JPH02112880A - 伝熱管端の溶接方法および管式熱交換器 - 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】 ［発明の目的１ ］ｌＬへ訓肚隻腎 本発明は管式熱交換器の管板上に配列された伝熱管群の
管端にＵベンドを自動溶接によって取り付ける溶接方法
および管式熱交換器に関する。

［従来の技１！］ 管式熱交換器の１枚の管板上に千鳥形のマ）　＋）ック
ス状に配列された伝熱管群の管端を相互に連結するため
にＵベンドを溶接によって取り付ける場合、全ての管端
にＵベンドを自動溶接によって溶接することは、溶接さ
れる管端の周囲の空隙が自動溶接機の大きさに比べて非
常に狭隘であるため不可能であり、溶接の３〜５割は手
溶接に頼って溶接される現状にある。

もし全ての管端にＵベンドを自動溶接によって溶接しよ
うとする場合は、第２図に示す如く、１枚の細長い管板
１に上下２列に配列された伝熱管の管端にＵベンド３を
仮付溶接した後、自動溶接１ｆ１４を下側から下側の伝
熱管２の管板１の面からの突き出し部に着装し、自動溶
接機４に密着して装備されている溶接口５をＷｙａとＵ
ベンド３との仮付溶接部６に近接せしめて本溶接する。

下列の本溶接が終了すると、管板１の上下を逆転して上
列を下列側に配置し、萌述と同様の方法で本付溶接する
。

このような溶接方法に従って製作された上下２列の伝熱
管２とＵベンド３とを装備する管板１の複数組を第３図
に示す如く積層して、各管板１の接触部７を溶接等によ
り接続し、連結′Ｗ８を自動溶接又は手溶接でそれぞれ
の管板１の伝熱Ｗ２に連結する。

積層された複数の管板の外周を覆うケイシング９を管板
１のＩ屑後に取り付けるが又は、ケイシング９ｔｌ’覆
われた内部の空間に複数の管板１を順次積層することに
よって、ケイシング９は装備される。

伝熱管２にＵベンド３を仮付溶接する前の管板１を積層
すると、Ｕベンド３を仮付溶接した後に自動溶接Ｗ１４
を伝熱Ｗ２の管板１がらの突き出し部に着装することは
、周囲にある他の伝熱管２の突き出し部が邪魔となって
、積層された伝熱管群の外周部にある伝熱Ｗ２のみに着
装できる以外には不可能である。更にＵベンド３を取り
付ける前に伝熱管群の外周をケイシング９で覆ってしま
うと、ケイシング９のケイシング端１０は管板１の面か
ら伝熱管２のＷ端より以上に突き出てさらにＵベンド３
の曲率の頂部よりも外側に存在するので、外周部にある
伝熱管２に対しても自動溶接機４を着装することは不可
能となる。

以上のような従来の溶接方法により、伝熱管２の管端に
Ｕベンド３を溶接して管式熱交換器を製作する場合には
、溶接工数が増大し、特にこのようなＵベンド３の溶接
箇所を多数有する大ｇ量形管式熱交換器の製作費を着し
く上昇せしめることとなる。

明が　　しようとする 現用されている管式熱交換器の伝熱管群の管端の外周は
、熱伝達率を向上する目的をもって配列されているため
伝熱管の直径、伝熱管と隣接する他の伝熱管までの空間
長さ、伝熱管の配列形態、伝熱管群の外周を覆うケイン
ングの形状等に影響されて非常に狭隘となっている。

一方、Ｗ端に他の接続部品を溶接する自動溶接機は現用
の溶接技術を駆使してこれ以上小形にできない程の小型
に製作されてはいるが、未だ現用の伝熱管群の管端の外
周空間に充分に収まり得る程の小型には到達していない
。

従って、縦方向及び横方向に多数列配列されたマトリッ
クス状の伝熱管群の管端の全てにＵベンドを自動溶接に
よって取り付けることは不可能である。さらにケイシン
グにより外周を覆われた伝熱管群においては、この傾向
は一層顕著となってくる。

本発明は、このような問題点を解決するためになされた
もので、その目的とする所は、管端の溶接に使用される
現用の自動溶接機を改良して使用することにより、熱伝
達率を高めるために現在汎用されている形態を有する伝
熱管群の全管端にＵベンドを自動溶接する方法と、その
方法によって製作が可能となる構造の安価で品質の高い
管式熱交換器とを提供することにある。

［発明の構成］ を　　するための　　と １枚の板で形成された熱交換器の管板に伝熱管群をマト
リックス状に配列する。

マトリックス状の伝熱管群は、伝熱管の管外周側に流入
する熱交換流体の方向に対して、相互に隣接する３個の
伝熱管の中の２個の伝熱管の断面の中心を結ぶ線の１つ
が直交するような千鳥形に配列される。

伝熱管群の外周はケイシング端の管板の面からの突き出
し長さがＵベンドの直管部に着装された自動溶接機に当
接しない長さにあるケイシングによって覆われる。

伝熱管の外周側に流入する熱交換流体の方向と平行しか
つ相互に隣接して延在する２本の配列線上に配列された
伝熱管群の中で、１本の配列線上に配列された１個の伝
熱管の管端と、他の１本の配列線上に配列されかつ該１
個の伝熱管に隣接する他の１個の伝熱管の管端とを１組
として構成される複数組の管端にＵベンドを仮付溶接し
た後、自動溶接機をＵベンドに着装しその仮付溶接部の
全てを自動溶接によって本付溶接する。

Ｕベンドは、自動溶接機を着装することがでさる長さを
有する直管部と伝熱管の外径の１．２倍より大きく、１
．８倍より小さい範囲にある管中心軸の曲率半径を有す
る曲管部とを備えている。

自動溶接機はその長軸が伝熱管の外周側に流入する熱交
換流体の方向に対して直交するようにＵベンドの直管部
に着装し自動溶接機の溶接口を管端とＵベンドとの仮付
溶接部に整合させて本付溶接する。

前述の２本の配列線に隣接して平行に並びかつ相互に隣
接して延在する他の２本の配列線上に配列された伝熱管
群に対し、前述と同様に仮付溶接した後、前述と同様に
自動溶接機を着装し、前述と同様に本付溶接する。

さらに前述と同様に仮付溶接と杢付溶接とを繰返すこと
によって、未溶接のまま管板上に残留するマトリックス
状に配列された伝熱管の全ての管端にＵベンドを取り付
ける。

犬１箆 以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明す
る。

ｆ！Ｓ１図は管式熱交換器の１枚で形成された管板を貫
通して千鳥形に配列されて管板の外側に突き出している
伝熱管の管端に、Ｕベンドに自動溶接機を着装して、Ｕ
ベンドを自動溶接する状況を示す図である。

伝熱管群の形態は、直径がＤＩｌＩｎの伝熱管２を管断
面の中心を結ぶ線が正三角形となる千鳥形配列であって
、底辺は伝熱Ｗ２の外周側に流入する熱交換流体の方向
１１と直交する一般的に管式熱交換器に採用される熱伝
達率向上形である。この千鳥型配列の形態は、底辺を除
く２辺の長さが等しい２等辺三角形であり、底辺が該２
辺より短く、しかも、熱交換流体の方向１１と直交する
条件を満す配列であれば、本実施例の形態に限定される
ものではない。

この伝熱管群の側壁を覆うケイシング９のケイシング端
１０は、Ｕベンド３の直管部ａに着装される自動溶＊Ｒ
４の管板１の面からの突き出し長さｂより小さい突き出
し長さＣとなっている。

これは自動溶接機４をケイシング９の近傍にある伝熱管
２に図示の如く着装した場合にも自動溶接ｅｊ１４がケ
イシング端１０に当接しないようにするためである。こ
こでは伝熱管群の左側壁を覆うケイシング９のみについ
て示しているが、図示しない右側壁及び上下外壁を覆う
ケインングについても同様のことが云えるのは勿論であ
る。

第２図に示す如く外径ＤＩＩＩ＋１の管の外周を溶接す
る現用の自動溶接８！４の溶接口５の持出し長さが１１
（第２Ａ図参照）であったものに本発明者は部分改良を
加えて第１図に示す如く持ち出し長さを逆方向に延長し
てｒ２とし、自動溶接機４を第２図に示す従来方式のよ
うに伝熱管２の管板の面からの突き出し部に着装するの
ではなくて、第１図に示す本発明方式の如（Ｕベント３
の直管部ａに着装できるようにして、ケイシング端１０
及び他の伝熱管２の？端への自動溶接器４の当接を回避
するようにしている。

伝熱Ｗ２の外周側に流入する熱交換流体の方向１１と平
行に配列され相互に隣接して延在する伝熱管の配列＃１
１２及び１３において、配列＃１ｔ１２上に配列された
伝熱管２の管端１４と、配列線１３上に配列された伝熱
管２の管端１５とを１組とし、配列＃１１２及び１３上
にある管端１６と１７．１８と１９といつｒこ残りの全
ての組の管端に、直管部ａと、管中心軸の曲率半径１．
５Ｄの曲管部とを有するＵベンド３を仮付溶接する。

Ｕベンド３の管中心軸の曲率半径は伝熱ＩｒＩ２の外径
りの１．２倍より小さければ、曲管部の断面の偏平率及
び管肉厚の減肉率が過大となり、また１、８倍より大き
くなれば、千鳥形に配列された伝熱管２の配列空隙が過
大となって熱伝達率の向上に好ましくない配列となり、
共に有効な実用範囲を逸脱することになる。

Ｕベンド３の仮付溶接が終れば、自動溶接機４を仮付溶
接されている任意のＵベンド３の直管部ａに、自動溶接
機４の長軸２０が配列Ｍ１２又は１３に直角の方向とな
るように、かつ溶接の溶接口５が伝熱管２の管端とＵベ
ンド３との仮付溶接部６の外周を周回でさるように着装
する。長袖２０を配列線１２又は１３に直角の方向とす
ることによって、現用の管式熱交換器の熱伝達率を向上
する目的をもって汎用的に採用される千鳥形配列におけ
る１本の配列＃ｉ１２又は１３上に並ぶ２個の隣接する
伝熱管２の相互の空隙は現用の溶接技術を駆使した自動
溶接機４を挿入することを可能としている。しがし長袖
２０を配列１ｌＡ１２又は１３に平行の方向とすること
は、配列線１２又は１３に直角の方向の線上に並ぶ２個
の隣接する伝熱Ｗ２の相互の空隙が１本の配列＃ｉ１２
又は１３上に並、！ｚ２個の隣接する伝熱管２の相互の
空隙よりも短いので、既仮付溶＃：されたりベンド３の
直管部に自動溶接機４が当接するようになり、自動溶接
８！４を挿入することはできない。

Ｕベンド３の仮付溶接部への自動溶接機４の着装が終れ
ば、仮付溶接されている全てのＵベンド３を本付溶接す
る。複数のＵベンド３の仮付溶接部を本付溶接するのに
１台のみの自動溶接機４で順次溶接しても、また複数の
自動溶接８！１４を併用して溶接してもよい。

次に配列＃！１２及び１３に隣接して平行にかつ相互に
隣接して延在する配列線２１及び２２上にそれぞれ配列
された伝熱管２の管ｊｌ１２３及び２４を１組とし、配
列＃ｉ１２及び１３において述べたと同様の残りの全て
の組のＷ端に、Ｕベンド３を仮付溶接する。

続いて既述と同様に、自動溶接Ｗ１４を着装し、仮付溶
接されている全てのＵベンド３を本付溶接する。

以後、既述と同様の仮付溶接と本付溶接とを繰返すこと
によって、１枚の管板１上に未溶接のまま残留する伝熱
管２の全ての管端にＵベンド３を取り付ける。

［発明の効果１ 伝熱管の周囲にある空間は現用の自動溶接機の寸法に比
して狭隘であるため、１枚で形成された管板に配列され
る伝熱管の管端の全てにＵベンドを自動溶接することは
不可能であったが、本発明の方法によれば、改良された
自動溶接機が、隣接する既溶接のＵベンドや、ケイシン
グ端に当接することなく、全てのＵベンドを自動溶接に
よって取り付けることを可能とした。

そのため、管端にＵベンドを取りつけるための溶接工数
を大巾に低減することができるようになり、特に、最近
の熱交換器の大形化に伴なって製作されるようになった
Ｕベンドを多量に装備する大容量管式熱交換器のＵベン
ド溶接工数を低減することに顕著な効果を発揮すること
ができるようになり、さらに溶接部の品質をも向上する
ことができるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による溶接方法と管式熱交換器のＵベン
ド連結部の構造とを示す図、第ＩＡ図は第１図のＡ−Ａ
矢視図、１１８図は第１図のＢ−Ｂ矢視図、第２は従来
技術による溶接方法と管式熱交換器のＵベンド連結部の
構造とを示す図、第２Ａ図は、第２図のＣ−Ｃ矢視図、
第３図は複数の細長ν・管板を積層して成る従来の管式
熱交換器のＵベンド連結部の構造を示す図、第３Ａ図は
第３図Ｄ−Ｄ矢視図である。 溶接機、５・・・溶接口、６・・・仮付溶接部、７・・
・接触部、８・・・連絡管、９・・・ケイシング、１０
・・・ケイシング増、１１・・・流体の方向、１２．１
３・・・配列線、１４．１５゜１６、１７．１８．１９
・・・管端、２０・・・長軸、２１．２２・・・配列線
、２３　、２４・・・管端。 特許出願人　〃プリウス株式会社 １・・・管板、２・・・伝熱管、３・・・Ｕベンド、４
・・・自動第１Ａ 第１図 手続補正書 平成１年３月１０日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）１枚の板で形成された熱交換器の管板に、管外周側
   に流入する熱交換流体の方向に対して千鳥形に配列され
   た３個の伝熱管の中の２個の伝熱管の断面の中心を結ぶ
   線の１つが直交するように配列された伝熱管群において
   、ケーシングの端部がＵベンドに着装された自動溶接機
   に当接しない管板面からの突き出し長さのケイシングに
   よって伝熱管群の外周を覆う第１工程と、該熱交換流体
   の方向と平行しかつ相互に隣接して延在する２本の配列
   線上に配列された伝熱管群の中で、１本の配列線上に配
   列された１個の伝熱管の管端と他の１本の配列線上に配
   列されかつ該１個の伝熱管に隣接する他の１個の伝熱管
   の管端とを１組として構成される複数組の管端に、自動
   溶接機の着装を可能とする長さの直管部と伝熱管の外径
   の１．２倍より大きく１．８倍より小さい範囲にある管
   中心軸の曲率半径を有する曲管部とを備えるＵベンドを
   、仮付溶接する第２工程と、該Ｕベンドの直管部に長軸
   が該熱交換流体の方向に対して直交する方向に自動溶接
   機を着装して、該２本の配列線上に配列された全ての伝
   熱管の管端とＵベンドとの仮付溶接部を本付溶接する第
   ３工程と、該２本の配列線に隣接して平行に並びかつ相
   互に隣接して延在する他の２本の配列線上に配列された
   伝熱管群に対し、上記第２工程及び第３工程と同様の工
   程に従って伝熱管の管端とＵベンドとを仮付溶接した後
   に本付溶接する第４工程と、更に第４工程と同様の工程
   を繰返して管板上に未溶接のまま残留するマトリックス
   状に配列された伝熱管の全ての管端にＵベンドを取り付
   ける第５工程とから成ることを特徴とする伝熱管端の溶
   接方法。 ２）１枚の板で形成された熱交換器の管板に、管外周側
   に流入する熱交換流体の方向に対して千鳥形に配列され
   た３個の伝熱管の中の２個の伝熱管の断面の中心を結ぶ
   線が直交するように配列された伝熱管群を有する管式熱
   交換器において、ケイシングの端部がＵベンドに着装さ
   れた自動溶接機に当接しない管板面からの突き出し長さ
   のケイシングと、該熱交換流体の方向と平行しかつ相互
   に隣接して延在する２本の配列線上に配列された伝熱管
   群の中で、１本の配列線上に配列された１個の伝熱管の
   管端と、他の１本の配列線上に配列されかつ該１個の伝
   熱管に隣接する他の１個の伝熱管の管端とを１組として
   構成される複数組の管端に自動溶接機によって本付溶接
   され、自動溶接機の着装を可能とする長さの直管部と伝
   熱管の直径の１．２倍より大きく１．８倍より小さい範
   囲にある管中心軸の曲率半径を有する曲管部とを備えた
   Ｕベンドとで構成されることを特徴とする管式熱交換器
   。