JP4817879B2

JP4817879B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JP4817879B2
Application number: JP2006046686A
Authority: JP
Inventors: 康文榊原; 順一中島; 健太郎輪島
Original assignee: マルヤス工業株式会社
Priority date: 2006-02-23
Filing date: 2006-02-23
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2026-02-23
Also published as: JP2007225190A

Description

本発明は、複数の伝熱管内を流通する第１の流体とこれらの伝熱管を収容するとともに第２の流体を流通する外管とを備えて第１の流体と第２の流体間で熱交換する熱交換器、特に、自動車の内燃機関における排気ガスを冷却水により冷却するガス冷却装置等に用いられる熱交換器に関する。

近年、この種の熱交換器の開発は盛んに行われている。例えば、本願発明者等は、先に、下記特許文献１に示す多管式熱交換器を提案している。この多管式熱交換器は、プレス加工等によって壁面に直接突起部を形成した複数本の伝熱管を、チューブシートを介して、外管としての角筒胴体に組み付けるようになっている。これにより、例えば、伝熱管内に導入された排気ガスには、突起部により渦流が発生し、伝熱管の外部であって角筒胴体内部を流通する冷却水と極めて良好に熱交換するようになっている。
特開２００２−３５００８１号公報

ところで、上記従来の熱交換器のような多管式の熱交換器においては、伝熱管と角筒胴体を接続するためにチューブシートが必要となる。すなわち、従来の熱交換器において、チューブシートは、外部から導入された第２の流体（冷却水）と複数の伝熱管とを適切に接触させるために、伝熱管同士を適正な距離で保持する機能を有する。また、チューブシートは、角筒胴体内を流通する第２の流体（冷却水）を気密的に封止する機能も有する。このため、上記従来の熱交換器においては、チューブシートが必要不可欠な構成要素となる。

このように、チューブシートが必要な上記従来の熱交換器を組み立てて製造するに当たっては、まず、導入側チューブシートと排出側チューブシートに形成された伝熱管保持孔に対してそれぞれの伝熱管を挿入するとともにロウ材を塗布し、この仮組付けされたものをロウ付けすることによって伝熱管ユニットを作製するようになっている。そして、作製された伝熱管ユニットをさらに角筒胴体に対してロウ付けするようになっている。

ところが、伝熱管ユニットの作製においては、各チューブシートに対する伝熱管の挿入位置（量）を確認しながら、複数の伝熱管の両端位置にチューブシートを仮組み付けする必要があり、その作業は極めて煩雑である。また、仮組付けした伝熱管ユニットをロウ付けする場合には、ロウ材の溶融と固化に伴い、伝熱管のチューブシートに対する組み付け位置がずれる可能性がある。このため、仮組み付け伝熱管ユニットを、例えば、保持具などにセットして拘束した状態でロウ付けする必要がある。また、作製された伝熱管ユニットを外筒胴体に仮組み付けした後、ふたたび、ロウ付けによって、伝熱管ユニットと外筒胴体を組み付ける必要がある。このように、上記従来の熱交換器においては、多くの組み立て工程と多大な時間を必要としており、生産性が良好であるとはいえず、改善する余地がある。

本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、組み立て作業性を改善することにより生産性を向上させることができる多管式の熱交換器を提供することにある。

本発明の特徴は、第１の流体を流通させる管体からなる複数の伝熱管と、同複数の伝熱管を収容するとともに第２の流体を流通させる外管とを備えた多管式の熱交換器において、前記第１の流体を流通させる管体の両端位置にて、同管体の軸線に対して垂直な面方向に略角形状に膨出した拡管部が形成された伝熱管と、前記拡管部を互いに当接させた状態で複数積層された伝熱管を気密的に収容するとともに前記第２の流体を流通する本体部を有する外管とを備え、前記伝熱管を形成する管体の側面に、前記伝熱管の積層方向に対して垂直な面方向に突出して、前記外管の本体部の内壁面と当接する突出部を形成したことにある。この場合、複数積層された伝熱管と外管の本体部とは、例えば、ロウ付け工法により気密的に接合されるとよい。さらに、積層されたそれぞれの伝熱管の拡管部のロウ付け状態を確認するためのスリットを前記外管の本体部に形成しておくとよい。

これによれば、伝熱管に形成された拡管部同士を当接させて積層することにより、伝熱管同士の間に適切な隙間（空間）を形成することができる。また、このように複数積層した伝熱管を外管の本体部内に気密性を確保して収容することができる。これにより、複数積層された伝熱管と外管の本体部に流入された第２の流体とを適切に接触させることができるとともに、第２の流体を気密的に封止することができる。したがって、チューブシートを廃止することができて、製造コストを低減することができる。また、伝熱管を外管の本体部に組み付ける際には、例えば、それぞれの拡管部にロウ材を塗布した後、同拡管部が互いに当接するように複数の伝熱管同士を積層して、外管の本体部内に収容するのみであるため、組み立て作業性を大幅に改善することができる。また、複数の伝熱管が収容された外管を、例えば、ロウ付けすることによって、伝熱管と外管の本体部との間の気密性を良好に確保できると同時に、伝熱管と外管との接合を行うことができる。この場合、外管の本体部にスリットを形成しておけば、ロウ付け工程後のロウ付け状態を外部から容易に確認することができる。したがって、熱交換器を製造するための時間を大幅に短縮することができて、生産性を向上させることができる。

また、本発明の他の特徴は、前記伝熱管の拡管部に対して、積層される伝熱管との間の積層位置を決めるための位置決め部を設けたことにもある。この場合、前記位置決め部は、前記伝熱管の拡管部の一面側に形成されて、同一面側に積層される他の伝熱管との積層位置を決めるための突起と、前記伝熱管の拡管部の他面側に形成されて、同他面側に積層される他の伝熱管に形成された前記突起を収容する収容部とから構成されるとよい。また、前記積層された伝熱管を収容する外管の本体部の内周面に、前記伝熱管の拡管部の一面側に形成された突起を収容する収容部と、前記伝熱管の拡管部の他面側に形成された収容部に収容される突起とを形成するとよい。

これらによれば、伝熱管を複数積層する作業において、伝熱管の積層位置を極めて容易に決めることができる。また、積層した複数の伝熱管を外管の本体部に収容する位置も極めて容易に決めることができる。したがって、熱交換器の組み立て作業性を大幅に改善することができて、生産性を向上させることができる。

また、本発明の他の特徴は、前記外管は、前記本体部に収容された複数の伝熱管に対して前記第１の流体を導入する導入部と、前記複数の伝熱管を流通した第１の流体を導出する導出部とを備えており、前記導入部、前記本体部および前記導出部とが一体的に形成されることにもある。この場合、前記外管は、前記導入部、本体部および導出部を含む平面で分割された分割部材から形成されるとよい。

これによれば、外管の本体部に対して、第１の流体を導入する導入部と、第１の流体を導出する導出部とが一体的に形成されているため、別途、導入部と導出部とを組み付ける工程を設ける必要がない。したがって、熱交換器を製造するための時間を短縮することができる。また、外管を、導入部、本体部および導出部を含む平面で分割して形成することによって、複数積層された伝熱管を外管の本体部内に容易に収容することができる。したがって、熱交換器の組立て作業性を良好に改善することができる。

さらに、本発明の他の特徴は、前記伝熱管を、平板状の金属薄板から形成されて、同金属薄板の幅方向端部に成形された立壁部を有する第１のプレートと、前記第１のプレートを形成する前記金属薄板の幅方向寸法よりも大きな平板状の金属薄板から形成されて、同金属薄板の幅方向端部に成形された立壁部を有する第２のプレートと、前記第２のプレートの立壁部に対して前記第１のプレートの立壁部を嵌合することにより形成される管状の空間内に収容されて、前記第１の流体の導通する放熱フィンとから形成し、さらに、前記第１のプレートおよび前記第２のプレートを嵌合したときに前記拡管部を形成するための拡張部を、前記第１のプレートおよび前記第２のプレートの長手方向端部に成形したことにもある。この場合、前記第２のプレートの立壁部の成形高さは、前記第１のプレートの立壁部の成形高さよりも大きく形成されるとよい。そして、これらの構成部材を、例えば、ロウ付け工法によって、伝熱管を一体的に形成するようにするとよい。

また、前記第２のプレートの立壁部に対して前記第１のプレートの立壁部を嵌合することにより形成される管状の空間内における前記伝熱フィンの配置を決めるための配置決め部を設けるとよい。この場合、前記配置決め部は、例えば、前記第１のプレートおよび前記第２のプレートのうちの少なくとも一方に形成された突起と、前記伝熱フィンに形成されて、前記突起を収容する収容部とから構成されるとよい。

これらによれば、伝熱管を、例えば、周知の多段のプレス工法を採用して形成することができる。これにより、伝熱管を形成する場合において、例えば、ロールフォーミング法を採用して管体を成形しておき、別途、管体を扁平させるための工程や端末部分に拡管成形を施す工程を設ける必要がない。また、成形された各構成部材を、例えば、ロウ付け工法を採用して一体的に接合することができるため、積層した伝熱管と外管の本体部とを気密的に接合するためのロウ付け工程を共用することができる。したがって、熱交換器を製造するための時間を短縮することができて、生産性を向上させることができる。

また、第２のプレートの立壁部の成形高さを第１のプレートの立壁部の成形高さよりも大きく成形することによって、これら第１のプレートと第２のプレートを、例えば、ロウ付け工法によって一体的に嵌合する場合には、ロウ材を極めて容易に塗布できるとともに、溶融したロウ材を確実に立壁部間に侵入させることができる。これにより、伝熱管の機密性を確実に確保できる。また、第１のプレートおよび第２のプレートのうちの少なくとも一方に伝熱フィンを配置する位置を決めるための配置決め部を形成することにより、第１のプレートと第２のプレートを嵌合することによって形成される管状の空間内に伝熱フィンを極めて容易に配置することができる。したがって、熱交換器の組立て作業性を良好に改善することができる。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明に係る熱交換器Ｎの外観形状を概略的に示している。この熱交換器Ｎは、例えば、自動車のＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)システムに採用されて、内燃機関の排気マニホールドから排気ガスの一部を導入して所定の温度まで冷却し、同冷却した排気ガス（所謂、ＥＧＲガス）を、ＥＧＲ弁を介して吸気マニホールドに導出することができる。なお、図１に示した熱交換器Ｎは、ＥＧＲシステムに採用される場合を概略的に示したものであるため、排気マニホールドと吸気マニホールドに接続するためのフランジが組み付けられている。

熱交換器Ｎは、第１の流体（例えば、高温、高速の排気ガスなど）を導入するための導入部Ｎ１と、第２の流体（例えば、冷却水など）を流通することにより導入した第１の流体を冷却する本体部Ｎ２と、冷却した第１の流体を導出する導出部Ｎ３とを備えている。また、熱交換器Ｎは、本体部Ｎ２内に第２の流体を流入するための流入管Ｎ４と、本体部Ｎ２内を流通した第２の流体を流出させるための流出管Ｎ５とを備えている。そして、このように構成される熱交換器Ｎは、図２に示すように、上述した各部Ｎ１〜Ｎ３を形成する外管としてのアウターケース１０と、アウターケース１０内（より詳しくは、アウターケース１０により形成される本体部Ｎ２内）に収容される伝熱管群ＤＧとから構成される。

アウターケース１０は、導入部Ｎ１，本体部Ｎ２および導出部Ｎ３を含む面で分割された上下一対のアウターケース形成部材１１，１２から形成される。アウターケース形成部材１１，１２は、それぞれ、導入部Ｎ１を形成する導入部形成部分１１ａ，１２ａ、本体部Ｎ２を形成する本体部形成部分１１ｂ，１２ｂおよび導出部Ｎ３を形成する導出部形成部分１１ｃ，１２ｃを備えている。導入部形成部分１１ａ，１２ａおよび導出部形成部分１１ｃ，１２ｃは、アウターケース１０を形成したときに、円環状の導入部Ｎ１および導出部Ｎ３を形成するように、半円状に形成されている。本体部形成部分１１ｂ，１２ｂは、アウターケース１０を形成したときに、角形状の本体部Ｎ２を形成するように、断面略コの字状に形成されている。なお、導入部形成部分１１ａ，１２ａおよび導出部形成部分１１ｃ，１２ｃと、本体部形成部分１１ｂ，１２ｂとは、角形状から半円形状に徐変する面によって連結されている。

また、アウターケース形成部材１１，１２の本体部形成部分１１ｂ，１２ｂには、後述するように、収容した伝熱管群ＤＧのロウ接状態を確認するためのスリット１１ｄ，１２ｄが４箇所ずつ形成されている。また、本体部形成部分１１ｂ、１２ｂ内における伝熱管群ＤＧの収容位置を決めるために、本体部形成部分１１ｂには貫通孔１１ｅが形成され、本体部形成部分１２ｂには突起１２eが２箇所ずつ形成されている。この貫通孔１１ｅおよび突起１２ｅについては、後述する熱交換器Ｎの組み立ての説明時に詳細に説明する。なお、アウターケース形成部材１１の本体部形成部分１１ｂに突起を形成し、アウターケース形成部材１２の本体部形成部分１２ｂに貫通孔を形成して実施可能であることはいうまでもない。

また、本体部形成部分１１ｂ，１２ｂには、伝熱管群ＤＧと第２の流体（冷却水）とを適切に接触させるために、内面方向に突出する２個一対の凸部１１ｆ，１２ｆが形成されている。さらに、アウターケース形成部材１２には、アウターケース形成部材１１と嵌合するための嵌合部１２ｇが形成されている。そして、このように構成されるアウターケース形成部材１１，１２は、金属薄板（例えば、ステンレス板など）に対して、多段のプレス加工を施すことによって成形されるとよい。

伝熱管群ＤＧは、図２に示すように、複数（例えば、図２においては７つ）の伝熱管２０から構成されるものである。伝熱管２０は、図３に示すように、第１ケース２１、第２ケース２２および伝熱フィン２３から構成されている。

第１ケース２１および第２ケース２２は、平板部２１ａ，２２ａの幅方向端部に立壁部２１ｂ，２２ｂが形成されており、ともに断面略コの字状に形成されている。ここで、第２ケース２２の立壁部２２ｂの成形高さは、第１ケース２１の立壁部２１ｂの成形高さに比して、大きくなるように成形されている。そして、第１ケース２１の平板部２１ａには、上述したアウターケース形成部材１１の凸部１１ｆに対応する位置に凸部２１ｃが形成され、第２ケース２２の平板部２２ａには、アウターケース形成部材１２の凸部１２ｆに対応する位置にて背面側に突出する凹部２２ｃが形成されている。

また、第１ケース２１の立壁部２１ｂと第２ケース２２の立壁部２２ｂの略中央部分には、図４に示すように、それぞれ、２個一対の突出部２１ｄ、２２ｄが形成されている。また、第１ケース２１と第２ケース２２の長手方向の両端位置は、それぞれ、所定の外形寸法となるように膨出した拡張部２１ｅ，２２ｅが形成されている。ここで、拡張部２１ｅ，２２ｅの外形寸法（より詳しくは、拡張部２１ｅ，２２ｅの幅方向の寸法）は、立壁部２１ｂ，２２ｂに形成された２個一対の突出部２１ｄ，２２ｄの成形寸法よりも僅かに小さくなるように成形される。また、第１ケース２１の拡張部２１ｅの略中央位置には、その外表面側にて外方に突出する突起２１ｆが形成されており、第２ケース２２の拡張部２２ｅの略中央位置には貫通孔２２ｆが形成されている。この突起２１ｆおよび貫通孔２２ｆは、伝熱管群ＤＧを形成する際に各伝熱管２０の積層位置を決定するために利用されるものであり、後に詳述する。なお、本実施形態においては、第１ケース２１に突起２１ｆを形成し、第２ケース２２に貫通孔２２ｆを形成するように実施するが、第１ケース２１に貫通孔を形成し、第２ケース２２に凸部を形成して実施することも可能である。

さらに、第２ケース２２の平板部２２ａには、伝熱フィン２３の組み付け位置を決めるための突起２２ｇが形成されている。そして、このように構成される第１ケース２１および第２ケース２２は、金属薄板（例えば、ステンレス板など）に対して、多段のプレス加工を施すことによって成形されるとよい。

伝熱フィン２３は、第１ケース２１の立壁部２１ｂと第２ケース２２の立壁部２２ｂとが互いに嵌合されたときに形成される管状の空間内に収容されるものであり、多数の筋状凹部２３ａと筋状凸部２３ｂを有している。そして、導入部Ｎ１から導入された第１の流体（例えば、排気ガス）は、この伝熱フィンの筋状凹部２３ａと筋状凸部２３ｂによって形成される流路内を導通するようになっている。さらに、伝熱フィン２３には、第２ケース２２に形成された突起２２ｇを挿通させる貫通孔２３ｃが形成されている。なお、伝熱フィン２３は、金属薄板（例えば、スレンレス板など）に対して、例えば、周知のコルゲート加工を施すことにより、連続した筋状凹部２３ａと筋状凸部２３ｂが成形されるとよい。また、貫通孔２３ｃは、例えば、プレス加工などによって成形されるとよい。

ここで、本実施形態の説明においては、図示しないが、伝熱フィン２３に関し、例えば、図３に示したように、多数の筋状凹部２３ａと筋状凸部２３ｂを繰り返し成形したものに対して、さらに、導通する第１の流体に渦流を発生させるための突起や突片などを多数成形することも可能である。この場合、突起や突片は筋状凹部２３ａと筋状凸部２３ｂの内方すなわち第１の流体の流路内に成形されるため、後述する熱交換器Ｎの組み立て作業に影響を与えることが無く、熱交換器Ｎの熱交換効率を向上させることができる。

次に、熱交換器Ｎの組み立て工程について説明する。まず、伝熱管群ＤＧを構成する伝熱管２０の組み立てから説明する。伝熱管２０を組み立てるにあたり、構成部品としての第１ケース２１、第２ケース２２および伝熱フィン２３は、上述したように、多段のプレス加工やコルゲート加工によって予め成形されて準備されている。

そして、このように準備された伝熱フィン２３に対して、筋状凹部２３ａの底面と筋状凸部２３ｂの上面にロウ材（例えば、銅ロウやニッケルロウなど）を塗布した後、伝熱フィン２３を、図５（ａ）に示すように、第２ケース２２内に収容する。このとき、伝熱フィン２３は、図６に詳細に示すように、筋状凹部２３ａに形成された貫通孔２３ｃに対して第２ケース２２に形成された突起２２ｇが挿通するように収容される。これにより、伝熱フィン２３の組み付け位置を極めて容易に決定することができるとともに、例えば、後述するロウ付け工程における炉中放置と冷却に伴って伝熱フィン２３の組み付け位置がずれることを防止することができる。

そして、伝熱フィン２３を収容した第２ケース２２に対して、図５（ｂ）に示すように、第１ケース２１を嵌合した後、第１ケース２１と第２ケース２２の嵌合部分、より詳しくは、図７に示すように、第２ケース２２の立壁部２２ｂと第１ケース２１の立壁部２１ｂとの間にロウ材を塗布して、伝熱管２０の仮組み立てが完了する。ここで、仮組み立てされた伝熱管２０においては、図５（ｂ）に示すように、第１ケース２１および第２ケース２２の拡張部２１ｅ，２２ｅによって、その長手方向の両端位置にて膨出した拡管部２４が形成される。なお、第２ケース２２の立壁部２２ｂの成形高さが第１ケース２１の立壁部２１ｂの成形高さよりも大きくなっているため、ロウ材の塗布を容易に行うことができる。

次に、このように仮組み立てされた伝熱管２０は、図８に示すように、所定数だけ（本実施形態においては７つ）積層されて、伝熱管群ＤＧが形成される。以下、この伝熱管群ＤＧについて具体的に説明する。

伝熱管群ＤＧの形成に際しては、仮組み立てされた各伝熱管２０の拡管部２４に対して、その外周面の全周に渡りロウ材が塗布される。そして、ロウ材の塗布された伝熱管２０は、第１ケース２１に形成された突起２１ｆと、他の伝熱管２０の第２ケース２２に形成された貫通孔２２ｆとが一致するように、言い換えれば、突起２１ｆが貫通孔２２ｆに挿通するように積層される。このように、突起２１ｆと貫通孔２２ｆを用いて、伝熱管２０同士の積層位置を決定することにより、極めて容易に積層作業を実施することができる。また、このように、突起２１ｆを貫通孔２２ｆに挿通させて積層することにより、後述するロウ付け工程において発生する可能性のある伝熱管２０同士の相対的な位置ずれも防止することができる。ここで、伝熱管２０に貫通孔２２ｆを設けることによる気密性の悪化が懸念される。しかし、拡管部２４にロウ材が塗布されて伝熱管２０同士が積層されるため、ロウ付け工程において溶融して固化したロウ材が突起２１ｆと貫通孔２２ｆとの隙間を完全に塞ぐことができ、気密性が悪化することはない。そして、同様に、所定数の伝熱管２０が積層されて、伝熱管群ＤＧが形成される。

一方、アウターケース１０を形成するアウターケース形成部材１１，１２も、上述したように、多段のプレス加工によって予め成形されて準備されている。なお、準備されたアウターケース形成部材１１，１２には、流入管Ｎ４および流出管Ｎ５を組み付けるための孔部も成形されている。そして、流入管Ｎ４と導出管Ｎ５は、接合端部にロウ材が塗布された後、アウターケース形成部材１１，１２のそれぞれの孔部に対して嵌合されて、仮組付けされる。

このように、アウターケース１０と伝熱管群ＤＧとがそれぞれ形成されると、伝熱管群ＤＧは、図９に示すように、アウターケース１０を形成するアウターケース形成部材１２の本体部形成部分１２ｂ内に収容される。このとき、本体部形成部分１２ｂの内周面上の２箇所に形成した突起１２ｅと伝熱管群ＤＧの最下層に位置する伝熱管２０の拡管部２４に形成した貫通孔２２ｆ（図９においてはそれぞれ１箇所のみ図示）とが互いに一致するように、言い換えれば、突起１２ｅが貫通孔２２ｆを挿通するように収容される。これにより、伝熱管群ＤＧの収容位置を極めて容易にかつ正確に決定することができるとともに、アウターケース形成部材１２に対する伝熱管群ＤＧの長手方向への移動を規制することができる。

さらに、図１０に示すように、アウターケース形成部材１２の本体部形成部分１２ｂ内に伝熱管群ＤＧが収容されるときには、同部分１２ｂの内周面（側壁面）と各伝熱管２０の第２ケース２２に形成した凸部２２ｄとが互いに当接することにより、左右方向の位置が規制される。これにより、伝熱管群ＤＧの収容位置を極めて容易にかつ正確に決定することができる。また、このように、左右方向に位置を規制することにより、アウターケース形成部材１２の本体部形成部分１２ｂの内周面（側壁面）と各伝熱管２０における拡管部２４の外周面（側面）と間の間隔を適正に保つことができる。これにより、例えば、伝熱管郡ＤＧの収容作業における前記各面同士の接触が防止され、拡管部２４に塗布したロウ材が剥がれることを効果的に防止することができる。

そして、伝熱管群ＤＧを収容したアウターケース形成部材１２に対して、アウターケース形成部材１１を嵌合する。このとき、アウターケース形成部材１１の本体部形成部分１１ｂに形成した２箇所の貫通孔１１ｅと伝熱管群ＤＧの最上層に位置する伝熱管２０の拡管部２４に形成した突起２１ｆとが互いに一致するように、言い換えれば、突起２１ｆが貫通孔１１ｅを挿通するように嵌合される。これによっても、アウターケース形成部材１１に対する伝熱管群ＤＧの長手方向への移動を規制することができ、その結果、アウターケース１０内での伝熱管群ＤＧの相対的な移動を防止することができる。

このようにアウターケース形成部材１１が嵌合されると、アウターケース形成部材１２の嵌合部１２ｇにロウ材が塗布されて、熱交換器Ｎの仮組み立てが完了する。なお、例えば、熱交換器Ｎが自動車に搭載される場合には、導入部Ｎ１と導出部Ｎ３にそれぞれフランジが組み付けられ、これらフランジの組み付け位置にロウ材が塗布される。

次に、製品形状まで組み立てられた熱交換器Ｎに対するロウ付け工程を説明する。製品形状まで組み立てられた熱交換器Ｎは、所定の温度に設定された還元雰囲気の炉中にて、所定の時間だけ放置される。これにより、上述したように、各構成部品に塗布されたロウ材が溶融する。そして、高温雰囲気中に放置された熱交換器Ｎを所定時間だけ冷却することによってロウ材が固化してロウ付けが完了する。以下、このロウ付けについて構成部品ごとに具体的に説明する。

まず、伝熱管群ＤＧを構成する各伝熱管２０においては、塗布したロウ材が溶融するとともに固化することにより、放熱フィン２３と第１ケース２１および第２ケース２２とが一体的に接合される。ところで、上述したように、伝熱管２０においては、第２ケース２２に形成した立壁部２２ｂの成形高さが第１ケース２１に形成した立壁部２１ｂよりも大きくなっている。このため、溶融したロウ材が、第１ケース２１と第２ケース２２の嵌合部分以外の部分に流れることが防止されるとともに、毛細管現象によって嵌合部分に良好に侵入することができる。これにより、第１ケース２１と第２ケース２２とを気密的にかつ確実に接合することができる。

また、伝熱管群ＤＧにおいては、伝熱管２０の拡管部２４の外周面上に塗布したロウ材が溶融するとともに固化することによって、積層された伝熱管２０の拡管部２４同士が互いに接合する。また、伝熱管群ＤＧの最上層に積層された伝熱管２０の拡管部２４は、アウターケース形成部材１１の本体部形成部分１１ｂの内周面と接合し、最下層に積層された伝熱管２０の拡管部２４は、アウターケース形成部材１２の本体部形成部分１２ｂの内周面と接合する。さらに、伝熱管群ＤＧを構成する各伝熱管２０の拡管部２４とアウターケース形成部材１１，１２における本体部形成部分１１ｂ，１２ｂの内周面（側壁面）との間も、各拡管部２４の外周面上に塗布したロウ材が溶融するとともに固化することによって、互いに接合する。これにより、伝熱管群ＤＧは、アウターケース１０によって形成される本体部Ｎ２内に気密的に接合される。

ここで、アウターケース形成部材１１とアウターケース形成部材１２にスリット１１ｄとスリット１２ｄを形成することにより、ロウ付け工程後において、例えば、ロウ材の固化状態を熱交換器Ｎの外部から確認することができる。これにより、伝熱管群ＤＧとアウターケース形成部材１１，１２との接合状態、より詳しくは、各伝熱管２０の拡管部２４とアウターケース形成部材１１，１２との接合状態を極めて容易に確認することができる。

また、アウターケース１０においては、アウターケース形成部材１２の嵌合部１２ｆに塗布されたロウ材が溶融するとともに固化することによって、アウターケース形成部材１１，１２が一体的に組み付けられる。さらに、アウターケース１０に対して仮組み付けされた流入管Ｎ４、流出管Ｎ５および導入管Ｎ１と導出管Ｎ２に仮組付けされたフランジも、ロウ材の溶融および固化によって、一体的に組み付けられる。このように、１回のロウ付け工程を経ることにより、製品としての熱交換器Ｎが完成する。

そして、ロウ付け工程を経て完成した熱交換器Ｎは、図１１にて断面図を示すように、本体部Ｎ２において、伝熱管群ＤＧとアウターケース１０の内周面とが気密的に接合される。これにより、導入部Ｎ１から導入された第１の流体（例えば、排気マニホールドからの排気ガス）は、伝熱管群ＤＧを形成する各伝熱管２０を流通し、導出部Ｎ３から外部（例えば、ＥＧＲ弁を介して吸気マニホールド）へ導出される。また、図１１にて図示しない流入管Ｎ４から流入した第２の流体（例えば、冷却水）は、本体部Ｎ２内を気密的に流通し、流出管Ｎ５から排出される。この第２の流体の流通に関し、各伝熱管２０は、拡管部２４が接触した状態で積層されているため、その中間部分には空間（以下、流路空間という）が形成される。そして、アウターケース形成部材１１，１２に凸部１１ｆ，１２ｆが形成されるとともに、各伝熱管２０に凸部２１ｃと凹部２２ｃが形成されることによって、流路空間が適切に維持される。したがって、本体部Ｎ２内に流入した第２の流体は、各伝熱管２０の外周面と良好に接触する、言い換えれば、各伝熱管２０との接触面積を良好に確保することができ、第１の流体と第２の流体間での熱交換効率を長期間に渡り維持することができる。

以上の説明からも理解できるように、本実施形態によれば、伝熱管２０に形成された拡管部２４同士を当接させて積層することにより、伝熱管２０同士の間に適切な隙間（空間）を形成することができる。また、このように複数積層した伝熱管群ＤＧをアウターケース１０によって形成される熱交換器Ｎの本体部Ｎ２内に気密性を確保して収容することができる。これにより、伝熱管群ＤＧと本体部Ｎ２に流入された第２の流体とを適切に接触させることができるとともに、第２の流体を気密的に封止することができる。したがって、従来の多管式の熱交換器において必要であったチューブシートを廃止することができて、製造コストを低減することができる。

また、伝熱管２０をアウターケース１０によって形成される熱交換器Ｎの本体部Ｎ２に組み付ける際には、それぞれの拡管部２４にロウ材を塗布した後、拡管部２４が互いに当接するように複数の伝熱管２０同士を、積層して収容するのみであるため、組み立て作業性を大幅に改善することができる。また、伝熱管群ＤＧを収容したアウターケース１０をロウ付けすることによって、伝熱管群ＤＧとアウターケース１０によって形成される熱交換器Ｎの本体部Ｎ２との間の気密性を良好に確保できると同時に、伝熱管群ＤＧとアウターケース１０との接合を行うことができる。したがって、熱交換器Ｎを製造するための時間を大幅に短縮することができて、生産性を向上させることができる。

本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態においては、伝熱管２０を、第１プレート２１、第２プレート２２および伝熱フィン２３から構成して実施した。しかし、例えば、断面略円の管体や扁平管体などを採用し、これら管体の両端位置に拡管部を成形して実施することも可能である。なお、この場合、これらの管体内に伝熱フィンを収容したり、管体の壁面に直接凹凸を形成するとよい。この場合も、上記実施形態と同様の効果が期待できる。

本発明の熱交換器の外観を示す概略図である。図１の熱交換器の構成を示す概略的な斜視図である。図２の伝熱管の構成を示す概略的な斜視図である。図２の伝熱管に形成された突出部を説明するための図である。（ａ），（ｂ）は、伝熱管の組み立てを説明するための図である。伝熱フィンの位置決めを説明するための断面図である。第１ケースの立壁部と第２ケースの立壁部との嵌合状態を説明するための図である。伝熱管群を概略的に示す斜視図である。伝熱管群を一方のアウターケース形成部材の本体部形成部分に収容した状態を説明するための斜視図である。伝熱管群を一方のアウターケース形成部材の本体部形成部分に収容した状態であって、伝熱管に形成した突状部と本体部形成部分の内周面との当接状態を説明するための図である。熱交換器の作動を説明するための断面図である。

符号の説明

１０…アウターケース、１１，１２…アウターケース形成部材、１１ａ，１２ａ…導入部形成部分、１１ｂ，１２ｂ…本体部形成部分、１１ｃ，１２ｃ…導出部形成部分、２０…伝熱管、２４…拡管部、Ｎ…熱交換器、ＤＧ…伝熱管群

Claims

第１の流体を流通させる管体からなる複数の伝熱管と、同複数の伝熱管を収容するとともに第２の流体を流通させる外管とを備えた多管式の熱交換器において、
前記第１の流体を流通させる管体の両端位置にて、同管体の軸線に対して垂直な面方向に略角形状に膨出した拡管部が形成された伝熱管と、
前記拡管部を互いに当接させた状態で複数積層された伝熱管を気密的に収容するとともに前記第２の流体を流通する本体部を有する外管とを備え、
前記伝熱管を形成する管体の側面に、前記伝熱管の積層方向に対して垂直な面方向に突出して、前記外管の本体部の内壁面と当接する突出部を形成したことを特徴とする多管式の熱交換器。
請求項１に記載した多管式の熱交換器において、
前記伝熱管の拡管部に対して、積層される伝熱管との間の積層位置を決めるための位置決め部を設けたことを特徴とする多管式の熱交換器。
請求項２に記載した多管式の熱交換器において、
前記位置決め部は、
前記伝熱管の拡管部の一面側に形成されて、同一面側に積層される他の伝熱管との積層位置を決めるための突起と、
前記伝熱管の拡管部の他面側に形成されて、同他面側に積層される他の伝熱管に形成された前記突起を収容する収容部とから構成されることを特徴とする多管式の熱交換器。
請求項３に記載した多管式の熱交換器において、
前記積層された伝熱管を収容する外管の本体部の内周面に、
前記伝熱管の拡管部の一面側に形成された突起を収容する収容部と、
前記伝熱管の拡管部の他面側に形成された収容部に収容される突起とを形成したことを特徴とする多管式の熱交換器。
請求項１に記載した多管式の熱交換器において、
前記外管は、
前記本体部に収容された複数の伝熱管に対して前記第１の流体を導入する導入部と、
前記複数の伝熱管を流通した第１の流体を導出する導出部とを備えており、
前記導入部、前記本体部および前記導出部とが一体的に形成されてなることを特徴とする多管式の熱交換器。
請求項５に記載した多管式の熱交換器において、
前記外管は、
前記導入部、本体部および導出部を含む平面で分割された分割部材から形成されることを特徴とする多管式の熱交換器。
請求項１に記載した多管式の熱交換器において、
前記伝熱管を、
平板状の金属薄板から形成されて、同金属薄板の幅方向端部に成形された立壁部を有する第１のプレートと、
前記第１のプレートを形成する前記金属薄板の幅方向寸法よりも大きな平板状の金属薄板から形成されて、同金属薄板の幅方向端部に成形された立壁部を有する第２のプレートと、
前記第２のプレートの立壁部に対して前記第１のプレートの立壁部を嵌合することにより形成される管状の空間内に収容されて、前記第１の流体の導通する放熱フィンとから形成し、
さらに、前記第１のプレートおよび前記第２のプレートを嵌合したときに前記拡管部を形成するための拡張部を、前記第１のプレートおよび前記第２のプレートの長手方向端部に成形したことを特徴とする多管式の熱交換器。
請求項７に記載した多管式の熱交換器において、
前記第２のプレートの立壁部の成形高さは、前記第１のプレートの立壁部の成形高さよりも大きく形成されることを特徴とする多管式の熱交換器。
請求項７に記載した多管式の熱交換器において、
前記第２のプレートの立壁部に対して前記第１のプレートの立壁部を嵌合することにより形成される管状の空間内における前記伝熱フィンの配置を決めるための配置決め部を設けたことを特徴とする多管式の熱交換器。
請求項９に記載した多管式の熱交換器において、
前記配置決め部は、
前記第１のプレートおよび前記第２のプレートのうちの少なくとも一方に形成された突起と、
前記伝熱フィンに形成されて、前記突起を収容する収容部とから構成されることを特徴とする多管式の熱交換器。