(57)【要約】【課題】位置決め部材を用いずに熱交換性能のよい熱交換装置の製造方法を提供する。【解決手段】内管１５を外管１６の中に挿入し、内管１５と外管１６が密着するように二重管１８、２２、２２ａ、２２ｂに縮管する縮管工程１０と、縮管した二重管１８、２２、２２ａ、２２ｂを焼鈍する焼鈍工程１１と、焼鈍した二重管１８、２２、２２ａ、２２ｂの複数本をお互いに密着しながら絡み合うような螺旋状のねじり管２８を製造するねじり工程１３と、ねじり管２８を伝熱管３１内に挿入し、所定の寸法となるように曲げる曲げ工程１４とを備えたことを特徴とする熱交換装置の製造方法を提供する。【選択図】図１
2005351489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内管を外管の中に挿入し、内管と外管が密着するように二重管に縮管する縮管工程と、前記縮管した二重管を焼鈍する焼鈍工程と、前記焼鈍した二重管の複数本をお互いに密着しながら絡み合う螺旋状のねじり管を製造するねじり工程と、前記ねじり管を伝熱管内に挿入し、所定の寸法となるように曲げる曲げ工程とを備えたことを特徴とする熱交換装置の製造方法。
【請求項２】
ねじり工程において、二重管同士間に部材を入れず、二重管同士直接接触するようにねじることを特徴とする請求項１記載の熱交換装置の製造方法。
【請求項３】
内管を外管の端部から所定の長さを露出させるように二重管を縮管する縮管工程を備える請求項１または２記載の熱交換装置の製造方法。
【請求項４】
内管を外管の端部から所定の長さを露出させる端部加工工程を備える請求項１〜３いずれか１項記載の熱交換装置の製造方法。
【請求項５】
コイル状に巻かれる焼鈍した二重管を硬化させずに略直管状に伸ばす伸管工程を備え、この伸管工程を通った二重管をねじり工程にセットすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の熱交換装置の製造方法。
【請求項６】
焼鈍工程から焼鈍した二重管を直管状のままに搬送する搬送工程を備え、この搬送工程によって搬送される二重管をねじり工程にセットすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の熱交換装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第一流体と第二流体とを熱交換させる熱交換装置（たとえばヒートポンプ式給湯機の水／冷媒熱交換器）の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の第一流体と第二流体とを熱交換させる熱交換装置の製造方法として、例として、図９に示すように、直管状内管１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを束ねた内管群を、所定の配置で固定し、内管１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ同士の位置決め手段であるスペーサ２を長さ方向に所定の間隔ごとに取り付けた後、内管群に軸心周りの捻りを加えて、螺旋形状を形成した後、外管３に挿入する方法である。
【０００３】
このように製造される熱交換装置は、螺旋状に捻られた複数の内管を使用することにより、熱交換面積を拡大するとともに、外管と内管の間を流れる流体の乱流化を促進させ、熱交換性能の向上が図れる。また、位置決め手段スペーサ２は、内管の位置関係を一定に保持し、内管同士の接触による伝熱面積低下を防止し、さらに外管と内管との間を流れる流体を乱流化し熱交換を促進することができる（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１５６２９４号公報（第１―５頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上記従来の熱交換装置の製造方法では、スペーサを取り付ける作業工程と、捻っている時、スペーサが脱落または所定位置外れしないように、必要な保持冶具と補正工程が必要になる。さらに、軸方向に沿って各内管同士が接触しないように、隙間規制冶具を構える必要があるため、製作が難しくて製作工数が増え、製造コストが上昇するという課題があった。また、内管１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは位置決め部材２で保持されるが、この位置決め部材２によって、外管３の軸心付近にショートカット流路ができて、外管を流れる流体はこのショートカット流路を流れてしまう分流ができるため、このショートカット流路を流れる分流は、内管を流れる流体との熱交換が十分でないため、熱交換装置の性能向上には限度があった。
【０００５】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するもので、別部品の位置決め部材などを用いずに熱交換性能のよい低コスト熱交換装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を解決するために本発明の熱交換装置製造方法は、内管を外管の中に挿入し、内管と外管が密着するように二重管に縮管する縮管工程と、前記縮管した二重管を焼鈍する焼鈍工程と、前記焼鈍した二重管の複数本をお互いに密着しながら絡み合う螺旋状のねじり管を製造するねじり工程と、前記ねじり管を伝熱管内に挿入し、所定の寸法となるように曲げる曲げ工程とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
そしてこの方法により、内管と外管とを密着させる縮管工程においては、形成される二重管は加工硬化が起こり、硬化材となる。そこで、この硬化二重管を焼鈍工程にて焼きなましすることによって、二重管はやわらかくなり、軟性材となるため、ねじり工程でこれら二重管をお互いに密着しながら絡み合うような螺旋状のねじり管を製作することが可能となる。また、ねじり工程は、別部品を用いずに、単なる複数本の二重管を捻るため、製造工程が簡素で、部品点数も少なくて、安い製造コストで熱交換装置を製造することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、伝熱促進体や位置決め部材などとしての別部品を用いずに伝熱促進することができる熱交換性能のよい低コスト熱交換装置の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
第１の発明は、内管を外管の中に挿入し、内管と外管が密着するように二重管に縮管する縮管工程と、縮管した二重管を焼鈍する焼鈍工程と、焼鈍した二重管の複数本をお互いに密着しながら絡み合う螺旋状のねじり管を製造するねじり工程と、ねじり管を伝熱管内に挿入し、所定の寸法となるように曲げる曲げ工程とを備えた製造方法である。本実施の形態によれば、内管と外管とを密着させる縮管工程においては、形成される二重管は加工硬化が起こり、硬化材となる。そこで、この硬化二重管を焼鈍工程にて焼きなましすることによって、二重管はやわらかくなり、軟性材となるため、ねじり工程でこれら二重管をお互いに密着しながら絡み合うような螺旋状のねじり管を製作することが可能となる。また、ねじり工程は、別部品を用いずに、単なる複数本の二重管を捻るため、製造工程が簡素で、部品点数も少なくて、安い製造コストで熱交換装置を製造することができる。
【００１０】
そして、このようにお互いに密着しながら絡み合うように螺旋状に捻れた複数本の二重管を伝熱管内に配置することによって、二重管は密着しながら絡み合うように螺旋状になっているため、二重管と伝熱管の間に、自然に螺旋状の旋回流路が形成されるとともに、二重管内を流れる流体も螺旋状に旋回されるため、伝熱管内の旋回流路を流れる流体と二重管内を流れる流体とは効率よく熱交換でき、熱交換性能のよい熱交換装置を得られる。このように、二重管を螺旋状に捻ることによって、別部品を用いることなく、流体を旋回流とし、乱流撹乱の効果で熱伝達率の向上を図れ、製造工程の手間を減らし、低コストの熱交換装置を得られる。
【００１１】
第２の発明は、特に、第１の発明の熱交換装置製造方法おいて、ねじり工程においては、二重管同士間に部材を入れず、二重管同士直接接触するようにねじった製造方法である。本実施の形態によれば、別部品を用いることなく製造コスト低減を図れるとともに、二重管の間に、スペーサや線材など部材がないため、伝熱管内の流路には、突起や障害物などがなく、流れは二重管の表面に沿ってスムーズに流れることができる。よって、伝熱管内の流体がスケールなど析出する環境においても、スケール沈殿、成長しやすい突起や障害物などがないため、スケール付着しにくい高信頼性の熱交換装置を製造することができる。
【００１２】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明の熱交換装置製造方法において、内管を外管の端部から所定の長さを露出させるように二重管を縮管する縮管工程を備える製造方法ある。本実施の形態によれば、二重管を縮管する時、外管と内管の径、肉厚、長さ、伸び縮み度合いなどをあらかじめ計算して、内管を外管端部から所定の長さを露出させることによって、縮管工程を兼ねて、効率的に所定の二重管の端部を製造することができるため、生産効率を上げることができる。このような二重管端部は、内管のみを熱交換装置の接続ヘッダーと接続させることによって、二重管の内管と外管の間を有効に漏洩用通路として機能できるため、生産効率よく少ない工程で信頼性の高い熱交換装置を製造することができる。
【００１３】
第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか一つの発明の熱交換装置製造方法において、内管を外管の端部から所定の長さを露出させる端部加工工程を備える製造方法である。本実施の形態によれば、内管を外管の端部から所定の長さを露出させる端部加工工程を備えることで、確実に二重管の端部を所定形状まで加工できる。例えば縮管工程で二重管片方の端部のみ露出加工できた場合、この端部加工工程で他方の端部露出を加工できる。
【００１４】
第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか一つの発明の熱交換装置製造方法において、コイル状に巻かれる焼鈍した二重管を硬化させずに略直管状に伸ばす伸管工程を備え、この伸管工程を通った二重管をねじり工程にセットする製造方法である。本実施の形態によれば、焼鈍した二重管を硬化させずに略直管状に伸ばす伸管工程を設けたことによって、二重管を略直管状に伸管する時、二重管を焼鈍した軟性材の状態でねじり工程に移行することができるため、ねじり工程でこれら二重管をお互いに密着しながら絡み合うような螺旋状のねじり管を製作することができる。
【００１５】
第６の発明は、特に、第１〜４のいずれか一つの発明の熱交換装置製造方法において、焼鈍工程から焼鈍した二重管を直管状のままに搬送する搬送工程を備え、この搬送工程によって搬送される二重管をねじり工程にセットする製造方法である。本実施の形態によれば、焼鈍工程から焼鈍した二重管を直管状のままに搬送する搬送工程を設けたことによって、長尺の二重管を扱う際に、焼鈍処理後のやわらかい二重管を変形、硬化させることなく、次のねじり工程へ移行することができるため、良質の長尺ねじり管を製造することができる。また、直管状の二重管をねじり工程にセットしねじりをかけることができるため、生産の効率が上がり、一貫生産ができ、合理で効率的な製造方法が得られる。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施形態における熱交換装置の製造方法を示す製造工程の流れ図である。図２は本製造方法の縮管工程を示す縮管工程図、図３は本製造方法の焼鈍工程を示す焼鈍工程図、図４は本製造方法のねじり工程を示すねじり工程図、図５は同ねじり工程におけるねじり製造装置の要部拡大図、図６は本製造方法の曲げ工程を示す曲げ工程図である。
【００１７】
図１において、１０は内管を外管内に挿入して内管と外管が密着する二重管を製造する縮管工程、１１は縮管工程で製造された二重管を焼鈍装置で焼きなまし焼鈍処理する焼鈍工程、１２はこの焼鈍処理された二重管を直管状のままで次の工程へ運搬する搬送工程、１３は搬送工程によって搬送される二重管を複数本お互いに密接しながら絡み合うように螺旋状にねじってねじり管を製造するねじり工程、１４はこのねじり管を伝熱管内に挿入して、所定の寸法に曲げて、熱交換装置完成させる曲げ工程である。このように、内管と外管によって構成される二重管は順に縮管工程１０、焼鈍工程１１、搬送工程１２、ねじり工程１３、曲げ工程１４を経て、熱交換装置が製造される。
【００１８】
図２において、１５は内管、１６は内管１５を内包する外管で、１７は縮管装置、１８はこの縮管装置によって製造される二重管である。
【００１９】
図３において、１９は二重管１８を焼鈍処理する焼鈍装置、２０はこの焼鈍装置の加熱部、２１は二重管１８を焼鈍装置２０へ搬入そして焼鈍装置２０から搬出する運搬ローラ、２２はこの焼鈍装置２０から出た焼鈍処理済みの二重管である。
【００２０】
図４において、２２ａ、２２ｂは二本の焼鈍処理を施された二重管、２３はこれら二重管を加工するねじり装置、二重管２２ａ、２２ｂは直管状のままで搬送工程（図示せず）を経て、ねじり装置２３にセットされる。２４、２５はねじり装置２３のチャック冶具で、それぞれ二重管２２ａ、２２ｂの両端部に対応して、二重管２２ａ、２２ｂの両端部の位置を規制し固定している。
【００２１】
そしてチャック冶具２４は回転機２６と繋がり、回転機２６の回転によって、回転して二重管２２ａと２２ｂをねじるようになっている。チャック冶具２５は置き台２７の上に設置され、二重管の長手方向にスライド移動できるようになっている。２８はこのねじり装置２３によって製造されるねじり管である。
【００２２】
図５において、２９ａは二重管２２ａの端部から露出する内管露出部、２９ｂは二重管２２ｂの端部から露出する内管露出部で、３０ａと３０ｂはそれぞれ二重管２２ａと２２ｂをチャック冶具２４に固定する固定具で、この固定具は二重管の外管部分と接するようになっている。
【００２３】
図６において、３１はねじり工程で形成されるねじり管２８を内包する伝熱管である。そして、ねじり管２８をこの伝熱管３１内に挿入することによって、お互いに絡み合っている二重管２２ａ、２２ｂと伝熱管３１の間に、自然に螺旋状の第二流体例えば水の流路３１ａが形成されるとともに、二重管内の流体例えば冷媒も螺旋状に旋回されるため、水と冷媒ともに乱流化され、二重管２２ａ、２２ｂを流れる冷媒と伝熱管３１を流れる水とは効率よく熱交換でき、熱交換性能のよい熱交換装置３２を得られる。
【００２４】
以上のように構成される熱交換装置の製造方法について、以下その詳細な作用、動作を説明する。まず、第一の工程である縮管工程１０において、所定の内管１５を外管１６内に挿入し、縮管装置１７にセットし、通過させることによって、外管１６が縮径され、内管１５と密着し、二重管１８が形成される。この時、内管１５を使用条件例えば圧力条件などによって設計される管径、肉厚の管例えば硬質銅管を用い、縮管工程においても、縮径されないことは望ましい。外管１６は焼鈍処理した軟性材料例えばなまし銅管を用いる。
【００２５】
そして、あらかじめ内管１５の長さ、管径、外管１６の長さ、管径、肉厚などを計算し、縮管する時、内管１５の端部１５ａが外管１６の端部から所定の長さで露出するように二重管１８を製造する。
【００２６】
次に、第二の工程である焼鈍工程１１において、二重管１８は運搬ローラ２１によって、焼鈍装置１９を通過し、金属的に焼鈍処理される。この焼鈍処理された二重管２２はやわらかいなまし銅管となる。ここで、焼鈍装置１９は連続式加熱炉を用い、長尺の二重管１８を処理できるようにするのは望ましい。
【００２７】
そして、焼鈍処理された二重管２２は直管状のままで、第三の工程である搬送工程１２を経て、ねじり工程１３へ搬送される。
【００２８】
第四の工程であるねじり工程において、二本の二重管２２ａと２２ｂは別の保持部材などを用いず、二重管２２ａと２２ｂのみをねじり装置２３へセットされ、チャック冶具２４の回転によって、二重管２２ａと２２ｂはお互いに密着しながら絡み合うように螺旋状に捻られ、ねじり管２８が形成される。
【００２９】
そして、このねじり管２８は第五の工程である曲げ工程において、伝熱管３１内に挿入され、所定の寸法で曲げられ、熱交換装置３２を構成する。
【００３０】
このように、内管１５と外管１６とを密着させる縮管工程１０においては、形成される二重管１８は加工硬化が起こり、硬質材料となるため、ねじり加工は困難となる。そこで、焼鈍工程１１にて焼きなましすることによって、二重管はやわらかくなり、軟性材料の二重管２２となるため、ねじり工程１３でこれら二重管をお互いに密着しながら絡み合うような螺旋状のねじり管２８を製作することが可能となる。
【００３１】
また、ねじり工程１３においては、保持部品、位置決め部材などを用いずに、単なる二本の二重管２２ａと２２ｂをねじり装置２３にセットし、それを捻るため、製造工程が簡素で、部品点数も少なくて、安い製造コストで熱交換装置を製造することができる。
【００３２】
さらに、別部品を用いることなく製造コスト低減を図れるとともに、二重管２２ａと２２ｂの間に、スペーサや線材など部材がないため、伝熱管３１内の流路には、突起や障害物などがなく、流れは二重管２２ａと２２ｂの表面に沿ってスムーズ螺旋状に流れることができる。よって、伝熱管３１内の流体がスケールなど析出する環境においても、スケール沈殿、成長しやすい突起や障害物などがないため、スケール付着しにくい高信頼性の熱交換装置を製造することができる。
【００３３】
また、二重管１８を縮管する時、外管１６と内管１５の径、肉厚、長さ、伸び縮み度合いなどをあらかじめ計算して、内管１５を外管１６の端部から所定の長さを露出させることによって、縮管工程を兼ねて、効率的に所定の二重管の端部を製造することができるため、生産効率を上げることができる。このような二重管端部は、内管端部のみを熱交換装置の接続ヘッダーと接続させることによって、二重管の内管と外管の間を有効に漏洩用通路として機能できるため、生産効率よく少ない工程で信頼性の高い熱交換装置を製造することができる。
【００３４】
また、焼鈍工程１１から焼鈍した二重管２２を直管状のままに搬送する搬送工程１２を設けたことによって、長尺の二重管２２を扱う際に、焼鈍処理後のやわらかい二重管を変形、硬化させることなく、次のねじり工程へ移行することができるため、良質の長尺ねじり管を製造することができる。また、直管状の二重管をそのままねじり工程にセットしねじりをかけることができるため、生産の効率が上がり、一貫生産ができ、合理で効率的な製造方法が得られる。
【００３５】
（実施の形態２）
図７は、本発明の第２の実施の形態における熱交換装置の製造方法を示す製造工程流れ図である。本実施の形態において、実施の形態１と異なるところは、コイル状に巻かれる焼鈍した二重管２２を硬化させずに略直管状に伸ばす伸管工程３３を備え、この伸管工程３３はねじり工程１３の前に設けたことである。なお、実施の形態１の製造工程及び熱交換装置と同一構造のものは同一符号を付与し、説明を省略する。
【００３６】
以上のように構成された熱交換装置の製造工程及び熱交換装置について、以下その作用、動作を説明する。地理上の事情などで、焼鈍工程１１とねじり工程１３は離れる場合がある。その場合、輸送上の関係で、焼鈍した二重管２２をコイル状に巻いた状態で輸送することがある。その際に、このコイル状の二重管２２を硬化させずに、略直管状に伸ばす伸管工程３３を設けることによって、二重管２２を略直管状に伸管でき、焼鈍した軟性材質の状態でねじり工程１３に移行することができるため、ねじり工程１３でこれら二重管をお互いに密着しながら絡み合うような螺旋状のねじり管２８を製作することができる。
【００３７】
なお、本実施形態において、伸管工程３３をねじり工程１３と別に設けることにしたが、ねじり工程１３のねじり装置２３を活用して、例えばチャック冶具２４または２５を用いて、二重管をチャックし所定の位置まで伸管することもできる。
【００３８】
（実施の形態３）
図８は、本発明の第３の実施の形態における熱交換装置の製造方法を示す製造工程流れ図である。本実施の形態において、実施の形態１と異なるところは、内管１５を外管１６の端部から所定の長さを露出させる端部加工工程３４を設けたことである。なお、実施の形態１の製造工程及び熱交換装置と同一構造のものは同一符号を付与し、説明を省略する。
【００３９】
以上のように構成された熱交換装置の製造工程について、以下その作用、動作を説明する。このように、端部加工工程３４を設けることによって、確実に二重管の端部を所定形状まで加工できる。例えば縮管工程で二重管片方の端部のみ露出加工できた場合、この端部加工工程３４で他方の端部露出を加工できる。
【００４０】
また、ねじり管２８が形成された時点で、二重管２２ａと２２ｂが密着しながら絡み合い、二重管同士の端部も隣接しているため、端部で内管を外管から露出させる端部加工は困難となる。そこで、この端部加工工程３４をねじり工程１３の前に設けたことにとって、図５に示すように、内管端部２９ａと２９ｂをそれぞれ外管から露出した状態でねじり工程１３にかけることができるため、ねじり管２８が形成された時点で端部処理作業の必要がなくなり、作業性が向上し、効率的な工程配置で熱交換装置を製造することができる。
【００４１】
なお、上記各実施の形態において、二重管２２ａ、２２ｂの二本を捻ることにしたが、それに限定することなく、複数本でもよい。二本の場合は、二重管同士の接触による伝熱面積の低下を最小限に抑えることができるため、実用上においてより望ましい。
【００４２】
なお、上記各実施の形態において、第一流体は二酸化炭素冷媒、第二流体は水としたが、その他の流体を用いても同様な効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上のように、本発明にかかる熱交換装置の製造方法は、位置決めとしての別部品を用いずに熱交換性能のよい熱交換装置を低コストで製作することができるため、幅広く熱交換、熱搬送などの用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態１における製造方法を示す製造工程流れ図
【図２】本発明の実施の形態１における製造方法の縮管工程を示す縮管工程図
【図３】本発明の実施の形態１における製造方法の焼鈍工程を示す焼鈍工程図
【図４】本発明の実施の形態１における製造方法のねじり工程を示すねじり工程図
【図５】本発明の実施の形態１におけるねじり製造装置の要部拡大図
【図６】本発明の実施の形態１における製造方法の曲げ工程を示す曲げ工程図
【図７】本発明の実施の形態２における製造方法を示す製造工程流れ図
【図８】本発明の実施の形態３における製造方法を示す製造工程流れ図
【図９】従来の製造方法によって製造される熱交換装置の構成図
【符号の説明】
【００４５】
１０  縮管工程
１１  焼鈍工程
１２  搬送工程
１３  ねじり工程
１４  曲げ工程
１５  内管
１６  外管
１８、２２  二重管
２２ａ、２２ｂ  二重管
２８  ねじり管
３１  伝熱管
３３  伸管工程
３４  端部加工工程
【図１】
2005351489.tif 000003
【図２】
2005351489.tif 000004
【図３】
2005351489.tif 000005
【図４】
2005351489.tif 000006
【図５】
2005351489.tif 000007
【図６】
2005351489.tif 000008
【図７】
2005351489.tif 000009
【図８】
2005351489.tif 000010
【図９】
2005351489.tif 000011