(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記伝熱管の少なくとも片端の内端面および外端面がチューブシートにろう付けされ、かつそのろう付け構造は、チューブシートが厚肉の場合は当該チューブシートに伝熱管の外径より大きい貫通孔を穿設し、該貫通孔に伝熱管の端部を挿入した状態でチューブシートの内面および外面にサポートプレートを介してろう付けして構成したことを特徴とする多管式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【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】
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５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内部において、伝熱管（チューブ）群１２の両端部が板金製のチューブシート１３にろう付けにより固定され、一方、チューブシート１３はその外周端部を胴管１１の内壁にろう付けにより固着して配列され、前記胴管１１の両端部には第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が固着された構成となしている。
【０００３】
このような構成で全体がろう付けされた構造の多管式熱交換器は、両端部に第１熱交換流体入口１１−１および出口１１−２が設けられた胴管１１、該胴管１１の内壁の両端部付近に設けられるチューブシート１３、該チューブシートに支持される伝熱管群１２、および前記胴管１１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１４を組立てた後、全体をろう付け炉に装入し炉中ろう付けする方法にて製造される。
【０００４】
図５に示すような従来の多管式熱交換器におけるチューブシートに貫通支持される伝熱管のろう付け部は、図６に示すごとく伝熱管１２−１の外周面のみチューブシート１３にろう付けされたものが一般的である。すなわち、図６（ａ）は、薄肉チューブシート１３−１に伝熱管１２−１の端部をろう付けする例であり、この場合は外向きのバーリング壁１３−１ａを設けた貫通孔に伝熱管１２−１の端部を挿入した状態で当該伝熱管の外周面をバーリング壁１３−１ａにろう付けしたもの、（ｂ）も同じく薄肉チューブシート１３−１に伝熱管１２−１の端部をろう付けする例であり、この場合は内向きのバーリング壁１３−１ｂを設けた貫通孔に伝熱管１２−１の端部を挿入した状態で当該伝熱管の外周面をバーリング壁１３−１ｂにろう付けしたもの、（ｃ）は厚肉チューブシート１３−２に伝熱管１２−１の端部をろう付けする例であり、この場合は厚肉チューブシート１３−２に設けた貫通孔に伝熱管１２−１の端部を挿入した状態で当該伝熱管の外周面を厚肉チューブシート１３−２にろう付けしたものである
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、これらの多管式熱交換器は、エンジンや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る振動環境下に置かれるため、伝熱管とチューブシートとの接合箇所に応力集中し易い。このため伝熱管の外周面のみチューブシートにろう付けされた短いろう付け長さのため接合部ではかかる応力集中により接合部に亀裂が入り、強度低下をきたすとともに、該亀裂より熱交換流体が漏れるなどの現象が起こり、伝熱管とチューブシートとのろう付け部の信頼性に問題があった。
【０００６】
本発明はこのような従来技術の問題を解決するためになされたもので、各伝熱管の内外周面をチューブシートにろう付けすることによりろう付け長さが長くなって、前記応力に十分耐え得るチューブシートと伝熱管のろう付け部を有する、高耐久性と信頼性に富む高品質の多管式熱交換器を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記した従来技術の課題を解決する手段として、各伝熱管の少なくとも一方の内外周面をチューブシートにろう付けすることにより、該ろう付け部の強度を高めて耐久性の向上をはかろうとするもので、その要旨は、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、それぞれろう付けにて一体化された構造の多管式熱交換器において、前記伝熱管の少なくとも片端の内端面および外端面がチューブシートにろう付けされていることを特徴とするものである。
この多管式熱交換器において、前記伝熱管の内端面および外端面とチューブシートとのろう付け構造としては、▲１▼チューブシートが薄肉の場合は当該チューブシートの貫通孔部に断面Ｕ字形の環状折返し部を設け、該環状折返し部に伝熱管の開口端部を嵌入し当該部分をろう付けして構成してなるろう付け構造、▲２▼チューブシートが薄肉の場合は当該チューブシートに断面Ｕ字形の環状折返し部を設け、該薄肉チューブシートより厚肉で剛性の高い平板に前記Ｕ字形の環状折返し部を設けた貫通孔と対応する位置に前記貫通孔より僅かに大径の貫通孔を設けた背面板とチューブシートとを一体化し、前記環状折返し部に伝熱管の開口端部を嵌入し当該部分をろう付けして構成してなるろう付け構造、▲３▼チューブシートが厚肉の場合は当該チューブシートに伝熱管の外径より大きい貫通孔を穿設し、該貫通孔に伝熱管の端部を挿入した状態でチューブシートの内面および外面にサポートプレートを介してろう付けして構成してなるろう付け構造、▲４▼チューブシートが厚肉の場合は当該チューブシートの貫通孔に伝熱管の端部を挿入した状態で、チューブシートの外面に伝熱管内面側にバーリング壁を有するサポートプレートを介してろう付けするとともに、チューブシートの内面に伝熱管の外面をろう付けして構成してなるろう付け構造を用いることができる。
【０００８】
【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は同じく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は同じくチューブシートと伝熱管のろう付け部の別の実施例を示す一部拡大断面図、図４は同じくチューブシートと伝熱管のろう付け部のさらに他の実施例を示す一部拡大断面図であり、１は胴管、２は伝熱管、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄはチューブシート、４は端部キャップ、５は背面板である。
【０００９】
すなわち図１に示す多管式熱交換器は、薄肉のチューブシート３Ａに伝熱管２をろう付けしたもので、その薄肉チューブシート３Ａと伝熱管２のろう付け部の構造は、薄肉チューブシート３Ａの貫通孔部に外側に突出する断面Ｕ字形の環状折返し部３Ａ−１を設け、この環状折返し部３Ａ−１に伝熱管２の端部を嵌入し、当該部分をろう付けすることにより伝熱管２の内端面および外端面がチューブシート３Ａにろう付けされている。すなわち、この多管式熱交換器の場合は、各伝熱管２の管端の内外両面および端面が薄肉チューブシート３Ａにろう付けされている。
【００１０】
次に図２に示す多管式熱交換器は、図１に示すものと同様、断面Ｕ字形の環状折返し部３Ｂ−１を設けた貫通孔を有する薄肉チューブシート３Ｂに伝熱管２をろう付けしたものを、該薄肉チューブシート３Ｂより厚肉で剛性の高い平板に前記環状折返し部３Ｂ−１を設けた貫通孔と対応する位置に前記貫通孔より僅かに大径の貫通孔５−１を設けた背面板５とろう付けてして一体化したもので、この多管式熱交換器の場合も各伝熱管２の管端の内外両面および端面が、背面板５と一体の薄肉チューブシート３Ｂにろう付けされている。
【００１１】
一方、図３、図４に示す多管式熱交換器は、厚肉のチューブシート３Ｃ、３Ｄに伝熱管２をろう付けしたもので、図３に示す厚肉チューブシート３Ｃと伝熱管２のろう付け構造は、厚肉チューブシート３Ｃに伝熱管２の外径より僅かに大きい貫通孔３Ｃ−１を穿設し、該貫通孔に伝熱管２の端部を挿入した状態で厚肉チューブシート３Ｃの内面および外面に２個のサポートプレートＰ１、Ｐ２を介してろう付けして構成するもので、この場合、厚肉チューブシート３Ｃの内面と伝熱管２の外面との間に設けるサポートプレートＰ１は、伝熱管２が摺動可能な貫通孔の周縁部に外向きに形成したバーリング壁Ｐ１−１を有し、このバーリング壁Ｐ１−１を有する貫通孔に伝熱管２の端部を挿入してろう付けする。また、厚肉チューブシート３Ｃの外面と伝熱管２の内面との間に設けるサポートプレートＰ２は、伝熱管２内に嵌入し得るバーリング壁Ｐ２−１を有し、このバーリング壁Ｐ２−１を伝熱管２内に嵌入してろう付けする。したがって、この多管式熱交換器の場合も各伝熱管２管端の少なくとも内外両面が、好ましくは端面が、２つのサポートプレートＰ１、Ｐ２を介して厚肉チューブシート３Ｃにろう付けされている。
【００１２】
また、図４に示す厚肉チューブシート３Ｄと伝熱管２のろう付け構造は、厚肉チューブシート３Ｄに伝熱管２の外径とほぼ等しい径の貫通孔３Ｄ−１を穿設し、この貫通孔３Ｄ−１に伝熱管２の端部を挿入した状態で、伝熱管２の管端の少なくとも外周面を厚肉チューブシート３Ｄの貫通孔３Ｄ−１の内面にろう付けするとともに、バーリング壁Ｐ３−１を有するサポートプレートＰ３を介して伝熱管２の管端の内周面および好ましくは端面を厚肉チューブシート３Ｄの外面にろう付けして構成したものである。
【００１３】
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８．０ｍｍ〜５．００ｍｍで、長さは１２０〜６００ｍｍ程度のものが多いが特に長さの制限はない。また、胴管や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。
【００１４】
【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、各伝熱管の少なくとも片側端部の内面および外面をチューブシートにろう付けしてなるから、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、したがって該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、特に断面Ｕ字形の環状折返し部を設けたチューブシートの場合は、ろう付け時の熱膨張に伴う伝熱管の膨張収縮に追従可能であることから、熱応力の発生を防止あるいは緩和できる効果もある。
【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】同じく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】同じくの別の実施例を示す一部拡大断面図である。
【図４】同じくチューブシートと伝熱管のろう付け部のさらに他の実施例を示す一部拡大断面図である。
【図５】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６】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、（ａ）は薄肉チューブシートに伝熱管をろう付けした例、（ｂ）は薄肉チューブシートに伝熱管をろう付けした他の例、（ｃ）は厚肉チューブシートに伝熱管をろう付けした例をそれぞれ示す。
【符号の説明】
１  胴管
１−１  第１熱交換流体入口
１−２  第１熱交換流体出口
２  伝熱管
３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ  チューブシート
４  端部キャップ
５  背面板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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