JPH0390235A - シェルアンドチューブ型熱交換器およびその製造方法 - 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、シェルアンドチューブ型熱交換器およびその
製造方法に係り、特に、シェルの管板に形成された貫通
孔に嵌着接合されるチューブの接合構造の簡略化対策に
関する。

（従来の技術） 従来より、シェルアンドチューブ型熱交換器における冷
媒蒸発用のチューブの１タイプとして、熱交換面積を大
きくして熱交換率の向上を図るべく内周面の全体に亘っ
て螺旋状の溝を刻設して放熱フィンの役割をなすように
形成したものがある。

このような内周面加工管を熱交換器ケーシングとしての
シェルの管板に接合する接合構造として、特公昭５９−
１６５３５号公報に示されるように拡管ピースを用い、
この拡管ピースと共にチューブを拡管することで該チュ
ーブを管板に穿設された貫通孔に嵌着して接合させたも
のがある。詳しくは、第６図に示すように、内周面の全
体に亘って螺旋溝（ａ）が刻設され、且つ外径（ｄ）が
管板（ｂ）に穿設された貫通孔（ｃ）の内径（Ｄ）より
も僅かに小さいチューブ（ｅ）を上記貫通孔（ｃ）に挿
入した状態で、上記螺旋溝（ａ）における溝山の径（ｇ
ｌ）より若干中さい外径を有する円筒形の拡管ピース（
ｆ）をチューブ（ｅ）の接合部分に挿入した後、この拡
管ピース（ｆ）の内部に拡管機（ｇ）を配置し、この拡
管機（ｇ）によって前記チューブ（ｅ）を拡管ピース（
ｆ）と共に拡管し、該拡管ピース（ｆ）と管板（ｂ）と
の間にチューブ（ｅ）を介在させ、該チューブ（ｅ）を
貫通孔（ｃ）内周面に押付けることで嵌着させて接合す
るようにしている。

このような拡管ピース（ｆ）を用いた接合構造によれば
、螺旋溝（ａ）の溝山が圧潰される際に金属粉が発生し
難く、仮に金属粉が発生した場合でも、この金属粉は拡
管ピース（ｆ）とチューブ（ｅ）との間で保持されるこ
とで拡管部外に放出されることはないため、冷媒回路中
に金属粉がゴミとして存在することが抑制される。また
、チューブ（ｅ）の接合部分周辺はシェル内の水が滞留
し易い箇所であるため、チューブ（ｅ）内で蒸発する冷
媒の冷却作用によって、このチューブ（ｅ）の接合部分
周辺で水が凍結する場合があり、この相変化に伴う体積
膨張によってチューブ（ｅ）には外力が作用し、この外
力はチューブ（ｅ）を座屈変形させようとするが、上記
拡管ピース（ｆ）はチューブ（ｅ）の接合部分周辺にお
ける補強部材としての役割をなし、上記チューブ（ｅ）
の座屈変形は抑制されることになる。

（発明が解決しようとする課題） しかし、この拡管ピースを用いた接合構造にあっては、
冷媒の流通断面積が拡管ピースの内径に設定されること
になるために、上記流通断面積がチューブ接合部付近で
減少することがあり、この場合、冷媒圧力の損失が増大
するといった課題を有していた。また、拡管ピースを別
個に底形しておかねばならず、部品点数の増加に伴って
製造コストの増大や作業工数の増加に繋っていた。

そこで、本発明は拡管ピースを用いることなく、上述し
た金属粉の発生や水の凍結によるチューブの座屈変形を
抑制したシェルアンドチューブ型の熱交換器を得ること
を目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を連成するために、本発明はチューブの内周
面形状を改良したものである。そして、その具体的な手
段は以下に述べるとおりである。

先ず、請求項（１）記載の発明においては、内周面に溝
（１１ａ）を有するチューブ（５）を、拡管することで
シェル（２）の管板（３）に形成された貫通孔（３ａ）
に該チューブ（５）が嵌着接合されて成るシェルアンド
チューブ型熱交換器を対象としている。そして、上記貫
通孔（３ａ）に対するチューブ（５）の接合部分は、そ
の内周面が平滑面（１２ｇ）で形成された構成としてい
る。

また、請求項（２）記載の発明においては、請求項（１
）記載のシェルアンドチューブ型熱交換器において、平
滑面（１２ａ）の内端はシェル（２）の管板（３）の内
側面（３ｂ）よりシェル内方側に位置した構成としてい
る。

更に、請求項（３）記載の発明は、内周面に溝（１１ａ
）を有するチューブ（５）を、シェル（２）の管板（３
）に形成された貫通孔（３ａ）に嵌着接合させるシェル
アンドチューブ型熱交換器の製造方法であって、上記貫
通孔（３ａ）に対するチューブ（５）の接合部分は、そ
の内周面を平滑面（１２ｇ）で形成した後、上記接合部
分を貫通孔（３ａ）に挿通し、その後、この挿通させた
状態でチューブ（５）を拡管し、該チューブ（５）の外
周面（５ｂ）を貫通孔（３ａ）の内周面（３ｂ）に押圧
してチ５−ブ（５）を上記管板（３）に接合＋るように
している。

（作用） 上記の構成による作用を以下に述べる。

請求項（１）および（３）記載の発明では、チューブ（
５）の平滑面（１２ａ）部分を管板（３）の貫通孔（３
ａ）に対応した位置まで挿入した後、この平滑面（１２
ａ）部分を拡管することで貫通孔（３ａ）の内周面（３
ｂ）に押付けて、該チューブ（５）を管板（３）に嵌着
接合させる。これにより、チューブ（５）の溝（１１ａ
）の溝山を圧潰することがないために、金属粉の発生が
無い。

そして、従来のような拡管ピースを用いることがないた
めに、製造コストの増大や作業工数の増加が低減され、
更には、拡管ピースによって生じていた冷媒流通断面積
の減少による冷媒圧力の損失が低減される。

また、請求項（２）記載の発明では、平滑面（１２ａ）
の内端はシェル（２）の管板（３）の内側面よりシェル
（２）内方側に位置していることで、特にシェル（２）
内の水が滞留して凍結し易い部分を厚内状態で残してお
くことで、チューブ（５）の座屈変形が確実に防止され
る。

（実施例） 次に、本発明における一実施例を図面に沿って説明する
。

第４図に示した熱交換器はシェルアンドチューブ型の蒸
発器（１）であって、水入口管（２ａ）と水出口管（２
ｂ）とを有する円筒状シェル（２）の前部に管板（３）
を、後部に後蓋（４）を夫々取付けて威り、内部にＵ字
形のチューブ（５）を多数本内装して、該チューブ（５
）の開口端（５ａ）を前記管板（３）に形成した多数の
貫通孔（３ａ）に、拡管機（６）（第２図）により拡管
することで接合されている。また、前記チューブ（５）
の中間部に複数のバッフル（７）を取付ける一方、前記
管板（３）に、十字状の仕切板（８ａ）を配設した前蓋
（８）をボルト等の固定手段で固定し、前記仕切板（８
ａ）で区画した各室に、径の小さい液冷媒管（９）と径
の大きいガス冷媒管（１０）とが接合されているもので
ある。そして、チューブ（５）が接合される管板（３）
は第５図に示すような位置に上記貫通孔（３ａ）。

（３ａ）、・・・が穿設されており、ｖｓ１図の如く、
この貫通孔（３ａ）は、チューブ（５）の外径（ｄ）よ
りも僅かに大きい内径（Ｄ）に設定されていると共に、
該貫通孔（３ａ）の内周面（３ｂ）には複数本（本例の
ものは３本）の環状溝（３Ｃ）が形成されている。

次に、上記チューブ（５）をシェル（２）の管板（３）
に固定する際に用いられる拡管機（６）を第２図および
第３図を用いて説明する。この拡管機（６）は従来のも
のと略同構成で成り、先細りのマンドレル（６ａ）と、
該マンドレル（６ａ）の周面に当接され、１２０″′の
角度間隔を存して配設されるようにフレーム（６ｂ）に
支持された複数のローラ（６ｃ）、　　（６ｃ）、・・
・とから成るものであって、マンドレル（６ａ）を回転
させながら、その先端方向（第２図右方向）へ前進させ
ると、ローラ（６ｃ）　＋　　（６Ｃ）　、・・・が自
転しながらマンドレル（６ａ）の回りを公転すると共に
、該ローラ（６ｃ）、　　（６ｃ）、・・・はマンドレ
ル（６ａ）の大径部分に当接されることになるために、
半径方向外方に移動されるように構成されている。即ち
、マンドレル（６ａ）の前進によってローラ（６ｃ）、
（６ｃ）、・・・が外周側へ押し拡げられるようになっ
ている。

そして、本発明の特徴とする所はチューブ（５）の内周
面形状にある。このチューブ（５）の内周面は、第１図
に示すように、螺旋溝成形部分（１１）と平滑面部分（
１２）とで形成されている。

螺旋溝成形部分（１１）は、従来のチューブと同様にチ
ューブ内周面に複数条の螺旋溝（１１ａ）が形成された
部分であって、チューブ（５）の内周表面積を大きくす
ることによる放熱性の向上を図った構成となっている。

尚、この螺旋溝（１１ａ）の形状として、例えば、前記
チューブ（５）の外径を１２．７ｍｍ、厚さ０．８關と
した場合、溝傾斜角３０″で溝山高さ０．３ｍｍとし、
８　＋ｎ間隔で６０条などに設定される。

一方、上記平滑面部分（１２）は、その長さが上記管板
（３）の厚さ寸法（１）よりやや大きく（本例では管板
の厚さ寸法の１．３倍程度）設定されており、チューブ
（５）の取付時においては、この平滑面部分（１２）の
平滑面（１２ａ）に上記拡管機（６）のローラ（６ｃ）
、　　（６ｃ）、・・・が当接されて、その一部分が拡
管されるここになる。

次に、チューブ（５）の取付作業について、請求項（３
）記載の方法に沿って説明する。

先ず、第１図に示すように、チューブ（５）の平滑面部
分（１２）を管板（３）の貫通孔（３ａ）に嵌入する。

この時、チューブ（５）は拡管されておらず、その外径
（ｄ）は貫通孔（３ａ）の内径（Ｄ）より小径となって
いるために、該チューブ（５）は貫通孔（３ａ）に遊嵌
状態となっている。

次に、第２図の如く、チューブ（５）の開口端（５ａ）
から拡管機（６）を挿入してローラ（６ｃ）、（６ｃ）
、・・・をチューブ（５）の平滑面部分（１２）の平滑
面（１２ａ）に当接させる。この状態でマンドレル（６
ａ）を回転させながら前進させると、ローラ（６ｃ）が
自転しながらマンドレル（６ａ）の回りを公転して半径
方向外側に移動され、チューブ（５）の平滑面部分（１
２）を外側へ押し拡げる。これによって、チューブ（５
）の開口端（５ａ）付近の外周面（５ｂ）は、貫通孔（
３ａ）の内周面（３ｂ）に押し付けられると共に、一部
が環状溝（３ｃ）内に塑性流動し、該チューブ（５）は
貫通孔（３ａ）に強固に取付けられる。また、貫通孔（
３ａ）の内周面（３ｂ）に接着剤を塗布しておくと、更
に取付強度の向上を図ることができる。

このような接合構造によれば、チューブ（５）の拡管部
分には螺旋溝（１１ａ）が形成されておらず、拡管機（
６）が螺旋溝（１１ａ）の溝山を圧潰することがないた
めに、金属粉の発生が無く、また、接合部分周辺は管厚
の大きい平滑面部分（１２）で形成したことで、該部分
は補強されており、シェル（２）内の水の相変化に伴う
体積膨張による外力によってチューブ（５）が座屈変形
することが抑制されている。そして、従来のような拡管
ピースを用いることがないために、部品点数の増加に伴
う製造コストの増大や作業工数の増加が低減され、更に
は、拡管ピースによって生じていた冷媒流通断面積の減
少による冷媒圧力の損失が低減され、それでいて上述し
たような拡管ピースを用いた場合と同様の効果が発揮さ
れる。

尚、本例にあっては、平滑面部分（１２）の長さを上記
管板（３）の厚さ寸法（１）よりやや大きく設定したが
、本発明はこれに限るものではなく、チューブ（５）の
拡管部分長さを短く設定した場合には、平滑面部分（１
２）の長さを管板（３）の厚さ寸法（１）より短く設定
しても良い。

具体的には平滑面部分の長さを（ｔｌ）とすると、０．
５　ｔｌｔ＋　１２．０　ｔの範囲が実用的である。ま
た、チューブ（５）内周面に形成した溝（１１ａ）は螺
旋状としたが、チューブ（５）の軸方向に延びる直線状
溝で形成してもよい。

（発明の効果） 上述したように、本発明によれば以下に述べるような効
果が発揮される。

請求項（１）および（３）記載の発明では、従来のよう
な拡管ピースを用いることがないために、製造コストの
増大や作業工数の増加が低減されると共に、拡管ピース
によって生じていた冷媒流通断面積の減少による冷媒圧
力の損失が低減される。また、チューブの螺旋溝の溝山
を圧潰することがないために、金属粉の発生が無く、ま
た、接合部分周辺が補強されており、チューブの座屈変
形が抑制されるといった効果を拡管ピースを用いること
なしに発揮させることができる。

また、請求項（２）記載の発明では、平滑面の内端はシ
ェルの管板の内側面よりシェル内方側に位置した構成と
したことで、特にシェル内の水が滞留して凍結し易い部
分を厚内状態で残しておくことで、チューブの座屈変形
が確実に防止される。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明の一実施例を示し、第１図はチ
ューブが管板の貫通孔に挿入された拡管前の状態を示す
縦断面図、第２図はチューブｑ拡管作業を示す縦断面図
、第３図は第２図の■−■線に沿った断面図、第４図は
シェルアンドチューブ型熱交換器の一部破断側面図、第
５図は管板の正面図である。第６図は従来のチューブ拡
管作業を示す第２図相当図である。 （１）・・・蒸発器（熱交換器） （２）・・・シェル （３）・・・管板 （３ａ）・・・貫通孔 （３ｂ）・・・内周面 （５）・・・チューブ （５ｂ）・・・外周面 （１１ａ）・・・螺旋溝（溝） （１２ａ）・・・平滑面

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）内周面に溝（１１ａ）を有するチューブ（５）を
   、拡管することでシェル（２）の管板（３）に形成され
   た貫通孔（３ａ）に該チューブ（５）が嵌着接合されて
   成るシェルアンドチューブ型熱交換器において、上記貫
   通孔（３ａ）に対するチューブ（５）の接合部分は、そ
   の内周面が平滑面（１２ａ）で形成されていることを特
   徴とするシェルアンドチューブ型熱交換器。
2. （２）請求項（１）記載のシェルアンドチューブ型熱交
   換器において、平滑面（１２ａ）の内端はシェル（２）
   の管板（３）の内側面（３ｂ）よりシェル内方側に位置
   していることを特徴とするシェルアンドチューブ型熱交
   換器。
3. （３）内周面に溝（１１ａ）を有するチューブ（５）を
   、シェル（２）の管板（３）に形成された貫通孔（３ａ
   ）に嵌着接合させるシェルアンドチューブ型熱交換器の
   製造方法であって、上記貫通孔（３ａ）に対するチュー
   ブ（５）の接合部分は、その内周面を平滑面（１２ａ）
   で形成した後、上記接合部分を貫通孔（３ａ）に挿通し
   、その後、この挿通させた状態でチューブ（５）を拡管
   し、該チューブ（５）の外周面（５ｂ）を貫通孔（３ａ
   ）の内周面（３ｂ）に押圧してチューブ（５）を上記管
   板（３）に接合することを特徴とするシェルアンドチュ
   ーブ型熱交換器の製造方法。