特許 7432847 多重管の構造および流路装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-08

(45)【発行日】2024-02-19

(54)【発明の名称】多重管の構造および流路装置

(51)【国際特許分類】

   F28D 7/10 20060101AFI20240209BHJP

   F28F 1/06 20060101ALI20240209BHJP

【ＦＩ】

F28D7/10 A

F28F1/06

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019209122

(22)【出願日】2019-10-31

(65)【公開番号】P2021071278

(43)【公開日】2021-05-06

【審査請求日】2022-10-24

(73)【特許権者】

【識別番号】593084144

【氏名又は名称】株式会社西山製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100145779

【弁理士】

【氏名又は名称】吉澤 智秋

(72)【発明者】

【氏名】橘 紀伸

(72)【発明者】

【氏名】片野 伊佐雄

(72)【発明者】

【氏名】栗原 明夫

【審査官】古川 峻弘

(56)【参考文献】

【文献】実開昭５１－１３９４６６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１３－０５３８０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２８Ｄ ７／００－７／１６

Ｆ２８Ｆ １／０６

Ｆ２４Ｈ ９／００

Ｆ１６Ｌ ９／１８－９／１９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸方向に延在する内管（１）と、
前記軸方向に延在し、前記内管に前記軸方向と直交する径方向外側から嵌め合わされる複数の外管（４，５）と、
を備え、
少なくとも前記複数の外管により、前記内管の周方向に相互に区画される複数の第１通路（６）が構成され、
前記複数の第１通路のうち前記周方向で隣接する２つの第１通路は、軸方向一端側において互いに連結され、
前記２つの第１通路は、軸方向他端側において開口部（９、１０）をそれぞれ有し、
前記軸方向に延在し、前記内管に管径方向外側から嵌め合わされ、かつ、前記外管に管径方向内側から嵌め合わされる複数の中央管（２，３）を備え、
少なくとも前記複数の中央管により第２通路（７）が構成され、
前記第２通路は、軸方向一端側において開口部（１１）を有し，軸方向他端側において開口部（１２）を有し、
複数の中央管は、第１中央管（２）と、前記第１中央管に前記径方向外側から嵌め合わさ れる第２中央管（３）とを有し、
前記第１中央管は、前記内管に接するように径方向内側に凹入する凹部と、第２中央管に接するように径方向外側に凸出する凸部とが周方向に交互に配された波形に形成され、
複数の外管は、第１外管（４）と、前記第１外管に前記径方向外側から嵌め合わされる第２外管（５）と、を有し、
前記第１外管は、前記第２中央管に接するように径方向内側に凹入する凹部と、前記第２外管に接するように径方向外側に凸出する凸部とが周方向に交互に配された波形に形成さる、
多重管の構造。

【請求項2】

前記内管は、保護対象を通す管であり、
前記第１通路は、第１流体を通す通路であり、
前記第２通路は、第２流体を通す通路である、
請求項１に記載の多重管の構造を備える、流路装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、多重管の構造および流路装置に関する。

【背景技術】

【0002】

多重管の構造は、例えば、管軸方向に延在する内管と、内管に管径方向外側から嵌め合わされる外管と、内管と外管との間の隙間である流体が通る通路と、通路の管軸方向一端部に流体を外部から通路に出し入れするための一端側連結管と、通路の管軸方向他端部に流体を外部から通路に出し入れするための他端側連結管と、を有する（例えば、特許文献１を参照）。

【0003】

内管の内部に流体が通路に通されることで、内管と外管との間で熱交換することが可能となるため、例えば、内管の内部を熱から保護することが可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００５－１８０７９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、上記特許文献１に係る多重管の構造においては、例えば、多重管の一端側を先端として、重管を所定の領域（例えば、高温環境）に挿入する場合に、一端側連結管が支障となって、所定の領域に挿入し難いという問題がある。

【0006】

本発明の目的は、所定の領域に容易に挿入することが可能な多重管の構造および流路装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するため、本発明に係る多重管の構造は、
軸方向に延在する内管（１）と、
前記軸方向に延在し、前記内管に前記軸方向と直交する径方向外側から嵌め合わされる複数の外管（４，５）と、
を備え、
少なくとも前記複数の外管により、前記内管の周方向に相互に区画される複数の第１通路（６）が構成され、
前記複数の第１通路のうち前記周方向で隣接する２つの第１通路は、軸方向一端側において互いに連結され、
前記２つの第１通路は、軸方向他端側において開口部（９、１０）をそれぞれ有している。

【0008】

本発明に係る流路装置は、
上記内管は、保護対象を通す管であり、
上記第１通路は、第１流体を通す通路であり、
上記第２通路は、第２流体を通す通路である。

【発明の効果】

【0009】

本発明における多重管の構造によれば、所定の領域に容易に挿入することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態に係る多重管の構造の側面図である。

【図2】本発明の実施形態に係る多重管の構造の軸方向断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

この発明の第１の実施形態に係る多重管の構造について図１および図２を参照して説明する。ここで、多重管の構造とは、複数の管が互いに重なるように嵌め合わされる構造において、重なり方向で隣接する複数の管を組み合わせる構造をいう。本発明の実施形態では、五つの管が互いに重なるように嵌め合わされた多重管の構造について説明する。以下の説明において、管の軸に沿う方向を「軸方向」または「管軸方向」といい、管の軸に対して直交する方向を「径方向」または「重なり方向」といい、管の軸から径方向に離れる方向を「径方向外側」、管の軸から径方向に近づく方向を「径方向内側」という。

【0012】

図１は、多重管の構造の軸方向一端側から見た側面図である。図２は、多重管の構造の軸方向断面図である。図１および図２に示すように、五重管の構造は、内管１、第１中央管２、第２中央管３、第１外管４、および、第２外管５を有している。

【0013】

図１に示すように、内管１、第１中央管２、第２中央管３、第１外管４、および、第２外管５は、径方向で互いに重なるように嵌め合わされている。

【0014】

内管１は、保護対象（例えば、光ファイバー・内視鏡等）を通す管である。内管１は、軸方向に延在している。内管１は、円形断面形状の管である。内管１の軸方向一端（図２における左端）の開口部は、耐熱ガラス１６により塞がれている。保護対象（例えば、光ファイバー・内視鏡等）は、内管１の軸方向他端側（図２における右端側）から内管１の内部に挿入される。

【0015】

第１中央管２は、図１および図２に示すように、径方向において内管１と第２中央管３との間に配置されている。第１中央管２は、軸方向に延在している。第１中央管２は、図１に示すように、管の周方向に波形に山部（凸部ともいう）と谷部（凹部ともいう）を周方向に波形に山部と谷部とを交互に配することにより波形に形成されている。山部及び谷部は同数であって、周方向に等間隔で２個以上設けられている。山部及び谷部の数は４から６個（この実施形態では６個）であることが好ましい。山部は管の周壁を径方向外方向に突出させることにより周方向に等間隔に６カ所で第２中央管３に接するように形成されている。谷部は管の周壁を径方向内方向に凹ませることにより管の周方向に等間隔に６ヵ所で内管１に接するように形成されている。

【0016】

前述の通り、山部及び谷部の数は４から６個が好ましいが、個数が多いほど、熱交換時の伝熱効果を向上させ、曲げ剛性やねじり剛性を上げることが可能となることから山部及び谷部の数は２から１０個（葉ともいう）でもよい。

【0017】

第２中央管３は、図１および図２に示すように、第１中央管２の径方向外側に配置されている。第２中央管３は、軸方向に延在している。第２中央管３は、円形断面形状の管である。

【0018】

第１外管４は、径方向において第２中央管３と第２外管５との間に配置されている。第１外管４は、軸方向に延在している。第１外管４は、図１に示すように、管の周方向に波形に山部と谷部を周方向に波形に山部（凸部ともいう）と谷部（凹部ともいう）とを交互に配することにより波形に形成されている。山部及び谷部は同数であって、周方向に等間隔で２個以上設けられている。第１中央管２と同様に、山部及び谷部の数は２から１５個であることが好ましく４から６個（この実施形態では６個）であることがより好ましい。山部は管の周壁を径方向外方向に突出させることにより周方向に等間隔に６カ所で第２外管５に接するように形成されている。谷部は管の周壁を径方向内方向に凹ませることにより管の周方向に等間隔に６ヵ所で第２中央管３に接するように形成されている。

【0019】

第２外管５は、第１外管４の径方向外側に配置されている。第２外管５は、軸方向に延在している。第２外管５は、円形断面形状の管である。

【0020】

第２外管５は、五つの管の中で、最も径方向外側に位置する。これにより、第２外管５は、その使用態様においては、所定の領域（例えば、高温環境）と接することとなる。

【0021】

第２中央管３と第２外管５との間の隙間は、第１通路６になっている。第１通路６は、図１に示すように、第１外管４によって仕切られることで、換言すれば、第１外管４の山部が径方向外側の第２外管５に接し、第１外管４の谷部が径方向内側の第２中央管３に接することで、外側第１通路６と内側第１通路６に分かれる。外側第１通路６は、第１外管４と第２外管５との間の隙間にできる通路である。内側第１通路６は、第１外管４と第２中央管３との間の隙間にできる通路である。

【0022】

内管１と第２中央管３との間の隙間は、第２通路７となっている。第２通路７は、図１に示すように、第１中央管２によって仕切られることで、換言すれば、第１中央管２の山部が径方向外側の第２中央管３に接し、第１中央管２の谷部が径方向内側の内管１に接することで、外側第２通路７と内側第２通路７に分かれる。外側第２通路７は、第１中央管２と第２中央管３との間の隙間にできる通路である。内側第２通路７は、第１中央管２と内管１との間の隙間にできる通路である。

【0023】

第１通路６は、軸方向一端側（図２における左端側）において環状板８ａによって軸方向一端側から閉ざされている。周方向で隣接する外側第１通路６および内側第１通路６は、軸方向一端側において連絡部８を介して互いに連結している。連絡部８は、第１外管４の軸方向一端部を軸方向他端部側（図２における右側）へ切り欠いた切り欠き部である。切り欠き部は、第１外管４の山部と谷部との間の中間部である斜面部に設けられる。

【0024】

外側第１通路６は、軸方向他端側（図２における右端側）において軸方向他端側へ開放された開口部９を有している。開口部９は、中継管１３ａを介して連結管１３に通じている。

【0025】

内側第１通路６は、軸方向他端側（図２における右端側）において軸方向他端側へ開放された開口部１０を有している。開口部１０は、中継管１４ａを介して連結管１４に通じている。

【0026】

第２通路７は、軸方向一端側（図２における左端側）において軸方向一端側へ開放された開口部１１を有している。第２通路７は、軸方向他端側（図２における右端側）において軸方向他端側へ開放された開口部１２を有している。開口部１２は、中継管１５ａを介して連結管１５に通じている。

【0027】

本実施の形態における流路装置は、上記の多重管の構造を備える。流路装置においては、内管１は、保護対象を通す管である。第１通路６は、第１流体（冷却液、例えば、水）を通す通路である。第２通路７は、第２流体（例えば、空気）を通す通路である。流路装置における多重管の構造の使用環境は、所定の領域（例えば、高温環境）に挿入されて用いられる。

【0028】

次に、多重管の製造方法の一例について説明する。

【0029】

多重管の材料として、例えば、銅、アルミニウム、黄銅、タングステン鋼、ステンレス鋼、クロム鋼、マンガン鋼、炭素鋼のような熱伝導率の高い材料の管や、高温環境に耐えられる金属製の管が用いられる。

【0030】

金属製の管の直径及び厚さは所定の領域（例えば、高温環境）に応じて異なる。一例としては、第２外管５は直径約３０［ｍｍ］、内管１には直径約１０［ｍｍ］の金属製の管が用いられる。また、各金属製の管の厚さは、０．５［ｍｍ］から１．２［ｍｍ］が用いられる。

【0031】

各管の製造方法の一例として、金型（ダイス）で形成された先細の穴に金属管を通して引き抜くことにより、所定の断面形状に成形される引き抜き加工が用いられる。

【0032】

次に、本発明の実施形態に係る多重管の作用および効果について説明する。

【0033】

上記実施の形態における多重管によれば、軸方向に延在する内管１と、軸方向に延在し、内管１に軸方向と直交する径方向外側から嵌め合わされる第１外管４および第２外管５と、を備え、少なくとも第１外管４および第２外管５により、内管１の周方向に相互に区画される複数の第１通路６が構成され、複数の第１通路６のうち周方向で隣接する外側第１通路６および内側第１通路６は、軸方向一端側において互いに連結され、外側第１通路６および内側第１通路６は、軸方向他端側において開口部９、１０をそれぞれ有している。これにより、多重管を、軸方向一端側を先端として所定の領域（例えば、高温環境）に挿入する場合、連結管１３、連結管１４、連結管１５が軸方向他端側にのみ配置されていることから、これらの連結管１３，１４，１５が支障になって所定の領域に挿入し難いといった課題を解決できる。また、内管１とその径方向外側の第１流体との間の熱交換により、多重管が挿入される所定の領域が高温環境であっても内管１の内部を一定以下の温度に保つことができ、内管１に通される保護対象を熱から保護できる。

【0034】

また、上記実施の形態における多重管によれば、軸方向に延在し、内管１に管径方向外側から嵌め合わされ、かつ、第１外管４に管径方向内側から嵌め合わされる第１中央管２および第２中央管３を備え、第２中央管３により第２通路７が構成され、第２通路７は、軸方向両側において開口部１１，１２を有している。これにより、内管１とその径方向外側の第２流体との間の熱交換により、および、第２流体とその径方向外側の第１流体との間の熱交換により、多重管が挿入される所定の領域が高温環境であっても内管１の内部を一定以下の温度に保つことができ、内管１に通される保護対象を熱から保護できる。また、第１中央管２および第２中央管３を備えることで、所定の領域（例えば、高温環境）から内管１を径方向でより離間させることができるため、内管１に通される保護対象を高温環境からより保護することが可能となる。また、第２通路７に第２流体（例えば空気）を流すことにより、耐熱ガラスへの熱影響（発生ガスや粉塵等）の保護対象を高温環境からさらに保護することが可能となる。

【0035】

また、上記実施の形態における多重管によれば、多重管の断面二次モーメントは、多重管を単に嵌め合わせたときと比べて、第１外管４と第１中央管２に山部及び谷部を設けることにより増加するため、曲げ剛性、ねじり剛性を上げることが可能となる。

【0036】

また、上記実施の形態における多重管によれば、第１外管４と第１中央管２の山部をそれぞれ第２外管５と第２中央管３に当接させ、谷部をそれぞれ第２中央管３と内管１に当接させることにより、多重管に対して軸方向に外力を作用させたとき、当接させた部分に摩擦力が発生するため、その外力に十分な力で対抗することが可能となる。

【0037】

また、上記実施の形態における多重管によれば、多重管の断面積は、第１外管４と第１中央管２に山部及び谷部を設けることにより増加するため、弾性率を上げることが可能となる。それにより、軸方向の大きな圧縮力や引っ張り力に対して十分に対抗することが可能な多重管となる

【0038】

また、上記実施の形態における多重管によれば、外側第１通路６の開口部９は、中継管１３ａを介して連結管１３と繋がっているため、連結管１３を通った第１流体は外側第１通路６を通り軸方向一端側における連絡部８に流れて、軸方向一端側における連絡部８で折返し内側第１通路６を通って開口部１０から中継管１４ａを介して連結管１４へ排出される。

【0039】

また、上記実施の形態における多重管によれば、第２通路７の開口部１２は、中継管１５ａを介して連結管１５と繋がっているため、連結管１５を通った第２流体（例えば空気）は、外側及び内側第２通路７を通り軸方向一端側に流れて軸方向一端側の開口部１１より外部に排出される。

【0040】

また、上記実施の形態における多重管によれば、第１外管４と第１中央管２の山部をそれぞれ第２外管５と第２中央管３に当接させ、谷部をそれぞれ第２中央管３と内管１に当接させる。これにより、第１通路６または第２通路７は、単に嵌め合わされている多重管と比べてその剛性を上げることが可能となる。また、多重管の外から伝わる振動等、あるいは、多重管の内部で生じる振動等による異音の発生を防止し、内管１の保護対象（光ファイバー・内視鏡等）の保護が可能となる。

【0041】

また、上記実施の形態における多重管によれば、第１通路６または第２通路７は、外部の温度がより高温となった場合でも、通路の間隙を大きくすることや連結管１３、連結管１４の第１流体（例えば、水）や第２流体（例えば空気）の流量を多くする等により、内管１の内部温度を制御できる。

【0042】

また、上記実施の形態における多重管によれば、軸方向一端側における連絡部８は、軸方向他端側においては、第１流体が連結管１３を通して第１通路６に挿入でき、軸方向一端側における連絡部８まで流れた後折り返して連結管１４を通して排出されることで、第１流体は第１通路６を循環できる。

【0043】

次に、本発明の実施形態に係る多重管の変形例について説明する。

【0044】

上記実施の形態においては、第１外管４の山部および谷部は軸方向に延在している。また、第１中央管２の山部および谷部は軸方向に延在している。これに対して、変形例においては、第１外管４の山部および谷部は軸回りにねじれるように螺旋状にカーブして形成される。また、第１中央管２の山部および谷部は軸回りにねじれるように螺旋状にカーブして形成される。

【0045】

変形例においては、第１外管４と第１中央管２とが山部及び谷部が螺旋状にカーブすることにより、山部および谷部に沿って流れる第１流体、第２流体の流れもカーブする。このとき、第１流体、第２流体はカーブの外側の領域に集まるように流れるため、カーブの内側の領域で第１流体、第２流体に乱流が発生しやすくなる。ねじれる角度（ねじれ角）は、媒体の乱流が発生する角度から流れに支障を来す角度の範囲の間であればどのような角度であってもよい。ねじれ角の一例としては２度から４５度であることが好ましい。ここで、ねじれ角とは、山部の頂または谷部の底の螺旋と、その上の一点を通る軸に平行な直線とがなす角である。

【0046】

変形例においては、第２外管５の外径を大きくすることなく、周壁を長くするために、第１中央管２や第１外管４に山部及び谷部を設けることによって、流路を確保し、第１流体と第１外管４、第２流体と第１中央管２とが接触する面積を広くすることができる。さらに第１外管４の谷部を第２中央管３に当接させることで熱伝導により、熱が伝わり、第１外管４と第２中央管３との熱交換を効果的に行うことが可能となる。また、第１中央管２の谷部を内管１に当接させることにより、熱が伝わりやすくなり第１中央管２と内管１の熱交換を効果的に行うことが可能となる。

【0047】

さらに、変形例においては、第１外管４と第１中央管２の山部及び谷部を螺旋状にカーブするように形成する場合には、第１通路６に第１流体を流し、第２通路７に第２流体を流した場合、流れに乱流を発生させやすくできる。媒体の乱流によって、熱移動が活発に行われることとなり、第１流体と第２流体との熱交換を効果的に行うことが可能となることで内管１の内部温度を低く保持できる。

【0048】

なお、上記実施形態および変形例では、第１通路６に第１流体（例えば水）を流し、第２通路７に第２流体（例えば空気）を流したが、多重管の用途に応じて、他の異なる流体をそれぞれ流してもよい。又、螺旋状に変形させることで長手方向（全長）において、外部からの応力に均一に耐えられる。

【0049】

以上説明した実施形態は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0050】

１ 内管 ２ 第１中央管 ３ 第２中央管 ４ 第１外管 ５ 第２外管
６ 第１通路 ７ 第２通路 ８ 連絡部 ８ａ 環状板 ９ 開口部
１０ 開口部 １１ 開口部 １２ 開口部 １３ 連結管 １３ａ 中継管
１４ 連結管 １４ａ 中継管 １５ 連結管 １５ａ 中継管 １６ 耐熱ガラス

【図1】

【図2】