WO2021079877A1 - 伝熱二重管、伝熱二重管用内管及びその製造方法 - Google Patents

伝熱二重管、伝熱二重管用内管及びその製造方法 Download PDF

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史郎 片平
拓郎 中村
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株式会社Uacj
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    • F28F2210/00—Heat exchange conduits
    • F28F2210/06—Heat exchange conduits having walls comprising obliquely extending corrugations, e.g. in the form of threads

Definitions

  • the present invention relates to a heat transfer double tube applicable to a heat exchange cycle of, for example, an automobile air conditioner.
  • Heat exchange cycles for automobile air conditioners are equipped with condensers, evaporators, compressors, and expansion valves, and chlorofluorocarbons, CO 2 , ammonia, and other refrigerants are added to the circulation path that connects them. It is a system that circulates.
  • a double tube is arranged in the circulation path, and the high temperature refrigerant coming out of the condenser and the low temperature refrigerant coming out of the evaporator are placed in the two-layer space composed of the double tube. It has been proposed to improve the heat exchange performance by exchanging heat by flowing them in opposition to each other (see Patent Documents 1 and 2).
  • Patent Document 1 shows that a double tube structure is used for the heat exchange cycle, and that a spiral groove is formed on the outer peripheral surface of the inner tube or the inner peripheral surface of the outer tube.
  • the double pipe of Patent Document 1 is premised on the configuration of a straight straight pipe material, and is not expected to be applied to a part requiring bending in an automobile air conditioner or the like.
  • Patent Document 2 is a combination of an inner pipe having a spiral groove and a smooth outer pipe, and the inner diameter of the outer pipe is larger than the outer diameter of the inner pipe. Then, in the bent portion where the outer pipe and the inner pipe are bent, the peak portion of the inner pipe comes into contact with the inner wall of the outer pipe, and the inner pipe is tightened and held in the radial direction from the outer pipe. That is, in this structure, there is a problem that the flow path area is narrowed at the bent portion and the flow path of the flow path is deteriorated, so that the pressure loss is increased and the thermal efficiency of the flow path is lowered.
  • Patent Document 3 shows a configuration in which the inner pipe at the bent portion is a straight raw pipe without unevenness, and the inner pipe is provided with a spiral uneven portion other than the bent portion.
  • this configuration when this configuration is actually adopted, it is difficult for an appropriate turbulent flow to occur in the bent portion because the inner pipe has no unevenness, and the inner pipe is biased to one side inside the outer pipe due to bending.
  • the heat exchange performance of the bent portion may be lower than that of the straight portion due to the fact that it is easily arranged. Therefore, it has been desired to develop a heat transfer double tube that can further improve the overall heat exchange performance even when the bent portion is provided.
  • the present invention has been made in view of this background, and is a heat transfer double tube and heat transfer that can improve overall heat exchange performance as compared with the conventional case even when a bent portion is provided. It is intended to provide an inner pipe for a double pipe and a method for manufacturing the same.
  • One aspect of the present invention is a heat transfer double for performing heat exchange between a fluid flowing inside an inner pipe arranged inside an outer pipe and a fluid flowing between the inner pipe and the outer pipe.
  • the inner tube used for the tube The inner tube has a first region and a second region having different cross-sectional shapes.
  • the first region has a plurality of first convex portions protruding outward, and has a first uneven shape in which the positions of the first convex portions are spirally displaced in the longitudinal direction.
  • the second region has a plurality of second convex portions protruding outward, the number of the second convex portions is larger than the number of the first convex portions, and the position of the second convex portion is longitudinal. It has a second uneven shape that is spirally displaced in the direction. Located in the inner tube for heat transfer double tube.
  • the inner tube for heat transfer double tube (hereinafter, appropriately simply referred to as "inner tube”) includes at least a first region and a second region as regions having different numbers of convex portions.
  • the number of convex portions (first convex portions) provided in the first region is smaller than the number of convex portions (second convex portions) provided in the second region. Therefore, when bending is performed in a double pipe state combined with an outer pipe, the flow path area associated with the bending is narrower in the portion of the first region where the number of convex portions is small than in the portion of the second region. It is unlikely that the pressure loss will increase.
  • the first region is provided with a plurality of convex portions, an appropriate turbulent flow can be generated inside the inner pipe and in the flow path between the inner pipe and the outer pipe. Therefore, the deterioration of the heat exchange performance can be suppressed by using the portion of the first region as compared with the case where the smoothing tube is provided in the inner tube. Therefore, for example, by applying the portion of the first region to at least a part of the bent portion, it is possible to suppress the narrowing of the flow path area in the bent portion and suppress the deterioration of the heat exchange performance of the bent portion. Can be done.
  • the second region has more convex parts than the first region. Therefore, for example, in a straight portion or the like, it is not necessary to consider deformation or the like due to bending, so that the optimum number of convex portions can be selected and the best heat exchange performance in design can be aimed at.
  • the inner pipe includes not only one type of uneven shape portion but also at least two types of portions having different shapes, that is, the first region and the second region, respectively, in the longitudinal direction. Therefore, in the double pipe in which the inner pipe having such a structure and the outer pipe prepared separately are combined, the first region and the second region are arranged at desired positions according to the shape to be finally processed. As a result, it is possible to aim at improving bending workability and partial heat exchange performance as compared with the conventional case, and as a result, it is possible to improve overall heat exchange performance.
  • FIG. 1 The explanatory view which shows the arrangement of the 1st region and the 2nd region of the inner tube for a heat transfer double tube in Example 1.
  • FIG. 1 Explanatory drawing which shows the cross-sectional shape of the 1st region in Example 1 (cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1).
  • Explanatory drawing which shows the cross-sectional shape of the 2nd region in Example 1 (cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 1).
  • FIG. 1 The explanatory view which shows the cross-sectional shape of the 1st region part in the double pipe which combined the inner pipe and the outer pipe in Example 1.
  • FIG. 1 The explanatory view which shows the cross-sectional shape of the 2nd region part in the double pipe which combined the inner pipe and the outer pipe in Example 1.
  • FIG. The explanatory view which shows the arrangement of the 1st region, the 2nd region and the 3rd region of the inner tube for a heat transfer double tube in Example 2.
  • FIG. Explanatory drawing which shows the cross-sectional shape of the 3rd region in Example 2 (cross-sectional view taken along line CC in FIG. 8).
  • Explanatory drawing which shows the arrangement of the pressing disk in Example 3 as seen from the radial direction.
  • Explanatory drawing which shows another example of the concave-convex shape of an inner pipe.
  • Explanatory drawing which shows further another example of the concave-convex shape of an inner pipe.
  • the inner tube for the heat transfer double tube has at least a first region and a second region.
  • the first region has a plurality of first convex portions protruding outward.
  • first convex portion various shapes such as a triangular shape, an arc shape, and an inverted U shape can be adopted when viewed in a cross section orthogonal to the longitudinal direction.
  • each first convex portion has a shape in which the width dimension becomes smaller toward the outside because it is excellent in buckling resistance.
  • the position of the first convex portion of the first region is spirally displaced in the longitudinal direction.
  • the state of this displacement is preferably in the range of 10 ° to 70 ° when expressed by the inclination angle of the apex portion of the first convex portion with respect to the axial center of the inner pipe.
  • the second region also has a plurality of second convex portions protruding outward.
  • the shape of the second convex portion various shapes can be adopted as in the case of the first convex portion, and it is preferable that the width dimension becomes smaller toward the outside.
  • the second convex portion may have the same shape as the first convex portion, but may have a different shape.
  • the position of the second convex portion of the second region is also spirally displaced in the longitudinal direction.
  • the state of this displacement is represented by the inclination angle of the apex portion of the second convex portion with respect to the axial center of the inner pipe
  • the preferable range and more preferable range of the inclination angle described above are the same as in the case of the first convex portion. ..
  • the inclination angle of the spiral of the second convex portion is preferably the same as that of the first convex portion. In this case, the production becomes easy.
  • the inner tube may further have a third region having a circular smooth tube shape in at least a part in the longitudinal direction thereof.
  • a third region having a circular smooth tube shape in at least a part in the longitudinal direction thereof.
  • both end portions of the inner pipe have a circular smooth pipe shape in order to connect with other members.
  • the inner pipe has a first region and a second region as described above, but one or more regions having a cross-sectional shape different from these can be further provided.
  • a fourth region or the like having a concave-convex shape different from that of the first region and the second region can be provided.
  • the first region and the second region can be provided continuously, it is also possible to provide the third region, the above-mentioned fourth region, and the like.
  • the number of the first convex portions in the first region is preferably in the range of 2 to 10.
  • the number of the first convex portions may be 8 or less, 6 or less, or 4 or less in order to make the number smaller than the number of the second convex portions.
  • the number of second convex portions is preferably in the range of 3 to 12. From the viewpoint of ease of manufacture, the number of the second convex portions may be 10 or less, 8 or less, or 6 or less.
  • the number of the first convex portions is preferably half or less of the number of the second convex portions.
  • the feature difference between the first region and the second region can be further clarified.
  • the number of the second convex portions is an even number and the number of the first convex portions is half the number of the second convex portions. In this case, as will be described later, the production is easy.
  • the outer tube has a smooth tube shape having a circular cross section.
  • a concave-convex shape may be adopted for the outer pipe itself as long as the combination with the first region and the second region of the inner pipe is not hindered.
  • the smooth pipe shape is more advantageous in manufacturing, and the heat exchange performance can be controlled by the inner pipe shape.
  • the double pipe is particularly effective when it has a part to be bent by bending and a straight part used in a straight line without being bent.
  • the first region is arranged in the planned bending portion and the second region is arranged in the straight portion.
  • the best heat exchange performance is exhibited by the second region, and in the bent portion, the characteristics of the first region are utilized to suppress the narrowing of the flow path area and the suppression of the increase in pressure loss. Can be done. Therefore, the overall heat exchange performance can be improved.
  • an inner tube forming apparatus in which the plane is arranged in an oblique direction inclined from the axial center of the inner tube raw tube when viewed from a direction parallel to the rotation plane.
  • the inner tube element tube In a state where the pressing surface of each of the pressing disks is pressed against the outer peripheral surface of the inner tube element tube, the inner tube element tube is moved forward relative to the pressing disk in the axial direction, and each pressing disk is moved forward. By rotating, the cross-sectional shape of the inner tube element tube is deformed.
  • the first uneven shape and the second uneven shape can be obtained.
  • a smooth tube-shaped inner tube raw tube is formed using the inner tube forming device having the above special configuration.
  • the inner tube forming apparatus has a plurality of pressing disks, and rotates obliquely with respect to the axis of the inner tube so that the pressing surface can move relative to the outer peripheral surface of the inner tube in a spiral shape. It is arranged so that it faces the direction.
  • the number and shape of the convex portions formed by the pressing disk can be changed by changing the pressing state of the pressing disk. Therefore, for example, by changing the pressing state of the pressing disk in the longitudinal direction of the inner tube, a plurality of regions having different uneven shapes in the longitudinal direction can be provided.
  • Various methods can be selected for changing the pressing state, for example, changing all the positions of the plurality of pressing discs in a concentric state, or pressing only a part of the pressing discs.
  • the heat transfer double pipe inner pipe 2 of this example includes a fluid flowing inside the inner pipe 2 arranged inside the outer pipe 10, and the inner pipe 2 and the outer pipe 10. This is an inner pipe 2 used for a heat transfer double pipe 1 for exchanging heat with a fluid flowing between them.
  • the inner pipe 2 has a first region 21 and a second region 22 having different cross-sectional shapes.
  • the first region 21 has a plurality of first convex portions 211 protruding outward, and the positions of the first convex portions 211 are spirally displaced in the longitudinal direction. It has a first uneven shape.
  • the second region 22 has a plurality of second convex portions 221 protruding outward, and the number of the second convex portions 221 is larger than the number of the first convex portions 211.
  • the position of the second convex portion 221 has a second uneven shape in which the position is spirally displaced in the longitudinal direction. The details will be described below.
  • the inner pipe 2 of this example has a second region 22 at three locations in the longitudinal direction and a first region 21 at two locations between the second regions 22. .. And these are seamlessly composed of one tube.
  • the first region 21 has four first convex portions 211 arranged at substantially equal intervals in the circumferential direction.
  • Each first convex portion 211 has a relatively narrow width having an arcuate top.
  • the distance between the adjacent first convex portions 211 is set to be relatively wide.
  • a band-shaped side surface portion 215 is provided which is composed of a curved surface gently bulging outward and is spirally displaced in the longitudinal direction like the first convex portion 211. ..
  • the second region 22 has eight second convex portions 221 arranged at substantially equal intervals in the circumferential direction, and valleys are formed between the adjacent second convex portions 221.
  • Part 225 is present.
  • Each second convex portion 221 has an arcuate top, and each valley portion 225 has an arcuate shape recessed inward, and these are smoothly connected.
  • ⁇ 20 ° is set as in the case of the first convex portion 211. ing.
  • the outer diameter (diameter of the circumscribed circle) of both the first region 21 and the second region 22 is in the range of 15 mm to 25 mm, but the dimensions can be appropriately changed according to the application.
  • the heat transfer double tube 1 can be configured by covering the outer side of the inner tube 2 having the above configuration with the outer tube 10.
  • the outer tube 10 a smooth tube having a circular cross section is used.
  • a tube having a shape other than the smooth tube can also be adopted. Further, for example, after the outer tube 10 of the smoothing tube is attached to the outer side of the inner tube 2, a process of providing a linear or spiral groove from the outer side of the outer tube 10 can be performed.
  • the heat transfer double tube 1 of this example includes the inner tube 2 having the above-mentioned special shape, the following excellent action and effect can be obtained as compared with the conventional heat transfer double tube. That is, the inner pipe 2 has a first region 21 and a second region 22 as portions having two types of different uneven shapes.
  • the second region 22 has more uneven shapes, the surface areas of the inner and outer surfaces are larger in the second region 22, and the shape is also complicated. Therefore, when the double pipe is formed in combination with the outer pipe 10, the heat exchange performance of the portion of the second region 22 is higher than the heat exchange performance of the portion of the first region 21 when considered in the linear state.
  • the portion of the second region 22 having a complicated shape can narrow the flow path between the outer pipe 10 and the inner pipe 2 and increase the pressure loss. The sex is higher than that of the first region 21.
  • the first region 21 for the bent portion to be bent makes it easier to suppress the narrowing of the flow path and the increase in pressure loss, and the overall heat exchange performance is improved. .. Further, it can be easily understood that the heat exchange performance of the first region 21 having the uneven shape is higher than that of the case where the smooth pipe is adopted as the inner pipe. For this reason, it is assumed that the heat transfer double tube 1 of this example is provided with a planned bending portion that is bent by bending and a straight portion that is used linearly without being bent. In this case, it is possible to adopt a configuration in which the first region 21 is arranged in the planned bending portion and the second region 22 is arranged in the straight portion. In this case, the advantages of the first region 21 and the advantages of the second region 22 can be utilized to obtain heat exchange performance superior to that of the conventional one.
  • Example 2 In this example, a modified example of the inner tube 2 for the heat transfer double tube described in Example 1 is shown. As shown in FIGS. 8 and 9, the heat transfer double tube inner tube 202 of this example is provided with a plurality of first regions 21 and second regions 22 in the longitudinal direction, and has a circular cross-sectional shape at both ends. It has a third region 23 which is in the shape of a smooth tube.
  • the third region 23 at both ends has a smooth pipe shape, it can be easily used as a seam to be connected to other parts. Therefore, the practicality can be further enhanced.
  • the third region 23 may be appropriately sandwiched between the first region 21 and the second region 22, for example.
  • Example 3 This example relates to the method for manufacturing the inner tube 2 for the heat transfer double tube of Example 1.
  • an inner tube raw tube 20 having a smooth tube shape having a circular cross section is prepared, and the inner tube is molded by using the inner tube forming apparatus 5 shown in FIGS. 10 to 12.
  • the inner tube forming apparatus 5 is arranged between the entrance side caterpillar 71 and the exit side caterpillar 72 before and after the inner tube forming apparatus 5.
  • the entrance side caterpillar 71 and the exit side caterpillar 72 are inserted into the inner pipe base pipe 20 and the inner pipe base pipe 20 while applying an appropriate tension to the inner pipe base pipe 20 and the inner pipe 2 after molding. It has a function of moving the pipe 2 in the axial direction.
  • An inner pipe raw pipe supply device, a straightening machine, a washing machine, etc. can be arranged upstream of the inlet caterpillar 71, and a straightening machine for the inner pipe after molding is arranged downstream of the outlet caterpillar 72.
  • a washing machine, a cutting machine, etc. can be arranged, and it is possible to form a continuous line from the supply of the inner pipe raw pipe to the collection of the molded inner pipe.
  • the rotation plane P including the rotation locus at the center position in the width direction of the pressing surface 610 on the pressing disk 61 is from the axis C of the inner tube base tube 20 when viewed from the direction parallel to the rotation plane P. It is arranged in a slanted diagonal direction.
  • the entry side caterpillar 71 and the exit side caterpillar 72 are driven and pressed while the pressing surface 610 of each pressing disk 61 is pressed against the outer peripheral surface of the inner tube element tube 20.
  • the inner tube 20 is relatively advanced in the axial direction with respect to the disk 61.
  • the cross-sectional shape of the inner pipe base pipe 20 is deformed.
  • a first uneven shape and a second uneven shape can be obtained.
  • the second uneven shape of the second region 22 in the first embodiment has eight second convex shapes as shown in FIG. 4 by pressing the inner tube raw tube 20 evenly and appropriately using eight pressing disks 61.
  • a second uneven shape having the portion 221 can be formed.
  • the first uneven shape of the first region 21 in the first embodiment has four convex portions (first convex portion) as shown in FIG. 2 by further increasing (deepening) the pressing amount of the eight pressing disks 61.
  • a first uneven shape was obtained in which only the portion 211) was conspicuously projected.
  • the molding apparatus 5 eight pressing discs 61 are provided, but it is naturally possible to change the number of the pressing discs 61, and by controlling the pressing amount of each pressing disc, various uneven shapes are formed. can do. Then, by changing the molding conditions in the longitudinal direction of the inner tube, uneven shapes having different cross-sectional shapes can be molded side by side in the longitudinal direction, and an inner tube for a heat transfer double tube having desired characteristics can be easily obtained. Can be done.

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Abstract

外管の内部に配置された内管（２）の内側を流れる流体と、内管（２）と外管の間を流れる流体との間の熱交換を行うための伝熱二重管に用いる内管（２）である。内管（２）は、断面形状が異なる第１領域（２１）及び第２領域を有しており、第１領域（２１）は、外方に突出する第１凸部（２１１）を複数箇所有し、かつ、第１凸部（２１１）の位置が長手方向において螺旋状に変位した第１凹凸形状を有する。第２領域は、外方に突出する第２凸部を複数箇所有すると共に第２凸部の数が第１凸部の数よりも多く、かつ、第２凸部の位置が長手方向において螺旋状に変位した第２凹凸形状を有している。

Description

伝熱二重管、伝熱二重管用内管及びその製造方法
　本発明は、例えば自動車用空調装置などの熱交換サイクルに適用可能な伝熱二重管に関する。
　自動車用空調装置などの熱交換サイクル（冷凍サイクルともいう）は、凝縮器、蒸発器、圧縮機及び膨張弁を備え、これらを連結する循環経路に、フロン、ＣＯ2、アンモニア、その他の冷媒を循環させるシステムである。かかる熱交換サイクルにおいて、循環経路中に二重管を配置し、当該二重管によって構成される二層の空間に、凝縮器から出てくる高温冷媒と、蒸発器から出てくる低温冷媒とを対向して流して熱交換することにより、熱交換性能を向上させることが提案されている（特許文献１、２参照）。
　一方、熱交換サイクルにおいて使用される冷媒としては、環境問題に対応するために、より地球温暖化係数の低い冷媒が検討されている。これらの環境問題を考慮した冷媒は、現行の冷媒に比べ熱交換性能が低下することが懸念されている。このため、熱交換サイクル全体の性能劣化を抑制するためには、上記の二重管を組み込むことにより熱交換性能をより向上させた構成を積極的に採用することが有効である。
　蒸発器から排出された気体冷媒を圧縮機で圧縮するシステムにおいては、冷媒が十分に気化しきれない状態、つまり、気体に液体が混入している状態で圧縮機に流入した場合、十分な熱交換ができないという不具合が生じうる。しかし、この不具合は、上記二重管を組み込むことによって解消することができる。上記二重管において、圧縮機に流入させる前の冷媒を加熱することができ、冷媒を十分に気化させることができるからである。これまで提案された二重管としては、その内管として、熱交換性能を向上させるためにねじり管がよく用いられる（特許文献１～３参照）。
特開２００２－３１８０１５号公報 特開２００６－１６２２４１号公報 特開２０１３－１１３５２５号公報
　特許文献１には、熱交換サイクルに二重管構造を用いることが示され、かつ、内管の外周面または前記外管の内周面に螺旋状の溝部が形成されていることが示されているものの、それ以上の具体的な二重管の構造に関してはほとんど開示がなされていない。また、特許文献１の二重管は、直線状の直管材の構成が前提とされており、自動車用空調機などにおける曲げ加工が必要な部位での適用は想定されていない。
　特許文献２は、らせん状に溝部を形成した内管と平滑外管を組み合わせたものであって、内管の外径よりも外管の内径を大きくしたものである。そして、外管と内管とが曲げられた曲げ部では、内管の峰部が外管の内壁に接触して、内管が外管より径方向に締め付けられて保持されている。つまり、この構造では、曲げ部において流路面積の狭小化が生じてしまい、流路の流れが悪くなることにより、圧損が増加すると共に当該流路の熱効率が低下するという問題がある。
　特許文献３は、曲げ部分における内管を凹凸のない直状の素管とし、曲げ部以外では内管にらせん状の凹凸部を設けた構成が示されている。しかしながら、実際にこの構成を採用した場合、曲げ部においては内管に凹凸がないために適度な乱流を起こしにくいこと、及び曲げ加工によって内管が外管の内部において一方に偏った状態に配置されやすいこと、等により、曲げ部の熱交換性能が直線部に比べて低下するおそれがある。そのため、曲げ部を設けた場合であっても、さらに総合的な熱交換性能を向上させることができる伝熱二重管の開発が望まれていた。
　本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであって、曲げ部を設けた場合であっても、従来よりも総合的な熱交換性能を向上させることができる伝熱二重管、伝熱二重管用内管及びその製造方法を提供しようとするものである。
　本発明の一態様は、外管の内部に配置された内管の内側を流れる流体と、上記内管と上記外管の間を流れる流体との間の熱交換を行うための伝熱二重管に用いる上記内管であって、
　該内管は、断面形状が異なる第１領域及び第２領域を有しており、
　上記第１領域は、外方に突出する第１凸部を複数箇所有し、かつ、上記第１凸部の位置が長手方向において螺旋状に変位した第１凹凸形状を有し、
　上記第２領域は、外方に突出する第２凸部を複数箇所有すると共に該第２凸部の数が上記第１凸部の数よりも多く、かつ、上記第２凸部の位置が長手方向において螺旋状に変位した第２凹凸形状を有している、
　伝熱二重管用内管にある。
　上記伝熱二重管用内管（以下、適宜、単に「内管」という。）は、凸部の数が異なる領域として第１領域と第２領域とを少なくとも備えている。そして、第１領域に設けられた凸部（第１凸部）の数は、第２領域に設けられた凸部（第２凸部）の数よりも少ない。そのため、外管と組み合わせた二重管状態において曲げ加工を行う場合、凸部の数が少ない第１領域の部分の方が、第２領域の部分よりも、曲げ加工に伴う流路面積の狭小化や圧力損失の増加が起こりにくい。
　また、第１領域には複数の凸部が備わっているので、内管の内部及び内管と外管との間の流路において、適度な乱流を起こすことができる。そのため、平滑管を内管に設ける場合よりも、第１領域の部分を用いた方が熱交換性能の低下は抑制することができる。そのため、たとえば、第１領域の部分を曲げ部の少なくとも一部に適用することにより、その曲げ部における流路面積の狭小化を抑制し、かつ、曲げ部の熱交換性能の低下を抑制することができる。
　また、第２領域は、第１領域よりも凸部の数が多い。そのため、たとえば直線部等においては、曲げ加工により変形等を考慮する必要がないため、最適な凸部数を選択して設計上最良の熱交換性能を目指すことができる。
　このように、上記内管は、凹凸形状の部分を１種類だけでなく、少なくとも２種類の異なる形状の部分である、上記第１領域及び第２領域を長手方向にそれぞれ備えている。そのため、このような構造の内管と、別途準備した外管とを組み合わせた二重管は、最終的に加工される形状に合わせて、第１領域及び第２領域を所望の位置に配置することにより、従来よりも曲げ加工対応性や部分的な熱交換性能の向上を目指すことができ、結果的に総合的な熱交換性能の向上を図ることができる。
実施例１における、伝熱二重管用内管の第１領域及び第２領域の配置を示す説明図。 実施例１における、第１領域の横断面形状を示す説明図（図１におけるＡ－Ａ線矢視断面図）。 実施例１における、第１領域の外観を示す図面代用写真。 実施例１における、第２領域の横断面形状を示す説明図（図１におけるＢ－Ｂ線矢視断面図）。 実施例１における、第２領域の外観を示す図面代用写真。 実施例１における、内管と外管とを組み合わせた二重管における第１領域部分の横断面形状を示す説明図。 実施例１における、内管と外管とを組み合わせた二重管における第２領域部分の横断面形状を示す説明図。 実施例２における、伝熱二重管用内管の第１領域、第２領域及び第３領域の配置を示す説明図。 実施例２における、第３領域の横断面形状を示す説明図（図８におけるＣ－Ｃ線矢視断面図）。 実施例３における、内管成形装置を含むラインの一部を示す説明図。 実施例３における、押圧ディスクの配置を軸方向から見た示す説明図。 実施例３における、押圧ディスクの配置を径方向から見た示す説明図。 内管の凹凸形状の別例を示す説明図。 内管の凹凸形状のさらに別例を示す説明図。
　上記伝熱二重管用内管は、上述したごとく、少なくとも、第１領域及び第２領域を有している。上記第１領域は外方に突出する第１凸部を複数有している。第１凸部の形状としては、長手方向に直交する断面で見て、三角形状、円弧状、逆Ｕ字状等種々の形状を採用することができる。また、各第１凸部は、外方に行くほど幅寸法が小さい形状となっている方が耐座屈性に優れるので好ましい。
　上記第１領域の第１凸部の位置は、長手方向において螺旋状に変位している。この変位の状態を、内管の軸心に対する第１凸部の頂点部分の傾斜角度で表すと、１０°～７０°の範囲内とすることが好ましい。
　上記第２領域も、第１領域と同様に、外方に突出する第２凸部を複数箇所有している。第２凸部の形状としては、第１凸部と同様に、種々の形状を採用することができ、外方に行くほど幅寸法が小さい形状となっている方が好ましい。なお、第２凸部は、第１凸部と同じ形状としてもよいが、異なる形状であってもよい。
　上記第２領域の第２凸部の位置も、長手方向において螺旋状に変位している。この変位の状態を、内管の軸心に対する第２凸部の頂点部分の傾斜角度で表した場合における前述した傾斜角度の好ましい範囲及びより好ましい範囲は、第１凸部の場合と同様である。そして、第２凸部の螺旋の傾斜角度は、第１凸部と同じ向きで同じ角度であることが好ましい。この場合には、製造が容易となる。
　上記内管は、その長手方向における少なくとも一部に、断面形状が円形状の平滑管形状である第３領域をさらに有していてもよい。たとえば、内管の両端部分は、他の部材との接続を行うために、断面形状が円形状の平滑管形状であることがむしろ好ましい。
　上記内管は、上述したごとく、第１領域及び第２領域を有しているが、さらに、これらと断面形状が異なる１又は複数の領域を設けることができる。たとえば、第１領域及び第２領域と異なる形態の凹凸形状を有する第４領域等を設けることもできる。また、第１領域と第２領域とを連続して設けることもできるが、第３領域や上述した第４領域等を挟んで設けることも可能である。
　上記第１領域の上記第１凸部の数は、２～１０個の範囲内であることが好ましい。なお、第２凸部の数よりも少なくするため、第１凸部の数は、８個以下、６個以下、あるいは４個以下としてもよい。また第２凸部の数は、３～１２個の範囲内とすることが好ましい。製造のし易さから見て、第２凸部の数は、１０個以下、８個以下、６個以下としてもよい。
　また、上記第１凸部の数は、上記第２凸部の数の半分以下であることが好ましい。この場合には、第１領域と第２領域の特徴差をより明確化することができる。特に、上記第２凸部の数が偶数であり、上記第１凸部の数が上記第２凸部の数の半分であることが好ましい。この場合には、後述するごとく、製造が容易である。
　次に、上記伝熱二重管用内管と、その外方に配設された外管とからなる伝熱二重管において、上記外管は、断面形状が円形状の平滑管形状であることが好ましい。外管の形状としては、内管の第１領域や第２領域との組合せに支障がなければ、外管自体にも凹凸形状を採用してもよい。しかし、外管は、平滑管形状の方が製造上有利であり、かつ、熱交換性能は内管形状によって制御できるので、外管まで凹凸形状を設ける意味はあまりない。なお、構造安定性を高めるために、二重管形態において外管を外方から圧縮するための直線又は螺旋状の筋状の加工を施すことも可能である。
　そして、上記二重管は、曲げ加工により曲げられた曲げ予定部と、曲げ加工を施されることなく直線状で使用される直線部とを有している場合に特に有効である。この場合には、上記曲げ予定部には上記第１領域が配置され、上記直線部には上記第２領域が配置されていることが好ましい。これにより、直線部では、第２領域によって最良の熱交換性能を発揮させ、曲げ部では、第１領域の特性を生かして、流路面積の狭小化の抑制、及び圧損増加の抑制を図ることができる。それ故、総合的な熱交換性能の向上を図ることができる。
　次に、上記の伝熱二重管用内管を製造する方法としては、次の方法がある。
　上記伝熱二重管用内管を製造する方法であって、
　断面形状が円形状の平滑管形状を有する内管素管を準備し、
　上記内管素管の外周面に対向して周方向に間隙をあけて配置された複数の押圧ディスクを有し、該押圧ディスクは、円盤形状を有すると共にその外周に押圧面を有し、該押圧面を上記内管素管の外周面に当接させた状態で上記内管素管の移動に伴って回転可能に設けられており、上記押圧面の幅方向中心位置の回転軌跡を含む回転平面が、当該回転平面と平行な方向から見て、上記内管素管の軸心から傾いた斜め方向に配置された、内管成形装置を用い、
　上記各押圧ディスクの上記押圧面を上記内管素管の外周面に押し当てた状態で、上記押圧ディスクに対して上記内管素管を軸方向に相対的に前進させ、上記各押圧ディスクを回転させることにより、上記内管素管の断面形状を変形させ、
　上記各押圧ディスクの押し当て状態を変化させることにより、上記第１凹凸形状と上記第２凹凸形状とを得る、
　伝熱二重管用内管の製造方法がある。
　この方法においては、上記特殊な構成の内管成形装置を用いて平滑管形状の内管素管を成形する。上記内管成形装置は、上述したように、複数の押圧ディスクを有しており、その押圧面が内管の外周面において螺旋状に相対移動できるよう、内管の軸線に対して斜めに回転方向が向くよう配置されている。この構成において、押圧ディスクの押圧状態を変化させることによって、押圧ディスクによって成形される凸部の数や形態を変化させることができる。そのため、たとえば、内管素管の長手方向において、押圧ディスクの押圧状態に変化を与えることによって、長手方向において異なる凹凸形状を有する領域を複数設けることができる。押圧状態の変化は、たとえば、複数の押圧ディスクのすべての位置を同心円状態で変化させる場合と、たとえば一部の押圧ディスクのみで押圧するようにするなど、種々の方法を選択できる。
（実施例１）
　上記伝熱二重管及び伝熱二重管用内管の実施例につき、図１～図７を用いて説明する。
　図６及び図７に示すように、本例の伝熱二重管用内管２は、外管１０の内部に配置された内管２の内側を流れる流体と、内管２と外管１０の間を流れる流体との間の熱交換を行うための伝熱二重管１に用いる内管２である。
　図１に示すように、内管２は、断面形状が異なる第１領域２１及び第２領域２２を有している。図２及び図３に示すように、第１領域２１は、外方に突出する第１凸部２１１を複数箇所有し、かつ、第１凸部２１１の位置が長手方向において螺旋状に変位した第１凹凸形状を有している。図４及び図５に示すように、第２領域２２は、外方に突出する第２凸部２２１を複数箇所有すると共に第２凸部２２１の数が第１凸部２１１の数よりも多く、かつ、第２凸部２２１の位置が長手方向において螺旋状に変位した第２凹凸形状を有している。以下、さらに詳説する。
　本例の内管２は、図１に示すごとく、長手方向において、３カ所に第２領域２２を有し、各第２領域２２の間である２カ所に第１領域２１を有している。そして、これらは、一本の管体から継ぎ目なく構成されている。
　図２及び図３に示すごとく、第１領域２１は、周方向に略等間隔で配置された４つの第１凸部２１１を有している。各第１凸部２１１は、円弧状の頂部を有する比較的狭い幅のものである。そして、隣り合う第１凸部２１１同士の間隔が比較的広く設定されている。隣り合う第１凸部２１１同士の間には、緩やかに外方側に膨らんだ曲面からなり、第１凸部２１１と同様に長手方向に螺旋状に変位した帯状側面部２１５が設けられている。第１凸部２１１の変位の状態を、内管の軸心に対する第１凸部２１１の頂点部分の傾斜角度αで表すと、α＝２０°に設定されている。
　図４及び図５に示すごとく、第２領域２２は、周方向に略等間隔で配置された８つの第２凸部２２１を有し、隣り合う第２凸部２２１の間には、それぞれ谷部２２５が存在する。各第２凸部２２１は円弧状の頂部を有し、各谷部２２５は内側に窪んだ円弧状形状を有し、これらは滑らかに連なっている。第２凸部２２１の変位の状態を、内管の軸心に対する第２凸部２２１の頂点部分の傾斜角度βで表すと、第１凸部２１１の場合と同様にβ＝２０°に設定されている。
　上記の第１領域２１及び第２領域２２は、いずれも外径（外接円の直径）が１５ｍｍ～２５ｍｍの範囲にあるが、寸法については、用途に合わせて適宜変更可能である。
　図６及び図７に示すごとく、上記構成の内管２の外方に、外管１０を被せることにより、伝熱二重管１を構成することができる。本例では、外管１０としては、断面形状が円形状の平滑管を用いる。なお、外管１０としては、平滑管以外の形状のものも採用可能である。また、たとえば、平滑管の外管１０を内管２の外方に装着した後、外管１０の外方から直線状あるいは螺旋状の溝を設ける加工を行うこともできる。
　本例の伝熱二重管１は、上記特殊な形状の内管２を備えているので、従来の伝熱二重管に比べて以下のような優れた作用効果を得ることができる。すなわち、内管２は、２種類の異なる凹凸形状を有する部分として、第１領域２１と第２領域２２とを有している。そして、第２領域２２の方が凹凸形状が多く、内面及び外面の表面積は、第２領域２２の方が大きく、かつ、形状も複雑化している。そのため、外管１０と組み合わせて二重管を構成した場合、直線状態のままで考えると、第２領域２２の部分の熱交換性能が、第１領域２１の部分の熱交換性能より高くなる。一方、二重管状態で曲げ加工を加えた場合、複雑な形状の第２領域２２の部分は、外管１０と内管２との間の流路の狭小化や圧力損失の増大化の可能性が、第１領域２１の部分よりも高くなる。
　そのため、曲げ加工を施す曲げ部については、第１領域２１を採用した方が、流路の狭小化や圧力損失の増大化をより抑制しやすくなり、総合的な熱交換性能が高まると考えられる。また、内管として平滑管を採用する場合に比べて凹凸形状を備えた第１領域２１の方が熱交換性能が高いことは容易に理解できる。このような理由により、本例の伝熱二重管１は、曲げ加工により曲げられる曲げ予定部と、曲げ加工を施されることなく直線状で使用される直線部とを設けることを想定した場合、曲げ予定部には第１領域２１を配置し、直線部には第２領域２２を配置した構成を採用することができる。そしてこの場合には、第１領域２１の利点と第２領域２２の利点を生かして、従来よりも優れた熱交換性能を得ることが可能となる。
（実施例２）
　本例では、実施例１に記載した伝熱二重管用内管２の変形例を示す。
　図８及び図９に示すごとく、本例の伝熱二重管用内管２０２は、第１領域２１と第２領域２２とを長手方向に複数箇所備えた上に、両端に断面形状が円形状の平滑管形状である第３領域２３を有している。
　本例の内管２０２を用いて二重管を構成する場合、両端の第３領域２３が平滑管形状であるので、他の部位と連結する継ぎ目部として容易に利用できる。そのため、実用性をさらに高めることができる。なお、上記第３領域２３は、例えば、第１領域２１と第２領域２２の間等に適宜挟んでもよい。
（実施例３）
　本例は、実施例１の伝熱二重管用内管２の製造方法に関するものである。
　本例では、断面形状が円形状の平滑管形状を有する内管素管２０を準備し、図１０～図１２に示す内管成形装置５を用いて内管を成形する。内管成形装置５は、図１０に示すごとく、その前後の入側キャタピラ７１及び出側キャタピラ７２の間に配置されている。そして、入側キャタピラ７１及び出側キャタピラ７２は、内管素管２０及び成形後の内管２に適度な張力を付与しながら、内管成形装置５に挿通された内管素管２０及び内管２を軸方向に移動させる機能を有している。なお、入側キャタピラ７１の上流には、内管素管の供給装置、矯正機、洗浄機等を配置することができ、出側キャタピラ７２の下流側には、成形後の内管の矯正機、洗浄機、切断機等を配置することができ、これらで内管素管の供給から成形済みの内管の回収までの連続ラインを構成することが可能である。
　図１２に示すごとく、押圧ディスク６１における押圧面６１０の幅方向中心位置の回転軌跡を含む回転平面Ｐが、当該回転平面Ｐと平行な方向から見て、内管素管２０の軸心Ｃから傾いた斜め方向に配置されている。
　上記構成の内管成形装置５を用い、各押圧ディスク６１の押圧面６１０を内管素管２０の外周面に押し当てた状態で、入側キャタピラ７１及び出側キャタピラ７２を駆動して、押圧ディスク６１に対して内管素管２０を軸方向に相対的に前進させる。これにより、内管素管２０の断面形状を変形させる。そして、各押圧ディスク６１の押し当て状態を変化させることにより、第１凹凸形状と第２凹凸形状とを得ることができる。
　実施例１における第２領域２２の第２凹凸形状は、８枚の押圧ディスク６１を用いて内管素管２０を均等に適度に押圧することによって、図４に示すごとく、８つの第２凸部２２１を有する第２凹凸形状を成形することができる。また、実施例１における第１領域２１の第１凹凸形状は、８枚の押圧ディスク６１の押圧量をさらに大きく（深く）することによって、図２に示すごとく、４つの凸部（第１凸部２１１）のみが目立って突出する第１凹凸形状が得られた。
　なお、８枚の押圧ディスク６１の押圧量を第２領域２２を成形する場合よりも小さくした場合には、図１３に示すように、第２凸部２２１と若干形状の異なる低い凸部４１を８つ有する凹凸形状が成形された。また、８枚の押圧ディスク６１のうち、４枚の押圧ディスク６１を内管素管２０に接触しない位置まで後退させ、残りの４枚の押圧ディスク６１のみで軽い押圧を行った場合には、図１４に示すごとく、緩やかな曲面状の凸部４２を４つ有する凹凸形状が形成された。
　上記成形装置５においては、８枚の押圧ディスク６１を設けたが、この数を変更することも当然可能であり、また、各押圧ディスクの押圧量を制御することによって、種々の凹凸形状を成形することができる。そして、内管の長手方向において成形条件を変更することによって、断面形状の異なる凹凸形状を長手方向に並べて成形することができ、所望の特性を有する伝熱二重管用内管を容易に得ることができる。

Claims (8)

  1. 　外管の内部に配置された内管の内側を流れる流体と、上記内管と上記外管の間を流れる流体との間の熱交換を行うための伝熱二重管に用いる上記内管であって、
    　該内管は、断面形状が異なる第１領域及び第２領域を有しており、
    　上記第１領域は、外方に突出する第１凸部を複数箇所有し、かつ、上記第１凸部の位置が長手方向において螺旋状に変位した第１凹凸形状を有し、
    　上記第２領域は、外方に突出する第２凸部を複数箇所有すると共に該第２凸部の数が上記第１凸部の数よりも多く、かつ、上記第２凸部の位置が長手方向において螺旋状に変位した第２凹凸形状を有している、
    　伝熱二重管用内管。
  2. 　上記内管は、その長手方向における少なくとも一部に、断面形状が円形状の平滑管形状である第３領域をさらに有している、請求項１に記載の伝熱二重管用内管。
  3. 　上記第１凸部の数は、２～１０個である、請求項１又は２に記載の伝熱二重管用内管。
  4. 　上記第１凸部の数は、上記第２凸部の数の半分以下である、請求項１～３のいずれか１項に記載の伝熱二重管用内管。
  5. 　請求項１～４のいずれか１項に記載の伝熱二重管用内管と、その外方に配設された外管とからなる、伝熱二重管。
  6. 　上記外管は、断面形状が円形状の平滑管形状である、請求項５に記載の伝熱二重管。
  7. 　上記伝熱二重管は、曲げ加工により曲げられた曲げ予定部と、曲げ加工を施されることなく直線状で使用される直線部とを有しており、上記曲げ予定部には上記第１領域が配置され、上記直線部には上記第２領域が配置されている、請求項５又は６に記載の伝熱二重管。
  8. 　請求項１～４のいずれか１項に記載の伝熱二重管用内管を製造する方法であって、
    　断面形状が円形状の平滑管形状を有する内管素管を準備し、
    　上記内管素管の外周面に対向して周方向に間隙をあけて配置された複数の押圧ディスクを有し、該押圧ディスクは、円盤形状を有すると共にその外周に押圧面を有し、該押圧面を上記内管素管の外周面に当接させた状態で上記内管素管の移動に伴って回転可能に設けられており、上記押圧面の幅方向中心位置の回転軌跡を含む回転平面が、当該回転平面と平行な方向から見て、上記内管素管の軸心から傾いた斜め方向に配置された、内管成形装置を用い、
    　上記各押圧ディスクの上記押圧面を上記内管素管の外周面に押し当てた状態で、上記押圧ディスクに対して上記内管素管を軸方向に相対的に前進させることにより、上記内管素管の断面形状を変形させ、
    　上記各押圧ディスクの押し当て状態を変化させることにより、上記第１凹凸形状と上記第２凹凸形状とを得る、
    　伝熱二重管用内管の製造方法。
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