JPH04231124A - 拡管装置の制御方法及びその装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プレートフィン及び管
を有する熱交換器の製造に関する。特に、本発明は、そ
の製造プロセスの１つの段階で使用される拡管装置の動
作を制御するための方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、空調または冷凍システムあるい
はエンジン冷却システムにおいて使用される代表的なプ
レートフィン及び管熱交換器を製造する際には、Ｕ字型
すなわちヘアピン状管が、それらのヘアピン状管の開放
端が管板の１つを突き抜けるまで、熱交換器のフィン及
び管板内の穴に挿入される。それらの管壁は、その後、
壁拡管装置を用いて径方向に拡管され、フィンと管及び
管板との間が密着させられ、良好な熱伝達及び構造上の
完全性が与えられる。ヘアピン状管脚の開放端は、また
、ベルすなわちソケットを形成するよう、管の残りの部
分よりも大きな直径になるまで径方向に拡管される。 その後、短いＵ字型管すなわち戻り曲げ管が、そのベル
状端中に挿入され、溶接、ろう付け、又ははんだ付けな
どの適当なプロセスによって固定され、その熱交換器内
に閉じた流体流路を形成する。米国特許第４，２２８，
５７３号は、１つの方法によってプレートフィン及び管
熱交換器を製造する全プロセスについて全般的に述べて
いる。米国特許第４，８５０，１０１号及び第４，８５
８，３０５号は、張力拡管装置を含んでいるプレートフ
ィン及び管熱交換器を製造するための２つの異なる方法
について述べている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】張力拡管プロセスは、
拡管される管の長さを全体的に減少させる。従って、ヘ
アピン状管の２つの脚を同時に拡管するのに適している
。ヘアピン状管の１個の脚のみが、所定の拡管動作で拡
管される場合、その脚のみ長さが短くなり、その結果、
抑制されていない他方の端部が管板から抜け落ちる。拡
管されない脚を余分に突き出させることは、次の動作で
その脚を拡管する際に障害になり、拡管動作を複雑化す
る。

【０００４】その１つの例が米国特許第４，２２８，５
７３号に述べられている、圧縮拡管を採用している幾つ
かの拡管方法では、また、その１つの例が米国特許第４
，５８４，７６５号に述べられている張力拡管を採用し
ている幾つかの拡管方法では、熱交換器内の全てのヘア
ピン状管が同時に拡管される。従って、各ヘアピン状管
の両脚は、同時に拡管され、不平衡突出の問題は発生し
ない。

【０００５】拡管の他の方法は、米国特許第４，８５０
，１０１号及び第４，８５８，３０５号に述べられてい
る。全てのヘアピン状管よりも少ないものが、所定の拡
管装置ストロークで拡管される。そこでは、熱交換器内
の全ての管を拡管するために多重ストロークを必要とす
る。この型の管拡管方法では、拡管装置が適切に位置付
けされるとともにシーケンス制御されることによって、
所定のヘアピン状管の両脚を同時に拡管することが必要
とされる。

【０００６】流体流及び熱移送の考察は、種々のヘアピ
ン状管構造を有する種々の熱交換器設計をもたらし、ヘ
アピン状管脚対同定タスクを複雑にしている。同時操作
の拡管を行うためにヘアピン状管脚対を同定するために
時々使用される１つの方法は、拡管装置に関して熱交換
器を手動で位置付けする助けとして、熱交換器の管配列
図をオペレータに与えてやるやり方である。もちろん、
この方法は時間がかかり、重労働であって、さらに、大
規模な製造操作では経済的ではない。他の方法は、熱交
換器に関する拡管装置の位置付けを制御するために、適
当な型のプログラム可能な機械制御器を使用することで
ある。この方法が、米国特許第４，８５０，１０１号及
び第４，８５８，３０５号に述べられている。拡管装置
のプログラム制御は、特に製造される熱交換器の大きさ
すなわち管配列が複雑になると、あるいは、１つ以上の
熱交換器を製造するために同一の拡管装置を使用したい
ときに、制限が課せられる。拡管される熱交換器の型が
それぞれ異なるときには、分割したプログラムを必要と
し、熱交換器の大きさ及び複雑さが増すに従って、プロ
グラムが膨大になる。さらに、拡管される熱交換器の特
別の設計に対して、及び拡管装置が拡管動作の開始時に
熱交換器に対して適切にインデックスされるように、そ
の制御プログラムを適合させるための何らかの手段が必
要である。さらにまた、プログラム制御器は、プログラ
ミング、設定及びインデックスエラーに対して、“盲目
”であり、例えば検査など、他の手段によってエラーが
発見され、訂正されるまで、製造欠陥を起こす可能性が
ある。

【０００７】本発明の目的は、拡管装置の動作を制御す
るための改善された方法及び装置を提供することにある
。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では、選択された
グループ内の脚対に対して、対を形成する一方の脚から
他方の脚へ適切な信号を伝える能力が試験される。その
ような能力は、その対の脚が同じヘアピン状管の２つの
脚であることを指示する。そのように適合された選択さ
れたグループ内の脚は、その後、拡管装置による同時拡
管のために同定される。熱交換器内の全ての脚が適合さ
れ、同時拡管のために同定されるまで、他の選択された
グループの管脚についてそのプロセスが繰り返される。

【０００９】好適な実施例においては、加圧空気源が１
つの選択されたグループの開放端管脚を通して与えられ
る。そのグループ内の他の脚の端部に置かれた圧力セン
サが、もし存在する場合には、圧力増加がある管を検出
する。それによって、２つの脚間の連続性を同定し、そ
れらの２つの加圧された脚を同一のヘアピン状管の部分
として同定する。この対の適合された脚は、拡管装置の
同じ拡管ストロークで拡管するために同定される。その
グループ内の他の脚についても、それらの脚間で圧力の
連続性が同様にして検出され、同定される。熱交換器内
の全ての連続性のある脚対が同時拡管のために同定され
るまで、他のグループの脚も同様にかつ連続的に選択さ
れ、連続性のある脚対の同定が行われる。

【００１０】

【作用】本発明では、加圧空気源が１つの選択されたグ
ループの開放端管脚を通して与えられる。そのグループ
内の他の脚の端部に置かれた圧力センサが、もし存在す
る場合には、圧力増加がある管を検出する。それによっ
て、２つの脚間の連続性を同定し、それらの２つの加圧
された脚を同一のヘアピン状管の部分として同定する。

【００１１】

【実施例】本発明は、必然的に単一の連続する配管長を
有する熱交換器のヘアピン状管は、その管の一端で発信
される適切な信号を、その管の他端に配置された受信器
に伝えるという原理に基づいている。従って、信号が所
定の管脚中に発信され、かつその信号が他の管脚端に配
置された受信器によって受信される場合には、２つの脚
が「適合すなわち継がっている」、すなわちそれらの２
つの脚は、同じヘアピン状管の部分であることになる。 逆に、信号が他の管脚に発信されるとき、所定の管脚端
で戻り信号が受信されない場合は、２つの管脚は適合す
なわち継がっておらず、同じヘアピン状管の部分ではな
いことになる。ここに述べられる好適な実施例において
は、信号を一方の管脚に発信するための手段は、その脚
内の空気圧を増すことであって、従って、期待される戻
り信号は、同じヘアピン状管の脚の他方の管脚内の空気
圧の対応する増加である。なお、ここでは、適切な発信
器及び受信器によって発信及び受信される音響あるいは
光信号などの他の信号手段も採用可能である。

【００１２】本発明が適用される作業部品について説明
する。図１は、代表的な熱交換器の管板１１の面の一部
分を表している。管板１１は、例えば、多数の直線列状
に配列された穴１２などの多くの管穴を有する。管板１
１は、１×０．８６６配列になっている。すなわち、所
定の列の穴が１単位長さの中心間間隔を持つ場合には、
列間の距離が０．８６６（サイン６０°）単位長さであ
って、所定の列の穴の中心が、隣接する列の穴の中心か
ら落とした垂線から、共通の列中心線に沿って２分の１
単位長さ偏心しており、その結果、１つの列の所定の穴
の中心と、隣接する列の最も近い穴の中心との距離もま
た、１単位長さになっている。管板を通して挿入された
全てのヘアピン状管は、共通の曲げ半径、すなわち、１
単位長さの脚軸中心線間距離をもたらす半径を有する。 それ故、所定のヘアピン状管の脚は、同じ列の２つの隣
接する穴を介して、あるいは、１つの列の穴と、その第
１の列の穴に最も近い第２の隣接する列の２つの穴のい
ずれか一方の穴を介して、結ばれている。管板の端部に
隣りあう列の穴を除いて、管板の所定の穴はどれも、そ
の穴と、その所定の穴を取り囲んでいる６個の穴のいず
れか１個の穴を介して結ばれている。

【００１３】点線、例えば管板内の穴を接続している線
１３は、管板１１を通る１つの存在しうるヘアピン状管
の接続配列を表している。

【００１４】図２は、管板１１から突き出ている選択さ
れた脚グループのどのヘアピン状管脚１４が適合される
かを決めるために、部分的に完成された熱交換器１０に
係合される位置にあるプローブアレー３０を示している
。この製造段階における熱交換器１０は、管板１１及び
１６、プレートフィン１８、ヘアピン状管脚１４及びヘ
アピン状Ｕ字曲げ部１９から構成される。アレー３０は
、プローブ基部３２に取り付けられたそれぞれプローブ
１、プローブ２、プローブ３及びプローブ４で示された
４個のプローブ３１から構成される。各プローブ３１は
中空であり、管脚１４の端部と実質的に圧力密封の状態
で係合するような構造及び大きさになっている。発信器
通路３３、受信器通路３４又は両方の型の通路のいずれ
かが、プローブ基部３２を介して、各プローブ３１中に
伸びている。

【００１５】プローブアレー３０が管板１１面上の所定
位置にあって、拡管に対する脚対の適合化のために選択
されたグループの４個の管脚１４に係合されるとき、管
板１１上に“足跡”をつくる。図示されかつ説明される
ような管板及びヘアピン状管装置の接続対が、プローブ
２及び３を除いたアレー３０内のいずれか２個のプロー
ブ３１間に与えられ得ることを理解されたい。しかも、
図示の如く配置されたアレー３０では、（プローブ１と
２の間に）１個の適合が存在する。また、いずれかの選
択されたグループの４個の管脚内での適合に対して８つ
の可能性があることも理解されたい。すなわち、なし、
１−２のみ、１−３のみ、１−４のみ、２−４のみ、３
−４のみ、１−２及び３−４、１−３及び２−４、の８
つである。いかなる所定のグループの４個の脚内での接
続対の数は、０から２までの範囲にある。選択されたグ
ループの４個の管内に存在するプローブ１における管脚
との全ての適合は、その管脚への発信、及びもしある場
合には、そのグループ内の他の管脚の１つにおける受信
によって同定されるので、プローブ１への受信器通路は
必要とされない。同様に、プローブ４での管脚との全て
の適合は、選択されたグループ内の他の管脚への発信、
及びもしあれば、プローブ４における管脚での受信によ
って同定されるので、プローブ４への発信器通路も必要
とされない。従って、アレー３０の４個のプローブ配列
では、プローブ２及びプローブ３へは、発信器通路３３
と受信器通路３４の両方があるが、プローブ１へは発信
器通路３３のみであり、プローブ４へは受信器通路のみ
である。明確化のために、プローブ２の発信器通路３３
、及びそれと発信器管４４との接続のみが図示されてい
るが、他の発信器管４４も、プローブ１及び３への発信
器通路３３を信号発信器４１と接続している。同様に、
プローブ２の受信器通路、及びそれと受信器管４５との
接続のみが示されているが、他の受信器管４５が、プロ
ーブ３及び４の受信器通路３４を信号受信器４２と接続
している。

【００１６】信号発信器４１は、加圧空気の流れを、制
御装置５０からの指令に応答して、空気供給源４４から
選択された発信器管４４、発信器通路３３及びプローブ
３１を介して、管脚１４に与える適切な制御空気マニホ
ールドである。空気供給源４４は、適切な加圧空気源か
ら得られる。信号受信器４２は、適当なプローブ３１、
受信器通路３４及び受信器管４５を介して、圧力の増加
を検出し、その検出時に情報を制御装置５０に発信する
、例えば圧力スイッチ装置などの適切な装置である。

【００１７】制御装置５０は、以下に述べる論理ステッ
プを実行させしめる適切な機械的及び電気的素子から構
成される。図３は、信号受信器４２（図２）からの入力
を受信し、操作指令を、信号発信器４１（図２）、適切
なプローブアレーポジショナ（図示せず）、拡管装置（
図示せず）及び適切な拡管装置ポジショナ（図示せず）
に与えるところの制御装置５０内でのプログラム論理を
表している論理図である。図を通して、用語「発信（番
号）」は、「プローブ（番号）と係合された管脚に信号
を発信する」ことを意味する。用語「受信（番号）」は
、「プローブ（番号）に係合された管脚から信号戻りが
あるか？」を意味する。用語「拡管（番号）及び（番号
）」は、「プローブ（番号）及び（番号）に係合された
管脚対を同時に拡管するための指令を与える」ことを意
味する。また、用語「インデックス」は、プローブアレ
ーを他の管脚グループに再配置するための指令を与える
」ことを意味する。図中の番号は、プローブアレーの単
一の位置付け中に同定化のために選択された４個の管脚
を示し、図２に示されたプローブ番号に対応している。 上述の理由から、プログラム論理ステップ「受信１？」
及び「発信４」は、そのループでは必要とされない。

【００１８】プログラム論理は、一連の例を用いて詳細
に説明される。それぞれの例では、熱交換器は、拡管装
置に位置付けられ、プローブアレーは、第１の選択され
た４個の管脚グループと整列されている。

【００１９】例１　　選択グループに適合した対なし。 適合プロセスは、ブロック１０１で、信号を脚１に発信
することによって開始される。適合は存在せず、ブロッ
ク１０２、１０４及び１０６で回答ＮＯ（なし）である
。 プログラムはブロック１０８へ進み、発信を脚２に与え
る。ブロック１１０で回答ＮＯ（なし）を受信すると、
プログラムはブロック１１３に進み、発信を脚３に与え
る。ブロック１１５で回答ＮＯ（なし）を受信すると、
プログラムはブロック１１８に移り、プローブアレーが
インデックスを与え、すなわち第２の管脚グループに再
ハイチする。その後、プログラムは、ブロック１０１に
再帰し、新しい第２グループに関して他の適合サイクル
を開始する。

【００２０】例２　　選択されたグループで脚２及び４
間のみ適合。サイクルは、ブロック１０１で信号を脚１
に発信することによって開始する。ブロック１０２、１
０４及び１０６で回答ＮＯ（なし）である。その後、ブ
ロック１０８に進み、プログラムは、発信を脚２に与え
る。ブロック１１０で回答ＹＥＳ（あり）があり、プロ
グラムはブロック１１１に進んで、脚２及び４を拡管す
るための指令を与える。その後ブロック１１８に進み、
インデックスを与え、ブロック１０１に戻る。

【００２１】例３　　選択されたグループにおいて、脚
１と３及び脚２と４間の適合。サイクルは、ブロック１
０１で信号を脚１に発信することによって開始する。ブ
ロック１０２で回答ＮＯであるが、ブロック１０４で回
答ＹＥＳであり、プログラムはブロック１０５に進む。 そこで、脚１及び３を同時に拡管するための指令が発せ
られる。その後、ブロック１０７に進み、脚２に発信す
るため、プログラムが指示を与える。ブロック１１２で
ＹＥＳの回答があり、ブロック１１１で脚２及び４を同
時に拡管するよう、プログラムが拡管装置に指令を与え
る。その後、プログラムはブロック１１８に進み、第２
の脚グループに対してインデックスを与え、ブロック１
０１に再び戻り、他の適合サイクルを開始する。

【００２２】例４　　選択されたグループにおける脚１
と３間及び脚２と４間の適合。ブロック１０１で開始し
、信号が脚１に発信される。ブロック１０２でＮＯの回
答があるが、ブロック１０３でＹＥＳの回答があり、そ
の論理はブロック１０５に進み脚１及び３を拡管するた
めの指令を与える。ブロック１０９で信号が脚２に発信
されるとき、ＹＥＳの回答がブロック１１２で受信され
、脚２及び４を拡管するための指令が与えられる。その
後、論理がブロック１１８に進み、インデックスを与え
、ブロック１０１に戻る。

【００２３】例５　　選択されたグループにおける脚１
と２間及び脚３と４間の適合。ブロック１０１で信号を
脚１に発信すると、ブロック１０２でＮＯの回答があり
、ブロック１０３で、プログラムが、脚１と２を拡管す
るための信号を与える。ブロック１１４に進み、信号が
脚３に発信され、ブロック１１７でＹＥＳの回答が受信
される。従って、プログラムがブロック１１６で脚２と
４を拡管するための指令を与える。その後、論理がブロ
ック１１８に進み、インデックスを与え、ブロック１０
１に戻る。

【００２４】上述の列によって説明されたように、図３
に示された論理は、脚適合に関する全ての可能性をカバ
ーする一方、不必要な又は冗長な発信を回避することを
理解されたい。

【００２５】説明されたが図示されなかったプローブア
レー及び拡管装置ポジショナは、製造プロセスにおいて
熱交換器に関連するプローブアレー及び拡管装置を、手
動又は自動的に位置付けし、拡管し、そして収縮させる
従来技術にかかる装置であり得る。説明されたが図示さ
れなかった拡管装置は、例えば、米国特許第４，８５８
，３０５号に述べられた装置のように熱交換器ヘアピン
状管脚を対で拡管する張力型の拡管機械であり得る。

【００２６】上述の実施例では、管脚の適合対の同定が
、別々に、かつ適合対の同時拡管の前に実行されている
。適合及び拡管の機能を単一の装置に組み入れることが
可能であり、多分より一層望ましい。図４及び図５は、
それらの２つの機能をそのように組み入れる方法を示し
ている。

【００２７】図４は、位置付けされているが、熱交換器
１０の管板１１を介して伸びているヘアピン状管脚１４
と係合していない張力拡管装置の一部分の上部立面図で
ある。グリッパジョー６２は、それらが、拡管装置６０
が適切な手段（図示せず）によって管脚１４のグループ
と係合すなわちかみ合う前に、ピボット６６を中心とし
て開くようにして、グリッパ基部６１に取り付けられて
いる。かみ合った後、グリッパジョー６２は、管脚１４
の周りで閉じ、拡管装置棒６３が動かされ、管脚１４を
拡管する際に、その脚を堅く把む。明確化のため、図４
では、一対のグリッパジョーアレー６７の背部断面の立
面図に示されているように、拡管装置６０は、それが４
個の管脚と一度にかみ合うように、４対のグリッパジョ
ーから構成されている。

【００２８】なお、簡単化のために、図５では、開かれ
た２対のグリッパジョー６２と、閉じられた２対のジョ
ーを示しているが、動作時には、全ての４対のグリッパ
ジョーは、調和して動作し、同時に開閉する。各グリッ
パジョー６２は、管脚１４の端部を収容し、かつ拡管装
置棒６３の移動に対してクリアランスを与えるための空
洞６５を含んでいる。図４及び図５に示される如く、適
切な付加特徴を与えることで、プローブアレー３０（図
２）の信号発信及び受信機能は、グリッパジョーアレー
６７に含有され、分離プローブアレーの必要がなくなる
。各対のジョーの１個のグリッパジョー６２には、発信
器／受信器通路６４が結合されている。ティー６８によ
って、発信器管４４及び受信器管６４が、ジョーアレー
６７から構成される４対のジョーの２つで１つのグリッ
パジョー６２の発信器／受信器通路４４に接続されてい
る。残りの対のグリッパジョー６２の一方の１個のジョ
ーの発信器／受信器通路４４に対して発信器管が接続さ
れている。また、グリッパジョー６２の残りの対の他方
の１個のジョーの発信器／受信器通路４４に対しては、
受信器管４５が接続されている。従って、プローブアレ
ー３０（図２）内のプローブの発信器及び受信器構造は
、グリッパジョーアレー６７内でエミュレートされてい
る。ティー６８を用いることによって、グリッパジョー
の対毎に１以上の発信器／受信器通路の必要が取り除か
れる。ジョーは、圧力密封状態にして閉じられないが、
閉じられたジョー間の空気の漏れは、ジョー空洞に提供
される空気量に比較して小さく、管脚に与えられる空気
は、適合した対の脚の他方の管脚において空気圧の検出
可能な増加を生ぜしめるには充分である。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、同定した管脚が同一のヘアピ
ン状管の部分であることを積極的に証明でき、所定の拡
管装置ストロークで拡管するための管を決定するために
、盲目的に固定プログラムに頼らないので、異なる型の
熱交換器に対して手動制御あるいは異なる制御プログラ
ムを必要とすることなく、異なる大きさ及び管構造の熱
交換器に、拡管装置を使用させることができる。同じ理
由から、本発明は、また、拡管装置が、同一のヘアピン
状管の両脚を同時に拡管不可能とする可能性を無くする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱交換器の管板面の一部分の立面図である。

【図２】適合した脚対を同定するため、熱交換器に関し
て使用される位置にある、本発明の一実施例の部分切欠
斜視図である。

【図３】プローブアレー及び拡管装置の動作指令を与え
るため、制御装置中にプログラムされた論理を表してい
る論理図である。

【図４】本発明の第２の実施例を含んでいる張力拡管装
置の一部分の上部平面図である。

【図５】本発明の第２の実施例を含んでいる張力拡管装
置の一部分の背部断面の立面図である。

【符号の説明】

１，２，３，４　　プローブ番号 １０　　熱交換器 １１　　管板 １２　　穴 １４　　管脚 ３０　　プローブアレー ３１　　プローブ ４１　　信号発信器 ４２　　信号受信器 ４４　　発信器管 ４５　　受信器管 ５０　　制御装置 ６０　　拡管装置 ６２　　グリッパジョー ６７　　グリッパジョーアレー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　製造される熱交換器の各ヘアピン状管
   の両脚を同時に拡管するため、プレートフィン及び管熱
   交換器を製造する際に使用されるヘアピン状管の拡管装
   置の制御方法であって、試験のために、上記熱交換器の
   第１のグループの脚を選択するステップ、上記脚間に信
   号を伝える能力を検査するために、上記第１グループ内
   のありうる各適合対の脚を試験するステップ、適合した
   とき、上記信号導通能力を有する各対の脚を同定するス
   テップ、上記拡管装置に指令を与え、同定された上記第
   １グループ内の脚対を同時に拡管するステップ、及び試
   験及び適合対の同定のため、他のグループの脚を連続的
   に選択し、上記熱交換器内の全ての起こりうる対の脚が
   試験され、適合対が同定され、全ての拡管されるまで拡
   管指令を与えるステップ、から構成されることを特徴と
   する拡管装置の制御方法。
2. 【請求項２】　　製造される熱交換器の各ヘアピン状管
   の両脚を同時に拡管するために、プレートフィン及び管
   熱交換器を製造する際に使用されるヘアピン状管の拡管
   装置を制御する装置であって、試験のために、上記熱交
   換器の第１のグループの脚を選択する手段、上記脚間に
   信号を伝える能力を検査するために、上記第１グループ
   内のありうる各適合対の脚を試験する手段、適合したと
   き、上記信号導通能力を有する各対の脚を同定する手段
   、上記拡管装置に指令を与え、同定された上記第１グル
   ープ内の脚対を同時に拡管する手段、及び試験及び適合
   対の同定のため、他のグループの脚を連続的に選択し、
   上記熱交換器内の全ての起こりうる対の脚が試験され、
   適合対が同定され、全ての拡管されるまで拡管指令を与
   える手段、から構成されることを特徴とする拡管装置の
   制御装置。
3. 【請求項３】　　請求項２に記載の装置において、上記
   信号導通試験手段が、起こりうる適合対の一方の脚から
   他方の脚に空気圧の増加を伝える能力を試験するための
   手段から構成され、上記同定化手段が、適合時に空気圧
   の増加を伝えることができない脚対を同定するための手
   段から構成されていることを特徴とする拡管装置の制御
   装置。