JP2018096655A - 螺旋状波形溝付管、熱交換器、及び螺旋状波形溝付管の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
なお、特許文献2には、管外表面に凹みの列が、管内表面にはその凹みに基づく突起列が、何れも螺旋曲線4に沿って形成されたものが開示されているが、螺旋曲線4はロール10の軌跡を破線で示した仮想的なものであって、凹みの列、または突起列以外のものは示されていない。
このような、断続的な窪みを有する螺旋状波形溝付管は、例えば、円管にローラー状加工ツールを用いて、先ず螺旋状の溝を形成し、その後、螺旋状の溝部分に歯車状のロールを押付けることで、溝部分に窪みの列が形成できるように考えられるが、螺旋溝の周期と歯車状のロールの窪みの周期を合わせるのは困難で、特に長尺管の場合は精度の高い周期調整が必要となるため、困難さが更に増すという問題があった。また、螺旋状溝付管の溝部分に窪みの形成位置を選択的に決めることが困難である上、加工工程は二段階となるため、品質や歩留まりが悪く、コストアップ要因となる問題があった。
また、螺旋溝が設けられておらず、窪みのみが螺旋状に形成された円管を利用して、後から窪みに沿って螺旋溝加工を付けることも考えられるが、窪みの螺旋周期と螺旋溝の周期を合わせることは困難であり、かつ窪み部分を選択的に形成することも困難であるなどの問題があって、従来技術では実現されていなかった。
また、この発明に係る熱交換器は、円管の外周面に、該円管の長手方向に沿う少なくとも一条の螺旋状波形の溝部と、その溝部の底部長手方向に断続的に形成された前記円管の径方向の外側変形部と、からなる径方向に2段の変形部分が設けられ、前記円管の内周面には前記溝部に対応する螺旋状波形の突条部と、その突条部に形成された前記外側変形部に対応する長手方向に断続的な径方向の内側変形部と、からなる径方向に2段の変形部分が設けられた螺旋状波形溝付管を用いたものである。
また、この発明に係る螺旋状波形溝付管の製造方法は、所定位置に保持されるワークとしての円管の外周部に少なくとも一つ配設され、該円管の管軸方向に対して所定角度傾斜された軸の周りに回転自在に保持されたローラーからなっていて、その外周面から径方向に突出された周方向に少なくとも一つの突起を有する加工ツールを、前記円管の外周面に押付けた状態で、前記円管の管軸方向に転動させることで、前記円管の外周面に、管軸方向に沿う少なくとも一条の螺旋状波形の溝部と、その溝部の底部を更に前記円管の中心方向に断続的に凹ませた前記突起に対応する複数の窪みと、が形成された螺旋状波形溝付管を得るようにしたものである。
また、この発明の螺旋状波形溝付管を用いた熱交換器によれば、円管の内周面に、外周面の溝部に対応する螺旋状波形の突条部と、その突条部に形成された外側変形部に対応する長手方向に断続的な径方向の内側変形部とからなる円管の径方向に2段の変形部分が円管の長手方向に設けられていることにより、管内の伝熱面積が増大されると共に、管内に流れる流体に乱れを誘起させて高い伝熱性能が得られることで、熱交換効率に優れた熱交換器が得られる。
また、この発明の螺旋状波形溝付管の製造方法によれば、ローラー状の外周面から径方向に突出された周方向に少なくとも一つの突起を有する加工ツールを、円管の外周面に押付けた状態で円管の管軸方向に転動させることで、円管の外周面に、管軸方向に沿う少なくとも一条の螺旋状波形の溝部と、その溝部の底部を更に円管の中心方向に断続的に凹ませた前記突起に対応する複数の窪みと、が形成された螺旋状波形溝付管を得るようにしたので、螺旋状波形の溝部の形成とその溝部への窪み形成とを一括加工することができ、加工工数が削減され加工コストも抑えることができる。
図1は本発明の実施の形態1に係る螺旋状波形溝付管を示す部分断面図、図2は図1に示す螺旋状波形溝付管の溝部とその溝部に形成された円形状の窪みを示す要部詳細図で、(a)は外面図、(b)はA−A線における断面端面図である。なお、図1に示す螺旋状波形溝付管1は管内部に冷媒を通流して管外部の媒体との間で熱交換を行う熱交換器、例えば空気調和器、ヒートポンプ給湯機などの伝熱管として用いられるものである。
図1の螺旋状波形溝付管1は、図の左半部に示す外周面10に、ここでは四条の螺旋曲線に沿って螺旋状波形の連続的な溝部11が形成され、かつその溝部11の底部分には、円管の径方向への外側変形部としての、長手方向に断続的な窪み12の列が形成されている。螺旋曲線は螺旋状波形溝付管1の管軸O方向に沿って少なくとも一条形成される。
円管100とその円管100の周りに、ここでは90度の等角度で設置された加工ツール4との位置関係は、4つの加工ツール4が何れも、図5(b)に示す平面視の管軸O方向に対して予め設定された所定の傾斜角度θで傾斜保持され、図5(b)の姿勢に対して側面方向から見たときの管軸Oの方向に対して平行な加工ツール傾斜軸O4にて回転自在に支持されるように配設され、さらに、各加工ツール4は円管100の径方向に対して所望の押付け寸法に移動及び固定可能に保持されている。
図1に示す内周面20の突条部21と突部22の列は、外周面10の螺旋状波形の溝部11と窪み12の列の二段形成に伴って作られるため、突部22の円周方向ピッチは窪み12が形成される円周ピッチと同様のピッチに定まる。また、図2に示した円形状の突部22Aの高さH22は、窪み12Aの深さD12が所定の高さで形成されることで高さ寸法が定まる。
図6は本発明の実施の形態2に係る螺旋状波形溝付管の溝部とその溝部に形成された楕円形状の窪みを示す要部詳細図で、(a)は外面図、(b)はB−B線における断面端面図である。図7は図6の変形例になる、楕円形で底部がフラットな窪みを示す要部詳細図で、(a)は外面図、(b)はC−C線における断面端面図である。図8は図6の他の変形例になる、非対称の楕円形状の窪みを示す要部詳細図で、(a)は外面図、(b)はD−D線における断面端面図である。図9は図6に示された楕円形状の窪みを形成する加工ツールの突起部分を概念的に示す図で、(a)は突起の上面図、(b)は突起部分の正面図である。図10は図7に示された楕円形で底部がフラットな窪みを形成する加工ツールの突起部分を概念的に示す図で、(a)は突起の上面図、(b)は突起部分の正面図である。図11は図8に示された非対称の楕円形状の窪みを形成する加工ツールの突起部分を概念的に示す図で、(a)は突起の上面図、(b)は突起部分の正面図である。
なお、窪み12や突部22の形状は例示したものに限定されるものではなく、例えば、周方向に複数の凹凸を有する形状や、窪み12に代えて、凸部の形状をした変形部を構成しても同様の効果が得られる。
図12は本発明の実施の形態3に係る螺旋状波形溝付管を示す部分断面図、図13は本発明の実施の形態3に係る螺旋状波形溝付管の製造方法を示す説明図である。なお、本実施の形態3は、ローラー状の加工ツールとして、突起5を設けた加工ツール4、突起5を設けていない加工ツール4Aの双方を用いることで、一つの管に、窪み12を有する螺旋状波形の溝部11と窪みの無い螺旋状波形の溝部11Eの両方が形成された螺旋状波形溝付管1Aを得るようにしたものである。
図14は本発明の実施の形態4に係る螺旋状波形溝付管を示す部分断面図、図15は本発明の実施の形態4に係る螺旋状波形溝付管の展開図である。なお、この実施の形態4は螺旋状波形の溝部に設ける窪み12(従って内周面の突部22)を、円管の回転円周方向に位相差を持たせて配置するようにしたものである。なお、製造に用いる加工装置の要部は実施の形態1に係る図5と同様であるので、図5も参照して説明する。なお、図15において、横軸は管軸Oの方向、縦軸は螺旋状波形溝付管1Bの周方向の角度(下端部を0度としたとき上端部は360度)、斜めの破線は前述の4条の螺旋状波形の曲線(溝部11A〜11D)の延在方向をそれぞれ表わしている。
12A 円形状の窪み、12B 楕円形状の窪み、
12C 底部がフラットな楕円形状の窪み、12D 非対称楕円形状の窪み、
20 内周面、21、21E 突条部、22 突部、22A 円形状の突部、
22B 楕円形状の突部、22C 富士山形の突部、22D 非対称楕円形状の突部、
3 爪、4 加工ツール、4a ローラー外周部、5、5A、5B、5C、5D 突起、D12 窪みの深さ、F 位相差、H5 突起高さ、H22 突部の高さ、
P5 突起ピッチ、P11 溝ピッチ、O 管軸、O4 加工ツール傾斜軸、
θ 傾斜角度。
Claims (9)
- 円管の外周面に、該円管の長手方向に沿う少なくとも一条の螺旋状波形の溝部と、その溝部の底部長手方向に断続的に形成された前記円管の径方向の外側変形部と、からなる径方向に2段の変形部分が設けられ、前記円管の内周面には前記溝部に対応する螺旋状波形の突条部と、その突条部に形成された前記外側変形部に対応する長手方向に断続的な径方向の内側変形部と、からなる径方向に2段の変形部分が設けられたことを特徴とする螺旋状波形溝付管。
- 前記外側変形部は、前記溝部の底部を前記円管の中心方向に凹ませた窪みからなることを特徴とする請求項1記載の螺旋状波形溝付管。
- 前記窪みは、上面視形状が、円形状、楕円形状、底部がフラットな楕円形状、または非対称の楕円形状で成ることを特徴とする請求項2記載の螺旋状波形溝付管。
- 請求項1から請求項3までの何れかに記載の螺旋状波形溝付管を用いた熱交換器。
- 所定位置に保持されるワークとしての円管の外周部に少なくとも一つ配設され、該円管の管軸方向に対して所定角度傾斜された軸の周りに回転自在に保持されたローラーからなっていて、その外周面から径方向に突出された周方向に少なくとも一つの突起を有する加工ツールを、前記円管の外周面に押付けた状態で、前記円管の管軸方向に転動させることで、前記円管の外周面に、管軸方向に沿う少なくとも一条の螺旋状波形の溝部と、その溝部の底部を更に前記円管の中心方向に断続的に凹ませた前記突起に対応する複数の窪みと、が形成された螺旋状波形溝付管を得る螺旋状波形溝付管の製造方法。
- 予め用意された、前記突起の形状が互いに異なる複数の前記加工ツールの中から、任意に選択された前記加工ツールを用いるようにしたことを特徴とする請求項5記載の螺旋状波形溝付管の製造方法。
- 前記加工ツールにおける前記突起のピッチまたは数を変更することで、前記窪みの前記円管1周あたりの形成数を調整するようにしたことを特徴とする請求項5または請求項6記載の螺旋状波形溝付管の製造方法。
- 前記円管の外周部に、複数の前記加工ツールを配設し得るように構成し、該複数の加工ツールの内の少なくとも1つの前記加工ツールは、前記突起を設けていない周方向に一様な外周面を有するものを用いることを特徴とする請求項5から請求項7までの何れかに記載の螺旋状波形溝付管の製造方法。
- 前記突起が設けられた複数の前記加工ツールを前記円管の外周部に配設すると共に、前記加工ツールによって前記円管の外周面にそれぞれ形成される複数の前記溝部における、前記窪みの前記管軸方向の位置が、隣り合う前記溝部の間で位相差をもって形成されるように、前記加工ツールにおける前記突起の回転方向の位置を複数の前記加工ツールの間でずらすことを特徴とする請求項5から請求項7までの何れかに記載の螺旋状波形溝付管の製造方法。
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