(57)【要約】【課題】冷却媒体流路形成部材とフィンとがろう付け接合されている排気熱交換器において、冷却媒体流路形成部材からのフィンの脱落を抑制しつつ、冷却媒体流路形成部材の耐食性を向上させる。【解決手段】内部を冷却水が流通し、外部を排気が流通する冷却水流路形成部３と、冷却水流路形成部３の外表面にろう付け接合される合金製のフィン２２とを備え、冷却水流路形成部３は、合金製の芯材３１の表面に、フィン２２を接合するためのろう材３２がクラッドされたクラッド材により構成されており、ろう材３２は、芯材３１よりも電位が卑になっており、フィン２を構成する合金材料には、当該合金材料の主成分の電位を貴とする第１成分が添加されており、冷却水流路形成部３の芯材３１を構成する合金材料には、当該合金材料の主成分の電位を貴とする第２成分が添加されており、第１成分と第２成分とが、同一の金属成分である。【選択図】図５
2014145571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼により発生する排気と冷却媒体との間で熱交換を行うことで、前記排気を冷却する排気熱交換器であって、
内部を前記冷却媒体が流通し、外部を前記排気が流通する冷却媒体流路形成部材（３）と、
前記冷却媒体流路形成部材（３）の外表面にろう付け接合され、前記排気と前記冷却媒体との間での熱交換を促進させる合金製のフィン（２２）とを備え、
前記冷却媒体流路形成部材（３）は、合金製の芯材（３１）の表面に、前記フィン（２２）を接合するためのろう材（３２）がクラッドされたクラッド材により構成されており、
前記ろう材（３２）は、前記芯材（３１）よりも電位が卑になっており、
前記フィン（２２）を構成する合金材料には、当該合金材料の主成分の電位を貴とする第１成分が添加されており、
前記冷却媒体流路形成部材（３）の前記芯材（３１）を構成する合金材料には、当該合金材料の主成分の電位を貴とする第２成分が添加されており、
前記第１成分と前記第２成分とが、同一の金属成分であることを特徴とする排気熱交換器。
【請求項２】
前記フィン（２２）を構成する合金材料、および、前記冷却媒体流路形成部材（３）の前記芯材（３１）を構成する合金材料には、前記冷却媒体流路形成部材（３）および前記フィン（２２）の接合部（５）の強度を高める第３成分が添加されていることを特徴とする請求項１に記載の排気熱交換器。
【請求項３】
前記冷却媒体流路形成部材（３）は、前記芯材（３１）の両面にろう材（３２）がクラッドされたクラッド材により構成されており、
前記冷却媒体流路形成部材（３）には、前記冷却媒体流路形成部材（３）の内表面同士がろう付け接合されることにより形成された内柱部（３３）が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の排気熱交換器。
【請求項４】
前記冷却媒体流路形成部材（３）の前記芯材（３１）、および前記フィン（２２）は、アルミニウム合金により構成されており、
前記第１成分および前記第２成分は、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎのなかから選択された１種以上の金属成分であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の排気熱交換器。
【請求項５】
前記冷却媒体流路形成部材（３）の前記芯材（３１）、および前記フィン（２２）は、アルミニウム合金により構成されており、
前記第３成分は、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｓｉのなかから選択された１種以上の金属成分であることを特徴とする請求項２に記載の排気熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼により発生する排気と冷却媒体との間で熱交換を行うことで排気を冷却する排気熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の排気熱交換器は、冷却水チューブ（冷却媒体流路形成部材）の外表面に接合されたフィンを備えており、冷却水チューブ内を流れる冷却水と、冷却水チューブの外側を流れる排気とを熱交換させることで、排気を冷却するようになっている。従来、このような排気熱交換器の構成部品の材質としては、ステンレスが用いられていた。
【０００３】
これに対し、熱交換器構成部品の材質として、ステンレスよりも熱伝導性の高いアルミニウムを用いたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。これによれば、熱交換性能を向上させることができ、熱交換器の小型化および軽量化を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２５６１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、排気熱交換器の構成部品である冷却水チューブおよびフィンをアルミニウム製とする場合、冷却水チューブを、アルミニウム製の芯材の表面（フィンが接合される面）にろう材をクラッドしたクラッド材にて構成する。このとき、ろう材層の電位を芯材より卑にすることで、ろう材層による犠牲腐食作用によって芯材に耐食性を持たせている。これにより、芯材に腐食による貫通孔が生じること（孔食）を抑制できる。
【０００６】
しかしながら、ろう材層の電位を芯材より卑にすると、冷却水チューブとフィンとの接合部（ろう付け部）の電位も芯材より卑になるため、当該接合部が腐食して、冷却水チューブからフィンが脱落する可能性がある。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、冷却媒体流路形成部材とフィンとがろう付け接合されている排気熱交換器において、冷却媒体流路形成部材からのフィンの脱落を抑制しつつ、冷却媒体流路形成部材の耐食性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、内部を冷却媒体が流通し、外部を排気が流通する冷却媒体流路形成部材（３）と、冷却媒体流路形成部材（３）の外表面にろう付け接合され、排気と冷却媒体との間での熱交換を促進させる合金製のフィン（２２）とを備え、冷却媒体流路形成部材（３）は、合金製の芯材（３１）の表面に、フィン（２２）を接合するためのろう材（３２）がクラッドされたクラッド材により構成されており、ろう材（３２）は、芯材（３１）よりも電位が卑になっており、フィン（２２）を構成する合金材料には、当該合金材料の主成分の電位を貴とする第１成分が添加されており、冷却媒体流路形成部材（３）の芯材（３１）を構成する合金材料には、当該合金材料の主成分の電位を貴とする第２成分が添加されており、第１成分と第２成分とが、同一の金属成分であることを特徴とする。
【０００９】
これによれば、フィン（２２）を構成する合金材料に、当該合金材料の主成分の電位を貴とする第１成分を添加し、さらに冷却媒体流路形成部材（３）の芯材（３１）を構成する合金材料に、当該合金材料の主成分の電位を貴とするとともに、第１成分と同一の金属成分である第２成分を添加することで、冷却媒体流路形成部材（３）とフィン（２２）との接合部（５）のろう材に、フィン（２２）および冷却媒体流路形成部材（３）の芯材（３１）から第１成分（第２成分）を拡散させることができる。
【００１０】
以下、本明細書において、冷却媒体流路形成部材（３）とフィン（２２）との接合部（５）のうち、冷却媒体流路形成部材（３）およびフィン（２２）間の距離が最短となる部位をろう材接合部（５１）という。また、冷却媒体流路形成部材（３）とフィン（２２）との接合部（５）のろう材のうち、ろう材接合部（５１）からはみ出したろう材であって、ろう材接合部（５１）の周囲に配置されたろう材をフィレット部（５２）という。
【００１１】
ろう材接合部（５１）は、冷却媒体流路形成部材（３）およびフィン（２２）間の距離が他の部位に比べて短くなり、直線状であるため、体積が小さくなる。このため、冷却媒体流路形成部材（３）とフィン（２２）との接合部（５）のろう材に、フィン（２２）および冷却媒体流路形成部材（３）の芯材（３１）から第１成分（第２成分）が拡散した際に、ろう材接合部（５１）に配置されたろう材における第１成分（第２成分）の濃度が、フィレット部（５２）における第１成分（第２成分）の濃度よりも高くなる。
【００１２】
これにより、ろう材接合部（５１）の耐食性が、フィレット部（５２）に対して相対的に高くなる。したがって、フィレット部（５２）がろう材接合部（５１）に対する犠牲腐食作用を発揮するので、ろう材接合部（５１）が腐食することを抑制できる。このため、冷却媒体流路形成部材（３）からのフィン（２２）の脱落を抑制できる。
【００１３】
また、芯材（３１）よりも電位が卑のろう材（３２）を用いることで、ろう材（３２）による犠牲腐食作用によって芯材（３１）に耐食性を持たせることができる。このため、冷却媒体流路形成部材（３）の耐食性を向上させることができる。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の排気熱交換器において、フィン（２２）を構成する合金材料、および、冷却媒体流路形成部材（３）の芯材（３１）を構成する合金材料には、冷却媒体流路形成部材（３）およびフィン（２２）の接合部（５）の強度を高める第３成分が添加されていることを特徴とする。
【００１５】
これによれば、冷却媒体流路形成部材（３）とフィン（２２）との接合部（５）のろう材に、フィン（２２）および冷却媒体流路形成部材（３）の芯材（３１）から第３成分を拡散させることができる。このため、冷却媒体流路形成部材（３）およびフィン（２２）の接合部（５）の強度を高めることが可能となる。
【００１６】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係るＥＧＲクーラを示す側面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】本発明の実施形態におけるフィンを示す斜視図である。
【図５】図２のＶ部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態について図に基づいて説明する。本実施形態では、本発明の排気熱交換器をＥＧＲクーラに適用した例を説明する。
【００１９】
ＥＧＲクーラ１は、図示しない内燃機関（エンジン）での燃焼により発生した排気をエンジンに再循環させる際に、その排気をエンジンの冷却水（冷却媒体）によって冷却する排気熱交換器である。ＥＧＲクーラ１は、図１〜図３に示すように、主に、複数の排気チューブ２１と、フィン２２と、水側タンク２３と、排気側タンク２４とを備えている。これらの部材２１〜２４は、アルミニウム合金製であり、ろう付けにより接合されている。
【００２０】
排気チューブ２１は、図２および図３に示すように、排気が流通する排気流路２１ａを構成する管であり、内部を排気が流れるようになっている。また、排気チューブ２１の外部を冷却水が流れるようになっており、この排気チューブ２１を介して、排気と冷却水とを熱交換させる。
【００２１】
具体的には、図２に示すように、排気チューブ２１の排気流れ方向から見たときの断面形状は、長辺２１ｃと短辺２１ｄを有する扁平形状である。長辺２１ｃ側となる扁平面に垂直な方向（図中上下方向）に、複数の排気チューブ２１が積層されている。
【００２２】
図２および図３に示すように、本実施形態では、基本的に、隣り合う排気チューブ２１の外壁によって、隣り合う排気チューブ２１間に冷却水が流れる冷却水流路２１ｂが構成されている。ここで、隣り合う排気チューブ２１の外壁のうち冷却水流路２１ｂを形成する部位を冷却水流路形成部３という。したがって、冷却水流路形成部３が、本発明の冷却媒体流路形成部材に相当している。
【００２３】
水側タンク２３は、一方の水側タンク２３でＥＧＲクーラ１に流入した冷却水を各冷却水流路２１ｂに分配供給し、他方の水側タンク２３で各冷却水流路２１ｂからの冷却水を集合回収するものである。水側タンク２３は、排気チューブ２１の排気流れ方向両端部近傍において、積層された排気チューブ２１の周囲に設けられている。水側タンク２３は、冷却水入口（図示せず）もしくは冷却水出口２３ａを備えている。
【００２４】
排気側タンク２４は、排気チューブ２１の排気流れ方向両端部に、それぞれ配置されている。一方の排気側タンク２４で、各排気チューブ２１に排気を分配供給し、他方の排気側タンク２４で、熱交換を終えた排気を各排気チューブ２１から集合回収する。
【００２５】
フィン２２は、各排気チューブ２１内に配置されており、排気と冷却水との間での熱交換を促進させるものである。フィン２２は、排気チューブ２１の内表面にろう付け接合されている。つまり、フィン２２は、冷却水流路形成部３の外表面にろう付けにより接合されているともいえる。以下、フィン２２の詳細な構成について説明する。
【００２６】
フィン２２は、図４に示すように、排気の流れ方向に略垂直な断面形状、すなわち、排気の流れ方向から見たときの断面形状が、凸部４１を一方側と他方側に交互に位置させて曲折する波形状であって、排気の流れ方向で、部分的に切り起
こされた切り起こし部４２を備え、排気の流れ方向から見たときに、切り起こし部４２によって形成される波形状部分が、排気の流れ方向で隣接する波形状部分に対して、オフセットしているオフセットフィンである。このフィン２２は、凸部４１が排気チューブ２１の長辺２１ｃ側の内表面と接している。つまり、フィン２２は、凸部４１が冷却水流路形成部３の外表面と接している。
【００２７】
このフィン２２によって、排気流路２１ａが、図２に示すように、排気チューブ２１の長辺２１ｃに平行な方向で、複数の流路に分割（言い換えると、区画）されている。さらに、フィン２２によって排気チューブ２１内で複数に分割された流路は、排気流れ方向で部分的にオフセットしている。すなわち、図４に示すように、排気流路２１ａを複数の流路に分割する壁部４３が、排気の流れ方向に沿って、千鳥状に配置されている。
【００２８】
また、排気流れ方向からフィン２２を見たとき、一方側同士、他方側同士のように、同一側の凸部４１であって、排気流れ方向で隣接する凸部４１同士は、ずれて配置されている。本実施形態では、フィン２２の排気の流れ方向での断面形状については、凸部４１の頂点に直線状部分を含む形状となっている。
【００２９】
このフィン２２は、プレス加工により、アルミニウム合金製の平板を波形状に折り曲げ、さらに、プレス加工により、切り起こし部４２となる部分を起こすことで製造される。なお、切り起こし部４２となる部分を起こす方法としては、起こす前に、波状にする前にあらかじめスリットを入れておく方法や、板の両面をプレス機でプレスすることにより、切る、起こす、を同時に行ってもよい。また、フィンの成形はローラ加工でも良く、またローラ加工とプレス加工両方の組み合わせでも良い。
【００３０】
続いて、本実施形態における冷却水流路形成部３およびフィン２の詳細な構成について、図５に基づいて説明する。
【００３１】
フィン２２は、アルミニウム合金製である。また、排気チューブ２１、すなわち冷却水流路形成部３は、アルミニウム合金製の芯材３１の両面にろう材３２がクラッドされたクラッド材により構成されている。ろう材３２は、芯材３１よりも電位が卑になっている。ろう材３２としては、例えばＡｌ−Ｓｉ系のろう材を採用することができる。
【００３２】
フィン２２を構成するアルミニウム合金材料には、当該アルミニウム合金材料の主成分であるアルミニウムの電位を貴とする第１成分が添加されている。冷却水流路形成部３（排気チューブ２１）の芯材３１を構成するアルミニウム合金材料には、当該アルミニウム合金材料の主成分であるアルミニウムの電位を貴とする第２成分が添加されている。
【００３３】
第１成分および第２成分は、同一の金属成分であり、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎのなかから選択された１種以上の金属成分を採用することができる。本実施形態では、第１成分および第２成分として、Ｃｕを採用している。
【００３４】
さらに、フィン２２を構成するアルミニウム合金材料、および、冷却水流路形成部３（排気チューブ２１）の芯材３１を構成するアルミニウム合金材料には、冷却水流路形成部３およびフィン２２の接合部５の強度を高める第３成分が添加されている。第３成分は、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｓｉのなかから選択された１種以上の金属成分を採用することができる。本実施形態では、第３成分として、Ｃｕを採用している。
【００３５】
つまり、フィン２２を構成するアルミニウム合金材料、および、冷却水流路形成部３の芯材３１を構成するアルミニウム合金材料に、Ｃｕを添加することで、当該アルミニウム合金材料の主成分であるアルミニウムの電位を貴とする効果と、冷却水流路形成部３およびフィン２２の接合部５の強度を高める効果の両立を図ることができる。
【００３６】
冷却水流路形成部３には、冷却水流路形成部３の内表面（冷却水流路２１ｂ側の面）同士がろう付け接合されることに形成された内柱部３３が設けられている。この内柱部３３を設けることにより、冷却水流路形成部３の耐圧性を向上させることができる。
【００３７】
以上説明したように、フィン２２を構成するアルミニウム合金材料、および冷却水流路形成部３（排気チューブ２１）の芯材３１を構成するアルミニウム合金材料の双方に、アルミニウム合金材料の主成分であるアルミニウムの電位を貴とするＣｕを添加することで、図５中の実線矢印に示すように、冷却水流路形成部３とフィン２２との接合部５のろう材に、フィン２２および冷却水流路形成部３の芯材３１からＣｕを拡散させることができる。
【００３８】
ここで、ろう材接合部５１は、冷却水流路形成部３およびフィン２２間の距離が他の部位に比べて短くなり、直線状であるため、体積が小さくなる。このため、冷却水流路形成部３とフィン２２との接合部５のろう材に、フィン２２および冷却水流路形成部３の芯材３１からＣｕが拡散した際に、ろう材接合部５１に配置されたろう材におけるＣｕの濃度が、フィレット部５２におけるＣｕの濃度よりも高くなる。
【００３９】
これにより、ろう材接合部５１の耐食性が、フィレット部５２に対して相対的に高くなる。したがって、フィレット部５２がろう材接合部５１に対する犠牲腐食作用を発揮するので、ろう材接合部５１が腐食することを抑制できる。このため、冷却水流路形成部３からのフィン２２の脱落を抑制できる。
【００４０】
また、ろう材として、芯材３１よりも電位が卑のろう材３２を用いることで、ろう材３２による犠牲腐食作用によって芯材３１に耐食性を持たせることができる。このため、冷却水流路形成部３の耐食性を向上させることができる。
【００４１】
さらに、本実施形態において、フィン２２を構成するアルミニウム合金材料、および冷却水流路形成部３（排気チューブ２１）の芯材３１を構成するアルミニウム合金材料の双方に添加したＣｕは、冷却水流路形成部３およびフィン２２の接合部５の強度を高める効果を有している。このため、冷却水流路形成部３とフィン２２との接合部５のろう材にフィン２２および冷却水流路形成部３の芯材３１からＣｕを拡散させることで、冷却水流路形成部３およびフィン２２の接合部５の強度を高めることも可能となる。
【００４２】
また、本実施形態では、冷却水流路形成部３に、冷却水流路形成部３の内表面同士がろう付け接合されることに形成された内柱部３３を設けている。これによれば、図５中の破線矢印に示すように、内柱部３３のろう材５３（冷却水流路形成部３の内表面同士を接合するろう材）に、冷却水流路形成部３の芯材３１からＣｕを拡散させることができる。
【００４３】
ここで、内柱部３３のろう材には、対向する二面の冷却水流路形成部３の芯材３１からＣｕが拡散するので、内柱部３３のろう材におけるＣｕの濃度が、周囲のろう材３２におけるＣｕの濃度よりも高くなる。
【００４４】
これにより、内柱部３３のろう材の耐食性が、周囲のろう材３２に対して相対的に高くなる。したがって、内柱部３３の周囲のろう材３２が内柱部３３のろう材に対する犠牲腐食作用を発揮するので、内柱部３３のろう材が腐食することを抑制できる。このため、腐食により冷却水流路形成部３の内表面同士が剥がれて内柱部３３が破損することを抑制できる。
【００４５】
（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。
【００４６】
（１）上記実施形態では、フィン２２および冷却水流路形成部３（排気チューブ２１）の芯材３１を、共にアルミニウム合金製とした例について説明したが、これに限らず、ステンレス製としてもよい。
【００４７】
この場合、フィン２２を構成するステンレス材料には、ステンレス材料の主成分である鉄の電位を貴とする第１成分が添加されている。冷却水流路形成部３の芯材３１を構成するステンレス材料には、ステンレス材料の主成分である鉄の電位を貴とする第２成分が添加されている。第１成分および第２成分は、同一の金属成分であり、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｕのなかから選択された１種以上の金属成分を採用することができる。
【００４８】
さらに、フィン２２を構成するステンレス材料、および、冷却水流路形成部３の芯材３１を構成するステンレス材料には、冷却水流路形成部３およびフィン２２の接合部５の強度を高める第３成分が添加されている。第３成分は、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｖのなかから選択された１種以上の金属成分を採用することができる。
【００４９】
（２）上記実施形態では、フィン２２の排気の流れ方向での断面形状について、凸部４１の頂点に直線状部分を含む形状を採用した例について説明したが、これに限らず、凸部４１の頂点に直線状部分を含まない形状を採用してもよい。
【００５０】
（３）上記実施形態では、冷却水流路形成部３（排気チューブ２１）の芯材３１の両面にろう材３２を配置した例について説明したが、これに限らず、少なくとも芯材３１のうちフィン２２が接合される面にろう材３２が配置されていればよい。
【００５１】
（４）上記実施形態では、フィン２２としてオフセットフィンを採用した例について説明したが、コルゲートフィンやストレートフィンを採用してもよい。
【符号の説明】
【００５２】
３    冷媒流路形成部（冷却媒体流路形成部材）
２２  フィン
３１  芯材
３２  ろう材
【図１】
2014145571.tif 000003
【図２】
2014145571.tif 000004
【図３】
2014145571.tif 000005
【図４】
2014145571.tif 000006
【図５】
2014145571.tif 000007