(57)【要約】【課題】管板の伝熱管挿着孔の加工にドリルによる切削やレーザーによる孔の加工、更にリーマー加工を不要とすると共に、伝熱管挿着孔の周囲のリング状の溝の加工を不要とすると共に、管板を薄板で形成して、熱交換器の軽量化と小型化を図った伝熱管と管板の接合構造を提供するものである。【解決手段】管板４にプレスにより深絞り成形した伝熱管挿着孔５の周囲にカール部１９を形成し、このカール部１９を形成した伝熱管挿着孔５に伝熱管３の端部側を挿着して、伝熱管３の端部とカール部１９を拡管して、その先端を溶接して一体に接合したものである。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管板にプレスにより深絞り成形した伝熱管挿着孔の周囲にカール部を形成し、このカール部を形成した伝熱管挿着孔に、伝熱管の端部側を挿着して、伝熱管の端部とカール部の先端を溶接して一体に接合したことを特徴とする熱交換器の伝熱管と管板の接合構造。
【請求項２】
伝熱管挿着孔のカール部の内周面と、ここに挿着された伝熱管の外周面とが、伝熱管を拡管して接合されていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器の伝熱管と管板の接合構造。
【請求項３】
カール部が管板の板厚以上に突設していることを特徴とする請求項１または２記載の熱交換器の伝熱管と管板の接合構造。
【請求項４】
カール部の先端と管板の端部を段差を設けて組合せ、この段差部分を溶接して一体に接合したことを特徴とする請求項１、２または３記載の熱交換器の伝熱管と管板の接合構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱交換器の伝熱管と管板の接合構造の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に熱交換器の構造は図６に示すように、所定の間隔で伝熱管貫通孔１を開孔した複数枚のフィン２を間隔をおいて平行に配置し、前記伝熱管貫通孔１に伝熱管３を挿着して拡管して一体に接合する。この伝熱管３の両端は管板４に開孔した伝熱管挿着孔５に挿着し、この挿着部分を拡管してから端部を溶接して、伝熱管３を管板４に接合している、また管板４の外縁部と水室フランジ６との間にはガスケット７を介してボルト８で接合されている。なお図において、１０は水室、１１は水室１０内を仕切る仕切板、１２は冷却水の出入口、１３はフレームである。
【０００３】
また管板４の水室側の伝熱管挿着孔５の周囲には溝１５が形成されている（例えば特許文献１参照）。これは、伝熱管３の肉厚と管板４の板厚を局部的にほぼ等しくすることにより、溶接による熱容量の不均衡を改善すると共に、溶接時の収縮応力も溝１５で囲まれた局部で吸収して、管板４の溶接による歪を防止すると共に、冷却速度をゆるやかにして急冷による溶接部近傍の硬化による割れの発生を防止するようにしたものである。
【０００４】
この管板４と伝熱管３の接合方法は図７（Ａ）に示すように、先ず管板４にドリル加工やレーザー加工により伝熱管挿着孔５を開孔する。次に管板４の水室側の伝熱管挿着孔５の周囲にリング状の溝１５を切削加工する。この後、図７（Ｂ）に示すように伝熱管３の端部を伝熱管挿着孔５に挿着してから、図７（Ｃ）に示すようにマンドレルで伝熱管３の内側を拡管してから端部を溶接して一体に接合している。
【０００５】
また図８に示すように、管板４の伝熱管挿着孔５の内周面にリング状の溝１５を加工し、ここに伝熱管３を挿着して拡管してから、端部を溶接して一体に接合したものがある（例えば特許文献１参照）。更に図９に示すように、管板４の伝熱管挿着孔５の周囲を残して表面を切削し、伝熱管３の肉厚と略等しい肉厚を有する円筒状の突き出し部１６を形成して、溶接性を向上させることも提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
しかしながら、伝熱管３と管板４の接合は、拡管によって気密性を保持させるため、伝熱管挿着孔５の加工に高い精度が要求され、一般に管穴公差は５／１００ｍｍ  程度、粗さは１２−Ｓのリーマ加工をするため多くの加工時間がかかっていた。また伝熱管挿着孔５の周囲や内周に溶接性の改善のためにリング状の溝１５を加工するので更に多くの加工時間がかかっていた。
【０００７】
また管板４の材質は耐食性に優れた例えばネーバル黄銅板やステンレスなど高価な材料が使用されている。また管板４の厚さは、必要とされる圧力・強度により板厚が選定されているが、特に拡管によって気密性を保持させるために板厚は少なくとも２０ｍｍ以上が使用され、このように厚い材料は入手性が悪い問題があった。
【０００８】
【特許文献１】
特開平６ー７４８７９（第４ー７頁  図１、図２、図４）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題を改善し、管板の伝熱管挿着孔の加工にドリルによる切削やレーザーによる孔の加工、更にリーマー加工を不要とすると共に、伝熱管挿着孔の周囲のリング状の溝の加工を不要とし、管板を薄板で形成して、熱交換器の軽量化と小型化を図った伝熱管と管板の接合構造を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の熱交換器の伝熱管と管板の接合構造は、管板にプレスにより深絞り成形した伝熱管挿着孔の周囲にカール部を形成し、このカール部を形成した伝熱管挿着孔に、伝熱管の端部側を挿着して、伝熱管の端部とカール部の先端を溶接して一体に接合したことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の請求項２記載の熱交換器の伝熱管と管板の接合構造は、伝熱管挿着孔のカール部の内周面と、ここに挿着された伝熱管の外周面とが、伝熱管を拡管して接合されていることを特徴とするものである。また請求項３記載の熱交換器の伝熱管と管板の接合構造は、カール部が管板の板厚以上に突設していることを特徴とするものである。
【００１２】
更に請求項４記載の熱交換器の伝熱管と管板の接合構造は、カール部の先端と管板の端部を段差を設けて組合せ、この段差部分を溶接して一体に接合したことを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の一形態を図１ないし図３を参照して詳細に説明する。図１は熱交換器を示すもので、所定の間隔で伝熱管貫通孔１を開孔した複数枚のフィン２を間隔をおいて平行に配置し、前記伝熱管貫通孔１に伝熱管３を挿着して拡管して一体に接合する。また管板４は伝熱管挿着孔５の周囲にカール部１９を形成し、この伝熱管挿着孔５に伝熱管３の端部側を挿着して、この挿着部分を拡管してから、伝熱管３の端部とカール部１９の先端を溶接して一体に接合したものである。
【００１４】
また管板４の水室側には外縁に沿って、水室壁板２０が接合され、ここを囲むようにフレーム１３と水室フランジ２２が取付けられている。また水室フランジ２２には外縁に沿って枠状の溝２３が形成され、ここにＯリング２４が嵌め込まれて、この外側に取付けた水室カバー２５とボルト８で接合されている。この管板４と水室壁板２０および水室カバー２５で囲まれた空間部に水室１０が形成されている。
【００１５】
前記伝熱管３と管板４との接続方法について説明すると、先ず図２（Ａ）に示すように伝熱管３の肉厚よりやや厚い金属板にプレス打ち抜き加工などにより予め伝熱管挿着孔５を開孔しておく。次に図２（Ｂ）に示すように、上型２７と下型２８で、前記管板４の伝熱管挿着孔５を深絞り成形して、図２（Ｃ）に示すようにカール部１９を形成する。このカール部１９の高さは管板４の板厚以上に突設させるのが好ましい。
【００１６】
このように管板４に、伝熱管３の配列ピッチに応じて開孔した伝熱管挿着孔５の周囲を囲むようにカール部１９を形成し、ここに図３（Ａ）に示すように伝熱管３の先端部を挿入する。この後、図３（Ｂ）に示すようにマンドレルなどにより伝熱管３の挿着部分を拡管して、カール部１９の内周面と、伝熱管３の外周面とを接合する。この後、図３（Ｃ）に示すようにカール部１９と伝熱管３の先端部を溶接して気密に接合する。この場合、カール部１９の板厚と伝熱管３の肉厚がほぼ等しいので、溶接による熱容量がほぼ均衡し、溶接による歪を防止できると共に、冷却速度がゆるやかになり、溶接部近傍の急冷硬化による割れの発生を防止することができる。
【００１７】
従って、管板３を薄板で形成して、プレスにより深絞り成形したカール部１９に伝熱管３を挿着して、拡管・溶接することにより気密構造にするので、従来の管板３のように厚板をドリルで切削したりレーザーで孔加工し、更にリーマー加工する必要がなく、しかも溶接性を改善するために伝熱管挿着孔の周囲のリング状溝の加工が不要となり、製造が容易で、熱交換器の軽量化と小型化を図ることができる。
【００１８】
図４は本発明の他の実施の形態を示すもので、伝熱管３の先端をカール部１９よりやや突設させて接合し、伝熱管３の外周先端とカール部１９の先端との間を隅肉溶接したものである。これは、斜めに保持した溶接トーチを回転させて溶接できるので溶接作業の自動化を図ることができる。
【００１９】
図５は本発明の異なる他の実施の形態を示すもので、伝熱管３の先端をカール部１９よりやや短く挿着して接合し、伝熱管３の先端とカール部１９の内周との間を隅肉溶接したものである。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明した如く本発明に係る請求項１記載の熱交換器の伝熱管と管板の接合構造によれば、薄板で形成された管板に、プレスにより深絞りして伝熱管挿着孔の周囲にカール部を形成し、この伝熱管挿着孔に伝熱管の端部側を挿着して、伝熱管の端部とカール部の先端を溶接して一体に接合したので、従来のように厚板をドリルで切削したりレーザーで孔加工し、更にリーマー加工をする必要がなく、しかも溶接性を改善するためのリング状の溝加工が不要となり、製造が容易で、熱交換器の軽量化と小型化を図ることができる。
【００２１】
また請求項２記載の熱交換器の伝熱管と管板の接合構造によれば、伝熱管挿着孔のカール部の内周面と、ここに挿着された伝熱管の外周面とが、伝熱管を拡管して接合されているので、気密に接合することができる。また請求項３記載の熱交換器の伝熱管と管板の接合構造によれば、カール部が管板の板厚以上に突設しているので、拡管による接合を更に確実に行なうことができる。
【００２２】
また請求項４記載の熱交換器の伝熱管と管板の接合構造によれば、カール部の先端と管板の端部とを段差を設けて組合せ、この段差部分を溶接して一体に接合するので溶接の自動化が可能で作業性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態による熱交換器の断面図である。
【図２】（Ａ）は伝熱管挿着孔を開孔した伝熱管の断面図、（Ｂ）は深絞り成形している状態を示す断面図、（Ｃ）はカール部を成形した伝熱管の断面図である。
【図３】（Ａ）は管板の伝熱管挿着孔に伝熱管を挿入した状態を示す断面図、（Ｂ）は伝熱管を拡管してカール部と接合した状態を示す断面図、（Ｃ）は伝熱管とカール部を溶接した状態を示す断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態による伝熱管とカール部を隅肉溶接した状態を示す断面図である。
【図５】本発明の異なる他の実施の形態による伝熱管とカール部を隅肉溶接した状態を示す断面図である。
【図６】従来の熱交換器の構成を示す断面図である。
【図７】（Ａ）は従来の伝熱管挿着孔の周囲にリング状の溝を形成した管板を示す断面図、（Ｂ）は管板の伝熱管挿着孔に伝熱管を挿入した状態を示す断面図、（Ｃ）は管板と伝熱管を拡管してから溶接した状態を示す断面図である。
【図８】従来の伝熱管挿着孔の内周にリング状の溝を形成して伝熱管を接合した接合部分を示す断面図である。
【図９】管板の伝熱管挿着孔の周囲を残して表面を切削して円筒状の突き出し部を形成し、この内側に伝熱管を挿着した接合部分を示す断面図である。
【符号の説明】
１      電熱管貫通孔
２      フィン
３      伝熱管
４      管板
５      伝熱管挿着孔
６      水室フランジ
７      ガスケット
８      ボルト
１０  水室
１１  仕切板
１２  冷却水の出入口
１３  フレームで
１５  リング状の溝
１６  突き出し部
１８  溶接部
１９  カール部
２０  水室壁板
２２  水室フランジ
２３  枠状の溝
２４  Ｏリング
２５  水室カバー
２７  上型
２８  下型
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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