JPS6136155B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は端末加工を容易にすると共に、長寿命
化を図つた被鉛ヒートパイプおよびその製造方法
に関するものである。

一般にヒートパイプを用いた廃熱回収用熱交換
器は、ヒートパイプの吸熱側を高温廃ガスが流通
するダクト内に配置し、ヒートパイプの放熱側を
清浄な空気や低温ガスが流通するダクト内に配置
し、ヒートパイプの急速な熱伝達作用を利用して
廃熱回収が行われている。

ところが燃料油として、硫黄を含むものを用い
ると燃焼ガス中に硫黄酸化物（SOx）が含まれ、
この廃ガスがヒートパイプに接して温度が低下
し、硫酸露点以下になると、表面に硫酸が生成さ
れ、これが腐食の原因となる。

このため、本発明者らは硫酸露点腐食性に優れ
た鉛または鉛合金を外管として被覆した被鉛ヒー
トパイプを先に開発し、提案した。この被鉛ヒー
トパイプは第１図に示すように、内管１となるヒ
ートパイプ２の外周に鉛または鉛合金よりなる外
管３を密着性良く被覆し、鉛外管３の両端を絞り
加工により半球状に成型して、小孔を密封した構
造となつている。

しかしながら、上記構造の被鉛ヒートパイプで
は、内管１となるヒートパイプ２の両端と、鉛外
管３の両端との間が中空となり空気層４が形成さ
れた状態となる。このため端部は外圧に対して弱
く、特に封じ切り部５側と反対側の端部は、これ
を下方に配置して熱交換器に取付けられることが
多く、外圧に対して変形、損傷し易い。また、こ
の空気層４は温度変化によつて膨張収縮を繰返
し、特に封じ切り部５と反対側は高圧廃ガスと接
する吸熱側に配置されることが多いため温度変化
が激しく、繰返し応力が加わつて、疲労割れを生
ずることがあり、一旦割れを生ずると腐食性のガ
スが内部に侵入し、ヒートパイプ２を腐食する危
険があつた。また空気層４が形成されることから
端部の絞り加工時において、絞り欠陥を生ずる虞
れがあり、作業性が悪いなどの欠点があつた。

本発明はかかる点に鑑み種々研究を行なつた結
果、鉛外管の端末加工性に優れ、しかも端部の強
度を高めると共に、空気層を除去して、膨張収縮
による疲労劣化と、これによる腐食を防止し、長
寿命化を図つた被鉛ヒートパイプおよびその製造
方法を開発したものである。

即ち本発明は、ヒートパイプの外周に鉛または
鉛合金よりなる外管を密着性良く被鉛し、鉛外管
の両端を密振してなる被鉛ヒートパイプにおい
て、内管となる前記ヒートパイプの少なくとも封
じ切り部側と反対側の端部と、絞り加工された鉛
外管の端部との間に略半球状のブロツクを挿着し
たことを特徴とする被鉛ヒートパイプを第１の要
旨とするものである。

更に本発明は、ニツプルとダイスを組合せた被
鉛機に内管となるヒートパイプを通して、この外
周に半溶融状の鉛または鉛合金を、その両端が前
記ヒートパイプより突出するように被覆固化した
後、内管となるヒートパイプの少なくとも封じ切
り部と反対側の端部側に形成された鉛外管内に略
半球状のブロツクを挿入し、次いで鉛外管の両端
部を絞り加工し、しかる後、絞り加工した中心の
小孔を密封することを特徴とする被鉛ヒートパイ
プの製造方法を第２の要旨とするものである。

以下、本発明を図面を参照して詳細に説明す
る。

第２図乃至第７図は、本発明の一実施例を示す
ものである。第２図に示すように、銅、銅合金、
アルミニウム、アルミニウム合金、炭素銅、ある
いは合金銅など、両端を開口した金属管を用意す
る。この金属管を内管１とし、一方の開口端に円
形状のキヤツプ６ａをろう付けすると共に、他方
の開口端に注入細管７を有するキヤツプ６ｂをろ
う付けする。

次いでこの封入細管７を図示しない真空ポンプ
に接続して、内管１内を脱気した後、内部に水、
フロンなどの作動液８を封入し、しかる後、注入
細管７を封じ切つてヒートパイプ２を形成する。

このようにして得られたヒートパイプ２を第３
図に示す、ニツプル９と、所定の内径に形成した
ダイス１０とを組合せた被鉛機１１に通して、ヒ
ートパイプ２の外周に半溶融状態の鉛または鉛合
金３ａを福覆固化させた後、水冷したダイス１０
に通して鉛外管３を所定の肉厚に調整する。更に
この先端側をシヤワー１２により水冷して、ヒー
トパイプ２を冷却しながら被鉛を完了し、第４図
に示すように鉛外管３の両端部がヒートパイプ２
の両端より突出するように形成する。またこの被
鉛加工時に、ヒートパイプ２は高温の鉛または鉛
合金３ａと接して加熱されるが、先端側をシヤワ
ー１２により水冷するので、ヒートパイプ２の急
速な熱伝達作用により全体が冷却されて、ヒート
パイプ２の破壊や、キヤツプ６ａ，６ｂのろう付
部の剥離などを防止することができる。

このように鉛外管３の両端がヒートパイプ２よ
り突出した状態に形成した後、封じ切り部５と反
対側に形成された鉛外管３内に略半球状のブロツ
ク１３を挿入する。このブロツク１３は第５図に
示すように円柱部１３ａと、この先端に一体に形
成された突曲面部１３ｂとから構成されている。
またこのブロツク１３の材質は、鉛、銅、アルミ
ニウム、鉄、あるいはこれらの合金など何れでも
良いが、絞り加工後に行なう小孔の溶接性を考慮
すると、鉛または鉛合金が好ましい。

更にブロツク１３は、円柱部１３ａの長さl₁と
突曲面部１３ｂの長さl₂との割合は、突曲面部１
３ｂの形状がほぼ半球状の場合にはl₁≒l₂とし、
また円柱部１３ａの重量W₁と突曲面部１３ｂの
重量W₂はW₁＞W₂となるように形成することによ
り、絞り加工中にブロツク１３が振動により転倒
するのを防止することができる。なお突曲面部１
３ｂが半長円球状の場合にはl₁＜l₂でも良い。ま
たブロツク１３の外径ｄは、鉛外管３の端部の内
径Ｄより0.3〜0.8mm程度小さい方が挿入が容易で
あるが、余り小さいと絞り加工時に内部で回転、
転倒する虞れがあるので好ましくない。なお上記
ブロツク１３の加工は鋳造、切削、鍛造など何れ
の加工方法によつて形成しても良い。

次に鉛外管３の一端に略半球状のブロツク１３
を挿入したヒートパイプ２を、図示しない支持台
に取付けて固定し、第６図に示すようにヒートパ
イプ２より突出した鉛外管３の両端部に凹形円形
ダイス１４を回転させながら押付けて絞り加工を
行なう。

この凹形円形ダイス１４は、鉛外管３の端部に
多少の曲りや変形があつてもダイス内に円滑に入
るように形成されたテーパー部１４ａと、絞り加
工中に鉛外管３に生ずるふくれを防止するために
設けた平行部１４ｂと、端部を突出した半球状に
仕上げる凹曲面部１４ｃとから構成され、更に絞
り加工中の空気抜きを速かに行なうため、基端部
に空気抜き孔１４ｄが設けられている。

このようにして鉛外管３の両端部を凹形円形ダ
イス１４で絞り加工した後、絞り加工部の中心に
形成された小孔１５を密封して第７図に示す如
き、被鉛ヒートパイプを製造する。なお、この小
孔１５の密封方法としては、例えばろう材として
鉛、または鉛合金を用いるガス溶接法、電気ハン
ダゴテを用いる溶接法、超音波溶接法、圧接法、
鉛栓圧入法など気密性良く、密封する方法であれ
ば何れの方法でも良い。

従つて、このようにして得られた被鉛ヒートパ
イプは、封じ切り部５と反対側の端部と、絞り加
工された鉛外管３の端部との間に略半球状のブロ
ツク１３が挿着されているので、強度が大きくな
り、外圧に対して変形や損傷を防止することがで
きる。またブロツク１３を挿着し、従来の如く空
気層４がないので、空気の膨張収縮がなく、これ
に伴なう疲労割れを防止することができ、この結
果腐食性ガスによるヒートパイプ２の腐食を防止
して被鉛ヒートパイプの長寿命化を図ることがで
きる。

また略半球状ブロツク１３を挿着した部分の鉛
外管３は、前記ブロツク１３が当て金としての作
用をなすため、欠陥のない良好な絞り面が得られ
る。

また上記製造方法によれば予め仕上形状になる
ように凹曲面を形成した凹形円形ダイス１４を押
し付けて絞り加工するので、短時間で加工を行な
うことができる。更にこの絞り加工は鉛外管３を
設けたヒートパイプ２を固定し、凹形円形ダイス
１４を回転させるので、鉛外管３の損傷が防止で
きる上、長尺の被鉛ヒートパイプを得ることが可
能となる。

第８図は本発明の他の実施例を示すもので、こ
の被鉛ヒートパイプは、内管１となるヒートパイ
プ２の両端部と、この外周に設けた鉛外管３の絞
り加工された両端部との間に、夫々略半球状のブ
ロツク１３Ａ、１３Ｂを挿着したものである。な
おこの場合、ヒートパイプ２の封じ切り部５側に
は、封じ切つた注入細管７が挿入される中空部１
６を形成した略半球状ブロツク１３Ｂを挿着し、
また封じ切り部５と反対側には、第５図に示すも
のと同様の略半球状ブロツク１３Ａが挿着されて
いる。

上記構造の被鉛ヒートパイプは、両端側とも略
半球状ブロツク１３Ａ，１３Ｂが挿着されている
ので、両側とも強度が大きく、その上、伝熱抵抗
の大きい空気層がないので、熱伝達特性にも優れ
ている。

なお上記実施例では、ヒートパイプ２を固定
し、凹形円形ダイス１４を回転させて、鉛外管３
の絞り加工を行なう場合について示したが、ヒー
トパイプ２を回転させ、凹形円形ダイス１４を回
転しないで押付ける方法でも良い。また絞り加工
は、凹形円形ダイス１４を用いる方法に限らず、
へら絞り加工によつて行なう方法でも良い。

次に本発明の具体的な実施例について説明す
る。

実施例 外径34mmφ、肉厚1.5mm、長さ3300mmの銅管を
内管１とし、この両端にキヤツプ６ａ、６ｂを取
付け、作動液８として水を封入してヒートパイプ
２を作成した。このヒートパイプ２を被鉛機１１
に通して、その外周に厚さ2.5mmの鉛合金（Pb−
２重量％Sh）を被鉛し、第４図に示すように鉛
外管３の両端部がヒートパイプ２の両端から突出
するように形成する。

次に外径30.5mmφ、円柱部１３ａの長さl₁＝16
mm、突曲面部１３ｂの長さl₂＝16mmの略半球状ブ
ロツク１３を、封じ切り部５側と反対側の鉛外管
３内に挿入した後、これを支持台に取付ける。次
に凹形円形ダイス１４を回転させながら鉛外管３
の両端部に押付けて絞り加工を行なつた後、形成
された小孔１５，１５を鉛溶接棒を用いて水素−
酸素溶接により溶着密封し、第７図に示す如き被
鉛ヒートパイプを製造した。

このようにして得られた被鉛ヒートパイプを10
段10列に計100本配列し、ブロツク挿着側を下方
になるように仕切管板に取付けて熱交換器を組立
てた。この熱交換器の吸熱側を燃焼廃ガス
（SO₂300PPm、水分10％硫酸露点127℃）が流通
するダクト内に配置し、放熱側を外気（25℃）が
流通するダクト内に配置して熱交換を行なつた。

この結果廃ガス温度は入口側で191℃、出口側
で65℃、回収熱量3.1×10₄kcal／ｈ、被鉛ヒート
パイプの表面温度50〜150℃であり、１年間運転
後も腐食は全く認められなかつた。

比較例 上記実施例において、略半球状のブロツク１３
を挿着しない他は、同様に作成し、第１図に示す
如き被鉛ヒートパイプを製造した。この被鉛ヒー
トパイプを100本用いて同様に熱交換器を組立
て、上記実施例と同一の条件で熱交換を行なつた
ところ、３ケ月後に全体の約1/3の被鉛ヒートパ
イプが吸熱側端部から腐食を受けて貫通孔を生じ
作動を停止してしまつた。

以上説明した如く、本発明に係る被鉛ヒートパ
イプおよびその製造方法によれば、鉛外管の端末
加工時性に優れ、しかも端部の強度を高めると共
に、膨張収縮による疲労劣化と、これによる腐食
を防止して長寿命化を図ることができるなど顕著
な効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の被鉛ヒートパイプを示す断面
図、第２図乃至第７図は本発明の一実施例を示す
もので、第２図はヒートパイプの断面図、第３図
はヒートパイプに被鉛している状態を示す被鉛機
の断面図、第４図は被鉛後のヒートパイプを示す
断面図、第５図はブロツクの正面図、第６図は端
末加工する状態を示す断面図、第７図は被鉛ヒー
トパイプを示す断面図、第８図は本発明の他の実
施例に係る被鉛ヒートパイプの断面図である。 １……内管、２……ヒートパイプ、３……外
管、４……空気層、５……封じ切り部、１１……
被鉛機、１３，１３Ａ，１３Ｂ……ブロツク、１
４……凹形円形ダイス、１５……小孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ヒートパイプの外周に鉛または鉛合金よりな
   る外管を密着性良く被鉛し、鉛外管の両端を絞り
   加工により密封してなる被鉛ヒートパイプにおい
   て、内管となる前記ヒートパイプの少なくとも封
   じ切り部側と反対側の端部と、絞り加工された鉛
   外管の端部との間に略半球状のブロツクを挿着し
   てなることを特徴とする被鉛ヒートパイプ。 ２ 略半球状のブロツクが、円柱部と、この先端
   に一本に形成された突曲面部とから構成されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   被鉛ヒートパイプ。 ３ ニツプルとダイスを組合せた被鉛機に、内管
   となるヒートパイプを通して、この外周に半溶融
   状態の鉛または鉛合金を、その両端が前記ヒート
   パイプより突出するように被覆固化した後、内管
   となるヒートパイプの少なくとも封じ切り部側と
   反対側の端部側に形成された鉛外管内に略半球状
   のブロツクを挿入し、次いで鉛外管の両端部を絞
   り加工し、しかる後、絞り加工した中心の小孔を
   密封することを特徴とする被鉛ヒートパイプの製
   造方法。 ４ 鉛外管の両端部の絞り加工を凹形円形ダイス
   を用いて行なうことを特徴とする特許請求の範囲
   第３項記載の被鉛ヒートパイプの製造方法。