JP2007046663A

JP2007046663A - 熱交換器ヘッダー管と熱交換チューブとの接続構造およびその接続方法と、熱交換体および冷却塔

Info

Publication number: JP2007046663A
Application number: JP2005230334A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Sasaki; 哲夫佐々木; Hiroshi Sugawara; 博菅原; Makoto Otaka; 大高　　誠
Original assignee: Ebara Shinwa Ltd
Current assignee: Ebara Refrigeration Equipment and Systems Co Ltd
Priority date: 2005-08-09
Filing date: 2005-08-09
Publication date: 2007-02-22

Abstract

【課題】締付け作業により確実に行えるＯ−リングによるシール構造とフランジによる固定により外観からも取付け状態が判断出来るようにする。
【解決手段】ストレート管３０に予め嵌め込まれていたＯ−リング２７をストレート管３０とフレア部２９の間に介在させ、各フランジ２１の顎を各接続管端部より内方に形成した環状の鍔に後方から掛合いし、一対のフランジ２１における対応する翼片同士を相互に接近するようにボルト３６とナット３７で締付け、Ｏ−リング２７をこのフレア部２９とストレート管３０との間で挟持し、熱交換器とヘッダー管２２を水密に接続する。
【選択図】図４

Description

この発明は熱交換器ヘッダー管と熱交換チューブとの接続構造およびその接続方法と、熱交換体および冷却塔に関する。

従前の冷却塔用ヘッダー管と冷却塔用密閉型熱交換器の接続にはユニオンナットが用いられている。このユニオンナットによる接続方法は、冷却塔用ヘッダー管と冷却塔用密閉型熱交換器のうちの片側の接続端部にユニオンねじをロウ付けし、又、もう一方の接続端部にユニオンつばをロウ付けし、このユニオンねじとユニオンつばをユニオンナットにより連結し冷却塔用ヘッダー管と冷却塔用密閉型熱交換器の接続を行っている(非特許文献１参照)。
機械用語辞典５７０頁から５７１頁「日刊工業新聞社昭和４５年１０月３０日発行」

熱交換チューブを多段配置する場合、各段の熱交換チューブと熱交換チューブの配置列は全て同じとなり、熱交換器チューブの真下に次の段の熱交換器チューブが連続して配置されるため、熱交換チューブと熱交換チューブの隙間は最上段より最下段まで同じ位置で空間となり、各段毎の間に充填材が配置されていても空間部分の冷却用散布水は熱交換チューブに接触せずに落下する事になる。又、各段の熱交換器チューブと熱交換チューブの間の位置に１段下の熱交換チューブを千鳥状に行う場合、熱交換器チューブを２種類製作し各段毎に２種類を組み合わせて配置する必要がある。
ユニオンナットによる熱交換器の配管接続方法では、ユニオンナットの締付ける力によるユニオンねじとユニオンつばとの金属同士の接触シールの為、確実に締付ける必要があり、締付け力が不足すると漏れの原因になり、強く締付ける事により管にねじり作用が与えられるおそれがあり、配管の漏れや破損原因となる。
熱交換器とヘッダー管の接続間隔はユニオンナットを締付けるに必要な工具の回せる間隔を必要とし、設計を行う際は機能や性能といった最適化の条件ではなく、配管接続上の条件を優先する必要が有る。
また、ユニオンナットによる熱交換器とヘッダー管との接続の場合、締付状態を外観より確認する事が出来ず、締め忘れのチェックが出来ない。
ユニオンナットによる熱交換器とヘッダー管との接続方法では、ロウ付け作業数と部品種類が多い。
本件発明の主目的は、ヘッダー管の分岐管と熱交換器の接続端部の形状を改良し、相互に嵌合する部分に、Ｏ―リングを挿みこむように別部品のフランジで固定することにより、前記課題を解決し、管へのねじり作用を発生しないようにし、シール部として使用しているＯ−リングの交換以外はヘッダー管の分岐管、熱交換器とフランジを、ねじれを伴わずに金属的寿命に到達するまで繰り返し使用可能とする。
更に、本件発明は、ヘッダー管の分岐管および熱交換器を最適化設計する上でヘッダー管の分岐管および熱交換器の上下配置間隔を従来構造より半分以下の狭い間隔で接続可能とし、構造体によっては小型化・少スペース化・高効率化を図ることをその他の目的とする。

加えて、本件発明は、作業上より確実に行えるＯ−リングによるシール構造とフランジによる固定により外観からも取付け状態が判断出来るようにすることを別の目的とする。
更に、本件発明は、ヘッダー管の分岐管と熱交換器における接続端面はプレス加工により、同一形状の量産加工を可能とし、挟み込むＯ−リングのつぶし量をフランジの完全に締付けた状態で全て同一とし、フランジとフランジの隙間を外観より確認する事で締付け状態を判断することが出来るようにすることを目的とする。
本件発明は、ヘッダー管の分岐管と熱交換器における接続端面加工はこの接続部のプレス加工により別部品を不要とし、各フランジをヘッダー管の分岐管と熱交換器へは固定せず挿入のみとする事で、ロウ付け等の作業を解消し、ロウ付け専門技術者も要することなく、簡易にヘッダー管と熱交換器の接続を構成することをも目的とする。

前記課題を解決するために、特定発明は、熱交換器ヘッダー管と熱交換チューブのうち、双方の接続端部より内方には夫々環状の鍔が形成され、一方の接続部の前記鍔より先端は径がテーパ状に大きいフレア部に形成され、他方の接続部の先端は、前記フレア部内に嵌合可能な径に縮径したストレート管に形成してあり、前記ストレート管とフレア部の間にＯ−リングが介在させてあり、各接続端部にはその軸線方向に変位可能にプレート状のフランジの中央穴が嵌合させてあり、前記鍔に背面から掛合いする環状の顎と、この中央穴から直径方向外側に張り出した一対の翼片が前記各フランジに形成してあり、前記一対のフランジにおける対応する前記翼片同士を相互に接近するように締付け、前記Ｏ−リングをこのフレア部と前記ストレート管の外面との間で挟持し、双方の接続端部同士が水密に接続されていることを特徴とする熱交換器ヘッダー管と熱交換チューブとの接続構造とする。

前記課題を解決するために、関連発明は熱交換器ヘッダー管と熱交換チューブを接続するには、両方の接続端部に予めフランジを１個宛てはめ込み、一方の接続部の鍔より先端に形成した径がテーパ状に大きいフレア部内に他方の接続部の鍔の先端に形成したストレート管を嵌合し、このストレート管に予め嵌め込まれていたＯ−リングを前記ストレート管とフレア部の間に介在させ、この状態で、一対のフランジを対応する接続端部に沿い移動させ、各フランジの顎を各接続端部より内方に形成した環状の鍔に後方から掛合いし、前記一対のフランジにおける対応する前記翼片同士を相互に接近するように締付け、前記Ｏ−リングをこのフレア部と前記ストレート管との間で挟持し、双方の接続端部同士を水密に接続することを特徴とする熱交換器ヘッダー管と熱交換チューブとの接続方法とする。

前記課題を解決するために、関連発明は請求項1、２、３または４記載の接続構造により、密閉式熱交換器が上下階層的に隣接してヘッダー管に配管されていることを特徴とする熱交換体とする。

前記課題を解決するために、関連発明は請求項６記載の熱交換体が内部に装填されていることを特徴とする冷却塔とする。

各請求項において、熱交換器とヘッダー管を新規に接続する際、および保守点検等においてこの接続部を外して、再度接続する際に管へのねじり作用が発生せず、シール部はＯ−リングを使用していることによりＯ−リングの交換以外は管とフランジの金属的寿命を除いて繰り返し使用することが出来る。挟みこむＯ−リングのつぶし量はフランジの完全に締付けた状態で全て同一となり、フランジとフランジの隙間を外観より確認する事で締付け状態を判断することが出来る。
締付け作業により確実に行えるＯ−リングによるシール構造とフランジによる固定により外観からも取付け状態が判断出来る。
殊に請求項２記載の発明においては、熱交換器の最適化設計する上で配管と配管の配置間隔を従来構造より半分以下の狭い間隔で接続できる、従来構造体と比較して小型化・少スペース化・高効率化を達成できる。
冷却用散布水を全ての熱交換チューブへ確実に接触させるように千鳥に配列した熱交換器とヘッダー管の接続構造により熱交換性能を向上できるとともに、熱交換器は全て共通の同一形状のままで配置出来、熱交換器の種類を統一できる。
殊に請求項４記載の発明では、管接続端面はプレス加工により、同一形状の量産加工が可能である。
熱交換器及びヘッダー管の接続管端部加工は管端面のプレス加工により別部品は不要となる。又、フランジは２個共に接続管へは固定せず挿入のみとしている為、ロウ付け等の専門技術者の作業は必要なく簡易作業となる。
前記効果を請求項６記載の発明である熱交換体において発揮できる。
請求項７記載の発明においては、前記効果を発揮できる。

実施の形態
この形態は、請求項１、２、３、４記載の発明、請求項６記載の熱交換体及び請求項７記載の冷却塔の代表的な実施の形態である。

図1、図２、図３、図４において、ヘッダー管２２、２３の分岐管２４、２５と熱交換器１１の接続管１８、１９のうち、双方の接続管１８、１９及び分岐管２４、２５の端部より内方根元側には夫々環状の鍔２８が膨出形成され、前記接続管１８、１９の前記鍔２８より先端は径がテーパ状に大きいフレア部２９に形成され、前記分岐管２４、２５の先端は、前記フレア部２９内に嵌合可能な径に縮径したストレート管３０に形成してある。前記ストレート管３０とフレア部２９の間にＯ−リング２７が介在させてあり、各接続管１８、１９及び分岐管端部にはその軸線方向に変位可能にプレート状のフランジ２１の中央穴３２が嵌合させてあり、前記鍔２８に背面から掛合いする環状の顎３３と、この中央穴から直径方向外側に張り出した一対の翼片３４、３５が前記各フランジ２１に形成してある。前記一対のフランジ２１における対応する前記翼片３４、３５同士を相互に接近するように締付け、前記Ｏ−リング２７をこのフレア部２９と前記ストレート管３０の外面との間で挟持し、双方の接続管の端部同士が水密に接続されている。

同一形状の熱交換器１１を多段に配置し、冷却塔（図示せず）における熱交換体冷却塔（図示せず）を構成する。各段の平行に配置された熱交換器１１の直管と直管の間に1段下の熱交換器１１の直管を配置し、千鳥配置とする際に、各段の前記熱交換器に応じてヘッダー管２２、２３から前記段数分の分岐管２４、２５が分岐され、各分岐管２４、２５の長さが上下で長さを異にし、各段の前記熱交換器１１の接続管１８、１９と対応する分岐管２４、２５の接続位置が分岐管２４、２５の長手軸線方向及び上下方向において千鳥配置としてある（図４参照）。
前記一対のフランジ２１における対応する前記翼片３４、３５同士はこの翼片３４、３５に形成した貫通孔を通してボルト３６とナット３７により締付け固定されている。

前記鍔２８及びストレート管３０、更にフレア部２９はプレス加工で成形されている。
前記接続管１８、１９及び分岐管２４、２５は銅、ステンレス、アルミニュウム又はその合金からなり、前記フランジ２１はステンレスを含む不錆鋼製とする。
前記フランジ２１における前記翼片３４、３５には前記顎３３周囲から前記翼片３４、３５の周縁にわたり放射状のリブが、前記顎３３と同一方向に張り出して形成されている。

ヘッダー管２２、２３の分岐管２４、２５と熱交換器１１の接続管１８、１９を接続するには、接続管１８と分岐管２４及び接続管１９と分岐管２５端部に予めフランジ２１を１個宛てはめ込み、予め接続管１８、１９は密閉式熱交換器１１にロウ付けにより接続し、他方分岐管２４、２５は対応するヘッダー２２、２３に同様に接続しておく。鍔２８より先端に形成した径がテーパ状に大きいフレア部２９内に他方の接続部の鍔２８の先端に形成したストレート管３０を嵌合し、このストレート管３０に予め嵌め込まれていたＯ−リング２７を前記ストレート管３０とフレア部２９の間に介在させ、この状態で、一対のフランジ２１を対応する接続管１８、１９、分岐管２４、２５に沿い移動させ、各フランジ２１の顎を各接続管端部より内方に形成した環状の鍔１４に後方から掛合いし、前記一対のフランジ２１における対応する前記翼片３４、３５同士を相互に接近するようにボルト３６とナット３７で締付け、前記Ｏ−リング２７をこのフレア部２９と前記ストレート管３０との間で挟持し、双方の接続管１８と分岐管２４及び接続管１９と分岐管２５の端部同士を水密に接続する（請求項５記載の発明の代表的な実施の形態に相当）。

一対のフランジ２１の前記ボルト３６とナット３７による締付けであるから、メンテナンス時は、これらを外して、前記熱交換器11などを清掃又は交換する。

同一形状の熱交換器１１を多段に配置し、各段の平行に配置された熱交換器１１の直管１２と直管１２の間に1段下の熱交換器１１の直管１２を配置し、各段の前記熱交換器１１に応じてヘッダー管２２、２３から前記段数分の分岐管２４、２５を分岐し、各分岐管２４、２５の長さを上下で異にしたものを選択し、各段の熱交換器１１の接続管１８、１９と対応する分岐管２４、２５の接続位置を分岐管２４、２５及び熱交換器１１の接続管１８、１９の長手軸線方向及び上下方向で長短千鳥配置とする。

このとき対応する接続管１８、１９は、分岐管２４、２５の長短に関係なく、常に一定の長さのものを接続することになる。このように接続することにより，接続部が千鳥状に配置されると同時に、これらを組み付けることによって前記熱交換器１１の直管１２も上下において千鳥状に組み付けられることになる。
前記鍔２８及びストレート管３０、更にフレア部２９を接続以前にプレス加工で成形しておく。

熱交換器とヘッダー管を示す斜視図である。図１における接続部分の半断面図である。図2の分解半断面図である。接続部の配置を示す説明図である。

符号の説明

２１フランジ
２７Ｏ−リング
２８鍔
２９フレア部
３０ストレート管

Claims

熱交換器ヘッダー管の分岐部枝管と熱交換チューブのうち、双方の接続端部より内方には夫々環状の鍔が形成され、一方の接続部の前記鍔より先端は径がテーパ状に大きいフレア部に形成され、他方の接続部の先端は、前記フレア部内に嵌合可能な径に縮径したストレート管に形成してあり、前記ストレート管とフレア部の間にＯ−リングが介在させてあり、各接続端部にはその軸線方向に変位可能にプレート状のフランジの中央穴が嵌合させてあり、前記鍔部に背面から掛合いする環状の顎と、この中央穴から直径方向外側に張り出した一対の翼片が前記各フランジに形成してあり、前記一対のフランジにおける対応する前記翼片同士を相互に接近するように締付け、前記Ｏ−リングをこのフレア部と前記ストレート管の外面との間で挟持し、双方の接続端部同士が水密に接続されていることを特徴とする熱交換器ヘッダー管と熱交換チューブとの接続構造。
同一形状の熱交換器を多段に配置し、各段の平行に配置された熱交換器の直管と直管の間に1段下の熱交換器の直管を配置し、千鳥配置とする際に、各段の前記熱交換器に応じてヘッダー管から前記段数分の分岐管がそれぞれ分岐され、各分岐管の長さが上下で長さを異にし、各段の前記熱交換器と対応する分岐管の接続位置が分岐管の長手軸線方向に位置がずらされて、上下方向において千鳥配置としてあることを特徴とする請求項１記載の熱交換器ヘッダー管と熱交換チューブの接続構造。
前記一対のフランジにおける対応する前記翼片同士はボルトとナットにより締付け固定されていることを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器ヘッダー管と熱交換チューブの接続構造。
前記接続管は前記鍔、ストレート部、フレア部がプレス加工された銅、ステンレス、アルミニュウム又はその合金からなり、前記フランジは前記翼片および顎がプレス加工されたステンレスを含む不錆鋼製とすることを特徴とする請求項１、２又は３記載の熱交換器ヘッダー管と熱交換チューブの接続構造。
熱交換器ヘッダー管の分岐管と熱交換チューブを接続するには、両方の接続端部に予めフランジを１個宛てはめ込み、一方の接続部の鍔より先端に形成した径がテーパ状に大きいフレア部内に他方の接続部の鍔の先端に形成したストレート管を嵌合し、このストレート管に予め嵌め込まれていたＯ−リングを前記ストレート管とフレア部の間に介在させ、この状態で、一対のフランジを対応する接続端部に沿い移動させ、各フランジの顎を各接続端部より内方に形成した環状の鍔に後方から掛合いし、前記一対のフランジにおける対応する前記翼片同士を相互に接近するように締付け、前記Ｏ−リングをこのフレア部と前記ストレート管との間で挟持し、双方の接続端部同士を水密に接続することを特徴とする熱交換器ヘッダー管と熱交換チューブとの接続方法。
請求項１、２、３または４記載の接続構造により、熱交換チューブが上下階層的に隣接してヘッダー管に配管されていることを特徴とする熱交換体。
請求項６記載の熱交換体が内部に装填されていることを特徴とする冷却塔。