JP6283198B2 - 熱交換装置の製造方法 - Google Patents
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- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Description
そのため、ジャケット付き熱交換装置の場合、材料の使用量が増大し、それに伴って設備コストも増大するという問題点がある。
チタン系金属材料からなり、内部に熱交換対象物を収容する熱交換容器と、
金属材料からなり、前記熱交換容器の外周面を周回するように配設された、内部を熱媒が流通する熱媒流通管と
を備え、
前記熱媒流通管は、接合材料としてのアルミ系金属材料を介して前記熱交換容器に接合されている熱交換装置の製造方法であって、
アルミ系金属材料をろう付け材として用い、不活性ガス中でMIGろう付けを行うことにより、前記熱媒流通管を、接合材料としてのアルミ系金属材料を介して、前記熱交換容器に接合する工程を備えていること
を特徴としている。
複数の前記熱媒流通管が、前記熱交換容器の外周面を周回するように、互いに平行に配設された状態となるように前記MIGろう付けを行うか、または、
前記熱媒流通管が前記熱交換容器の外周面を周回するように、螺旋状に複数回巻き回された状態となるように前記MIGろう付けを行うこと
が好ましい。
なお、めっき鋼管をチタン系金属材料からなる熱交換容器に接合するにあたっては、例えば、アルミをろう付け材として用い、不活性ガス中でろう付け(アルミろう付け)を行うMIGろう付けの方法により、効率よく接合することができる。
したがって、上述のジャケット付き熱交換装置のように、熱交換容器がジャケットにより覆われていない構造を有する熱交換装置を実現することが可能になる。
そして、この熱交換容器側の設計圧力が、低圧力あるいは真空の場合、熱交換容器の本体胴の板厚を大幅に低減することが可能になる。
なお、本発明において、熱媒とは、熱交換容器の内部の熱交換対象物を加熱するための「加熱媒体」および冷却のための「冷却媒体」の両方を含む概念である。
また、本発明において、チタン系金属材料としては、JIS規格で定められたチタン(例えば、JIS2種チタン)や、耐食チタン合金(例えば、JIS11種,12種,13種チタン合金)などを用いることが可能である。
また、接合材料としてのアルミ系金属材料としては、純アルミや、アルミ合金(例えば、A4043)などを用いることが可能である。
なお、前者の場合、例えば、ヘッダから、複数の熱媒流通管のそれぞれに熱媒が供給されるような構成が採用されることになる。
また、熱媒流通管として、上述のような安価なめっき鋼管を用いた場合、さらなる材料コストの低減を図ることが可能になる。
なお、アルミ系金属材料からなる熱媒流通管としては、例えば、純アルミや、Al−Mg−Si系アルミ合金などからなるものが好ましく用いられる。
図1は、本発明の一実施形態(実施形態1)にかかる熱交換装置の製造方法により製造される熱交換装置の構成を模式的に示す正面断面図である。
また、図2は、図1において一点鎖線の円で囲んだ領域(要部)Aを拡大して示す図である。
そして、この実施形態1では、熱交換容器10を構成するチタン系金属材料として純チタン(JIS2種チタン)が用いられている。
なお、熱交換容器10の、熱媒流通管20が配設されている領域は、外装板25により被覆されている。外装板25の内側の空間部には、断熱材26が施工されている。
なお、熱媒流通管20としては、図2,3に示すように、本体鋼管21の外周面に金属めっき膜(この実施形態1では亜鉛めっき膜)22が形成された亜鉛めっき鋼管(SGPW)が用いられている。
半割りのアルミ管23としては、内径が30mmで、厚みが1mmのアルミ管を半割りにしたものを用いた。
また、アルミからなる板材(あて板)24a,24bとしては、厚みが1mmで、幅が20mmのアルミ板を用いた。
また、アークを直接にチタンからなる熱交換容器10に当てると、熱交換容器10の表面でチタンが酸化されてしまい、接合することができなくなる。
MIGろう付けは、ダイヘン製直流パルスMIG溶接機の硬質アルミモードを用いて行った。
また、アルミろう付け材としてのアルミワイヤーには、高温割れが起きにくいアルミ製ソリッドワイヤー(A4043)を使用した。
まず、上述のアルミろう付け材を用いたMIGろう付けの方法で、熱媒流通管20を熱交換容器10に接合する。
この接合工程で、アルミろう付け材と、上述の半割れのアルミ管23と、アルミからなる板材24a,24bが溶融して、図4に示すように、複数の熱媒流通管20が、接合材料としてのアルミ系金属材料(一次形成層)30(30a)を介して熱交換容器10に接合された接合構造が得られる。
ただし、この段階では、接合材料であって、伝熱媒体としても機能するアルミ系金属材料30(30a)の量がまだ不十分であるため、2度目のMIGろう付けを行って、図5に示すように、アルミ系金属材料(一次形成層)30(30a)の外側にアルミニウム系金属材料(金属アルミ)からなる延設部(二次形成層)30(30b)を形成して(隅肉2層として)、接合部のアルミ系金属材料30の量を増加させるとともに、熱交換容器10、熱媒流通管(亜鉛めっき鋼管)20との接合面積を増大させた。
その結果、熱交換容器を構成する、チタンの使用量を低減して、大幅なコストダウンを図ることが可能になる。
上記実施形態1では、熱媒流通管として、亜鉛めっき鋼管を用いて熱交換装置1を構成したが、この実施形態2では、熱媒流通管としてチタン系金属材料(例えば、JIS2種チタン)からなる熱媒流通管(チタン管)を用い、熱媒流通管をアルミ系金属材料を介して熱交換容器に接合することにより、図1に示した熱交換装置1と同様の構成を有する熱交換装置を作製した。
すなわち、この実施形態2にかかる熱交換装置は、図1および図2における熱媒流通管20がチタン管であることを除いて、図1および図2に示した実施形態1にかかる熱交換装置1と同じ構成を有する熱交換装置である。
上記実施形態1では、熱媒流通管として亜鉛めっき鋼管を用い、また、上記実施形態2では、熱媒流通管としてチタン管を用いて熱交換装置を構成したが、この実施形態3では、熱媒流通管としてアルミ系金属材料からなる熱媒流通管(例えばAl−Mg−Si系アルミ管)を用い、熱媒流通管をアルミ系金属材料を介して熱交換容器に接合することにより、図1に示した熱交換装置1と同様の構成を有する熱交換装置を得た。すなわち、この実施形態3にかかる熱交換装置は、図1および図2における熱媒流通管20がAl−Mg−Si系アルミ管であることを除いて、図1および図2に示された熱交換装置1と同じ構成を有する熱交換装置である。
ただし、チタンからなる熱交換容器10は溶融せず、溶融後に凝固した、アルミからなる接合材料を介して熱媒流通管(Al−Mg−Si系アルミ管)と接合した状態となる。
2 熱交換対象物
10 熱交換容器
11 供給ライン
12 排出ライン
13 攪拌機
20 熱媒流通管
21 本体鋼管
22 金属めっき膜(亜鉛めっき膜)
23 半割りのアルミ管
24a,24b アルミからなる板材(あて板)
25 外装板
26 断熱材
30 アルミ系金属材料(接合材料)
30a アルミ系金属材料の一次形成層
30b アルミ系金属材料延設部(二次形成層)
30c アルミ系金属材料の三次形成層
Claims (8)
- チタン系金属材料からなり、内部に熱交換対象物を収容する熱交換容器と、
金属材料からなり、前記熱交換容器の外周面を周回するように配設された、内部を熱媒が流通する熱媒流通管と
を備え、
前記熱媒流通管は、接合材料としてのアルミ系金属材料を介して前記熱交換容器に接合されている熱交換装置の製造方法であって、
アルミ系金属材料をろう付け材として用い、不活性ガス中でMIGろう付けを行うことにより、前記熱媒流通管を、接合材料としてのアルミ系金属材料を介して、前記熱交換容器に接合する工程を備えていること
を特徴とする熱交換装置の製造方法。 - 複数の前記熱媒流通管が、前記熱交換容器の外周面を周回するように、互いに平行に配設された状態となるように前記MIGろう付けを行うか、または、
前記熱媒流通管が前記熱交換容器の外周面を周回するように、螺旋状に複数回巻き回された状態となるように前記MIGろう付けを行うこと
を特徴とする請求項1記載の熱交換装置の製造方法。 - 前記熱媒流通管として、本体鋼管の外周面に金属めっき膜が形成されためっき鋼管を用い、前記本体鋼管を、前記金属めっき膜と、前記アルミ系金属材料とを介して、前記熱交換容器に接合することを特徴とする請求項1または2記載の熱交換装置の製造方法。
- 前記金属めっき膜が、亜鉛めっき膜であることを特徴とする請求項3記載の熱交換装置の製造方法。
- 前記熱媒流通管がチタン系金属材料からなるものであることを特徴とする請求項1または2記載の熱交換装置の製造方法。
- 前記熱媒流通管がアルミ系金属材料からなるものであることを特徴とする請求項1または2記載の熱交換装置の製造方法。
- 前記熱交換容器の外周面に、複数の前記熱媒流通管が平行して巻き回されている場合、または、前記熱媒流通管が螺旋状に複数回巻き回されている場合において、前記熱交換容器の前記外周面の、互いに隣り合う前記熱媒流通管の間に位置する領域に前記接合材料である前記アルミ系金属材料が延出するように前記MIGろう付けを行うことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の熱交換装置の製造方法。
- 前記熱交換容器の外周面に、前記熱媒流通管が螺旋状に複数回巻き回されている場合、または、複数の前記熱媒流通管が平行して巻き回されている場合において、前記熱交換容器の前記外周面の、互いに隣り合う前記熱媒流通管の間に位置する領域の全体が、前記接合材料である前記アルミ系金属材料により被覆されるように前記MIGろう付けを行うことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の熱交換装置の製造方法。
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