JP5661012B2

JP5661012B2 - 捩り管形熱交換器および捩り管形熱交換器の製造方法

Info

Publication number: JP5661012B2
Application number: JP2011206897A
Authority: JP
Inventors: 正章我妻
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2031-09-22
Also published as: JP2013066907A

Description

本発明は、水と冷媒とを熱交換させる捩り管形熱交換器、特に芯管となる水管の外周に冷媒管を巻き付けてなる熱交換器と、その製造方法に関する。

従来、芯管となる水管の外周に冷媒管を巻き付けてなる熱交換器において、伝熱性能を向上させることを目的に、芯管となる水配管とその外周に螺旋状に巻き付けた冷媒管を密着させる方法として、芯管となる水配管(直管)の内部に高圧の液圧をかけて拡管したり、芯管となる水配管の内部に拡管用ダイスを通して拡管し、ハンダやロウ材を使用せず芯管の水管とその外周に巻き付けた冷媒管とを密着接合させるものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、大径管に螺旋状の溝とその縁に突起部を設け、大径管溝部に小径管を埋め、突起部をダイスやローラーなどで小径管の左右から潰して、小径管と大径管とを固定するようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。

また、螺旋フィン付き管のフィンを引き抜き加工等によって一方向に倒して、フィン高さより直径の小さな円管をフィン付き管に固定するようにしたものがある（例えば、特許文献３参照）。

特開２００４−０９３０５７号公報（図２〜図５）特開２００５−０７６９１５号公報（図１２図１４）特開２００４−１９０９２２号公報（図５）

しかしながら、芯管となる水配管(直管)の内部に高圧の液圧をかけて拡管したり、芯管となる水配管の内部に拡管用ダイスを通して拡管し、芯管の水配管とその外周に巻き付けた冷媒管とを密着接合させるようにしたものにあっては、元々線接触程度しか接触していなかったものを面接触するまで芯管を拡管しようとするので、非常に高い圧力で拡管することが必要となるが、圧力を上げることにより芯管の水配管が破壊されることが懸念される。
また、冷媒管の巻き付けが緩いと、高い圧力で拡管しても水管と冷媒管が上手く密着せず、水管と冷媒管の間に隙間が生じ、これが熱抵抗となり、伝熱性能が上がらないという問題があった。

また、大径管に螺旋状の溝とその縁に突起部を設け、大径管溝部に小径管を埋め、突起部をダイスやローラーなどで小径管の左右から潰して、小径管と大径管とを固定するようにしたものにあっては、カシメを行う突起部内に流路となる空洞はなく、伝熱性能がさほど上がらないという難点があった。

また、螺旋フィン付き管のフィンを引き抜き加工等によって一方向に倒して、フィン高さより直径の小さな円管をフィン付き管に固定するようにしたものにあっても、カシメを行うフィン内に流路となる空洞はなく、伝熱性能がさほど上がらないという難点があった。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたもので、芯管となる内管の内部に高圧をかけることなく内管と外管を密着させることが可能で、伝熱性能を向上させることができるようにすることを目的とする。

本発明に係る捩り管形熱交換器は、外周面に複数条の螺旋山と螺旋溝を持つ芯管となる内管と、内管の螺旋溝に沿うように巻きつけた外管と、を備えた捩り管形熱交換器において、内管は、螺旋山の高さが螺旋溝に巻きつけた外管よりも高く、かつ螺旋溝に巻きつけた外管よりも螺旋山が飛び出ている部分が内部に流路となる空洞が残るようにカシメられて外管を包み込むように形成されているものである。

また、本発明に係る捩り管形熱交換器の製造方法は、外周に外管が巻き付けられる芯管となる内管に、外管よりも高くなるように複数条の螺旋山を形成し、内管に、螺旋山の間に形成される螺旋溝に沿わせて外管を巻き付けて組付管を作成し、作成した組付管の内管に心金を挿入するとともに、組付管の外周に径が拡縮可能なカシメ冶具を取り付け、カシメ冶具の径が小さくなるように外力を加え、内管の螺旋溝に巻き付けた外管よりも螺旋山が飛び出ている部分を、その内部に流路となる空洞が残るようにカシメることで、内管により外管をその軸線を挟む両側より包み込むように形成し、内管と外管を密着接合させることを特徴としている。

本発明の捩り管形熱交換器においては、外周に外管が巻き付けられる芯管となる内管に、外管よりも高くなるように複数条の螺旋山を形成し、内管に、螺旋山の間に形成される螺旋溝に沿わせて外管を巻き付けて組付管を作成した後に、内管の螺旋山の螺旋溝より飛び出ている部分を、内部に流路となる空洞が残るようにカシメることで、内管により外管をその軸線を挟む両側より包み込むように形成し、内管と外管を密着接合するので、芯管となる内管の内部に高圧をかけることなく内管と外管を密着させることができるとともに、内管のカシメた部分も流路となり、伝熱性能を向上させることができる。

本発明の実施形態１に係る捩り管形熱交換器の製造方法を示す工程図である。本発明の実施形態１に係る捩り管形熱交換器の製造工程時の内管と外管の様子を示す断面図である。本発明の実施形態２に係る捩り管形熱交換器の製造方法を示す工程図である。本発明の実施形態２に係る捩り管形熱交換器の製造工程時の内管と外管の様子を示す断面図である。

実施形態１．
図１は本発明の実施形態１に係る捩り管形熱交換器の製造方法を示す工程図、図２は本発明の実施形態１に係る捩り管形熱交換器の製造工程時の内管と外管の様子を示す断面図である。

本発明の実施形態１に係る捩り管形熱交換器６Ａは、図１及び図２に示すように複数条の螺旋山１ａと螺旋溝１ｂを持つ芯管となる内管すなわち水管１と、螺旋溝１ｂに沿うように巻き付けた外管すなわち複数の冷媒管２とで構成される。なお、図２は水管１の軸断面を示している。

次に、本発明の実施形態１に係る捩り管形熱交換器の製造方法を図１に基づき、図２を参照しながら説明する。まず、外周に冷媒管２が巻き付けられる水管１に、冷媒管２よりも高くなるように複数条の螺旋山１ａを形成する。このとき、螺旋山１ａの内部の空洞の位置も冷媒管２より高くなるように形成する。次に、水管１の螺旋山１ａの間に形成される複数条の螺旋溝１ｂに、冷媒管２を巻き付けて組付管を作成する（図１（ａ））。次いで、水管１内に心金４を挿入するとともに、水管１の外周にカシメ冶具３を取り付ける（図１（ｂ）、図２（ａ））。カシメ冶具３としては、例えば帯状の板をぜんまいばね状に巻き付けて構成することができる。その後、カシメ冶具３の径が小さくなるように外力を加え、水管１の螺旋溝１ｂに巻き付けた冷媒管２よりも螺旋山１ａが飛び出ている部分を、内部に流路となる空洞１ｄが残るようにカシメて、水管１と冷媒管２を密着接合させ、捩り管形熱交換器６Ａを得る（図１（ｃ），（ｄ）、図２（ｂ），（ｃ））。

本発明の実施形態１に係る捩り管形熱交換器は、以上の製造方法により製造されるので、カシメ時、螺旋山１ａにはカシメ冶具３によって径方向の外側から内側に向けて力が加えられる。このため、水管１の冷媒管両脇に位置する螺旋山１ａは、冷媒管２を包み込むように左右に均等に塑性変形し、冷媒管２の巻き付けが多少緩くても、螺旋山１ａの塑性変形部分１ｃが冷媒管２をその軸線を挟む両側より包み込み、冷媒管２を外方から押さえる形になり、水管１と冷媒管２は隙間無く密着する。これにより、水管１と冷媒管２の接触面積が増大し、伝熱性能が向上する。

また、前記カシメ時、螺旋山１ａの塑性変形部分１ｃは、内部に空洞１ｄが残るようにカシメられているので、空洞１ｄが流路となり、カシメによる水管１と冷媒管２の高密着、接触面積の増大効果と相俟って伝熱性能が格段に向上する。

更に、水管１に圧力をかけないため、水管１が破裂することがなく、歩留りが向上し、製造コストを低減できる。

実施形態２．
図３は本発明の実施形態２に係る捩り管形熱交換器の製造方法を示す工程図、図４は本発明の実施形態２に係る捩り管形熱交換器の製造工程時の内管と外管の様子を示す断面図である。各図中、前述の実施形態１と同一部分には、同一符号を付してある。

本実施形態２に係る捩り管形熱交換器６Ｂは、図３及び図４に示すように複数条の螺旋山１ａと螺旋溝１ｂを持つ芯管となる内管すなわち水管１と、螺旋溝１ｂに沿うように巻き付けた外管すなわち複数の冷媒管２とで構成される。なお、図４は水管１の軸断面を示している。

次に、本発明の実施形態２に係る捩り管形熱交換器の製造方法を図３に基づき、図４を参照しながら説明する。まず、外周に冷媒管２が巻き付けられる水管１に、冷媒管２よりも高くなるように複数条の螺旋山１ａを形成する。このとき、螺旋山１ａの内部の空洞の位置も冷媒管２より高くなるように形成する。次に、水管１の螺旋山１ａの間に形成される複数条の螺旋溝１ｂに、冷媒管２を巻き付けて組付管を作成する（図３（ａ））。次いで、冷媒管２を巻き付けた水管１を一端側からカシメダイス５に通す（図３（ｂ）、図４（ａ），（ｂ））。これにより、水管１の螺旋溝１ｂに巻き付けた冷媒管２よりも螺旋山１ａが飛び出ている部分を、内部に流路となる空洞１ｆが残るようにカシメて、水管１と冷媒管２を密着接合させ、捩り管形熱交換器６Ｂを得る（図３（ｂ），（ｃ）、図４（ｂ），（ｃ））。

本発明の実施形態２に係る捩り管形熱交換器は、以上の製造方法により製造されるので、カシメ時、螺旋山１ａにはカシメダイス５によって軸方向一端側から他端側に向けて力が加えられる。このため、水管１の螺旋山１ａは、冷媒管２をその軸線を挟む一方の側より包み込むように塑性変形し、冷媒管２の巻き付けが多少緩くても、螺旋山１ａの塑性変形部分１ｃが冷媒管２をその軸線を挟む一方の側より包み込み、冷媒管２を外方から押さえる形になり、水管１と冷媒管２は隙間無く密着する。これにより、水管１と冷媒管２の接触面積が増大し、伝熱性能が向上する。すなわち、前述の実施形態１のカシメ冶具を用いた場合とほぼ同じ効果が得られる。

また、前記カシメ時、螺旋山１ａの塑性変形部分１ｅは、内部に空洞１ｆが残るようにカシメられているので、空洞１ｆが流路となり、カシメによる水管１と冷媒管２の高密着、接触面積の増大効果と相俟って伝熱性能が格段に向上する。

１水管（芯管となる内管）、１ａ螺旋山、１ｂ螺旋溝、１ｃ，１ｅ塑性変形部分、１ｄ，１ｆ空洞、２冷媒管（外管）、３カシメ冶具、４心金、５カシメダイス、６Ａ，６Ｂ捩り管形熱交換器。

Claims

外周面に複数条の螺旋山と螺旋溝を持つ芯管となる内管と、前記内管の螺旋溝に沿うように巻きつけた外管と、を備えた捩り管形熱交換器において、
前記内管は、前記螺旋山の高さが前記螺旋溝に巻きつけた前記外管よりも高く、かつ前記螺旋溝に巻きつけた前記外管よりも該螺旋山が飛び出ている部分が内部に流路となる空洞が残るようにカシメられて前記外管を包み込むように形成されていることを特徴とする捩り管形熱交換器。
外周面に複数条の螺旋山と螺旋溝を持つ芯管となる内管と、前記内管の螺旋溝に沿うように巻きつけた外管と、を備えた捩り管形熱交換器において、
前記内管は、前記螺旋山の高さが前記螺旋溝に巻きつけた前記外管よりも高く、かつ該螺旋山の前記螺旋溝より飛び出ている部分が内部に流路となる空洞が残るようにカシメられて前記外管をその軸線を挟む両側より包み込むように形成されていることを特徴とする捩り管形熱交換器。
外周面に複数条の螺旋山と螺旋溝を持つ芯管となる内管と、前記内管の螺旋溝に沿うように巻きつけた外管と、を備えた捩り管形熱交換器において、
前記内管は、前記螺旋山の高さが前記螺旋溝に巻きつけた前記外管よりも高く、かつ該螺旋山の前記螺旋溝より飛び出ている部分が内部に流路となる空洞が残るようにカシメられて前記外管をその軸線を挟む一方の側より包み込むように形成されていることを特徴とする捩り管形熱交換器。
前記内管の前記螺旋山は、前記カシメにより前記外管をその軸線を挟む両側より包み込むように形成されていることを特徴とする請求項１記載の捩り管形熱交換器。
前記内管の前記螺旋山は、前記カシメにより前記外管をその軸線を挟む一方の側より包み込むように形成されていることを特徴とする請求項１記載の捩り管形熱交換器。
外周に外管が巻き付けられる芯管となる内管に、前記外管よりも高くなるように複数条の螺旋山を形成する工程と、
前記内管に、前記螺旋山の間に形成される螺旋溝に沿わせて外管を巻き付けて組付管を作成する工程と、
作成した組付管の前記内管に心金を挿入するとともに、該組付管の外周に径が拡縮可能なカシメ冶具を取り付ける工程と、
前記カシメ冶具の径が小さくなるように外力を加え、前記内管の前記螺旋溝に巻き付けた外管よりも前記螺旋山が飛び出ている部分を、その内部に流路となる空洞が残るようにカシメることで、前記内管により前記外管をその軸線を挟む両側より包み込むように形成し、前記内管と前記外管を密着接合させる工程と、
を有することを特徴とする捩り管形熱交換器の製造方法。
外周に外管が巻き付けられる芯管となる内管に、前記外管よりも高くなるように複数条の螺旋山を形成する工程と、
前記内管に、前記螺旋山の間に形成される螺旋溝に沿わせて外管を巻き付けて組付管を作成する工程と、
作成した組付管を一端側からカシメダイスに通し、前記内管の前記螺旋溝に巻き付けた外管よりも前記螺旋山が飛び出ている部分を、その内部に流路となる空洞が残るようにカシメることで、前記内管により前記外管をその軸線を挟む一方の側より包み込むように形成し、前記内管と前記外管を密着接合させる工程と、
を有することを特徴とする捩り管形熱交換器の製造方法。