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精密加工

熱交換器の小型・軽量・省エネ化に向け熱交換器内に配置されるパイプの微細加工技術を確立

大阪府

株式会社CKU

2020年3月19日更新

プロジェクトの基本情報

プロジェクト名 極細管加工技術を用いたマイクロチャンネル熱交換器の小型化・軽量化の研究
基盤技術分野 精密加工
対象となる産業分野 環境・エネルギー、自動車、スマート家電
事業化状況 実用化に成功し事業化に向けて取り組み中
事業実施年度 平成22年度~平成23年度

プロジェクトの詳細

事業概要

電機機器や自動車に使われる熱交換器は体積、重量が大きいため、これらの商品の小型化や軽量化、省エネ化を進める上で大きな障害となっている。これを解決する一方法は、より細く、薄く加工したパイプを、より多く熱交換器内に配置し、熱交換率を向上させることであるが、現在の加工技術は十分ではない。本事業では切削加工、金属プレス加工技術を高度化し、極細管を量産する技術を確立し、小型軽量・省エネ型熱交換機を開発する

開発した技術のポイント

切削加工、金属プレス加工技術の高度化により極細管を量産する技術を確立し、小型軽量・省エネ型熱交換機を開発する
・切削加工の高度化→パイプの肉厚を3mm→50µm以下に、低コスト加工を可能に
・金属プレス加工の高度化→穴間のピッチをヘッダー厚みの半分以下に

(新技術)
(特徴)
・切削加工
-金属・非金属に関係なくパイプの肉厚を極薄化することが可能
・割れやすいセラミックパイプを外径2mmで肉厚0.5mmの加工が可能
-材料の熱伝導率が性能に影響しないほど薄肉化が可能となり、熱交換器の効率を向上
させることが可能
・金属プレス加工
-板厚が穴と穴との隙間の3倍程度まであけることが可能
-穴径が小さくても深穴をあけることが可能
-ドリル加工、レーザー加工等低コストでの穴あけが可能
-熱交換器の伝熱部であるパイプを細径化でき、同時に狭ピッチで配列することが可能となり、大幅に高性能化が図れる

具体的な成果

・切削加工技術の高度化
-切削研磨加工に関する各種パラメーターを最適化し、φ3mm程度のパイプの肉厚を0.25~0.08mm程度まで薄肉化させ、熱交換器の伝熱管を70%程度軽量化させた
-通常の切削研磨加工比で10倍以上のパイプ加工速度を実現
-パイプ内部にスプリングコイルを挿入・接合し、コイル表面積を伝熱面積とするとともにパイプ内部に流れる作動流体を乱流化させ、単位面積当たりの熱伝達率を上げることに成功
・金型プレス技術の高度化
-順送金型での加工では、板厚と同一の穴ピッチならば、形状を保持したまま打ち抜くことが可能
-金型の設計変更をして、全ての穴を同時に3段階で打ち抜くと、板厚の80%の穴ピッチは問題なく打ち抜くことができた
-金型を変更しファインブランキング方式にて加工したところ、目標の板厚の50%の穴ピッチの加工に成功。量産化に向け独自工程を加え、ヘッダー板厚を穴ピッチの3倍まで安定的に生産する方法を確立

実用化・事業化の状況

事業化状況の詳細

・H24年度の実用化に成功。川下メーカーと共同開発を実施中
・パイプ内部に螺旋フィンを入れたシェルアンドチューブ熱交換器、メーカーと共同開発中の熱交換器の試作機あり

製品・サービスのPRポイント

・強度向上-パイプを用いた熱交換器は、現在のプレートタイプの熱交換器と比べ強度が高く、繰り返し応力に対しても安定的な強度を保つ
・軽量化-パイプ形状のため伝熱壁をより薄くしても強度が保てるので、伝熱効果をより高くでき、同時に軽量化が図ることができる
・低コスト化-軽量化により材料コストを削減することができる

今後の実用化・事業化の見通し

自動車・家電メーカーと共同開発を展開中
・川下企業へ試作品を提供し、先方での評価結果をシミュレーションに落とし込み、再設計を実施。現在性能評価を実施してもらっている
・性能の評価とともに、実用化に対応できる形状の追及が必要(自動車、家電メーカーと共同開発を行っており、振動テストや経年劣化等シミュレーションによる最適形状を追求している)
・H25年度でメーカー側での必要スペックを満たす製品を決定し、当該メーカーの最終製品に搭載されることを目指す

プロジェクトの実施体制

サポイン事業者 株式会社CKU
事業管理機関 学校法人立命館
研究等実施機関 株式会社成光プレシジョン
学校法人立命館

サポイン事業者 企業情報

企業名 株式会社CKU
事業内容 熱交換器の設計・試作開発
本社所在地 〒596-0813 大阪府岸和田市池尻町348-4
ホームページ http://www.ck-unit.com
連絡先窓口 取締役副社長 谷川茂利
メールアドレス tanigawa@ck-unit.com
電話番号 090-5164-0508