WO2019146569A1 - 金属製丸パイプ、これを備えた熱交換器、パイプベンダおよび金属製丸パイプの曲げ加工方法 - Google Patents

金属製丸パイプ、これを備えた熱交換器、パイプベンダおよび金属製丸パイプの曲げ加工方法 Download PDF

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丞志 奥田
藤澤　秀行
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Definitions

  • the present invention relates to a metal round pipe having a bent portion and a technique related thereto.
  • a metal round pipe provided with a bent portion such as a U-shaped, meandering or spiral heat transfer tube is often used.
  • a metal round pipe provided with such a bent portion is manufactured by bending a straight tubular metal round pipe using a pipe bender (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
  • FIG. 6 there is one provided with a roll block 2 and a pressure type 3.
  • the roll block 2 and the pressure die 3 are provided with semicircular first and second pipe fitting recesses 21 and 31.
  • the metal round pipe 1 is rolled in a state in which the metal round pipe 1 is sandwiched by the inner surfaces of the first and second pipe fitting recesses 21 and 31. It bends along the 1st pipe recessed part 21 of block 2, and it bends.
  • a metal round pipe 1 having a bent portion 10 as shown in FIG. 7 is obtained.
  • the inner half 11a inside the center line C1 has a semicircular arc shape, whereas the wide area of the outer half 11b outside the center line C1 is the center line It is a form that is depressed toward C1.
  • the portion Pa of the weir that is originally the outermost part is offset toward the center line C1 by an appropriate dimension Lc.
  • the inner half 11a is on the compression side, whereas the outer half 11b is on the pull side.
  • the curvature radius R (bending radius) of the bending portion 10 is reduced, the amount of tensile deformation in the outer half 11b increases, the dimension Lc also increases, and the outer half 11b is flattened.
  • the bending speed of the metal round pipe 1 is increased, the above-mentioned flattening becomes more remarkable.
  • the cross-sectional area of the bending portion 10 becomes considerably smaller than the original cross-sectional area before bending.
  • the minimum inner width Ld of the bending portion 10 also decreases. For this reason, the flow path resistance when the fluid is caused to flow through the metal round pipe 1 is increased. This is not preferable when using the metal round pipe 1 as, for example, a heat transfer tube of a heat exchanger.
  • the flattening of the bent portion 10 becomes more remarkable as the bending speed of the metal round pipe 1 is increased. For this reason, in order to suppress the flattening of the bending portion 10, it is necessary to slow the bending speed, but if doing so, the productivity is deteriorated.
  • the object of the present invention is to provide a metal round pipe capable of appropriately solving the above problems, a heat exchanger provided with the same, a pipe bender suitable for producing the metal round pipe, and the metal round
  • the problem is to provide a method for bending a pipe.
  • the present invention takes the following technical measures.
  • the metal round pipe provided by the first aspect of the present invention is provided with a bent portion, and in the axial direction sectional view of this bent portion, the outer half portion of the peripheral wall portion of the bent portion is of the bent portion.
  • the central portion in the direction orthogonal to the bending radial direction is the outermost periphery, and the distance between the outermost periphery and the pipe center is more than the distance between the pair of base end portions of the outer half and the outermost periphery It has a non-arc-like outward convex shape in which the distance from the middle portion to the center of the pipe is shorter.
  • the inner half portion of the peripheral wall portion of the bent portion has a semicircular arc shape or a shape closer to a semicircular arc shape than the outer half portion.
  • each of the outermost periphery and the middle portion of the outer half is in the form of an outward convex curved or straight, and the outer half is There is no inward depression.
  • the heat exchanger provided by the second aspect of the present invention comprises a heat transfer tube, and the heat transfer tube is constructed using a metallic round pipe provided by the first aspect of the present invention There is.
  • the heat transfer tube has a plurality of bent portions as the bent portions, and a plurality of straight tube portions arranged at intervals in a direction intersecting the axial direction are the plurality of bent portions.
  • a serpentine heat transfer tube connected in series.
  • a pipe bender comprising: a roll block having a first pipe insertion recess formed on an outer peripheral surface thereof for inserting an inner side in a bending direction of a metal round pipe; And a pressure type in which a second pipe fitting recess for fitting the outer surface of the round pipe in the bending direction is formed on the side surface, and each of the first and second pipe fitting recesses It is possible to form a bent portion on the metal round pipe by sandwiching the metal round pipe by the inner surface, and the second pipe fitting recess is the second pipe fitting recess
  • the central portion in the opening width direction is the deepest portion, and the deepest portion and the pair are more than the distance from the deepest portion to the center between the pair of edge portions of the second recessed portion for pipe fitting.
  • the first pipe fitting recess has a semicircular shape in cross section, or a shape closer to the semicircular shape in cross section than the second pipe fitting recess.
  • the deepest portion and the middle portion of the second pipe fitting recess are concavely curved or straight in a cross sectional view, and a convex portion is formed in the second pipe fitting recess. Is not provided.
  • a method of bending a metal round pipe comprising: a roll block having a first pipe recess formed on an outer surface; and a second pipe recess on an inner surface Using a pipe bender having a pressure type in which is formed, and holding and bending a metal round pipe by the inner surfaces of the first and second pipe fitting recesses.
  • the pipe bender used is the pipe bender provided by the third aspect of the present invention.
  • FIG. 1A is a plan view of relevant parts showing an example of a metal round pipe according to the present invention
  • FIG. 1B is an enlarged cross-sectional view taken along the line IB-IB of FIG. 1A
  • 2A is a schematic plan sectional view showing an example of a pipe bender according to the present invention
  • FIG. 2B is a IIB-IIB sectional view of FIG. 2A
  • FIG. 2C is a IIC-IIC sectional view of FIG.
  • FIG. 3A is a schematic plan sectional view of a state in which a metal round pipe is set in the pipe bender shown in FIGS. 2A to 2C
  • FIG. 3B is a sectional view taken along line IIIB-IIIB of FIG. 3A.
  • FIG. 5A is a plan sectional view showing an example of a heat exchanger configured using a metal round pipe having a bent portion
  • FIG. 5B is a VB-VB sectional view of FIG. 5A
  • FIG. 5C is It is a side view.
  • FIG. 7A is a plan view of relevant parts showing an example of prior art of a metal round pipe
  • FIG. 7B is an enlarged cross-sectional view taken along the line VIIB-VIIB of FIG. 7A.
  • the metal round pipe 1 shown in FIG. 1A is made of, for example, stainless steel, and has a bent portion 10 curved with an appropriate curvature radius R in an angle range of 180 °.
  • the inner half part 11a in the axial direction cross section view of the bending part 10, is semicircular arc shape.
  • the inner half portion 11a is a portion where the peripheral wall portion 11 is compressed in the circumferential direction, as shown in FIG. 1A, the inner half portion 11a is formed in a bowl shape having a plurality of raised portions 12.
  • the outer half 11b (outside of the center line C1) of the peripheral wall 11 of the bending portion 10 has a non-arc-like outward convex shape. More specifically, in the outer half portion 11 b, the central portion (portion through which the center line C2 passes) in the y direction (the vertical direction in FIG. 1B) of FIG.
  • the y direction is a direction orthogonal to the x direction which is the bending radius direction of the bending portion 10 (the same direction as the opposing direction of the inner peripheral portion and the outer peripheral portion of the bending portion 10 and the left and right direction of FIG. 1B) .
  • the distance Lb from the pair of intermediate portions 15 to the pipe center O is shorter than the distance La from the outermost periphery 13 to the pipe center O (the relationship of La> Lb).
  • the middle portion 15 is a portion between the pair of base end portions 14 of the outer half portion 11 b and the outermost circumference portion 13.
  • the pair of base end portions 14 is a portion to be a base end of the outer half portion 11 b and is near the center line C1 of the outer half portion 11 b.
  • the outermost circumference portion 13 may be slightly misaligned closer to the pipe center O than the original position before bending, by bending the metal round pipe 1 described later. Therefore, the distance from the portion near the proximal end 14 to the pipe center O in the intermediate portion 15 may be longer than the distance La.
  • the entire area of the middle part 15 does not have to satisfy the relationship of La> Lb, and at least a part of the middle part 15 (for example, the center part of the middle part 15 or its vicinity) to the pipe center O
  • the distance Lb may satisfy the relationship of La> Lb. The same applies to the relationship between the distances La ′ and Lb ′ between the deepest portion 31 a and the middle portion 31 c of the second pipe fitting concave portion 31 of the pressure die 3 described later.
  • the outer half 11b is equivalent to a configuration in which the middle portion 15 is closer to the pipe center O than the arc a passing through three points of the pair of base end portions 14 and the outermost circumference portion 13 Do.
  • the outer half portion 11b is not provided with an inwardly recessed portion, and the outermost peripheral portion 13 and the middle portion 15 both have an outwardly convex curved shape.
  • These curvature radii r1 and r2 are different, for example, r1 ⁇ r2.
  • the present invention is not limited to this, and one or both of the outermost peripheral portion 13 and the middle portion 15 may be, for example, non-curved (straight).
  • the pipe bender A shown in FIGS. 2A to 2C includes a roll block 2, a pressure die 3 and a clamp die 4.
  • the roll block 2 is horizontally rotatable around the shaft portion 20, and a first pipe fitting recess 21 is formed in series on the outer peripheral surface thereof.
  • the first pipe fitting concave portion 21 has a curved portion 21a curved in an arc shape over an angle range of 180 °, and straight portions 21b and 21c connected to both ends thereof.
  • the first pipe fitting recess 21 has a form corresponding to the inner half 11a of the bending portion 10 described above, and specifically, as shown in FIG. ).
  • a plurality of recessed groove portions 22 which are deeper than the first pipe fitting recess 21 are provided at appropriate intervals.
  • the recessed groove portion 22 is a portion corresponding to the raised portion 12 shown in FIG. 1A.
  • the pressure die 3 is a block-like member in which a second pipe fitting recess 31 is formed in a horizontal direction indicated by an arrow Na on the side surface.
  • This pressure type 3 is located beside the roll block 2 and is capable of reciprocating in the direction of the arrow Na, and also reciprocates in the horizontal direction of the arrow Nb intersecting with the roll block 2. Separation is possible.
  • the second pipe fitting recess 31 corresponds to the outer half portion 11 b of the bent portion 10 described above. Specifically, as shown in FIG. 2C, the second pipe fitting recess 31 has a central portion in the upper and lower opening width direction as the deepest portion 31a, and a second pipe is fitted from the deepest portion 31a.
  • the distance Lb 'from the pair of intermediate portions 31c to the center Oa is shorter than the distance La' to the center Oa between the pair of edge portions 31b of the recess 31.
  • the cross section has a semicircular shape.
  • the middle portion 31 c is a portion between each edge 31 b and the deepest portion 31 a.
  • the deepest portion 31a and the middle portion 31c are portions corresponding to the outermost peripheral portion 13 and the middle portion 15 of the bent portion 10 shown in FIG. 1B, and preferably, they have a concave curved shape or a cross sectional view It is non-curved (straight), and the second pipe fitting recess 31 is not provided with a convex portion.
  • the clamp die 4 is a portion for clamping the metal round pipe 1 with the roll block 2 and causing a pulling operation of the metal round pipe 1.
  • the side surface of the clamp die 4 is provided with a third pipe fitting recess 41 having a semicircular cross section as shown in FIG. 2B.
  • the clamp die 4 is configured to horizontally rotate around the shaft 20 as the roll block 2 rotates around the shaft 20. As a result, the relative positional relationship with the roll block 2 is prevented from being displaced, and the clamp state of the metal round pipe 1 can be maintained by both the roll block 2 and the clamp die 4.
  • the metal round pipe 1 is fitted on the first pipe fitting concave portion 21 (straight portion 21b) of the roll block 2 while the bending direction inner surface side is inserted.
  • the pressure die 3 and the clamp die 4 are brought close to the roll block 2 side, and the metal round pipe 1 is clamped with a sufficient force so as not to cause sliding or the like between these and the metal round pipe 1.
  • the roll block 2 and the clamp die 4 are horizontally rotated 180 ° around the shaft portion 20.
  • a portion of the metal round pipe 1 is bent along the curved portion 21 a of the first pipe fitting concave portion 21 of the roll block 2 to form the bent portion 10. Be done.
  • the bending portion 10 has the same configuration as that described with reference to FIGS. 1A and 1B.
  • the plurality of heat transfer tubes 1A of the heat exchanger HE is a heat transfer tube having a meandering shape as a whole by forming the bent portions 10 in the metal round pipe 1 at a plurality of locations. More specifically, the heat transfer tube 1A has a plurality of bent portions 10 and a plurality of straight tube portions 18 arranged at intervals in a direction intersecting the axial length direction, and has a plurality of straight shapes The tube portion 18 is connected in series via the plurality of bent portions 10.
  • each heat transfer tube 1A is accommodated in the case 5 in a state of being stacked at intervals in the vertical height direction.
  • the case 5 is provided with an air supply port 50 and an exhaust port 51 for the combustion gas as the heating gas.
  • the end of each heat transfer tube 1A is disposed in the headers 6a and 6b for water entry and discharge, and the hot and cold water supplied from the water inlet 60a of the header 6a passes through each heat transfer tube 1A and is heated. It reaches into the header 6b, and it is comprised so that a hot water may come out from the outlet 60b.
  • the bending portion 10 is not made into a largely flat shape as well as the inside half 11a as well as the outside half 11b. For this reason, compared with the prior art shown to FIG. 7A and FIG. 7B, it is possible to enlarge the cross-sectional area of the bending part 10, and the minimum inner width. Therefore, it is possible to reduce the flow path resistance when the fluid is caused to flow through the metal round pipe 1. This is preferable in reducing the water flow resistance of the heat transfer tube 1A of the heat exchanger HE shown in FIGS. 5A to 5C.
  • the outer half portion 11 b of the bending portion 10 is configured such that the intermediate portion 15 is positioned closer to the pipe center O than the outermost peripheral portion 13.
  • the portion where the depression (displacement toward the pipe center O) is generated when the outer half portion 11b of the bending portion 10 is stretched by being subjected to tension is the middle portion It is a form assumed to be 15. Therefore, it is possible to prevent the outermost peripheral portion 13 of the outer half 11b from being largely depressed toward the pipe center O.
  • the outermost peripheral portion 13 and the intermediate portion 15 of the outer half portion 11b of the bending portion 10 are both curved outward convex in the axial direction sectional view of the bending portion 10 There is. For this reason, it is more reliably prevented that any part of the outer half 11b is largely depressed toward the pipe center O.
  • the inner half 11a of the bent portion 10 has a semicircular arc shape and is not recessed toward the pipe center O. Therefore, the entire cross sectional area and the minimum inner width of the bent portion 10 are increased to reduce the flow path resistance. On the other hand, it is more preferable. Note that, unlike the present embodiment, even if the inner half 11a is not formed in a semicircular arc shape, the inner half 11a has a shape closer to a semicircular arc than the outer half 11b (substantially semicircular shape By making it arc-shaped, it is possible to prevent the overall cross-sectional area and the minimum inner width of the bending portion 10 from becoming too small.
  • the present invention is not limited to the contents of the embodiments described above.
  • the specific configuration of each part of the metal round pipe, the heat exchanger, and the pipe bender according to the present invention can be variously designed and changed within the intended scope of the present invention.
  • the specific configuration of each operation process of the method of bending a metal round pipe according to the present invention can be variously modified within the intended scope of the present invention.
  • the present invention focuses on preventing or suppressing flattening of the outer half of the bent portion of the metal round pipe. Therefore, it is possible to select the specific shape of the inner half according to various circumstances. However, it is preferable that the inner half be shaped like a semicircular arc or at least a shape closer to the semicircular arc (approximately semicircular arc) than the outer half.
  • the outermost peripheral portion and the intermediate portion of the outer half of the bent portion be curved outward in a convex shape or at least non-curved (straight) and have a shape having no inward recessed portion, On the contrary, it may be configured to have an inwardly recessed portion.
  • the specific bending angle of the bent portion is not limited. In the embodiments described above, the bends are formed at an angle range of 180 °, but alternatively, other bend angles such as 90 ° may be used.
  • the specific bending radius, the size of the metal round pipe to be bent, the material, etc. are not limited.
  • the metal round pipe to which the present invention is applied is suitable for use as a heat transfer tube of a heat exchanger, but can also be used for other applications.

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Abstract

曲げ部１０を有する金属製丸パイプ１であって、曲げ部１０の軸線方向断面視において、曲げ部１０の周壁部１１の外側半部１１ｂは、曲げ部１０の曲げ半径方向ｘに対して直交するｙ方向における中央部が最外周部１３とされ、かつこの最外周部１３からパイプ中心Ｏまでの距離Ｌａよりも、外側半部１１ｂの一対の基端部１４と最外周部１３との相互間の中間部１５からパイプ中心Ｏまでの距離Ｌｂの方が短い非円弧状の外向き凸状である。このことにより、曲げ部１０の断面積や最小内幅が減少することを抑制し、流路抵抗を小さくするなどの利点が得られ、金属製丸パイプ１を容易かつ適切に製造することができる。

Description

金属製丸パイプ、これを備えた熱交換器、パイプベンダおよび金属製丸パイプの曲げ加工方法
　本発明は、曲げ部が形成された金属製丸パイプ、およびこれに関連する技術に関する。
　熱交換器の伝熱管として、Ｕ字状、蛇行状、あるいは螺旋状の伝熱管など、曲げ部を備えた金属製丸パイプがよく用いられる。このような曲げ部を備えた金属製丸パイプは、パイプベンダを利用し、直管状の金属製丸パイプに曲げ加工を施すことにより製作される（たとえば、特許文献１，２を参照）。
　パイプベンダの一例としては、図６に示ように、ロールブロック２およびプレッシャ型３を備えたものがある。これらロールブロック２およびプレッシャ型３には、半円状の第１および第２のパイプ嵌入用凹部２１，３１が設けられている。金属製丸パイプ１に曲げ部を形成する場合には、第１および第２のパイプ嵌入用凹部２１，３１の内面によって金属製丸パイプ１を挟み付けた状態で、金属製丸パイプ１をロールブロック２の第１のパイプ嵌入用凹部２１に沿わせるように曲げる。
　前記した手段によれば、図７に示すような曲げ部１０を有する金属製丸パイプ１が得られる。この金属製丸パイプ１の曲げ部１０は、中心線Ｃ１よりも内側の内側半部１１ａが半円弧状であるのに対し、中心線Ｃ１よりも外側の外側半部１１ｂの広い領域が中心線Ｃ１寄りに窪んだ形態である。外側半部１１ｂのうち、本来的には最外部となる筈の部分Ｐａが、適当な寸法Ｌｃだけ中心線Ｃ１寄りにオフセットしている。
　曲げ部１０を形成する場合、内側半部１１ａは圧縮側となるのに対し、外側半部１１ｂは引っ張り側となる。このため、曲げ部１０の曲率半径Ｒ（曲げ半径）を小さくするほど、外側半部１１ｂにおける引っ張り変形量が多くなり、前記した寸法Ｌｃも増大し、外側半部１１ｂは偏平化する。また、金属製丸パイプ１の曲げ加工速度を速くした場合には、前記した偏平化がより顕著となる。
　しかしながら、前記従来技術によれば、次に述べるように改善すべき余地がある。
　第１に、曲げ部１０が前記したような形態に偏平化すると、曲げ部１０の断面積が、曲げ加工前の本来の断面積と比較して、かなり小さくなる。また、曲げ部１０の最小内幅Ｌｄも小さくなる。このため、金属製丸パイプ１に流体を流通させた際の流路抵抗が大きくなる。これは、金属製丸パイプ１を、たとえば熱交換器の伝熱管などとして用いる場合に好ましいものではない。
　第２に、曲げ部１０の偏平化は、金属製丸パイプ１の曲げ加工速度を速くするほど顕著となる。このため、曲げ部１０の偏平化を抑制するには、曲げ加工速度を遅くする必要があるが、そのようにすると生産性が悪化する。
　一方、従来においては、たとえば特許文献３に記載されているように、金属製丸パイプに曲げ加工を施す際に、曲げ加工対象部分の内側に、芯金を配置させ、曲げ部の偏平化を防止する手段がある。ところが、このような手段によれば、作業が煩雑なものとなり、また設備コストが高価となる。また、金属製丸パイプの全長が比較的長い場合、あるいは１本の金属製丸パイプに複数の曲げ部を設けるような場合には、曲げ加工対象部分の内側に芯金を収容配置させることができず、芯金を利用した曲げ加工は困難となる。したがって、前述した不具合を適切に解消することは困難である。
特開２０１６－１３１９７７号公報 特開２０１２－１３５７９７号公報 特開２００４－３２２１８６号公報
　本発明の目的は、前記したような不具合を適切に解消することが可能な金属製丸パイプ、これを備えた熱交換器、前記金属製丸パイプの製造に適するパイプベンダ、および前記金属製丸パイプの曲げ加工方法を提供することを、その課題としている。
　上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
　本発明の第１の側面により提供される金属製丸パイプは、曲げ部を備えており、この曲げ部の軸線方向断面視において、前記曲げ部の周壁部の外側半部は、前記曲げ部の曲げ半径方向に対して直交する方向における中央部が最外周部であり、かつこの最外周部からパイプ中心までの距離よりも、前記外側半部の一対の基端部と前記最外周部との相互間の中間部から前記パイプ中心までの距離の方が短い非円弧状の外向き凸状である。
　好ましくは、前記曲げ部の軸線方向断面視において、前記曲げ部の周壁部の内側半部は、半円弧状、または前記外側半部よりも半円弧状に近い形状である。
　好ましくは、前記曲げ部の軸線方向断面視において、前記外側半部の前記最外周部および前記中間部のそれぞれは、外向き凸の湾曲状、または直状であり、前記外側半部には、内向きに窪んだ部分は設けられていない。
　本発明の第２の側面により提供される熱交換器は、伝熱管を備えており、かつこの伝熱管は、本発明の第１の側面により提供される金属製丸パイプを用いて構成されている。
　好ましくは、前記伝熱管は、前記曲げ部として複数の曲げ部を有し、かつ軸長方向とは交差する方向に間隔を隔てて並んだ複数の直状管体部が、前記複数の曲げ部を介して一連に繋がった蛇行状伝熱管である。
　本発明の第３の側面により提供されるパイプベンダは、金属製丸パイプの曲げ方向内面側を嵌入させるための第１のパイプ嵌入用凹部が外周面に形成されているロールブロックと、前記金属製丸パイプの曲げ方向外面側を嵌入させるための第２のパイプ嵌入用凹部が側面に形成されているプレッシャ型と、を備えており、前記第１および第２のパイプ嵌入用凹部のそれぞれの内面によって前記金属製丸パイプを挟み付けて、前記金属製丸パイプに曲げ部を形成することが可能とされており、前記第２のパイプ嵌入用凹部は、前記第２のパイプ嵌入用凹部の開口幅方向の中央部が最奥部とされ、かつこの最奥部から前記第２のパイプ嵌入用凹部の一対の縁部の相互間の中心までの距離よりも、前記最奥部と前記一対の縁部との相互間の中間部から前記中心までの距離の方が短い断面非半円状とされている。
　好ましくは、前記第１のパイプ嵌入用凹部は、断面半円状、または前記第２のパイプ嵌入用凹部よりも断面半円状に近い形状とされている。
　好ましくは、前記第２のパイプ嵌入用凹部の前記最奥部および前記中間部は、断面視おいて、凹状の湾曲状、または直状であり、第２のパイプ嵌入用凹部に、凸状部分は設けられていない。
　本発明の第４の側面により提供される金属製丸パイプの曲げ加工方法は、外側面に第１のパイプ嵌入用凹部が形成されているロールブロックと、内側面に第２のパイプ嵌入用凹部が形成されているプレッシャ型と、を備えているパイプベンダを利用し、前記第１および第２のパイプ嵌入用凹部のそれぞれの内面によって金属製丸パイプを挟み付けて曲げる工程を有しており、前記パイプベンダとして、本発明の第３の側面により提供されるパイプベンダを用いる。
　本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。
図１Ａは、本発明に係る金属製丸パイプの一例を示す要部平面図であり、図１Ｂは、図１ＡのIB－IB拡大断面図である。 図２Ａは、本発明に係るパイプベンダの一例を示す概略平面断面図であり、図２Ｂは、図２ＡのIIB－IIB断面図であり、図２Ｃは、図２ＡのIIC－IIC断面図である。 図３Ａは、図２Ａ～図２Ｃに示すパイプベンダに金属製丸パイプをセットした状態の概略平面断面図であり、図３Ｂは、図３ＡのIIIB－IIIB断面図である。 図３Ａおよび図３Ｂに示す状態からパイプベンダを動作させて金属製丸パイプに曲げ部を形成した状態を示す概略平面断面図である。 図５Ａは、曲げ部を有する金属製丸パイプを用いて構成された熱交換器の一例を示す平面断面図であり、図５Ｂは、図５ＡのVB－VB断面図であり、図５Ｃは、側面図である。 パイプベンダの従来技術の一例を示す要部断面図である。 図７Ａは、金属製丸パイプの従来技術の一例を示す要部平面図であり、図７Ｂは、図７ＡのVIIB－VIIB拡大断面図である。
　以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
　図６および図７に示した従来技術と同一または類似の要素には、従来技術と同一の符号を適宜付すこととする。
　図１Ａに示す金属製丸パイプ１は、たとえばステンレス製であり、１８０°の角度範囲で、適当な曲率半径Ｒで湾曲した曲げ部１０を有している。図１Ｂに示すように、曲げ部１０の軸線方向断面視において、曲げ部１０の周壁部１１の内側半部１１ａ（中心線Ｃ１よりも内側（左側））は、半円弧状である。ただし、内側半部１１ａは、周壁部１１が周方向に圧縮された部位であるため、図１Ａに示すように、複数の隆起部１２を有する皺状に形成される。
　一方、曲げ部１０の周壁部１１の外側半部１１ｂ（中心線Ｃ１よりも外側）は、非円弧状の外向き凸状である。より具体的には、外側半部１１ｂは、図１Ｂのｙ方向（同図の上下縦方向）における中央部（中心線Ｃ２が通過する部分）が、最外周部１３となっている。ｙ方向は、曲げ部１０の曲げ半径方向（曲げ部１０の内周部と外周部との対向方向と同一方向であり、図１Ｂの左右方向）であるｘ方向に対して直交する方向である。ここで、最外周部１３からパイプ中心Ｏまでの距離Ｌａよりも、一対の中間部１５からパイプ中心Ｏまでの距離Ｌｂの方が短い構成（Ｌａ＞Ｌｂの関係）とされている。中間部１５は、外側半部１１ｂの一対の基端部１４と最外周部１３との相互間の部位である。一対の基端部１４は、外側半部１１ｂの基端となる部位であり、外側半部１１ｂのうちの中心線Ｃ１の付近である。
　最外周部１３は、後述する金属製丸パイプ１に曲げ加工がなされることにより、曲げ加工前の本来の位置よりもパイプ中心Ｏ寄りに僅かに位置ずれする場合がある。このため、中間部１５のうち、基端部１４に近い部分からパイプ中心Ｏまでの距離が、距離Ｌａよりも長くなる場合があり得る。ただし、本発明においては、中間部１５の全域がＬａ＞Ｌｂの関係を満たす必要はなく、中間部１５の少なくとも一部（たとえば、中間部１５の中央部またはその付近）からパイプ中心Ｏまでの距離Ｌｂが、Ｌａ＞Ｌｂの関係を満たせばよい。
　この点は、後述するプレッシャ型３の第２のパイプ嵌入用凹部３１の最奥部３１ａと中間部３１ｃにかかる距離Ｌａ’，Ｌｂ’の関係についても同様である。
　外側半部１１ｂは、別の側面から考察すると、中間部１５が、一対の基端部１４および最外周部１３の３点を通過する円弧ａよりも、パイプ中心Ｏ寄りに位置する形態に相当する。
　曲げ部１０の軸線方向断面視において、外側半部１１ｂには、内向きに窪んだ部分は設けられておらず、最外周部１３および中間部１５は、ともに外向き凸の湾曲状である。これらの曲率半径ｒ１，ｒ２は相違しており、たとえばｒ１＜ｒ２である。ただし、これに限定されず、最外周部１３、および中間部１５の一方または双方を、たとえば非湾曲状（直状）とすることもできる。
　次に、前記した曲げ部１０を形成するためのパイプベンダＡの一例、およびこれを用いて曲げ部１０を形成する方法の一例について説明する。
　図２Ａ～図２Ｃに示すパイプベンダＡは、ロールブロック２、プレッシャ型３、およびクランプ型４を備えている。
　ロールブロック２は、軸部２０を中心として水平回転可能であり、その外周面には、第１のパイプ嵌入用凹部２１が一連に形成されている。平面断面視において、第１のパイプ嵌入用凹部２１は、１８０°の角度範囲にわたって円弧状に湾曲した湾曲部２１ａ、およびその両端に繋がった直線部２１ｂ，２１ｃを有している。第１のパイプ嵌入用凹部２１は、既述した曲げ部１０の内側半部１１ａに対応した形態であり、具体的には、図２Ｃに示すように、断面半円状（内面が半円弧状）である。ただし、第１のパイプ嵌入用凹部２１の内面には、この第１のパイプ嵌入用凹部２１よりも深さが深い複数の凹溝部２２が適当な間隔で設けられている。この凹溝部２２は、図１Ａに示した隆起部１２に対応する部位である。
　プレッシャ型３は、側面に第２のパイプ嵌入用凹部３１が、矢印Ｎａで示す水平方向に一連に形成されたブロック状の部材である。このプレッシャ型３は、ロールブロック２の横に位置して前記した矢印Ｎａ方向に往復動可能である他、これと交差する矢印Ｎｂの水平方向にも往復動し、ロールブロック２への接近および離反が可能である。
　第２のパイプ嵌入用凹部３１は、既述した曲げ部１０の外側半部１１ｂに対応した形態である。具体的には、図２Ｃに示すように、第２のパイプ嵌入用凹部３１は、上下開口幅方向の中央部が最奥部３１ａとされ、かつこの最奥部３１ａから第２のパイプ嵌入用凹部３１の一対の縁部３１ｂの相互間の中心Ｏａまでの距離Ｌａ’よりも、一対の中間部３１ｃから中心Ｏａまでの距離Ｌｂ’の方が短い断面非半円状である。中間部３１ｃは、各縁部３１ｂと最奥部３１ａとの相互間の部位である。最奥部３１ａ、および中間部３１ｃは、図１Ｂに示した曲げ部１０の最外周部１３および中間部１５に対応する部位であり、好ましくは、これらは断面視において、凹状の湾曲状、または非湾曲状（直状）であり、第２のパイプ嵌入用凹部３１に、凸状部分は設けられていない。
　クランプ型４は、ロールブロック２との間で金属製丸パイプ１をクランプし、金属製丸パイプ１の引っ張り動作を生じさせるための部位である。このクランプ型４の側面には、図２Ｂに示すような断面半円状の第３のパイプ嵌入用凹部４１が設けられている。クランプ型４は、ロールブロック２を軸部２０を中心として回転させる際には、これに伴い、軸部２０を中心として水平回転するように構成されている。このことにより、ロールブロック２との相対的な位置関係にズレが生じないようにし、ロールブロック２とクランプ型４との両者によって金属製丸パイプ１のクランプ状態を維持することができる。
　前記したパイプベンダＡを用いて金属製丸パイプ１に曲げ部１０を形成する加工は、次のようにして行なわれる。
　まず、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、金属製丸パイプ１は、曲げ方向内面側をロールブロック２の第１のパイプ嵌入用凹部２１（直線部２１ｂ）に嵌入させる一方、曲げ方向外面側をプレッシャ型３およびクランプ型４の第２および第３のパイプ嵌入用凹部３１，４１に嵌入させるように設定する。プレッシャ型３およびクランプ型４は、ロールブロック２側に接近させ、これらと金属製丸パイプ１との間に滑りなどを生じないように金属製丸パイプ１を十分な力でクランプしておく。
　次いで、前記した設定状態において、軸部２０を中心として、ロールブロック２およびクランプ型４を１８０°水平回転させる。このことにより、図４に示すように、金属製丸パイプ１の一部は、ロールブロック２の第１のパイプ嵌入用凹部２１の湾曲部２１ａに沿った状態に曲げられ、曲げ部１０が形成される。この曲げ部１０は、図１Ａおよび図１Ｂを参照して説明したのと同様な構成である。
　このように、パイプベンダＡを用いた前記の加工方法によれば、曲げ部１０を有する金属製丸パイプ１を容易かつ適切に製造することが可能である。なお、ロールブロック２およびクランプ型４の前記した回転時に、プレッシャ型３を矢印Ｎｃ方向に前進させることにより、曲げ部１０の外側半部１１ｂの引っ張り力、あるいは引っ張り量を調整することが可能である。
　図５Ａ～図５Ｃは、熱交換器ＨＥの一例を示している。この熱交換器ＨＥの複数の伝熱管１Ａは、金属製丸パイプ１に前記した曲げ部１０を複数箇所形成することによって、全体を蛇行状とした伝熱管である。より具体的には、伝熱管１Ａは、複数の曲げ部１０と、軸長方向とは交差する方向に間隔を隔てて並んだ複数の直状管体部１８とを有し、複数の直状管体部１８が複数の曲げ部１０を介して一連に繋がった形態である。
　熱交換器ＨＥにおいては、複数の伝熱管１Ａが、上下高さ方向に間隔を隔てて積層された状態で、ケース５内に収容されている。ケース５は、加熱用気体としての燃焼ガスの給気口５０および排気口５１が設けられている。また、各伝熱管１Ａの端部は、入水用および出湯用のヘッダ６ａ，６ｂ内に配され、ヘッダ６ａの入水口６０ａから供給された湯水は、各伝熱管１Ａを通過して加熱されてからヘッダ６ｂ内に到達し、その出湯口６０ｂから出湯するように構成されている。
　次に、図１Ａおよび図１Ｂに示した金属製丸パイプ１の作用について説明する。
　まず、曲げ部１０は、内側半部１１ａが偏平化されていないことは勿論のこと、外側半部１１ｂも大きく偏平した形状とはされていない。このため、図７Ａおよび図７Ｂに示した従来技術と比較すると、曲げ部１０の断面積、および最小内幅を大きくすることが可能である。したがって、金属製丸パイプ１に流体を流通させた際の流路抵抗を小さくすることが可能である。これは、図５Ａ～図５Ｃに示した熱交換器ＨＥの伝熱管１Ａの通水抵抗を軽減する上で好ましい。
　曲げ部１０の外側半部１１ｂは、中間部１５が最外周部１３よりもパイプ中心Ｏ寄りに位置する形態である。このような形態は、曲げ部１０を加工形成する際に、曲げ部１０の外側半部１１ｂが引っ張りを受けて伸ばされることにより窪み（パイプ中心Ｏ寄りへの変位）を生じる部位が、中間部１５とされた形態である。したがって、外側半部１１ｂの最外周部１３がパイプ中心Ｏ寄りに大きく窪まないようにすることが可能である。このようなことから、金属製丸パイプ１の曲げ加工速度を比較的速くした場合であっても、曲げ部１０の偏平化を適切に回避することが可能であり、曲げ部１０を有する金属製丸パイプ１の生産性を高め、製造コストを低減する上で好ましいものとなる。
　本実施形態では、既述したように、曲げ部１０の外側半部１１ｂの最外周部１３および中間部１５は、曲げ部１０の軸線方向断面視において、ともに外向き凸の湾曲状とされている。このため、外側半部１１ｂのいずれかの部位がパイプ中心Ｏ寄りに大きく窪むことはより確実に防止される。
　曲げ部１０の内側半部１１ａは、半円弧状であり、パイプ中心Ｏ寄りに窪んだ形状ではないため、曲げ部１０の全体の断面積、および最小内幅を大きくし、流路抵抗を小さくする上で、より好ましいものとなる。なお、本実施形態とは異なり、内側半部１１ａが、半円弧状に形成されていない場合であっても、内側半部１１ａを外側半部１１ｂよりも半円弧状に近い形状（略半円弧状）とすることにより、曲げ部１０の全体の断面積および最小内幅が余り小さくならないようにすることが可能である。
　本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係る金属製丸パイプ、熱交換器、およびパイプベンダの各部の具体的な構成は、本発明の意図する範囲内で種々に設計変更自在である。本発明に係る金属製丸パイプの曲げ加工方法の各作業工程の具体的な構成は、本発明の意図する範囲内で種々に変更自在である。
　本発明は、金属製丸パイプの曲げ部の外側半部の偏平化を防止または抑制する点に主眼をおくものである。したがって、内側半部については種々の事情に応じてその具体的な形状を選択することが可能である。ただし、内側半部は、半円弧状、または少なくとも外側半部よりも半円弧に近い形状（略半円弧状）とすることが好ましい。
　曲げ部の外側半部の最外周部や中間部は、外向き凸の湾曲状、あるいは少なくとも非湾曲状（直状）とし、内向きに窪んだ部分を有しない形状とすることが好ましいが、これに反し、内向きに窪んだ部分を有する構成とすることもできる。
　曲げ部の具体的な曲げ角度は限定されない。上述の実施形態においては、１８０°の角度範囲で曲げ部が形成されているが、これに代えて、９０°などの他の曲げ角度とすることもできる。具体的な曲げ半径、曲げ対象となる金属製丸パイプのサイズ、材質なども限定されない。
　本発明が適用された金属製丸パイプは、熱交換器の伝熱管として利用するのに適するが、これ以外の用途に用いることもできる。

Claims (9)

  1. 　曲げ部を有する金属製丸パイプであって、
    　前記曲げ部の軸線方向断面視において、前記曲げ部の周壁部の外側半部は、前記曲げ部の曲げ半径方向に対して直交する方向における中央部が最外周部であり、かつこの最外周部からパイプ中心までの距離よりも、前記外側半部の一対の基端部と前記最外周部との相互間の中間部から前記パイプ中心までの距離の方が短い非円弧状の外向き凸状である。
  2. 　請求項１に記載の金属製丸パイプであって、
    　前記曲げ部の軸線方向断面視において、前記曲げ部の周壁部の内側半部は、半円弧状、または前記外側半部よりも半円弧状に近い形状である。
  3. 　請求項１または２に記載の金属製丸パイプであって、
    　前記曲げ部の軸線方向断面視において、前記外側半部の前記最外周部および前記中間部のそれぞれは、外向き凸の湾曲状、または直状であり、前記外側半部には、内向きに窪んだ部分は設けられていない。
  4. 　伝熱管を備えている、熱交換器であって、
    　前記伝熱管は、請求項１ないし３のいずれかに記載の金属製丸パイプを用いて構成されている。
  5. 　請求項４に記載の熱交換器であって、
    　前記伝熱管は、前記曲げ部として複数の曲げ部を有し、かつ軸長方向とは交差する方向に間隔を隔てて並んだ複数の直状管体部が、前記複数の曲げ部を介して一連に繋がった蛇行状伝熱管である。
  6. 　パイプベンダであって、
    　金属製丸パイプの曲げ方向内面側を嵌入させるための第１のパイプ嵌入用凹部が外周面に形成されているロールブロックと、
    　前記金属製丸パイプの曲げ方向外面側を嵌入させるための第２のパイプ嵌入用凹部が側面に形成されているプレッシャ型と、
    　を備えており、
    　前記第１および第２のパイプ嵌入用凹部のそれぞれの内面によって前記金属製丸パイプを挟み付けて、前記金属製丸パイプに曲げ部を形成することが可能とされており、
    　前記第２のパイプ嵌入用凹部は、前記第２のパイプ嵌入用凹部の開口幅方向の中央部が最奥部とされ、かつこの最奥部から前記第２のパイプ嵌入用凹部の一対の縁部の相互間の中心までの距離よりも、前記最奥部と前記一対の縁部との相互間の中間部から前記中心までの距離の方が短い断面非半円状とされている。
  7. 　請求項６に記載のパイプベンダであって、
    　前記第１のパイプ嵌入用凹部は、断面半円状、または前記第２のパイプ嵌入用凹部よりも断面半円状に近い形状とされている。
  8. 　請求項６または７に記載のパイプベンダであって、
    　前記第２のパイプ嵌入用凹部の前記最奥部および前記中間部は、断面視おいて、凹状の湾曲状、または直状であり、第２のパイプ嵌入用凹部に、凸状部分は設けられていない。
  9. 　金属製丸パイプの曲げ加工方法であって、
    　外側面に第１のパイプ嵌入用凹部が形成されているロールブロックと、内側面に第２のパイプ嵌入用凹部が形成されているプレッシャ型と、を備えているパイプベンダを利用し、
    　前記第１および第２のパイプ嵌入用凹部のそれぞれの内面によって金属製丸パイプを挟み付けて曲げる工程を有しており、
    　前記パイプベンダとして、請求項６ないし８のいずれかに記載のパイプベンダを用いる。
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