JP2008096047A - Ｅｇｒクーラのチューブアセンブリおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲクーラに用いられるステンレス製熱交換器のチューブアセンブリにおいて、高強度で高い製造品質を有するＥＧＲクーラのチューブアセンブリおよびその製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】２分割された上チューブ部材と下チューブ部材とのそれぞれに、外面側に突出するエンボスをその形成位置を合わせて多数個突設するとともに上下各チューブ部材の側端縁に嵌合部を形成して、上記上チューブ部材と上記下チューブ部材との内面側にインナーフィンを挟み込むとともに上チューブ部材と下チューブ部材との嵌合部を嵌め込み一体化することによりチューブ組立品を形成し、このチューブ組立品の多数個を上記エンボスを互いに当接することにより一定間隔あけて配列して、エンドプレートに穿設されたチューブ挿入孔に各チューブ組立品の各端部を嵌め込んでチューブアセンブリを形成するように構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＥＧＲクーラのチューブアセンブリおよびその製造方法に係り、特に、ＥＧＲクーラに用いられるステンレス製熱交換器に組み込まれるチューブアセンブリの構造およびその製造方法に関する。

従来における熱交換器に組み込まれるチューブ１の構造は、図９に示すように、アルミニウム製板材を折り曲げて扁平なチューブ状に成形し、さらにチューブ１の対向する壁面１ａ，１ｂに多数の凹部２，３を形成して各凹部の先端部２ａ，３ａを平坦にして密着するように成形し、この密着部をろう材によって接合することにより、扁平チューブの形状を維持するように形成している（特許文献１）。
このようなチューブ１に形成される凹部には、図１０〜１２に示すような、凹部の先端部を単に平面に形成したもの（図１０）、一方の凹部の先端部に小孔４を穿設したもの（図１１）、一方の凹部の先端部に小孔４を穿設し、他方の凹部の先端部に小孔４に嵌め合う突起５を突出させたもの（図１２）等、種々の形状が考えられ、より良いろう付けができるように工夫されている。
ろう付けされると、各凹部の密着している先端部２ａ，３ａでは、周縁部にろう材のフィレット６ができ、先端部２ａ，３ａの密着部を外周側から補強する。

特開平４−２０７９４号公報

〔従来技術の問題点〕
このような従来の技術における熱交換器のチューブ構造では、各チューブ１の内部に突起を形成して互いに内側に突出した先端部を接合して一体化するようにしているため、凹部の形成箇所ではチューブ内の流れに乱れが生じるばかりでなく、インナーフィンを設けることができないため、熱交換効率を上げるための妨げになる。また、このチューブを多数一定間隔あけて束ねるチューブアセンブリを形成する場合には、凹部は何らの手掛りにならず、他の手段により束ねることが必要になっていた。
このような従来のチューブ同士を重ね合わせたチューブアセンブリでは、チューブ同士が固定されていないため、チューブアセンブリとしての強度が不足し、車両搭載時において振動による亀裂が発生する等の不具合が発生する要因となっていた。また、チューブアセンブリのろう付け時の熱によるチューブの垂れ下がりが発生し、製造面での品質確保が難しかった。

本発明は、従来の技術における前記問題点に鑑みて成されたものであり、これを解決するため具体的に設定した技術的な課題は、ＥＧＲクーラに用いられるステンレス製熱交換器のチューブアセンブリにおいて、高強度で高い製造品質を有するＥＧＲクーラのチューブアセンブリおよびその製造方法を提供することにある。

本発明における前記課題が効果的に解決されるＥＧＲクーラのチューブ構造およびその製造方法を特定するために、必要と認める事項の全てが網羅され、具体的に構成された、課題解決手段を以下に示す。
本発明のＥＧＲクーラのチューブアセンブリに係る第１の課題解決手段は、ステンレス製のＥＧＲクーラのチューブアセンブリにおいて、２分割された上チューブ部材と下チューブ部材とのそれぞれに、外面側に突出するエンボスをその形成位置を合わせて多数個突設するとともに上下各チューブの側端縁に嵌合部を形成して、上記上チューブ部材と上記下チューブ部材との内面側にインナーフィンを挟み込むとともに上チューブ部材と下チューブ部材との嵌合部を嵌め込み一体化することによりチューブ組立品を形成し、このチューブ組立品の多数個を上記エンボスを互いに当接することにより一定間隔あけて配列して、エンドプレートに穿設されたチューブ挿入孔に各チューブ組立品の各端部を嵌め込んでチューブアセンブリを形成したことを特徴とするものである。

同上ＥＧＲクーラのチューブアセンブリに係る第２の課題解決手段は、前記チューブ組立品の各接合部、各エンボス同士、およびエンドプレートと前記チューブ組立品との嵌合部を、一体に固着したことを特徴とする。

また、同上ＥＧＲクーラのチューブアセンブリに係る第３の課題解決手段は、前記エンボスのろう付け面の形状を楕円又は長円形とし、前記下チューブ部材のエンボス中央部に前記各チューブと前記インナーフィンとの間に塗布されたろう材を流し出すことができる大きさの孔を開けたことを特徴とする。

また、同上ＥＧＲクーラのチューブアセンブリ製造方法に係る第１の課題解決手段は、ステンレス製のＥＧＲクーラにおけるチューブアセンブリの製造方法において、必要箇所にろう材を塗布して組み付けられたチューブ組立品の複数個について、エンボス中央部に孔を穿設している下チューブ部材を重ね合わせるべきチューブ組立品の上チューブ部材の上側に配置して、各チューブ組立品のエンボスを重ね合わせるとともにチューブ両端をエンドプレートに穿設されたチューブ挿入孔に挿入して固定し、チューブ挿入部にろう材を塗布し、各チューブ組立品の接合部と、エンボス同士と、エンドプレートとチューブ組立品との嵌合部とを炉内ろう付けにより固着してチューブアセンブリを一体に形成することを特徴とするものである。

また、同上ＥＧＲクーラのチューブアセンブリ製造方法に係る第２の課題解決手段は、前記エンボスのろう付け面に、下チューブ部材のエンボス中央部に穿設した孔を介して、チューブとインナーフィンとの間に塗布されたろう材を流し出すことにより、エンボス重合せ部のろう付けをしたことを特徴とする。

ＥＧＲクーラのチューブアセンブリに係る第１の課題解決手段では、外面側にエンボスをもつ２分割された上チューブ部材と下チューブ部材でインナーフィンを挟むことによりチューブ組立品が形成でき、チューブアセンブリの一体ろう付けが容易にでき、また、複数のチューブを上下のエンボスを重ね合わせて両端をエンドプレートの孔に挿入することによりチューブ組立品を一定間隔開けて束ねたチューブアセンブリを得ることができる。そして、エンボスを重ね合わせて組み付けることによりろう付け時の熱によるチューブの垂れ下がりを防止することができ、チューブ間の間隔を容易に一定に維持することができる。

ＥＧＲクーラのチューブアセンブリに係る第２の課題解決手段では、チューブ組立品の接合部、各エンボス同士、エンドプレートとチューブ組立品との嵌合部を、炉内ろう付けにより一体に固着できるようにしたことにより、量産性が良くなり、コスト低減に寄与することができる。

ＥＧＲクーラのチューブアセンブリに係る第３の課題解決手段では、エンボスのろう付け面の面積を大きくし、下側チューブのエンボスの中央部に穿設した孔を介して、チューブとインナーフィンの間に塗布されたろう材を、エンボス重合せ部に流し出してろう付けし、各チューブ組立品の間の間隔を均一にするとともに車両搭載時における振動に耐え得るチューブアセンブリのろう付け強度を与えることができる。

また、ＥＧＲクーラのチューブアセンブリ製造方法に係る第１の課題解決手段では、上下に位置した扁平チューブ同士は、各エンボスを重ね合わせることにより一定の間隔で配置でき、エンボス同士では上側に位置するエンボスの中央部に穿設されている孔から流れ出すろう材により確実にろう付けされて、エンボスがチューブ組立品の間の隙間を一定にするスペーサの役割を果たし、チューブの垂れもなく安定した製造品質を確保でき、チューブアセンブリ全体の強度を保つことができるとともに形状安定性を高く維持することができる。また、エンボス間のろう材の使用量を削減することができ、車両搭載時における振動に耐え得るチューブアセンブリのろう付け強度を持ったチューブ構造を形成できる。

また、ＥＧＲクーラのチューブアセンブリ製造方法に係る第２の課題解決手段では、エンボスのろう付け面に、下チューブ部材のエンボスの中央部に穿設した孔を介して、チューブとインナーフィンとの間に塗布されたろう材を流し出すことにより、エンボス重合せ部を良好にろう付けすることができ、量産性が良くなり、コスト低減に寄与することができる。

以下、本発明による最良の実施形態を具体的に説明する。
ただし、この実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるため具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、発明内容を限定するものではない。

〔構成〕
実施形態におけるチューブアセンブリ１０は、図１に示すように、各チューブ１１，…，１１を一定間隔あけて配列し、各チューブ１１，…，１１の各端部をそれぞれエンドプレート１２，１３に挿入し、固着して、一方のエンドプレート１２から他方のエンドプレート１３まで各チューブ１１，…，１１を介して排気ガスが通過できるように形成したものである。

チューブ１１は、図２〜５に示すように、インナーフィン１１ａを挟んだ２枚の板材（上，下チューブ部材）１１ｂ，１１ｃとからなり（図４，５）、板材１１ｂ，１１ｃは端部を互いに対向する側に湾曲させて端縁部が嵌め合うことができるように各板の湾曲度と湾曲方向を調節する（図２）とともに端縁部の形状を各板材１１ｂ，１１ｃの湾曲部の外形状が略同一な曲率で形成されるように成形し（図３）、各板材１１ｂ，１１ｃの平面部には外面側に突出するエンボス１１ｄ，…，１１ｄと１１ｅ，…，１１ｅを平面上の同一箇所に多数個設ける。
インナーフィン１１ａの高さは、板材１１ｂと板材１１ｃとを嵌め合わせた時における板材同士が形成する内面間の距離になる（図２，５）。

また、板材１１ｂ（上チューブ部材）と板材１１ｃ（下チューブ部材）との側端部は、両板材を嵌め合わせて扁平なチューブを形成するために必要な結合部を形成する箇所であり、板材１１ｂと板材１１ｃとの側端部を常に一方が雄型で他方が雌型となるように形成する（図２，３）。
具体的には、板材１１ｂが雄型で板材１１ｃが雌型とした場合、雌型の板材１１ｃが雄型の板材１１ｂを挟み込む形態で組み上がり、エンドプレート１２，１３との良好なろう付けを行なうためには、雄型の板材１１ｂの端縁部に板材の板厚分だけ内側にオフセットした嵌合部を設け、雌型の板材１１ｃとの結合部の外側にできる段差を少なくする。

エンボスの形状は、図６，７に示すように、横断面が楕円又は長円形となり縦断面が略逆台形になる楕円錐台形又は長円錐台形の外形を有する中空の突出部を形成する。板材１１ｂと板材１１ｃとのいずれか一方が上側に配置され、他方が下側に配置されるので、上側配置の板材を上チューブ部材、下側配置の板材を下チューブ部材ということにする。このように呼ぶことにすると、板材（上チューブ部材）１１ｂに設けるエンボスは先端部の中央部に孔を開けないままの状態で使用するものとし、板材（下チューブ部材）１１ｃに設けるエンボスは先端部の中央部にろう材を流し出すことができる程度の大きさを有する孔１１ｆを穿設して使用する。

板材（下チューブ部材）１１ｃに設けたエンボス１１ｅ，…，１１ｅのそれぞれは、板材（上チューブ部材）１１ｂに設けたエンボス１１ｄ，…，１１ｄのそれぞれと、隣合うチューブ１１，１１の板材１１ｃ，１１ｂから突設しているエンボス１１ｅ，…，１１ｅとエンボス１１ｄ，…，１１ｄとのそれぞれと同一位置で対向する向きに向けられたエンボス同士を当接する。このように同一位置で対向する向きに向けられたエンボス同士を当接し、隣合うチューブ１１に設けられたエンボス１１ｄ，…，１１ｄ又は１１ｅ，…，１１ｅと同一位置で対向する向きに突出したエンボス１１ｅ，…，１１ｅ又は１１ｄ，…，１１ｄとが当接してチューブアセンブリ１０に組み立てられると、隣合うチューブ１１，１１との間でエンボス１１ｄとエンボス１１ｅの突出高さを加えた高さに相当する隙間を開けることができる。
また、チューブ組立品１１の端部となるエンドプレート１２，１３には、図８に示すように、エンドプレート１２，１３にチューブアセンブリ１０を組み合わせるためのチューブ挿入孔１２ａ，１３ａを穿設している。

〔製造方法〕
このようなチューブアセンブリは、図４〜８に示すように、形成される。すなわち、
（１）平板の板材にエンボスを設け、側端部を湾曲成形して、扁平チューブの湾曲した側端部を有する外板となる板材（上チューブ部材）１１ｂと板材（下チューブ部材）１１ｃとを上下別に形状の違いを考慮して成形する（図４参照）。
（２）薄い板を折り曲げて作られたインナーフィン１１ａを中に挟んで板材（上チューブ部材）１１ｂと板材（下チューブ部材）１１ｃとを、湾曲した側端部を対向させて（図５参照）、各側端部を嵌め合わせることによってチューブ組立品１１を形成する（図６参照）。このチューブ組立品１１を形成する際、組み合わせて外板となる板材（上チューブ部材）１１ｂと板材（下チューブ部材）１１ｃの内側とインナーフィン１１ａとの間にろう材を塗布し、炉内ろう付けできるようにしておく。

（３）チューブ組立品１１の各端部をエンドプレート１２，１３に穿設されたチューブ挿入孔１２ａ，１３ａにそれぞれ嵌入し、チューブ組立品１１の嵌合せ箇所に対応するエンドプレート１２，１３に穿設されたチューブ挿入孔１２ａ，１３ａの近傍にコイニング加工することによって、エンドプレート１２，１３の一部をチューブ側に変形させ、チューブ組立品１１とチューブ挿入孔１２ａ，１３ａとの隙間を小さくする。そのチューブ挿入孔１２ａ，１３ａとチューブ組立品１１との境界部にろう材を塗布し、コイニング加工によって生じた凹み部１２ｂ，１３ｂにはろう材溜りとして多くのろう材を溜め、炉内ろう付けを確実にできるようにする（図８参照）。

（４）チューブ組立品１１とエンドプレート１２，１３との組合せ部品を加熱炉にて炉内ろう付けする。
このろう付け時には、加熱中にコイニング加工により生じた凹み部１２ｂ，１３ｂのろう材溜りや、チューブ境界部に塗られたろう材が流れて各合せ部の間隙を埋めるとともに、板材（下チューブ部材）１１ｃに設けられたエンボス１１ｅ側に流入し、エンボス中央部に設けられた孔１１ｆを介してエンボス１１ｄとエンボス１１ｅとのエンボス重合せ部１１ｇに流れ、エンボス重合せ部１１ｇとその周縁部をろう付けして固着する（図７（Ｂ）参照）。

こうして、各板材１１ｂ，１１ｃとインナーフィン１１ａとの合せ部や板材１１ｂ，１１ｃの繋ぎ目等のようなチューブ組立品１１の内部接合箇所、各チューブ組立品１１間のエンボス重合せ部１１ｇ、チューブ組立品１１とエンドプレート１２又は１３との境界部等を炉内ろう付けで一括して固着することによりチューブアセンブリ１０として一体化された製品（図１参照）を得る。

〔作用効果〕
このように構成した実施形態のチューブアセンブリ１０では、外面側にエンボス１１ｄ，１１ｅを突出した２分割された板材１１ｂ，１１ｃでインナーフィン１１ａを挟むことによりチューブ組立品１１が容易に形成でき、これによりチューブアセンブリ１０の一体ろう付けが容易にでき、また、複数のチューブを上下のエンボス１１ｄ，１１ｅを重ね合わせて両端をエンドプレート１２，１３のチューブ挿入孔１２ａ，１３ａに挿入することによりチューブ組立品１１を一定間隔開けて束ねたチューブアセンブリ１０を得ることができる。

そして、エンボス１１ｄ，１１ｅを重ね合わせて組み付けることによりろう付け時の熱によるチューブ組立品１１の垂れ下がりを防止でき、チューブ組立品１１，１１の間の間隔を容易に一定に維持することができる。
また、板材１１ｂ，１１ｃ同士はエンボス１１ｅから流れ出すろう材によりエンボス重合せ部１１ｇが確実にろう付けされ、また、エンボス１１ｄ，１１ｅがチューブ組立品１１，１１の間の隙間を一定にするスペーサの役割を果たし、チューブ組立品１１の垂れを生じることがなく、形状安定性の高い品質を確保でき、チューブアセンブリ１０全体の強度を保つことができ、また、エンボス重合せ部１１ｇへのろう材の塗布も廃止でき、ろう材の使用量を削減することができる。

チューブ組立品１１の接合部、各エンボス１１ｄ，１１ｅ同士、エンドプレート１２，１３とチューブ組立品１１との嵌合部等を一括して炉内ろう付けにより一体に固着することにより、量産性が良くなり、コスト低減に寄与することができる。
エンボス１１ｄ，１１ｅのろう付け面の面積を大きくし、下側チューブのエンボスの中央部に穿設した孔１１ｆを介して、各板材１１ｂ，１１ｃとインナーフィン１１ａの間に塗布されたろう材を、エンボス重合せ部１１ｇに流し出してろう付けし、各チューブ組立品１１，１１の間の間隔を均一にするとともに車両搭載時における振動に耐え得るチューブアセンブリ１０のろう付け強度を与えることができる。

また、上下に位置したチューブ組立品１１，１１同士は、各エンボス１１ｄ，１１ｅを重ね合わせることにより一定の間隔で配置でき、エンボス１１ｄ，１１ｅ同士では上側に位置するエンボスの中央部に穿設されている孔１１ｆから流れ出すろう材により確実にろう付けされて、エンボス１１ｄ，１１ｅがチューブ組立品１１，１１の間の隙間を一定にするスペーサの役割を果たし、チューブ組立品１１の垂れもなく安定した製造品質を確保でき、チューブアセンブリ１０全体の強度を保つことができるとともに形状安定性を高く維持することができる。また、エンボス１１ｄ，１１ｅ間のろう材の使用量を削減することができ、車両搭載時における振動に耐え得るチューブアセンブリ１０のろう付け強度を持ったチューブ構造を形成できる。

さらにまた、エンボス１１ｄ，１１ｅのろう付け面に、下チューブ部材１１ｃのエンボス１１ｅの中央部に穿設した孔１１ｆを介して、各板材１１ｂ、１１ｃとインナーフィン１１ａとの間に塗布されたろう材を流し出すことにより、エンボス重合せ部１１ｇを良好にろう付けすることができ、量産性が良くなり、コスト低減に寄与することができる。

〔別態様〕
このような実施の形態は、発明の趣旨を理解しやすくするため具体的に説明しているが、発明内容を限定するものではないから、特に説明されていない（意匠的な内容も含む）別の態様を制限するものではなく、適宜変更しても良い。このような意味で発明の趣旨に沿ういくつかの別態様を以下に示す。

エンボスは両板材（上下チューブ部材）１１ｂ，１１ｃの両方に設けたが、下チューブ部材のみエンボス加工し、上チューブ部材にエンボス加工なしでろう付けしたものでも良い。

本発明における実施形態のチューブアセンブリを示す側面図である。 同上チューブアセンブリに用いられるチューブ組立品を示す正面図である。 図２におけるＡ部の拡大図である。 同上チューブ組立品の外板となる板材を単体の状態で示す正面図である。 同上チューブ組立品の組立途中の状態を示す正面図である。 同上チューブ組立品の組立後の状態を示す説明図であり、（Ａ）はチューブ組立品の正面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ矢視拡大図、（Ｃ）は（Ｂ）におけるＢ−Ｂ断面図である。 同上チューブ組立品を複数重ね合わせた状態を示す説明図であり、（Ａ）は２つのチューブ組立品を重ね合わせた状態を示す正面図、（Ｂ）は（Ａ）における丸印部の拡大縦断面図である。 同上チューブアセンブリにおけるチューブ組立品をエンドプレートに組み付ける状態を示す説明図であり、（Ａ）はチューブ組立品をエンドプレートに組み付けてチューブ組立品の嵌合せ箇所に対応する位置にコイニング加工した状態を示す正面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面を示す矢視断面図である。 従来技術におけるチューブを示す拡大斜視図である。 従来技術における凹部を重ね合せた状態を示す拡大断面図である。 従来技術における上側凹部に小孔を設けた場合の凹部の重合せ状態を示す拡大断面図である。 従来技術における上側凹部に小孔を設け下側凹部に突起を突出させた場合の凹部の重合せ状態を示す拡大断面図である。

符号の説明

１ チューブ
６ フィレット
１０ チューブアセンブリ
１１ チューブ
１１ａ インナーフィン
１１ｂ 板材（上チューブ部材）
１１ｃ 板材（下チューブ部材）
１１ｄ，１１ｅ エンボス
１１ｆ 孔
１１ｇ エンボス重合せ部
１２，１３ エンドプレート
１２ａ，１３ａ チューブ挿入孔
１２ｂ，１３ｂ 凹み部

Claims (5)

1. ステンレス製のＥＧＲクーラのチューブアセンブリにおいて、２分割された上チューブ部材と下チューブ部材とのそれぞれに、外面側に突出するエンボスをその形成位置を合わせて多数個突設するとともに上下各チューブ部材の側端縁に嵌合部を形成して、上記上チューブ部材と上記下チューブ部材との内面側にインナーフィンを挟み込むとともに上チューブ部材と下チューブ部材との嵌合部を嵌め込み一体化することによりチューブ組立品を形成し、このチューブ組立品の多数個を上記エンボスを互いに当接することにより一定間隔あけて配列して、エンドプレートに穿設されたチューブ挿入孔に各チューブ組立品の各端部を嵌め込んでチューブアセンブリを形成したことを特徴とするＥＧＲクーラのチューブアセンブリ。
2. 前記チューブ組立品の各接合部、各エンボス同士、およびエンドプレートと前記チューブ組立品との嵌合部を、一体に固着したことを特徴とする請求項１記載のＥＧＲクーラのチューブアセンブリ。
3. 前記エンボスのろう付け面の形状を楕円又は長円形とし、前記下チューブ部材のエンボス中央部に前記各チューブと前記インナーフィンとの間に塗布されたろう材を流し出すことができる大きさの孔を穿設したことを特徴とする請求項１記載のＥＧＲクーラのチューブアセンブリ。
4. ステンレス製のＥＧＲクーラにおけるチューブアセンブリの製造方法において、必要箇所にろう材を塗布して組み付けられたチューブ組立品の複数個について、エンボス中央部に孔を穿設している下チューブ部材を重ね合わせるべきチューブ組立品の上チューブ部材の上側に配置して、各チューブ組立品のエンボスを重ね合わせるとともにチューブ両端をエンドプレートに穿設されたチューブ挿入孔に挿入して固定し、チューブ挿入部にろう材を塗布し、各チューブ組立品の接合部と、エンボス同士と、エンドプレートとチューブ組立品との嵌合部とを炉内ろう付けにより固着してチューブアセンブリを一体に形成することを特徴とするＥＧＲクーラのチューブアセンブリ製造方法。
5. 前記エンボスのろう付け面に、下チューブ部材のエンボス中央部に穿設した孔を介して、チューブとインナーフィンとの間に塗布されたろう材を流し出すことにより、エンボス重合せ部のろう付けをしたことを特徴とする請求項４記載のＥＧＲクーラのチューブアセンブリ製造方法。

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