、三箇所とすれば、三つ
の突条部17が等間隔で突出した星型管となり、四箇所
とすれば、四つの突条部17が等間隔で突出した星型管
となる。また、凹溝15の数は、一つであってもよく、
この場合、管11の断面形状は、二つの突条部17が一
つの凹溝15を挟む略ハート形となる。
【0011】本実施形態による管11では、外周に凹溝
15を複数形成することで、それぞれの凹溝15に挟ま
れた外周部分が突条部17となり、突条部17の先端と
凹溝15の溝底との間に大きな高低差が確保されること
になる。また、これに伴い、突条部17同士の間の面積
が平面であった場合に比べて大きくなり、管11全体の
表面積が増大することになる。
【0012】このように、上述の管11によれば、凹溝
15を外周に形成することで、突条部17を放射状に突
出させた星型形状とすることができるので、例えば二重
管式熱交換器の内管として用いた場合、突条部17の先
端を外管の内周面に当接して挿入することで、外管との
間に十分な間隙を確保することができる。
【0013】また、突条部17同士の間がV字状屈曲面
或いは湾曲凹面の凹溝15であるため、従来のような各
外周面が平面である断面多角形状の管に比べて、表面積
を増大させることができる。
【0014】更に、この管11によれば、凹溝15と突
条部17とが交互に形成されるので、管壁13の剛性が
高まり、従来の例えば六角形状の管に比べて、半径方向
の強度や、耐圧強度を大きくすることができる。このこ
とは、特に二重管式熱交換器を製作する際に、管11を
外管内に挿入した状態で外管を縮径し、突条部17の先
端を外管の内周面に密接させるときに有効となる。
【0015】次に、この管11の製造に用いるダイスを
説明する。図2は本発明に係る管の製造方法に用いるダ
イスの正面図、図3は図2のB−B矢視図である。本実
施形態の製造方法に用いるダイス21には、断面円形状
の素管23が導入される。ダイス21には、素管23の
進入する導入部(アプローチ部)25を形成してある。
アプローチ部25の入口は、六角形状の導入開口26と
なっており、この導入開口26は素管23の外周円より
大きく形成してある。アプローチ部25は、素管23の
進入方向に向かって、開口断面が相似形で徐々に小さく
なる先細りテーパ状となっている。
【0016】アプローチ部25の素管進入方向終端に
は、成形部(ベアリング部)27を同軸上に接続してあ
る。ベアリング部27の開口断面は、アプローチ部25
の終端と同形状の六角形で形成してある。即ち、従来の
断面六角形状の管を成形するダイスは、アプローチ部が
円形であり、ベアリング部までの間で徐々に六角形状と
なるが、本実施形態のダイス21は、アプローチ部25
から六角形状となっている点が大きく異なる。
【0017】次に、このように構成したダイス21を用
いての管11の製造方法について説明する。図4はアプ
ローチ部のC−C断面部における素管の状態を示す断面
図、図5はアプローチ部のD−D断面部における素管の
状態を示す断面図である。この実施形態で用いる断面円
形状の素管23の内周面には、熱通過率を高めるための
上述の微小溝19が予め管軸を中心として螺旋状に形成
してある。素管23は、ダイス21のアプローチ部25
に進入すると、アプローチ部25の内方の六つの傾斜平
面(傾斜面)25aに当接する。
【0018】素管23は、テーパ状の傾斜平面25aに
圧接しながらアプローチ部25に進入して行くことで、
図4に示すように接触部が平面部23aへと変形して行
く。なお、この際、アプローチ部25の導入開口26と
素管23の外周面との間には油溜まり29(図3参照)
が形成され、油溜まり29の潤滑油は素管23の表面と
傾斜平面25aとの間に浸入し、ダイス21と素管23
との摩擦抵抗を低減させる。
【0019】なお、潤滑油としては、高圧力に耐え、素
管23の表面と傾斜平面25aとの間に安定した膜を形
成し、熱により性質が変わらず、且つ容易に除去できる
ものが好適であり、例えば、動植物油、鉱油及びこれら
を水中に乳化分散したものなどが用いられる。
【0020】素管23は、更にアプローチ部25へ進入
すると、平面部23aの長さがアプローチ部25の六角
形状の一辺の長さと等しくなり、この段階で略六角形状
に変形する。素管23は、この状態から更にアプローチ
部25の深部へ進入すると、図5に示すようにアプロー
チ部25の稜角25bが狭まることにより、平面部23
aが両側の稜角25bからの反力により圧縮され、傾斜
平面25aの中心線上部分の管壁が管軸中心方向に撓ん
で(凹んで)凹溝15となり、同時に、突条部17が形
成されることになる。
【0021】このように、上述の管11の製造方法によ
れば、アプローチ部25が六角形状のダイス21を用
い、素管23に平面部23aを形成した後、更に素管2
3をアプローチ部25の深部へ進入させることにより、
平面部23aを管軸中心方向に凹ませて、凹溝15を成
形することができる。この結果、ベアリング部27が六
角形状である製造容易なダイス21を用いて、ベアリン
グ部27の開口形状と異なる複雑な形状の星型管を成形
することができる。
【0022】また、上述のダイス21によれば、アプロ
ーチ部25を六角形のテーパ状とすることで、最初に素
管23に平面部23aを成形し、この平面部23aを凹
ませて、凹溝15を成形することができるので、ベアリ
ング部27を複雑な星型形状とせずに、六角形状のまま
で星型管を形成することができる。この結果、ダイス2
1の製作を容易且つ安価なものにすることができる。
【0023】なお、上述の実施形態では、管11を二重
管式熱交換器に用いる場合を例に説明したが、本発明に
係る管は、円筒内に冷却管を設け、この冷却管内に冷媒
を流し、冷却管外(円筒内)に冷却水を流すシェルアン
ドチューブ式の熱交換器における冷却管としても用いる
ことができる。この場合においても、上述の効果同様
に、表面積の増大により熱通過率、耐圧強度を増大させ
ることができる。一方、本発明に使用される素管として
は、断面円形状のものを例にとって説明したが、予め多
角形状に若干成形させられているものを使用してもよ
い。また、傾斜平面は、厳密な意味での平面でなくと
も、管壁を凹ませて凹溝を形成し易いように、わずかな
凸面に形成しておいてもよい。その場合、本発明は管壁
の一部を周方向に圧縮してダイスから浮き上がらせるよ
うにして凹溝を形成するものであるから、傾斜平面を凸
面にするとしても、凹溝より緩やかな凸面となる。本発
明においては、前記実施形態の傾斜平面及び緩やかな凸
面等を総称して傾斜面と称す。
【0024】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
る製造方法によれば、導入部に少なくとも一つの傾斜面
を有するダイスを用い、素管をこの傾斜面に圧接しなが
ら進入させることで、素管を部分的に成形し、更に素管
を導入部へ進入させることで、テーパ形状の導入部の反
力によって傾斜面の中心線上部分の管壁を管軸中心方向
に凹ませて、凹溝を成形するので、製造容易な形状のダ
イスを用いて、ベアリング部の開口形状と異なる複雑な
形状の星型管等の異形管を成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る管を示す斜視図である。
【図2】 本発明に係る管の製造方法に用いるダイスの
正面図である。
【図3】 図3は図2のB−B矢視図である。
【図4】 アプローチ部のC−C断面部における素管の
状態を示す断面図である。
【図5】 アプローチ部のD−D断面部における素管の
状態を示す断面図である。
【図6】 従来のダイスの正面図である。
【図7】 図6のA−A断面図である。
【符号の説明】
11 管 13 管壁 15 凹溝 21 ダイス 23 素管 23a 平面部 25 アプローチ部(導入部) 25a 傾斜面 27 ベアリング部(成形部)
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−91326(JP,A) 特開 平7−18920(JP,A) 特開 平7−60336(JP,A) 特開 平3−248711(JP,A) 特開 昭61−144214(JP,A) 実開 昭49−95229(JP,U) 特公 昭49−8794(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B21C 1/22 B21C 3/06 B21C 37/15

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 素管の進入方向に向かって開口断面がほ
    ぼ相似形で徐々に小さくなる先細りテーパ状の導入部を
    有するダイスに素管を進入させ、管断面を凹凸状に成形
    する異形管の製造方法であって、 前記導入部に形成した少なくとも一つの傾斜面によって
    前記素管を部分的に圧接しながら進入させ、前記テーパ
    形状によって徐々に狭まる前記導入部からの反力で前記
    傾斜面の中心線上部分の素管の管壁を周方向に圧縮して
    素管の内方に凹む凹溝を管軸方向に形成することを特徴
    とする管の製造方法。
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