JPH01317676A - 熱交換器ブロックの製法並びにこの製法を実施する装置 - 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 本発明は請求項第１項の上位概念に記載の方法に関する
。

従来の技術 上記形式の熱交換器ブロックはＤＥ−ＰＳ３１４６０９
０号明細曹による成形管熱交換器において公知である。

このような公知の成形管熱交換器はほぼ圧力空気を案内
するためにほぼ平行に並べて配置された２つの集合管を
有している。集合管にはＵ字形湾曲でのびる成形管マト
リックスが流入側もしくは流出側で接続される。成形管
マトリックスは、一方の集合管を介して供給される圧力
空気を加熱するために、加熱ガスによって貫流される。

このばあい加熱された圧力空気は更に隣接する別の集合
管を介して適当なアクチュエータ、例えばガスタービン
駆動機構の燃焼室に供給される。

このような公知の熱交換器では多数の成形管端部が液密
にかつ確実に運転するように集合管に結合されねばなら
ない。このためにすでに、当該集合管に適当な多数の穴
を設け、該穴内に当該成形管端部を差し込みかつ次いで
管材料とろう接することが提案されている。上記結合形
式は比較的多額の実作費用を必要とする。それというの
も個々の成形管端部は比較的多数の作業過程でかつ精密
手作業過程で集合管板に結合されねばならないからであ
る。

上述のろう接形式は、浴液状で供給されるろう接材の申
し分のない搬送を保証するために、比較的大きなろう接
ギャップもしくは接合部を必要とするということによっ
て事実上これまで見服されなかったリスクファクタを生
せしめる。

このばめい溶液状で供給されるろう接材は局部的に異な
る蛍域に移動し、従って次いで行なわれる冷却過程の際
に、当該ろう接接合部が周方向全体に亘って完全にろう
接材によって充填されなくなる。これによって結合部の
所望のシール性および強度に不都合な作用が及ぼされる
。

比較的大きなろう接材厚さは矢張り結合部の腐食挙動に
関して不都合な作用を及ぼす。更にすでに電子ビーム・
溶接された異なる結合形式のばおいてすら集合管の当該
結合個所における切欠き作用に基づいて強度が比較的劣
るようになる。

ＤＥ−ｏｓ３３１００６１号明細書から公知の管分配装
置もしくは熱交換器ブロックの製法では管板又は集合管
は極めて正確に予じめ成形され゛た多数の部材から構成
されている。つまりこのばあいマトリックスの成形管の
数および所望の間隔て相応して積層されて構成された当
該部材は、この部材がマトリックスの配置された成形管
端部をそれぞれ半分形状接続的に取囲むように、成形さ
れている。

前記公九の構成のばあい不都合には、層を成す当該部材
を比較的正確に製作するにもかかわらず製作誤差を考慮
する必要がある。つま勺部材の総厚さ誤差に伴って製作
すべき管板又は管の全長が変動し、更に管板又は管変動
の他に公知のばあい正常な成形管間隔および配置に対す
る穿孔部の位置的なずれを回避できない。つまり部材の
内実な形状設定によって原則的に製作誤差を回避できず
かつ事実上はとんど修正できないか又は著しく費用をか
けた後加工によってのみ修正できるにすぎない。

前述の穿孔部のずれ並びにわずかな穿孔部形状変動によ
ってマ）　ＩＪラックス当該管端部の面倒な微洲整もし
くは定心が必要になり、このばめい当該集合管板に成形
管端部を後でろう接するには、ろう接材の局部的な移動
およびこれに伴って生ずるシール問題および強度問題を
回避するために、成形管端部を極めて正確に嵌合い係合
させる必要がある。

ＤＥ−ＰＳ　５５２４９１５号明細書から公知の上記形
式の熱交換器ブロックの製法では、成形管は中空型の予
じめ設けられた切欠き内に差し込まれ、該切欠きは焼結
粉末によって集合管の壁区分を形成し、該壁区分内には
成形管端部が不動にかつ気密に結合される。

前記公知の解決策の著しい欠点は、中空型によって形成
すべき壁区分の一方の制限面のみが規定されるというこ
とにある。このばあい壁厚さは粉末量によって規定され
、このばあい壁厚さ誤差をわずかに維持するという点で
困難性が生ずる。このことは特に、多数の成形管のスペ
ース的に比較的密集した配置形式に基づき困難になる。

請求項第１項の上位概念に基づく公知の方法（ＤＥ−Ｐ
Ｓ５２１６５４号明細書）では、集合室を鋳造する際に
同時にラジェーターの結合管の特に拡開されたそれぞれ
外側の端部区分との結合部が製作される。このために公
知のばあい結合管を局部的に位置決めするためにコアと
型とを収容する特別なフレームが必要である。

公知のばめい、同時に直交・向流式マトリックスの当該
成形管の位置決めおよび定心部材として設けられる外側
の成形シェル体を鋳造時に局部的に溶融結合することに
ついては述べられていない。

発明が解決しようとする問題点 本発明の課題は、所定の壁厚さで集合管区分もしくは集
合管を比較的簡単な形式で製作すると共に、比較的わず
かな費用で成形管の端部を所望の正確な間隔密度で同時
に集合管材料内に鋳造固定できるように、冒頭に述べた
形式の方法並びにこの方法を実施する装置を提供するこ
とにある。

問題点を解決するための手段 前記課題は本発明によれば冒頭に述べた形式の方法にお
いて、請求項第１項記載の方法だよって解決された。

発明の作用効果 本発明は、事実上鋳造、特に精密鋳造で集合管壁を所望
の壁厚さで製作できかつこのばあい同時に成形管端部を
所望の相互間隔で不動にかつ確実に運転されるように製
作される壁内に鋳造固定できる。

本発明によれば例えば完全に円筒状の集合管又は集合管
区分をそれぞれ独自に又は複数個数でほぼ同時に製作で
きかつこのばあい単式又は複式配置で当該成形管端部に
結合できる。

本発明によれば、当該集合管もしくは集合管区分を鋳造
した後で面倒な形式で破壊せずに隣む外側の成形シェル
体構造（外側の穴付き薄板）を設けることができ、つま
シ当該穴付き薄板（本来の成形体）は鋳造過程時に表面
側で当該集合管に溶゛融結合される。更に前記本発明の
思想の利点は、鋳造、特に精密鋳造で製作される集合管
が損傷されないということにある。このような損傷は例
えば通常それぞれの外側の成形シェル体の局部的な破壊
に基づいて（材料焼結）多くのばあい回避できない。更
に従って、特に当該成形管接続部分範囲において付加的
に外側のシェル体を処理加工もしくは機械的に後で輪郭
ＩＩ正する必要はない。

更に本発明による外側の成形シェル体としての穴付き薄
板構造によって始めから、つまシ成形管端部と鋳造結合
する前に要求されたスペース的な成形間隔に従って確実
に運転される成形管結合部が準備されるようになる。こ
のことは台面はそれぞれの成形管端部の縦方向ストッパ
を形成する。

本発明の別の有利な構成は請求項第２項乃至第８項で記
載されている。

実施例 第１図では本発明による方法および所属の装置を適用す
るのに適した成形管熱交換器を概略的に図示している。

成形管熱交換器はほぼ互いに平行に配置された２つの集
合管１．２を有し、両集合管１．２からはＵ字形に湾曲
した成形管マトリックス３が加熱ガス流Ｇに対して突出
している。成形管マトリックスは、ｖＪ１図左下断面図
から容易に明らかなように、だ円形横断面の個々の成形
管から形成されている。更に断面図から明らかなように
、前記加熱ガス流Ｇはほぼだ行嶽状に成形管マ）　ＩＪ
ラックス所定の加熱ガス貫流横断面を介して貫流する。

つまりこのばあい個々の成形管４は当該加熱ガス流Ｇに
対して縦にして配置されている。運転中には第１図で上
側の集合管１に圧力空気りが供給され、欠いて圧力空気
は側方でまず成形管マトリックスの直線的な区分内に流
入し、次いで成形管マトリックスの外側範囲で圧力空気
流が偏向されかつ成形管マトリックスの直線的な下側の
区分を介して下側の集合管２内に達し、この集合管から
圧力空気は加熱状態で矢印Ｄ１の方向で適当ナアクチュ
エータ、例えばガスタービン駆動機構の燃焼室に供給さ
れる。第１図では符号５．６で成形管４の適当なスペー
サを図示している。

本発明によれば前述の集合管１．２の一方の少なくとも
一区分が製作さｎかつ熱交換器マトリックス３の成形管
４に不動にかつ液密に結合される。このばあい集合管１
．２の当該区分は鋳造によって、有利には精密鋳造法で
製作され、こｌ／）鋳造過程中に所属の製作された成形
管の端部が、容液状で供給される鋳造材料内に同時に結
合される。このばあい有利には成形管４の端部は鋳造時
に生ずる局所的な表面溶融中に当該集合管材料に接合さ
れて結合される。

第２図によれば外側のシェル体は少なくともそれぞれの
マトリックス接続もしくは結合範囲で、成形管４０局部
的な端部を適当に予じめ位置決めしかつ定心するために
、比較的薄い、例えば打ち抜かれた穴付き薄板１５．１
５”として構成されていて、このばあい当該穴付き薄板
１５．１５１は鋳造過程時に表面側で集合管材料内に溶
融結合される。

更に第２図によれば、外側のシェル体を多部分から形成
しかつ組合わせることができる。つまり第２図は二重円
筒状の構造を有し、このばあい外側のシェル体はそれぞ
れマ）　ＩＪラックス合範囲内に配置された穴付き薄板
１５．１５１と必要であればセラミック製の外側の成形
体１６．１６１．１７との組合わせで形成されている。

前記成形体の１つの成形体１７は同時に８の字状もしく
は二重円筒状の外側のシェル体１５．１５１．１６．１
６１，１７の円筒状のセクションの間の中央の結合部材
を成している。当然外側のシェル体の前述の多部分から
成る構成および組合わせは、前述のように二重円節状も
しくは８０字状である第２図の実施例に限定されるもの
ではない。即ち、換言すれば、完全に、例えば円筒状の
集合管構造をそれぞれ独自に互いに無関係に製作しかつ
成形管の当該端部と鋳造結合することができる。このば
あい当該外側のシェル体を例えば同様に前述のように、
すでに述べた薄板状の外側のシェル体１５と所属のブロ
ック法の構成部材１６もしくは１Ｔとを使用して、多部
分から構成でき、該構成部材には矢張り個々の外側のシ
ェル体１５が結合される。

更に第２図の右下で鎖線で示されているように、浴液状
で供給される鋳造材料が流出のを阻止するために、当該
外側のシェル体１５もしくは１５１のそれぞれの外壁範
囲に例えば付加的なセラミック層１３を設けることがで
きる。

つまり第２図によれば当該集合管１もしくは２を製作し
た後で並びに成形管マトリックスに結合した後で当該外
側のシェル体を付加的に労力ｔかけて破壊しなくて蒼む
。第２図ですでに述べたセラミック環の個々の結合構成
部材１６．１７もしくは１６１は必要であれば別の裏作
過程で繰返し使用できる。

更に第２図によれば、それぞれ最も外側のセラミック環
の構成部材１６もしくは１６１はホッパ状に狭められた
開口１１もしくは１１１を有し、該開口によって鋳造材
料が溶液状で円筒ダくの当該中空室９もしくは９１内に
供給される。

史に方法を実施する装置（第２図参照）においては、そ
れぞれ１つの中央のコア７．７１とそれぞれ比較的薄い
穴付き薄板１５，１５１として形成された外側のシェル
体との…】に、それぞれ鋳造材料と収容する中空室９．
９１が形成されていて、該中空室内には成形・ａ４の端
部が突入している。

このばあい更に当該中空室９．９１は一方の側でセラミ
ック環の構成部材１６％　　１７．１　ｏｌの適当に丸
み金付けられた面と他方の側で当該コア７．７１の所嬌
の外面との間に形成される。

外側のシェル体として作用する穴付き薄板１５．１５１
は中空室９．９１に連通ずる貫通開口を有し、該貫通開
口は後で製作される集合管区分又は集合管に結合される
成形管端部を予じめ位置決めしかつ保持するために設け
られている。

更に＠２図η為ら明らかなように、有利にはそれぞれの
中央のコア１．７１の外側の当該表面に、シェル体側で
予じめ位置決めされて保持された成形管端部のために網
目状の定心係合面１２．１２１が設けられている。この
ばあ−穴付き薄板１５．１５１内の貫通開口は成形管を
挿入するのに適した申し分なく設計されたすきま嵌め部
全形成する。

別の構成によれば穴付き薄板として形成された外側のシ
ェル体を、特にそれぞれの貫通開口金有する外周範囲に
沿って、すでに述べた射出成形１−１３の代わりにカバ
ー７−ド又は付加シェル体で被覆することができる。射
出成形層１３は適当なエンジニアリングセラミック（ｉ
ｎｇｅｎｉｅｕｒｋｅｒａｍｉｓｃｈ　）　！！の材料
から裏作できる。前記射出成形層１３ばかシでなく、カ
バーフード又は付加シェル体も、ｍ液状で供給される鋳
造材料の部分量が該シェル体の外部の帯域に流出するの
を阻止する。

更に第２図刀為ら明らかなように、中央のコア７もしく
は７１と、それぞれの外側のシェル体としての当該穴付
き薄板１５もしくは１５１と、そｎぞれの中空室９もし
くは９１とは円筒状に形成されている。更に本発明では
、完全に円筒状の集合管構造の代わりに、多角形又は方
形の集合管又は分配管を製作することもできる。

集合’ｇＬ２ｈよび成形管４の材料として高耐熱性のニ
ッケル・クロムを含ゼする合金を使用できる。本発明を
実施するために集合管用の材料の融点は成形管用の材料
の融点よりもほぼ５０℃低く見積もられねばならない。

前記中央のコア７．７１は必要であれば分割可能に構成
できるので、コアは再度使用可能である。有利にはコア
は酸化アルミニウム、炭化ケイ素又は窒化ケイ素のよう
な適当なエンジニアリングセラミック環の材料から製作
できる。

更に、穴付き薄板状の外側のシェル体を射出鋳造可能な
金Ｓ製の材料又は金属・セラミック環の材料から製作す
ることができる。

更に本発明では、鋳造材料を収容する、後で集合管を形
成する２つの中空室９．９１をほぼ平行に並べて配置さ
れた円筒状のコアγ、７１と例えばコアにかぶせられる
８０字状の外側のシェル体との間に形成することができ
る。つまり内側のコア７．７１と単一の外側のシェル体
とのこのような二重円筒状の構造範囲においては、同時
に両集合管１．２を鋳造しかつこのばあい同様に同時に
成形管マトリックスの当該成形管端部を不動にかつ確実
に運転するように集合管１．２の鋳造材料内に一緒に鋳
造固定することができる。

しかも第２図とは異なって、個々の円筒状の集合管又は
集合管区分をそれぞれ独自に製作しかつこのばあいそれ
ぞれ独自に当該成形管端部に結合することもできる。

【図面の簡単な説明】

図面は不発明の実施例を示すものであって、第１図は本
発明全実施するのに適した直交・向流式構造形式の、成
形管熱交換器の概略的な何回図、第２図は多部分から成
る外側のシェル体を有する二重円筒状もしくはほぼ８０
字状のコア・シェル体構造の実施例の横断面図である。 １２・・・集合管、３・・・成形管マトリックス、４・
・・成形管、５．６・・・スペーサ、７．７１・・・コ
ア、９．９１・・・中空室、１１．１１１・・・開口、
１２．１２１・・・定心係合面、１３・・・射出成形ノ
ー、１５．１５１・・・穴付き薄板、１６．１６１．１
７・・・構成部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、集合管（１、２）の少なくとも一区分を、中央の成
   形コア（７、７＾１）と外側のシェル体との間に形成さ
   れた中空室（９、９＾１）内に溶液状の金属製の材料を
   注入することによつて熱交換器マトリックス（３）の予
   じめ位置決めされた成形管（４）の端部に同時に不動に
   かつ液密に結合しながら、製作する、熱交換器ブロツク
   の製法において、外側のシェル体として、成形管（４）
   を中空室（９、９＾１）内に突入する端部で予じめ位置
   決めして定心する穴付き薄板（１５、１５＾１）を使用
   し、穴付き薄板を鋳造過程時に表面側で集合管材料内に
   溶融結合することを特徴とする、熱交換器ブロツクの製
   法。 ２、中央の成形コア（７、７＾１）の外側の表面に成形
   管端部のために網目状の定心係合面（１２、１２＾１）
   を備える請求項第１項記載の製法。 ３、外側のシェル体を穿孔部を有する外周範囲に沿つて
   、特にセラミックから成る射出成形層（１３）、カバー
   フード又は付加シェル体で被覆する請求項第１項又は第
   ２項記載の製法。 ４、中央の成形コア（７、７＾１）と、外側のシェル体
   と、中空室（９、９＾１）とを円筒状に製作する請求項
   第１項から第３項までのいずれか１項記載の製法。 ５、中央の成形コア（７、７＾１）を、酸化アルミニウ
   ム、炭化ケイ素又は窒化ケイ素のようなエンジニアリン
   グセラミック製の材料から製作する請求項第１項から第
   ４項までのいずれか１項記載の製法。 ６、外側のシェル体を射出鋳造可能な金属製の材料又は
   金属・セラミック製の材料から製作する請求項第２項か
   ら第５項までのいずれか１項記載の製法。 ７、ほぼ平行に並べて配置された２つの集合管（１、２
   ）を備え、該集合管に直交・向流式マトリックス（３）
   の成形管の端部が流入側および流出側で結合されている
   熱交換器ブロックのための請求項第１項から第６項まで
   のいずれか１項記載の製法を実施する装置において、外
   側のシェル体がそれぞれのマトリックス結合範囲内に配
   置された穴付き薄板 （１５、１５＾１）とセラミック製の外側の成形体（１
   ６、１６＾１、１７）との組合わせで構成されていて、
   該成形体の１つの成形体（１７）が両集合管（１、２）
   用の穴付き薄板（１５、１５＾１）と成形体（１６、１
   ６＾１、１７）とから成る８の字状又は二重円筒状の外
   側のシェル体の円筒状のセクションの間の結合部材を成
   している、請求項第１項から第６項までのいずれか１項
   記載の製法を実施する装置。 ８、ほぼ平行に並べて配置された２つの集合管（１、２
   ）を備え、該集合管に直交・向流式マトリックス（３）
   の成形管の端部が流入側および流出側で結合されている
   熱交換器ブロツクのための請求項第１項から第６項まで
   のいずれか１項記載の製法を実施する装置において、集
   合管（１、２）用の鋳造材料を収容する２つの中空室（
   ９、９＾１）が、ほぼ平行に並べて配置された円筒状の
   内側のコア（７、７＾１）とこのコア上にかぶせられた
   穴付き薄板形状の二重円筒状又は８の字状の外側のシェ
   ル体との間に形成されている、請求項第１項から第６項
   までのいずれか１項記載の製法を実施する装置。