JP4296230B1 - 熱交換器における鋼管の拡管方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器に用いられる長尺状の鋼管を拡管治具で拡管するに際し、鋼管治具を鋼管内に挿通しても鋼管治具の挿通に伴い鋼管が位置ずれしてしまわぬよう抑止することができ、鋼管内へ挿通される拡管治具をスムーズに挿入させて拡管できるようにする。
【解決手段】複数の鋼管４を支持する固定部材２に対し、面接触などで平鋼３０を当接させ、この平鋼３０に各鋼管４の外周面４ａを点付け溶接で仮止めした後、冷却フィン３に形成した孔部１０と固定部材２の管孔５に挿通した鋼管４内に、拡管治具１７を回転させながら挿通して拡管工程を行う。拡管工程を行なう前に、各鋼管４の外周面４ａを平鋼３０に対し溶接で仮止めすることで、鋼管４に拡管治具１７を回転させながら挿通して拡管工程を行なっても、固定部材２の管孔５で支持された鋼管４が、進退したり、ともまわりしてしまうことがないよう抑止することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、長尺状の鋼管内にこの鋼管の内径より径大な拡管治具を挿通し鋼管を拡管することで冷却部材を固定するに際し、鋼管の拡管工程を円滑に行なうことができる熱交換器における鋼管の拡管方法に関する。

従来から用いられている熱交換器には、熱交換を行なうために複数の並列されたフィン部材を備え、並設されたフィン部材の各々に形成した孔部に円筒管を挿通させ、この円筒管に拡管治具を挿通することで拡管し、フィン部材を、鋼管を介して枠体等に固着する方法が採られている。特に円筒管に対して多数の冷却フィンを固着するに際しては、各冷却フィンに形成した孔部に予め円筒管を挿通しておき、円筒管内に、この径よりも僅かに径大なテーパー状の拡管治具を挿通することで円筒管の径を拡大させ、円筒管に対し多数の冷却フィンを一度に纏めて固着させていた。

前述した従来技術に関連するものとして、特許文献１には、山切り状歯を有する拡管治具を、複数のプレートフィンの管穴に挿通されたベアチューブに押し込んで、このベアチューブとしての管体を拡管することでその外周面をベアチューブの内面に密着させる熱交換器の製造方法が開示されている。また、特許文献２には、鋼材からなる長尺管たる管体を拡管するに際し、管体の一方の開口端より、拡管治具としての拡管マンドレルを挿通し、この挿通した拡管マンドレルを前進回転させ、拡管マンドレルの外周面が管体の内周面を押圧し、管体を拡管する方法が開示されている。

特開平８−３０９４６７号公報 特開２０００−９４０６８号公報

特許文献１及び特許文献２で開示されている管体を拡管する方法においては、管体内に拡管治具を挿通させることで拡管することは可能ではあるものの、管体を拡管するに際しては、管体内の長手方向に亘って拡管治具が押圧されながら且つ回転されるなどして拡管工程が行われるため、拡管治具の動作に伴い管体がともまわりなど位置ずれが生じないよう予め固定しておく必要がある。そこで、管体が拡管治具の動作に伴って動くことがないよう部材に対し、管体の回りを溶接（所謂、外周溶接）しておくことも考えが及ばないわけではないが、単にそうした場合には、管体の回りに亘って溶接で肉盛りされた溶接部分が邪魔となり、拡管治具を管体内へ挿通することができなくなり拡管することが困難となる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、熱交換器に用いられる長尺状の鋼管を拡管治具で拡管するに際し、鋼管治具を鋼管内に挿通しても鋼管治具の挿通に伴い鋼管が位置ずれしてしまわぬよう抑えることができ、鋼管内へ挿通される拡管治具をスムーズに挿通させて拡管することができる熱交換器における鋼管の拡管方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１の熱交換器における鋼管の拡管方法は、長尺状の鋼管内に該鋼管の内径よりも径大な拡管治具を挿通して前記鋼管を拡径することにより、該鋼管の拡管された外周面を該鋼管の挿通された熱交換を行なう冷却部材に形成した孔部の内周面に密着させる熱交換器における鋼管の拡管方法であって、前記冷却部材を複数並設しこれら複数並設した各冷却部材に形成した前記孔部を相対向するように配置し、該相対向する孔部に挿通した前記鋼管に対し前記拡管治具を挿通することにより拡管工程を行う前に、前記相対向して配置された孔部に挿通した複数の鋼管の端部側を固定部材に形成した管孔に挿入し、該管孔に挿通された複数の鋼管を支持する前記固定部材に平鋼を当接させ、前記複数の冷却部材に形成した孔部に挿通された鋼管を前記拡管治具により拡径するにあたり前記鋼管のともまわりや位置ずれを防止するため、前記固定部材に対して前記拡管治具の進行方向手前側の位置で前記平鋼に前記複数の鋼管の外周面を点付け溶接で仮止めすることを特徴とする。

本発明の請求項２の熱交換器における鋼管の拡管方法は、請求項１において、前記固定部材に当接させた前記平鋼に前記鋼管を仮止めするに際し、前記平鋼を前記固定部材に面接触させると共に前記鋼管の上部に載置し、その状態で該平鋼を溶接で溶かし込むことにより、前記固定部材に当接させた平鋼に前記鋼管の外周面を点付け溶接で仮止めすることを特徴とする。

本発明の請求項３の熱交換器における鋼管の拡管方法は、請求項１又は２において、前記固定部材の管孔に前記鋼管の端部側が挿通されることで該鋼管を水平方向に支持する枠組みされた固定部材の内側に、前記鋼管を前記孔部に挿入した前記複数の冷却部材を水平方向に並設し、前記固定部材の外壁面に前記平鋼を当接させた状態で該平鋼に前記鋼管を点付け溶接で仮止めすることを特徴とする。

本発明の請求項４の熱交換器における鋼管の拡管方法は、請求項１〜３の何れか１項において、前記鋼管内に挿通されることで該鋼管を拡管する拡管治具は、前記鋼管内に挿入されながら且つ回転されながら前記鋼管を拡管し、該拡管された鋼管の外周面を前記冷却部材の孔部と前記固定部材の管孔との内周面に固着させることを特徴とする。

本発明の熱交換器における鋼管の拡管方法によれば、鋼管の端部側を支持する固定部材に面接触などで当接させた平鋼に対し、各鋼管の外周面を点付け溶接で仮止めした後、各冷却部材の孔部と固定部材の管孔に挿通した鋼管に拡管治具を挿通して拡管工程を行うことから、拡管工程前に、鋼管の外周面を平鋼に対し溶接で仮止めすることで、拡管治具を鋼管に挿通しながら且つ回転等する鋼管の拡管工程時に、鋼管が進退したり、ともまわりしてしまうことがないよう抑止することができる。

さらに、平鋼に鋼管の外周面を点付け溶接で仮止めすることから、従来のように溶接で肉盛りした部分が邪魔となり鋼管を拡管できなくなってしまうようなことを回避でき、熱交換器の生産性を向上することができる。

さらに、平鋼は、固定部材に面接触で当接させると共に、水平方向に複数並列などして配設された各鋼管の上部に載置させた状態で溶かし込むことにより鋼管と点付けで仮止め溶接されるので、この仮止めをＴＩＧ溶接等の溶接で行なうに際し、溶かし込まれる平鋼が落下しないよう鋼管の上部に保持することができる。よって、溶接に伴い高熱化される平鋼を手などで支えることなく容易且つ安全に鋼管の仮止め作業を行なうことが可能になる。

以下、本発明を実施するための最良の形態としての実施例を図１〜図７に基づき以下に説明する。

図１は本発明の一例の熱交換器を示す斜視図、図２は熱交換器の要部を示す断面図である。これらの図に示すように熱交換器１には、４枚からなり矩形状に枠組みされた鋼材たる固定部材２、この固定部材２の内側に複数並設された冷却部材たる冷却フィン３、固定部材２の内側に配置されると共にこの固定部材２の内壁面に端部が固定された支持部材６等が構成されている。

固定部材２の相対向する２枚には、円筒状の鋼管４が挿通される管孔５が複数形成されており、固定部材２の２枚に形成されている管孔５同士は相対向するように配置され、管孔５から鋼管４の両端側を突出するようにして挿貫することで複数の鋼管４を水平方向に支持できるようになっている。

また、前述した冷却フィン３の材質は銅製となっており、この冷却フィン３は熱交換を効果的に行なうため、図１に示すように外観が波状に形成されている。冷却フィン３には、図２等に示すように、固定部材２に形成した管孔５に対向するようにして孔部１０が設けられており、円筒状の鋼管４が冷却フィン３の孔部１０と固定部材２の管孔５に水平方向に挿通された状態で、後述する拡管工程を行なうことで複数の冷却フィン３を鋼管４を介して固定部材２に固着することができる。

図３は鋼管を拡管するための拡管装置の全体構成を示す正面図である。図３に示すように拡管装置１５には、鋼管４に挿通されるチューブエキスパンダ１６、チューブエキスパンダ１６の先端に構成された拡管治具１７、拡管治具１７を回転させる回転駆動手段１８、回転駆動手段１８を駆動するための電源装置１９等を備えている。

回転駆動手段１８とチューブエキスパンダ１６は機台２０,２１上に設けられており、回転駆動手段１８が固定されている一方の機台２１の下端には、回動自在な回転ローラー２２が取り付けられており、回転駆動手段１８が固定された機台２１は床上で進退させることで、回転駆動手段１８の先端に取り付けたチューブエキスパンダ１６を鋼管４内の長手方向に沿って挿通できるようになっている。また、他方の機台２０は床上に回転ローラー２２等を介さずにそのまま設置されており、チューブエキスパンダ１６が鋼管４内に挿通されるに際し、揺れ防止用緩衝材２３によりチューブエキスパンダ１６を支持する。

図４は拡管治具の構成を示す正面図である。同図に示すように拡管治具１７には、マンドレル２５、マンドレル２５の先端に設けたキャップナット２６、マンドレル２５の円周方向に設けたテーパー状のローラー２７、マンドレル２５の後方側が挿通されたフレーム２８等により構成されており、拡管治具１７の先端に位置するキャップナット２６側から鋼管４内へ挿通することにより、鋼管４の内径よりも僅かに径大なテーパー状の拡管治具１７のローラー２７によって鋼管４の内周面を外側へと押圧し鋼管４を拡管することができる。

ここで、拡管装置を用いて鋼管を拡管することで鋼管を介して冷却フィンを固定部材に固着する熱交換器の拡管工程について図５〜図７により以下に説明する。なお、図５は拡管工程を（ａ）〜（ｅ）の順で示し、図６は固定部材の管孔から突出させた鋼管端部側の外周面に平鋼を当接させた状態を示し、図７は鋼管の外周面を平鋼に点付け溶接した状態を示している。

先ず、矩形に枠組みされた４面からなる固定部材２の内側に複数の冷却フィン３を並設すると共に、これら冷却フィン３の孔部１０と固定部材２の管孔５に、これら孔部１０及び管孔５よりも僅かに径が小さい鋼管４を挿通する（図５（ａ）の状態）。

次に、図５（ｂ）、及び図６に示すように、薄板状の平鋼３０を固定部材２の外壁面２ａに面接触で当接させ、且つ、上方の平鋼３０に関しては、さらに、固定部材２の管孔５から外側へ突出された複数の鋼管４の上部に載置する。
する。

次に、図５（ｃ）、及び図７に示すように、各鋼管４の外周面４ａの両端側に位置する２箇所ずつを、ＴＩＧ溶接等により平鋼３０に点付け溶接で仮止めする。

次に、図５（ｄ）に示すように、仮止めされた鋼管４の一方端側へ、回転駆動手段１８の回転駆動により回転されるチューブエキスパンダ１６を回転させながら且つ機台２０を前進させながら拡管治具１７を挿通してゆくと、それに伴い、拡管治具１７に構成されているローラー２７により鋼管４が内側から外側へと押圧され拡径され、この鋼管４の外周面４ａが冷却フィン３の孔部１０と固定部材２の管孔５との内周面に強固に固着することができる（図５（ｅ）の状態）。

以上のように本実施例における熱交換器１における鋼管４の拡管方法によれば、拡管治具１７を用いて鋼管４の拡管工程を行う前に、冷却フィン３の各々に形成した相対向する孔部１０に鋼管４を挿通した状態で、鋼管４の両端部側を固定部材２に形成した管孔５に挿入させ、鋼管４を水平に支持する固定部材２に平鋼３０を当接させ、平鋼３０に対し、図７に示すように複数の鋼管４の外周面４ａを点付け溶接で仮止めすることから、鋼管４内に拡管治具１７を回転等させながら挿通して拡管工程を行なっても、固定部材２に支持した鋼管４は、進退したり、ともまわりしてしまうことがないよう抑止することができる。さらに、平鋼３０に対し鋼管４の外周面４ａを外周溶接ではなく点付け溶接で仮止めするので、鋼管の回りに亘って肉盛りされた部分が邪魔となり、鋼管を拡管できなくなってしまうといった問題を解消でき、熱交換器１の生産効率を向上することができる。

さらに、平鋼３０を、固定部材２に面接触等で当接させると共に、水平方向に並列などして複数配設させた各鋼管４の上部に載置させ、この載置した状態で、平鋼３０を溶かし込むことにより、複数の鋼管４を平鋼３０に点付け溶接で仮止めすることから、例えば、この仮止めをＴＩＧ溶接などの溶接で行なうに際し、溶かし込まれる平鋼３０が落下しないよう鋼管４の上部に保持させた状態で溶接作業を行なうことができる。従って、溶接に伴い高熱化される平鋼３０を手などで支えることなく容易且つ安全に鋼管４を平鋼３０に仮止めすることが可能になる。

以上、本発明の一実施例を詳述したが、前記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施することも可能である。例えば、冷却フィン３の材質は、前述した銅製に限らずアルミニウムやステンレス鋼等であってもよく、また、平鋼３０に点付けされる部分を、鋼管４の外周面４ａに代えて鋼管４の端部４ｂとしてもよい。

本発明の一例の熱交換器を示す斜視図である。 同上、熱交換器の要部を示す断面図である。 同上、拡管装置の全体構成を示す正面図である。 同上、拡管治具の構成を示す正面図である。 同上、拡管工程を示す説明図である。 同上、固定部材の管孔から突出させた鋼管端部に平鋼を当接させた状態を示す説明図である。 同上、鋼管の外周面を平鋼に点付け溶接した状態を示す説明図である。

１ 熱交換器
２ 固定部材
３ 冷却フィン（冷却部材）
４ 鋼管
４ａ 外周面
５ 管孔
１０ 孔部
１７ 拡管治具
３０ 平鋼

Claims (4)

1. 長尺状の鋼管内に該鋼管の内径よりも径大な拡管治具を挿通して前記鋼管を拡径することにより、該鋼管の拡管された外周面を該鋼管の挿通された熱交換を行なう冷却部材に形成した孔部の内周面に密着させる熱交換器における鋼管の拡管方法であって、
   前記冷却部材を複数並設しこれら複数並設した各冷却部材に形成した前記孔部を相対向するように配置し、
   該相対向する孔部に挿通した前記鋼管に対し前記拡管治具を挿通することにより拡管工程を行う前に、
   前記相対向して配置された孔部に挿通した複数の鋼管の端部側を固定部材に形成した管孔に挿入し、該管孔に挿通された複数の鋼管を支持する前記固定部材に平鋼を当接させ、前記複数の冷却部材に形成した孔部に挿通された鋼管を前記拡管治具により拡径するにあたり前記鋼管のともまわりや位置ずれを防止するため、前記固定部材に対して前記拡管治具の進行方向手前側の位置で前記平鋼に前記複数の鋼管の外周面を点付け溶接で仮止めすることを特徴とする熱交換器における鋼管の拡管方法。
2. 前記固定部材に当接させた前記平鋼に前記鋼管を仮止めするに際し、前記平鋼を前記固定部材に面接触させると共に前記鋼管の上部に載置し、その状態で該平鋼を溶接で溶かし込むことにより、前記固定部材に当接させた平鋼に前記鋼管の外周面を点付け溶接で仮止めすることを特徴とする請求項１記載の熱交換器における鋼管の拡管方法。
3. 前記固定部材の管孔に前記鋼管の端部側が挿通されることで該鋼管を水平方向に支持する枠組みされた固定部材の内側に、前記鋼管を前記孔部に挿入した前記複数の冷却部材を水平方向に並設し、
   前記固定部材の外壁面に前記平鋼を当接させた状態で該平鋼に前記鋼管を点付け溶接で仮止めすることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器における鋼管の拡管方法。
4. 前記鋼管内に挿通されることで該鋼管を拡管する拡管治具は、前記鋼管内に挿入されながら且つ回転されながら前記鋼管を拡管し、該拡管された鋼管の外周面を前記冷却部材の孔部と前記固定部材の管孔との内周面に固着させることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の熱交換器における鋼管の拡管方法。

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