JP2013151013A - ステンレス鋼管と他の金属管の接続構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】ステンレス鋼管を他の管体と接合して、例えば熱交換器用配管として用いることが可能な、良好な気密性を保ちつつ所定の接合強度を発現するとともに、接合部における隙間腐食の発生を防止できる安価な接続構造体を提供する。
【解決手段】一方の金属管端部に他方の金属管端部が挿入嵌合されたステンレス鋼管と他の金属管の接続構造体であって、前記挿入嵌合部の外側金属管内面と内側金属管外面の間にＯリングが嵌め込まれているとともに、外側金属管と内側金属管が前記挿入嵌合部の前記Ｏリング嵌め込み位置よりも外側金属管の管端に近い部位で外側金属管と内側金属管の双方が略同形状に変形された溝加工部によりかしめ固定されている接続構造体。
【選択図】図５

Description

本発明は、ステンレス鋼管を例えば熱交換器用配管として用いられる際の、他の管体との良好な気密性と耐食性を発揮し得る接続構造体に関する。

一般に給湯器や空調機、冷凍機等に熱交換器が用いられている。熱交換器は空調機のように室外機に組み込まれており屋外に設置される場合が多い。また、熱交換器は、ＣＯ_２やＨＦＣ系フロンなどの冷媒ガスの圧縮と膨張によって熱交換機能を生み出しており、その熱エネルギーを水や空気が吸収して暖められ、給湯や暖房として利用することができる。冷媒ガスや水、空気の流通路としては、素材がりん脱酸銅である銅管を配管として多く使用している。

熱交換器用の配管に必要な特性としては、室外機として屋外に設置されることに対する耐食性とコンプレッサーから供給させる冷媒ガスの圧力に対する耐圧性、熱交換の効率化から伝熱性、配管同士の接合性が挙げられるため、銅管が多く使用されている。しかし、近年の銅の高騰化により、銅に代わる素材の要望が高まっている。その代替材料として、アルミニウム管が用いられることもあった。
しかしながら、アルミニウム管を用いた場合、屋外環境での耐食性に問題が出てくる。このため、昨今では、ステンレス鋼管を用いようとする試みが多くなっている。

熱交換器用の配管に限らず、ガスや水を流通させる設備では多くの配管が使われており、それらの管同士を接合するために、各種の継手構造が採用されている。
ステンレス鋼管に限らず、金属管を他の金属管と接続する継手構造としては、一般的に、例えば図１に示すようなフランジ継手、図２に示すようなクイックファスナー継手、或いは図３に見られるようなＯリング継手が採用されている。例えば特許文献１，２，３に見られる通りである。

特開平６−２４１３６１号公報 特開２００９−９２２０２号公報 特開平７−１９０２６０号公報

しかしながら、昨近の配管設備ではその構造が複雑化し、或いは省スペース化を図ろうとするにつれて接合箇所が多くなるために、従来の継手方式ではボルト、ナット、ファスナー等の副資材が必要となるため、コストアッフ゜やスペース確保が問題になってくる。また、前記特許文献１，２，３で見られるような継手方式は、管端部に複雑な加工が必要なため、現場での施工に向かないといった問題点もある。
特に一方の金属管としてステンレス鋼管を用いようとすると、ステンレス鋼管は銅管等と比較して成形性が悪く、フランジ部の成形が難しくなる。その結果、コストアップに繋がってしまう。さらにステンレス鋼管を用いると、隙間腐食を発生させる可能性が出てくる。

本発明は、このような問題点を解消するために案出されたものであり、ステンレス鋼管を他の管体と接合して、例えば熱交換器用配管として用いることが可能な、良好な気密性を保ちつつ所定の接合強度を発現するとともに、接合部における隙間腐食の発生を防止できる安価な接続構造体を提供することを目的とする。

本発明のステンレス鋼管と他の金属管の接続構造体は、その目的を達成するため、一方の金属管端部に他方の金属管端部が挿入嵌合されたステンレス鋼管と他の金属管の接続構造体であって、前記挿入嵌合部の外側金属管内面と内側金属管外面の間にＯリングが嵌め込まれているとともに、外側金属管と内側金属管が前記挿入嵌合部の前記Ｏリング嵌め込み位置よりも外側金属管の管端に近い部位で外側金属管と内側金属管の双方が略同形状に変形された溝加工部でかしめ固定されていることを特徴とする。
Ｏリングの嵌め込みは、内側金属管外面に形成した凹溝又は外側金属管内面に形成した凹溝に嵌め込まれる形態でなされていることが好ましい。

そして、ステンレス鋼管と他の金属管の内、変形抵抗が小さい方の金属管を内側金属管とすることが好ましい。変形抵抗が小さい他の金属管としては銅管が好ましい。
また、挿入嵌合されたステンレス鋼管の外面又は内面と他の金属管の内面又は外面の間の間隔は５０μｍ以上とされていることが好ましい。
さらに、前記挿入嵌合部の、前記Ｏリング嵌め込み位置から内側金属管の管端までの外側金属管内面と内側金属管外面の間の隙間にシーリング剤が充填されていることが好ましい。
なお、本発明の「一方の金属管端部に他方の金属管端部が挿入嵌合されたステンレス鋼管と他の金属管の接続構造体」における「他の金属管」とは、他方の金属管という意味であり、ステンレス鋼管を含めた金属管全般をいうものである。

本発明のステンレス鋼管と他の金属管の接続構造体では、外側金属管と内側金属管が挿入嵌合部のＯリング嵌め込み位置よりも外側金属管の管端に近い部位で外側金属管と内側金属管の双方が略同形状に変形された溝加工部でかしめ固定されているため、接合強度が確保できる。このため、接続のために管端にフランジ部等を設ける必要がなく、接続構造体そのものの占有領域が狭くなるので、配管構造体の占有スペースを小さくすることができる。また、接続のために管端を加工したり、他の部品を調達したりする必要もないため、低コストで製造できる。さらに、挿入嵌合部において外側金属管内面と内側金属管外面の間にＯリングが嵌め込まれているので、気密性は十分に確保できる。さらにまた、挿入嵌合部の外側金属管内表面と内側金属管外表面の間の隙間を適切に管理すれば、一方がステンレス鋼管であっても、隙間腐食の発生を防ぐことが可能な接続構造体を安価で提供することができる。

従来の接続構造であるフランジ継手構造を説明する図 従来の接続構造であるクイックファスナー継手構造を説明する図 従来の接続構造であるＯリング継手構造を説明する図 本発明接続構造の前提とした接続構造を説明する図 本発明の接続構造を説明する図 外側に変形し易い金属管を配した接続構造体の問題点を説明する図 内側に変形し易い金属管を配して不具合のない接続構造体を説明する図 内側管と外側管の間の隙間が適正である接続構造体を説明する図 内側管と外側管の間にシーリング材を充填した接続構造体を説明する図 本発明接続構造体を製造する方法の概略を説明する図

本発明者らは、例えば熱交換器用配管として用いられるステンレス鋼管と他の金属管体の接続構造体として、良好な気密性を保ちつつ所定の接合強度を発現するとともに、接合部における隙間腐食の発生を防止することが可能な構造体を極力コスト安で製造提供できる構造について鋭意検討を重ねてきた。
その検討過程及びその結果である本発明構造について、以下に説明する。

図１，２，３に見られるようなフランジ継手、クイックファスナー継手、或いはＯリング継手の接続構造では、管端にフランジ部を設ける必要があったり、他の細かな部品を取り揃える必要があったりして、結果としてコスト高となってしまう。
そこで、フランジ部の加工や他の部品調達の必要がない接続構造体として、図４に示すような、一方の金属管端部に他方の金属管端部を挿入嵌合するとともに、前記挿入嵌合部の外側金属管内面と内側金属管外面の間にＯリングが嵌め込まれた構造体とすることを検討した。

しかしながら、図４に示す構造では、耐圧性は確保できるものの、接合強度が低くなって実用的ではない。
Ｏリングを介在させた継手構造であっても接合強度を高くするために、図５に示すように、挿入嵌合部のＯリング嵌め込み位置よりも外側金属管の管端に近い部位で外側金属管と内側金属管の双方が略同形状に変形されるような溝加工部を設けてかしめ嵌合することにより、両金属管を固定した。なお、図５に示す接続構造では、内側金属管の外面にＯリング嵌め込み用の凹溝を設けているが、外側金属管の内面にＯリング嵌め込み用凹溝を設けたものであってもよい。

ここで、溝加工部の形成位置をＯリング嵌め込み位置よりも外側金属管の管端に近い部位とした理由は、隙間腐食の発生を抑制しようとしたものである。すなわち、金属管の一方をステンレス鋼管として内部に腐食性流体を通した場合、ステンレス鋼管と他の金属管との間の隙間が５０μｍを下回るほどに狭くなっていくとステンレス鋼管に隙間腐食が発生し易くなる。溝加工部をＯリング嵌め込み位置よりも内側に設けるようとすると、溝加工部近接部に隙間狭小部が形成されるため、この隙間狭小部の形成を避ける意味で、Ｏリング嵌め込み位置よりも外側にしたものである。

ところで、他方の金属管としてステンレス鋼管よりも変形抵抗が小さい、例えば銅管を用い、この銅管の端部に、図６に示すようにステンレス鋼管を内側に挿入嵌合した場合、高圧力の内圧がかかると比較的変形し易い外側の銅管が変形してＯリングとの接合部に隙間が生じて内部の流体が漏れる恐れがある。
このため、内圧が付与される管において、他方の金属管としてステンレス鋼管よりも変形抵抗が小さい金属管を用いる場合には、この金属管は挿入嵌合部において内側管となるような形態で用いることが好ましい。このような態様で用いると、高圧力の内圧がかかって比較的変形し易い金属管が変形したとしても、図７に示すようにＯリングとの接合部に隙間が生じることはなく、内部の流体が漏れでる恐れはない。

前記したが、ステンレス鋼は一般的な鋼材と比較して隙間腐食を引き起こしやすい材料である。材料間の隙間が５０μｍを下回るほどに狭くなると隙間腐食が発生し易くなる。
そこで、本発明のステンレス鋼管を用いた接続体構造においても、挿入嵌合部におけるステンレス鋼管表面と他の金属管表面との間の隙間が、図８に示すように、５０μｍ以上となるように寸法調整することが好ましい。
前記隙間を５０μｍ以上とする範囲は、少なくとも接続構造体の挿入嵌合部のＯリング嵌め込み位置から内側金属管の管端までの範囲とすることが好ましい。
挿入嵌合部におけるステンレス鋼管表面と他の金属管表面との間の隙間がどの程度の間隔となるかといった問題よりも、基本的に当該部位に隙間がなく、管体内部を通り流体がこの隙間に浸入することを防止するには、図９に示すように、当該隙間を予めシーリング剤で埋めておくことが好ましい。

最後に、本発明接続構造体の製造方法について、簡単に説明しておく。
略同径のステンレス鋼管と、他の金属管、例えば銅管を準備する。必要に応じて、挿入される方の管端を予め拡管しておく（図１０（ａ）参照））か、挿入する方の管端を予め縮径しておく（図１０（ｂ）参照））ことが好ましい。このように拡管加工、縮径加工を施しておくことにより、両者間の隙間を適正に保つことができ、また挿入作業が円滑に行える。
そして、挿入して内側となる方の金属管の管端に近い部分に、転造法等で凹溝を形成し、この凹溝にＯリングを嵌め込んだ後、Ｏリングを嵌め込んだ金属管の管端を他の金属管の端部に挿入し嵌合する。

その後、挿入嵌合部の、Ｏリング嵌め込み位置よりも外側管の管端に近い部位で、転造等により、外側管及び内側管の双方が変形されるように嵌合用溝を形成する。この溝加工により外側管と内側管を強固に固定して、接続作業を終了する。
なお、図９に示すような、挿入嵌合部における外側管内表面と内側管外表面の間をシーリング材で埋めた接続構造体を得るには、内側管の凹溝にＯリングを嵌め込んだ後、Ｏリング嵌め込み部位から管端までの間にシーリング材を塗布した後、このシーリング材を塗布した管端を外側管の管端に挿入し嵌合すればよい。その後の嵌合用溝の形成は、前記と同様である。

Claims (6)

1. 一方の金属管端部に他方の金属管端部が挿入嵌合されたステンレス鋼管と他の金属管の接続構造体であって、前記挿入嵌合部の外側金属管内面と内側金属管外面の間にＯリングが嵌め込まれているとともに、外側金属管と内側金属管が前記挿入嵌合部の前記Ｏリング嵌め込み位置よりも外側金属管の管端に近い部位で外側金属管と内側金属管の双方が略同形状に変形された溝加工部でかしめ固定されていることを特徴とするステンレス鋼管と他の金属管の接続構造体。
2. 前記Ｏリングの嵌め込みは、内側金属管外面に形成した凹溝又は外側金属管内面に形成した凹溝に嵌め込まれる形態でなされている請求項１に記載のステンレス鋼管と他の金属管の接続構造体。
3. ステンレス鋼管と他の金属管の内、内圧が付与される管への適用の場合、変形抵抗が小さい方の金属管を内側金属管とされている請求項１又は２に記載のステンレス鋼管と他の金属管の接続構造体。
4. 変形抵抗が小さい他の金属管として、銅管が配されている請求項１〜３のいずれかに記載のステンレス鋼管と他の金属管の接続構造体。
5. 挿入嵌合されたステンレス鋼管の外面又は内面と他の金属管の内面又は外面の間の間隔は５０μｍ以上とされている請求項１〜４のいずれかに記載のステンレス鋼管と他の金属管の接続構造体。
6. 前記挿入嵌合部の、前記Ｏリング嵌め込み位置から内側金属管の管端までの外側金属管内面と内側金属管外面の間の隙間にシーリング剤が充填されている請求項１〜５のいずれかに記載のステンレス鋼管と他の金属管の接続構造体。

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