JPH0835789A - 熱交換器及び熱交換器の管板と伝熱管との封止方法 - Google Patents

熱交換器及び熱交換器の管板と伝熱管との封止方法

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JPH0835789A
JPH0835789A JP6190975A JP19097594A JPH0835789A JP H0835789 A JPH0835789 A JP H0835789A JP 6190975 A JP6190975 A JP 6190975A JP 19097594 A JP19097594 A JP 19097594A JP H0835789 A JPH0835789 A JP H0835789A
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JP
Japan
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tube
heat
heat transfer
tube plate
transfer tube
Prior art date
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Pending
Application number
JP6190975A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Iwamoto
博之 岩本
Kenji Hirai
健治 平位
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Chiyoda Corp
Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Original Assignee
Chiyoda Corp
Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
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Publication date
Application filed by Chiyoda Corp, Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd filed Critical Chiyoda Corp
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Publication of JPH0835789A publication Critical patent/JPH0835789A/ja
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02Header boxes; End plates
    • F28F9/04Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates
    • F28F9/16Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling
    • F28F9/18Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling by welding

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Details Of Heat-Exchange And Heat-Transfer (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 管板の管穴壁と伝熱管外面との間で隙間腐食
が発生しないような構造を備えた熱交換器を提供する。 【構成】 本発明に係る熱交換器の要部10は、管板
12と、管板12の管穴14に挿入された伝熱管16
と、伝熱管16を管板12に固定した固定部18と、管
板12と伝熱管16との封止部20とから構成されてい
る。伝熱管と管板との固定部は、従来の熱交換器と同様
な手段で構成されている。封止部は、管穴の胴側開口縁
部に位置している。封止部は、管穴に伝熱管を挿入、固
定した後、管板のチャネル側から伝熱管内に接近してレ
ーザビームを封止部の上に位置決めし、伝熱管の内周全
周にわたりレーザ溶接により伝熱管の構成金属を管板の
構成金属内に溶け込ませて相互に融着させることによ
り、形成されている。これによって、管板と伝熱管と
は、管穴の胴側開口縁部で伝熱管の外周全周にわたり封
止されることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、管板の胴側面で管板と
伝熱管との間に封止構造を有する熱交換器及びその封止
構造を形成するための封止方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】管式熱交換器、特に多管式熱交換器は、
排出流体中の熱エネルギーを有効に利用するために、化
学工場、石油精製工場或いは石油化学工場を始めとして
様々な工場で多用されている。多管式熱交換器は、図2
(a)に示すように、多数本の伝熱管16を両端の固定
管板12、12で固定した伝熱管束を胴S内に収容した
ような構造の固定管板式熱交換器、図2(b)に示すよ
うに、一方の管板12Aが遊動し、他方の管板12Bが
固定管板である遊動頭式熱交換器、或いは図2(c)に
示すように、伝熱管16がUチューブで形成され、管板
が固定管板12だけであるUチューブ式熱交換器の型式
がある。
【0003】伝熱管16の端部は、管板12に設けられ
た管穴14に挿入されていて、その先端部は、図2中
の″d″の領域を拡大した図3に示すような手段により
管板に固定されている。その固定手段は、図3(a)に
示すように伝熱管16の先端部を管板12に溶接する方
法、図3(b)に示すように伝熱管16の先端部を管板
12に溶接して固定する場合、管板と伝熱管との熱容量
との差による伝熱管の歪みを抑制するために管板の管穴
の周囲に環状溝13を刻設する方法、図3(c)に示す
ように1条ないし2条の環状溝15を設けた管穴14に
伝熱管16を挿入した後、拡管して固定する方法、更に
は、拡管した後、図4(a)、(b)及び(c)に示す
ように、先端部をシール溶接して漏れ止めを施す方法等
がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の管板と
伝熱管との固定方法では、熱交換器の胴側、即ち伝熱管
の外側に腐食性流体が流れている場合、熱交換器を使用
する間に、腐食性流体が、図3(a)、(b)及び
(c)中Aで示す、管板の設けられた管穴の胴側開口縁
部と伝熱管との僅かな間隙から管穴壁と伝熱管外面との
間に侵入し、隙間腐食を引き起こすことが多かった。そ
こで、図5(a)に示すように、管板12の管穴14の
胴側開口縁部に環状突出部Bを設け、突出部Bと伝熱管
16の先端部とを突き合わせ溶接する方法、或いは図5
(b)に示すように管穴14の胴側開口縁部の周りに環
状溝Cを設け、環状溝内側の環状縁部Dと伝熱管16の
先端部とを突き合わせ溶接する方法が採用されている
が、これでは、管板の機械加工に要するコストが嵩み、
経済的な理由から、特殊な用途は別として工業上の一般
的な用途での実用化が難しかった。
【0005】そこで、本発明の目的は管板の管穴壁と伝
熱管外面との間で隙間腐食が発生しないようにした構造
を経済的な手段で設けた熱交換器を提供することであ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る熱交換器は、管板に貫通して設けられ
た管穴の少なくとも途中まで伝熱管を挿入し、挿入した
伝熱管の端部を管板に溶接して、または伝熱管の端部を
拡管して管板に固定している熱交換器において、管穴の
胴側開口縁部と伝熱管の管壁とを融着するように伝熱管
の内側から溶接してなる封止構造を管板と伝熱管との間
に備えることを特徴としている。
【0007】また、本発明に係る熱交換器の管板と伝熱
管との封止方法は、管板に設けられた管穴の少なくとも
途中まで伝熱管を挿入し、挿入した伝熱管の端部を管板
に溶接して、または拡管して管板に固定している熱交換
器にあって、管板の管穴の胴側開口縁部と伝熱管の管壁
とを融着するように伝熱管の内側からレーザ溶接して管
板と伝熱管とを封止することを特徴としている。
【0008】TIG溶接方法等の従来方法は、反応によ
り発生した熱を熱伝導により伝えて部材同士を溶融、融
着させているので、接合する部材間で熱容量が著しく異
なる時には適用が難しい。例えば、TIG溶接方法等の
従来方法は、伝熱管と管板との間の融着のように伝熱管
の熱容量が管板の熱容量に比べて格段に小さい場合に
は、伝熱管金属を溶融し、溶融した伝熱管金属を管板金
属に均一に溶け込ませることが難しく、溶接の際に融合
不良等が生じ易い。ところで、レーザ溶接は、高密度エ
ネルギーを利用した溶接であって、接合される部材の間
に熱容量の差があっても、レーザビームの持っているエ
ネルギーで部材の必要な部分を溶融させることができる
ので、本発明に係る熱交換器の管板と伝熱管との封止構
造を形成するに適している。また、レーザ溶接がYAG
レーザにより施されることを特徴としている。それは、
伝熱管の溶接のような薄肉板の溶接にはYAGレーザに
よる溶接が好適であるからである。本発明は、伝熱管を
管板に固定するようにした熱交換器には伝熱管の本数に
限定なく適用できる。
【0009】
【作用】本発明では、管穴の胴側開口縁部と伝熱管外面
との隙間が封止されているので、伝熱管外側の胴内を流
れる腐食性流体は、管穴壁と伝熱管外面との間に侵入す
ることができない。よって、腐食性流体による隙間腐食
が防止される。
【0010】
【実施例】以下、添付図面を参照し、実施例に基づいて
本発明をより詳細に説明する。図1は本発明に係る熱交
換器の要部の構成を示す伝熱管長手方向の断面図であっ
て、図1(a)は、伝熱管の先端部を管板のチャネル側
面に面一に合わせ、伝熱管を固定した場合、及び図1
(b)は、伝熱管の先端部を管板の管穴の途中まで挿入
し、そこで固定した場合を示す。本発明に係る熱交換器
の要部10は、管板12と、管板12の管穴14に挿入
された伝熱管16と、伝熱管16を管板12に固定した
固定部18と、管板12と伝熱管16との封止部20と
から構成されている。伝熱管16と管板12との固定部
18は、図3及び4に示した従来の熱交換器と同様な手
段で構成されている。
【0011】封止部20は、管板12の管穴14の胴側
開口縁部に位置している。封止部20は、伝熱管16を
管穴14に挿入、固定した後、管板12のチャネル側か
ら伝熱管16内に接近してレーザビームを封止部20の
上に位置決めし、伝熱管16の内周全周にわたりレーザ
溶接により伝熱管16の構成金属を管板12の構成金属
内に溶け込ませて相互に融着させることにより、形成さ
れている。これによって、管板12と伝熱管16とは、
管穴14の胴側開口縁部で伝熱管16の外周全周にわた
り封止されることができる。
【0012】レーザ溶接を施すに当たっては、薄肉の部
材を要するのに適したYAGレーザを使用するのが望ま
しい。YAGレーザは、固体レーザの一種で、レーザ結
晶としてYAG(Y3Al5O12、イットリウムアルミニウム
ガーネット)を使用してレーザ発振させたものである。
レーザビームは、YAGレーザ発振装置から光ファイバ
によって所望の場所に導波され、光ファイバの先端に設
けられた集光レンズにより集光して溶接部に放射され
る。外径25.4mmの肉厚1.2mmの炭素鋼伝熱管を厚
さ50mmの炭素鋼管板にレーザ溶接を施す場合、出力8
00wのYAGレーザを用いれば、200mm/minの溶
接速度で溶接できる。
【0013】熱交換器の運転条件によっては、伝熱管が
管板に比べて熱膨張、熱収縮し易い場合もある。このよ
うな条件で運転する必要のある熱交換器にあって伝熱管
を溶接により管板に固定する手段を採用する場合には、
図1(b)に示すように、伝熱管の挿入を管穴の途中で
止め、そこで伝熱管の先端部を溶接し、封止部の溶接線
と固定部の溶接線との距離を短くすることにより、熱応
力の発生による割れ発生を防止することが望ましい。ま
た、溶接線間でラセン状に溶接する方法を採用してもよ
い。
【0014】
【発明の効果】本発明の構成によれば、熱交換器の胴側
に腐食性流体が流れている場合でも、伝熱管と管板とが
管穴の胴側開口縁部で封止されているので、伝熱管と管
板の管穴との間の間隙から腐食性流体が伝熱管と管穴壁
との間に侵入して隙間腐食を引き起こすようなことが防
止される。また、管板の管穴の胴側開口縁部と伝熱管の
管壁とを融着するように伝熱管の内側からレーザ溶接し
て管板と伝熱管とを封止することによって、容易にかつ
経済的に管板と伝熱管とを封止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a)及び(b)はそれぞれ本発明に係る
熱交換器の要部を示す伝熱管長手方向の断面図である。
【図2】図2(a)、(b)及び(c)はそれぞれ各種
熱交換器の長手方向断面図である。
【図3】図3(a)、(b)、(c)及び(d)はそれ
ぞれ伝熱管を管板に固定する方法を示す断面図である。
【図4】図4(a)、(b)及び(c)はそれぞれ拡管
により伝熱管を管板に固定した場合のシール溶接を示す
断面図である。
【図5】図5(a)及び(b)は伝熱管と管板との間の
従来の封止方法を示す断面図である。
【符号の説明】
10 本発明に係る熱交換器の要部 12 管板 13 管板の環状溝 14 管穴 15 管穴の環状溝 16 伝熱管 18 固定部 20 封止部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 管板に貫通して設けられた管穴の少なく
    とも途中まで伝熱管を挿入し、挿入した伝熱管の端部を
    管板に溶接して、または伝熱管の端部を拡管して管板に
    固定している熱交換器において、 管穴の胴側開口縁部と伝熱管の管壁とを融着するように
    伝熱管の内側から溶接してなる封止構造を管板と伝熱管
    との間に備えることを特徴とする熱交換器。
  2. 【請求項2】 管板に貫通して設けられた管穴の少なく
    とも途中まで伝熱管を挿入し、挿入した伝熱管の端部を
    管板に溶接して、または伝熱管の端部を拡管して管板に
    固定している熱交換器にあって、管穴の胴側開口縁部と
    伝熱管の管壁とを融着するように伝熱管の内側からレー
    ザ溶接して管板と伝熱管と間隙を封止することを特徴と
    する熱交換器の管板と伝熱管との封止方法。
  3. 【請求項3】 レーザ溶接がYAGレーザにより施され
    ることを特徴とする請求項2に記載の熱交換器の管板と
    伝熱管との封止方法。
JP6190975A 1994-07-21 1994-07-21 熱交換器及び熱交換器の管板と伝熱管との封止方法 Pending JPH0835789A (ja)

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Cited By (7)

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