JP5719107B2 - ステンレス鋼製フレキシブル管 - Google Patents

Description

本発明は、ステンレス鋼製フレキシブル管に関する。

エアコンは冷媒を介した熱交換機であり、その配管には、一般に、熱伝導性に優れた銅管が使われている。また、銅管は、熱伝導性だけではなく加工性にも優れていることから、熱伝導性が関与しない室内外機の接続配管にも銅管が使用されている。ここで、一般家庭用エアコンであれば、配管長さが４〜５ｍ程度あれば十分接続が可能であるが、ビルやクレーンなどの業務用エアコンの場合、室内機と室外機が離れた場所に設置されることが多いため、接続配管は数１０ｍ、場合によっては１００ｍ近くも必要になることがある。そのような場合、現状の銅管では板厚が０．８ｍｍ以上あるため、重量が大きくなり、持ち運び性が悪くなるという問題がある。また、エアコンの冷房能力によっては接続配管の管径が大きくなるため、配管の曲げ加工を行うのにベンダーのような曲げ装置が必要となる。さらには、配管の長尺化が困難なため、配管同士の接続作業が増加するなど、施工性が非常に劣るという問題がある。
その他にも、配管の重量が増加するため、配管吊り下げ箇所で被覆管がつぶれやすくなるので、配管外面で結露しやすくなって配管が錆びやすくなるという問題もあることから、現状においては、被覆管つぶれ防止のために結露防止シートを用いたりしている。

上記問題を解決するため、まず、軽量化に関し、銅よりも軽いアルミ合金の適用が検討されている（例えば、特許文献１を参照）。しかしながら、アルミ管とした場合、接続のために両端に銅管が溶接されるため、加工の手間とコストがかかるという問題がある。

一方、ステンレス鋼は、その優れた耐食性から屋内外の各種給水・給湯・ガス用配管等に用いられている。また、ステンレス鋼は強度が高いため、板厚を薄くしてフレキシブル管にすることにより、銅やアルミ管のようにある程度の曲げ加工ができるとともに（例えば、特許文献２を参照）、板厚が薄いことで従来の銅管に比べてかなりの軽量化が可能となる。これらステンレス鋼製のフレキシブル管は、ＳＵＳ３０４、３０４Ｌ、３１６、３１６Ｌといったオーステナイト系ステンレス鋼が多く使われているが、オーステナイト系ステンレス鋼と比較して安価で加工硬化が小さいフェライト系ステンレス鋼製のフレキシブル管については、自動車排気系での採用が検討されている（例えば、特許文献３を参照）。

そこで、本発明者等は鋭意検討を行い、フェライト系ステンレス鋼を用いてエアコンに接続可能となるように、フレキシブル管の曲げ加工性およびフレア加工性を検討して、その素材および波形形状条件を見出した（特許文献４を参照）。しかしながら、このフレキシブル管を実際にエアコンにつないで評価したところ、冷媒ガスの流れが強くなるとともに、フレキシブル管の波形形状に起因すると推定される流体騒音が発生するおそれがあることが判明した。

この流体騒音は、ガスヒーターやボイラなどの熱交換器において、ダクト、伝熱管群、および機体の流れの３つに起因して発生する気柱共鳴現象と同等のものと推定される。これは、ダクト内を流れる気体流速の上昇とともに、伝熱管群で放出されるカルマン渦の周波数が増大し、ダクトの気柱共鳴周波数と一致して騒音が発生することが知られており（非特許文献１）、フレキシブル管においては、ガスの流れに伴い、波型形状に起因して発生するカルマン渦の周波数と、フレキシブル管との共鳴周波数が一致することで発生したものと推定される。これらフレキシブル管の流体騒音対策としては、例えば、管内部を流動する空気が多数の溝に流入しないような壁を設けるフレキシブル管が検討されている（例えば、特許文献５、６を参照）。しかしながら、特許文献５、６に記載の方法では、工業的に安定製造するのは多大なコストがかかるという問題があった。

特開２００３−２２７５８３号公報 特開２００６−１７７５２９号公報 特開平１１−１５９６１６号公報 特開２００９−１８５３５１号公報 特開２００８−２２０９２２号公報 特開２００６−６４１２６号公報

「事例に学ぶ流体関連振動」，日本機械学会編，技法堂出版，２００３年，第２章，Ｐ．９０

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、経済的に優れ、施工時の曲げ加工性が改善されるとともに、冷媒ガスの流れに起因すると推定される流体騒音発生を防止できるステンレス鋼製フレキシブル管を提供することを目的とする。

本発明者等は、上記問題を解決するために鋭意検討を重ねたところ、施工時の曲げ加工性を確保するためには、フレキシブル管の波型形状を大きくするのが好ましく（特許文献４参照）、一方、流体騒音を抑制するためには限りなく直管に近づけるのが好ましいことを知見した。そして、この相反する特性を両立させるため、各種ステンレス鋼を用いてフレキシブル管の曲げ加工性と流体騒音抑制を両立できる形状について検討した結果、素管外径とフレキシブル管の山山ピッチと山谷深さの関係が重要であることを見出し、本発明を完成した。

即ち、本発明のステンレス鋼製フレキシブル管は、素材板厚が０．２〜０．４ｍｍのステンレス鋼製フレキシブル管であって、素管外径ｄ（ｍｍ）としたときに、前記ステンレス鋼製フレキシブル管に形成された波形形状が、素管外径ｄ／山谷深さＤｄ：１７〜２１．５であり、かつ、素管外径ｄ／山部から山部のピッチＰ：２．５〜４の波形形状であり、前記ステンレス鋼製フレキシブル管の片端から内部に１気圧の空気を５Ｌ／ｍｉｎで流した際の、前記ステンレス鋼製フレキシブル管の逆端から５０ｃｍの位置における流体騒音レベルが５０ｄＢ未満であることを特徴とする。
また、本発明のステンレス鋼製フレキシブル管は、両端または片端に素管部を有していても良い。
また、本発明のステンレス鋼製フレキシブル管は、前記素管部と、前記波形形状からなる可撓部とが、交互にそれぞれ複数箇所配置されていても良い。
また、本発明のステンレス鋼製フレキシブル管は、該ステンレス鋼製フレキシブル管の全長が、螺旋状に旋回したコイル形状であっても良い。
また、本発明のステンレス鋼製フレキシブル管は、両端または片端に素管部を有し、さらに、前記素管部の両方または片方にフレア加工部を有していても良い。

本発明のステンレス鋼製フレキシブル管によれば、上記構成の如く素材板厚と波型形状を規定することにより、例えば、エアコン、特に、業務用のエアコン室内外機の接続配管向けや空調機器用の配管の軽量化が可能となるとともに、施工時の曲げ加工が可能となり、さらに、冷媒ガスの流れによる流体騒音が抑制できる。
また、フレキシブル管の両端または片端に素管部を有する構成とした場合には、施工現場で接続のためのフレア加工を行い、室内外機や配管同士を接続することが可能となる。また、素管部と波型形状部が交互にそれぞれ複数個所配置された構成とした場合には、任意の位置で切断して接続することが可能となる。
また、当該フレキシブル管の全長が螺旋状に旋回したコイル形状として構成した場合には、任意の長さのフレキシブル管の持ち運びが可能になるとともに、施工性が向上する。
さらには、フレキシブル管の両端または片端に素管部を有し、その両方または片方にフレア加工部を有する構成とした場合には、施工現場でフレア加工することなく即座に接続することが可能となる。

本発明の実施形態のステンレス鋼製フレキシブル管を示す模式断面図である。 本発明の実施形態のステンレス鋼製フレキシブル管を説明する模式図であり、コイル状に巻き取られた状態を示す斜視図である。 本発明の実施形態のステンレス鋼製フレキシブル管を説明する模式図であり、フレキシブル管の波形形状と施工時曲げ加工性、および流体騒音の関係を示すグラフである。

以下、本発明のステンレス鋼製フレキシブル管の実施の形態について、図１〜図３を適宜参照しながら説明する。なお、本実施形態は、本発明のステンレス鋼製フレキシブル管の趣旨をより良く理解させるために詳細に説明するものであるから、特に指定の無い限り本発明を限定するものではない。

本発明のステンレス鋼製フレキシブル管（以下、単にフレキシブル管と略称することがある）１０は、図１に示すように、板厚が０．２〜０．４ｍｍ以下のステンレス鋼を素材とするものであり、素管外径ｄ（ｍｍ）としたときに、当該フレキシブル管１０に形成される波形形状が、素管外径ｄ／山谷深さＤｄ：１７〜２１．５であり、かつ、素管外径ｄ／山部から山部のピッチＰ：２．５〜４の波形形状とされ、概略構成されている。図１は、本発明の実施形態にかかるステンレス鋼製フレキシブル管１０の断面図である。

図１に示すように、フレキシブル管１０は、端部に設けられたフレア加工部１４と、素管部１２と、波形形状とされた可撓部２０とで構成されている。可撓部２０は、フレキシブル管１０の周面の円周方向に沿った、独立した山部２２と谷部２４とが交互に配置されて波形形状が形成されている。また、フレアナット３０は、回転およびスライドが自在な状態でフレキシブル管１０に挿入されている。

フレアナット３０は、所定のトルクで締め付けて、配管同士を接続するために使用され、一般的に、フレア加工前にフレキシブル管に挿入しておく。

可撓部２０の波形の形状としては、特に限定されず、例えば、山部の頭頂部、谷部の底部の形状が曲面を形成しているのが一般的ではあるが、鋭角な凸部を形成していても良い。

可撓部２０の波形形状について、図１を用いて、以下に詳細に説明する。
本発明においては、可撓部２０の波形形状と素管外径ｄとの大きさの関係が重要である。本発明では、素管外径ｄ（ｍｍ）と、山部外径ｄｍ（ｍｍ）と谷部外径ｄｖ（ｍｍ）の差である山谷深さＤｄの比（ｄ／Ｄｄ）が１５〜２３の範囲であり、かつ、素管外径ｄと、山部頭頂から隣の山部頭頂までの長さである波形形状のピッチＰ（ｍｍ）の比（ｄ／Ｐ）が２．５〜５．５の波形形状であるのが好ましい。また、より好ましくは、ｄ／Ｄｄが１７〜２１．５、かつ、ｄ／Ｐが２．５〜４である。

素管外径ｄ／山谷深さＤｄが１５より小さいと、素管外径に相対する山谷深さが大きくなることで、曲げ加工時の歪みがいくつかの波部に分散されて座屈し難くなり、施工性は向上するものの、波型形状に起因するカルマン渦の周波数とフレキシブル管の気柱共鳴周波数が一致して流体騒音が発生しやすくなる。また、素管外径ｄ／山谷深さＤｄが２３を超えると、相対的に山谷深さが小さくなることで流体騒音は抑制されるものの、施工時の曲げ加工性が劣化する。
また、素管外径ｄ／ピッチＰが２．５よりも小さいと、相対的に山谷深さが小さくなり、流体騒音は抑制されるものの、施工時の曲げ加工性が劣化する。また、素管外径ｄ／ピッチＰが５．５を超えると、相対的に山谷深さが大きくなり、施工性は向上するものの流体騒音が発生しやすくなる。

上述した波形形状の規定に関しては、後述の実施例において、下記表２で示す実施例のデータを基に、施工時曲げ加工性、および流体騒音発生について整理した結果を図３に示している。

本発明において説明する「素管」とは、一般的に、鋼帯または鋼板から電気抵抗溶接またはアーク溶接によって製造した管をいい、本発明においては、引き抜き管を含み、可撓部を設けていない箇所を示す。
また、素管部１２の場所は特に限定されず、可撓部２０の両側あるいは片側に配置されていても良いし、複数の素管部１２と複数の可撓部２０とが交互に配置されていても良い。

また、素管外径ｄは、特に規定するものではないが、例えば、家庭用エアコン接続配管では、冷媒液側が６．３５ｍｍ、冷媒ガス側が９．５２ｍｍの、２種類の素管外径のものが一般的に使用されており、また業務用大型エアコンの場合、冷媒液側は９．５２ｍｍや４分管、冷媒ガス側が４分管、１５．８８ｍｍ、１９．０５ｍｍ等のものが使用されている。また、その他、空調用として、２０ｍｍを超える配管も使用されることがある。
従って、本発明においては、素管外径ｄは６〜３０ｍｍの範囲で適宜決定することが好ましい。

本発明において、フレキシブル管１０の素材となるステンレス鋼の板厚は、０．２〜０．４ｍｍである。ステンレス鋼の板厚が０．２ｍｍよりも薄いと、フレキシブル管としての強度が低下することのみならず、フレア加工時に所定の拡管率まで加工することができず、フレア加工先端部において括れ（割れ）が発生する。さらに、市場での入手性を考慮して、その下限を０．２ｍｍとした。また、ステンレス鋼の板厚が０．４ｍｍを超えると、施工現場での曲げ加工性が著しく低下する。
従って、素材となるステンレス鋼の板厚は、０．２〜０．４ｍｍとした。

本発明において用いられるステンレス鋼の組成は、特に限定されない。例えば、ＪＩＳに規定されたものとして、オーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３０４、３０４Ｌ、３１６、３１６Ｌ等を使用することができ、フェライト系ステンレス鋼であれば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４３０Ｊ１Ｌ、ＳＵＳ４３０ＬＸ、ＳＵＳ４３６Ｌ、ＳＵＳ４３６Ｊ１Ｌ、ＳＵＳ４４４等がある。また、フェライト系ステンレス鋼はオーステナイト系ステンレス鋼のように多量のＮｉを含有していないため安価であり、また、オーステナイト系ステンレス鋼と比較して加工硬化が小さいため、施工性に優れるという特徴がある。

本発明においては、フレキシブル管の製造方法は特に限定されない。例えば、板厚０．２〜０．４ｍｍのステンレス鋼板を、既存の方法を用いて溶接管や引き抜き管として素管を得た後、前記素管に刃状の金型を押しつけることで波形形状を形成する方法が挙げられる。また、例えば、ステンレス鋼板に対して、凹凸ロールで波形を形成し、波形成形した鋼板を巻きながら溶接して製管する方法等を挙げることができる。

本発明によれば、可撓部２０の波形形状を、素管外径ｄ／山谷深さＤｄ：１５〜２３、かつ、素管外径ｄ／山部から山部のピッチＰ：２．５〜５．５にすることで、施工時の曲げ加工性と、冷媒ガスの流れに起因する流体騒音の抑制の両方を実現することが可能となる。
また、本発明のステンレス鋼製フレキシブル管は、両端または片端に素管部を有することで、フレア加工が容易になるので、施工現場で接続のためのフレア加工を行って、室内外機や配管同士を接続することが可能となる。特に、複数の可撓部と複数の素管部とが交互に配置された長尺のフレキシブル管とすることで、施工現場で必要とする長さに応じて任意の位置で素管部を切断し、端部に素管部を有するフレキシブル管を得ることができる。

図１に示す例のフレキシブル管１０は、可撓部２０は、それぞれ独立した山部２２と谷部２４とが一定のピッチで並んでいるもの（ワンピッチ型）であるが、これには限定されず、例えば、周面部に山部と谷部とが螺旋状に形成されていても良い。また、フレキシブル管１０を実際に配管として使用する場合、通常の家庭用エアコンでは接続配管として４〜５ｍ程度の長さが必要であり、また、ビルやクレーンなどの配管であれば１０ｍを超え、場合によっては１００ｍ近くにまでなることが少なくない。こうした状況において、運搬のしやすさ等を考慮すると、図２に示す例のフレキシブル管４０のように、全長がコイル状に巻き取られたコイル形状（パイプ・イン・コイル）とするのが好ましい。このような構成とすることで、フレキシブル管の長さが長くなればなるほど、現状の銅管に対して軽量化が図られるので、任意の長さのフレキシブル管の持ち運びが可能となり、施工時の持ち運び性や取り扱いを含めた施工性が良好になる。なお、図２に示す例では、可撓部２０と素管部１２が同じ位置で巻き取られているが、可撓部と素管部の長さを変えることにより、または巻き取るコイル径を変えることにより、可撓部と素管部の位置がずれても良い。

図１に示す例のフレキシブル管１０では、端部にフレア加工部１４が設けられているが、このフレア加工部を設けず、素管部１２がフレキシブル管１０の端部になっても良いし、あるいは可撓部２０が端部であっても良い。また、フレア加工部１４、素管部１２あるいは可撓部２０は、フレキシブル管１０の両端に設けられても良いし、片端のみであっても良い。また、フレキシブル管１０の端部の両方または片方にフレア加工部１４を有する構成とした場合には、施工現場でフレア加工することなく即座に接続することが可能となる。

以上説明したような、本発明に係るステンレス鋼製フレキシブル管によれば、上記構成の如く素材板厚と波型形状を規定することにより、例えば、エアコン、特に、業務用のエアコン室内外機の接続配管向けや空調機器用の配管の軽量化が可能となるとともに、施工時の曲げ加工が可能となり、さらに、冷媒ガスの流れによる流体騒音が抑制できるので、産業上の効果は極めて高い。

以下、本発明に係るステンレス鋼製フレキシブル管の実施例を挙げ、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、もとより下記実施例に限定されるものではなく、前、後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。

［フレキシブル管の製造］
まず、下記表１に示す成分のＳＵＳ４３０ＬＸ（Ａ）とＳＵＳ３０４（Ｂ）鋼板を用い、下記表２に示す板厚で、９．５２５ｍｍφのＴＩＧ溶接管を製造した。
次いで、上記ＴＩＧ溶接管を用いて、下記表２の記載の従い、長さ１７０ｍｍの可撓部と長さ３０ｍｍの素管部とを交互に複数配置した、全長４ｍの長尺フレキシブル管を製造し、運搬のために全長コイル状に巻いて、コイル径約１ｍのフレキシブル管パイプ・イン・コイルとした。
そして、このフレキシブル管パイプ・イン・コイルについて、波形形状部で挟まれた素管部を切断することで、両端に素管部を有し中央部に波形形状の可撓部を有するフレキシブル管約１ｍを切り出し、曲げ加工性と流体騒音発生有無について、後述する手順で評価した。

［評価試験］
上記手順で得られたフレキシブル管について、以下に説明する手順で評価を行った。
なお、以下に説明する流体騒音発生有無の評価は、製造したすべての条件のフレキシブル管について、実際のエアコンに接続して評価することは困難であることから、簡易評価として実施したものである。そして、本実施例では、評価したフレキシブル管の中から、いくつかの条件で、同様のフレキシブル管パイプ・イン・コイルを、さらに１巻製造し、エアコン試験に供試することで、実際の機器での異音発生有無を確認した。

＜曲げ加工性＞
（試験方法）
曲げ加工性については、実際のエアコンの施工を想定し、フレキシブル管に対して、曲げＲが３００ｍｍのベンダーを用いて９０度曲げを行うことで評価した。

（評価基準）
上記試験方法により、曲げ加工時に坐屈や扁平が発生しないものを合格とし、結果を下記表２に示した。

＜流体騒音発生有無評価＞
（試験方法）
実際にフレキシブル管をエアコンに接続して評価するのは困難であるため、フレキシブル配管の片端にゴムホースをつなぎ、ガスボンベから、空気を１気圧で５Ｌ／ｍｉｎで流すことで評価した。

（評価基準）
フレキシブル管の内部に空気を１気圧で５Ｌ／ｍｉｎで流して、フレキシブル管のゴムを接続した側と逆端から５０ｃｍの位置で、騒音計を用いて流体騒音を計測した。一般に、流体騒音が発生しない場合の騒音レベルは５０ｄＢ未満であり、５０ｄＢ以上になると流体異音が発生し、また、６０ｄＢ以上になると耳障りな笛吹き音のような流体異音となる。そこで、計測値が５０ｄＢ未満を合格、５０ｄＢ以上を不合格とした。

＜エアコン接続試験＞
（試験方法）
上記流体騒音試験を行ったフレキシブル管の一部を、実際にエアコンにつないで評価した。

（評価基準）
上記の試験方法と同様に、エアコン室内外機配管から１ｍ離れた位置に騒音計を固定して異音発生有無を測定し、５０ｄＢ未満を合格、５０ｄＢ以上を不合格とした。

下記表１にフレキシブル管の素材鋼種（成分組成）を示すとともに、下記表２に評価結果の一覧を示す。

[評価結果]
表２に示すように、曲げ加工性については、板厚を本発明の規定範囲である０．２〜０．４ｍｍとした実施例１、２、７及び参考例３〜６は、９０度曲げを実施することができた。一方、板厚が本発明の規定範囲を外れる比較例１や、波形形状が本発明の規定範囲を外れる比較例２、３は、非常に硬いために曲げるのが困難であり、途中で座屈した。このことから、比較例１〜３のフレキシブル管は、人手で曲げ加工を行うようなエアコン室内外機接続配管などの用途への適用は、極めて困難であることが明らかとなった。

流体騒音については、板厚および波形形状が本発明の規定範囲である実施例１、２、７は、内部に空気を流しても、笛吹音のような異音は発生しないことが確認できた。しかしながら、波形形状が本発明の規定範囲を外れる比較例４、５、６は、笛吹音のような異音が発生したことから、エアコン接続配管などへの適用は、極めて困難であることが明らかとなった。

次に、上述の流体騒音試験を行った参考例３、５、６と、比較例２のフレキシブル管を実際のエアコンに接続して異音発生有無を評価した。この結果、参考例３、５、６では異音の発生はなかったが、比較例２では笛吹音のような異音が発生し、上記流体騒音試験結果と同様であることが確認できた。

また、上述したように、表２に示す実施例、参考例及び比較例のデータについて、施工時の曲げ加工性、および流体異音発生について整理した結果を図３のグラフに示す。図３のグラフ中における「○（合格）」、「×（不合格）」のプロット位置において、左側が曲げ加工性の評価結果であり、右側が流体騒音発生の評価結果である。
図３のグラフから明らかなように、本発明で規定する波形形状とされた実施例（本発明の請求項１で規定する範囲内）のフレキシブル管は、施行時の曲げ加工性、および流体騒音発生の評価が、何れも合格（○）であり、これら各特性に優れている。

以上説明した実施例の結果より、本発明のステンレス鋼製フレキシブル管が、経済的に優れ、施工時の曲げ加工性が改善されるとともに、冷媒ガスの流れに起因すると推定される流体騒音発生を防止できることが明らかとなった。

本発明によれば、例えば、エアコン接続配管のように、施工時の曲げ性と流体騒音が抑制されたステンレス鋼製のフレキシブル管を、従来の銅に替わって提供することで軽量化が図られ、施工性を大幅に改善することが可能となることから、産業的の価値は極めて大きい。

１０…ステンレス鋼製フレキシブル管（フレキシブル管）、
１２…素管部、
１４…フレア加工部、
２０…可撓部、
２２…山部、
２４…谷部、
４０…コイル状に巻き取られたフレキシブル管、
ｄ…素管外径、
Ｄｄ…山谷深さ、
Ｐ…山部から山部のピッチ（山部頭頂部と山部頭頂部とからなるピッチ）

Claims (5)

1. 素材板厚が０．２〜０．４ｍｍのステンレス鋼製フレキシブル管であって、
   素管外径ｄ（ｍｍ）としたときに、前記ステンレス鋼製フレキシブル管に形成された波形形状が、素管外径ｄ／山谷深さＤｄ：１７〜２１．５であり、かつ、素管外径ｄ／山部から山部のピッチＰ：２．５〜４の波形形状であり、
   前記ステンレス鋼製フレキシブル管の片端から内部に１気圧の空気を５Ｌ／ｍｉｎで流した際の、前記ステンレス鋼製フレキシブル管の逆端から５０ｃｍの位置における流体騒音レベルが５０ｄＢ未満であることを特徴とするステンレス鋼製フレキシブル管。
2. 両端または片端に素管部を有していることを特徴とする請求項１に記載のステンレス鋼製フレキシブル管。
3. 前記素管部と、前記波形形状とされた可撓部とが、交互にそれぞれ複数箇所配置されていることを特徴とする請求項２に記載のステンレス鋼製フレキシブル管。
4. 前記ステンレス鋼製フレキシブル管の全長が、螺旋状に旋回したコイル形状であることを特徴とする請求項１〜３に記載のステンレス鋼製フレキシブル管。
5. 両端または片端に素管部を有し、さらに、前記素管部の両方または片方にフレア加工部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のステンレス鋼製フレキシブル管。

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