JP2016003830A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】少ない工程によって製造することができる、熱交換器を提供すること。
【解決手段】熱交換器３０は、筒状のコアケース３１と、このコアケース３１の両端を塞ぐ一対のエンドプレート３２，３３と、これらのエンドプレート３２，３３で両端が支持され内部に第１熱媒体が流される複数の熱交換チューブ５０とからなる。熱交換チューブ５０は、管の周長よりも長い板材を曲げて形成され、少なくとも１箇所において板材の端部同士が重ね合わされ、この重ね合わされた内側の板５１ｂと外側の板５２ｂとのうち、一方を貫通した第１溶接ビード５６が他方に融着することにより接合されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、改良された熱交換器に関する。

車両の走行時に発生する排気ガスの熱を回収するために、熱交換チューブに内蔵された熱交換器が用いられる。より具体的には、熱交換チューブの内周に排気ガスを流すと共に、熱交換チューブの外周に媒体を流すことにより排気ガスの熱の回収を行う。即ち、熱交換チューブを介して、排気ガスの熱が媒体に伝わり、排気ガスの熱を回収することができる。このような熱交換器に用いられる熱交換チューブが種々提案されている（例えば、特許文献１（図３）参照。）。

特許文献１を図１７に基づいて説明する。
図１７（ａ）に示されるように、熱交換器に用いられる熱交換チューブ１１０は、正面視略Ｕ字状を呈する第１のケース半体１１１と、この第１のケース半体１１１に重ね合わされている正面視略Ｕ字状の第２のケース半体１１２と、これらの第１及び第２のケース半体１１１，１１２によって形成された各筒内に収納されているフィン１１５とからなる。第１のケース半体１１１の先端部１１１ａは、第２のケース半体１１２の内周に沿うよう、僅かに内側に向かって折り曲げられている。

図１７（ａ）のｂ部拡大図である図１７（ｂ）に示されるように、熱交換チューブ１１０は、流体の漏れを防止するために第１及び第２のケース半体１１１，１１２同士を溶接するのが一般的である。溶接を行う際にビード１１６が形成され、このビード１１６を介して、第１及び第２のケース半体１１１，１１２は接合される。

しかし、ビード１１６が、第１のケース半体１１１の外面よりも盛り上がった場合には、熱交換チューブ１１０の取付性が悪化する。一方、盛り上がっている部位１１６ａを別工程で削ることも考えられるが、この場合には、熱交換チューブ１１０を作成するのに必要な工程が増加する。これにより、熱交換器の製造工程も増加する。

特開２００３−２８５８６号公報

本発明は、少ない工程によって製造することができる、熱交換器の提供を課題とする。

請求項１による発明によれば、筒状のコアケースと、このコアケースの両端を塞ぐ一対のエンドプレートと、これらのエンドプレートで両端が支持され内部に第１熱媒体が流される複数の熱交換チューブとからなり、前記第１熱媒体と、前記熱交換チューブの外周を流される第２熱媒体とで熱交換を行う熱交換器において、
前記熱交換チューブは、管の周長よりも長い板材を曲げて形成され、少なくとも１箇所において前記板材の端部同士が重ね合わされ、この重ね合わされた内側の板と外側の板とのうち、一方を貫通した第１溶接ビードが他方に融着することにより接合されていることを特徴とする熱交換器が提供される。

請求項２に記載のごとく、好ましくは、前記熱交換チューブは、前記エンドプレートとの接点を第２溶接ビードにより、仮止めされている。

請求項３に記載のごとく、好ましくは、前記内側の板の外面と、前記外側の板の端面と、前記エンドプレートとによって形成される略三角形の隙間は、前記第２溶接ビードによって埋められている。

請求項４に記載のごとく、好ましくは、前記熱交換チューブは、前記第１熱媒体の流れ方向を基準として、上流側から下流側まで長円形状が連続する形状を呈している。

請求項５に記載のごとく、好ましくは、前記熱交換チューブの内部には、フィンが収納されており、
このフィンは、シート状のろう材によって、前記熱交換チューブにろう付けされている。

請求項６に記載のごとく、前記第２溶接ビードは、点状に形成されており、
前記内側の板の端部、前記外側の板の端部、及び、これらの板が重ね合わされている部位において、前記第２溶接ビードによって、前記内側の板、前記外側の板、及び、前記エンドプレートが互いに溶接され、
前記熱交換チューブの周縁には、連続して連続ビードが形成されており、
前記第２溶接ビードは、前記連続ビードによって覆われている。

請求項７に記載のごとく、前記第２溶接ビードは、前記連続ビードよりも低エネルギの溶接により形成されたものである。

請求項８に記載のごとく、前記一対のエンドプレートには、共に、前記熱交換チューブが差し込まれる支持孔が形成されており、
前記支持孔は、周囲に突起部をもち、この突起部は、先端に向かって板厚が薄くなるよう形成されている。

請求項１に係る発明では、熱交換チューブは、重ね合わされた内側の板と外側の板とのうち、一方を貫通した第１溶接ビードが他方に融着することにより接合されている。即ち、第１溶接ビードは、内側の板と外側の板とが重ね合わされている部位に形成されている。これにより、ビードが外側の板の上面よりも盛り上がることを防止できる。このため、ビードを外側の板の上面に合わせて削り取る必要がなくなり、少ない工程によって熱交換チューブを製造することができる。これにより、熱交換器全体の製造工程を削減することもでき、有益である。

請求項２に係る発明では、熱交換チューブは、エンドプレートとの接点を第２溶接ビードにより、仮止めされている。これにより、エンドプレートに対して確実に熱交換チューブを固定することができる。

請求項３に係る発明では、内側の板の外面と、外側の板の端面と、エンドプレートとによって形成される略三角形の隙間は、第２溶接ビードによって埋められている。即ち、板厚の分だけ不可避的に形成される隙間は、第２溶接ビードによって埋められる。熱交換チューブをエンドプレートに固定するための溶接の際に、同時に隙間を埋めることができる。別途隙間を埋める必要がなく、少ない工程によって熱交換器を製造することができ、有益である。

請求項４に係る発明では、熱交換チューブは、第１熱媒体の流れ方向を基準として、上流側から下流側まで長円形状が連続する形状を呈している。即ち、熱交換チューブは、正面視において長円形状を呈する。例えば、正面視長方形の場合には、フィンが配置されない両端部に第１熱媒体が流れやすくなる。一方、熱交換チューブを長円形状とすることにより、両端部に第１熱媒体を流れ難くし、熱交換効率を高めることができる。さらに、長円形状にすることにより、溶接を容易に行うことができると共に、応力集中を防ぐことができる。さらに、エンドプレートへの取付性を高めることができる。

請求項５に係る発明では、フィンは、シート状のろう材によって、熱交換チューブにろう付けされている。ペースト状のろう材を塗布する場合に比べて、ろう材を配置するのに必要な作業時間を短縮化することができる。これにより、熱交換チューブの製造に必要な時間を短縮することができ、熱交換器の製造に必要な時間も短縮することができる。

さらに、シート状のろう材を採用することにより、ろう材の厚みが均一になる。これにより、ろう材とフィンとの間に発生し得る隙間のばらつきを抑制することができる。

加えて、ろう材を配置した後にろう材の剥がれが発生しにくく、安定してフィンを熱交換チューブに接合することができる。

さらに、熱交換チューブを接合した後に、接合部からの排気ガスの漏れがないか確認するためのリーク確認を行うことができる。

請求項６に係る発明では、第２溶接ビードは、連続ビードによって覆われている。即ち、熱交換チューブの周縁をエンドプレートに溶接するのに先立って、熱交換チューブをエンドプレートに仮止めしておく。このとき、特に剥離の生じやすい２枚の板が重なっている部位については、２枚の板の端部及び２枚の板が重なっている領域の少なくとも１箇所において仮止めがされる。これにより、熱交換チューブの周縁をエンドプレートに連続的に溶接する際に、熱の影響により、熱交換チューブがエンドプレートから剥離することを防止できる。即ち、より確実に、熱交換チューブの周縁をエンドプレートに隙間なく溶接することができる。

請求項７に係る発明では、第２溶接ビードは、連続ビードよりも低エネルギの溶接により形成されたものである。仮に、第２溶接ビードが形成される工程において高エネルギの溶接を採用すると、熱交換チューブに僅かな歪みが生じることがあり、これによって後の工程が困難になることがある。一方、連続ビードが形成される工程は、第２溶接ビードが形成される工程よりも後に行われるものである。このため、確実にエンドプレートと熱交換チューブとの隙間を防ぐために、第２溶接ビードよりも高エネルギの溶接により形成する。以上から、良好な組立性を確保しつつ、隙間の発生を確実に防止できるということができる。

請求項８に係る発明では、熱交換チューブが差し込まれる支持孔は、周囲に突起部をもち、この突起部は、先端に向かって板厚が薄くなるよう形成されている。支持孔の先端は、厚さが薄いことにより、熱交換チューブとの接合部の全体の厚さを薄くすることができる。これにより、熱交換チューブのエンドプレートへの溶接に必要なエネルギを抑制することができる。また、全体の厚さが薄いことにより、安定して溶接しやすくなる。

本発明の実施例１による熱交換器が搭載されている排熱回収装置の斜視図である。 熱交換器の斜視図である。 熱交換器の平面断面図である。 熱交換チューブの斜視図である。 準備工程からろう材貼付工程までを説明する図である。 フィン仮止め工程から重ね合わせ工程までを説明する図である。 チューブ溶接工程について説明する図である。 差込工程について説明する図である。 仮止め工程について説明する図である。 ろう付け工程について説明する図である。 本溶接工程について説明する図である。 比較例１による熱交換チューブ、比較例２による熱交換チューブ及び図４に示された熱交換チューブを比較する図である。 比較例３による製造方法及び本発明による製造方法について比較する図である。 本発明の実施例２による熱交換器の製造方法を説明する図である。 本発明の実施例３による熱交換器の要部断面図である。 本発明の実施例４による熱交換器の要部断面図である。 従来の技術の基本構成を説明する図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
＜実施例１＞

まず、本発明の実施例１を図面に基づいて説明する。

図１に示されるように、排熱回収装置１０は、内燃機関において発生した排気ガス（第１熱媒体）が導入される導入管１１と、この導入管１１が接続されている分岐部１２と、この分岐部１２に接続され導入管１１の下流に延びている第１流路１３と、この第１流路１３に沿って分岐部１２から延びている第２流路１４と、この第２流路１４の一部を形成し排気ガスの熱を媒体（第２熱媒体）に伝える熱交換器３０と、この熱交換器３０に接続されているサーモアクチュエータ１６と、第１及び第２流路１３，１４の下流端が接続されているバルブ室１７と、このバルブ室１７に接続され排気ガスを排出する排出管１８と、バルブ室１７に収納され第１流路１３を開閉可能なバルブとからなる。バルブ室１７は、第１又は第２流路１３，１４内を通過した排気ガスが合流する合流部を兼ねている。

熱交換器３０には、媒体を導入するための媒体導入管２１（第２熱媒体導入管２１）が接続されている。また、熱交換器３０には、サーモアクチュエータ１６を支持しているアクチュエータ支持部材２２が接続されている。アクチュエータ支持部材２２には、媒体を排出するための媒体排出管２３（第２熱媒体排出管２３）が接続されている。

即ち、媒体は、媒体導入管２１から熱交換器３０に導入される。導入された媒体は、熱交換器３０内において排気ガスの熱を受け、媒体排出管２３から排出される。即ち、熱交換器３０は、排気ガスの熱エネルギを回収する。熱交換器３０の詳細について、図２及び図３において詳細に説明する。

図２に示されるように、熱交換器３０は、内部に媒体が流される略角筒形状のコアケース３１と、このコアケース３１の両端の開口を塞ぐように取付けられている上流側及び下流側エンドプレート３２，３３と、これらの上流側及び下流側エンドプレート３２，３３間に取付けられ内部を排気ガスが通過する熱交換チューブ５０と、この熱交換チューブ５０に収納されているフィン５４とからなる。

正面視略矩形状の上流側エンドプレート３２には、５本の熱交換チューブ５０が差し込まれている。正面視略矩形状の下流側エンドプレート３３も同様である。

コアケース３１は、コアケース３１の下半分を形成する正面視略Ｕ字状の下部ケース半体４１と、この下部ケース半体４１に接合され上半分を形成する上部ケース半体４２とからなる。上部ケース半体４２も正面視において略Ｕ字状を呈する。

下部ケース半体４１は、上流側エンドプレート３２、下流側エンドプレート３３及び上部ケース半体４２に接合される。

上部ケース半体４２は、上流側エンドプレート３２、下流側エンドプレート３３及び下部ケース半体４１に接合される。

上部ケース半体４２の上面部４２ｃには、媒体が導入される媒体導入口４２ｂ（第２熱媒体導入口４２ｂ）が形成されている。媒体導入口４２ｂには、媒体導入管（図１、符号２１）が接続される。

さらに、上部ケース半体４２の上面部４２ｃには、媒体を排出するための媒体排出口４２ｄ（第２熱媒体排出口４２ｄ）が形成されている。媒体排出口４２ｄには、アクチュエータ支持部材（図１、符号２２）が接続される。

上部ケース半体４２は、平面視において略矩形状を呈する。このような上部ケース半体４２の上面部４２ｃに媒体導入口４２ｂ及び媒体排出口４２ｄは、形成されている。第１熱媒体の流れ方向を基準として、媒体導入口４２ｂは、上部ケース半体４２のなかの下流側端部に形成され、媒体排出口４２ｄは、上部ケース半体４２のなかの上流側端部に形成されている。さらに、上部ケース半体４２の上面部４２ｃに沿って、第１熱媒体の流れ方向に直交する方向を基準として、媒体導入口４２ｂは、上部ケース半体４２の一端部に形成され、媒体排出口４２ｄは、上部ケース半体４２の他端部に形成されている。第１熱媒体と第２熱媒体との熱交換を効率よく行う。

図３に示されるように、上流側エンドプレート３２は、熱交換チューブ５０の上流側端部５０ａを支持する上流側底面部３２ａと、この上流側底面部３２ａの周縁から一体的に立ち上げられる上流側壁部３２ｂとからなる。上流側壁部３２ｂは、上流側底面部３２ａから下流側に向かって延びている。上流側壁部３２ｂの先端部３２ｃが最も下流側に位置している。

上流側底面部３２ａには、熱交換チューブ５０を貫通させ支持するための支持孔３２ｄが５つ（複数）形成されている。上流側壁部３２ｂは、上流側壁部３２ｂの先端部３２ｃのみがコアケース３１に接合されている。

下流側エンドプレート３３も同様である。即ち、下流側エンドプレート３３は、熱交換チューブ５０の下流側端部５０ｂを支持する下流側底面部３３ａと、この下流側底面部３３ａの周縁から一体的に立ち上げられる下流側壁部３３ｂとからなる。下流側壁部３３ｂは、下流側底面部３３ａから上流側に向かって延びている。下流側壁部３３ｂの先端部３３ｃが最も上流側に位置している。

下流側底面部３３ａには、熱交換チューブ５０を貫通させ支持するための支持孔３３ｄが５つ（複数）形成されている。下流側壁部３３ｂは、下流側壁部３３ｂの先端部３３ｃのみがコアケース３１に接合されている。

上流側壁部３２ｂは、上流側壁部３２ｂの先端部３２ｃのみがコアケース３１に接合されている。これにより、上流側壁部３２ｂの周縁は、コアケース３１に接合されない。このため、上流側壁部３２ｂの周縁に対して、排気ガスを導入するための部材を直接的に接合することができる。流路と熱交換器３０とを直接的に接合できるため、流路と熱交換器３０とを接続するための部品を別途増加させる必要がない。これにより、部品点数の削減を図ることができる。下流側エンドプレート３３についても同様である。熱交換チューブ５０について、図４において詳細に説明する。

図４に示されるように、熱交換チューブ５０は、正面視略Ｕ字状に形成されている第１のケース半体５１と、この第１のケース半体５１に重ねられていると共に接合される第２のケース半体５２とによって、正面視略長円形状を呈している。

即ち、熱交換チューブ５０は、第１熱媒体の流れ方向（前方から後方）を基準として、上流側から下流側まで長円形状が連続する形状を呈している。

第１のケース半体５１は、上下方向に延びる第１の底部５１ａと、この第１の底部５１ａの両端のそれぞれから立ち上げられて形成されている第１の壁部５１ｂ，５１ｂとからなる。

第１のケース半体５１の第１の底部５１ａには、第１のろう材５３が配置されている。この第１のろう材５３を介して、フィン５４が第１のケース半体５１にろう付けされている。

第２のケース半体５２も同様である。即ち、正面視略Ｕ字状を呈する第２のケース半体５２は、上下方向に延びる第２の底部５２ａと、この第２の底部５２ａの両端のそれぞれから立ち上げられて形成されている第２の壁部５２ｂ，５２ｂとからなる。

第２のケース半体５２の第２の底部５２ａには、第２のろう材５５が配置されている。この第２のろう材５５を介して、フィン５４が第２のケース半体５２にろう付けされている。即ち、コルゲート型のフィン５４は、上下の端部が共にろう材によってケース半体５１，５２にろう付けされていることにより固定されている。第１及び第２のろう材５３，５５には、共にアモルファスシートが用いられている。

第２の壁部５２ｂの一部は、第１の壁部５１ｂの一部に重ね合わされている。即ち、第１のケース半体５１の長さ及び第２のケース半体の長さとの和は、熱交換チューブ５０の管の周長よりも長い。第２の壁部５２ｂは、第１の壁部５１ｂに対して外側に位置している。第２のケース半体５２は、第１のケース半体５１に対して、レーザ溶接によって溶接されている。

より詳細には、第２の壁部５２ｂを貫通した第１溶接ビード５６が第１の壁部５１ｂに融着することにより、第２のケース半体５２は、第１のケース半体５１に接合されている。第１溶接ビード５６は、長円状の熱交換チューブ５０の半円部の頂点にそれぞれ形成されている。さらに、第１溶接ビード５６は、熱交換チューブ５０の前後方向に亘って連続的に形成されている。

このような、熱交換チューブ５０は、管の周長よりも長い板材を曲げて形成され、少なくとも１箇所において板材の端部同士が重ね合わされ、この重ね合わされた内側の板と外側の板とのうち、一方を貫通した第１溶接ビード５６が他方に融着することにより接合されているということができる。

熱交換チューブ５０は、正面視において長円形状を呈する。ここで、熱交換チューブ５０の形状には、正面視長方形状を採用することもできる。この他にも、熱交換チューブ５０の形状には、任意の形状を採用することができる。なお、長円形状を採用した場合には、以下の効果を得ることができる。例えば、熱交換チューブ５０が正面視長方形の場合には、フィン５４が配置されない両端部に第１熱媒体が流れやすくなる。一方、熱交換チューブ５０を長円形状とすることにより、両端部に第１熱媒体を流れ難くし、熱交換効率を高めることができる。さらに、長円形状にすることにより、溶接を容易に行うことができると共に、応力集中を防ぐことができる。さらに、エンドプレート（図２、符号３２，３３）への取付性を高めることができる。

なお、熱交換チューブは、一枚の板材からなる構成とすることもできる。この場合には、１枚の板材の両端が重ね合わされることとなる。また、熱交換チューブは、三枚以上の板材からなる構成とすることもできる。

加えて、フィン５４をろう付けするためのろう材には、アモルファスシート以外のシート状のろう材を採用することもできる。さらには、シート状以外のろう材であっても採用することができる。

ただし、ろう材には、シート状のろう材を採用することが望ましい。ペースト状のろう材を塗布する場合に比べて、ろう材を配置するのに必要な作業時間を短縮化することができる。これにより、熱交換チューブ５０の製造に必要な時間を短縮することができ、熱交換器（図２、符号３０）の製造に必要な時間も短縮することができる。

さらに、シート状のろう材を採用することにより、ろう材の厚みが均一になる。これにより、ろう材とフィン５４との間に発生し得る隙間のばらつきを抑制することができる。さらに、熱交換チューブの第１のケース半体５１、及び、第２のケース半体５２の合わせ部は、ジョックル合わせとされている。これにより、熱交換チューブ５０同士を荷重管理によりクランプすることができ、熱交換チューブ５０の溶接時に、フィン５４と熱交換チューブ５０を密着させた状態で溶接することができる。

加えて、ろう材を配置した後にろう材の剥がれが発生しにくく、安定してフィン５４を熱交換チューブ５０に接合することができる。

さらに、熱交換チューブ５０を接合した後に、接合部からの排気ガスの漏れがないか確認するためのリーク確認を行うことができる。熱交換器の製造方法について、図５以降において詳細に説明する。

図５に示されるように、まず、プレス成形によって所定の形状に成形された第１のケース半体５１及び第２のケース半体５２、並びに、第１のろう材５３、第２のろう材５５を準備する。

次に、第１のケース半体５１の第１の底部５１ａに矩形シート状の第１のろう材５３を配置すると共に、第２のケース半体５２の第２の底部５２ａに矩形シート状の第２のろう材５５を配置する。

次に、第１のろう材５３のなかの幅方向中央であり、第１熱媒体の流れ方向を基準として、上下流の端部の２箇所を第１のケース半体５１に溶接し、第１のろう材付きケース半体５１Ａを得る。第２のろう材５５のなかの幅方向中央であり、第１熱媒体の流れ方向を基準として、上下流の端部の２箇所を第２のケース半体５２に溶接し、第２のろう材付きケース半体５２Ａを得る。これにより、それぞれのケース半体５１，５２にろう材５３，５５が貼り付けられる。なお、ろう材５３，５５のケース半体５１，５２への貼り付けは、任意の位置、数、方法を選択することができる。

なお、ろう材貼付工程においては、ろう材５３，５５からケース半体５１，５２に向かって、スポット溶接によってろう材５３，５５をケース半体５１，５２へ溶接することができる。これ以外にも、ろう材貼付工程には、任意の方法を選択することができる。

図６に示されるように、第１のろう材付きケース半体５１Ａの第１のろう材（図５、符号５３）にフィン５４を載せる。載せられたフィン５４の長手方向中央且つ幅方向両端の２箇所を、第１のろう材付きケース半体５１Ａにスポット溶接する。フィン仮止め工程において、第１のろう材・フィン付きケース半体５１Ｂを得る。なお、フィン５４のろう材への仮止めは、任意の位置、数、方法を選択することができる。

次に、第２のろう材付きケース半体５２Ａを第１のろう材・フィン付きケース半体５１Ｂに重ね合わせることにより、チューブ仮組体５０Ｃを得る。重ね合わせることにより、第２のろう材（図５、符号５５）がフィン５４に接触する。即ち、重ね合わせ工程において、フィン５４は、第１及び第２のろう材に挟み込まれる。

なお、フィン仮止め工程においては、フィン５４を第２のろう材付きケース半体５２Ａに仮止めし、第２のろう材及びフィン付きケース半体を得てもよい。

図７に示されるように、チューブ仮組体５０Ｃの重ね合わされている部位の外側から、レーザ溶接装置６１によってレーザ溶接を行う。レーザ溶接を行うことにより、第１溶接ビード５６が形成される。第１溶接ビード５６は、第２の壁部５２ｂを貫通して、第１の壁部５１ｂまで達する。チューブ溶接工程を経て、熱交換チューブ５０を得る。

即ち、第１のケース半体５１及び第２のケース半体５２が重ね合わされている部位の内側の板（第１の壁部５１ｂ）と外側の板（第２の壁部５２ｂ）とのうち、第１溶接ビード５６によって一方（第２の壁部５２ｂ）を貫通させ、他方（第１の壁部５１ｂ）に融着部位を溶接させることにより熱交換チューブ５０を得る。

図８（ａ）に示されるように、熱交換チューブ５０の一端を上流側エンドプレート３２の支持孔３２ｄに差し込むと共に、熱交換チューブ５０の他端を下流側エンドプレート３３の支持孔３３ｄに差し込む。差込工程を経て、チューブ差込体７０Ａを得る。

図８（ａ）のｂ部拡大図である図８（ｂ）に示されるように、第１のケース半体５１の外面５１ｃと、第２のケース半体５２の端面５２ｃと、上流側エンドプレート３２の支持孔３２ｄとによって略三角形の隙間Ｓが形成されている。この隙間Ｓは、外側に配置される第２のケース半体５２の板厚に応じて不可避的に形成される。即ち、隙間Ｓは、内側に配置される第１のケース半体５１を第２のケース半体５２に向かって折り曲げた場合であっても、僅かに形成される。下流側エンドプレート（図３、符号３３）においても同様である。

この隙間Ｓは、内側の板の外面（外面５１ｃ）と、外側の板の端面（端面５２ｃ）と、エンドプレート３２とによって形成されるということができる。

以下、上流側エンドプレート３２及び下流側エンドプレート３３のうち、上流側エンドプレート３２を例に説明を行う。一方、下流側エンドプレート３３についても、上流側エンドプレート３２と同様の工程を経るものとし、説明は省略する。また、上流側エンドプレート３２を、適宜、「エンドプレート３２」という。

図９（ａ）及び図９（ａ）のｂ部拡大図である図９（ｂ）に示されるように、熱交換チューブ５０をエンドプレート３２にレーザ溶接し、複数の点状の第２溶接ビード７１により仮止めする。レーザ溶接は、長円形状の熱交換チューブ５０の曲線部分に対して、少なくとも行われる。仮止め工程において形成される第２溶接ビード７１によって、隙間（図８（ｂ）、符号Ｓ）は埋められる。エンドプレート３２に対して確実に熱交換チューブ５０を固定することができる。

板厚の分だけ不可避的に形成される隙間は、第２溶接ビード７１によって埋められる。熱交換チューブ５０をエンドプレート３２に固定するための溶接の際に、同時に隙間を埋めることができる。別途隙間を埋める必要がなく、少ない工程によって熱交換器を製造することができ、有益である。

図１０に示されるように、仮止め工程によって得られたエンドプレート・チューブ仮組体７０Ｄは、真空炉６２に入れられる。真空炉６２において、フィン５４を熱交換チューブ５０にろう付けする。ろう付け工程によって、ろう付け済エンドプレート・チューブ仮組体７０Ｅを得ることができる。

仮止めした熱交換チューブ５０をろう付けするため、ろう付けの際に熱交換チューブ５０を固定するための治具等を準備する必要がなくなる。即ち、エンドプレート３２が治具の役割を果たし、生産に必要な部品を削減し、熱交換器の製造コストを安価にすることができる。

図１１に示されるように、ろう付け工程の後に、熱交換チューブ５０の周縁を連続的にエンドプレート３２にレーザ溶接する。本溶接工程によって、熱交換チューブ５０の周縁に連続して連続ビード７２が形成される。本溶接工程によって、エンドプレート・チューブ組立体７０Ｆを得ることができる。本溶接工程は、チューブ溶接工程及び仮止め工程に比べて、出力が高エネルギに設定されており、高エネルギの溶接が行われる。

熱交換チューブ５０をエンドプレート３２に溶接するため、熱交換チューブ５０をエンドプレート３２にろう付けした場合に比べて、安定した気密性、及び、高い強度を得ることができる。

図８（ｂ）及び図９（ｂ）も併せて参照し、第２溶接ビード７１は、連続ビード７２によって覆われている。即ち、熱交換チューブ５０の周縁をエンドプレート３２に溶接するのに先立って、熱交換チューブ５０をエンドプレート３２に仮止めしておく。このとき、特に剥離の生じやすい２枚の壁部５１ｂ，５２ｂが重なっている部位については、２枚の壁部５１ｂ，５２ｂの端部及び２枚の壁部５１ｂ，５２ｂが重なっている領域の少なくとも１箇所において仮止めがされる。これにより、熱交換チューブ５０の周縁をエンドプレート３２に連続的に溶接する際に、熱の影響により、熱交換チューブ５０がエンドプレートから剥離することを防止できる。即ち、より確実に、熱交換チューブ５０の周縁をエンドプレート３２に隙間なく溶接することができる。

加えて、連続ビード７２は、第１及び第２溶接ビード５６，７１よりも高エネルギの溶接により形成されたものである。仮に、第１及び第２溶接ビード５６，７１が形成される工程（チューブ溶接工程、仮止め工程）において高エネルギの溶接を採用すると、熱交換チューブ５０に僅かな歪みが生じることがあり、これによって後の工程が困難になることがある。特に、熱交換チューブ５０内にフィン（図４、符号５４）をろう材（図４、符号５３，５５）によってろう付けする場合には、歪みにより、ろう付け性が低下する虞がある。一方、連続ビード７２が形成される工程（本溶接工程）は、第１及び第２溶接ビード５６，７１が形成される工程よりも後に行われるものである。このため、確実にエンドプレート３２と熱交換チューブ５０とを接合するために、第１及び第２溶接ビード５６，７１よりも高エネルギの溶接により連続ビード７２を形成する。以上から、良好な組立性を確保しつつ、隙間の発生を確実に防止できるということができる。

図１２（ａ）には、比較例１の熱交換器に用いられる熱交換チューブ１５０が示されている。この熱交換チューブ１５０は、ケース半体１５１，１５２の先端同士を突き合わせる構成とされている。

この場合、ケース半体１５１，１５２同士を接合させる方法として、突き合わせ部位を溶接することが考えられる。しかし、この場合に形成されるビードは、ケース半体１５１，１５２の外面よりも必然的に盛り上がるなど不安定なビード形状となってしまう。

一方、ビードの盛り上がりを防止又は抑制するために、突き合わされている部位をレーザ溶接することが考えられる。この場合には、隙間が生じないよう、突き合わせ部を厳密に管理する必要がある。図に示されるように、隙間があると、隙間からケース半体１５１，１５２の内部にレーザが漏れる。漏れたレーザが内部に配置されているフィン等に照射されることにより、フィン等が損傷する虞がある。

図１２（ｂ）〜図１２（ｄ）には、比較例２の熱交換器に用いられる熱交換チューブ２５０が示されている。この熱交換チューブ２５０は、ケース半体２５１，２５２の端部同士が重ね合わされている。さらに、外側に配置されるケース半体２５２の端面と、内側に配置されるケース半体２５１の外面とを溶接する。

この場合、ケース半体２５１，２５２同士を接合させる方法として、溶接を採用することが考えられる。しかし、図１２（ｄ）に示されるように、この場合に形成されるビード２５３は、ケース半体２５２の外面２５２ａよりも盛り上がるなど不安定なビード形状となってしまう。ケース半体２５２の外面２５２ａよりもビード２５３が盛り上がると、エンドプレート（図３、符号３２，３３）への差込が困難になる。また、差込を容易に行うために、ビード２５３の盛り上がっている部位を削り取ると、その分作業時間が長くなる。

一方、ビードの盛り上がりを防止又は抑制するために、レーザ溶接を採用することが考えられる。この場合には、外側のケース半体２５２の端面に合わせてレーザを照射した場合には、ケース半体２５２の端面の溶融の仕方により、ビード２５３の形状が安定しない。このため、熱交換チューブ２５０によって、接合強度にばらつきが生じる虞がある。

図１２（ｅ）、図１２（ｆ）には、実施例の熱交換器に用いられる熱交換チューブ５０が示されている。

熱交換チューブ５０は、重ね合わされた第１の壁部５１ｂと第２の壁部５２ｂとのうち、第２の壁部５２ｂを貫通した第１溶接ビード５６が第１の壁部５１ｂに融着することにより接合されている。即ち、第１溶接ビード５６は、第１の壁部５１ｂと第２の壁部５２ｂとが重ね合わされている部位に形成されている。これにより、第１溶接ビード５６が第２の壁部５２ｂの外面よりも盛り上がることを防止できる。このため、第１溶接ビード５６を第２の壁部５２ｂの外面に合わせて削り取る必要がなくなり、少ない工程によって熱交換チューブ５０を製造することができる。これにより、熱交換器３０全体の製造工程を削減することもでき、有益である。さらに、第１溶接ビード５６の形状が安定するため、熱交換チューブ５０ごとの接合強度のばらつきが生じ難い。即ち、接合強度が安定する。

図１３（ａ）には、比較例３による製造方法が示されている。比較例３による製造方法においては、仮止め工程を行い、本溶接工程を行った後に、ろう付け工程を行っている。

しかし、本溶接の際には、熱の影響により、熱交換チューブ５０が僅かに歪むことが考えられる。ろう付けの前に本溶接を行うと、本溶接の際に生じ得る歪みによって、フィン（図４、符号５４）の接合強度にばらつきが生じる虞がある。

図１３（ｂ）には、実施例による製造方法が示されている。実施例による製造方法においては、仮止め工程を行い、ろう付け工程を行った後に、本溶接工程を行っている。

ろう付けを本溶接よりも先に行うことにより、フィンの接合強度がフィンの全体を通して安定する。
＜実施例２＞

次に、本発明の実施例２を図面に基づいて説明する。
図１４には、実施例２の熱交換器の製造方法が示されている。実施例１による製造方法と異なる部分についてのみ説明し、実施例１による製造方法と共通する部分については説明を省略する。実施例１と共通する構成要素については、符号を流用し、詳細な説明を省略する。

図１４に示されるように、実施例２による製造方法によれば、チューブ溶接工程の後に、連続炉６３を用いてろう付けを行う。連続炉ろう付け工程を経た熱交換チューブ８０は、上流側及び下流側エンドプレート３２，３３に差し込まれる。この後に、熱交換チューブ８０の周縁を連続的にエンドプレート３２，３３に溶接する。

この場合においても、本発明所定の効果を得ることができる。さらに、連続炉６３を用いてろう付けを行うため、真空炉（図１０、符号６２）等のバッチ式の炉を用いてろう付けを行う場合に比べて、迅速にろう付けを行うことができる。
＜実施例３＞

次に、本発明の実施例３を図面に基づいて説明する。
図１５（ａ）及び図１５（ｂ）には、実施例３の熱交換器の断面図が示されている。実施例１による熱交換器と異なる部分についてのみ説明し、実施例１による熱交換器と共通する部分については説明を省略する。実施例１と共通する構成要素については、符号を流用し、詳細な説明を省略する。

図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示されるように、エンドプレート９２には、支持孔９２ｄが形成されている。支持孔９２ｄは、断面視で略波形に予備成形してから、孔加工することにより形成される。これにより、支持孔９２の周囲に突起部が形成される。これらの突起部は、先端に向かって板厚が薄くなるよう形成されている。さらに、支持孔９２ｄのコアケース（図３、符号３１）側の端部の周縁部９２ｅは、断面視において円弧形状を呈している。

このようなエンドプレート９２を使用した場合にも、本発明所定の効果を得ることができる。さらに、支持孔９２ｄの先端は、厚さが薄いことにより、熱交換チューブ５０との接合部の全体の厚さを薄くすることができる。これにより、熱交換チューブ５０のエンドプレート９２への溶接に必要なエネルギを抑制することができる。また、全体の厚さが薄いことにより、高効率で安定した溶接をすることができる。さらに、支持孔９２ｄのコアケース側の端部の周縁部９２ｅは、断面視円弧形状を呈している。このことにより、周縁部９２ｅは、熱交換チューブ５０をエンドプレート９２に差し込む際の熱交換チューブ５０のガイドの役割を果たす。さらに、熱交換チューブはエンドプレート９２に対して圧入することができる。これにより、組み立て性が向上する。

なお、エンドプレート９２は、上流側及び下流側のどちらに採用することもできる。さらに、エンドプレート９２の支持孔９２ｄの形成方法は、任意の方法を採用することができる。
＜実施例４＞

次に、本発明の実施例４を図面に基づいて説明する。
図１６（ａ）及び図１６（ｂ）には、実施例４の熱交換器の断面図が示されている。実施例１による熱交換器と異なる部分についてのみ説明し、実施例１による熱交換器と共通する部分については説明を省略する。実施例１と共通する構成要素については、符号を流用し、詳細な説明を省略する。

図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示されるように、エンドプレート１０２には、支持孔１０２ｄが形成されている。支持孔１０２ｄは、断面視で略波形に予備成形してから、孔加工することにより形成される。これにより、支持孔１０２ｄの周囲に突起部が形成される。これらの突起部は、先端に向かって板厚が薄くなるよう形成されている。さらに、支持孔１０２ｄのコアケース（図３、符号３１）側の端部の周縁部１０２ｅは、断面視において支持孔１０２ｄに向かうテーパ形状を呈している。

このようなエンドプレート１０２を使用した場合にも、本発明所定の効果を得ることができる。さらに、支持孔１０２ｄの先端は、厚さが薄いことにより、熱交換チューブ５０との接合部の全体の厚さを薄くすることができる。これにより、熱交換チューブ５０のエンドプレート１０２への溶接に必要なエネルギを抑制することができる。また、全体の厚さが薄いことにより、高効率で安定した溶接をすることができる。さらに、支持孔１０２ｄのコアケース側の端部の周縁部１０２ｅは、断面視において支持孔１０２ｄに向かうテーパ形状を呈している。このことにより、周縁部１０２ｅは、熱交換チューブ５０をエンドプレート１０２に差し込む際の、熱交換チューブ５０のガイドの役割を果たす。さらに、熱交換チューブはエンドプレート１０２に対して圧入することができる。これにより、組み立て性が向上する。

なお、エンドプレート１０２は、上流側及び下流側のどちらに採用することもできる。さらに、エンドプレート１０２の支持孔１０２ｄの形成方法は、任意の方法を採用することができる。さらに、熱交換チューブは、エンドプレートに圧入してもよい。この場合には、ろう付け工程をレーザの仮溶接工程よりも先にすることができ、仮溶接工程と本溶接工程とを連続して行うことができる。この場合には、ろう付け工程前に仮溶接工程を行うために、仮組体をクランプしたり開放する工程を減らすことができる。

尚、本発明の熱交換器は、実施の形態では排熱回収装置に適用したが、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）クーラやコージェネレーションシステム、熱電発電装置への適用も可能である。さらに、これらのように、排気ガスの熱と媒体との間で熱交換を行うもの以外の物にも適用が可能である。

さらに、本発明による熱交換器において、各実施例を組み合わせることも可能である。例えば、実施例１の熱交換器のどちらか一方のエンドプレートに、実施例３による熱交換器のエンドプレートを採用することができる。即ち、本発明は、作用・効果を奏する限りにおいて、実施例に限られるものではない。

本発明の熱交換器は、排熱回収装置に好適である。

３０…熱交換器
３１…コアケース
３２…上流側エンドプレート（エンドプレート）
３３…下流側エンドプレート（エンドプレート）
５０，８０…熱交換チューブ
５１ｂ…第１の壁部（内側の板）
５１ｃ…（内側の板の）外面
５２ｂ…第２の壁部（外側の板）
５２ｃ…（外側の板の）端面
５３…第１のろう材（シート状のろう材）
５４…フィン
５５…第２のろう材（シート状のろう材）
７１…第２溶接ビード
７２…連続ビード
９２，１０２…エンドプレート
９２ｄ，１０２ｄ…支持孔
Ｓ…隙間

Claims (8)

1. 筒状のコアケースと、このコアケースの両端を塞ぐ一対のエンドプレートと、これらのエンドプレートで両端が支持され内部に第１熱媒体が流される複数の熱交換チューブとからなり、前記第１熱媒体と、前記熱交換チューブの外周を流される第２熱媒体とで熱交換を行う熱交換器において、
   前記熱交換チューブは、管の周長よりも長い板材を曲げて形成され、少なくとも１箇所において前記板材の端部同士が重ね合わされ、この重ね合わされた内側の板と外側の板とのうち、一方を貫通した第１溶接ビードが他方に融着することにより接合されていることを特徴とする熱交換器。
2. 前記熱交換チューブは、前記エンドプレートとの接点を第２溶接ビードにより、仮止めされていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
3. 前記内側の板の外面と、前記外側の板の端面と、前記エンドプレートとによって形成される略三角形の隙間は、前記第２溶接ビードによって埋められていることを特徴とする請求項２記載の熱交換器。
4. 前記熱交換チューブは、前記第１熱媒体の流れ方向を基準として、上流側から下流側まで長円形状が連続する形状を呈していることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の熱交換器。
5. 前記熱交換チューブの内部には、フィンが収納されており、
   このフィンは、シート状のろう材によって、前記熱交換チューブにろう付けされていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の熱交換器。
6. 前記第２溶接ビードは、点状に形成されており、
   前記内側の板と、前記外側の板とが、重ね合わされている部位において、前記第２溶接ビードによって、前記内側の板、前記外側の板、及び、前記エンドプレートが互いに溶接され、
   前記熱交換チューブの周縁には、連続して連続ビードが形成されており、
   前記第２溶接ビードは、前記連続ビードによって覆われていることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の熱交換器。
7. 前記第２溶接ビードは、前記連続ビードよりも低エネルギの溶接により形成されたものであることを特徴とする請求項６記載の熱交換器。
8. 前記一対のエンドプレートには、共に、前記熱交換チューブが差し込まれる支持孔が形成されており、
   前記支持孔は、周囲に突起部をもち、この突起部は、先端に向かって板厚が薄くなるよう形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の熱交換器。

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