JP4614249B2

JP4614249B2 - 多管式熱交換器

Info

Publication number: JP4614249B2
Application number: JP2000358035A
Authority: JP
Inventors: 正一郎臼井
Original assignee: Usui Co Ltd
Current assignee: Usui Co Ltd
Priority date: 2000-11-24
Filing date: 2000-11-24
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2020-11-24
Also published as: JP2002162191A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般産業用、自動車用などに用いられる多管式熱交換器とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種流体の加熱あるいは冷却用もしくはＥＧＲガスの冷却等に用いられる多管式熱交換器としては、図６、図７にその一例を示すごとく、両端部に第１熱交換流体入口１１−１および出口１１−２を設けた胴管（シェル）１１と、伝熱管（チューブ）群１２の両端部を固定する板金製のチューブシート１３および第２熱交換流体入口１４−１および出口１４−２が設けられた端部キャップ（ボンネット）１４とで構成されており、その接続構造はチューブシート１３が胴管（シェル）１１または端部キャップ１４に固定され、かつ各伝熱管１２−１とチューブシート１３のろう付け部は、薄肉チューブシート１３−１にバーリング壁１３−１ａを設けた貫通孔に伝熱管１２−１の端部を嵌入した状態でろう付けした構造である（特開平７−３２４８８７号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上記した従来の多管式熱交換器の場合は、チューブシート１３を胴管（シェル）１１または端部キャップ１４に固定する方式であるため、チューブシート１３は薄肉のものでは強度を確保できないため厚肉する必要があるが、厚肉のチューブシートでは、バーリング加工が困難となり所望のバーリング壁長ささが得られず、短いバーリング壁とならざるを得ないため伝熱管１２−１のろう付け長さが短くなりろう付け強度が低くなる。チューブシートと伝熱管のろう付け部の強度が低いと、各種装置あるいはエンジンや自動車の走行中に生じる振動やＥＧＲガス自体の圧力変動に伴う脈動等により発生する応力集中により当該ろう付け部に亀裂が入り、該亀裂より熱交換流体が漏れるなどの現象が起こるため、チューブシートと伝熱管のろう付け部の強度は高くする必要がある。しかしながら、従来のいわゆる１枚物の板材からなるチューブシートでは、前記したごとくチューブシートと伝熱管のろう付け長さを長くできないのが実状である。
【０００４】
本発明はこのような従来技術の実状に鑑みてなされたもので、少なくとも一方のチューブシートを２枚板構造とすることによって伝熱管とのろう付け長さを長くできて、前記応力に十分耐え得るろう付け強度を有する高耐久性と信頼性に富む多管式熱交換器を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る多管式熱交換器は、両端部に第１熱交換流体入口および出口が設けられた胴管、該胴管の内壁の両端部付近に設けられるチューブシート、該チューブシートに支持される伝熱管群、および前記胴管の両端部に配設される第２熱交換流体入口および出口が設けられた端部キャップが、それぞれろう付けもしくは溶接にて一体化された構造の多管式熱交換器において、少なくとも一方の前記チューブシートを、前記伝熱管と内接するバーリング壁を有する薄肉のバーリングチューブシートと厚肉のバックアップチューブシートとで構成し、かつ前記バーリングチューブシートとバックアップチューブシートをろう付けまたは溶接にて一体化し、さらに、前記チューブシートのバーリング壁の高さが、伝熱管の肉厚の２倍以上、管径の２倍以下であることを特徴とするものである。
なお、本発明では、前記伝熱管がバーリングチューブシートに当接していることを好ましい態様とするものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る多管式熱交換器のチューブシートと伝熱管のろう付け部の一実施例を示す一部拡大断面図、図２は同上の多管式熱交換器のチューブシートと伝熱管のろう付け部の他の実施例を示す一部拡大断面図、図３は同上の多管式熱交換器のチューブシートの一部を示す斜視図、図４は同じく他のチューブシートの一部を示す斜視図、図５は同じく別のチューブシートの一部を示す斜視図であり、１は胴管、２は伝熱管、３Ａ、３Ｂ、３Ｃはチューブシート、４は端部キャップである。
【０００７】
すなわち図１に示す多管式熱交換器は、胴管１、伝熱管２、チューブシート３Ａおよび端部キャップ４で構成された多管式熱交換器であって、チューブシート３Ａは薄肉のバーリングチューブシート３Ａ−１と厚肉のバックアップチューブシート３Ａ−２をろう付けまたは溶接にて一体化して構成したもので、薄肉のバーリングチューブシート３Ａ−１は、例えば該チューブシート３Ａ−１の円形の貫通孔部にバーリング成形により突出する円筒形のバーリング壁３Ａ−１ａを形成し、このバーリング壁３Ａ−１ａに伝熱管２の開口端部を外嵌させ、伝熱管２の開口端面をバーリング壁３Ａ−１ａの付け根まで嵌入させて当該部分と、バーリング壁３Ａ−１ａの端部と伝熱管２の内面とをろう付けしたものを、該薄肉のバーリングチューブシート３Ａ−１より厚肉で剛性の高い平板部に前記バーリング壁３Ａ−１ａを形成した貫通孔と同径もしくは僅かに大径の貫通孔３Ａ−２ａを設けたバックアップチューブシート３Ａ−２をろう付けまたは溶接にて一体化したもので、この多管式熱交換器の場合は厚肉のバックアップチューブシート３Ａ−２を胴管１および端部キャップ４にろう付けまたは溶接する。この多管式熱交換器におけるバーリングチューブシート３Ａ−１に形成したバーリング壁３Ａ−１ａの高さは、伝熱管２の肉厚の２倍以上、管径の２倍以下の長さとする。その理由は、伝熱管２の２倍未満ではバーリング壁の強度が弱く、またろう付け長さが短くて気密を保有しにくく、他方、管径の２倍を超えても効果に差がないためである。
また、図２は前記伝熱管２をバーリング壁３Ａ−１ａの途中まで嵌入させて当該伝熱管２をバーリング壁３Ａ−１ａにろう付けしたもので、この場合もバーリングチューブシート３Ａ−１に形成したバーリング壁３Ａ−１ａの高さは、伝熱管２の管径の２倍以下の長さであればよいが、管端部とバーリングチューブシートとの間に隙間を設けているので、伝熱管２の管長にバラツキが多少あってもそれを吸収することができる。
なお、図１、図２に示すチューブシート３Ａの外観は、その一部を図３に示すごとく、バーリング壁３Ａ−１ａを有する貫通孔が設けられたバーリングチューブシート３Ａ−１の背面側に、前記バーリングリング壁３Ａ−１ａを形成した貫通孔と同径もしくは僅かに大径の貫通孔３Ａ−２ａを設けたバックアップチューブシート３Ａ−２を一体に設けた構造となっている。
【０００８】
図４に示す多管式熱交換器は、断面矩形の伝熱管に対応させたもので、この場合は薄肉のバーリングチューブシート３Ｂ−１の矩形の貫通孔部にバーリング成形により内側に突出する矩形のバーリング壁３Ｂ−１ａを形成し、このバーリング壁３Ｂ−１ａに矩形断面の伝熱管（図示せず）の開口端部を前記と同様に外嵌させて、当該部分をろう付けして伝熱管２の管端部をバーリングチューブシート３Ｂ−１にろう付けしたものを、該薄肉のバーリングチューブシート３Ｂ−１より厚肉で剛性の高い平板部に前記バーリング壁３Ｂ−１ａを形成した貫通孔とほぼ等しい矩形もしくは円形の貫通孔を設けたバックアップチューブシート３Ｂ−２をろう付けまたは溶接にて一体化したもので、この多管式熱交換器の場合も厚肉のバックアップチューブシート３Ｂ−２を胴管１および端部キャップ４にろう付けまたは溶接する。この多管式熱交換器におけるバーリングチューブシート３Ａ−１に形成したバーリング壁３Ａ−１ａの高さも前記と同様、伝熱管の肉厚の２倍以上もしくは管径の２倍以下の長さとする。
【０００９】
図５に示す多管式熱交換器は、図４に示す多管式熱交換器と同様、断面長方形の伝熱管に対応させたもので、この場合は薄肉のバーリングチューブシート３Ｃ−１の長方形の貫通孔部の各辺にバーリング成形により舌状のバーリング壁３Ｃ−１ａを形成し、このバーリング壁３Ｃ−１ａに断面長方形の伝熱管（図示せず）の開口端部を外嵌させて、当該部分をろう付けして伝熱管の管端部を前記と同様にバーリングチューブシート３Ｃ−１にろう付けしたものを、該薄肉のバーリングチューブシート３Ｃ−１より厚肉で剛性の高い平板に、前記バーリング壁３Ｃ−１ａを形成した貫通孔とほぼ等しい断面積の長円形もしくは楕円形の貫通孔３Ｃ−２ａを設けたバックアップチューブシート３Ｃ−２をろう付けまたは溶接にて一体化したもので、この多管式熱交換器の場合も厚肉のバックアップチューブシート３Ｃ−２を胴管１および端部キャップ４にろう付けまたは溶接する。この多管式熱交換器におけるバーリングチューブシート３Ｃ−１に形成したバーリング壁３Ｃ−１ａの高さも前記と同様、伝熱管の肉厚の２倍以上もしくは管径の２倍以下の長さとする。
【００１０】
なお、伝熱管の材質としては、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３２１などのオーステナイト系ステンレス鋼などが用いられ、外径は種々のものが使用されるがＥＧＲクーラー用では１２．０ｍｍ〜５．０ｍｍで、長さは１２０〜６００ｍｍ程度のものが多いが特に長さの制限はなく、矩形断面のものも多用される。また、胴管や２枚構造のチューブシートも伝熱管と同様の材質である。このような材質の多管式熱交換器における伝熱管群とチューブシートの固着に使用されるろう材としては、例えばＣｒ７ｗｔ％、Ｂ３ｗｔ％、Ｓｉ４ｗｔ％、Ｆｅ３ｗｔ％、残部ＮｉからなるＮｉ基ろう材である。また、組立方式は、各部を個々にろう付け、溶接により組立ててもよいが、ろう付け炉などを使用して各部を一括してろう付け組立てしてもよい。
【００１１】
【発明の効果】
以上説明したごとく、本発明に係る多管式熱交換器は、薄肉のバーリングチューブシートと厚肉のバックアップチューブシートをろう付けにて一体化して構成したチューブシートを用いたことにより、ろう付け長さが長くなり強度的に優れたろう付け部が得られると共に、厚肉のバックアップチューブシートでチューブシート自体の強度を保持できるので流体圧に対する剛性も十分に確保することができ、また矩形断面の伝熱管であっても特にバッアップチューブシートの貫通孔を円形もしくは楕円形とすることにより、伝熱管とチューブシートのろう付け部には応力集中により亀裂が入ることもなくなり、耐久性、信頼性に富む。また、バーリングチューブシートには薄肉のものを使用できるので、バーリング加工の際にバーリング壁にクラックを生じることがなく、耐久性に優れたバーリング壁が得られるなどの効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多管式熱交換器のチューブシートと伝熱管のろう付け部の一実施例を示す一部拡大断面図である。
【図２】同上の多管式熱交換器のチューブシートと伝熱管のろう付け部の他の実施例を示す一部拡大断面図である。
【図３】同上の多管式熱交換器のチューブシートの一部を示す斜視図である。
【図４】同じく他のチューブシートの一部を示す斜視図である。
【図５】同じく別のチューブシートの一部を示す斜視図である。
【図６】本発明の対象とする従来の多管式熱交換器の一例を中央部を省略して示す横断平面図である。
【図７】同上従来の多管式熱交換器におけるチューブシートと伝熱管のろう付け部を示す一部拡大断面図でである。
【符号の説明】
１胴管
２伝熱管
３Ａ、３Ｂ、３Ｃチューブシート
３Ａ−１、３Ｂ−１、３Ｃ−１バーリングチューブシート
３Ａ−２、３Ｂ−２、３Ｃ−２バックアップチューブシート
３Ａ−１ａ、３Ｂ−１ａ、３Ｃ−１ａバーリング壁
３Ｃ−２ａ長円形もしくは楕円形の貫通孔
４端部キャップ

Claims

両端部に第１熱交換流体入口および出口が設けられた胴管、該胴管の内壁の両端部付近に設けられるチューブシート、該チューブシートに支持される伝熱管群、および前記胴管の両端部に配設される第２熱交換流体入口および出口が設けられた端部キャップが、それぞれろう付けもしくは溶接にて一体化された構造の多管式熱交換器において、少なくとも一方の前記チューブシートを、前記伝熱管と内接するバーリング壁を有する薄肉のバーリングチューブシートと厚肉のバックアップチューブシートとで構成し、かつ前記バーリングチューブシートとバックアップチューブシートをろう付けまたは溶接にて一体化し、さらに前記チューブシートのバーリング壁の高さが伝熱管の肉厚の２倍以上、管径の２倍以下であるて構成したことを特徴とする多管式熱交換器。