JP7558007B2 - 伝熱管の成形方法 - Google Patents

Description

本開示は、伝熱管、熱交換器、伝熱管の成形方法、曲げ型に関する。

空調機器のような熱交換器では、内部を流れる媒体と熱交換することで、空気を加熱又は冷却する。このような熱交換器に用いられる伝熱管は、例えばチューブ本体の外表面上に熱交換を促進するためのフィンが設けられたフィンチューブが用いられ、仕様に応じて曲げ加工することで成形される。この種の熱交換器では、近年、性能向上を目的として、伝熱管の列数やフィン数を増加させた次世代機の開発が進められている。

伝熱管の成形は、例えば、曲面状の当接面を有する曲げ型を管部材に当接させながら荷重を印加する曲げ加工によって行われる。例えば特許文献１及び２では、互いに平行に配列された複数の管部材に対して曲げ型を当接させながら荷重を印加することで曲げ加工を行うことで、複数の伝熱管を同時に成形している。

特開２００２－２２４７５６号公報 特開２００４－２７９０２９号公報

上記特許文献１及び２のように、曲げ型を用いて複数の管部材を同時に曲げ加工する場合、良好な品質で伝熱管に成形することは容易ではない。特許文献１及び２では、一定の曲率を有する当接面を備える曲げ型を用いて曲げ加工が行われている。このような曲げ型では、一定の曲率を有する当接面と、それに隣接する直線部との間で曲率が不連続に変化するため、荷重印加時に、管部材に対して局所的に大きな面圧が加わる。このような局所的に大きな面圧は、加工対象となる管部材に対して意図しない潰れや破損をもたらす、また表面に放熱用のフィンを有するフィンチューブではフィンの座屈による横倒れなどの不具合をもたらすことがある。このような曲げ加工における不具合発生を防止するために、従来、経験則に基づいて曲げ型の曲面形状を微調整するなど、手間や時間を要していた。

本開示の少なくとも一実施形態は、上述の事情に鑑みなされたものであり、成形時における不具合発生を防止することで、高品質な伝熱管を有する伝熱管、熱交換器、伝熱管の成形方法、及び、曲げ型を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る伝熱管は、上記課題を解決するために、
直線状に延在する直線部と、
前記直線部に隣接する湾曲部と、
を備え、
前記湾曲部は、延在方向に沿って曲率が一定の割合で変化するクロソイド部を含む。

本開示の一態様に係る熱交換器は、上記課題を解決するために、
本開示の一態様に係る伝熱管を複数を備える熱交換器であって、
前記複数の伝熱管は、互いに平行に配列され、
前記湾曲部は、前記複数の伝熱管の配列方向が前記湾曲部の曲率半径方向になるように湾曲される。

本開示の一態様に係る伝熱管の成形方法は、上記課題を解決するために、
互いに平行に配列された複数の管部材に対して、前記複数の管部材の配列方向の一方側から、第１曲げ型を当接させる工程と、
前記複数の管部材に前記配列方向の他方側から荷重を印加することにより、前記複数の管部材に曲げ加工を実施する工程と、
を備え、
前記第１曲げ型は、前記複数の管部材に対する当接面上に、前記管部材の延在方向に沿って曲率が一定で変化するクロソイド部を含む。

本開示の一態様に係る曲げ型は、上記課題を解決するために、
互いに平行に配列された複数の管部材を曲げ加工することにより、湾曲部を有する伝熱管を成形するために用いられる曲げ型であって、
前記複数の管部材に対する当接面上に、前記複数の管部材の延在方向に沿って曲率が一定で変化するクロソイド部を含む。

本開示の少なくとも一実施形態によれば、成形時における不具合発生を防止することで、高品質な伝熱管を有する伝熱管、熱交換器、伝熱管の成形方法、及び、曲げ型を提供できる。

一実施形態に係る熱交換器の概略構成図である。 図１の伝熱管の拡大断面図である。 一実施形態に係る伝熱管の成形方法を示すフローチャートである。 図３の伝熱管の成形が実施される様子を段階的に示す模式図である。 図３の伝熱管の成形が実施される様子を段階的に示す模式図である。 図３の伝熱管の成形が実施される様子を段階的に示す模式図である。 略直線形状を有する複数の管部材に対して伝熱管の成形方法を繰り返し実施することで複数の伝熱管が成形される過程を段階的に示す模式図である。 一実施形態に係る第１曲げ型の構成を示す図である。 図６の当接面の表面形状を幾何学的に示す図である。 第１曲げ型の形状に関する調整方法を示すフローチャートである。 図８のステップＳ２０で求められる面圧分布を、第２曲げ型の当接面における曲率分布とともに示す図である。 第１曲げ型の曲率分布を、図８のステップＳ２０で求めた面圧分布とともに示す図である。 図１の伝熱管の湾曲部近傍の拡大図である。

以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本開示の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

（熱交換器の構成）
図１を参照して、一実施形態に係る熱交換器１の全体構成について説明する。図１は一実施形態に係る熱交換器１の概略構成図であり、図２は図１の伝熱管４Ａ、４Ｂの拡大断面図である。本実施形態では、熱交換器１の一例として、室内の空気温度を調整するための空気調和機における室内機、特に、天井埋込タイプの室内機を示している。図１では、天井に埋込設置された熱交換器１の水平断面構造が概略的に示されている。

図１に示すように、熱交換器１は、ケーシング２内に、複数の伝熱管４、及び、送風機６が収容されて構成される。ケーシング２は、熱交換器１の筐体であり、熱交換対象となる空気を外部から取り込むための取込口（不図示）、及び、熱交換後の空気を外部に放出するための放出口（不図示）を有する。尚、図１ではケーシング２の一例として、水平断面形状が略四角形状のものを示しているが、ケーシング２の形状は、これに限られない。

複数の伝熱管４の各々は、熱交換器用伝熱管であり、空気と熱交換するための媒体３が流れる中空空間８を有する配管部材である（図２を参照）。伝熱管４は熱伝導性に優れた材料（例えば金属材料）から形成され、伝熱管４の外側に存在する空気と、中空空間８を流れる媒体３とが熱交換可能に構成される。熱交換器１が冷房として機能する場合、中空空間８を流れる媒体３は、ケーシング２に取り込まれる空気より低温であり、熱交換によって当該空気を冷却する。熱交換器１が暖房として機能する場合、中空空間８を流れる媒体３は、ケーシング２に取り込まれる空気より高温であり、熱交換によって当該空気を加熱する。

図２に示すように、伝熱管４は、例えば、中空空間８を有する管形状のチューブ本体５と、チューブ本体５の外表面上に熱交換を促進するために設けられたフィン７とを備えるフィンチューブである。より具体的には、伝熱管４は、チューブ本体５の延在方向に対して垂直な複数のフィン７が、チューブ本体５の延在方向に沿って配列された、いわゆるクロスフローフィンチューブである。

送風機６は、熱交換対象となる空気を外部からケーシング２に取り込んで伝熱管４に供給するとともに、伝熱管４による熱交換後の空気をケーシング２から外部に放出するためのデバイスである。送風機６は、例えば遠心型送風機であり、図１ではケーシング２内の略中央部に設置されている。送風機６が駆動されると、ケーシング２の取込口（不図示）から熱交換対象となる空気が外部からケーシング２内に取り込まれ、伝熱管４に供給される。伝熱管４によって媒体３と熱交換された空気は、ケーシング２の放出口（不図示）から外部に放出される。

ケーシング２内には、複数の伝熱管４が互いに平行に延在しながら送風機６を囲むように収容される。複数の伝熱管４は、送風機６に対して外側に設けられた第１伝熱管４Ａと、第１伝熱管４Ａより内側に設けられた第２伝熱管４Ｂとを含む。本実施形態では、ケーシング２内に２本の伝熱管４が収容される場合を例示しているが、３本以上の伝熱管４が収容されてもよい。

また図１では、複数の伝熱管４の各々に対して不図示の媒体供給源から媒体３が供給され、それぞれの中空空間８を介して不図示の媒体排出先に向けて排出されるように媒体３の流路が示されているが、これは一例に過ぎない。例えば、複数の伝熱管４の各々における媒体３の流れ方向は、互いに平行であってもよいし、互いに反対であってもよい。また複数の伝熱管４の各々の流路は互いに独立していてもよいし、互いに連通していてもよい。後者の場合、例えば、第１伝熱管４Ａ及び第２伝熱管４Ｂは互いに直列に連通していてもよいし、互いに並列に連通していてもよい。

熱交換器１は、ケーシング２内において、このような複数の伝熱管４が互いに平行に延在しながら、送風機６を囲むように、且つ、ケーシング２の内壁と干渉しないように効率的なレイアウトで収容されることで、優れた熱交換性能を有する。具体的には、図１に示すように、複数の伝熱管４の各々は、略直線形状の管部材が位置Ｐ１～Ｐ４において曲げ加工が実施されることにより、直線部１０及び湾曲部１２を含む形状を有する。湾曲部１２は、複数の伝熱管４の配列方向ｂ（図４を参照）が曲率半径方向になるように湾曲される。

（伝熱管の成形方法）
続いて、熱交換器用伝熱管である前述の伝熱管４の成形方法について説明する。図３は一実施形態に係る伝熱管の成形方法を示すフローチャートであり、図４Ａ～図４Ｃは図３の伝熱管の成形方法が実施される様子を段階的に示す模式図である。

まず成形対象となる複数の管部材４´を用意し、これらを互いに平行に配列する（ステップＳ１０）。具体的には、曲げ加工が実施されることにより第１伝熱管４Ａに成形される第１管部材４Ａ´と、曲げ加工が実施されることにより第２伝熱管４Ｂに成形される第２管部材４Ｂ´とが用意される。第１管部材４Ａ´及び第２管部材４Ｂ´は、略直線形状を有する点を除いて、それぞれ上述の第１伝熱管４Ａ及び第２伝熱管４Ｂと略同じ構成を有する。第１管部材４Ａ´及び第２管部材４Ｂ´は、各々の延在方向ａが揃えられるように、所定の配列方向ｂに沿って配列される。

続いて複数の管部材４´に対して曲げ加工を実施する位置Ｐを設定する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１で設定される位置Ｐは、完成品である複数の伝熱管４の形状に基づいて設定される。本実施形態では、図５を参照して後述するように、図１に示す伝熱管４の湾曲部１２に対応する位置Ｐ１～Ｐ４が設定される。

図４Ａでは、本成形方法を実施するための成形装置１４を用いて、複数の管部材４´が互いに平行に配列された状態で安定的に固定されている様子が示されている。成形装置１４は、互いに平行に配列された複数の管部材４´を、ステップＳ１１で設定された位置Ｐの両側においてそれぞれクランプすることにより固定可能なスライド板１４ａ及び曲げ板１４ｂを備える。

続いてステップＳ１１で設定された位置Ｐに対して、図４Ｂに示すように、配列方向ｂの一方側から第１曲げ型２０を当接させる（ステップＳ１２）。第１曲げ型２０は、完成品である複数の伝熱管４の湾曲部１２に対応する当接面２２を有し、ステップＳ１２では当接面２２が管部材４´に対して配列方向ｂの一方側から接触するように、第１曲げ型２０が操作される。尚、第１曲げ型２０の詳細構成については後述する。

続いて複数の管部材４´の配列方向ｂの他方側から荷重を印加することにより、曲げ加工を実施する（ステップＳ１３）。図４Ｃに示すように、スライド板１４ａ及び曲げ板１４ｂは、第１曲げ型２０とは反対方向から複数の管部材４´を支持しており、スライド板１４ａに対して曲げ板１４ｂを相対的に回動することにより、複数の管部材４´に対して他方側から荷重が印加される。その結果、複数の管部材４´には第１曲げ型２０の当接面２２に対応する湾曲部１２が形成され、曲げ加工が完了する。

図１及び図２に示す複数の伝熱管４は、このような成形方法を複数の管部材４´に対して繰り返し実施されることにより成形可能である。図５は略直線形状を有する複数の管部材４´に対して伝熱管の成形方法を繰り返し実施することで複数の伝熱管４が成形される過程を段階的に示す模式図である。

図４では、まず略直線形状を有する複数の管部材４´のうち最も端部に近い位置Ｐ１に対して、スライド板１４ａ及び曲げ板１４ｂをセッティングすることで複数の管部材４´を固定する（ａ）。そして、位置Ｐ１に対して配列方向ｂの一方側から第１曲げ型２０を当接させながら曲げ板１４ｂをスライド板１４ａに対して相対的に回動することにより、１回目の曲げ加工を実施する（ｂ）。続いて、位置Ｐ１に隣り合う次の位置Ｐ２に対してスライド板１４ａ及び曲げ板１４ｂを移動し（ｃ）、位置Ｐ２に対して配列方向ｂの一方側から第１曲げ型２０を当接させながら曲げ板１４ｂをスライド板１４ａに対して相対的に回動することにより、２回目の曲げ加工を実施する（ｄ）。

続いて、位置Ｐ２に隣り合う次の位置Ｐ３に対してスライド板１４ａ及び曲げ板１４ｂを移動し（ｅ）、位置Ｐ３に対して配列方向ｂの一方側から第１曲げ型２０を当接させながら曲げ板１４ｂをスライド板１４ａに対して相対的に回動することにより、３回目の曲げ加工を実施する（ｆ）。続いて、位置Ｐ３に隣り合う次の位置Ｐ４に対してスライド板１４ａ及び曲げ板１４ｂを移動し（ｇ）、位置Ｐ４に対して配列方向ｂの一方側から第１曲げ型２０を当接させながら曲げ板１４ｂをスライド板１４ａに対して相対的に回動することにより、４回目の曲げ加工を実施する（ｈ）。

このように４つの位置Ｐ１～Ｐ４に対してそれぞれ前述の成形方法を実施することで、図１に示す形状を有する複数の伝熱管４が成形される。

（第１曲げ型の構成）
続いて上述の成形方法に用いられる第１曲げ型２０の構成について説明する。図６は一実施形態に係る第１曲げ型２０の構成を示す図であり、図７は図６の当接面２２の表面形状を幾何学的に示す図である。

第１曲げ型２０は、成形方法の実施時に成形対象である管部材４´に接触可能な当接面２２と、当接面２２に隣接する直線部２４とを含む。当接面２２は、円弧部２６と、クロソイド部２８とを含む。

円弧部２６は、第１曲げ型２０が管部材４´に当接した際に、管部材４´の延在方向に沿って一定の曲率（曲率半径Ｒ１）を有し、曲率中心Ｍに対して曲率半径Ｒ１を有し、周方向長さｄＬを有する。

クロソイド部２８は、第１曲げ型２０が管部材４´に当接した際に、管部材４´の延在方向に沿って曲率Ｒ２が一定の割合で変化するクロソイド形状を有する。クロソイド部２８の一端側は円弧部２６に隣接するとともに、他端側は直線部２４に隣接することにより、クロソイド部２８の曲率は、円弧部２６の曲率から直線部２４の曲率（＝略ゼロ）まで一定の割合で変化する（これに伴い、クロソイド部２８の曲率半径Ｒ２もまた一定の割合で変化する）。このようなクロソイド部２８は、円弧部２６の曲率中心Ｍに対して周方向長さＬを有する。

クロソイド部２８の形状は、図７に示すように、直線部２４に沿った第１方向Ｘ、及び、第１方向Ｘに垂直な第２方向Ｙにそれぞれ沿った長さＬＸ、ＬＹによって規定される。クロソイド部２８の長さＬＸ、ＬＹの設計は、例えば以下のように行うことができる。

まず円弧部２６の曲率中心Ｍに対する周方向長さｄＬは、円弧部２６の曲率半径Ｒ１、及び、円弧ｄＬの中心角ｄτを用いて、次式で表される。
ｄＬ＝Ｒ１・ｄτ （１）
また円弧部２６の第１方向Ｘに沿った長さｄＸ、第２方向Ｙに沿った長さｄＹは、円弧部２６とクロソイド部２８との境界位置Ｂにおける接線角τを用いて、それぞれ次式で求められる。
ｄＸ＝ｄＬｃｏｓτ （２－１）
ｄＹ＝ｄＬｓｉｎτ （２－２）
ここでＲＬ＝Ａ^２とすると、円弧部２６の曲率半径Ｒ１は以下のように求められる（Ａはクロソイドの定数で、Ａ＝１のとき単位クロソイドとなる）。
ｄＬ＝Ａ^２／Ｌ・ｄτ

上記（１）式及び（３）式を（２）式に代入すると、クロソイド部２８の長さＬＸ、ＬＹは、以下のように求められる。

このように規定される第１曲げ型２０の形状は、熱交換器１の仕様に応じて設定される種々の制約条件を満たすように調整される。図８は第１曲げ型２０の形状に関する調整方法を示すフローチャートである。

まず形状の調整対象となる第１曲げ型２０に代わりに第２曲げ型を用いて前述の成形方法を実施した際に、加工対象である管部材４´が受ける面圧分布を求める（ステップＳ２０）。ステップＳ２０で用いられる第２曲げ型は、一定の曲率（曲率半径Ｒ１）を有する円弧部のみからなる当接面２２を有し、その他の特徴を第１曲げ型２０と共通する検証用の曲げ型である。すなわち、第２曲げ型は、実質的に第１曲げ型２０の当接面２２からクロソイド部２８を除いたものと同等である。

図９は図８のステップＳ２０で求められる面圧分布を、第２曲げ型の当接面における曲率分布とともに示す図である。図９に示すように、第２曲げ型は、境界位置Ｂの一方側では、一定の曲率を有する円弧部のみからなる当接面を有し、境界位置Ｂの他方側では曲率が略ゼロである直線部を有する。境界位置Ｂの近傍では、当接面と直線部との間で曲率が不連続に（急激に）変化している。そのため、第２曲げ型を用いて成形方法を実施した場合、境界位置Ｂの近傍において局所的に大きな面圧のピークＰ_ｐｅａｋが生じている。このように局所的に大きな面圧が管部材４´に作用すると、曲げ加工時に管部材４´に潰れや破損をもたらす、また表面に設けられた放熱用のフィン７の座屈による横倒れなどの不具合をもたらすことがある。

尚、ステップＳ２０における面圧分布は、実際に管部材４´に対して第２曲げ型を用いた成形方法を実施することで実測してもよいが、実測を伴わないシミュレーションによって実施されてもよい。

続いてステップＳ２０で求めた面圧分布に基づいて第１曲げ型２０を当接する位置Ｐを設定する（ステップＳ２１）。図１０は第１曲げ型２０の曲率分布を、図８のステップＳ２０で求めた面圧分布とともに示す図である。図１０に示すように、ステップＳ２１では、第１曲げ型２０が当接する位置Ｐは、ステップＳ２０で求めた面圧分布に含まれる面圧の最大ピークＰｐｅａｋがクロソイド部２８に含まれるように設定される。特に図１０の例では、ステップＳ２０で求めた面圧分布に含まれる面圧の最大ピークＰｐｅａｋが、クロソイド部２８の中点Ｃに一致するように、第１曲げ型２０が当接する位置Ｐが設定される。

続いてステップＳ２１で設定された位置Ｐに第１曲げ型２０を当接させて曲げ加工を実施し（ステップＳ２２）、予め設定された制約条件を満足するか否かを判定する（ステップＳ２３）。ステップＳ２２における第１曲げ型２０を用いた曲げ加工は、実際の管部材４´に対して行ってもよいが、実体を伴わないシミュレーションによって実施してもよい。

ステップＳ２３では、ステップＳ２２で実施された曲げ加工が、予め設定される制約条件を満たすか否かが判定される。制約条件は、例えば、熱交換器１に要求される仕様に基づいて、様々の観点から設定可能である。本実施形態では、一例として、以下の２つ制約条件（第１制約条件、及び、第２制約条件）が判定される場合について説明する。

第１制約条件では、曲げ加工時に管部材４´に印加される荷重が、予め設定された閾値を超えないことである。当該閾値は、例えば、管部材４´に設けられたフィン７（図２を参照）に座屈や倒れ等の不具合が発生する荷重閾値であり、所定の裕度を含んで設定されてもよい。このような第１制約条件を満たすように曲げ加工を行うことで、成形後の伝熱管４に不良が生じることを防止することができる。
第２制約条件では、曲げ加工によって成形された伝熱管４がケーシング２と干渉しないことである。図１に示すように、成形後の伝熱管４はケーシング２に収容され、その際、ケーシングの内壁との間に所定の隙間が確保されるように設計される必要がある。

ステップＳ２３で制約条件が満足されると判定された場合（ステップＳ２３：ＹＥＳ）、ステップＳ２２で用いた第１曲げ型２０の仕様が採用される（ステップＳ２４）。一方、ステップＳ２３で制約条件が満足しないと判定された場合（ステップＳ２３：ＮＯ）、第１曲げ型２０の設計パラメータの少なくとも一部を調整し（ステップＳ２５）、処理をステップＳ２２に戻す。そして、調整後の設計パラメータに基づいた第１曲げ型２０を用いた曲げ加工に基づいて、再び制約条件の判定が行われる。このようなループは制約条件を満足する設計パラメータが見つかるまで繰り返される。

ステップＳ２５では、調整対象となる設計パラメータとして、円弧部２６の曲率半径Ｒ１、又は、クロソイド部２８の周方向長さＬの少なくとも一方が選択される。例えば第１制約条件を満たさない場合（すなわち曲げ加工時に作用する荷重が閾値を超える場合）、円弧部２６の曲率半径Ｒ１が大きくなるように、設計パラメータを調整してもよい。この場合、円弧部２６の曲率半径Ｒ１が大きくなることで、クロソイド部２８における曲率の変化割合が小さくなり、管部材４´が第１曲げ型２０から受ける面圧をより低減できる。また第２制約条件を満たさない場合（すなわち曲げ加工によって成形された伝熱管４がケーシング２の内壁と干渉してしまう場合）、円弧部２６の曲率半径Ｒ１、及び、クロソイド部２８の周方向長さＬのバランスを調整することにより、成形後の伝熱管４のサイズが適切な範囲になるように設計パラメータを調整してもよい。

（伝熱管の詳細構成）
熱交換器１が備える複数の伝熱管４は、上述したように、複数の管部材４´に対して前述の成形方法を実施することにより成形される。ここで前述の成形方法によって成形された伝熱管４の詳細構成について説明する。図１１は図１の伝熱管４の湾曲部１２近傍の拡大図である。

複数の伝熱管４が有する湾曲部１２は、第１曲げ型２０の当接面２２に対応する円弧部４０及びクロソイド部４２を含む。これは、上述したように、成形方法では第１曲げ型２０を管部材４´に対して当接しながら荷重を印加することで、伝熱管４の湾曲部１２には、第１曲げ型２０の当接面２２に含まれる円弧部２６とクロソイド部２８に対応するように、円弧部４０及びクロソイド部４２を含む湾曲形状が成形されるためである。

伝熱管４の湾曲部１２に含まれる円弧部４０は、第１曲げ型２０の当接面２２に含まれる円弧部２６に対応する形状を有し、略等しい一定の曲率（曲率半径Ｒ１）を有する。また伝熱管４の湾曲部１２に含まれるクロソイド部４２は、第１曲げ型２０の当接面２２に含まれるクロソイド部２８に対応する形状を有し、略等しい曲率（曲率半径Ｒ２）を有する（クロソイド部２８の曲率は一定の割合で変化する）。このように湾曲部１２は、円弧部４０に加えてクロソイド部４２を含むことにより、円弧部４０の曲率中心Ｍに対して非対称形状を有する。

クロソイド部４２は、湾曲部１２に含まれる円弧部４０と、湾曲部１２に隣接する直線部１０との間に介在するように設けられることにより、直線部１０と湾曲部１２との間で曲率が連続的に変化するように構成される。このような湾曲部１２は、当該湾曲部１２に対応するように、円弧部２６及びクロソイド部２８を含む第１曲げ型２０を用いて成形される。第１曲げ型２０では、当接面２２において円弧部２６と直線部２４との間にクロソイド部２８が設けられることにより、湾曲部１２の成形時に第１曲げ型２０が管部材４´に当接しながら荷重が印加された際に、管部材４´に対して局所的に大きな面圧が作用することが効果的に防止される。

またクロソイド部４２の曲率は、第１曲げ型２０のクロソイド部２８に対応するように、伝熱管４の延在方向に沿って一定の割合で変化する。そのため、伝熱管４のクロソイド部４２における曲率半径Ｒ２は、円弧部４０の曲率半径Ｒ１に比べてΔｒだけ大きくなる（Δｒは伝熱管４の延在方向に沿って一定の割合で変化する）。このように湾曲部１２にクロソイド部４２が含まれることにより、湾曲部１２が円弧部４０のみから構成される場合に比べて、湾曲部１２のサイズが大きくなる。そのため、湾曲部１２が円弧部４０のみから構成される場合に比べて、円弧部４０の曲率半径をΔｒの分だけ小さくすることで、湾曲部１２にクロソイド部４２を含めた場合においても、湾曲部１２の全体サイズを抑えることができる。

伝熱管４においてクロソイド部４２が形成される範囲は、直線部１０の延在方向に平行であり曲率中心Ｍを通る第１基準線Ｌ１と、クロソイド部４２と直線部１０との境界位置Ｂと曲率中心Ｍとを通る第２基準線Ｌ２とによって規定される角度αによって規定される。角度αは、例えば、１５～４５度の範囲であることが好ましい。

図１に示す熱交換器１は、このようなクロソイド部４２を含む湾曲部１２を有する複数の伝熱管４を備える。このようなクロソイド部４２を含む湾曲部１２は、当接面２２にクロソイド部２８を有する第１曲げ型２０を用いて前述の成形方法によって成形される。そのため、成形時に管部材４´は第１曲げ型２０から局所的に大きな面圧を受けることがなく、高品質な湾曲部が成形される。熱交換器１は、このように成形された湾曲部１２を有する複数の伝熱管４を備えることで、良好な性能が得られる。

その他、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態を適宜組み合わせてもよい。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

（１）一態様に係る伝熱管（例えば上記実施形態の伝熱管４）は、
直線状に延在する直線部（例えば上記実施形態の直線部１０）と、
前記直線部に隣接する湾曲部（例えば上記実施形態の湾曲部１２）と、
を備え、
前記湾曲部は、延在方向に沿って曲率が一定の割合で変化するクロソイド部（例えば上記実施形態のクロソイド部４２）を含む。

上記（１）の態様によれば、伝熱管は、直線状に延在する直線部と、直線部に隣接する湾曲部とを備える。伝熱管の湾曲部は、伝熱管の延在方向に沿って曲率が一定の割合で変化するクロソイド部を含む。このようなクロソイド部を含む湾曲部は、例えば、略直線形状を有する管部材に対して、湾曲部に対応する当接面を備える曲げ型を配列方向の一方側から当接した状態で、他方側から荷重を印加することで曲げ加工することによって成形される。このような曲げ加工では、曲げ型の当接面にクロソイド形状が含まれることで、管部材に荷重が印加された際に、管部材が曲げ型から局所的に大きな面圧を受けることがなく、高品質な湾曲部を成形できる。伝熱管は、このように成形された湾曲部を有することで、良好な品質を有する。

（２）他の態様では上記（１）の態様において、
前記湾曲部は、一定の曲率を有する円弧部（例えば上記実施形態の円弧部４０）を含み、
前記クロソイド部は、前記直線部と前記円弧部との間に設けられる。

上記（２）の態様によれば、複数の伝熱管は円弧部及びクロソイド部を含む湾曲部を有する。このような湾曲部は、当該湾曲部に対応するように、円弧部及びクロソイド部を含む曲げ型を用いて成形される。この曲げ型では、当接面において円弧部と直線部との間にクロソイド部が設けられることにより、湾曲部の成形時に曲げ型が管部材に当接しながら荷重が印加された際に、管部材に対して局所的に大きな面圧が作用することが効果的に防止される。

（３）他の態様では上記（２）の態様において、
前記湾曲部は、前記円弧部の曲率中心に対して非対称形状を有する。

上記（３）の態様によれば、湾曲部はクロソイド部を含むことにより、円弧部の曲率中心に対して非対称形状を有する。

（４）他の態様では上記（２）又は（３）の態様において、
前記直線部の延在方向に平行であり前記円弧部の曲率中心（例えば上記実施形態の曲率中心Ｍ）を通る第１基準線（例えば上記実施形態の第１基準線Ｌ１）と、前記クロソイド部及び前記直線部の境界と前記曲率中心を通る第２基準線（例えば上記実施形態の第２基準線Ｌ２）とによって規定される角度が１５～４５度である。

上記（４）の態様によれば、第１基準線及び第２基準線との間の角度αを上記範囲にすることで、クロソイド部を含む湾曲部のサイズを適度に抑えながら、高品質な伝熱管が得られる。

（５）他の態様では上記（１）から（４）のいずれか一態様において、
外表面に径方向外側に向けて延びる複数のフィン（例えば上記実施形態のフィン７）が延在方向に沿って設けられたフィンチューブである。

上記（５）の態様によれば、伝熱管として外表面に複数のフィンが設けられたフィンチューブを用いた場合に、湾曲部におけるフィンの座屈による横倒れが好適に防止できる。

（６）一態様に係る熱交換器は、
上記（１）から（５）のいずれか一態様の伝熱管を複数備える熱交換器（例えば上記実施形態の熱交換器１）であって、
前記複数の伝熱管は、互いに平行に配列され、
前記湾曲部は、前記複数の伝熱管の配列方向（例えば上記実施形態の配列方向ｂ）が前記湾曲部の曲率半径方向になるように湾曲される。

上記（６）の態様によれば、上記態様の複数の伝熱管が、互いに平行、且つ、各伝熱管の湾曲部が、複数の伝熱管の配列方向が曲率半径方向になるように配列された熱交換器が構成される。このような熱交換器は、上記のように高品質な湾曲部を有する複数の伝熱管を備えることで、良好な性能が得られる。

（７）他の態様では上記（６）の態様において、
前記複数の伝熱管はケーシング（例えば上記実施形態のケーシング２）の略中央部に配置された送風機（例えば上記実施形態の送風機６）を囲むように構成される。

上記（７）の態様によれば、送風機を囲むように湾曲形状を有する伝熱管を備える熱交換器を好適に得られる。

（８）一態様に係る伝熱管の成形方法は、
互いに平行に配列された複数の管部材（例えば上記実施形態の複数の管部材４´）に対して、前記複数の管部材の配列方向（例えば上記実施形態の配列方向ｂ）の一方側から、第１曲げ型（例えば上記実施形態の第１曲げ型２０）を当接させる工程と、
前記複数の管部材に前記配列方向の他方側から荷重を印加することにより、前記複数の管部材に曲げ加工を実施する工程と、
を備え、
前記第１曲げ型は、前記複数の管部材に対する当接面（例えば上記実施形態の当接面２２）上に、前記管部材の延在方向に沿って曲率が一定で変化するクロソイド部（例えば上記実施形態のクロソイド部２８）を含む。

上記（８）の態様によれば、互いに平行に配列された複数の管部材に対して、配列方向の一方側から第１曲げ型を当接させた状態で、他方側から荷重を印加することで曲げ加工が行われることにより、複数の伝熱管が成形される。第１曲げ型は、複数の管部材に対する当接面上に、複数の管部材の延在方向に沿って曲率が一定で変化するクロソイド部を含む。これにより、複数の管部材には荷重印加時に第１曲げ型から受ける面圧が局所的に大きくなることが防止され、高品質な湾曲部を有する複数の伝熱管を得ることができる。

（９）他の態様では上記（８）の態様において、
当接面が一定の曲率を有する第２曲げ型を用いて前記曲げ加工を実施した場合に前記複数の管部材に生じる面圧分布に基づいて、前記複数の管部材に対する前記第１曲げ型を当接する位置を設定する。

上記（９）の態様によれば、当接面が一定の曲率を有する第２曲げ型を用いて曲げ加工を実施した場合における面圧分布に基づいて、複数の管部材に対する第１曲げ型の当接位置が設定される。

（１０）他の態様では上記（９）の態様において、
前記面圧分布において面圧が最大になる位置が、前記クロソイド部の前記延在方向に沿った中点に一致するように前記第１曲げ型を当接する位置を設定する。

上記（１０）の態様によれば、第１曲げ型の複数の管部材に対する当接位置を設定することにより、曲げ加工時に、複数の管部材に作用する面圧が局所的に大きくなることをより好適に防止できる。

（１１）他の態様では上記（８）から（１０）のいずれか一態様において、
予め設定された制約条件を満たすように、前記クロソイド部の前記延在方向に沿った長さ、及び、前記クロソイド部に隣接する円弧部（例えば上記実施形態の円弧部２６）の曲率の少なくとも一方を調整する。

上記（１１）の態様によれば、クロソイド形状の延在方向に沿った長さ、及び、円弧部の曲率の少なくとも一方を調整することにより、予め設定された制約条件を好適に満たすことができる。

（１２）他の態様では上記（１１）の態様において、
前記制約条件は、前記曲げ加工で前記管部材に印加される荷重が予め設定された閾値以下になることを含む。

上記（１２）の態様によれば、第１曲げ型の設計パラメータであるクロソイド部の延在方向に沿った長さ、及び、円弧部の曲率の少なくとも一方を調整することにより、管部材に曲げ加工を実施した際に、管部材に不良が生じることなく、良好な品質を有する伝熱管の成形ができる。

（１３）他の態様では上記（１１）又は（１２）の態様において、
前記制約条件は、成形後の伝熱管（例えば上記実施形態の伝熱管４）が熱交換器（例えば上記実施形態の熱交換器１）のケーシング（例えば上記実施形態のケーシング２）と干渉しないことを含む。

上記（１３）の態様によれば、第１曲げ型の設計パラメータであるクロソイド部の延在方向に沿った長さ、及び、円弧部の曲率の少なくとも一方を調整することにより、伝熱管がケーシングと干渉しないように、伝熱管を好適に成形できる。

（１４）一態様に係る曲げ型（例えば上記実施形態の第１曲げ型２０）は、
互いに平行に配列された複数の管部材（例えば上記実施形態の複数の管部材４´）を曲げ加工することにより、湾曲部（例えば上記実施形態の湾曲部１２）を有する伝熱管（例えば上記実施形態の伝熱管４）を成形するために用いられる曲げ型であって、
前記複数の管部材に対する当接面（例えば上記実施形態の当接面２２）上に、前記複数の管部材の延在方向に沿って曲率が一定で変化するクロソイド部（例えば上記実施形態のクロソイド部２８）を含む。

上記（１４）の態様によれば、当接面上にクロソイド部を含む曲げ型を用いて曲げ加工を行うことにより、上記各態様に係る伝熱管を好適に成形できる。

１ 熱交換器
２ ケーシング
３ 媒体
４ 伝熱管
４´ 管部材
４Ａ 第１伝熱管
４Ｂ 第２伝熱管
４Ａ´ 第１管部材
４Ｂ´ 第２管部材
５ チューブ本体
６ 送風機
７ フィン
８ 中空空間
１０ 直線部（伝熱管）
１２ 湾曲部
１４ 成形装置
１４ａ スライド板
１４ｂ 曲げ板
２０ 第１曲げ型
２２ 当接面
２４ 直線部（第１曲げ型）
２６ 円弧部（第１曲げ型）
２８ クロソイド部（第１曲げ型）
４０ 円弧部（伝熱管）
４２ クロソイド部（伝熱管）
Ｌ１ 第１基準線
Ｌ２ 第２基準線
Ｍ 曲率中心

Claims (11)

1. 互いに平行に配列された複数の管部材に対して、前記複数の管部材の配列方向の一方側から、第１曲げ型を当接させる工程と、
   前記複数の管部材に前記配列方向の他方側から荷重を印加することにより、前記複数の管部材に曲げ加工を実施する工程と、
   を備え、
   前記第１曲げ型は、前記複数の管部材に対する当接面上に、前記管部材の延在方向に沿って曲率が一定で変化するクロソイド部を含み、
   当接面が一定の曲率を有する第２曲げ型を用いて前記曲げ加工を実施した場合に前記複数の管部材に生じる面圧分布に基づいて、前記複数の管部材に対する前記第１曲げ型を当接する位置を設定する、伝熱管の成形方法。
2. 前記面圧分布において面圧が最大になる位置が、前記クロソイド部の前記延在方向に沿った中点に一致するように前記第１曲げ型を当接する位置を設定する、請求項１に記載の伝熱管の成形方法。
3. 予め設定された制約条件を満たすように、前記クロソイド部の前記延在方向に沿った長さ、及び、前記クロソイド部に隣接する円弧部の曲率の少なくとも一方を調整する、請求項１又は２に記載の伝熱管の成形方法。
4. 前記制約条件は、前記曲げ加工で前記管部材に印加される荷重が予め設定された閾値以下になることを含む、請求項３に記載の伝熱管の成形方法。
5. 前記制約条件は、成形後の伝熱管が熱交換器のケーシングと干渉しないことを含む、請求項３又は４に記載の伝熱管の成形方法。
6. 前記クロソイド部は、前記第２曲げ型を用いて前記曲げ加工を実施した場合に、前記複数の管部材に生じる面圧分布に含まれるピークが生じる位置に設けられる、請求項１から５のいずれか一項に記載の伝熱管の成形方法。
7. 前記伝熱管は、
   直線状に延在する直線部と、
   前記直線部に隣接する湾曲部と、
   を備え、
   前記湾曲部は、延在方向に沿って曲率が一定の割合で変化するクロソイド部を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の伝熱管の成形方法。
8. 前記湾曲部は、一定の曲率を有する円弧部を含み、
   前記クロソイド部は、前記直線部と前記円弧部との間に設けられる、請求項７に記載の伝熱管の成形方法。
9. 前記湾曲部は、前記円弧部の曲率中心に対して非対称形状を有する、請求項８に記載の伝熱管の成形方法。
10. 前記伝熱管は、前記円弧部に隣接する直線部の延在方向に平行であり前記円弧部の曲率中心を通る第１基準線と、前記クロソイド部及び前記クロソイド部に隣接する前記直線部の境界と前記曲率中心を通る第２基準線とによって規定される角度が１５～４５度である、請求項８又は９に記載の伝熱管の成形方法。
11. 前記伝熱管は、外表面に径方向外側に向けて延びる複数のフィンが延在方向に沿って設けられたフィンチューブである、請求項７から１０のいずれか一項に記載の伝熱管の成形方法。

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