JPH02129494A - ３次元波行流路管又は、３次元波行棒並びに、その製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３次元波行流路壁又は、らせん流路壁の熱伝達又は、物
質移動、物質伝達が並行流路壁に比しその伝達効率の高
いことは公知である。即ち、高温高圧ボイラにおけるラ
イフル管、中圧以下のボイラ、熱交換装置におけるスパ
イラル管、コイル巻管等の実積により、らせん壁面の伝
熱性向上は公知であり、又、種々、公知の実験式を存在
する。ライフル管は管内壁にスパイラルリブを形成せし
めた、ライフル銃々身類似の超高圧厚肉の特殊高價管で
あり、耐圧的には無駄であり、応力集中部となりかねな
いリブ付のものであり、コイル巻管は管直径に対しコイ
ル直径Ｄｈが少く共数倍以上等コンパクト装置とは縁遠
いものである、この発明のＤｈ＜ｄのものとは異質のも
のであり、従来実用のスパイラルチューブ、ターボテッ
クススパイラルチューブはスパイラルベローズチューブ
類似のもので、耐圧１０ｋｇ／ｃｍ２以下等強度的に弱
く、又、軸方向伸縮性がある反面■屈強度は期待しうる
ものではなかった。

この発明は上記した從来のものとは全く異なる構成とし
て３次元波行流路管とし、機能効率向上と共に直管より
も耐圧強度が高く、■屈強度を適宜とし、並列管２次面
パネル化を可能な構成とし、量産に適した構成とし、夫
々搬用し得る用途別構成のものを創出した。以下詳細説
明する３次元波行管又は、棒の夫々、中心線における波
行コイルピッチ径Ｄｈを管又は、棒直径ｄ以内とし管又
は、棒の３次元波行らせん進み角αを５５度以上とし、
管の壁厚を波行コイル中心線からの最外周部の所要厚を
基準とした均一厚［例えば同径直管壁厚に対する補正係
数Ｗ１＝（１＋Ｋ／２）／（１＋Ｋ）＜１を乗したもの
］註記２とするか、管の最高許容圧力に対し、全周壁平
等強さ相当以上とし、夫々壁厚に適宜余裕代を加算した
管となすか又は、３次元波行棒の棒軸直角断面を素棒原
形通り円形となすか又は、適宜だ円形となした構成のも
のである。　上記構成により管内径と棒外径を適宜嵌合
又は、間隔を介した同芯二重合寸法のものとし、ボルト
、ナット類似又は、後記するコアー内蔵３次元波行流路
管ともなしうるが、又、夫々３次元波行壁面に沿って物
体、流体を移行又は、接送する特徴を個別に発揮せしめ
、管又は、棒として広範用途の熱交換用３次元流路管又
は、コクリート鉄筋棒等となしうる。らせん流内を流れ
る乱流気体の熱伝達係数ｈ′の簡易式（機械学会工学便
質）　ｈ′＝（１＋３５ｄ／Ｄｈ）ｈ、Ｈは直管の場合
の熱伝係数 又は　らせん管又は曲管に対する種々の実験式が在存す
る。（機械学会伝熱資料等）従来、管曲げ半径は管中心
程で管径ｄの１．５倍以上とすることが規準であり（Ｊ
ＩＳ　Ｂ８２４３）、又コイルばね指数Ｃ、Ｃ＝Ｄｈ／
ｄ＞２の如くとされ、上記した簡易式等公知資料は、こ
の発明構遣のＤｈ＜ｄ、α＞５５°の管の完測点をプロ
ットしたものでないとしても、その延長線上のものであ
り、Ｄｈの漸減はｈ′の漸増を期待し得る事は理論的に
も当然である。この発明の３次元波行流路管の伝熱性能
は直管の場合に比し、気体例時２倍以上、液体例時１．
５倍以上の向上が期待しうるものである。らせん進み角
αを５．５度以上とし、管内軸流分速割合を高め、圧力
換生を最小限とし、管曲ケ（実寸）半径Ｒ＝Ｄｈ／２・
ｃｏｍ２αの関係により、αを適宜大となして、Ｄｈ縮
少にかゝわらず管曲げ実半径を許容値となすものである
。尚後記するこの発明の３次元波行管製造方法によれば
らせん管の外側壁の加工上の肉減りは防止でき、反って
内側壁より厚肉とすることを可能とすることならるので
必ずしも管曲げ半径を大とする必要もない。

この発明の３次元波行管の壁面は管半径を小曲率とし、
らせん半径を大曲率とした３次曲面即ち、だ円面的なも
のであり、耐圧強度が直管に比し２０β至３０％向上す
る。最弱部となるらせん外周壁の管厚を直管壁厚に対す
る補正係数Ｗ、Ｗ１＝（１＋Ｋ／２）／（１＋Ｋ）註２
、３、の如く低減し得る。

従来プラクテスによる管曲げの場合、曲管の外側壁は減
肉率最大部であり、反って内側壁は漸増状態の偏肉管で
あった。この発明の後記製造方法により上記補正壁肉厚
を基準とした均一厚管とし、要すればらせん管周壁各部
の耐圧強度上の所要厚は、曲率曲げ中心からの巨離に　
比例し、中心方向は漸減する。その実驗補正係数Ｗ′１
、Ｗ′１＝ｆ［Ｋ′＝小曲率／大曲率、Ｒ′］＜１註１
、２、３、を前記基準壁厚に対しＲ′に応じ乗算した中
心方向減肉偏内管となし、管の最高許容圧力に対し、全
周平等強さ相当又は、相当以上の管とし、夫々壁厚に適
宜余裕代を付加した管となしたものである。

若し、従来の管曲げ技術で本発明構成の３次元波行管を
製造した場合は、らせ曲げ外側壁の加工上の減肉補正係
数Ｗ２＝１＋Ｋ／２＝１＋ｄ／４Ｒ註１分厚肉の直管素
材を用いて加工しなければならないので、本発明製造方
法により上記の如く管壁平等強さのものとすれば差引５
０％程度又は、それ以上の管重量を節減することができ
る。

構成の３次元波行管の軸方向Ｄｈ＜ｄ，α＞５５°とし
た構成の３次元波行管は軸方向単純圧縮応力壁部分があ
り、相当の■屈強度を保持し並列管による２次波行面と
したパネル化を可能とし、ボイラ火室の水冷壁構成ちな
し得る、又、種々の熱交換装置の構成上利点となる特徴
である。

この発明の３次元波行棒は、管の場合と同一製造方法に
より接軸直角断面を従来の曲げ加工による偏平化を未然
とした任意の形状例えば眞円形となすが、又は、所要長
短比のだ円形とした３次元波行棒となし、成品コイル外
径を規準とした曲げ強さ、■屈強さに対し合理的な形状
のものとなし得る。

例えば、コンクリート鉄筋用とすれば、従来のリブスジ
付鉄筋に比し、全断面を有効とする引張強度のものとな
り、従来のリブは植込固着のもので引張強度を荷なうも
のではなく、反って応力集中個所となっていた。Ｄｈの
小さな３次元波行はコンクリートとの１体化を滑表面の
まゝ合理的に満足するものである。又軸方向接続接手と
して前述した３次元波行管の短管を嵌合寸法のものとし
任意に延長接続できる。従来鉄筋の溶接（現場）に較べ
作業能率、向上、仮設々備の簡素化となる。

機械装置の基礎植込ボルト、打込釘等の用に供すること
もできる。又、極小径締結ボルトナットとし、特殊スパ
ナ、緩り止めワッシャの開発と共に従来のネジ谷底の如
き有効強度低減のない特徴を生かした締結具となしうる
。

前述した３次元波行管によるらせん流は管内流合体を対
象とし３次元波行流路を構成したものであるが、管壁付
近の流体を主対象とに３次元波行流路管を請求項２とし
た。管壁の内外両側が任意波形の３次元波行らせん壁を
なし、夫々内外面の波山と波谷が同一位相配置をなし、
波高が壁厚以内、管内波山のらせん進み角α′が５５度
以上の夫々構成の３次元波行流路管となした。管壁厚は
管の最大直欠相当耐圧強度を基準とし適宜余裕代を付加
する。波高を壁厚以内とし、圧力による局部曲げ応力に
対し強く、又、製造容易な形状とし、管壁内外付近流を
３次元波行誘導する構成とした。その伝熱機能、流れ抵
抗等前迄３次元波行管に準じ、類似である。

請求項１又は、２記載の成品３次元波行流路管又は、棒
の夫々軸直角断面形状、３次元波行らせん進み角及び、
波行コイルピッチ径を基準となし、塑性加工押出しノズ
ルを、加工完成品と連続した流線流路の１部分とし、ダ
イス及び、マンドレル又は、ブリツジダイスより構成し
、押出しコンテナ内ビレット流線の変形域以降ダイスと
マンドレル又は、ブリッジダイスの導入部及び、絞り部
、整形部、逃げ部の夫々流路流線を３次元波行らせん誘
導し、整形部出口において夫々第一らせんリードの３次
元波行流線となし押出しする構成とした押出加工方法及
び、又は、その押出成品を更に、夫々らせん位相に準じ
、適宜組数の絞りロール機又は、定形ロール機により圧
延仕上する構成とした３次元波行流路管又は、棒の製造
方法である。この発明の３次元波行流路管又は、棒は、
波行コイルピッチ径Ｄｈが管径ｄ以内、及び、管壁厚が
全周均一又は、平等強さ志向の偏肉管の構成であり從来
技術の管曲げ方法では製造不可能といつても過言でない
。

この発明は成形押出機の整形部出口の断面形状を成品の
それ基準としたものとし、その断面を通る夫々流線のら
せん進み角をらせんコイル中心からの巨離に比例し、中
心側を漸増しリードを等一とした流線とし、所定の押出
成品とするか又は、更にそれを１次成品として絞りロー
ル機又は、定形ロール機により仕上圧延する製造方法で
ある。押出整形部出口流線のらせん軸方向速度を夫々等
一とし、円周方向分速度を外側寄りを漸増する如く、ビ
レット流線の変形域以降夫々流線の径路抵抗を勘案し構
成したものとする。整形部出口の断面形状及び、流線の
夫々らせん進み角を随意に所定成品に準據したものとす
。更に精度向上又は、圧延効果等の所要により、らせん
位相に準じ、適宜組数の絞りロール機、定形ロール機に
より仕上することも随意である。３次元波行棒の製造に
ついても上述と同様その断面形状を随に所要のものとし
製造し得る。

般用直管又は、棒材を素材とし３次元波行流路管又は、
棒を転造加工装置又は、適宜組数のユニバーサル式圧延
ロールをもって往復線返し又は、多段圧延成形加工する
ものとし、交互対向した転造工具の夫々波山又は、対向
配置した夫々ユニバーサルロールにより素管の曲げを主
とした一次成形をなし、順次、転造工具の夫々対向した
波山と波谷又は夫々対向したユニバーサル式波行曲げ外
側ロールと中心側ロールにより仕上成形するものとし、
仕上成形完了迄の過波状態における被加工素管各部分表
面圧延圧力分布をその３次元波行曲げ中心からの巨離に
相関し、曲げ中心寄りの接触圧力上り、外側方の接触圧
隆を漸減せしめ、複加工管の曲げ中心寄り表層材を外側
方に移行せしめる構成とした３次元波行流路管又は、棒
の製造方法を請求項４とした。

往復式工具の転造加工装置又は、適宜多数組数のユニバ
ーサル式圧延ロールの夫々被加工管との圧延接触圧力の
合力が接触部以外の部分の管の圧壕変形を併うことのな
い程度となし、又は、管内に耐等粉粒体を充得した状態
とし、接触局部の繰り返し圧延成形するものとし、その
間上記の如く、曲げ中心側と外側方の圧延接触圧力分布
差を利用し、所厚偏肉又は、均一壁厚の耐圧中等強さ志
向３次元波行管の製造方法を創案したものである。

この製造法による３次元波行管は管壁円周方向の圧延ロ
ール効果にため材料の円周方向耐圧強度を増大し、管の
耐圧目的上合理的特徴があり、又多量生産的製造方法で
ある。

熱交換流体が気体等壁面伝熱機能の低い場合には伝熱フ
イン等拡大伝熱面を活用することが一般であり、この発
明は３次元波行流器の形成と伝熱フイン用途を兼ね、熱
交換効果を増進したものとした。

管の内壁及び、又は、外壁にらせん帯板又は、その管流
変差方向切欠きよろい板細片切起し付のもの（以下それ
らをらせん体という）のらせん端面又は、その折曲面を
３次元らせん進み角α′５５度以上の適宜値となし管壁
と肌付圧接又は、絞り代相当嵌合状となし寛着１体化す
るか、又は溶融出金属浸漬めつき又は、シーム溶接等１
体化し、そのらせん体の夫々部分らせん進み角△αを管
中心からの巨離に比例し偏移したひねり翼趣旨のものと
し、管内軸流方向分速を均一にするか又は、よろい板細
片切起し部分の前記△αの偏移割合を低減し、外側寄り
部分の軸流分速を内側（管中心寄り）上り漸増した△α
となした夫々構成の３次元波行流路管を請求項５とした
。

らせん体をひねり翼趣旨とし、管内流抵抗を減じ又は、
管の中心寄り部分の流速より管壁寄り部分の流速を漸増
さしめ、伝熱機能効果を向上する構成とした。

らせん体は可能な限り管内に数多く多■らせん体として
付設し、伝熱面の拡大率を増大したものとす。

管内及び、又は、管外流はらせん体又は、それに付設し
た細片切起しルーバの前線効盲及び、３次元波行流効果
等機能効率の向上と共に拡大伝熱面効果により、けた違
いの高性能伝熱管となし得るのである。

請求項１又は、５記載の３次元波行流路管又は、棒又は
、その他のらせん波行壁よりなる３次元波行流路管の夫
々、又は、そのいづれかと直管を互に図芯嵌合し相互管
の長手間又は、長手適宜部分を弾性接触したものとし、
その管間に形成された夫々の３次元波行流路を熱伝達又
は、物質伝達流路となした構成の３次元波行流路管（複
合管）を請求項６とした。

外管外、管間及び、内管内の３流路相互流体間の熱又は
、物質の伝達を夫々３次元波行流路とした効果的装置と
なし得るものである、又必要に応じ、内管を盲管、圧力
平衝管又は、棒とし、夫々内圧コアーとして管間流路断
面を適宜となし、その流速を効果的なものとすることを
随意であり、３次元波行流路と隣接した直管も３次元波
行流路効果を享受しうる利点もある。

請求項５記載の３次元波行管において、管内特に小径管
内にらせん体を取付１体化構成せしめることは至難であ
る。従来管軸方向対熱フイン板を管内に挿入し半田浸漬
１体取付構成のものであるが管内壁とフイン板との接触
部肌付困難のため、管の奥部々分等１体不良によるライ
ンの剥離、脱落事故がさけられず、又、実際の伝熱フイ
ン効率も理論値に達しない現情である。この発明の製造
方法を請求項７又は、８の構成となした。次記説明する
。

管内に組込前のらせん体の自由状態のらせん進み角α″
を管内付設１体化後のらせん進み角α′より小となして
、その外径ｄ″を管内付設後の直径ｄより大となし、管
内挿入のため、そのらせん体を軸方向伸張治具又は、管
内径より小径でらせん進み角がα′より大きい誘導嵌合
らせん治具に做締巻しらせん体外径を管内径より小とな
して管内に押入し、所定位置において治具拘束を解放し
、らせん体の弾性復元力により管内壁と肌付圧接するか
又は、更にそのらせん進み角を漸減方向に摺動せしめる
ねじ込らせん締込治具及び、又は、らせん体の折曲面を
管内壁に圧着圧延せしめる転圧ローラ又は、球体を付設
したらせん転圧又は、シーム溶接治具の夫々により管内
壁とらせん体間空隙をらせん状遊動自在のものとなし、
管内出し、入れ自在とし、らせん体の端部を管の両開口
端は近にろう接、溶接その他適宜固着なし、夫々構成し
た３次元波行流路管の製造方法である。

らせん体の復元発條性が充分でないものに対しては、そ
れを補足する発條らせん治見の介添により管壁に肌付圧
接又は、更にその具諸共にねじ込らせん締込治見による
強制圧接することも随意である。管外らせん体の取付は
、管内らせん体の上述取付方法に準じ、内外方向を逆と
した方法によりなし得るが、又、らせん体を管外裏面に
加圧巻付、乾圧ローラ１体化することもできる。

装置壁面又は、板面相互と肌付接触、相互接着剤接着、
又は、至近積層した夫々極薄板表面の所要位置に小径球
体（ボール）を加圧転動せしめ、ボールペン強押圧筆記
類似状の線書圧痕により、その薄板厚相当線巾部分を両
者の局部案体圧着接合せしめる構成とした極薄板を他の
壁面に圧着接合せしめる局部圧着方法は小径管内にらせ
ん体を圧着せしめる前記発明等有用なものである。

細長な管内周に前述した如く伝熱性能の高い、らせん体
フイン又は、よろい板細片付いわゆるルーバフインを圧
着１体化することの困難を、この発明により可能とした
ものであり、機能上であるらせん進み角の大きいらせん
体相互のらせん状空隙はらせん体を多重としたとしても
、それとらせん進み角の近似ならせん状治具の遊動出し
、入れに充分なスペースを有し、之を作用し種々のらせ
ん体取付作業をなさしめる夫々治具の応用と共に、らせ
ん体の直径とらせん進み角の相互関係を洞察し、自由状
態時管径より大きいらせん体を進み角を大きくして管内
に遊嵌合し、その弾性復元による管壁と肌付圧接を管の
奥部まで確実にし、更にそれを進み角を縮小する方向に
壁面を強制摺動なし、所要の進み角α′とし、その時、
管壁とらせん体は所要の締り代相当嵌合状圧接合又は、
ボールペン強圧筆記状圧痕又は、ミニローラ転圧装置等
による線巾圧着１体化せしめる如く構成し、それらの作
業をらせん状遊嵌合した治具によりなさしめる如くした
。

ボールペン筆記圧力は、接触面積が極小のため、小押圧
力をもって３０ｋｇ／ｍｍ２等大きな局部圧力となり、
薄肉フイン板の圧延圧着に充分な塑性変形加工をなし得
るものであり、製造を小型となしうるため特に狭隘空間
におけるミニ転圧方法として種々の用途に供しうるもの
である。

管内の中心軸又は、同芯内管と外管の内壁間の環状空間
を軸方向らせん状に適宜小ピッチ毎行列した単列又は、
複数列の碁盤目又は、千鳥配列のワイヤ又は、ストリッ
プによる行列条により、管内円周上等分に、複数分し、
スリット壁状仕切り、その仕切の構成素子であるワイヤ
又は、ストリップの軸線をサイクロイド、インボリュー
ト又は、うずまき線、類似形状となし、管中心軸又は、
内管にその起点端部を植込又は、抱き込み固着し、他端
の長手部分を外管壁内周に沿ってその接着面積を夫々素
子断面積相当となして接着又は、ろう付し、伝熱フイン
を兼ねたものとし、夫々行列条を管軸方向にねじりらせ
ん面状配置とし、ストリップ素子の時はその板面を条の
らせん面に並行にし、夫々部位の管中心からの巨離に応
じ偏移したらせん進み角のねじりらせん面状配置の行列
条のスリット壁状仕切となし、その相互間流路を３次元
波行主流路となし、行列条仕切内スリット流路を從流路
とした夫々構成の３次元波行流路管を請求項９となした
。

詳細は後記具体例により図示説明するが、上記構成のほ
か、その作用、効果につき特異なものを述べる。この発
明の３次元波行流路管はスリット壁状ねじりらせん面仕
切間をらせん流する管内主流と仕切自身をスリット流す
る従来の両者を適宜乗分し、流れ抵抗少なく、伝熱効果
の大きい３次元波行流路管となした。３次元波行流の伝
熱効果は前述した通りであり、この管の場合、管壁及び
、スリット壁状の構成素子の曲線ワイヤ又はストップの
伝熱フイン効果を主流として増大し、スリット流は行列
条両側の主流間の連絡流をなし、従来として素子の伝熱
フイン機能をなさしめる。素子自体はサイクロイド、イ
ンボリュート等、うずまき線類似形の曲線をなし、管内
径より大径の端部外周を無理なくその弾性を利用し、管
内にならし巻込み嵌入しうる構成とし、素子端長手部を
管内壁に肌付圧着しうるものとした。管内壁メッキのも
のとし、夫々素子を肌付嵌入後適宜１体加熱によりメッ
キ固着１体化を容易である。中心軸又は、内管に植込又
は、だき込み撫り線にからみ固着したワイヤブラシ類似
技術により安價な量産方法もありその製作は容易である
。その内管も熱交換流路とすることも随意である。

具体例を図示説明する。

第１図ａ、ｂ、ｃ図は１例として管径ｄ＝８とし、３次
元波行ピッチ径Ｄｈを夫々ｄｈ＝ｄ／２、ｄ／ｈ、ｄ／
８とし、３次元波行らせん進み角αを夫々、α＝６０°
、６７．５°、７５°とした場合のこの発明の３次元波
行流路管の概念図を示し、夫々上図に外観線図、下図は
断面線図である。

その夫々管曲げ半径Ｒ＝Ｄｈ／２ｃｏｓ２αとなり、α
を大となすことにより管曲げ半径Ｒを大とすることは容
易である。

第２図は、３次元波行管を相互併列し、パネル状とした
例の説明図である。ａ図は、管１を直列至近隣接し、パ
ネル仕切壁２を第１の波行に合嵌せしめ、２次元波行板
となし、管列片側面の沿って取付けたパネルを示し、ｂ
図はその側面図である。

Ｃ図は管１′相互間に間隔リブ２′を溶接し、伝熱フイ
ン兼用とした水冷壁パネル状とした例であり、間隔リブ
２′は前記仕切板２の波板を巾ｌ寸法の波行状に切断し
た、板面前後と左右を波行せしめ１′の３次元波行に合
致せしめた波行帯板である。

種々の熱交換装置又は、ボイラ火炉水壁向とした例であ
る。夫々上図は側面、下図そその断面を示す。

第３図は３次元波行管の曲率半径中心を含む管軸直交断
面を、その波行らせん軸直角面に投射した説明図であり
、管内径ｄ、管外径ｄ′、管曲げ半径Ｒ＝Ｄｈ／２ｃｏ
ｄ２α、管の夫々部位の管曲げ中心０からの巨離Ｒ′、
Ｒ′部位の管内面接線とＲ′半径線とのなす角β、３次
元波行コイルピッチ径Ｄｈ、を云々図示々説明したもの
である。

第４図は管壁の内外両面が任意波形の波山と波谷が、管
中心に対し同一位相配置をなし、波高が壁厚以内とし、
管内波山崚線のらせん進み角が５５度以上の夫々構成と
した３次元波行流路管の管断面を示す。管の円周上等分
の適宜数の山谷配分となるように多重らせん波行とす。

波部を含め壁厚を所要強度のものとす。

第５図はこの発明の３次元波行管の塑性加工押出装置の
要旨説明図である。押出しコンテナー１１、ライナー１
２内の素材１０はプランジャー１３により、ダイス１４
及び、心金１５よりなるノズルを通り成形押出される。

素材流路はビレット流線の変形域２１′以降夫々導入部
２１、絞り部２２及び、整形部軸線２３に沿った成品３
次元波行管の部分管分即ち、３次元波行コイルピッチ径
Ｄｈ、波行らせん進み角α、波行らせん方向曲率Ｒを夫
々基準としたものとし、加工完成管２５又は２６と連続
した流路の１部分をなす如く構成した。押出しコンテナ
内ビレット（素材）１０の流線変形域２１′以降素材流
線は夫々は導入部２１、絞り部２２、整形部２３、逃手
部２４の夫々流線道程における夫々流線毎径路表又は、
抵抗を偏移せしめ、整形部２３出口流路２０、（２０）
における流線速度（フロー速度）を夫々部位の波行らせ
ん中心線から巨離（半径）又は、成品内部フロー母線長
に比例した夫々速度となし、押出しノズルから所要の３
次元現行管２５を連続押出製造する構成とした。

整形部２３の流路出口のりせん中心側部（２０）と、外
周部２０は要すれば、所要の偏肉管の夫々壁厚分布を基
準としたものとする。１５′は心型１５の支持ブリッジ
、１６はダイス１４の抑え金である。必要に応じ、その
押出成品管２５を更に、適宜組数の絞りロール機２７、
２７′及び２８、２８′等により精密仕上なす。その工
程時の管２５′のらせん進み角α、曲げ半径Ｒ及び、流
厚２０、（２０）は前記押出管２５と同一として仕上す
るか又は前工程の押出時管を適宜仕上代を残したものと
し、絞りロール機に上り所要完成管２６となす構成とす
る。

第６図ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ａ′及びｂ′図は般用直管を素
材とし、３次元波行管を製造する平形工具往復式転造加
工装置の要旨説明図であり、夫々ａ、ｂ図は被加工管３
０の軸線上の工具の垂直断面の加工材期状態、加工仕上
状態を示し、ｃ、ｄ図は夫々工具の対向した波行面を見
た平面図である。

ａ′、ｂ′図は夫々ａ、ｂ図の管の軸直角断面と工具断
面との相関図である。所要のらせん進み角α′に合せわ
た夫々３５′、３６′方向の波山３３、３３′及び波谷
３４、３４′の平形工具３１、３２を夫々３５、３６又
は３５′、３６′方向に連動せしめ往復駆動し、適宜制
御圧延力３８附加送りし、被加工管３０を所要の３次波
行管に転造加工する。管３０は工具の往復運動に連動し
、その軸心上でらせん往復又は、回転３７運動なす。

被加工管３０に転造工具の夫々波山３３、３３′との転
造圧により管曲げを主とした１次成形を経て順次、夫々
波山３３、３３′と波谷３４、３４′の夫々対向面転造
圧力差により所要の全周均一内厚又は、管のらせん外側
壁を所要厚とし、内方を漸減した壁厚とした管壁全周耐
圧平等強さの管として仕上成形する構成とした。被加工
管と波山の接触面積と波谷の接触面積は管曲げ中心から
の巨離に比例し外側を漸増した形状とし、圧延圧力分布
を逆に、中心寄りを漸増せしめ、被加工材表層を中心側
から外方側及びその波山の転造進行方向を交差、直角方
向（らせん管の隣接外方壁）に夫々移行せしめる構成と
した。夫々部分分布圧力の偏材程度及び、転造工具の往
復繰返し程度を勘案し、所要の管壁厚の３次元波行流路
管を製造なす。丸形工具廻転式転造装置又は、ユニバー
サル式ローラ圧延装置による３次元波行管の製造方法の
場合も上記趣旨に類似であり詳細を省略する。

又、３次元波行棒の製造も上記同様である。

第７図ｅ、ｆ、ｇ図は転造回転工具又は、ユニバーサル
式ロールによる製造方法の要部説明図であり、ｅ図及び
ｆ図は被加工管３０の夫々第６図Ｃ図ＥＦ断面及びＦＦ
断面相当関係位置における対向ロール４０、４１と管３
０の相関を示す。前迄転造工具の波山、波谷の場合の趣
旨同様、管の曲げ中心寄りのロール４０の接触面積が外
側ロール４１の接触面積より小となした構成である。ｇ
図は対向する管曲げ中心側ロール４５、４５′及び外側
ロール４６よりなる３対ロールによるユニバーサル式ロ
ール配置例の相互相関説明図である。

第８図ａ、ｂ、図は、この発明の管内にらせん管伝熱フ
インを付設した管の夫々要部断面説明図、ＣＺはフイン
の管中心寄りの大部分を、よろい板形切欠き切起し、ね
じり翼フイン趣旨とした例のフイン透視図である。管５
１内周にフイン５２の折曲円筒部５３を圧着１体化した
らせん進み角α′、リードＬの伝熱フイン付設管の管端
においてフイン５２の端部を管壁にアラ付その他適宜固
着したものである。

２重らせんフインとした場合のフイン間ピッチをｐ′＝
Ｌ／２とし２重フインを５２′で示した。

フイン５２のよろい板形切起しを５４で示した。

管内に付設したらせん体とその管内挿入過程時及び伸入
前の自由状態時の夫々らせん体の外径、らせん進み角、
リードを夫々ｄ、α′、Ｌ−ｄ′α″、Ｌ′−ｄ″、α
″′、Ｌ″とし、△ｄ、△ｄ′を夫々管とらせんの嵌合
締代及び、挿入過程時の遊隙とすると ｄ＋△ｄ＝ｄ″、ｄ−△ｄ′＝ｄ′ ｄ″＞ｄ＞ｄ′、α″＞α′＞α″′、Ｌ′＞Ｌ＞Ｌ″
、 夫々　Ｌ／ｄ＝πｔｏｗα′、らせん部線長＝πｄ／ｏ
ｗα′らせん部線長はらせん体の夫々状態変化時も一定
とする。第９図は上記相関を具体的に図示した線図であ
る。１例として壁付設らせん体の ｄ＝１４φ、α′＝６５°、Ｌ＝９４．３２、△ｄ＝ａ
０５、△ｄ′＝０．５ とすると　ｄ′＝１３．５φ、α″＝６５°．５８′、
Ｌ′＝９５ ｄ″＝１４．０５φ、α″′＝６４°．５３′　Ｌ″＝
９４．１ 即ち、管内に挿入前のらせん体単体自由状態時のｄ″＝
１４．０５φ、α″′＝６４°５３′、Ｌ″＝９４．１
のものを伸張治具その他により、単位リード当り０．９
ミリメートル伸張なしｄ′＝１３．５φとし、管内径ｄ
＝１４φの管内に０．５ミリメートルの遊隙で遊動嵌入
し、管内所定位置で伸張治具を解放し、らせん体の弾性
復元力により管壁に肌付圧接し、管の１方の端部にらせ
体端をろう付その他で固着固定し、その端部から順次、
らせん進み角を漸増せしめα″′→α′＝６５°とらせ
ん締込治具により、管内面を摺動、らせん体を管壁に対
し締代０．０５相当の強制圧着として締め込みし、所要
の３次元波行流路管となすものである。締め込み完了時
他端を管端にろう付等固定する。第１０図ａ、ｂ、ｂ１
、ｂ２、ｃ図に夫々、らせん体５３、５３′の外周要部
を管内周５１に加圧接着せしめる製造方法の要部説明図
である。

ａ図は管５１内に挿入した遊嵌合らせん体５３の折進円
筒部を所定の締り代相当嵌合とするためのらせん進み角
α′となし、折曲筒部に予嵌合した発条らせん治具６２
の斜面に当て、（予嵌合の自由状態ではらせん体５３及
び、発条らせん治具６２の進み角はα″である）ローラ
６０を支集した剛性充分の圧着らせん治具６１で斜面上
、軸方向と共に外方に転圧し、らせん体折曲筒部５３を
管内壁に圧着１体化し、そのらせん進み角α′とする。

尚、圧着らせん治具６１のローラ６０押圧面の転圧面は
らせん進み角α′のらせん面相当である。　ｂ図は、ら
せん体５３′の外周線を管内壁に圧着する例を示し、ｂ
図はそのＡＡ断面、ｂ２図はＢＢ断面である。挿入予嵌
合対向発条らせん治具６４、６４′の間に挟持されたら
せん体５３′を、ラセン進み角α′としたらせん締込治
具６５の押圧により進み角α′の予嵌合発条らせん治具
６４、６４′に換持されたらせん体５３′を諸共にその
発条力に抗して治具６４の傾斜面を斜外方に摺動押上げ
る、らせん体をその進み角α′相当の外径となし、管内
壁に圧着せしめる構成とした例である。

らせん体５３′は予嵌合対向発条らせん治具６４、６４
′に予め挟持され、その進み角を強制的にα″として保
持されており、締込治具６５による上記の管壁との圧着
操作完了後、締込治具６５の解放により、夫々発条らせ
ん治具６４、６４′の自己発条復元力により自由状態に
進み角α″に復元し、らせん遊動により管外に引き出す
ものである。管長が長大の場合は、夫々治具操作を分割
することも随意である。ｂ図例のらせん体５３′はその
らせん縁の、折曲筒面の有無に関せず、上記した管内取
付工程はほゞ同様である。第１１図ａ、ｂ図は転圧ロー
ラ又は、転圧ボールによりらせん体折曲筒部要部に適宜
巾の圧痕を圧着し、管壁と１体化する製造方法例の説明
図である。ローラ７０、ローラ軸７２、支持腕７１、を
管壁向適宜発条７３ににより壁面■肌付したらせん体所
曲筒面５６上に押圧転勤せしめ管壁５１にらせん体を圧
着する。ｂ図はボールペン状先頭転圧具７５により前記
ａ図同様、らせん体折曲筒部５６を管壁５１に圧着１体
する例である。グリースカツプ７６、ニップル７７、支
持腕７８、発條枝７９をらせん遊動治具に取付けらせん
状送りなす。ａ図の例も同様である。

尚、ａ図例と類似構成をもってシーム溶接１体化（質壁
とらせん体）をなすこともできる。

この発明の製造方法の構成の１部をなす管内の種々作業
用らせん治具は、管内付設らせん体とらせん進み角α′
及び、直径ｄを近似とし、そのらせん体相互間の遊隙（
らせん状遊隙は進み角が５５度以上等大きく、らせん体
の肉厚が０．１ｍｍ等極少のため多重りせ体の例でも少
く共１５〜２０ｍｍ以上が一般）を遊動し得る軸方向厚
さが１５〜２０ｍｍ以上の剛性を保持した管内の軽作業
をなるに充分ならせん体を定行軸としその先頭に夫々前
記作業具を取付けたものである。例えば、中心部空洞の
木工用キリ、又は、金属明孔キリの先端に適宜作業具を
取付けた如き概念のものである。

第１２図ａ、ｂ、ｃ、ｅ図は管内にワイヤ又は、ストリ
ップの小ピッチ密集行列条のスリット壁状らせん面状切
により管内３次元波行流路とし、その仕切構成素子を伝
熱フインとした例の夫々要部説明図である。

ａ図はその管軸直角断面であり、うずまき線状弯曲ワイ
ヤ８２の密集配列行列条のすきま壁状らせん面仕切８１
を管５１の内壁に夫々ワイヤ端部を接着せしめ内周等分
に複数配列し、夫々仕切間の流路を管軸方向３次元波行
流路とす。仕切の素子ワイヤの形状は要すれば、サイク
ロイド、インボリュート又は、うず巻線その他円弧弯曲
形とし、その中心部は例えば、、ワイヤブラシの如く、
内管壁面に植込又は、経線８３にからの間挿経線８４と
密着互に内管８５又は中心軸上に適宜らせん進み角とし
て巻込み（抱き込み）固定する。

ｂ図は、スリット壁状仕切８１の外端８２′の管壁との
接触部の軌跡を示し、仕切８２の外端部８２′はらせん
進み角ｄ′、のらせん８８′の如く、仕切面８２はねじ
りらせん面をなす。Ｃ図はＥＥ断面を示し、この例はス
リット壁状行列条仕切８１を夫々素子８２を２行列千鳥
密集配置とした。３次元波行主流８６及び、その１部分
板流スリット流８７の從流により管壁５１及び夫々素子
８２を伝熱壁及び伝熱フインとし、熱交換効率を大巾に
向上した構成とした。尚素子の行列数及び、夫々ピッチ
は主流と從流の相関及びブラシ状構成の可否等工作の難
易を勘案伝熱機能の良好な流れ圧力損失の少ない３次元
波行流路管とする。α図は夫々素子８２の外周端部８２
′を管壁５１と、素子の弾性復元力を強制圧着肌付なる
か、又は、更に管壁内面メッキのものとし素子の肌付面
との加温ろう付１体化等をなしうる構成の説明図である
。素子の管壁との接触肌付部の接触面積を素子断面積以
上となし伝熱フイン効率を向上するために、素子ワイヤ
８２の端部長手８２′を部分面取りし、管変内筒面に合
致せしめる。ｅ図は前記ｄ図における夫々素線８２の長
手端部の面取加工方法例を示す。

砥石車８９に対し、ワイヤブラシ状仕切８１の加工前直
径ｄｏを管内直径ｄまで巻込み圧縮した状態となして、
夫々素線長手端部を研削し、研削後の管取付前の自由時
直径ｄ″となし、管内にうずまき線外縁を案内漏斗等を
利用し巻込み嵌入し、その弾性復元力を肌付圧着力とな
す如くした例である。以上ワイヤ素子の他素子をストリ
ップとした場合も上記と類似であり、その板面を行列条
仕切のらせん面に合わてる如く配列する。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、ｂ、ｃ図は夫々この発明の３次元波行流路管
の概念図、第２図ａ、ｂ、ｃ図は夫々３次元波行流路管
を併列したパネル状体の説明図、第３図の３次元波行流
路管の管軸直交断面図、第４図は管壁を３次元波行壁と
した管断面図、第５図はこの発明の管の塑性加工押出製
造方法の要旨説明図、第６図ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ａ′、ｂ
′図は夫々この発明の管製造方法の平形工具往復式転造
方法の要旨説明図、第７図ｅ、ｆ、ｇ図は転造回転工具
と又は、ユニバーサル式ロールによる製造方法の要旨説
明図、第８図ａ、ｂ、ｃ図はこの発明の管内にらせん帯
伝熱フインを付設した３次元波行流路管の要部断面説明
図、第９図はらせん体の管内遊隙嵌合時と圧着時の状態
説明図、第１０図ａ、ｂ、ｂ１、ｂ２、ｃ図はらせん体
を管内図壁に加圧圧着せしめる製造方法の夫々要部説明
図、第１１図ａ、ｂ図は転圧ローラ又は、ボールによる
圧着製造方法の要部説明図、第１２図ａ、ｂ、ｃ、ｄ、
ｅ図は夫々、ワイヤ又は、ストリップ行列条によるらせ
ん面仕切３次元波行流路管の要部説明図である。 １、１′…３次元波行流路管、　２…パネル仕切壁　２
′…間隔リブ、　１０…コンテナ内素材、　１１…コン
テナ　１２…ライナ、　１３…プランジャ、　１４…ダ
イス、　１５…心型　１５′…支持ブリッジ、　　　　
　　　　　　　　　２０…スロート、　２１…導入部、
　２１′…変形域、　２２…絞り部　２３…整形部、　
２５…押出し３次元波行管、　２７、２７′…対向絞り
ロール、　２６…仕上３次元波行管、　３０…被加工管
、　３１、３２…平形工具（転造製■）　３３、３３′
、３４、３４′…夫々波山及び波谷、　３５、３６…夫
々往復駆動方向、　４０、４５…対向ロール、　４５、
４５′４６…３対ロール、　５１…管　５２…フイン、
　５３…フインの折曲部、　５４…フインのよろい板　
６０…押圧ローラ、　６１…フインの折曲部、　６２…
発条らせん治具、　６５…圧着らせん治具、　６４、６
４′…対向発条らせん治具、　６５…らせん締込治具、
　７０…転圧ローラ、　７３…発条板、　７５…転圧ボ
ール、　７６…グリースカップ、　８１…行列条仕切、
　８２…素子、　８２′…素子長手端　８６…３次元波
行主流、　８７…スリット流從流。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、３次元波行管又は、棒の夫々、中心線における波行
   コイルピツ径Ｄｈを管又は、棒直径ｄ以内とし、管又は
   、棒の３次元波行らせん進み角αを５５度以上とし、管
   の壁厚を波行コイル中心線からの最外周部の所要厚を基
   準とした均一厚［例えば、同径直管壁厚に対する補正係
   数▲数式、化学式、表等があります▼＜１、を乗じたも
   の］注記２とするか、管の最高許容圧力に対し全周壁平
   等強さ相当以上とし、夫々壁厚に適宜余裕代を加算した
   管となすか又は、３次元波行棒の棒軸直角断面を素棒原
   型通り円形となすか又は、適宜だ円形となした夫々、構
   成よりなる３次元波行流路管又は、３次元波行棒。 註、１、ＪＩＳ、Ｂ８２４３、４．９ ２、テイモシエンコ著セオリイオブプレートアンドシエ
   ル３、圧力容器（共立出版社） 註、ｄ・・・管の内径又は、棒の外径 ｄ′・・・管の外径 Ｄｈ・・・３次元波行コイルピッチ径 Ｒ・・・管の中心線で測った曲げ半径（実寸）＝Ｄｈ／
   ２ｃｏｓ＾２ｄ Ｒ′・・・管の夫々部位の管曲げ中心からの距離Ｙ・・
   ・ｄ／２ α・・・３次元波行らせん進み角 β・・・夫々Ｒ′部位の管円周内面接線とＲ′半径線と
   のなす角 Ｋ・・・ｄ／２Ｒ＝Ｙ／Ｒ Ｗ＿１・・・１＋（Ｋ／２）／（１＋Ｋ） Ｗ＿２・・・１＋（ｄ／４Ｒ）＝１＋（Ｙ／２Ｒ）２、
   管壁の内外両面が任意波形の３次元らせん波行壁をなし
   、夫々内外面の波山と波谷が同一位相配置をなし、波高
   が壁厚以内、管内 波山のらせん進み角α′が５５度以上の夫々構成よりな
   る３次元波行流路菅。 ３、請求項１又は、２記載の成品３次元波行流路管又は
   、棒の夫々軸直角断面形状、３次元波行らせん進み角及
   び、波行コイルピッチ径を基準となし、塑性加工押出し
   ノズルを加工完成品と連続した流線流路の１部分とし、
   ダイス及び、マンドレル又は、ブリッジダイスより構成
   し、押出しコンテナ内ビレット流線の変形域以降ダイス
   とマンドレル又は、ブリッジダイスの導入部、及び、絞
   り部、整形部、逃げ部の夫々流路流線を３次元波行らせ
   ん誘導し、整形部出口において夫々、等一らせんリード
   の３次元波行流線となし押出しする構成とした押出し加
   方法及び、又は、その押出し成品を更に、夫々らせん位
   相に準じ、適宜組数の絞りロール機、又は、定形ロール
   機により圧延仕上する構成とした３次元波行流路管又は
   、３次元波行棒の製造方法。 ４、■用直管又は、棒材を夫々素材とし請求項１又は、
   ２記載の３次元波行流路管又は、棒を転造加工装置又は
   、適宜組数のユニバーサル式圧延ロールをもって往復繰
   返し又は、多数段圧延成形加工するものとし、交互対向
   した転造工具の夫々波山又は、対向した夫々ユニバーサ
   ル式ロールにより素管のらせん曲げを主とした１次成形
   をなし、順次転造工具の夫々対向した波山と波谷又は、
   夫々対向したロールにより仕上成形に移行し、仕上成形
   完了迄の過渡状態における被加工管各部分表面圧力分布
   を、その波行曲げ中心からの巨離に相関し、曲げ中心寄
   りの接触圧力より外側方の接触圧力を漸減せし め、被加工管の曲げ中心寄りの表層材を外 側に移行せしめる夫々構成とした３次元波行流路管又は
   、３次元波行棒の製造方法。 ５、管の内壁及び、又は、外壁にらせん帯板又は、その
   管軸流交差方向切欠きよろい板形切起し付のもの（以下
   それらをらせん体と言う）のらせん端面又は、らせん折
   曲面をらせん進み角５５度以上の適宜となして管壁と肌
   付圧接又は、締り代相当嵌合状となし圧着１体化するか
   、又は、溶融金属浸漬めっき、シーム溶接等１体化し、
   そのらせん体の夫々部分らせん進み角Δαを管中心から
   の巨離に比例し偏移したひねり翼趣旨のものとし、管内
   軸流方向分速を均一にするか又は、よろい板部分の夫々
   部分Δαの偏移割合を低減し、外側寄り部分の軸流分速
   を中心寄りより漸増したものとした夫々構成によりなる
   ３次元波行流路管。 ６、請求項１又は、５記載の３次元波行流路管又は、棒
   又は、らせん波行壁よりなる３次元波行流路管の夫々又
   は、その任意のものと直管を互に同芯嵌合し、相互の軸
   長手間又は、長手適宜部分を互に弾性接触したものとし
   、その管間に形成された夫々の３次元波行流路を熱伝達
   又は、物質伝達流体流路となした構成の３次元波行流路
   管。 ７、管内に組込前のらせん体の自由状態の らせん進み角を管内付設１体化後のらせん 進み角α′より小となしてその外径を大となし、管内挿
   入のためそのらせん体を軸方向伸張治見又は、管内径よ
   り小径でらせん進み角がα′より大きい誘導嵌合らせん
   治見に做締巻なしらせん体外径を管内径より小と小とな
   して管内に挿入し、所定位置において治見拘束を解放し
   、らせん体の弾性復元力により管内壁と肌付圧接するか
   、又は、更にそのらせん進み角を漸減方向に摺動せ しめるねじ込らせん締込治見及び、又は、らせん体の折
   曲面を管内壁に圧着圧延せしめる転圧ローラ又は、小球
   体を付設したらせん転圧又は、シーム溶接治見等の夫々
   により管内壁とらせん体を圧着１体化せしめ、夫々治見
   を管内らせん体間空隙をらせん状遊導自在のものとなし
   、夫々構成した３次元波行流路管の製造方法。 ８、装置壁面又は、夫々板面相互、肌付接触、相互接着
   剤接着又は、至近積層した極薄板表面の所要位置に小径
   球体を加圧転動せしめ、ボールペン強押圧筆記類似状の
   線書圧痕により、その薄板厚相当線巾部分を、両者の局
   部実体圧着せしめる構成とした極薄板を他の壁面に圧着
   接合せしめる局部圧着板の製造方法。 ９、管内中心軸又は、同芯内管と外管内壁間の環状空間
   を、軸方向らせん状に適宜小ピッチ毎行列した単列又は
   、複数列の基盤目又は、千鳥配列のワイヤ又は、ストリ
   ップによる行列条により管内円周上等分に、複数分し、
   スリット壁状仕切し、その仕切の構成素子であるワイヤ
   又は、ストリップの軸線をサイクロイド、インボリュー
   ト又は、うずまき線、類似形状となし、管中心軸又は、
   内管にその起点端部を植込又は、抱き込み固着し、他端
   の長手部分を外管壁内周に沿ってその接着面積を夫々素
   子断面積相当となして接着又は、ろう付し、伝熱フィン
   を兼ねたものとし、夫々行列条を管軸方向にねじりらせ
   ん面状配置とし、ストリップ素子の時はその板面を条の
   らせん面に平行にし、夫々部位の管中心からの巨離に応
   じ偏移したらせん進み角のねじりらせん面状配置の行列
   条のスリット壁状仕切となし、その相互間流路を３次元
   波行主流路となし、行列条仕切内スリット流路を従流路
   とした夫々構成の３次元波行流路管。