(57)【要約】【課題】拡管時、拡管対象となる伝熱管の周囲に配置された伝熱管の変形を抑制することが可能な伝熱管用補強治具及び伝熱管の拡管方法を提供することを目的とする。【解決手段】補強治具１は、径方向に伸縮するゴム部３と、ゴム部３を軸方向に挟み込むことによって、ゴム部３を径方向に伸張させ、ゴム部３が伸張した状態で、ゴム部３を維持する締込部４とを備え、径を拡張する伝熱管１６の周囲に配置され、管板１８に固定された伝熱管１７の内部に挿入される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
径方向に伸縮する押付け部と、
前記押付け部を軸方向に挟み込むことによって、前記押付け部を径方向に伸張させ、前記押付け部が伸張した状態で、前記押付け部を維持する締込部と、
を備え、
径を拡張する第１の伝熱管の周囲に配置され、管板に固定された第２の伝熱管内部に挿入される伝熱管用補強治具。
【請求項２】
前記押付け部は、前記第２の伝熱管と接触する外周面に弾性部材を有する請求項１に記載の伝熱管用補強治具。
【請求項３】
前記押付け部は、周方向に分割された二つの分割部材を有し、
前記締込部は、前記分割部材よりも軸線側に設けられ、外周面で前記分割部材の内周面と接触しており、
前記締込部が軸方向に沿って移動することによって、前記押付け部は、径方向に伸張する請求項１又は２に記載の伝熱管用補強治具。
【請求項４】
径方向に伸縮する押付け部と、前記押付け部を軸方向に挟み込むことによって、前記押付け部を径方向に伸張させ、前記押付け部が伸張した状態で、前記押付け部を維持する締込部とを備える伝熱管用補強治具を用いた伝熱管の拡管方法であって、
径を拡張する第１の伝熱管の周囲に配置され、管板に固定された第２の伝熱管内部に前記伝熱管用補強治具を挿入するステップと、
前記締込部が前記押付け部を軸方向に挟み込むことによって、前記押付け部を径方向に伸張させるステップと、
前記押付け部が伸張した状態で、前記締込部が前記押付け部を維持するステップと、
前記第１の伝熱管の径を拡張するステップと、
を有する伝熱管の拡管方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝熱管用補強治具及び伝熱管の拡管方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シェルアンドチューブ式熱交換器では、複数本の伝熱管が両端部にて、管板によって固定される。伝熱管は、管板に設けられた貫通孔に通され、貫通孔の内周と接触する部分で、径が拡大されて、管板に密着される。伝熱管の径を拡大することを拡管という。
なお、シェルアンドチューブ式熱交換器以外の技術であるが、特許文献１では、管端部を真円に矯正するための拡管装置に関する技術が開示されている。また、特許文献２では、クロスフィン型熱交換器に関する技術であって、伝熱管内に拡管マンドレルを押し込んで、伝熱管を内側から拡管する際、内面溝を潰したり、アルミニウム酸化皮膜を破ったりしないように、伝熱管内にスペーサを挿入してから拡管する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２１４１６９号公報
【特許文献２】特開２０００−２１８３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
シェルアンドチューブ式熱交換器の管板に伝熱管を拡管して固定する際、電動式等の拡管機を用いて、締め付けトルクによって拡管率を管理しながら、径を拡張している。しかし、対象となる伝熱管の径を拡張すると、伝熱管周囲の管板が変形し、更に他の伝熱管も変形してしまう場合がある。その結果、拡管対象となる伝熱管の周囲の伝熱管において、流体が伝熱管外部に漏れることがある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、拡管時、拡管対象となる伝熱管の周囲に配置された伝熱管の変形を抑制することが可能な伝熱管用補強治具及び伝熱管の拡管方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の伝熱管用補強治具及び伝熱管の拡管方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る伝熱管用補強治具は、径方向に伸縮する押付け部と、前記押付け部を軸方向に挟み込むことによって、前記押付け部を径方向に伸張させ、前記押付け部が伸張した状態で、前記押付け部を維持する締込部とを備え、径を拡張する第１の伝熱管の周囲に配置され、管板に固定された第２の伝熱管内部に挿入される。
【０００７】
この構成によれば、締込部によって押付け部が軸方向に挟み込まれることによって、押付け部が径方向に伸張し、締込部によって押付け部が径方向に伸張した状態で維持される。したがって、押付け部及び締込部が第２の伝熱管内に挿入された状態で、押付け部の径が伸張されると、押付け部は第２の伝熱管の内周面に接触する。また、押付け部は、第２の伝熱管の内部で径方向に伸張した状態で維持されるため、第２の伝熱管は内部から補強されている。したがって、径を拡張する第１の伝熱管の周囲に配置され、管板に固定された第２の伝熱管は、押付け部及び締込部が挿入されて、押付け部の径が伸張して維持されているとき、拡管対象となる第１の伝熱管から受ける力に対抗できる。その結果、拡管対象となる第１の伝熱管の周囲に配置された第２の伝熱管の外周面に生じる応力が低減する。そして、第２の伝熱管の変形が低減され、第２の伝熱管からの流体の漏れを防止できる。
【０００８】
上記発明において、前記押付け部は、前記第２の伝熱管と接触する外周面に弾性部材を有することが望ましい。
【０００９】
この構成によれば、第２の伝熱管が拡管対象となる第１の伝熱管から力を受けたとき、押付け部材の弾性部材が変形する。第２の伝熱管の外周面に応力が生じたとき、弾性部材の弾性性能によって、第２の伝熱管のひずみが、ある程度許容される。したがって、弾性が低い金属部材のみが第２の伝熱管内部に挿入される場合に比べて、管板と第２の伝熱管の外周面との管周方向の接触幅が広くなり易い。その結果、広い範囲で力の分散化を図ることができ、第２の伝熱管の外周面に生じる径方向の圧縮応力が低減される。
【００１０】
上記発明において、前記押付け部は、周方向に分割された二つの分割部材を有してもよく、前記締込部は、前記分割部材よりも軸線側に設けられ、外周面で前記分割部材の内周面と接触しており、前記締込部が軸方向に沿って移動することによって、前記押付け部は、径方向に伸張する。
【００１１】
この構成によれば、押付け部は、締込部の軸方向に沿った移動によって、径方向に伸張可能であり、簡易な構成で押付け部を径方向に伸張できる。また、締込部の軸方向に沿った移動を固定することで、押付け部を径方向に伸張した状態で維持できるため、拡管対象となる第１の伝熱管から受ける外部の力に対して確実に対抗できる。
【００１２】
本発明に係る伝熱管の拡管方法は、径方向に伸縮する押付け部と、前記押付け部を軸方向に挟み込むことによって、前記押付け部を径方向に伸張させ、前記押付け部が伸張した状態で、前記押付け部を維持する締込部とを備える伝熱管用補強治具を用いた伝熱管の拡管方法であって、径を拡張する第１の伝熱管の周囲に配置され、管板に固定された第２の伝熱管内部に前記伝熱管用補強治具を挿入するステップと、前記締込部が前記押付け部を軸方向に挟み込むことによって、前記押付け部を径方向に伸張させるステップと、前記押付け部が伸張した状態で、前記締込部が前記押付け部を維持するステップと、前記第１の伝熱管の径を拡張するステップとを有する。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、拡管時、拡管対象となる伝熱管の周囲に配置された伝熱管の変形を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る補強治具を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る補強治具を示す縦断面図である。
【図３】伝熱管、管板及び伝熱管に挿入された補強治具を示す正面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る補強治具を示す縦断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る補強治具を示す縦断面図である。
【図６】図４のVI−VI線で切断した横断面図である。
【図７】図５のVII−VII線で切断した横断面図である。
【図８】伝熱管及び管板を示す正面図である。
【図９】伝熱管、管板、伝熱管に挿入された連結部材を有する補強治具を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る補強治具１は、図１〜図３に示すように、例えばシェルアンドチューブ式熱交換器の管板１８に伝熱管１６を拡管して固定する際、拡管対象となる伝熱管１６の周囲の複数の伝熱管１７に設置される。補強治具１が伝熱管１７に挿入されることによって、拡管時に周囲の伝熱管１７における変形が低減し、伝熱管１７の外部へ流体が漏れることを防止できる。管板１８は、例えば20mm〜30mmほどの板厚であり、伝熱管１６，１７の肉厚は、例えば約20mmである。
【００１６】
補強治具１は、図１及び図２に示すように、伝熱管１７の内周面に接触するゴム部３と、ゴム部３を圧縮して径方向に拡張させる締込部４などからなる。締込部４は、ボルト６と、ボルト６に螺合するナット７と、支持部８，９から構成される。なお、図１は、ボルト６及びナット７によってゴム部３を締め込む前の状態を示し、図２は、ボルト６及びナット７によってゴム部３を締め込んだ後の状態を示す。
【００１７】
ゴム部３は、例えばウレタンゴム製であり、中空の円筒形状の部材である。ゴム部３の軸方向には、貫通孔１０が形成されている。貫通孔１０には、ボルト６の軸１１が貫通して設置される。ゴム部３は、両端で締込部４の支持部８，９と接触している。ゴム部３は、非圧縮性を有しており、支持部８，９を介してボルト６及びナット７によって軸方向に挟み込まれると、図２に示すように、径方向に伸張する。一方、ボルト６及びナット７による挟み込みが解除されると、伸張していたゴム部３の径は、図１に示すように、元に戻る。
【００１８】
ボルト６は、軸１１と頭部１２からなる。補強治具１が伝熱管１７に配置される際、ボルト６の一端部側の頭部１２が伝熱管１７の内部側に位置し、ボルト６の他端部側が伝熱管１７の開口端部よりも外側に位置する。ボルト６の頭部１２は、支持部８と接触する。
ナット７は、ボルト６の他端部側に螺合しており、支持部９と接触する。
【００１９】
支持部８は、中空の円筒形状の部材であり、軸方向に貫通孔１３が形成されている。貫通孔１３には、ボルト６の軸１１が貫通して設置される。支持部８は、ボルト６に対して、ボルト６の軸方向に移動可能である。支持部８は、一端側でゴム部３と接触し、他端側でボルト６の頭部１２と接触している。
【００２０】
支持部９は、軸方向に貫通孔１４が形成された部材である。貫通孔１４には、ボルト６の軸１１が貫通して設置される。支持部９は、ボルト６に対して、ボルト６の軸方向に移動可能である。支持部９は、一端側でナット７と接触し、他端側でゴム部３と接触している。支持部９の他端部９ｂには、貫通孔１４よりも外側に溝部１５が形成されている。溝部１５は、内部に伝熱管１７の開口端部が収容されるように、伝熱管１７に対応した円弧形状、溝幅及び溝深さを有する。補強治具１が伝熱管１７に配置される際、支持部９の他端部９ｂの少なくとも一部は、管板１８と接触する。
【００２１】
次に、本実施形態に係る補強治具１の使用方法について説明する。
補強治具１は、拡管機を用いて伝熱管１６を拡管する際、図３に示すように、拡管対象となる伝熱管１６の周囲に位置する複数の伝熱管１７に挿入される。なお、図３では、伝熱管１６に隣接する６本の伝熱管１７のみに補強治具１を設置する例を示しているが、本発明はこの例に限定されず、拡管対象となる伝熱管１６に隣接する伝熱管１７よりも外側の伝熱管１７にも補強治具１を設置してもよい。
【００２２】
まず、図１に示すように、ボルト６とナット７によるゴム部３の締め付けが解除された状態で、補強治具１が伝熱管１７の開口端部から内部に向けて挿入される。そして、支持部９の他端部９ｂを管板１８と接触させた状態で、ナット７をボルト６に対して締め付ける。
【００２３】
その結果、図２に示すように、支持部９が管板１８に対して接触した状態で、ゴム部３が支持部８，９を介してボルト６及びナット７によって軸方向に挟み込まれる。そして、ゴム部３は、径方向に伸張し、伝熱管１７の内周面を押圧する状態となる。予め、ナット７の締め付けにおけるトルク値と、ゴム部３の押圧による伝熱管１７のひずみの関係を取得しておけば、現場施工時に、トルク管理によって、ナット７の締め付け量を調整できる。トルク管理によって、所定の締め付け量が確認されたとき、補強治具１の設置が完了する。
【００２４】
拡管対象となる伝熱管１６の周囲の伝熱管１７における補強治具１の設置が完了した後、拡管対象となる伝熱管１６に拡管機を設置し、拡管を行う。このとき、拡管対象となる伝熱管１６の径が拡張することによって、伝熱管１６の外周面と管板１８の貫通孔１９とが密着する。そして、拡管される伝熱管１６の周囲における管板１８とその他の伝熱管１７には応力が発生する。
【００２５】
一方、周囲の伝熱管１７には、補強治具１が挿入されて、伝熱管１７内部が中空ではなく、他部材によって充填された状態となっている。そのため、周囲の伝熱管１７は、拡管対象となる伝熱管１６の拡張によって外周面から力を受けたとき、伝達される力が分散される。したがって、補強治具１が挿入されない場合に比べて、周囲の伝熱管１７の外周面に生じる周方向の応力が低減し、周囲の伝熱管１７の変形を抑制できる。
【００２６】
また、周囲の伝熱管１７の内周面は、補強治具１のゴム部３と接触している。そのため、周囲の伝熱管１７の外周面に応力が生じたとき、ゴム部３の弾性性能によって、周囲の伝熱管１７のひずみが、ある程度許容される。したがって、弾性が低い金属部材のみが伝熱管１７内部に挿入される場合に比べて、管板１８と伝熱管１７の外周面との管周方向の接触幅が広くなり易い。その結果、広い範囲で力の分散化を図ることができ、周囲の伝熱管１７の外周面に生じる径方向の圧縮応力も低減される。
【００２７】
以上、本実施形態によれば、補強治具１が、拡管対象となる伝熱管１６の周囲に位置するその他の伝熱管１７に挿入されることによって、周囲の伝熱管１７は、拡管時において、外周面に生じる周方向の応力が低減するだけでなく、径方向の圧縮応力も低減する。その結果、周囲の伝熱管１７において、変形が低減し、流体の伝熱管１７外部への漏れを防止できる。
【００２８】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る補強治具２について、図４〜図８を参照して、説明する。
本実施形態に係る補強治具２は、第１実施形態の補強治具１と同様に、例えばシェルアンドチューブ式熱交換器の管板１８に伝熱管１６を拡管して固定する際、拡管対象となる伝熱管１６の周囲の複数の伝熱管１７に設置される。補強治具２が伝熱管１７に挿入されることによって、拡管時に周囲の伝熱管１７における変形が低減し、伝熱管１７の外部へ流体が漏れることを防止できる。
【００２９】
補強治具２は、図４〜図７に示すように、周方向に２分割され、伝熱管１７内周面に接触する押付け部２１と、押付け部２１を径方向に拡張させる締込部２３などからなる。締込部２３は、テーパ部２４と、ボルト２５と、ボルト２５に螺合するナット２６と、支持部２７から構成される。なお、図４及び図６は、ボルト２５及びナット２６によって押付け部２１を締め込む前の状態を示し、図５及び図７は、ボルト２５及びナット２６によって押付け部２１を締め込んだ後の状態を示す。
【００３０】
押付け部２１は、例えば金属製であり、２分割された分割部材２１Ａと分割部材２１Ｂを有する。押付け部２１はゴム部２２を有し、ゴム部２２は分割部材２１Ａ，２１Ｂの外周面に貼り付けられている。分割部材２１Ａ，２１Ｂの外周面は、補強治具２が挿入される伝熱管１７の内周面に対応し、軸方向にわたって径が等しい円柱面である。分割部材２１Ａ，２１Ｂの内周面は、テーパ部２４の外周面に対応したテーパ面を有する。分割部材２１Ａ，２１Ｂの内周面は、テーパ部２４の外周面と接触する。
分割部材２１Ａ，２１Ｂの外周面には、Ｏリング３３が設けられ、分割部材２１Ａ，２１Ｂは、Ｏリング３３によって、軸線側、すなわちテーパ部２４側へ付勢されている。
【００３１】
押付け部２１は、一端部２１ａで支持部２７と接触している。押付け部２１は、テーパ部２４と支持部２７を介して、ボルト２５及びナット２６によって軸方向に挟み込まれると、径方向の外側へ移動する。その結果、図５及び図７に示すように、伝熱管１７の内周面は、押付け部２１から径方向に力を受ける状態となる。一方、ボルト２５及びナット２６による挟み込みが解除されると、図４及び図６に示すように、Ｏリング３３によって、径方向の外側へ移動していた押付け部２１は内側へ移動する。
【００３２】
テーパ部２４は、例えば金属製であり、一側でテーパ面を有する部材である。テーパ部２４の軸方向には、貫通孔２８が形成されている。貫通孔２８には、ボルト２５の軸２９が貫通して設置される。
【００３３】
ボルト２５は、軸２９と頭部３０からなる。補強治具２が伝熱管１７に配置される際、ボルト２５の一端部側の頭部３０が伝熱管１７の内部側に位置し、ボルト２５の他端部側が伝熱管１７の開口端部よりも外側に位置する。ボルト２５の頭部３０は、テーパ部２４と接触する。
ナット２６は、ボルト２５の他端部側に螺合しており、支持部２７と接触する。
【００３４】
支持部２７は、中空の部材であり、軸方向に貫通孔３１が形成されている。貫通孔３１には、ボルト２５の軸２９が貫通して設置される。支持部２７は、ボルト２５に対して、ボルト２５の軸方向に移動可能である。支持部２７の押付け部２１側には、押付け部２１と伝熱管１７の開口端部が内部に収容されるように、溝部３２が形成されている。補強治具２が伝熱管１７に配置される際、支持部２７の他端部２７ｂの少なくとも一部は、管板１８と接触する。支持部２７は、一端側でナット２６と接触し、溝部３２の底部で押付け部２１と接触している。
【００３５】
次に、本実施形態に係る補強治具２の使用方法について説明する。
補強治具２は、拡管機を用いて伝熱管１６を拡管する際、拡管対象となる伝熱管１６の周囲に位置する複数の伝熱管１７に挿入される。
まず、図４に示すように、ボルト２５とナット２６による押付け部２１の締め付けが解除された状態で、補強治具２が伝熱管１７の開口端部から内部に向けて挿入される。なお、拡管対象となる伝熱管１６が拡管されるとき、隣接する伝熱管１７は、図８に示すように、伝熱管１６の軸線と伝熱管１７の軸線を結んだ面上に位置する母線１７ａにおいて最も応力が高くなる。したがって、図７に示すように、補強治具２の分割部材２１Ａ，２１Ｂが伝熱管１７の内周面を押圧するとき、分割部材２１Ａ，２１Ｂの頂点部２１ａが伝熱管１７の母線１７ａと一致するように、補強治具が伝熱管１７内に設置されることが望ましい（図６参照）。
【００３６】
そして、図４に示すように、支持部２７の他端部２７ｂを管板１８と接触させた状態で、ナット２６をボルト２５に対して締め付ける。
その結果、図５に示すように、支持部２７が管板１８に対して接触した状態で、押付け部２１がテーパ部２４と支持部２７を介してボルト２５及びナット２６によって軸方向に挟み込まれる。そして、押付け部２１は、径方向の外側へ移動し、伝熱管１７の内周面を押圧する状態となる。予め、ナット２６の締め付けにおけるトルク値と、押付け部２１の押圧による伝熱管１７のひずみの関係を取得しておけば、現場施工時に、トルク管理によって、ナット２６の締め付け量を調整できる。トルク管理によって、所定の締め付け量が確認されたとき、補強治具２の設置が完了する。
【００３７】
拡管対象となる伝熱管１６の周囲の伝熱管１７における補強治具２の設置が完了した後、拡管対象となる伝熱管１６に拡管機を設置し、拡管を行う。このとき、拡管対象となる伝熱管１６の径が拡張することによって、伝熱管１６の外周面と管板１８の貫通孔１９とが密着する。そして、拡管される伝熱管１６の周囲における管板１８とその他の伝熱管１７には応力が発生する。
【００３８】
一方、周囲の伝熱管１７には、補強治具２が挿入されて、伝熱管１７内部が中空ではなく、他部材によって充填された状態となっている。そのため、周囲の伝熱管１７は、拡管対象となる伝熱管１６の拡張によって外周面から力を受けたとき、伝達される力が分散される。したがって、補強治具２が挿入されない場合に比べて、周囲の伝熱管１７の外周面に生じる周方向の応力が低減し、周囲の伝熱管１７の変形を抑制できる。
【００３９】
また、周囲の伝熱管１７の内周面は、押付け部２１のゴム部２２と接触している。そのため、周囲の伝熱管１７の外周面に応力が生じたとき、ゴム部２２の弾性性能によって、周囲の伝熱管１７のひずみが、ある程度許容される。したがって、弾性が低い金属部材のみが伝熱管１７内部に挿入される場合に比べて、管板１８と伝熱管１７の外周面との管周方向の接触幅が広くなり易い。その結果、広い範囲で力の分散化を図ることができ、周囲の伝熱管１７の外周面に生じる径方向の圧縮応力も低減される。
【００４０】
以上、本実施形態によれば、補強治具２が、拡管対象となる伝熱管１６の周囲に位置するその他の伝熱管１７に挿入されることによって、周囲の伝熱管１７は、拡管時において、外周面に生じる周方向の応力が低減するだけでなく、径方向の圧縮応力も低減する。その結果、周囲の伝熱管１７において、変形が低減し、流体の伝熱管１７外部への漏れを防止できる。
【００４１】
なお、上述した実施形態では、補強治具１，２が１本の伝熱管１７に対して一つずつ設置される場合について説明したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、図９に示すように、連結部材３４によって、６個の補強治具１又は補強治具２が一体化されていてもよい。これにより、補強治具１，２を個別に都度伝熱管１７に対して脱着する必要がなくなるため、作業性が向上する。
【符号の説明】
【００４２】
１，２  補強治具
３  ゴム部（押付け部、弾性部材）
４  締込部
６  ボルト
７  ナット
８，９  支持部
１６  伝熱管（第１の伝熱管）
１７  伝熱管（第２の伝熱管）
１８  管板
２１  押付け部
２１Ａ，２１Ｂ  分割部材
２３  締込部
２４  テーパ部
２５  ボルト
２６  ナット
２７  支持部
３４  連結部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2014195820.tif 000006
【図５】
2014195820.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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