金属波纹管及其制造的方法、以及用于高压流体的挠性管技术

金属波纹管的波纹状管壁１中的脊部２和凹部３的横截面形状被形成为Ｖ形状。结果，与传统的相比，可以提供具有显著改良的弯曲疲劳抗力的金属波纹管。此外，通过此金属波纹管和覆盖所述管的外部的管状金属编织物，可以构成用于本发明专利技术的高压流体的挠性管。结果，超过２０ＭＰａ的高压流体，特别是当７０ＭＰａ的超高压流体可以不用透过流体的分子而进行安全传输。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属波纹管及其制造方法，以及使用所述波纹管的用于高压流体的挠性管。所述用于高压流体的挠性管被用于供给或者传输用于氢燃料电池的高压流体，例如高压氢气等。
技术介绍
由于金属波纹管是具有波纹状管壁并允许膨胀/收缩、屈折和弯曲的金属管，它们用于吸收在诸如工业设备和装置中的可移动管道系统、钢厂的管道系统、石油冶炼、石油化工、发电和其它核心工业等中的诸如热膨胀/收缩、振动、抗震性、吸震、地面沉降等的位移的目的。金属波纹管(此后简称为“波纹管”)传统上通过设置多个挤压为特定的截面形状的盘、并焊接相邻的盘的内周和外周而形成。但是，由于此方法涉及较大量的制造步骤，并不适于大规模制造，所获得的金属波纹管价格昂贵，并且当应力施加到焊缝上时，断裂和裂纹可能在所述部分上发生，并且持久性不能满足。因此，由金属管(基管)来制造波纹管的方法被研发。作为这样的方法的示例，液压成形方法、弹性体成形方法、连续模成形方法等可以被提及。液压成形方法是这样的方法其中圆形模具在金属管的外周内以恒定的间隙上安置，液体填充在此状态中的管中，金属管的管壁被加压以形成为波纹管状。此外，弹性体成形方法是这样的方法其中包括将弹性部件(弹性体)插入到金属管中的预定部分，所述金属管被设置在成形模和芯部金属之间；从两端(管的纵向方向上的两个端部)对所述弹性部件加压以通过弹性部件的加压变形力而膨胀金属的预定的位置；然后在成形模中压力成形所述被膨胀的部分的加工被反复进行，同时在金属管的纵向方向上移动成形部分以形成波纹管。连续模成形方法是这样的方法其中金属管经过插入其间的轴承而通过配合到模具保持架的褶皱成形模，以偏心支持管的中心和模具的中心，模具的凸起被插入到金属管中，同时围绕管的中心旋转皱褶成形模以连续成形圆周槽，从而形成波纹形状的管壁。这些方法的细节在下面的现有技术文件1中进行了描述。同时，使用金属波纹管近年来有发展的趋势，因此，期望对金属波纹管的柔韧性进行进一步改良，尤其是重复的弯曲变形的持久性的进一步改良(即弯曲疲劳抗力)。但是，使得金属波纹管的弯曲疲劳抗力的充分改良的技术到目前为止还没有被完全建立。另一方面，作为对金属波纹管的将来的非常重要的应用，存在这样的一种使用其中必须传输诸如氢燃料电池的高压流体。氢燃料电池是其中从外部供给的作为燃料的氢气和氧气(通常是空气中的)在所述电池中进行电化学反应以产生电的装置。由于只有热和蒸汽通过来自所述电池中的电化学反应的副产品所产生，氢燃料电池作为不污染全球环境的清洁能源吸引了注意。特别地，诸如设有氢燃料电池作为驱动力的动力源的客车和巴士的运输装置(称为燃料电池车辆)作为运输的下一代装置而言是非常重要的，并且它们的实际应用的不同技术已经被研发(参看，诸如下述的现有技术文件2)。现有技术文件1“Sosei To Kakou(Journal of the Japan Societyfor Technology of Plasticity)，Vol.32，No.366(1991-7)，pp.818-823现有技术文件2日本未审查专利出版物No.2003-086213。为了将不同的燃料电池车辆带入到社会的实际的应用中来，成了将燃料电池本身安装到车辆上的技术之外，需要用于将氢气提供给燃料电池车辆的装备，诸如汽油站。这样的氢气供给装备，是“氢气供给站”、“氢站”等的别名，正在进行实际应用的调查。但是，本专利技术人调查了上述氢气供给装备，发现用于从固定到供给设备的存储箱供给氢气到燃料电池车辆用的可变形软管没有被彻底的研究并存在问题。所述问题是从将被供给的氢气是传统上没有发现的高压气体的事实所引起的。传统上，有一些情况是其中被压缩的天然气被用作车辆用的燃料气体，在这种情况下，气压大约是20MPa(200atm)。相对比而言，用作氢燃料电池的氢气是诸如25MPa(大约250atm)和35MPa(大约350atm)的更高压力，在将来70MPa(大约700atm)的超高压上的供给也要考虑。为了从固定的气箱中将高压氢气供给到不同尺寸的车辆(此外，车辆的停止位置也会变化)，作为介体的挠性管是必须的。作为传统上大约20MPa等的高压气体供给用的挠性管，通过容纳金属线所强化的树脂管和其中长度通过覆盖金属编织物而受到限制的金属波纹管可以被提及。但是，为了供给用作氢燃料电池的高压氢气，上述的树脂管是不利的，因为氢气通过管壁。同样，上述的金属波纹管没有被形成用于供给高达70MPa的超高压气体；由于来自气体填充和释放的反复膨胀/收缩，管体的周向方向内的应力的重复的动作、来自重复弯曲变形管的弯曲疲劳等，金属疲劳可能在波纹管部分发生，并且所述管可能断裂。同样，没有对金属编织物的涂层进行改良，并且所述管可能断裂。这些问题是不仅在氢燃料电池中的高压氢气供给的情况中，而且在其它的超高压的流体的供给中也同样会出现的问题。
技术实现思路
因此，本专利技术的第一目的是提供一种与传统的产品相比具有充分改良的弯曲疲劳抗力的金属波纹管及其制造方法。同样，本专利技术的第二目的是提供一种挠性管，其可以安全地用于传输超过20MPa(尤其是在70MPa的超高压时)的高压流体，而不透过流体的分子。本专利技术人通过对实现上述目标进行了广泛的研究，发现在提高金属波纹管的弯曲疲劳阻力中，减小波纹状管壁中的波纹的节距是有效的，基于此发现的进一步调查，结果开发了本专利技术的金属波纹管及其制造方法。此外，本专利技术人通过使用根据本专利技术的金属波纹管，并增加了用于抑制所述金属波纹管的伸长的编织物的强度，而成功构造能够进行安全传输而没有透出的挠性管，即使是在如上所述的超高压流体的情况下。即，本专利技术具有下述特征(1)一种金属波纹管，其中波纹形状的管壁的脊部和凹部的横截面是V形。(2)如上(1)的金属波纹管，其中波纹管的节距是1.5mm或者更小，脊部的高度是0.5-4.0mm。(3)如上(2)的金属波纹管，其中波纹状的管的壁厚度是0.1-0.3mm。(4)如上(1)—(3)任一的金属波纹管，其中所述管具有4.5-20mm的外径。(5)一种制造金属波纹管的方法，包括准备金属波纹基管，其中波纹状管壁的脊部和凹部的横截面形状是U形，在纵向方向上压缩所述基管以使相邻的波纹状管壁的脊部和凹部彼此相紧密接触，进一步压力成形所述管，直到各脊部的内部空间和相邻脊部之间的空间通过挤压而基本消失，然后在挤压成形之后在管的纵向方向上拉伸所述基管直到相邻的脊部的顶点至顶点(peak to peak)间隙达到预定的距离。(6)如上(5)所述的制造方法，其中在压力成形之后的上述基管的管的纵向方向上拉伸之后，相邻脊部之间的顶点至顶点间隙是1.5mm或者更小，脊部的高度是0.5-4.0mm。(7)一种用于高压流体的挠性管，能够传输70MPa的高压流体，并包括金属波纹管和覆盖所述管的外部的管状金属编织物，其中金属波纹管被形成，这样波纹状管的脊部和凹部具有V形横截面形状，管状金属编织物具有与金属波纹管的对应的两端分别相结合的端部，以及金属编织物部件的总的横截面面积S和金属线的材料被确定，以满足(σx cos(θ/2))/n≥F/S其中F是作用以拉伸金属波纹管的高压流体的力，S是出现在金属编织物的横截面上的金属线的横截面积，金属编织物的相交角度θ是5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属波纹管，其中波纹形状的管壁的脊部和凹部的横截面是Ｖ形。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：小泉一夫，
申请(专利权)人：株式会社ORK，
类型：发明
国别省市：JP[日本]