JPH01147295A - 熱交換器の管板構造体の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、請求項１の前提部による、熱交換器の管板構
造体を製造する方法、評言すれば、それらの間に成形管
マトリックスの管端が流体密に強固に結合されている細
長片状層から構成される、熱交換器の管板構造体を製造
する方法に関する。

〔従来の技術〕

西ドイツ国特許出願公開第３３１００．６１号明細書か
ら公知の、熱交換器の管状分配装置ないしは分配管を製
造する方法の場合に、管板は、極めて正確に前成形され
た多数の部材から構成しなければならず；したがって、
この場合にはマトリックスの成形管の数および所望の間
隔に応じて、連続的な層を接合すべき当該部材は、マト
リックスに配置された管端をそれぞれ半分ずつ形状嵌合
的に取り囲むことができるように前成形されていなげれ
ば々らない。

公知の場合では、層を形成する当該部材の比較的正確な
製造にもかかわらず、製造すべき管板または管の全長が
部材の厚さ許容差の総和ぐζつれて変動するような製造
許容差を考慮しなげればならないことは不利とみなされ
る；さらに公知の場合では、管板−または管の長さ変動
のず；したがって、原則的に部材の中実の形状設定によ
り、製造許容差は回避することができずかつ実際にはほ
とんど補正することができないか、またはノ１＠めで費
用のかかる後加工を用いてのみ補正することができる。

孔の形状変動の場合には、マトリックスの当該管端の面
倒な精密調整外いしは心合せが必要となり、このことは
層板中で管端をあとでろ５接することが、局部的なはん
だ材料−転位をできるだけ回避するために、管端の極め
て正確な嵌合を強要するだけになおさらのことである。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の根底をなす課題は、熱交換器の成形管マトリッ
クスの管端を、実質的に所定の中実溝成部材設定を用い
ないで製造すべき管板−または分配管構造体中に最適に
、物質嵌合的に結合することのできる方法を記載するこ
とである。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は、請求項１の前提部による方法、すなわち
それらの間に成形管マトリックスの管端が流体密に強固
に結合されている細長片状層から構成される、熱交換器
の管板構造体を製造する方法において、請求項１の特徴
部に記載された特僧、評言すれば細長片状層を繊維から
製造し、これらの層を隣接する一連の成形管の管端の間
に配置しかつプレス下に変形して、核層がそれぞれ半分
側ずつ管を抱締めながら、さしあたり多孔性の管板構造
体を構成するようにし、かつこの多孔性管板構造体中に
金属材料を浸透させ、この金属材料中に、管端を含め全
部の繊維を物質嵌合的に結合することにより解決される
。

したがって本発明によれば、中央管板を形成するリング
は、中実材料（既に公知であると記述したような）から
ではなく、繊維編物層から製造することが規定されてい
る。本発明によれば、層、すなわち熱交換器管と、中心
管板を成す繊維リングとの平らな積層から形成された層
を接合する場合に、繊維編物層は軸方向の接合力の作用
下に、封入される熱交換器管の周囲を完全に抱締めるよ
うに圧縮される。この場合に、繊維ｆ遺体の圧縮は局部
的に、熱交換器管区域の接合範囲内で隣接する管の表面
が最小相互間隔を有する場所で、最も強くなる。

こうして形成された、さしあたりまだ多孔性のこの中央
管板構造体中に、引き続き金属材料（金属−マトリック
ス）を浸透させ、この金属材料は、繊維構造体の空隙を
充填し、ならびに取り囲まれた管の表面と編物層の繊維
とに対する物質嵌合的結合体を製造する。

本発明によれば、繊維リングの構造は、詳細には次のよ
うに形成することができる。

特定の繊維成分の配向を円周方向に回げ、これにより熱
交換器の運転中に、当該の熱交換器管板を有する中央管
の内圧負荷から生じる高い円周力を吸収するようにする
ことができる。繊維構造体の他の部分は、前記繊維リン
グの側面から剛毛状に突出しなげればならない。接合の
際に、隣接するリングのこれらの剛毛構造体は互いに貫
通し合い、かつ金属マ）　ＩＪラックス浸透後に、中央
管の長手方向への力伝達を媒介する；さらにこれらの剛
毛構造体は、殊に熱交換器管の上流および下流縁付近の
、接合の除に最も僅かに圧縮されるだけの領域を、十分
な容量の繊維材料で申し分なく充填することを保証する
。

繊維材料は、好ましくは構成部材の熱負荷に応じて耐熱
性でなげればならないが、しかし必ずしも耐酸化性およ
び耐食性である必要はない。

すなわち耐食性繊維材料は、繊維がマトリックスの系に
よって完全に取り囲まれ、その結果、この繊維が腐食性
媒体の侵入に対して保護されている場合には必要でない
。したがって、金属ならびにセラミックおよび炭素繊維
が挙げられる。

本発明によれば、さらに熱交換器の接合に関しては、繊
維リングを中実リングで包含することが有利となりうる
。これらのリングの幅は区域ごとの熱交換器管の最も狭
い局部的間隔に一致するので、これらのリングは接合な
いしはプレスの際に、必要な間ｍｋ確保することができ
る。この場合にこれらのリングは、円周方向に管区域の
それぞれ波形にされたトラックに追従しなげればならな
いので、これらのリング全曲げ柔軟性に形成するか、ま
たはこれらのリングに、既に接合前に波形を付与するこ
とが必要である。

さらに本発明によれば、繊維マトリックスの浸透を次の
ように行なうことができる。

１、　真空炉中でランス状注入器具を、成立する中央管
の内部でその内壁全体にわたり案内しかつ溶融液状マト
リックス材料を注入し、このマトリックス材料は毛管作
用に基づき繊維構造体を充填し、繊維および管表面と結
合を成立させかつ凝固する。このためには、中央管内部
空間に突入する熱交換器マトリックスの管端をあらかじ
め密閉して、製造過程の完結後にこれらの管端を加工し
、ひいては再び開放するようにすることが必要となりう
る。

２、さらに本発明によれば、繊維構造体を外側から包含
する前記の中実リングならびに場合によって繊維構造体
の内径に配置された相応する類似構造の中実リングは、
炉中で刀日熱する場合にはんだのように溶融液状となり
かつ毛管作用によって繊維構造体に侵入して、マトリッ
クス容量を充填しかつ結合体ないしは接合体を製造する
よう々材料から製造されていてもよい。

マトリックスの管および繊維ないしは繊維編物層（ｌこ
は、全ての場合に表面前処理を実施して、改善された湿
潤およびマトリックスへの改善された結合を得るように
することかできる。

前記の構成は、請求項１による本発明の根本思想に基づ
くと同時に、請求項２〜１７の範囲内の請求項１による
方法の他の構成を実際的に明確化するものである。

本発明を図面につき、例示的に詳説する；〔実施例〕 第１図には、著しく異なる温度のガスを案内するための
熱交換器１が図示されており、その熱ガス流Ｇ中に存在
する直交・向流−マトリックス２は、別個の圧縮空気導
管３（第２図）から々す、これらの導管は、一方では冷
たい圧縮空気］〕ヲマトリックス２（冷たい）中に供給
すするための定置の第１管状ガイド４に接続されており
、他方では定置の第２管状ガイド５に接続されていて、
この第２管状ガイドから、マトリックス２によって加熱
された圧縮空気Ｄ′（熱５への管板側接続部から出発し
て−さしあたり側方に延びる集合管子午的平面、す々わ
ち集合管の長手方向の軸綴に対して垂直な平面に対して
平行に延び、それからこの管は、圧縮空気りを１８０°
転向する共通のＵ字形導管ストランドに移行する。さら
に、マトリックス２は、延長された捕集管子午的平面に
対して横手方向に、ならびに互いに隣接する成形管３間
の許容熱ガス遮断の保証下に、熱ガスＧが貫流している
。

殊に第２図から知ること力Ｓできるように、流動有利に
先細りにされた端が熱ガス流動方向Ｇで上流および下流
側に存在するマトリックスの成形管３は、レンズ形断面
を有し；この場合、それぞれ共通のマトリックス横断面
に対し平行に延びるように配置された成形管３は、上流
ないしは下流側で互いに隣接するその成形先細部に７ト
リツクス２のそれぞれの成形管３（第２図）は、ウェブ
７によって互いに分離された２つの圧縮空気通路８，９
を有し、これらの通路は、当該の成形管３０２つの先細
外壁区間内に、三角形に構成された流動断面を有する。

他の点は西ドイツ国特許第２９０７８１０号明細書から
公知であるような前記の熱交換器の場合、さらに共通の
集合管６の代わりに、実質的に平行に重なり合うかまた
は並び合うように配置された２個または数個の別個の分
配管または集合管を、マトリックス２中への圧縮空気供
給のためか、ないしはマトリックス２からの圧縮空気導
出（熱い）のために設けることもてきる。

したがって、本発明は、直交・向流構造の、さきに記載
された熱交換器における当該の管板構造体１０の製造、
殊に管板構造体１０と共に集合管６の製造、ないしは単
独のまたは数個の集合管または分配管の製造に関する。

したがって、それらの間にマトリックス２の合 成形管３の管端が流体密に強固にＭ−ａれている細長片
状層１１．１２ないしは１２．１３Ｃ第５図）の使用下
に、熱交換器の管板構造体１０ないしは集合管６を製造
する方法を記載する；細長片状層１１，１２；１２，１
３は、繊維から製造しなげればならず、これらの層はさ
しあたり同じ形に束ねて（繊維束ｉ　ｉ′、　１２’；
　１２′、１３’）、隣接する一連の成形管（菅３）の
管端図）を構成するようにしなげればならず、次いでこ
の多孔性構造体中に金属材料を浸透させ、この金属材料
中に、管端を含め全部の繊維を物質嵌合的に結合させる
。

第４図によれば、互いに織り合わされた繊維層からなる
繊維束、たとえば１２′は、管板構造体の円周方向に延
びる主繊維１４と、それに対して横方向に延びる副繊維
１５とを用いて、これらの副繊維が−プレスーおよび成
形過程を実施した後に（第５図）−実質的に管抱締め範
囲の外部で剛毛状に互いにかみ合うように構成すること
ができる。

したがって、相互接触面１６の範囲内で、それぞれ隣接
の繊維層、たとえば１２，１３の副繊維１５は、剛毛状
に互いに密にかみ合わなければならない。この場合、殊
にそれぞれの管断面の末端−または先端範囲内でも、す
き間のない繊維絡み合いが達成されなげればならない。

この場合に、前記の接触面１６は、成形管断面の長手中
心面Ｅに対して長手方向に対称的に整夕１］するように
閂装置されている。

第７図および第８図によれば、繊維束、たとえば１２′
、　　１３’（第３図）から形成された層、たとえば１
２．１３（第５図）は、全体的または部分的に、管板構
造体の内側および／または外側に沿って延びる金属リン
グ部材１７．１８（第７図）ないしは１８．１９（第８
図）により被覆することができる。

前記のリング部材は、たとえば管板−または管構造体を
補強するため、ならびに繊維構造体を局部的な環境影響
、たとえば温度影響から保護するために設けることがで
きる。

しかし前記のリング部材は、該リング部材が浸透剤の流
出を防止することにより、浸透過程における補助手段で
あってもよい。たとえば溶融液状金属材料の浸透過程を
管板の外側から繊維材料中へ行なう場合、当該リング部
材、たとえば１９（第８図）は、専ら管板内側に配置し
て金属材料の流出を阻止するようにすることができる。

次いで、浸透の行なわれた後に、リング部材、たとえば
１９（第８図）は再び除去することができる。

もう１つ、の構成ではさらに、金属リング部材、たとえ
ば１７．１８（第７図）を、必要な成形管間隔の保証下
に、管板構造体中で繊維束１２′。

変 １３′（第６図）と−緒に溝形し、しかも相応に波形に
して成形することが可能である。

繊維束とリング部材とを一緒にプレスする代わりに、最
終的な成形管形状に従って前成形されたか、または波形
にされた金属リング部材、たとえば１８．１９（第８図
）を、金属浸透前に、管板の内側および外側で繊維層、
たとえば１２上に載置することも可能である。

本発明のもう１つの有利な構成によれば、金属リング部
材、たとえば１８．１９（第８図）は、金属浸透を保証
するはんだ材料から製造することができる。したがって
この場合、リング部材、たとえば１８．１９（第８図）
は、多孔性管板構造体の内側および外側で、成形管形状
に従い波形にされた部材（第７図）として繊維束１２′
（第８図〕上に載置することができる。

浸透過程の極めて実際的な操作は、はんだ材料からなる
金属リング部材１７．１８（第７図）ないしは１８．１
９（第８図）を装備した管板構造体を、はんだの溶融液
化および浸透のために炉中で加熱する点に認められる。

たとえば、はんだ−および固溶体を必要とするリング部
材を使用しない場合には、金属固溶体（マトリックス）
は真空炉内で、波形成形された多孔性管板構造体（第５
図）上を擦過する、ランス形に構成された注入器具によ
り、管板の内側および外側に沿って溶融液状で注入する
ことができる。

他の構成では、７トリツクスの成形管３の管板内側に開
いた端は、管板構造体の内側から実施される金属浸透の
前に密閉し、かつ浸透を実施した後に機械的加工により
再び開放することができる。

繊維束１１′、　　１２’ないしは１２′、１３′（第
３図〕の繊維は、金属材料ないしは線材、セラミック材
料、たとえば部分的に安定化された酸化ジルコニウムま
たは炭素から製造されていてよい。

プレス〜および成形過程後に浸透される金属材料は、ア
ルミニウム合金から製造されていてよい。

本発明方法の範囲内で、集合管または分配管、たとえば
６（第１図）からＵ字形に突出する成形管マトリックス
２を有する、直交′・向流−熱交換器の円筒形（第１．
６または８図）、正方形または長方形の集合−または分
配管を製造することができ、その際繊維束１１′、　１
２’ないしは１２′、　　１３’（第３図）は、マトリ
ックス２の必要とされる成形管相互間隔の封入下に、所
望の集合−または分配管長さ尺度にプレスされ、かつそ
の際、たとえば前記の注入器具を用いる金属浸透は、多
孔性集合−または分配管構造体（第５図）の全周囲にわ
たり連続的に実施することができる。

その他には、さきに配達された金属リングの代わりに、
適当なプラスチック、たとえば繊維強化プラスチックま
たは適当なセラミック材料からなるリングを設けること
もできる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものであり、第１図は本発
明による方法を実施するのに適当な公知の、直交・向流
構造の成形管−熱交換器の部分的略本斜視図であり、第
２図は第１図による熱交換器のマトリックスからの成形
管の部分的断面図（Ｕ字形の真直な脚部分）であり、第
６図は管板−または中央管構造体の製造方法の開始段階
の範囲内での、等間隔で隣接の成形管端の間にルーズに
配置された繊維束を有する、第１図による熱交換器のマ
トリックスの、大まかに前調整された成形管区域の紙面
に投影された部分的略本断面図であり、第４図は繊維束
の部分的略本斜視図であり、第５図は成形管区域ごとに
規則的な所望の成形管相互間隔を有する、び成形するこ
とによって構成された熱交換器管板の郡分的略本断面図
であり、第６図は両側で隣接の繊維束の間で管内部に開
口するマトリックスの成形管端を有する、第５図による
プレスおよび成形法で製造された円筒形集合−または分
配管を、内在する円筒形繊維束と鍵組み合わせた当該成
形管端の局部的に裸出された側面により明確にする部分
的略本断面図であり、第７図は管板外面に沿って成形管
端の間を波形に延びる付゛加的な金属中間リングを使用
して第５図により製造された管板構造体の部分的略本断
面図であり、第８図は円筒形集合−または分配管構造体
を構成する目的で、第５図により成形およびプレスされ
た繊維束につき、それぞれ外側および内側の金属中間リ
ングを使用した他の実施例の第６図に相当する部分的略
本断面図である。 ・・・集合管、７・・・ウェブ、８，９・・・圧縮空気
通路、１０・・・管板構造体、１１′、　　１２′、　
　１３’・・・繊維束、ＩＬ　　１２，１３・・・細長
片状層、１４・・・主繊維、１５・・・副繊維、１６・
・・相互接触面、１７．１８゜１９・・・金属リング部
材、Ｄ・・・圧縮空気、Ｅ・・・長手中心面、Ｇ・・・
熱ガス流、ｐ、ｐ’・・・矢印２・・・成形管マトリッ
クス ６・・・集合管 １２′・・・繊維束 Ｒ６，３ １４・・・主繊維

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、それらの間に成形管マトリックスの管端が流体密に
   強固に結合されている細長片状層から構成される、熱交
   換器の管板構造体を製造する方法において、細長片状層
   （１２、１３）を繊維から製造し、該層を隣接する一連
   の成形管の管端の間に配置しかつプレス下に変形して該
   層がそれぞれ片側ずつ管を抱締ながら、さしあたり多孔
   性の管板構造体を構成するようにし、かつこの多孔性管
   板構造体中に金属材料を浸透させ、該金属材料中に管端
   を含め全部の繊維を、物質嵌合的に結合することを特徴
   とする、熱交換器の管板構造体の製造法。 ２、繊維束（１２′）を、管板構造体の円周方向に延び
   る主繊維（１４）およびそれに対して横方向に延びる副
   繊維（１５）を有する互いに結合した繊維層から構成し
   て、プレス−および変形過程の行なわれた後に、該副繊
   維が管抱締範囲の外部で剛毛状に互いに嵌まり合うよう
   にする、請求項１記載の方法。 ３、繊維束（１２′）から製造された層（１２）を全体
   的または部分的に、管板構造体の内側および／または外
   側に沿つて延びるリング部材（１８、１９）により被覆
   する、請求項１または２記載の方法。 ４、管板構造体の内側および外側に設けられたリング部
   材（１８、１９）を、金属浸透の行なわれた後に除去す
   る、請求項３記載の方法。 ５、リング部材（１７、１８）を、管板構造体中の必要
   な成形管間隔の保証下に、繊維束 （１２′、１３′）と一緒に変形する、請求項３または
   ４記載の方法。 ６、成形管最終形状に従つて前成形されたか、または波
   形にされたリング部材（１８；１９）を、金属浸透の前
   に、管板の内側または外側で繊維層（１２）上に載置す
   る、請求項３または４記載の方法。 ７、リング部材（１８；１９）を、金属浸透を保証する
   はんだ材料から製造する、請求項３または５記載の方法
   。 ８、はんだ材料から製造された金属リング部材（１８；
   １９）を、多孔性管板構造体の内側および外側で、成形
   管形状に従つて波形にされた部材として繊維束（１２′
   ）上に載置する、請求項７記載の方法。 ９、はんだ材料からなる金属リング部材を装備した管板
   構造体を、はんだの溶融液化および浸透のために炉中で
   加熱する、請求項７または８記載の方法。 １０、金属複合材料を、真空炉内で波形変形された多孔
   性管板構造体上を擦過する、ランス状に構成された注入
   器具により、管板の内側または外側に沿つて溶融液状で
   注入する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方
   法。 １１、マトリックスの管板内側に開いた管端を、管板構
   造体の内側から実施される金属浸透の前に密閉し、かつ
   浸透の行なわれた後に機械的加工により再び開放する、
   請求項１０記載の方法。 １２、繊維束の繊維が、金属材料ないしは線材から製造
   されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載
   の方法。 １３、繊維束の繊維が、セラミック材料から製造されて
   いる、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法
   。 １４、繊維束の繊維が、部分的に安定化された酸化ジル
   コニウムから製造されている、請求項１３記載の方法。 １５、プレス−および変形過程後に浸透される金属材料
   が、アルミニウム合金から製造されている、請求項１３
   または１４記載の方法。 １６、繊維束の繊維が、炭素から製造されている、請求
   項１から１１までのいずれか１項記載の方法。 １７、仮構造体により、集合管または分配管（６）から
   Ｕ字形に突出する成形管マトリックス（２）を有する直
   交−向流−熱交換器の円筒形、四角形または長方形の集
   合管または分配管（６）を製造し、その際繊維束（１１
   ′、１２′；１２′、１３′）を、マトリックス（２）
   の必要とされる成形管間隔の保持下に、所望の集合−ま
   たは分配管長さ尺度にプレスし、かつその際金属浸透を
   、多孔性集合−または分配管構造体の全周囲にわたり実
   施する、請求項１から１６までのいずれか１項記載の方
   法。