JP6844791B2 - 二重管式熱交換器の製造方法 - Google Patents
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Description
外管と、前記外管内に配置された内管とを備え、前記内管の横断面視で、径方向外方へ突出した外方突出部と、径方向内方へ突出した内方突出部とを、周方向に交互に繰り返す波型形状部が形成されている二重管式熱交換器の製造方法であって、
前記波型形状部の頂部に対応する位置に、径方向外方に向かって凸部が設けられた軸方向に所定長さを有した芯金と、前記波型形状部の底部に対応する位置に、径方向内方に向かって先端凸状部が設けられ、径方向に移動可能で、かつ、軸方向に所定長さを有した金属製可動式爪との間に、前記内管を軸方向に所定長さ挿入する内管挿入工程と、
前記金属製可動式爪で前記内管を径方向内方へ向かって押圧し、前記内管を塑性変形させることにより、前記内管の軸方向の所定範囲に前記波型形状部を形成する波型形状部形成工程と、
を有したことを特徴とする。
また、前記波型形状部形成工程は、
前記所定範囲の全てに前記波型形状部が形成されるまで、下記(1)〜(3)工程を、この順番に連続的に繰り返し行う。
(1)軸方向の長さが、前記所定範囲の長さよりも短い指定長さの前記金属製可動式爪で、前記所定範囲内の指定区間を径方向内方へ向かって押圧し、前記指定区間を塑性変形させることにより、前記指定区間に前記波型形状部を形成する指定区間波型形状部形成工程
(2)前記(1)工程後に、前記指定長さの金属製可動式爪を前記内管の径方向外方へ移動させる可動式爪移動工程
(3)前記(2)工程後に、前記所定範囲内の次の指定区間と、前記(1)工程における前記指定区間との間に、軸方向の重なりが生ずるように、前記次の指定区間を、前記芯金と前記金属製可動式爪との間に移動させる内管移動工程
前記指定長さの金属製可動式爪の先端凸状部の稜線は、軸方向に対して傾いている。
波型形状部の頂部に対応する位置に、径方向外方に向かって凸部が設けられた軸方向に所定長さを有した芯金と、前記波型形状部の底部に対応する位置に、径方向内方に向かって先端凸状部が設けられ、径方向に移動可能で、かつ、軸方向に所定長さを有した金属製可動式爪との間に、内管を軸方向に所定長さ挿入する内管挿入工程と、
前記金属製可動式爪で前記内管を径方向内方へ向かって押圧し、前記内管を塑性変形させることにより、前記内管の軸方向の所定範囲に前記波型形状部を形成する波型形状部形成工程と、
を有したものであるため、前記芯金と前記金属製可動式爪とを用いた安価な製造装置を採用しながらも、内管の軸方向の所定範囲に、伝熱面積を増大させて熱交換効率を向上させる波型形状部を、短時間で形成することができる。
内管挿入工程は、図2(a)に示すように、芯金1と金属製可動式爪2との間に、内管3を軸方向に所定長さ挿入する工程(例えば、最初に第1の指定区間3aを、芯金1と金属製可動式爪2との間に移動させる工程)である。図2(b)は、図2(a)に示すB−B断面の状態を説明するための説明図である。
波型形状部形成工程は、金属製可動式爪2で内管3を径方向内方へ向かって押圧し、内管3を塑性変形させることにより、内管3の長さLの所定範囲に波型形状部3hを形成する工程である。
図2(c)に示すように、軸方向の長さがYの金属製可動式爪2で、内管3の第1の指定区間3aを径方向内方へ向かって押圧(例えば、油圧で押圧)し、内管3の第1の指定区間3aを塑性変形させることにより、第1の指定区間3aに波型形状部3h(3a)を形成する。
図2(e)に示すように、上記指定区間波型形状部形成工程1後に、指定長さYの金属製可動式爪2を内管3の径方向外方へ移動させる。
図3(a)に示すように、上記可動式爪移動工程1後に、内管3の長さLの所定範囲内の次の指定区間(第2の指定区間3b)と、上記指定区間波型形状部形成工程1における第1の指定区間3aとの間に軸方向の重なりが生ずるように、第2の指定区間3bを、芯金1と金属製可動式爪2との間に移動させる。図3(b)は、図3(a)に示すC−C断面の状態を説明するための説明図である。
図3(c)に示すように、軸方向の長さがYの金属製可動式爪2で、内管3の第2の指定区間3bを径方向内方へ向かって押圧し、内管3の第2の指定区間3bを塑性変形させることにより、第2の指定区間3bに波型形状部3h(3b)を形成する。
図3(e)に示すように、上記指定区間波型形状部形成工程2後に、指定長さYの金属製可動式爪2を内管3の径方向外方へ移動させる。
図4(a)に示すように、上記可動式爪移動工程2後に、内管3の長さLの所定範囲内の次の指定区間(第3の指定区間3c)と、上記指定区間波型形状部形成工程2における第2の指定区間3bとの間に軸方向の重なりが生ずるように、第3の指定区間3cを、芯金1と金属製可動式爪2との間に移動させる。図4(b)は、図4(a)に示すD−D断面の状態を説明するための説明図である。
図4(c)に示すように、軸方向の長さがYの金属製可動式爪2で、内管3の第3の指定区間3cを径方向内方へ向かって押圧し、内管3の第3の指定区間3cを塑性変形させることにより、第3の指定区間3cに波型形状部3h(3c)を形成する。
図4(e)に示すように、上記指定区間波型形状部形成工程3後に、指定長さYの金属製可動式爪2を内管3の径方向外方へ移動させる。
(1)軸方向の長さYが、内管3の所定範囲の長さLよりも短い指定長さYの金属製可動式爪2で、内管3の所定範囲内の指定区間(例えば3a)を径方向内方へ向かって押圧し、指定区間(例えば3a)を塑性変形させることにより、指定区間(例えば3a)に波型形状部3h(例えば3a)を形成する指定区間波型形状部形成工程
(2)上記(1)工程後に、指定長さYの金属製可動式爪2を内管3の径方向外方へ移動させる可動式爪移動工程
(3)上記(2)工程後に、内管3の所定範囲内の次の指定区間(例えば3b)と、前記(1)工程における指定区間(例えば3a)との間に、軸方向の重なりが生ずるように、次の指定区間(例えば3b)を、芯金1と金属製可動式爪2との間に移動させる内管移動工程
これにより、内管3の長さLの所定範囲に、波型形状部3hが、軸方向に、途切れることなく、連続的に形成される。
また、次の指定区間(例えば3b)と、前の指定区間(例えば3a)とにおいて、軸方向の重なりが生じた部分は、前の指定区間波型形状部形成工程と、次の指定区間波型形状部形成工程とにおいて、金属製可動式爪2により押圧される。つまり、上記重なりが生じた部分は、金属製可動式爪2により2回押圧される。これにより、上記重なりが生じた部分に、径方向内方へ、さらに突出した突出部{内管3の外表面から見ると凹み(図示せず)に見える}が形成される。第1の指定区間3aと第2の指定区間3bとの重なり部、および、第2の指定区間3bと第3の指定区間3cとの重なり部に、上記突出部が形成される。この突出部により、内管3の波形形状部3hは、本実施形態の方法によって形成されたものであり、他の方法(例えば転造)によって形成されていないことが分かる。
上記により、波型形状部3hが形成された、略円筒状の内管3を製造することができる。
外管固定工程は、図5(a)に示すように、内管3の長さLの所定範囲の両端に近接する、波型形状部3hが形成されていない外周部に、外管4(例えば、素管の外径はφ22である)の両端部4a、4bを径方向に締め付けた後、ろう付け又は溶接して固定する工程である。外管4の両端部4a、4bには、それぞれ近接して拡管部4c、4dが形成されている。外管4の材料は、内管3と同様に、例えば、純アルミニウム、アルミニウム合金、純銅、銅合金、ステンレススチール等を用いることが可能である。
次に、本発明の実施形態の変形例1について説明する。変形例1において、上記実施形態と異なる点は、金属可動式爪の構成である。なお、上述した第1実施形態と同一の構成については、同一の符号を用い、その説明を適宜省略する。
次に、本発明の実施形態の変形例2について説明する。変形例2において、上記実施形態と異なる点は、芯金の構成および金属製可動式爪の構成である。なお、上述した第1実施形態と同一の構成については、同一の符号を用い、その説明を適宜省略する。
指定区間波型形状部形成工程1および可動式爪移動工程1の後、芯金を、軸を中心に回転させる(芯金回転工程1)。内管移動工程1において、次の第2の指定区間3bと、第1の指定区間3aとの間に軸方向の重なりが生ずるように、第2の指定区間3bを、芯金と金属製可動式爪202との間に移動させるとき、第2の指定区間3bにおいて、第1の指定区間3aとの間に軸方向の重なりが生じた部分(第1の指定区間3aにおいて、すでに斜め方向に延在した波形形状部が形成された部分)を、芯金回転工程1で回転させた、芯金の斜め方向に延在した8つの凸部1aに沿わせる。この状態で、指定区間波型形状部形成工程2を実施する。これにより、第1の指定区間3aと第2の指定区間3bとに、連続した螺旋状の波型形状部が形成される。芯金回転工程1と内管移動工程1との、どちらを先に行ってもよい。芯金回転工程1と内管移動工程1とを、同時に行ってもよい。
指定区間波型形状部形成工程2および可動式爪移動工程2の後、芯金を、軸を中心に回転させる(芯金回転工程2)。内管移動工程2において、次の第3の指定区間3cと、第2の指定区間3bとの間に軸方向の重なりが生ずるように、第3の指定区間3cを、芯金と金属製可動式爪202との間に移動させるとき、第3の指定区間3cにおいて、第2の指定区間3bとの間に軸方向の重なりが生じた部分(第2の指定区間3bにおいて、すでに斜め方向に延在した波形形状部が形成された部分)を、芯金回転工程2で回転させた、芯金の斜め方向に延在した8つの凸部1aに沿わせる。この状態で、指定区間波型形状部形成工程3を実施する。これにより、第2の指定区間3bと第3の指定区間3cとに、連続した螺旋状の波型形状部が形成される。芯金回転工程2と内管移動工程2との、どちらを先に行ってもよい。芯金回転工程2と内管移動工程2とを、同時に行ってもよい。
ここでは、本発明の変形例2の変形例(変形例3)について説明する。変形例3において、上記変形例2と異なる点は、金属可動式爪の構成である。なお、上述した変形例2と同一の構成については、同一の符号を用い、その説明を適宜省略する。
変形例2についても同様に、金属製可動式爪202の先端凸状部202aの稜線202b(図7(a)参照)が、内管3が挿入される側と反対側(図7(a)の左側)に、Δhの傾斜量を有してもよい。
変形例3についても同様に、金属製可動式爪302の先端凸状部302aの稜線302b(図8(a)参照)が、内管3が挿入される側と反対側(図8(a)の左側)に、Δhの傾斜量を有してもよい。変形例3において、先端突出部302pの稜線302q(図8(a)参照)が、内管3が挿入される側と反対側(図8(a)の左側)に、Δh2の傾斜量を有してもよい。
芯金1に、偶数個の凸部1aが、周方向に、かつ、等間隔に設けられ、金属製可動式爪2に、凸部1aの個数と同数の先端凸状部2aが、周方向に、かつ、等間隔に設けられている場合、例えば、図2(b)および図2(c)に示すように、芯金1において、軸を中心に径方向に互いに反対側に形成された2個の凸部1aが、径方向外方に、互いに反対側に向かって突出している。また、金属製可動式爪2において、軸を中心に径方向に互いに反対側に配置された2つの先端凸状部2aが、径方向内方に、互いに反対側に向かって突出している。これにより、金属製可動式爪2で内管3を径方向内方へ向かって押圧したとき、内管3は、軸を中心に径方向に互いに反対側に配置された2つの先端凸状部2aにより、径方向内方へ向かって、互いに反対側から押圧される。そのため、内管3に波型形状部3hを形成しつつ、内管3の断面形状が略円形状に維持されている。
上記により、波型形状部3hが形成された、略円筒状の内管3を製造することができる。
変形例1〜3においても、芯金の凸部の数と、金属製可動式爪の先端凸状部の数とは、限定されるものではない。変形例1〜3においても、上記と同様に、偶数個の凸部を有した芯金と、凸部の個数と同数の先端凸状部を有した金属製可動式爪とを採用することが可能である。
1a 凸部
1b 凹部
2、102、202、302 金属製可動式爪
2A、102A、202A、302A 金属製可動式爪片
2a、102a、202a、302a 先端凸状部
2b、102b、102q、202b、302b、302q 稜線
3 内管
3a 第1の指定区間
3b 第2の指定区間
3c 第3の指定区間
3f 外方突出部
3g 内方突出部
3h 波型形状部
3i 頂部
3j 底部
4 外管
4a、4b 両端部
4c、4d 拡管部
102p、302p 先端突出部
Claims (3)
- 外管と、前記外管内に配置された内管とを備え、前記内管の横断面視で、径方向外方へ突出した外方突出部と、径方向内方へ突出した内方突出部とを、周方向に交互に繰り返す波型形状部が形成されている二重管式熱交換器の製造方法であって、
前記波型形状部の頂部に対応する位置に、径方向外方に向かって凸部が設けられた軸方向に所定長さを有した芯金と、前記波型形状部の底部に対応する位置に、径方向内方に向かって先端凸状部が設けられ、径方向に移動可能で、かつ、軸方向に所定長さを有した金属製可動式爪との間に、前記内管を軸方向に所定長さ挿入する内管挿入工程と、
前記金属製可動式爪で前記内管を径方向内方へ向かって押圧し、前記内管を塑性変形させることにより、前記内管の軸方向の所定範囲に前記波型形状部を形成する波型形状部形成工程と、
を有し、
前記波型形状部形成工程は、
前記所定範囲の全てに前記波型形状部が形成されるまで、下記(1)〜(3)工程を、この順番に連続的に繰り返し行い、
(1)軸方向の長さが、前記所定範囲の長さよりも短い指定長さの前記金属製可動式爪で、前記所定範囲内の指定区間を径方向内方へ向かって押圧し、前記指定区間を塑性変形させることにより、前記指定区間に前記波型形状部を形成する指定区間波型形状部形成工程
(2)前記(1)工程後に、前記指定長さの金属製可動式爪を前記内管の径方向外方へ移動させる可動式爪移動工程
(3)前記(2)工程後に、前記所定範囲内の次の指定区間と、前記(1)工程における前記指定区間との間に、軸方向の重なりが生ずるように、前記次の指定区間を、前記芯金と前記金属製可動式爪との間に移動させる内管移動工程
前記指定長さの金属製可動式爪の先端凸状部の稜線は、軸方向に対して傾いていることを特徴とする、二重管式熱交換器の製造方法。 - 前記所定範囲の両端に近接する、前記波型形状部が形成されていない軸方向外周部に、前記外管の両端部を径方向に締め付けた後、ろう付け又は溶接して固定する外管固定工程を有したことを特徴とする、請求項1に記載の二重管式熱交換器の製造方法。
- 前記芯金は、周方向に、かつ、等間隔に設けられた、4つ、6つ、および、8つのうちのいずれかの個数の凸部を有し、前記金属製可動式爪は、周方向に、かつ、等間隔に設けられた、前記凸部の個数と同数の先端凸状部を有したことを特徴とする、請求項1または2に記載の二重管式熱交換器の製造方法。
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