JPH0265927A - 集合管又は分配管を備えた熱交換器マトリツクスの成形管端部の結合部を製造する方法及び装置 - 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、作業媒体によって正規に貫流される管フィー
ルドを形成するそれぞれ同じ楕円形横断面を有する成形
管を使用して、集合管又は分配管を備えた熱交換器にお
ける束状の成形管マトリックスの端部の固定的かつ流体
に対してシールされる結合部を製造する方法及びこの方
法を実施する装置に関する。

従来の技術 ドイツ連邦共和国特許出願公開第３１４６６９０号明細
書により公知の成形管熱交換器は、主に、互いにほぼ平
行に配置された２つの圧縮空気案内用集合管を有してい
る。集合管の入口もしくは出口側に、０字状に曲げられ
て延びる成形管マトリックスが接続されている。成形管
マトリックスは、集合管に供給される圧縮空気を加熱す
るために熱ガスによって貫流され、この場合加熱された
圧縮空気は次に、隣接する別の集合管を介して適当な消
費器、例えばガスタ−ビン駆動装置の燃焼室に供給され
ることができる。

このような公知の熱交換器においては、複数の成形管端
部を、流体に対してシールしてかつ運転確実に集合管と
結合することができなけらばならない。このために既に
、集合管が相応する数の孔を備えており、該孔に成形管
端部を嵌込んで、次いで集合管材料とはんだ付けするよ
うにしたことが提案されている。しかしこのような結合
形式は、個々の成形管端部が比較的多数の作業動作で、
かつ精密な手工業の手段で集合管底と結合されなければ
ならないので、製造費は比較的高くなる。

すでに述べたはんだ付けは、液状に供給されるはんだの
申し分ない搬送を保証するために、比較的大きなはんだ
ギャップもしくははんだ接目を予定しなければならない
ことによって、実際従来において克服されない危険な要
因を与えている。さらにこの場合、溶融液で供給される
はんだが局所的に種種の区域で変位する危険があるので
、最終の冷却プロセスにおいて、はんだ接目が全周にわ
たって完全にはんだを充てんされているということはほ
とんど保証されないこのことは、必要なシール性及び結
合部の確実性に不都合に作用する。さらに比較的厚くな
るはんだも、結合部の腐食状態に関して不都合に作用す
る。さらに、既に電子ジェット溶接された結合部におい
てさえ、集合管の結合個所における切込み作用により強
さは期待できない。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第３３１００６１号明細
書により公知の、管分配装置もしくは熱交換器ブロック
を製造するＩ；めの方法においては、管底又は集合管が
、極めて正確に予め変形された、もしくは予め成形され
た複数の部材によってまとめられる。要するに、マトリ
ックスの成形管の数及び所望の間隔に相応して、層状に
構成された部材が、マトリックスの配置された成形管端
部をそれぞれ半分だけ形状接続的に取囲むことができる
ように予め変形されなければならない。

公知の場合の欠点としては、層を形成された部材の比較
的正確な製造にもかかわらず製造誤差を考慮しなければ
ならないことであり、つまり製造すべき底又は管の全長
が前記部材の厚さ誤差の合計によって変動することを考
慮しなければならないことである。さらに公知の場合で
は、底又は管の変動の他にも、正規の成形管間隔及び成
形管配置に対する局所的な孔のずれが防止されておらず
、要するに、前記部材の実質的な形状要求によって原則
的な製造誤差が排除されず、実際には極めてコスト高な
後加工によってしか修正できないという欠点を有してい
る。層状の底又は集合管製造との組合せにおいて、製造
費が比較的高くなる。確かにわずかな孔形状変動のよう
な前記の孔のずれは、マトリックスの管端部の厄介な微
調整もしくはセンタリングを前提としており、この場合
成形管端部と所属の集合管底との後のはんだ付けは、局
所的に変位したはんだ及びこれに伴って生じるシール性
の問題及び確実性の問題を避けようとするために、成形
管端部の極めて正確に合わされた座りを強制する。

ドイツ連邦共和国特許第３３２４９１５号明細書により
公知である前述の形式の熱交換器ブロックを製造する方
法においては、成形管が中空形状の所定の貫通切欠き部
内に差込まれ、しかもこの貫通切欠き部は粉末焼結物を
充たされている。焼結過程の後に、粉末焼結物が集合管
の壁部分を形成し、この壁部分内に成形管端部が固定的
に、かつガス密に結合される。

このような公知の方法の著しい欠点は、中空形状によっ
て、形成しようとする壁部分の制限面のみを決定してい
ることである。要するに、壁厚は粉末流入量によって与
えられており、従って壁厚誤差を小さく維持する点に困
難性が見られる。このことは、複数の成形管をスペース
的に比較的狭く配置することによってとりわけ困難にな
る。特に、焼結技術及び様々な測り知れない方法技術を
考慮して、この公知の場合も実際の実施並びにコスト−
収益−関係に関して狭い制限が加えられている。

アメリカ合衆国特許第４２０６８０６号明細書により公
知の熱交換器の第１の構成は、同一の楕円横断面形状を
有する真直ぐな管から成る管束をフレーム部分に両側で
位置決めする保持部について述べる。この場合、管端部
が直角に変形された管脚端部を取囲んでおり、該管脚端
部はその最大長さの延びに関して例えばそれぞれ９０度
だけ、楕円横断面の大直径の位置に対して回転して配置
することができる。公知の構成において、管は、互いに
前後に一列に、方形の脚端部の狭い端面に沿って直接互
いに溶接され、かつ最長の構造長さの所属の脚区分に沿
って、変形可能な条片と溶接される。この場合、フレー
ム部分内に局所的に固定的に管側で入れられるのではな
く、むしろフレーム部分は管端部の熱的に適合される位
置決めを準備しているこの意味でのみ、公知の別の構成
も同様であり、従って全ての方形に変形された管端部は
まずその共通の接触面に沿って互いに溶接され、次いで
７レーム又は容器の窓内に位置決めされて保持される。

要するに、公知の場合には、管束の端部を、熱交換器底
もしくはクロス一対流−構造形式で形成された熱交換器
の閉じた集合管又は分配管の壁に、固定的に、確実的に
、並びに流体に対してシールして固着されることに関す
る問題点を解決することはできない。

発明が解決しようとする課題 本発明の課題は、熱交換器の成形管端部を、形状接続的
な、かつ流体に対してシールする管端部結合部として、
比較的簡単な形式で固定的に、運転確実に、かつ流体に
対してシールして集合管又は分配管の壁と結合すること
ができるような前述の形式の方法及び装置を提供するこ
とである。

課題を解決するための手段 前述の課題を解決するために講じた方法の手段によれば
、 （イ）成形管を、正規に貫流される成形管フィールドを
形成する一平面から集合管又は分配管に向かう方向で曲
げ、 （ロ）はんだを、成形管端分配の、後に互いに向かい合
う結合面に塗布し、 （ハ）はんだを備えた対向面に沿って、成形管端部をパ
ケット状にゆるく寄せ集め、 （ニ）パケット状に寄せ集められた成形管端部を、フレ
ーム状に配置される部分によってつかみ、 （ホ）成形管端部を、７レ一ム部分を介して、端部がほ
ぼ完全に面接触するように変形されるように押合わせ、 （へ）変形された成形管端部同志、フレーム部分同志並
びにフレーム部分と成形管端部の、前記部分に隣接する
外面とを、同時に一緒に高温はんだ付けして１つのブロ
ックにし、 （ト）今や閉じられた７レ一ム部分を介して、集合管又
は分配管の円周におけるブロック寸法に規定された開口
の壁区分と前記ブロックを溶接する、 ようにした。

さらに、前述の課題を解決するために講じた構成の手段
によれば、楕円形状の成形管端部の大直径の方向でそれ
ぞれ作用するフレーム状の２つの部分が歯状の成形工具
を形成しており、楕円形状の成形管端部の小直径の方向
でそれぞれ作用するフレーム状の２つの部分が成形管半
部側で適合する面取りされた成形工具を形成しているよ
うにした。

発明の効果 本発明により、固定的かつ流体に対してシールして結合
された成形管ブロックを極めて簡単に集合管もしくは分
配管と結合することができる。従来技術のような複雑か
つ高価な個別の孔あけ及び管を通す処理及びはんだの問
題は排除される。さらに本発明により、確実な自体安定
的な管接続が得られ、ブロック状に製造され、さらに集
合管又は分配管と結合される管接続結合部によって、例
えば集合管もしくは分配管からＵ字状に熱ガス流に向か
って突出する成形管マトリックスの申し分ない運転安全
的な保持が保証される。さらに本発明によって、熱交換
器底への個々の局所的な成形管端部の固定形式に関して
、許容される所定の成形管間隔密度を考慮する必要はな
い。正常な成形管間隔密度の領域（正規に貫流される成
形管フィールド）がら、成形管端部を接続平面内でパケ
ット状に寄せ集め、次の段階で局所的に変形しつつ押合
わせル（フロック形成）ような位置に管を曲げることに
よって、ブロックのための窓もしくは接続開口を比較的
小さく設計することができ、従ってフレーム状の外側輪
郭を介してブロックを溶接する動作と組合わせても集合
管もしくは分配管の弱化は比較的わずかである。さらに
本発明により重要なことは、はんだもしくははんだ材料
が、パケット状に、かつフレーム状に成［Ｐ端部を押合
わせる段階の前に少なくとも、結合すべき対向の面に塗
布されることであり、例えばペースト状に塗布されるは
んだを圧縮下で局所的に均一な面積で分配することがで
き、もしくは所定の対向する成形管面取りにより残され
ている中間室内に圧着することができる。

実施例 第１図は本発明による方法及び所属の装置の使用に適す
る成形管熱交換器を概略的に示す。

成形管熱交換器は主に、互いに平行に配置された２つの
集合管１．２から成っている。両方の集合管１．２から
、Ｕ字状に曲げられた成形管マトリックス３が熱ガス流
Ｇに対して突出している。成形管マトリックス３は、第
１図の左下に示す断面図から明らかなような楕円形横断
面を有する複数の成形管から成っている。さらにこの横
断面から明らかなように、前述の熱ガス流Ｇはマトリッ
クスもしくは成形管フィールドの所定の熱ガス流過横断
面を通ってほぼ蛇行線状に進む。要するに個々の成形管
４は、熱ガス流Ｇに関してオンエツジ（横にたてた状態
）に配置されている。処で、運転中には図面において上
方の集合管ｌに圧縮空気りが供給され、この圧縮空気は
次いで側方へ、まずマトリックス３の直線区分内に流入
する。次に、マトリックス３の外側範囲において圧縮空
気流が変向されて、マトリックス３の下方の直線区分を
介して下方の集合管２内に達し、ここから圧縮空気は加
熱された状態で矢印Ｄ′の方向で適当な消費器、例えば
ガスタービン駆動装置の燃焼室に供給されることができ
る。第１図には、成形管４の適当なスペーサが符号５，
６で示されている。

本発明は、それぞれ集合管ｌもしくは２を備えた熱交換
器におけるマトリックス３の成形管４の下方に位置する
端部７（第２図）の、固定的な、運転確実な、かつ流体
に対してシールされる結合部を製造するための方法に関
する。このために、まず第３図による個々の成形管４が
適当な間隔で互いに向かい合うように配置されて、保持
され、この適当な間隔は少なくとも、正規に貫流される
成形管フィールドの実地における必要性もしくは条件か
らほぼ得られる（第１図左下のマトリックス横断面図も
参照）。端部７をも含めた成形管４は第３図により楕円
形横断面を有している。各成形管４（第３図及び第４図
）は、中央の横ウェブ８によって互いに分割される常に
２つの圧縮空気通路９，１ｏを取囲んでいる。成形管４
の大直径が符号Ａで、かつ小直径（横ウエブ側）が符号
Ｂで示されており、大直径Ａによって、成形管は熱ガス
流Ｇの方向でオンエツジに配置されている。

前述の配置及び保持により、成形管４はマトリックス３
のそれぞれの直線区分から、はぼ横方向に、かつ直角に
横切る平面２もしくは２′の所で、端部７が対向する側
で面接触しつつゆるく寄せ集められるように（第４図）
、例えば第１図（第２図）の集合管に向かう方向で曲げ
られる。実施例では成形管４の端部７は、曲げられた後
にすでに、もしくは寄せ集められる前にはんだ材用ペー
ストもしくははんだＬによって被覆される。

ゆるくパケット状に寄せ集められた（第４図）後に、成
形管端部７はフレーム部分１２，１３．１４によってつ
かまれもしくは取囲まれ、しかもこのフレーム部分は同
時に変形工具として役立つ。フレーム部分１２．１３．
１４．１５を成形管端部構造体（第４図）に載着した後
に、矢印Ｐ、Ｐｉ、Ｐ２．Ｐ３の方向で、端部７′　（
第５図）の面がほぼ完全に整合されて変形されるように
押合わされる。要するに、最初の純粋に楕円形の形状の
代わりに、第５図に示す形状が形成される。この形状に
おいては、成形管端部７′がそれぞれの横ウェブ８の両
側でほぼ三角形状に変形されており、しかも主として面
を整合された対向する接触部がはんだＬの影響を受けて
形成されている。

矢印Ｐ、Ｐｉ、Ｐ２．Ｐ３で示される押合わせ動作は、
適当に調整される締付は装置によって行われる。

前記の押合わせに続いて、すでに変形された成形管端部
７′同志、７レーム部分１２．１３１４．１５同志、並
びに該７レ一ム部分とこれに直接隣接する成形管端部７
′の外面とが、同時に高温はんだ付けされて１つのブロ
ックが形成される。

さらに、今や製造されたブロックが、閉じられる１つの
フレームとして結合されたフレーム部分１２．１３．１
４．１５を介してブロック寸法もしくはフレーム寸法に
規定される開口２６の壁区分と、もしくは例えば第１図
（第２図）の集合管における窓と溶接される。

さらに第２図には、端部７′の成形管長さにわたって、
はんだ又は場合によってははんだシートのそれぞれ同形
状の縦分布が符号ｔで示されている。

前述の高温はんだ付けは炉内で行なわれ、しかも炉内で
フレーム部分の付加的な保持部材として役立つ締付は部
材を含めて行なわれる。この締付は装置は集合管に溶接
する前に再び遠ざけられる。

第５図からさらに判るように、成形管端部７の大直径Ａ
の方向で、つまり矢印Ｐｌ、Ｐ２の方向で変形する押合
わせ時に作用するフレーム部分１３．１４ははさみ状の
成形工具を形成する。楕円形の成形管端部７の小直径Ｂ
の方向で、つまり矢印Ｐ、Ｐ３の方向で作用するフレー
ム部分１２．１５は、内側面に成形管半部側で適合され
る面取りされた成形工具を形成する。

別の実施例において、はんだ材料、例えばペースト又は
シートとして準備されたはんだ材料を少なくともフレー
ム側の押合わせの前に、フレーム部分１２．１３．１４
．１５の成形工具として形成された相応する内側面に塗
布することができる。すなわち、パケット状の東端部（
第４図）の外面にはんだを塗布する代わりに、前記のフ
レーム部分を、変形された束端部（第５図）の直接前記
部分に隣接する外面と運転確実に結合するために、しか
も炉内でフレーム部分の内側面に塗布することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は正規に貫流される成形管フィールドを説明する
ためにマトリックス横断面をも示した、クロス一対流−
構造形式の概略的に示された成形管熱交換器の側面図、
第２図は成形管端部のフレーム状並びにブロック状の構
成及び固着を説明するための集合管又は分配管区分の拡
大図、第３図は方法を実施するために与えられるマトリ
ックスの楕円形成形管の基本位置を示す断面図、第４図
は局所的にはんだ付けされる成形管端部をできるだけゆ
るくパケット状に寄せ集めた状態で示す断面図、第５図
は第４図による成形管端部を、変形工具のフレーム部分
を使用して押合わせて変形した状態で示す断面図である
。 １．２・・・集合管、３・・・マトリックス、４・・・
成形管、５．６・・・スペーサ、７．７′・・・端部、
８・・・横ウェブ、９．１０・・・圧縮空気通路、１２
゜１３．１４．１５・・・フレーム部分 ＦＩＧ、３ ７・７′・端部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、集合管又は分配管（１、２）を備えた熱交換器にお
   ける束状の成形管マトリックス（３）の端部（７）の固
   定的かつ流体に対してシールされる結合部を製造する方
   法であって、作業媒体（Ｇ）によって正規に貫流される
   管フィールドを形成するそれぞれ同じ楕円形横断面を有
   する成形管（４）を使用する形式のものにおいて、 （イ）成形管（４）を、正規に貫流される成形管フィー
   ルドを形成する一平面（２、２′）から集合管又は分配
   管（１、２）に向かう方向で曲げ、 （ロ）はんだを、成形管端部（７）の、後に互いに向か
   い合う結合面に塗布し、 （ハ）はんだを備えた対向面に沿って、成形管端部（７
   ）をパケット状にゆるく寄せ集め（ニ）パケット状に寄
   せ集められた成形管端部（７）を、フレーム状に配置さ
   れる部分（１２、１３、１４、１５）によってつかみ、
   （ホ）成形管端部（７）を、フレーム部分を介して、端
   部（７′）がほぼ完全に面接触するように変形されるよ
   うに押合わせ、 （ヘ）変形された成形管端部（７′）同志、フレーム部
   分（１２、１３、１４、１５）同志並びにフレーム部分
   と成形管端部（７′）の、前記部分に隣接する外面とを
   、同時に一緒に高温はんだ付けして１つのブロックにし
   、 （ト）今や閉じられたフレーム部分（１２、１３、１４
   、１５）を介して、集合管又は分配管（１、２）の円周
   におけるブロック寸法に規定された開口（１６）の壁区
   分と前記ブロックを溶接する、 ことを特徴とする、集合管又は分配管を備えた熱交換器
   マトリックスの成形管端部の結合部を製造する方法。 ２、成形管端部（７）をゆるく寄せ集める前に、成形管
   端部の、後に互いに向かい合う結合面にペースト又はシ
   ートとしてのはんだ（Ｌ）を塗布する請求項１記載の方
   法。 ３、つかみ段階の前に、フレーム部分（１２、１３、１
   ４、１５）が、相互結合のために、並びに成形管端部（
   ７）の、前記フレーム部分に隣接する外面との結合のた
   めに、はんだを備える請求項１又は２記載の方法。 ４、成形管端部（７）をゆるく寄せ集める前に、成形管
   端部の、後にフレーム部分（１２、１３、１４、１５）
   に隣接する外面にもはんだ（Ｌ）を塗布する請求項１又
   は２記載の方法。 ５、フレーム部分（１２、１３、１４、１５）を、成形
   管端部の位置及び形状に関連して種々の方向（Ｐ、Ｐ１
   、Ｐ２、Ｐ３）で作用する調整可能な締付け装置によっ
   て押合わせ、該締付け装置によって、一緒に高温はんだ
   付けする段階時にブロックにして炉内に導入し、同時に
   この共通の結合段階の終了後に再び遠ざけられる保持部
   材を形成する請求項１から４までのいずれか１項記載の
   方法。 ６、熱ガス流（Ｇ）に対して横方向に片持式に、スペー
   ス的に互いに内外に同形状にまとめられて、それぞれの
   大直径（Ａ）を熱ガス流（Ｇ）の方向で配置し楕円形状
   もしくはランセット状の成形管（４）から成り、しかも
   該成形管が中央の横ウェブ（８）によって互いに分割さ
   れた２つの圧縮空気通路（９、１０）を取囲んでいるよ
   うな、熱交換器マトリックス（３）の、熱ガス流（Ｇ）
   によって貫流される成形フィールドを使用して、前記成
   形管（４）をまず、正規に貫流される管フィールドにほ
   ぼ相応して対向側に間隔を置いて配置し、かつ保持し、
   次の段階で結合部を製造するためにゆるく寄せ集めてフ
   レーム状につかみ、並びに後に隣接する継ぎ目面の間に
   はんだ（Ｌ）を介在させて、高温はんだ付けで１つのブ
   ロックにする前に成形管端部をそれぞれ横ウェブ（８）
   の両側で、主に滑らかな継ぎ目面を有するほぼ三角形形
   状に押込み変形するように押合わせる請求項１から５ま
   でのいずれか１項記載の方法。 ７、請求項１記載の集合管又は分配管を備えた熱交換器
   マトリックスの成形管端部の結合部を製造する方法を実
   施する装置において、楕円形状の成形管端部（７）の大
   直径（Ａ）の方向でそれぞれ作用するフレーム状の２つ
   の部分（１３、１４）が歯状の成形工具を形成しており
   、楕円形状の成形管端部（７）の小直径（Ｂ）の方向で
   それぞれ作用するフレーム状の２つの部分（１２、１５
   ）が成形管半部側で適合する面取りされた成形工具を形
   成していることを特徴とする集合管又は分配管を備えた
   熱交換器マトリックスの成形管端部の結合部を製造する
   装置。