JP5561928B2 - 二重管式熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、二重管式熱交換器に関するもので、詳しくは、湾曲させた二重管式熱交換器に関するものである。

例えば、給湯装置における給湯用熱交換器として、内管内に水を流し、内管と外管との間の環状空間に冷媒を流す二重管式熱交換器において、内管と外管との間の環状空間に伝熱促進体（スペーサ）を介在させて、熱交換効率を高めた二重管式熱交換器が提供されている（例えば、特許文献１または２）。

特開２００１−２０１２７５公報（図５および図６参照） 特開２００８−２３５３７号公報（図１および図３参照）

ところで、特許文献１に開示されている二重管式熱交換器では、内管と外管との間に介在させる伝熱促進体（スペーサ）として、内管にスプリングを巻回させている。
また、特許文献２に開示されている二重管式熱交換器では、伝熱促進体（スペーサ）として、内管に針金を螺旋状に巻回させている。

しかしながら、両特許文献に開示される二重管式熱交換器では、内管と外管との間の間隔を確保するために、断面積円形の棒材が使用されているが、棒材を内管に巻き付けるには、巻き付け作業が煩雑になるばかりでなく、伝熱促進体の接触密度が小さいため、熱交換率があまり良くない。また、内管と外管との間隙が大きい場合には、それだけ径の大きな棒材を巻き付けることが必要となり、二重管の重量が大きくなると共に、巻き付け作業がさらに困難なものとなる。

また、二重管を曲げる場合には、棒材であるスペーサが曲げ装置のクランプと線接触することとなり、加工に際してそこに応力が集中してしまい、管に損傷を生じる虞がある。特に、内管と外管との間隙が大きい場合には、棒材の径が大きくなるため、相当の力が必要となり、さらに管に損傷を与える虞が高くなる。

そこで、本発明は、上記した背景技術が有する実情に鑑みて、重量が嵩むことなく、熱交換効率が高い二重管式熱交換器、および内管と外管との間に介在させる伝熱促進体（スペーサ）の配設が容易であり、さらには、曲げ加工が容易で、損傷の虞のない作製が可能な湾曲させた二重管式熱交換器を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するため、請求項１の二重管式熱交換器は、断面が波状を成し、その波状の山部が稜線に対して垂直方向に形成された線状の打ち抜き孔によって均等に分離されることによって形成される、曲げ加工の際に管の伸縮にあわせて離反或いは圧縮される多数の突起部分によって構成された金属板スペーサを、その端部が管の湾曲される変形域よりも長い範囲にわたり、かつ、波状を成す断面が管の周方向に配置されるようにして内管と外管との間の環状空間に介在され、該金属板スペーサが介在させられた部分において管が湾曲形成されていることを特徴とする。

また、請求項２の二重管式熱交換器は、上記請求項１に記載の発明において、上記内管と外管との間の環状空間に介在された金属板スペーサが、内管と外管にろう付けされていることを特徴とする。

上記した請求項１の二重管式熱交換器によれば、スペーサが断面が波状を成す板体によって形成されているので、軽量であり、重量の軽い二重管式熱交換器が得られる。しかも、湾曲形成された部分も、曲げ加工の際にスペーサを介して管全周に亘ってクランプ力が均一に作用し、応力が集中することないので、損傷のない二重管式熱交換器となる。さらに、スペーサは、断面が波状を成し、その波状の山部が稜線に対して垂直方向に形成された線状の打ち抜き孔によって均等に分離されることによって形成される、曲げ加工の際に管の伸縮にあわせて離反或いは圧縮される多数の突起部分によって構成されているので、管の伸張の妨げとなることなく、スムースな湾曲部を有する二重管式熱交換器となる。

また、上記した請求項２の二重管式熱交換器によれば、スペーサが内管及び外管にろう付けされているため、曲げ加工に際して、内管及び外管の圧縮される部分においては、スペーサの各突起部分が均等に圧縮され、また、内管及び外管の伸張される部分においては、スペーサの各突起部分が均等に分離されるので、曲げ成形された二重管は、スペーサが均等に分布されることになり、よって、曲率の均一な湾曲部を有する二重管式熱交換器となる。

以下、上記した本発明に係る二重管式熱交換器の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明に係る二重管式熱交換器の二重管を示し、図２は、本発明に係る二重管式熱交換器の製造方法で使用されるスペーサの一実施形態を示し、図３は、そのスペーサの一部を拡大して示している。また、図４乃至図７は、本発明に係る二重管式熱交換器の製造方法の一実施形態を示している。

本実施形態の二重管式熱交換器は、オイルクーラで使用される二重管式熱交換器である。この二重管式熱交換器の二重管１では、図１に示すように、内管２と外管３との間の環状空間４に、スペーサ１０が介在されている。

上記スペーサ１０は、図２および図３に示した実施形態では、金属板、例えば板厚ｔが０．３ｍｍのアルミニウム板をプレスによって加工したものである。このスペーサ１０は、図３に詳記したように、Ｘ方向の断面が、高さＨが５ｍｍ、幅Ｗが２ｍｍのコ字状を成す波状に形成され、Ｙ方向において、長さＬが５ｍｍのピッチで分離形成された突起部分１１，１１が、１ｍｍ程度のオフセット量Ｃをもってジグザグ状に連続している。

このスペーサ１０は、上金型と下金型とによって形成され、Ｙ方向において、突起部分１１，１１間に不連続部が形成される。すなわち、このスペーサ１０では、プレス成形時に、上金型と下金型とによって、側壁部１１ａにスリットＳがせん断形成され、上記不連続部が形成される。したがって、このスペーサ１０では、突起部分１１，１１の頂部１１ｂ，１１ｂおよび底部１１ｃ、１１ｃのみで互いに連続している。また、このスペーサ１０の表面には、ろう材が積層される。

そして、このスペーサ１０のＸ方向が内管２の周方向に合致するように、すなわち、波状を成す断面が周方向に配置されるように該スペーサ１０を、図４に示すように、少なくとも湾曲させる変形域Ｒ（図６参照）よりも長い範囲にわたって配置させ、それを外径２８．５ｍｍの内管２の外周面に巻き付ける。この場合、スペーサ１０は、波状を成しているので、内管２の周面に添って容易に湾曲させることができる。

続いて、この内管２を、内径４０ｍｍの外管３に挿嵌させ、次いで、図５に示すように、内管内２にマンドレルＭ１を挿入させ、内管２を拡径し、スペーサ１０の突起部分１１の頂部１１ｂを外管３の内周面に圧接させる。その後、組み付けた二重管１を炉内に入れ、スペーサ１０を内管２と外管３にろう付けする。

次いで、二重管１を、図６に示したような曲げ装置２０にセットし、スペーサ１０の一端部１０ａを含む二重管１の外周面を固定クランプ２１で固定し、スペーサ１０の他端部１０ｂを含む二重管１の外周面を可動クランプ２２に固定する。そして、内管２内にマンドレルＭ２を挿入し、可動クランプ２２を曲げロール２３に沿って移動させることによって、二重管１を湾曲成形する。

この場合、図７に示すように、内管２および外管３の伸縮に対応してスペーサ１０が変形される。すなわち、内管２および外管３が縮む曲げ部の内側部分では、突起部分１１，１１が圧縮、特にスリットＳ部分が圧縮されて縮み、内管２および外管３が伸びる曲げ部の外側部分では、突起部分１１，１１の頂部１１ｂ，１１ｂがスリットＳの存在によって分離され、その間が広がる。

このように製造された二重管式熱交換器によれば、スペーサ１０によって、内管２と外管３との間隙が一定に保持され、かつ、スペーサ１０を介しても熱交換が行われるので、熱交換率を高めることができる。

また、曲げ加工工程において、内管２および外管３が伸びる際に、スペーサ１０の突起部分１１，１１が分離されるので、内管２および外管３の伸張の抵抗になることはなく、曲げ加工を容易に行なうことができる。さらに、曲げ加工する際に、スペーサ１０を介して管全周に亘ってクランプ力が均一に作用するので、応力が集中することなく、したがって、管を損傷する虞もない。

なお、上記実施形態で示したスペーサ１０の材質は、流される流体によって適宜に変更され、また各部の寸法も、管径に対応して適宜に変更されることは勿論である。

また、上記実施形態のスペーサ１０では、図３に示すように、スリットＳを、上金型と下金型のみによってプレス成形時に同時に形成するために、突起部分１１，１１を互いにオフセットさせて配置しているが、図８に示すように、突起部分３１，３１が互いにオフセットさせることなく連続するスペーサ３０でもよい。このスペーサ３０では、図９に示すように、金属板に、予め切り込みまたは打抜き孔３２を形成し、次いで上金型と下金型とによって、二点鎖線部分を折り曲げて、突起部分３１を形成してもよい。このスペーサ３０では、孔３２に対応する部分によって、突起部分３１，３１間にスリットＳが形成される。

さらに、この二重管式熱交換器は、内管と外管との間の空間部にラジエータからの冷却水を流すことによって、内管を流れるエンジンオイルを冷却するオイルクーラに使用されるばかりでなく、例えば、内管に冷却水を流すことによって、内管と外管との間の空間部を流れる排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ、内管にラジエータからの冷却水を流し、内管と外管との間の空間部を流れるガスを冷却するカーエアコン等の他の装置にも適用できることは勿論である。

本発明に係る二重管式熱交換器の二重管を示した斜視図である。 本発明に係る二重管式熱交換器の製造方法で使用されるスペーサの一実施形態を示した斜視図である。 図２に示したスペーサの一部を拡大して示した斜視図である。 二重管式熱交換器の製造におけるスペーサを嵌着させた内管を外管へ挿嵌させる工程を示した斜視図である。 二重管式熱交換器の製造における内管の拡径工程を示した断面図である。 二重管式熱交換器の製造における曲げ加工工程を示した概念図である。 図６の曲げ加工工程において曲げられた管の部分を拡大して示した断面図である。 本発明に係る二重管式熱交換器のスペーサの他の実施形態を示した斜視図である。 図８に示したスペーサの加工の一工程を示した斜視図である。

符号の説明

１ 二重管
２ 内管
３ 外管
４ 環状空間
１０ スペーサ
１０ａ，１０ｂ 端部
１１ 突起部分
１１ａ 側壁部
１１ｂ 頂部
１１ｃ 底部
２０ 曲げ装置
２１ 固定クランプ
２２ 可動クランプ
２３ 曲げロール
３０ スペーサ
３１ 突起部分
３２ 孔
Ｈ 高さ
Ｗ 幅
Ｌ 長さ
Ｓ スリット
Ｃ オフセット量
ｔ 板厚
Ｒ 変形域

Claims (2)

1. 断面が波状を成し、その波状の山部が稜線に対して垂直方向に形成された線状の打ち抜き孔によって均等に分離されることによって形成される、曲げ加工の際に管の伸縮にあわせて離反或いは圧縮される多数の突起部分によって構成された金属板スペーサを、その端部が管の湾曲される変形域よりも長い範囲にわたり、かつ、波状を成す断面が管の周方向に配置されるようにして内管と外管との間の環状空間に介在され、該金属板スペーサが介在させられた部分において管が湾曲形成されていることを特徴とする、二重管式熱交換器。
2. 上記内管と外管との間の環状空間に介在された金属板スペーサが、内管と外管にろう付けされていることを特徴とする、請求項１に記載の二重管式熱交換器。

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