(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内管と外管とを備え、前記内管側および外管側に、それぞれ、高温側流体通路および低温側流体通路のどちらか一方づつを備え、内管の内側に波形の伝熱フィンが管壁に接して配設されているものである二重管式熱交換器を前記伝熱フィンの配設部位で曲げ加工するに際して、前記内管及び外管の双方に水を充満させて流出不可に閉じて、該水を凍らせて氷とした状態で、曲げ加工を行った後、前記氷を解かして除去することを特徴とする二重管式熱交換器の曲げ加工方法。
【請求項２】
前記二重管式熱交換器の内側曲げ角度が１５０°〜０°であることを特徴とする請求項１記載の二重管式熱交換器の曲げ加工方法。
【請求項３】
前記曲げ加工をドロー曲げ又はプレス曲げにより行うことを特徴とする請求項１又は２記載の二重管式熱交換器の曲げ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二重管式熱交換器の曲げ加工方法に関する。特に、内管に高速の高温ガス（気体）を、外管に冷却水（液体）を通過させて熱交換を行う熱交換器、例えば、内燃機関の排気ガスを冷却水により冷却する排気冷却器（高度の熱交換能が要求される）等を曲げ加工するのに好適な発明である。
【０００２】
【背景技術】
二重管式熱交換器としては、図１・２に示す如く、内管１２を外管１４に挿通させ、外管１４の両端部を内管１２の外壁に溶接したものがある。外管１４の両端部には、冷却水の入口ノズル１６及び出口ノズル１８を向流／並流使用できるように形成されている（図例では向流）。なお、２０は管フランジである。
【０００３】
図１・２に示すような構成では、熱交換が内管１２の壁面だけであり、伝熱面積が小さく、かつ、内管１２の中心部側を流れる流体の熱交換が行い難く熱交換効率が低い。即ち、全体として大きな熱交換能を得難かった。
【０００４】
このため、図３・４に示すような、複数本（図例では４本）の細径の内管１２Ａを外管１４の内側に挿通させた多管式タイプが、通常、使用されている。この構成では、伝熱面積が増大するとともに、中心部側を流れる流体に対しても熱交換を行うことができ、大きな熱交換能を得易い。
【０００５】
しかし、図３・４に示す多管式タイプのものでは、製造工数がかさみ、かつ、重量も増大する傾向にある。
【０００６】
このため、本願発明者らは、先に、図１・２に示す構成の二重管式熱交換器において、図５に示す如く、内管１２に、横断面放射状の波形チューブで形成された波形の伝熱フィン２２を、内管１２の管壁内側に接して配した熱交換器を提案した（特願平９−１８２５７１号：特開平１１ −２３１８１号公報参照、出願時未公開）。伝熱面積の増大と内管１２の中心部を流れる流体の熱交換も可能として、熱交換能を増大させる。
【０００７】
該伝熱フィン２２は、図６に示す如くプレス加工等により形成した金属波板２４をチューブ状になるように巻き回した状態で、内管１２に挿入し、波板２４の頂部２４ａを内管１２の壁面にロウ付けして形成していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示す構成の熱交換器において、省スペース化を図るため等の理由により、曲げ加工をする必要が生じてきた。
【０００９】
曲げ加工をする際の中間部の空間偏肉ないし閉塞現象の発生を防止する見地から、砂、可撓性材料等の不定型材料を注入して曲げ加工をする方法が従来周知である。
【００１０】
しかし、この曲げ加工方法の場合、二重管内に充填する手間、特に、外側管への充填・排出の手間がかかり、面倒であった。さらに、内管の管壁に接して波形の伝熱フィンが存在するために、内管と伝熱フィンとの間に充填された充填物が排除できないおそれがあった。
【００１１】
この際、不定型材料として、水を注入して凍らせて曲げ加工する方法もあるが、図５に示すような、内管１２側に波形の伝熱フィン２２を備えたものにおいては、困難視されていた。
【００１２】
即ち、水を凍結させる際に、外側から凍っていくが、内側までは閉塞ないし空間偏肉を阻止できるような十分な強度の凍結状態を確保するのは困難である。したがって、従来は、単純二重構造のものしか適用されていなかった（中村正信著「パイプ加工法」日刊工業新聞社、ｐ２０１〜２０２）。
【００１３】
本発明は、上記にかんがみて、内管の内側に伝熱フィンを備えていても、偏肉空間や閉塞現象を発生させずに安定して曲げ加工ができる二重管式熱交換器の曲げ加工方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本願発明の二重管式熱交換器の曲げ加工方法は、上記課題を、下記構成により解決するものである。
【００１５】
内管と外管とを備え、前記内管側および外管側に、それぞれ、高温側流体通路および低温側流体通路のどちらか一方づつを備え、内管の内側に波形の伝熱フィンが管壁に接して配されているものである二重管式熱交換器を伝熱フィンの配設部位で曲げ加工するに際して、内管及び外管の双方に水を充満させて流出不可に閉じて、該水を凍らせて氷とした状態で、曲げ加工を行った後、前記氷を解かして除去することを特徴とする。
【００１６】
二重管式熱交換器の内側曲げ角度は、通常、１５０°〜０°とする。
【００１７】
二重管式熱交換器の曲げ加工は、ドロー曲げ又はプレス曲げにより行う。
【００１８】
【発明の作用・効果】
本発明の二重管式熱交換器の曲げ加工方法は、後述の実施例で示す如く、内管側に伝熱フィンを備えていても、偏肉空間や閉塞現象を発生させずに安定して曲げ加工ができる。そして、二重乾式熱交換器の偏肉空間や閉塞現象の発生阻止のための充填材の流入・排出も水の状態で行うため容易であり、該水は再使用できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各種実施形態を図例に基づいて説明をする。なお、前述例と同一部分については、同一図符号を付して、それらの説明の全部または一部を省略する。
【００２０】
(1) 本発明の曲げ加工方法を適用する二重管式熱交換器Ｈの一態様について、以下に、説明をする。
【００２１】
内管１２と外管１４とを備え、内管１２側および外管１４側を、それぞれ、高温側流体通路および低温側流体通路のいずれか一方づつとする二重管式熱交換器Ｈである。図例では内管１２側が高温ガス流体通路とされ、外管１４側が冷却水流体通路とされている。
【００２２】
内管１２に、横断面放射状の波形チューブで形成された伝熱フィン２２が内管１２の管壁内側に接して配されている。
【００２３】
ここで、伝熱フィン２２である波形チューブは、通常、図６に示すような、熱伝導率が大きくバネ性を有する金属製（例えば、鋼製）の金属波板２４を筒状に曲げて、内管１２に挿入し、その後、蝋付けにより固定して形成することが望ましい。蝋付け工程前の仮止め作業が不要となるためである。勿論、波形チューブを、当初から引き抜き等により加工成形したものを、内管１２に挿入して、固定してもよい。この場合は、波形チューブは、内管に対して締まり嵌めとなるようにしておくことが、上記と同様蝋付け工程前の仮止めが不要となり望ましい。  ここで、波形チューブ２２の板厚は、材質により異なるが、鋼製の場合、通常、０．０１〜０．８mm、望ましくは、０．０５〜０．５mmとする。薄くしすぎると、形態保持性とともに伝熱抵抗が大きくなり、また、厚いと重量増大につながり望ましくない。
【００２４】
また、内管１２の内半径ｒと波板２４の高さＬとの関係は、内管１２の内径にもよるが、内管１２の内径１０〜５０mmの範囲で、通常Ｌ／ｒ＝０．１〜０．８、望ましくは、Ｌ／ｒ＝０．２〜０．７とする。そして内径の範囲に対応して、波の山の高さはＬ＝４〜２０mmとする。
【００２５】
また、波形チューブ２２の波ピッチは、要求伝熱面積に対応して２〜５mmとする。
【００２６】
なお、波形チューブの形態は、波形の山・谷がＲ状でなくても、山・谷が角ばっていてもよい。また、長手方向で山を一定ピッチ毎にずらして形成した金属製波板で形成したものを使用して形成してもよい。
【００２７】
また、内管１２の肉厚は、伝熱性の見地から可及的に薄い方が望ましいが、波形チューブに比して剛性が要求されるため、波形チューブより厚肉とする。例えば、内管１２の内径が上記範囲の場合、通常０．１〜１．０mm、望ましくは０．３〜０．８mmとする。
【００２８】
外管１４と内管１２との隙間は、例えば、内管１２の内径が上記範囲の場合、通常、１〜５mmの範囲とする。
【００２９】
(2) 次に、上記態様の二重管式熱交換器Ｈの曲げ加工方法について、説明をする。即ち、図７に直管状の状態から、図８に示す曲げ状態に、曲げ加工を行う。このときの内側曲げ角度αが１５０°〜０°、望ましくは、１２０°〜０°とする。１５０°を越えるものについては、充填材を入れなくても、閉塞等の現象が発生し難く、本発明の曲げ加工方法を適用する必然性が低い。なお、曲げ角度が０°（反転曲げ）の場合でも、曲げＲを大きく採れば可、曲げ加工した場合、伝熱フィンが偏肉空間ないし閉塞が発生することはない。なお、図例では、曲げ部Ｃは１箇所であるが２箇所以上でもよく（特に長尺の二重管式熱交換器の場合）、その場合、曲げ方向も同一平面状にある必要はない。
【００３０】
まず、二重管式熱交換器Ｈの内管１２及び外管１４の双方に水を充満させて流出不可に閉じる。具体的には、出口ノズル１８を閉じて、入口ノズル１６から、高温ガス流出口側を閉じて、高温ガス入口側のフランジ２０から、それぞれ水を充満させて、入口ノズル１６及びフランジ２０を閉じる（図１参照）。
【００３１】
このとき、二重管式熱交換器Ｈを横置きして、冷却する場合は、水の充満度は、内管１２側及び外管１４側ともに、通常、９５〜９９．５％、望ましくは９８〜９９％とする。多すぎると、破裂のおそれがあり。少なすぎると、曲げ加工する際に、閉塞ないし空間偏肉が発生するおそれがある。
【００３２】
なお、二重管式熱交換器Ｈを立て置きして、冷却する場合は、水の充満度は、立てた場合に、曲げ加工部位を十分に越える量、通常、６０％以上、望ましくは８０％以上を充満させればよい。
【００３３】
上記のように水を充満させた二重管式熱交換器Ｈを、冷凍雰囲気におく。通常の、−２０℃程度に冷やせる冷凍庫（冷凍室）でもよいが、加圧液体窒素（１気圧での沸点：−１９５．８℃）等を用いて、氷の目標設定温度が−４０℃前後となるように、−４０℃より数十℃低い液体（冷媒）中に浸漬して、又は、それらの冷媒を直接噴射して行うことが、急速冷凍できて望ましい。このとき、冷凍時間は、冷凍雰囲気温度により異なるが、３０〜９０分、望ましくは、６０分前後とする。
【００３４】
そして、冷凍雰囲気から取り出した二重管式熱交換器は、室温で、曲げ加工を行う。
【００３５】
該曲げ加工の方式としては、図９に示すようなドロー曲げ又は図１０に示すようなプレス曲げにより行う。
【００３６】
ドロー曲げは、直管状の熱交換器Ｈの上面を、固定型２６にガイドされて往復移動する移動押え型２８で押えながら、回転押え型３０と、回転テーブル３２で回動可能とされた締め付け型３４との間を、直管状の熱交換器Ｈを引き抜いて行う。
【００３７】
また、プレス曲げは、曲げ凹溝を備え得た下型３６に直管状の熱交換器Ｈをセットした後、上型３８をプレス（例えば５ton プレス）により下降させて行う。
【００３８】
この曲げ加工時には、少なくとも二重管式熱交換器の曲げ予定部は、内管の伝熱フィン部も含めて水が凍結状態、即ち、氷で充満されているため、二重管式熱交換器が空間偏肉に閉塞状態で曲げ加工されることはない。
【００３９】
そして、上記加工後、所定時間が経過すると、氷が解けて水となるため、冷却水入口や上記入口フランジ部から容易に排出できる。この際、若干加熱して、氷解を促進させてもよい。
【００４０】
【実施例】
下記仕様の二重管式熱交換器の内管及び外管にそれぞれ、水を略一杯入れて、閉じた状態で、液体窒素（−１９０℃  ）中に６０分浸漬した。
【００４１】
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当該冷凍後の熱交換器をプレス成形（５ton プレス）により、内側曲げ角度α＝１２０°となるような、曲げ加工を行った。
【００４２】
そして、水を排出した後、曲げ部を切断して観察したが、内管と外管の間には勿論、伝熱フィンにも偏肉空間や閉塞は発生していなかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の二重管式熱交換器を示す正面図
【図２】図１の２−２線拡大断面図
【図３】従来の多管式熱交換器の一例を示す正面図
【図４】図３の４−４線断面図
【図５】図１において内管に波形チューブの伝熱フィンを設けた図２に対応する拡大端面図
【図６】本発明の熱交換器に使用する金属波板の斜視図
【図７】本発明を適用する直管状二重管式熱交換器の一態様を示す斜視図
【図８】図７の二重管式熱交換器を曲げ加工した後の斜視図
【図９】本発明の曲げ加工方法の一態様であるドロー曲げを示す概略図
【図１０】同じく他の態様であるプレス曲げを示す概略図
【符号の説明】
１２  内管
１４  外管
２２  伝熱フィン
２４  波板
Ｈ  二重管式熱交換器
Ｃ  二重管式熱交換器の曲げ部
【図１】
0003919354.tif 000003
【図２】
0003919354.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003919354.tif 000010
【図９】
0003919354.tif 000011
【図１０】
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