JP3389215B2 - 熱交換器 - Google Patents
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- F28F9/02—Header boxes; End plates
- F28F9/0219—Arrangements for sealing end plates into casing or header box; Header box sub-elements
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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- F28F9/02—Header boxes; End plates
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- F28F9/16—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling
- F28F9/18—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling by welding
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- F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
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- F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＥＧＲガス冷却装
置等に用いられる熱交換器に関する。
置等に用いられる熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、熱交換器として、例えばディーゼ
ルエンジン等に使用される多管式のＥＧＲ（排気再循
環）ガス冷却装置がある。この多管式の熱交換器は、図
５（ａ）（ｂ）に示すように、外筒５１内に、複数の伝
熱管５２が配置され、この伝熱管５２を支持するエンド
プレート５３等により熱交換部が構成される。エンドプ
レート５３は、外筒５１の端部内側の周囲を切欠いた部
位に嵌合させている。外筒５１の各端部には、冷却され
る排気ガスを導入排出するヘッダー５４がそれぞれ設け
られている。外筒５１の端部近傍には、上記排気ガスを
冷却する冷却水の流出用の連結管５５及び流入用の連結
管５６が設けられている。
ルエンジン等に使用される多管式のＥＧＲ（排気再循
環）ガス冷却装置がある。この多管式の熱交換器は、図
５（ａ）（ｂ）に示すように、外筒５１内に、複数の伝
熱管５２が配置され、この伝熱管５２を支持するエンド
プレート５３等により熱交換部が構成される。エンドプ
レート５３は、外筒５１の端部内側の周囲を切欠いた部
位に嵌合させている。外筒５１の各端部には、冷却され
る排気ガスを導入排出するヘッダー５４がそれぞれ設け
られている。外筒５１の端部近傍には、上記排気ガスを
冷却する冷却水の流出用の連結管５５及び流入用の連結
管５６が設けられている。
【０００３】この熱交換器は、図５（ｂ）に示すよう
に、上記熱交換部の接合は溶接（Ｗ）、或いはろう付け
（Ｂ）により行われる。また、外筒５１へのヘッダー５
４の取付けは、図５（ｃ）に示すように溶接（Ｗ）によ
る接合、或いは図５（ｄ）に示すように外筒５１の端部
にフランジ５７を溶接し、これにヘッダー５８をボルト
５９で締結する接合がある。連結管５５，５６はろう付
け或いは溶接により接合している。
に、上記熱交換部の接合は溶接（Ｗ）、或いはろう付け
（Ｂ）により行われる。また、外筒５１へのヘッダー５
４の取付けは、図５（ｃ）に示すように溶接（Ｗ）によ
る接合、或いは図５（ｄ）に示すように外筒５１の端部
にフランジ５７を溶接し、これにヘッダー５８をボルト
５９で締結する接合がある。連結管５５，５６はろう付
け或いは溶接により接合している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】さて、上記熱交換器
は、車両のエンジンルーム内に設置されるため装置のコ
ンパクト化が要求され、このためヘッダーの固定は溶接
あるいはろう付けによるのが適している。この場合、予
めろう付けした熱交換部５１，５２，５３に、さらに、
外筒５１にヘッダー５４を全周を溶接すると、この溶接
による熱が外筒５１を膨張させ（このとき伝熱管５２は
熱の影響が少なく膨張は軽微）、この状態で部材が固定
される。この状態で温度が低下すると、外筒５１が収縮
し、外筒５１と伝熱管５２との長尺方向の長さに歪みが
生じる。この結果、伝熱管５２に残留応力が残ることに
なり、耐久性の低下等を招く。この為、ヘッダー５８の
溶接後は、残留応力を除去する作業が必要となる等の問
題がある。また、ろう付けした熱交換部５１，５２，５
３に、さらにヘッダー５４をろう付けした場合、このろ
う付けによる熱で熱交換部のろう材が再融解し、この場
合には品質が安定しないという問題がある。
は、車両のエンジンルーム内に設置されるため装置のコ
ンパクト化が要求され、このためヘッダーの固定は溶接
あるいはろう付けによるのが適している。この場合、予
めろう付けした熱交換部５１，５２，５３に、さらに、
外筒５１にヘッダー５４を全周を溶接すると、この溶接
による熱が外筒５１を膨張させ（このとき伝熱管５２は
熱の影響が少なく膨張は軽微）、この状態で部材が固定
される。この状態で温度が低下すると、外筒５１が収縮
し、外筒５１と伝熱管５２との長尺方向の長さに歪みが
生じる。この結果、伝熱管５２に残留応力が残ることに
なり、耐久性の低下等を招く。この為、ヘッダー５８の
溶接後は、残留応力を除去する作業が必要となる等の問
題がある。また、ろう付けした熱交換部５１，５２，５
３に、さらにヘッダー５４をろう付けした場合、このろ
う付けによる熱で熱交換部のろう材が再融解し、この場
合には品質が安定しないという問題がある。
【０００５】一方、上記熱交換器の接合部に用いるろう
材を選定する場合、排気ガスによる腐食環境を考慮する
と、酸に影響されないろう材が必要となる。そうした場
合、ニッケルろう材は、酸に殆ど影響されないので好適
である。しかしながら、図６に示すように、母材として
ステンレス材料６１に上記ニッケルろう材を用いた場
合、ろう付け部のろう材断面を観察すると、ろう材中央
部は硬くてもろい脆化相６４が形成され、ステンレス材
料６１との界面は靱性に富んだニッケルのα相６３が形
成される。またこの場合、ステンレス材料６１の表面に
は、ニッケルろう材が母材に拡散した拡散相６２が形成
される。
材を選定する場合、排気ガスによる腐食環境を考慮する
と、酸に影響されないろう材が必要となる。そうした場
合、ニッケルろう材は、酸に殆ど影響されないので好適
である。しかしながら、図６に示すように、母材として
ステンレス材料６１に上記ニッケルろう材を用いた場
合、ろう付け部のろう材断面を観察すると、ろう材中央
部は硬くてもろい脆化相６４が形成され、ステンレス材
料６１との界面は靱性に富んだニッケルのα相６３が形
成される。またこの場合、ステンレス材料６１の表面に
は、ニッケルろう材が母材に拡散した拡散相６２が形成
される。
【０００６】上記ろう付けにおいては、ろう付けされる
部材間のクリアランスが小さければ、上記ニッケルのα
相６３同士が結合して靱性に富んだ良好な界面を形成す
る。しかし、ろう付けされる部材間のクリアランスが大
きくなるに伴い、上記脆化相６４の割合が多くなり、ろ
う付け強度、信頼性が低下するという問題がある。な
お、このろう付け強度は、引張荷重Ｆ１に対しては、脆
化相６４の影響により強度が低下する。また、剪断荷重
Ｆ２に対しては、α相６３が凸凹状に形成されるため、
これが骨材的に作用して脆化相６４が補強され適度な強
度を維持することができる。
部材間のクリアランスが小さければ、上記ニッケルのα
相６３同士が結合して靱性に富んだ良好な界面を形成す
る。しかし、ろう付けされる部材間のクリアランスが大
きくなるに伴い、上記脆化相６４の割合が多くなり、ろ
う付け強度、信頼性が低下するという問題がある。な
お、このろう付け強度は、引張荷重Ｆ１に対しては、脆
化相６４の影響により強度が低下する。また、剪断荷重
Ｆ２に対しては、α相６３が凸凹状に形成されるため、
これが骨材的に作用して脆化相６４が補強され適度な強
度を維持することができる。
【０００７】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、ろう付け強度が確保され、耐久性及び耐蝕性
に優れた熱交換器を提供することを目的とする。
のであり、ろう付け強度が確保され、耐久性及び耐蝕性
に優れた熱交換器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】以上の技術的課題を解決
するため、本発明に係る熱交換器は、図１に示すよう
に、外筒１と、この外筒１内に配置される複数の伝熱管
２と、上記伝熱管２の端部が嵌入される孔部３１が設け
られ、上記外筒１の端部を閉塞する一対のエンドプレー
ト３と、上記外筒１の端部に取付けられ、上記エンドプ
レート３を貫通する伝熱管２と連通する一対の筒状のヘ
ッダー４とを有する熱交換器であって、上記外筒１の端
部外周面を切削により縮径し、この縮径部１２と上記エ
ンドプレート３の周囲形状を同一に形成し、上記ヘッダ
ー４の内周部４６を全体に切削し、このヘッダー４の筒
状端部の内周部４６の後部に筒心向きの環面部４７を有
する段部を形成し、上記外筒１の端面部１１を、この外
筒１と周囲形状が同一のエンドプレート３の板面に当接
させる一方、上記エンドプレート３の孔部３１に嵌入し
た上記伝熱管２の嵌入部位の径を膨らませ、膨径部２１
を形成して孔部３１との間の隙間を狭め、このエンドプ
レート３の外周部３２及び上記外筒１の端部外周面に上
記ヘッダー４の筒状端部の内周部４６を嵌合させるとと
もに、上記環面部４７に上記エンドプレート３の外面部
３４を当接させ、これら外筒１、伝熱管２、エンドプレ
ート３及びヘッダー４を全て同時かつ一体的なろう付け
により接合した構成である。上記外筒１内には一の流体
が流通し、上記伝熱管２には熱交換される他の流体が通
過する。
するため、本発明に係る熱交換器は、図１に示すよう
に、外筒１と、この外筒１内に配置される複数の伝熱管
２と、上記伝熱管２の端部が嵌入される孔部３１が設け
られ、上記外筒１の端部を閉塞する一対のエンドプレー
ト３と、上記外筒１の端部に取付けられ、上記エンドプ
レート３を貫通する伝熱管２と連通する一対の筒状のヘ
ッダー４とを有する熱交換器であって、上記外筒１の端
部外周面を切削により縮径し、この縮径部１２と上記エ
ンドプレート３の周囲形状を同一に形成し、上記ヘッダ
ー４の内周部４６を全体に切削し、このヘッダー４の筒
状端部の内周部４６の後部に筒心向きの環面部４７を有
する段部を形成し、上記外筒１の端面部１１を、この外
筒１と周囲形状が同一のエンドプレート３の板面に当接
させる一方、上記エンドプレート３の孔部３１に嵌入し
た上記伝熱管２の嵌入部位の径を膨らませ、膨径部２１
を形成して孔部３１との間の隙間を狭め、このエンドプ
レート３の外周部３２及び上記外筒１の端部外周面に上
記ヘッダー４の筒状端部の内周部４６を嵌合させるとと
もに、上記環面部４７に上記エンドプレート３の外面部
３４を当接させ、これら外筒１、伝熱管２、エンドプレ
ート３及びヘッダー４を全て同時かつ一体的なろう付け
により接合した構成である。上記外筒１内には一の流体
が流通し、上記伝熱管２には熱交換される他の流体が通
過する。
【０００９】
【００１０】また、これに加えて、上記孔部３１から突
出する上記伝熱管２の端部を拡げて拡径部２２を形成
し、この拡径部２２を上記エンドプレート３に係止させ
た構成である。
出する上記伝熱管２の端部を拡げて拡径部２２を形成
し、この拡径部２２を上記エンドプレート３に係止させ
た構成である。
【００１１】
【００１２】本発明に係る熱交換器は、上記外筒１と上
記伝熱管２との材質を同一とした構成である。また、上
記ろう付けには、ニッケルを基材とし、かつボロン及び
リンを殆どあるいは僅かしか含まないろう材を用いたこ
とである。
記伝熱管２との材質を同一とした構成である。また、上
記ろう付けには、ニッケルを基材とし、かつボロン及び
リンを殆どあるいは僅かしか含まないろう材を用いたこ
とである。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づいて説明する。この実施の形態は、熱交換器を、ヂ
ィーゼルエンジン等のＥＧＲガス冷却装置に適用したも
のである。第一の実施の形態に係る熱交換器は図１に示
すように全体が長尺状であり、流体として冷却水が流通
する外筒１、この外筒１内に配置され流体として排気ガ
スが通過する複数の伝熱管２、この伝熱管２の各端部を
嵌め入れるエンドプレート３、外筒１の左右の端部に取
付けられ上記伝熱管２と連通するヘッダー４を有する。
このＥＧＲガス冷却装置は、排気系からの排気ガスをヘ
ッダー４を介して伝熱管２を通過させ、外筒１内を流通
する冷却水によって排気ガスを適度な温度に冷却するも
のであり、これは燃焼室に吸入される混合気に含められ
て再循環する。
基づいて説明する。この実施の形態は、熱交換器を、ヂ
ィーゼルエンジン等のＥＧＲガス冷却装置に適用したも
のである。第一の実施の形態に係る熱交換器は図１に示
すように全体が長尺状であり、流体として冷却水が流通
する外筒１、この外筒１内に配置され流体として排気ガ
スが通過する複数の伝熱管２、この伝熱管２の各端部を
嵌め入れるエンドプレート３、外筒１の左右の端部に取
付けられ上記伝熱管２と連通するヘッダー４を有する。
このＥＧＲガス冷却装置は、排気系からの排気ガスをヘ
ッダー４を介して伝熱管２を通過させ、外筒１内を流通
する冷却水によって排気ガスを適度な温度に冷却するも
のであり、これは燃焼室に吸入される混合気に含められ
て再循環する。
【００１４】上記外筒１は、所定の肉厚を有する長尺状
で断面が円形の筒体であり、外筒１の筒方向と直交する
端面部１１は平坦に加工されている。外筒１の一端部近
傍の上部には冷却水が流出する流出筒７が取付けられ、
同他端部近傍の下部には冷却水の流入筒８が取付けられ
ている。
で断面が円形の筒体であり、外筒１の筒方向と直交する
端面部１１は平坦に加工されている。外筒１の一端部近
傍の上部には冷却水が流出する流出筒７が取付けられ、
同他端部近傍の下部には冷却水の流入筒８が取付けられ
ている。
【００１５】この実施の形態における伝熱管２は、円管
であり、この伝熱管２と上記外筒１とは同じ材質の、錆
びにくい金属材料が好適である。特に、ＥＧＲガス冷却
装置は耐久性が要求されるものであり、図１（ａ）に示
すように、長尺状の形態で部材間をろう付けするため、
ろう付け後に伝熱管等に残留応力が残らないよう長手方
向の伸び率を合わせる。このため、少なくとも、外筒１
と伝熱管２とは材料の組成を同じにして線膨張係数等を
統一する。この実施の形態では、伝熱管２、外筒１にス
テンレス鋼を用いて材料を統一し、熱膨張の影響を排除
した。
であり、この伝熱管２と上記外筒１とは同じ材質の、錆
びにくい金属材料が好適である。特に、ＥＧＲガス冷却
装置は耐久性が要求されるものであり、図１（ａ）に示
すように、長尺状の形態で部材間をろう付けするため、
ろう付け後に伝熱管等に残留応力が残らないよう長手方
向の伸び率を合わせる。このため、少なくとも、外筒１
と伝熱管２とは材料の組成を同じにして線膨張係数等を
統一する。この実施の形態では、伝熱管２、外筒１にス
テンレス鋼を用いて材料を統一し、熱膨張の影響を排除
した。
【００１６】上記エンドプレート３は、所定の板厚を有
する円形の板体であり、板面には上記伝熱管２を貫通す
る多数の孔部３１が設けられている。このエンドプレー
ト３の外周部３２は、径が上記外筒１の端部外周面１３
と同一に形成されている。上記ヘッダー４は、大径の筒
状端部４１を有し、ここから徐々に縮径する円錐部４４
を介して排気ガスの通過孔部４２が形成され、この通過
孔部４２には中空円盤状のフランジ部４３が径方向に設
けられている。ヘッダー４は、フランジ部４３を介し
て、ねじ溝４５にボルトを締めつけて熱交換器を排気循
環系に連結する。これら、エンドプレート３及びヘッダ
ー４についも、耐蝕性、熱膨張等を考慮してステンレス
鋼を使用した。
する円形の板体であり、板面には上記伝熱管２を貫通す
る多数の孔部３１が設けられている。このエンドプレー
ト３の外周部３２は、径が上記外筒１の端部外周面１３
と同一に形成されている。上記ヘッダー４は、大径の筒
状端部４１を有し、ここから徐々に縮径する円錐部４４
を介して排気ガスの通過孔部４２が形成され、この通過
孔部４２には中空円盤状のフランジ部４３が径方向に設
けられている。ヘッダー４は、フランジ部４３を介し
て、ねじ溝４５にボルトを締めつけて熱交換器を排気循
環系に連結する。これら、エンドプレート３及びヘッダ
ー４についも、耐蝕性、熱膨張等を考慮してステンレス
鋼を使用した。
【００１７】上記筒状端部４１には、外筒１と嵌合する
内周部４６と、この内周部４６の後部に、この内周部４
６と直交し筒心方向に所定幅の環面部４７を有する段部
４８が形成されている。この環面部４７は、エンドプレ
ート３の外面部３４に当接する。上記筒状端部４１の内
周部４６は、上記外筒１の端部外周面１３及びエンドプ
レート３の外周部３２と嵌合するよう加工されている。
さらにこの実施の形態では、上記外筒１、エンドプレー
ト３及びヘッダー４の配置を、図２に示すように、外筒
１の端面部１１をエンドプレート３の内面部３３に当接
させた形態とし、これらにヘッダー４の筒状端部４１を
嵌合する。
内周部４６と、この内周部４６の後部に、この内周部４
６と直交し筒心方向に所定幅の環面部４７を有する段部
４８が形成されている。この環面部４７は、エンドプレ
ート３の外面部３４に当接する。上記筒状端部４１の内
周部４６は、上記外筒１の端部外周面１３及びエンドプ
レート３の外周部３２と嵌合するよう加工されている。
さらにこの実施の形態では、上記外筒１、エンドプレー
ト３及びヘッダー４の配置を、図２に示すように、外筒
１の端面部１１をエンドプレート３の内面部３３に当接
させた形態とし、これらにヘッダー４の筒状端部４１を
嵌合する。
【００１８】具体的には、エンドプレート３の孔部３１
に伝熱管２の一端部を挿通した状態で、これら伝熱管２
を外筒１内に嵌め入れ、外筒１の他端から突出した伝熱
管２の他端部を別のエンドプレート３に挿通する。そし
て、外筒１の端面部１１にエンドプレート３の内面部３
３を当接させる。このとき、外筒１の端部外周面１３と
エンドプレート３の外周部３２とは外径形状は一致す
る。次に、ヘッダー４の筒状端部４１の内周部４６を、
エンドプレート３の外周部３２から外筒１の端部外周面
１３にかけて嵌め込む。
に伝熱管２の一端部を挿通した状態で、これら伝熱管２
を外筒１内に嵌め入れ、外筒１の他端から突出した伝熱
管２の他端部を別のエンドプレート３に挿通する。そし
て、外筒１の端面部１１にエンドプレート３の内面部３
３を当接させる。このとき、外筒１の端部外周面１３と
エンドプレート３の外周部３２とは外径形状は一致す
る。次に、ヘッダー４の筒状端部４１の内周部４６を、
エンドプレート３の外周部３２から外筒１の端部外周面
１３にかけて嵌め込む。
【００１９】すると、図２（ｂ）に示すように、外筒１
がエンドプレート３に当接（接合部Ｃ）した状態で、ヘ
ッダー４の内周部４６は、エンドプレート３の外周部３
２（接合部Ｂ）、及び外筒１の端部外周面１３（接合部
Ａ）と嵌合状態で接する。また、エンドプレート３の外
面部３４はヘッダー４の環面部４７に当接（接合部Ｄ）
する。外筒１の他端部についても同様に組立ててヘッダ
ー４を嵌合する。こうして、構成部材が仮固定された状
態の熱交換器を得る。この状態で、熱交換器のろう付け
を行うが、ろう材を付着するのは、上記組立ての途中及
び組立の後に適宜行う。この実施の形態では、Ｎｉ−Ｃ
ｒ−Ｓｉ系でかつＢ（ボロン），Ｐ（リン）を含まない
ろう材を用い、真空ろう付けにより接合した。
がエンドプレート３に当接（接合部Ｃ）した状態で、ヘ
ッダー４の内周部４６は、エンドプレート３の外周部３
２（接合部Ｂ）、及び外筒１の端部外周面１３（接合部
Ａ）と嵌合状態で接する。また、エンドプレート３の外
面部３４はヘッダー４の環面部４７に当接（接合部Ｄ）
する。外筒１の他端部についても同様に組立ててヘッダ
ー４を嵌合する。こうして、構成部材が仮固定された状
態の熱交換器を得る。この状態で、熱交換器のろう付け
を行うが、ろう材を付着するのは、上記組立ての途中及
び組立の後に適宜行う。この実施の形態では、Ｎｉ−Ｃ
ｒ−Ｓｉ系でかつＢ（ボロン），Ｐ（リン）を含まない
ろう材を用い、真空ろう付けにより接合した。
【００２０】このように、ヘッダー４の内周部４６と、
エンドプレート３の外周部３２及び外筒１の端部外周面
１３との接合部に、ろう付けのためのクリアランス、接
合面積及び荷重等に対する最適な形態を形成し、ろう付
け強度を確保する。併せて、外筒１とエンドプレート３
の外周部３２、及びヘッダー４の環面部４７とエンドプ
レート３の外面部３４の各当接部における、ろう付けの
ためのクリアランスを最小にして強度を確保する。ろう
付けの個所は、上記接合部Ａ〜Ｄの部位、及び伝熱管２
とエンドプレート３の孔部３１との接合部であり、ろう
付けは全て同時かつ一体的に行う。
エンドプレート３の外周部３２及び外筒１の端部外周面
１３との接合部に、ろう付けのためのクリアランス、接
合面積及び荷重等に対する最適な形態を形成し、ろう付
け強度を確保する。併せて、外筒１とエンドプレート３
の外周部３２、及びヘッダー４の環面部４７とエンドプ
レート３の外面部３４の各当接部における、ろう付けの
ためのクリアランスを最小にして強度を確保する。ろう
付けの個所は、上記接合部Ａ〜Ｄの部位、及び伝熱管２
とエンドプレート３の孔部３１との接合部であり、ろう
付けは全て同時かつ一体的に行う。
【００２１】この実施の形態における技術は、上記接合
形態（接合部Ａ〜Ｄ）、特に接合部Ａ，Ｂによる筒周囲
方向の接合形態を採用して、ろう付けのための好適な形
態のクリアランスを形成するとともに、これによりろう
付けの強度を確保し、併せて、伝熱管２、エンドプレー
ト３、外筒１及びヘッダー４の全てを同時かつ一体的に
ろう付けし、これにより残留応力の発生を防止する点に
ある。ろう付けは、他に外筒１に設けられる冷却水の流
出筒７及び流入筒８についても同時に行う。この場合、
Ｎｉ（ニッケル）を基材としかつＢ（ボロン）及びＰ
（リン）を殆どあるいは僅かしか含まないろう材は、Ｅ
ＧＲガスによる酸の影響を受けないので好適である。
形態（接合部Ａ〜Ｄ）、特に接合部Ａ，Ｂによる筒周囲
方向の接合形態を採用して、ろう付けのための好適な形
態のクリアランスを形成するとともに、これによりろう
付けの強度を確保し、併せて、伝熱管２、エンドプレー
ト３、外筒１及びヘッダー４の全てを同時かつ一体的に
ろう付けし、これにより残留応力の発生を防止する点に
ある。ろう付けは、他に外筒１に設けられる冷却水の流
出筒７及び流入筒８についても同時に行う。この場合、
Ｎｉ（ニッケル）を基材としかつＢ（ボロン）及びＰ
（リン）を殆どあるいは僅かしか含まないろう材は、Ｅ
ＧＲガスによる酸の影響を受けないので好適である。
【００２２】上記仮固定状態の熱交換器を、所定のろう
付け温度に保持してろう付けする。ろう付けされたろう
は、上記接合部Ａ、Ｂ、Ｃ、及び接合部Ｄにそれぞれ浸
透、充填され各接合部位を接合する。上記接合部Ａと接
合部Ｂとは、剪断荷重が加わる形態的であり、上述した
ように、ろう付け強度は剪断荷重には強く、上記ヘッダ
ー４の内周部４６が、エンドプレート３と外筒１とに接
する形態により強固なろう付け構造が得られる。また上
記接続形態においては、ヘッダー４を仮固定する際、両
ヘッダー４を中央方向に押圧することにより、ヘッダー
４とエンドプレート３との接合部Ｄ、及びエンドプレー
ト３と外筒１との接合部Ｂのクリアランスが最小の状態
となり、ろう付けに好適である。
付け温度に保持してろう付けする。ろう付けされたろう
は、上記接合部Ａ、Ｂ、Ｃ、及び接合部Ｄにそれぞれ浸
透、充填され各接合部位を接合する。上記接合部Ａと接
合部Ｂとは、剪断荷重が加わる形態的であり、上述した
ように、ろう付け強度は剪断荷重には強く、上記ヘッダ
ー４の内周部４６が、エンドプレート３と外筒１とに接
する形態により強固なろう付け構造が得られる。また上
記接続形態においては、ヘッダー４を仮固定する際、両
ヘッダー４を中央方向に押圧することにより、ヘッダー
４とエンドプレート３との接合部Ｄ、及びエンドプレー
ト３と外筒１との接合部Ｂのクリアランスが最小の状態
となり、ろう付けに好適である。
【００２３】一般にＢ、Ｐ等を含むろう材は、これら
Ｂ，Ｐが母材中に拡散して合金を形成し排気ガスの影響
を受けて腐食し易い。この実施の形態では、上記Ｂ，Ｐ
を含まない、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｓｉ系のろう材を用いたが、
このろう材は上記腐食環境に影響されないので好適であ
る。また、長尺部材である外筒１、伝熱管２等の材質を
統一して、ろう付け時の各部材の線膨張の影響がないよ
うにしているので、ろう付け終了時に温度が降下しても
構成部材には残留応力が生じない。またろう材自体の腐
食がなく、ろう付け後の母材への影響もないため、どん
な使用環境にも対応可能であり、耐久性が向上し耐久寿
命も長い。
Ｂ，Ｐが母材中に拡散して合金を形成し排気ガスの影響
を受けて腐食し易い。この実施の形態では、上記Ｂ，Ｐ
を含まない、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｓｉ系のろう材を用いたが、
このろう材は上記腐食環境に影響されないので好適であ
る。また、長尺部材である外筒１、伝熱管２等の材質を
統一して、ろう付け時の各部材の線膨張の影響がないよ
うにしているので、ろう付け終了時に温度が降下しても
構成部材には残留応力が生じない。またろう材自体の腐
食がなく、ろう付け後の母材への影響もないため、どん
な使用環境にも対応可能であり、耐久性が向上し耐久寿
命も長い。
【００２４】また、上記接合構成（接合部Ａ〜Ｄ）の採
用により、ろう付けする各部材同士は必ず接触するた
め、理論上ろう付け部のクリアランスはゼロになるが、
面粗度の関係で実質的に最小のクリアランスに確保でき
ることになり、このため上記脆化相の発生が軽減され、
ろう付け強度が確保できる。加えて、伝熱管２、エンド
プレート３、外筒１及びヘッダー４の同時かつ一体的な
ろう付けにより、伝熱管２等に残留応力が残らないの
で、耐久性、耐蝕性に優れる。
用により、ろう付けする各部材同士は必ず接触するた
め、理論上ろう付け部のクリアランスはゼロになるが、
面粗度の関係で実質的に最小のクリアランスに確保でき
ることになり、このため上記脆化相の発生が軽減され、
ろう付け強度が確保できる。加えて、伝熱管２、エンド
プレート３、外筒１及びヘッダー４の同時かつ一体的な
ろう付けにより、伝熱管２等に残留応力が残らないの
で、耐久性、耐蝕性に優れる。
【００２５】次に、第二の実施の形態に係る熱交換器を
説明する。この実施の形態においては、下記に記載した
形態以外については、上記第一の実施の形態と同様であ
るのでここでの説明は省略する。
説明する。この実施の形態においては、下記に記載した
形態以外については、上記第一の実施の形態と同様であ
るのでここでの説明は省略する。
【００２６】図３は、第二の実施の形態に係る熱交換器
の説明図である。断面が円形の外筒１の端部近傍の外周
面には、径が環状に切削された縮径部１２が形成されて
いる。ヘッダー４の内周部４６についても周囲面を全体
に切削し、またヘッダー４の環面部４７の表面も全体に
切削して、外筒１との密着性を良くしている。また、エ
ンドプレート３の孔部３１に嵌合後、伝熱管２には、こ
の嵌合部位の径を少し膨らませた膨径部２１、及びこの
膨径部２１の外側端部を拡げた拡径部２２が形成され
る。この実施の形態においても、上記外筒１、伝熱管２
及びエンドプレート３の各部材の配置形態は、上記第一
の実施の形態と同様である。
の説明図である。断面が円形の外筒１の端部近傍の外周
面には、径が環状に切削された縮径部１２が形成されて
いる。ヘッダー４の内周部４６についても周囲面を全体
に切削し、またヘッダー４の環面部４７の表面も全体に
切削して、外筒１との密着性を良くしている。また、エ
ンドプレート３の孔部３１に嵌合後、伝熱管２には、こ
の嵌合部位の径を少し膨らませた膨径部２１、及びこの
膨径部２１の外側端部を拡げた拡径部２２が形成され
る。この実施の形態においても、上記外筒１、伝熱管２
及びエンドプレート３の各部材の配置形態は、上記第一
の実施の形態と同様である。
【００２７】エンドプレート３は、周囲が上記外筒１の
縮径部１２の外周と同一の径に加工形成され、上記ヘッ
ダー４の内周部４６には、エンドプレート３の外周部３
２及び外筒１の上記縮径部１２が嵌合する。通常、管の
素材をそのまま外筒１として用いた場合、その外径サイ
ズは方向により径が異なる等の製造誤差がある。このた
め、エンドプレート３の外周部３２を外筒１の外径より
少し小さく形成する一方、外筒１の端部外周面１３を機
械加工により環状に切削し、エンドプレート３の外周部
３２と同一形状に形成する。同様に、ヘッダー４の内周
部４６及び環面部４７についても内径等を小さく形成し
ておき、これらを機械加工により外筒１及びエンドプレ
ート３とが密着して好適なクリアランスが得られるよう
切削する。これにより、ヘッダー４の内周部４６と、エ
ンドプレート３の外周部３２及び外筒１の縮径部１２と
の間のクリアランスを低減し、環面部４７についてもク
リアランスを低減する。特に、廉価なシーム管等の精度
が低い材料を外筒１として用いる場合には、縮径部１２
の加工は効果的である。
縮径部１２の外周と同一の径に加工形成され、上記ヘッ
ダー４の内周部４６には、エンドプレート３の外周部３
２及び外筒１の上記縮径部１２が嵌合する。通常、管の
素材をそのまま外筒１として用いた場合、その外径サイ
ズは方向により径が異なる等の製造誤差がある。このた
め、エンドプレート３の外周部３２を外筒１の外径より
少し小さく形成する一方、外筒１の端部外周面１３を機
械加工により環状に切削し、エンドプレート３の外周部
３２と同一形状に形成する。同様に、ヘッダー４の内周
部４６及び環面部４７についても内径等を小さく形成し
ておき、これらを機械加工により外筒１及びエンドプレ
ート３とが密着して好適なクリアランスが得られるよう
切削する。これにより、ヘッダー４の内周部４６と、エ
ンドプレート３の外周部３２及び外筒１の縮径部１２と
の間のクリアランスを低減し、環面部４７についてもク
リアランスを低減する。特に、廉価なシーム管等の精度
が低い材料を外筒１として用いる場合には、縮径部１２
の加工は効果的である。
【００２８】また、通常エンドプレート３の孔部３１に
伝熱管２を挿通させる場合、伝熱管２の径を孔部３１の
径より少し細くした方が挿通作業が容易である。このた
め、この実施の形態では、伝熱管２の径と孔部３１の径
との間に少しギャップを設けて、先ず伝熱管２を孔部３
１に挿通する作業を行い熱交換部を組み立てる。その
後、管の径を拡げる工具を用いて伝熱管２の挿通部位の
径を膨出させ、孔部３１との間の隙間を狭めてろう付け
のための好適なクリアランスを確保する。さらに工具を
用いて、このエンドプレート３から突き出た伝熱管２の
膨径部２１の端部を拡径し、この拡径部２２をエンドプ
レート３に係止させる。この状態では、外筒１の両端面
部１１は、伝熱管２を係止したエンドプレート３が密着
してクリアランスは最小の状態に維持される。また、熱
交換部１，２，３の固定（仮固定）が確実に行えてろう
付けが良好な状態で行える。
伝熱管２を挿通させる場合、伝熱管２の径を孔部３１の
径より少し細くした方が挿通作業が容易である。このた
め、この実施の形態では、伝熱管２の径と孔部３１の径
との間に少しギャップを設けて、先ず伝熱管２を孔部３
１に挿通する作業を行い熱交換部を組み立てる。その
後、管の径を拡げる工具を用いて伝熱管２の挿通部位の
径を膨出させ、孔部３１との間の隙間を狭めてろう付け
のための好適なクリアランスを確保する。さらに工具を
用いて、このエンドプレート３から突き出た伝熱管２の
膨径部２１の端部を拡径し、この拡径部２２をエンドプ
レート３に係止させる。この状態では、外筒１の両端面
部１１は、伝熱管２を係止したエンドプレート３が密着
してクリアランスは最小の状態に維持される。また、熱
交換部１，２，３の固定（仮固定）が確実に行えてろう
付けが良好な状態で行える。
【００２９】このように、伝熱管２等を組付けた外筒１
の両端の縮径部１２及びエンドプレート３の外周部３２
に、上記ヘッダー４の内周部４６を嵌合し、同時にヘッ
ダー４の環面部４７をエンドプレート３の外面部３４に
当接させる。このようにして、図３（ｂ）に示すよう
に、外筒１がエンドプレート３に当接（接合部Ｃ）した
状態で、ヘッダー４の内周部４６は、エンドプレート３
の外周部３２（接合部Ｂ）、及び外筒１の縮径部１２
（接合部Ａ）と嵌合状態で接し、また、エンドプレート
３の外面部３４はヘッダー４の環面部４７に当接（接合
部Ｄ）する。そして、上記第一の実施の形態と同様にろ
う付けを行う。
の両端の縮径部１２及びエンドプレート３の外周部３２
に、上記ヘッダー４の内周部４６を嵌合し、同時にヘッ
ダー４の環面部４７をエンドプレート３の外面部３４に
当接させる。このようにして、図３（ｂ）に示すよう
に、外筒１がエンドプレート３に当接（接合部Ｃ）した
状態で、ヘッダー４の内周部４６は、エンドプレート３
の外周部３２（接合部Ｂ）、及び外筒１の縮径部１２
（接合部Ａ）と嵌合状態で接し、また、エンドプレート
３の外面部３４はヘッダー４の環面部４７に当接（接合
部Ｄ）する。そして、上記第一の実施の形態と同様にろ
う付けを行う。
【００３０】この実施の形態においても上記第一の実施
の形態と同様、ろう付け強度、耐久性、耐蝕性に優れた
効果が得られ、また、特に外筒１の縮径部１２とヘッダ
ー４の内周部４６との密着性、及び、伝熱管２とエンド
プレート３との密着性、が良好であるため、ろう付けに
おける脆化相が抑制され、上記α相を主体とした靱性の
強固な接合が行える。
の形態と同様、ろう付け強度、耐久性、耐蝕性に優れた
効果が得られ、また、特に外筒１の縮径部１２とヘッダ
ー４の内周部４６との密着性、及び、伝熱管２とエンド
プレート３との密着性、が良好であるため、ろう付けに
おける脆化相が抑制され、上記α相を主体とした靱性の
強固な接合が行える。
【００３１】図４は、第三の実施の形態に係る熱交換器
を示すものである。これは、外筒１、伝熱管２及びエン
ドプレート３の各部材の形態及び配置は、上記第二の実
施の形態と同様である。この実施の形態では、ヘッダー
４の配置が異なり、ヘッダー４の環面部４７は、エンド
プレート３の外面部３４に当接させることなく両者間に
遊びとしての隙間Ｓを形成する。通常、経路途中に連結
する熱交換器は、ヘッダー４間の寸法は所定のサイズに
規定される。このため例えば熱交換部１，２，３として
のエンドプレート３間の寸法に誤差がある場合には、上
記隙間Ｓを加減してヘッダー４を取付けることにより、
所定の規定サイズを維持することができる。
を示すものである。これは、外筒１、伝熱管２及びエン
ドプレート３の各部材の形態及び配置は、上記第二の実
施の形態と同様である。この実施の形態では、ヘッダー
４の配置が異なり、ヘッダー４の環面部４７は、エンド
プレート３の外面部３４に当接させることなく両者間に
遊びとしての隙間Ｓを形成する。通常、経路途中に連結
する熱交換器は、ヘッダー４間の寸法は所定のサイズに
規定される。このため例えば熱交換部１，２，３として
のエンドプレート３間の寸法に誤差がある場合には、上
記隙間Ｓを加減してヘッダー４を取付けることにより、
所定の規定サイズを維持することができる。
【００３２】上記隙間Ｓを有する形態であっても、外筒
１とヘッダー４との接合部Ａ、エンドプレート３とヘッ
ダー４との接合部Ｂ、及び外筒１とエンドプレート３と
の接合部Ｃは、それぞれ最適なクリアランスが確保で
き、このため、ろう付けは良好かつ強固に行われ、特に
接合部Ａ及び接合部Ｂの接合により、これら部位に必要
な剪断荷重に対する強度は十分に確保できる。従ってこ
の実施の形態おいても、上記実施の形態と同様、ろう付
け強度が確保でき、耐久性、耐蝕性にも優れた効果が得
られるとともに、熱交換器としての規定寸法を容易に維
持できる。
１とヘッダー４との接合部Ａ、エンドプレート３とヘッ
ダー４との接合部Ｂ、及び外筒１とエンドプレート３と
の接合部Ｃは、それぞれ最適なクリアランスが確保で
き、このため、ろう付けは良好かつ強固に行われ、特に
接合部Ａ及び接合部Ｂの接合により、これら部位に必要
な剪断荷重に対する強度は十分に確保できる。従ってこ
の実施の形態おいても、上記実施の形態と同様、ろう付
け強度が確保でき、耐久性、耐蝕性にも優れた効果が得
られるとともに、熱交換器としての規定寸法を容易に維
持できる。
【００３３】尚、上記各実施の形態に係る熱交換器は、
他に、温度の異なる流体の熱エネルギーを交換する装
置、例えば冷却器、加熱器、凝縮器等に適用できる。
他に、温度の異なる流体の熱エネルギーを交換する装
置、例えば冷却器、加熱器、凝縮器等に適用できる。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る熱交
換器によれば、外筒の端面部を、この外筒と周囲形状が
同一のエンドプレートの板面に当接させる一方、このエ
ンドプレートの外周部及び外筒の端部外周面にヘッダー
の筒状端部の内周部を嵌合させるとともに、これら部材
同士をろう付けにより接合した構成としたから、ろう付
けする各部品が必ず接触して面粗度の範囲で最小クリア
ランスが確保でき、ろう付けが強固に行え、さらに外筒
とエンドプレートとはヘッダーとの間に剪断強度が確保
される。また、外筒、伝熱管、エンドプレート及びヘッ
ダーを含めた一体ろう付けにより、伝熱管等に残留応力
が残らないので、耐久性、耐蝕性にも優れ品質も安定す
るという効果がある。
換器によれば、外筒の端面部を、この外筒と周囲形状が
同一のエンドプレートの板面に当接させる一方、このエ
ンドプレートの外周部及び外筒の端部外周面にヘッダー
の筒状端部の内周部を嵌合させるとともに、これら部材
同士をろう付けにより接合した構成としたから、ろう付
けする各部品が必ず接触して面粗度の範囲で最小クリア
ランスが確保でき、ろう付けが強固に行え、さらに外筒
とエンドプレートとはヘッダーとの間に剪断強度が確保
される。また、外筒、伝熱管、エンドプレート及びヘッ
ダーを含めた一体ろう付けにより、伝熱管等に残留応力
が残らないので、耐久性、耐蝕性にも優れ品質も安定す
るという効果がある。
【００３５】本発明に係る熱交換器は、外筒の端部外周
面を切削により縮径した構成としたから、外筒の加工精
度にばらつきがあってもヘッダーとの間の接合クリアラ
ンスを良好に維持することができ、さらにろう付けが強
固に行えるという効果がある。また、ヘッダーの内周部
を全体に切削した構成としたから、さらに外筒及びエン
ドプレートとの接合クリアランスを良好に維持できると
いう効果がある。
面を切削により縮径した構成としたから、外筒の加工精
度にばらつきがあってもヘッダーとの間の接合クリアラ
ンスを良好に維持することができ、さらにろう付けが強
固に行えるという効果がある。また、ヘッダーの内周部
を全体に切削した構成としたから、さらに外筒及びエン
ドプレートとの接合クリアランスを良好に維持できると
いう効果がある。
【００３６】本発明に係る熱交換器は、エンドプレート
の孔部に嵌入した伝熱管の嵌入部位の径を膨らませて膨
径部を形成した構成としたから、伝熱管の挿通が容易に
行えるとともに、エンドプレートの孔部との間の接合ク
リアランスを最小の状態に維持することができ、ろう付
けが強固に行える。また、孔部から突出する伝熱管の端
部を拡げて拡径部を形成し、これをエンドプレートに係
止させる構成としたから、外筒にエンドプレートが密着
して接合クリアランスが良好に維持され、併せて、ろう
付けの際に熱交換部が確実に固定されるので、ろう付け
が良好な状態で行えるという効果がある。
の孔部に嵌入した伝熱管の嵌入部位の径を膨らませて膨
径部を形成した構成としたから、伝熱管の挿通が容易に
行えるとともに、エンドプレートの孔部との間の接合ク
リアランスを最小の状態に維持することができ、ろう付
けが強固に行える。また、孔部から突出する伝熱管の端
部を拡げて拡径部を形成し、これをエンドプレートに係
止させる構成としたから、外筒にエンドプレートが密着
して接合クリアランスが良好に維持され、併せて、ろう
付けの際に熱交換部が確実に固定されるので、ろう付け
が良好な状態で行えるという効果がある。
【００３７】また、本発明に係る熱交換器は、ヘッダー
の筒状端部の内周部の後部に筒心向きの環面部を有する
段部を形成し、この環面部にエンドプレートの外面部を
当接させたから、ヘッダーとエンドプレート、及びエン
ドプレートと外筒との各接合部が最小のクリアランスに
維持され、好適にろう付けが行えるという効果がある。
の筒状端部の内周部の後部に筒心向きの環面部を有する
段部を形成し、この環面部にエンドプレートの外面部を
当接させたから、ヘッダーとエンドプレート、及びエン
ドプレートと外筒との各接合部が最小のクリアランスに
維持され、好適にろう付けが行えるという効果がある。
【００３８】また、本発明に係る熱交換器は、外筒と伝
熱管との材質を同一としたから、筒方向の線膨張が同じ
になり、ろう付けの際の残留応力の発生が防止され、特
に長尺の熱交換器では効果が大きい。上記ろう付けに
は、ニッケルを基材とし、かつボロン及びリンを殆どあ
るいは僅かしか含まないろう材を用いたから、耐蝕性に
特に優れるという効果がある。
熱管との材質を同一としたから、筒方向の線膨張が同じ
になり、ろう付けの際の残留応力の発生が防止され、特
に長尺の熱交換器では効果が大きい。上記ろう付けに
は、ニッケルを基材とし、かつボロン及びリンを殆どあ
るいは僅かしか含まないろう材を用いたから、耐蝕性に
特に優れるという効果がある。
【図１】本発明の実施の形態に係る熱交換器の（ａ）は
正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は部分断面図をそれぞ
れ示す。
正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は部分断面図をそれぞ
れ示す。
【図２】第一の実施の形態に係る熱交換器の（ａ）は部
分分解図、（ｂ）部分断面図を示す。
分分解図、（ｂ）部分断面図を示す。
【図３】第二の実施の形態に係る熱交換器の（ａ）は部
分分解図、（ｂ）部分断面図を示す。
分分解図、（ｂ）部分断面図を示す。
【図４】第三の実施の形態に係る部分断面図である。
【図５】従来例に係る熱交換器の（ａ）は正面図、
（ｂ）は溶接等による部分断面図、（ｃ）はヘッダーを
取付けた部分断面図、（ｄ）はボルト締めによる部分断
面図をそれぞれ示す。
（ｂ）は溶接等による部分断面図、（ｃ）はヘッダーを
取付けた部分断面図、（ｄ）はボルト締めによる部分断
面図をそれぞれ示す。
【図６】ろう付け部の断面の説明図である。
１ 外筒
２ 伝熱管
３ エンドプレート
４ ヘッダー
１１ 端面部
２１ 膨径部
２２ 拡径部
３１ 孔部
３２ 外周部
３４ 外面部
４６ 内周部
４７ 環面部
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平９−310996（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−133491（ＪＰ，Ａ)
特開2000−54916（ＪＰ，Ａ)
特開2000−282963（ＪＰ，Ａ)
特開2000−283663（ＪＰ，Ａ)
特開2000−240514（ＪＰ，Ａ)
特開2000−107883（ＪＰ，Ａ)
特開2000−213424（ＪＰ，Ａ)
特開2000−87812（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F28F 9/18
F02M 25/07 580
F28D 7/16
F28F 9/00 311
F28F 9/02 301
Claims (4)
- 【請求項１】 外筒（１）と、 この外筒（１）内に配置される複数の伝熱管（２）と、 上記伝熱管（２）の端部が嵌入される孔部（３１）が設
けられ、上記外筒（１）の端部を閉塞する一対のエンド
プレート（３）と、 上記外筒（１）の端部に取付けられ、上記エンドプレー
ト（３）を貫通する伝熱管（２）と連通する一対の筒状
のヘッダー（４）とを有する熱交換器であって、上記外筒（１）の端部外周面を切削により縮径し、この
縮径部（１２）と上記エンドプレート（３）の周囲形状
を同一に形成し、 上記ヘッダー（４）の内周部（４６）を全体に切削し、
このヘッダー（４）の筒状端部の内周部（４６）の後部
に筒心向きの環面部（４７）を有する段部を形成し、 上記外筒（１）の端面部（１１）を、この外筒（１）と
周囲形状が同一のエンドプレート（３）の板面に当接さ
せる一方、上記エンドプレート（３）の孔部（３１）に
嵌入した上記伝熱管（２）の嵌入部位の径を膨らませ、
膨径部（２１）を形成して孔部（３１）との間の隙間を
狭め、このエンドプレート（３）の外周部（３２）及び
上記外筒（１）の端部外周面に上記ヘッダー（４）の筒
状端部の内周部（４６）を嵌合させるとともに、上記環
面部（４７）に上記エンドプレート（３）の外面部（３
４）を当接させ、これら外筒（１）、伝熱管（２）、エ
ンドプレート（３）及びヘッダー（４）を全て同時かつ
一体的なろう付けにより接合したことを特徴とする熱交
換器。 - 【請求項２】 上記孔部（３１）から突出する上記伝熱
管（２）の端部を拡げて拡径部（２２）を形成し、この
拡径部（２２）を上記エンドプレート（３）に係止させ
たことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。 - 【請求項３】 上記外筒（１）と上記伝熱管（２）との
材質を同一としたことを特徴とする請求項１又は請求項
２に記載の熱交換器。 - 【請求項４】 上記ろう付けには、ニッケルを基材と
し、かつボロン及びリンを殆どあるいは僅かしか含まな
いろう材を用いたことを特徴とする請求項１、２又は請
求項３に記載の熱交換器。
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