(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内管と外管とを備え、前記内管に横断面放射状の波形チューブで形成された伝熱フィンが、内管の管壁内側に接して配された二重管式熱交換器を製造する方法において、
所定高さ・所定ピッチで所定長さの波板を波方向に巻いて有端管状に巻き成形した伝熱フィンを、前記内管に挿入した後、該内管の管壁に前記伝熱フィンの波頂部外側を接触させて配し、該波頂部外側のロウ付けをするに際して、
前記巻き成形後の伝熱フィンを、矯正カラーに巻き回して挿入後、前記ロウ付けを行うことを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項２】
前記矯正カラーとして前記伝熱フィンの波部内側に嵌合する位置決めリブを複数備えたものを使用することを特徴とする請求項１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項３】
前記波板の波形状が、曲げ形状が相互に異なる第一曲げ形状と第二曲げ形状が交互に形成されているものであることを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器の製造方法。
【請求項４】
前記伝熱フィンの前記管壁と接触する波頂部外側にロウ材保持溝が形成されていることを特徴とする請求項３記載の熱交換器の製造方法。
【請求項５】
前記伝熱フィンの前記管壁と接触する波頂部外側にロウ材保持溝が形成されていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換器の製造方法に関する。特に、内管に高速の高温ガス（気体）を、外管に冷却水（液体）を通過させて熱交換を行う熱交換器、例えば、内燃機関の排気ガスを冷却水により冷却する排気冷却器（高度の熱交換能が要求される）等を製造するのに好適な発明である。
【０００２】
【背景技術】
二重管式熱交換器としては、図１・２に示す如く、内管１２を外管１４に挿通させ、外管１４の両端部を内管１２の外壁に溶接したものがある。外管１４の両端部には、冷却水の入口ノズル１６及び出口ノズル１８を向流／並流使用できるように形成されている（図例では向流）。なお、２０は管フランジである。
【０００３】
図１・２に示すような構成では、熱交換が内管１２の壁面だけであり、伝熱面積が小さく、かつ、内管１２の中心部側を流れる流体の熱交換が行い難く熱交換効率が低い。即ち、全体として大きな熱交換能を得難かった。
【０００４】
このため、図３・４に示すような、複数本（図例では４本）の細径の内管１２Ａを外管１４の内側に挿通させた多管式タイプが、通常、使用されている。この構成では、伝熱面積が増大するとともに、中心部側を流れる流体に対しても熱交換を行うことができ、大きな熱交換能を得易い。
【０００５】
しかし、図３・４に示す多管式タイプのものでは、製造工数がかさみ、かつ、重量も増大する傾向にある。
【０００６】
このため、本願発明者らは、先に、図１・２に示す構成の二重管式熱交換器において、図５に示す如く、内管２８に、横断面放射状の波形チューブで形成された伝熱フィン２２を、内管２８の管壁内側に接して配した熱交換器を提案した（特願平９−１８２５７１号（平成９年７月８日出願）：特開平１１−２３１８１号公報参照、出願時未公開）。伝熱面積の増大と内管２８の中心部を流れる流体の熱交換も可能として、熱交換能を増大させる。
【０００７】
図５に示す熱交換器において、伝熱フィン２２は、図６に示すような所定ピッチＰおよび所定高さＨで所定長さに裁断された波板２４を巻き成形して有端管状にしたものを、内管２８の管壁に波頂部２５外側を接触させて配し、該波頂部外側をロウ付けして固着していた。
【０００８】
そして、上記ロウ付けは、波頂部２５の外側に、ロウ材を塗布して、伝熱フィン２２を内管２８に挿入した熱交換管器半製品を、ロウ付け加熱炉に投入し、所定時間経過後、取り出して行っていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記ロウ付け方法の場合、伝熱フィン２２の波頂部２５と内管２８の管壁との間に、安定したロウ付け性・強度が得られないことが分かった。
【００１０】
特に、今回本発明者らが、図７に示す如く、ロウ付け性の見地から、ロウ付け面側（外周面都なる側）をＵ字曲げ部Ｕ（第一曲げ形状）とＶ字曲げ部（第二曲げ形状）Ｖとを交互に形成した波板２６の場合、よりロウ付け性・強度の安定性が低下することが分かった。
【００１１】
本発明は、上記にかんがみて、伝熱フィンのロウ付け性・強度が安定して得られる熱交換器の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意開発に努力をする過程で、上記製造方法では、巻き成形した伝熱フィンに歪みバラツキがあり内管に挿入したとき、真円状態にスプリングバックせず、ロウ付けされる各波頂部が均等な隙間を有して当接しないためであることを見出して、下記構成の熱交換器の製造方法に想到した。
【００１３】
内管と外管とを備え、前記内管に横断面放射状の波形チューブで形成された伝熱フィンが、内管の管壁内側に接して配された二重管式熱交換器を製造する方法において、
所定高さ・所定ピッチで所定長さの波板を波方向に巻いて有端管状に巻き成形した伝熱フィンを、内管に挿入した後、内管の管壁に前記伝熱フィンの波頂部外側を接触させて配し、該波頂部外側のロウ付けをするに際して、
巻き成形後の伝熱フィンを、矯正カラーに巻き回して挿入後、前記ロウ付けを行うことを特徴とする。
【００１４】
上記に熱交換器の製造方法おいて、矯正カラーとして前記伝熱フィンの波部内側に嵌合する位置決めリブを複数本備えたものを使用することが望ましい。
【００１５】
また、上記いずれかの熱交換器の製造方法において、伝熱フィンの曲げ形状が相互に異なる第一曲げ形状と第二曲げ形状が交互に形成されているものであることが、本発明の効果が顕著となり望ましい。
【００１６】
【発明の作用・効果】
本発明の二重管式熱交換器の製造方法は、上記構成により、下記のような作用・効果を奏する。
【００１７】
巻き成形後の伝熱フィンを矯正カラーに巻き回して内管に挿入するため、伝熱フィンがスプリングバックした際の外周真円度が確保し易い。
【００１８】
このため、伝熱フィンの波頂部と内管の管壁との間の当接度合いが略均一化されて、伝熱フィンのロウ付け性・強度が安定して得られる。
【００１９】
また、矯正カラーとして前記伝熱フィンの波部内側に嵌合する位置決めリブを複数備えたものを使用することにより、内管内でスプリングバックした際の真円度をより確保し易いとともに、波間隔（波ピッチ）も制御できる。したがって、伝熱フィンのロウ付け性・強度がより確保し易くなるとともに、伝熱フィンの波頂部の間隔のバラツキを抑制できて、結果的に熱交換効率の向上した熱交換器を製造し易くなる。
【００２０】
更に、波板の波形状が、曲げ形状が相互に異なる第一曲げ形状と第二曲げ形状が交互に形成されているものを、本発明の製造方法に適用することにより、前述の如く、本発明の効果がより顕著となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図例に基づいて説明をする。
【００２２】
(1) 図７に示すような波板２６を、図８に示すような内管２８にロウ付け固定して伝熱フィン３０とする場合を例に採り説明する。図８の断面では、外管を省略してある。
【００２３】
波板２６は、ロウ付け面側（外周面となる側）となる波頂部２７の両側に曲げ部を備えたＵ字曲げ部（第一曲げ形状）Ｕとされ、内周面側となる面側がＶ字曲げ部（第二曲げ形状）Ｖとされている。
【００２４】
当該波板２６の調製方法は、特に限定されず、慣用の方法で調製できる。引き抜き等、波型のダイ上を歯車状ポンチを転がして成形してもよいが、通常、図９に示す如く、上型（押し型）３２と下型（受け型）３４とを、プレス機にセットして、金属帯板（素材）３６を順送り（シリンダ等で一段づつ持ち上げて定尺送りする）して成形することが、所定ピッチの波板が正確に成形できて望ましい。
【００２５】
ここでは、ロウ付け面側がＵ字曲げ部としたが、通常の、図６に示すようなＶ字曲げ部のみの波板またはＵ字曲げ部のみの波板でも同様である。
【００２６】
上記のようにしてプレス成形した波板２６は、通常、波方向に巻いて有端管状とする、即ち、巻き成形（癖付け）を行う。そして、癖付けの方法は、特に限定されず、通常、ロールフォーミング等により行う。
【００２７】
次に、上記巻き成形した伝熱フィン３０の波頂部（Ｕ字曲げ部Ｕの外側面）２７にロウ材３６、３６Ａを、塗布ないしセットする。即ち、このとき、波頂部２７には、ロウ材保持溝２９を形成しておいて、該保持溝２９に、ペースト状ロウ材３６を図１０に示す如く充填するか、又は、棒状ロウ材（例えば銅線）３６Ａを図１１に示す如く嵌着することがロウ付け安定性の見地から望ましい。
【００２８】
こうしたロウ材３６、３６Ａがセットされた有端管状の伝熱フィン３０を、矯正カラー３８に巻き回して挿入後、ロウ付けを行う。
【００２９】
即ち、図１２に示す如く、巻き成形後の半開き状態の伝熱フィン３０を矯正カラー３８に巻き回して端部相互を略接触した状態にして、内管２８に挿入する。このとき、矯正カラー３８の外径ｄは、内管２８の内径Ｄから波板の高さＨの２倍を引いたもの（Ｄ−２Ｈ）と同じ又は若干小さめとする。内管２８の内径にもよるが、通常、ｄ＝Ｄ−２Ｈ＋（−０〜−０．６mm）、望ましくは、（−０．１〜−０．３mm）とする。矯正カラー３８の外径ｄがＤ−２Ｈより大きいと、挿入作業性が悪くなるとともに、波頂部２７にロウ材保持溝２９が存在しないとき、ロウ塗布（セット）したロウ材が離脱して、ロウ付け安定性・強度を阻害するおそれがある。逆に、上記矯正カラー３８の外形が小さすぎると、本発明の作用（伝熱フィンの真円化）を奏し難い。
【００３０】
なお、矯正カラー３８は、連続的であってもよいが、図１３に示す如く、複数個からなるものであってもよい。そして、矯正カラー３８は、通常、重量軽減の見地から中空とするが、この場合は、少なくとも、矯正カラー３８の挿入方向側は、盲体であることが望ましい。なお、矯正カラー３８を中空としたときの、肉厚は、矯正カラーの径にもよるが、通常、０．１〜１．０mm、望ましくは、０．５mm前後とする。
【００３１】
更に、矯正カラー３８は、図８の二点鎖線で示す如く、伝熱フィン３０の各波部内側に嵌合する位置決めリブ３９を複数備えたものを使用することが望ましい。位置決めリブ３９の存在により、ずれた波ピッチの矯正ができて望ましい。なお、位置決めリブ３９の数は、伝熱フィン３０の波数に対応させてもよいが、一つおき乃至二つおき等に設けてもよい。
【００３２】
そして、伝熱フィン３０はスプリングバックにより、内管２８の内側に密接状態となる。このとき、伝熱フィン３０の内周側には、矯正カラー３８が存在するため、伝熱フィン３０のスプリングバックの歪み等による伝熱フィンの波頂部２７の偏在が矯正され、伝熱フィンの外周が真円化される。この状態で、ロウ付け加熱炉を通過させることにより、熱交換器のロウ付け工程が完了する。
【００３３】
伝熱フィンの各波頂部が内管の内周面に均一に接触した状態でロウ付けされるため、結果的に、安定したロウ付け性・強度が得られる。
【００３４】
上記において、矯正カラー３８は、通常、ロウ付け工程後、取り出すが、内管流体の流れに悪影響を与えない場合は、そのまま抜き出さずに入れたままでもよい。なお、矯正カラー３８の材質は、通常、内管２８と金属系（通常、鉄、鋼）とするが、ロウ付け加熱時に、ロウ溶融温度の直前温度で、消失ないし縮小する有機系ないし無機系材料であってもよい。
【００３５】
なお、上記伝熱フィン３０となる波板２６の板厚は、材質により異なるが、鋼製の場合、通常、０．０１〜０．８mm、望ましくは、０．０５〜０．５mmとする。薄くしすぎると、形態保持性とともに伝熱抵抗が大きくなり、また、厚いと重量増大につながり望ましくない。
【００３６】
また、内管２８の内半径ｒと波板２４の高さＨとの関係は、内管２８の内径にもよるが、内管２８の内径１０〜５０mmの範囲で、通常Ｈ／ｒ＝０．１〜０．８、望ましくは、Ｈ／ｒ＝０．２〜０．７とする。そして内径の範囲に対応して、波の山の高さはＨ＝４〜２０mmとする。
【００３７】
また、波板２６の波ピッチＰは、要求伝熱面積に対応して２〜６mmとする。
【００３８】
また、内管２８等の肉厚は、伝熱性の見地から可及的に薄い方が望ましいが、伝熱フィン３０に比して剛性が要求されるため、伝熱フィン３０より厚肉とする。例えば、内管２８の内径が上記範囲の場合、通常０．１〜１．０mm、望ましくは０．３〜０．８mmとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の二重管式熱交換器を示す正面図
【図２】  図１の２−２線拡大断面図
【図３】  従来の多管式熱交換器の一例を示す正面図
【図４】  図３の４−４線断面図
【図５】  図１において内管に波形チューブの伝熱フィンを設けた図２に対応する拡大端面図
【図６】  波板の一例を示す斜視図
【図７】  本発明の適用すると好適な波板の一例を示す端面図
【図８】  図７の波板を内管に装着した状態を示す端面図
【図９】  図７の波板をプレス成形する場合の成形型を示す断面図
【図１０】  本発明の伝熱フィンにおける波頂部へのロウ材セットの一態様を示す斜視図
【図１１】  同じく他のロウ材セット態様を示す斜視図
【図１２】  本発明の矯正カラーを伝熱フィンにセットする態様を示す説明図
【図１３】  不連続の矯正カラーをセットした伝熱フィンを熱交換管体に挿入した状態を示す概略斜視図
【符号の説明】
１２  内管
１４   外管
２２  伝熱フィン
２４  波板
２５  波頂部
２６  波板
２７  波頂部
２８  内管
２９  ロウ材保持溝
３０  伝熱フィン
３６、３６Ａ  ロウ材
３８  矯正カラー
Ｖ  Ｖ字形曲げ部
Ｕ  Ｕ字形曲げ部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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