JP2018146145A - 熱交換器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被加熱流体が流れる流路管の加工精度の許容範囲を大きくすることができると共に、熱交換効率と耐久性に優れる熱交換器を提供する。【解決手段】被加熱流体が流れる扁平管２が無隔壁で形成され、複数の扁平管２が相互に間隔を開けて並設され、複数のフィン３が扁平管２の軸方向に間隔を開けて配設されると共に、複数のフィン３の貫通穴３１を複数の扁平管２が貫通するように設けられ、フィン３・３相互間に位置する扁平管２の部分に周方向に延びる膨出部２２が形成され、膨出部２２の根元２２１がフィン３の貫通穴３１の周縁を押圧して扁平管２がフィン３に固定され、複数の扁平管２が加熱流体の流通管４を横切るように配置される熱交換器１。【選択図】図３

Description

本発明は、例えば自動車の内燃機関の排気等の加熱流体と被加熱流体との熱交換を行う熱交換器及びその製造方法に関する。

従来、自動車の内燃機関で発生した排気と被加熱流体との熱交換を行う熱交換器として、被加熱流体が流れる複数の扁平管を間隔を開けて並列配置し、複数の扁平管を接続するフィンを設け、扁平管の扁平した部分とフィンで熱交換面積を増加させ、熱交換効率を高めた熱交換器が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１６−１１４３３１号公報

ところで、図１０（ａ）に示すように、複数の扁平管１０１を間隔を開けて並列配置し、これらの扁平管１０１を共通するフィン１０４の挿通穴１０５に挿通し、扁平管１０１とフィン１０４の挿通穴１０５の周縁部をろう付けや溶接で接合する構造では、扁平管１０１に溶接歪による隙間１０２がある場合には当該部分で接合して固定することができないと共に、扁平管１０１とフィン１０４が密着しない隙間１０２が大きい場合には熱伝導も大きく低下してしまう。また、図１０（ｂ）に示すように、扁平管１０１の扁平面の面形状が悪いため隙間１０３がある場合にも、同様の問題を生ずる。

即ち、被加熱流体が流れる流路管とフィンをろう付けや溶接で固定する構造では、流路管とフィンの固定の強度や安定性が流路管の加工精度に大きく左右されてしまう。更に、流路管の加工精度が低く流路管とフィンとの間に密着しない大きな部分が生ずると、フィンで熱交換面積を増加させても熱伝導が大きく低下してしまい、熱交換効率が大幅に低下してしまう。また、このような密着できない大きな部分が生ずると流路管とフィンの固定も弱くなり、耐久性も低下してしまう。そのため、流路管の加工精度の許容範囲が大きく、熱交換効率と耐久性に優れる熱交換器が求められている。

本発明は上記課題に鑑み提案するものであって、流路管の加工精度の許容範囲を大きくすることができると共に、熱交換効率と耐久性に優れる熱交換器及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の熱交換器は、被加熱流体が流れる流路管が無隔壁で形成され、複数の前記流路管が相互に間隔を開けて並設され、複数のフィンが前記流路管の軸方向に間隔を開けて配設されると共に、前記複数の前記フィンの貫通穴を前記複数の前記流路管が貫通するように設けられ、前記フィン相互間に位置する前記流路管の部分に周方向に延びる膨出部が形成され、前記膨出部の根元が前記フィンの前記貫通穴の周縁を押圧して前記流路管が前記フィンに固定され、前記複数の前記流路管が加熱流体の流通管を横切るように配置されることを特徴とする。
これによれば、流路管に周方向に延びる膨出部を形成し、膨出部の根元でフィンの貫通穴の周縁を押圧して流路管をフィンに固定することにより、流路管に厳密な加工精度が要求されず、フィンと固定する流路管の加工精度の許容範囲を大きくすることができ、ひいては歩留まりを向上することができる。また、途中で途切れずに周方向に延びる膨出部の根元でフィンの貫通穴の周縁を押圧して流路管をフィンに固定する構造では、流路管とフィンとの間に密着しない大きな部分が生ずることなく、流路管とフィンとの境界部分で熱伝導が低下することを防止することができ、熱交換効率を高めることができる。また、流路管とフィンとの間に密着しない大きな部分が生ずることないことから、流路管とフィンとの固定強度が高くなり、耐久性も向上することができる。

本発明の熱交換器は、前記加熱流体が自動車の内燃機関の排気であると共に、前記フィン相互の間隔が１．０ｍｍ〜２０ｍｍ、前記流路管の管路断面積が７．０ｍｍ^２〜１５００ｍｍ^２、前記膨出部の外端と前記膨出部の根元との高さの差が０．１ｍｍ〜２０ｍｍであることを特徴とする。
これによれば、フィン相互の間隔を１．０ｍｍ〜２０ｍｍとすることにより、所要の熱交換を確保することができると共に、フィンの密集で排気流路が狭まって排気の圧力損失、背圧の上昇が生ずることを防止し、自動車の内燃機関の排気効率、吸気効率、燃焼効率を高めることができる。また、扁平管の管路断面積を７．０ｍｍ^２〜１５００ｍｍ^２、膨出部の外端と膨出部の根元との高さの差を０．１ｍｍ〜２０ｍｍとすることにより、被加熱流体に所要の大きさの乱流を発生させ、熱交換を促進させることができる。

本発明の熱交換器は、前記流路管が扁平管であり、複数の前記扁平管が扁平面を対向するようにして間隔を開けて並設され、前記扁平管の前記扁平面が加熱流体の流通方向に沿って配置されると共に、前記膨出部が少なくとも両側の前記扁平面の幅の略全長に亘って膨出するように形成されていることを特徴とする。
これによれば、被加熱流体が流れる流路管を扁平管とし、その扁平面を加熱流体の流通方向に沿って配置することにより、伝熱面積を広げて加熱流体と被加熱流体の熱交換を促進させることができる。また、膨出部を少なくとも両側の扁平面の幅の略全長に亘って形成することにより、扁平管とフィンの十分な密着領域を確保することができ、扁平管とフィンの境界部分での熱伝導の低下を確実に防止し、熱交換効率を向上することができる。また、扁平管とフィンの十分な密着領域が確保されると共に、両側の扁平面の膨出部が押圧するフィンの貫通穴の部分で両側から線状に押圧され挟持されるようにして扁平管がフィンに固定されることから、扁平管とフィンとの固定強度をより高め、耐久性を一層向上することができる。

本発明の熱交換器は、前記扁平管に別体の敷居部材が設けられ、前記敷居部材の前記扁平管の長さよりも短い敷居部が前記扁平管に挿設され、前記敷居部の仕切りで前記扁平管内に前記扁平管の長さよりも長い被加熱流体の流路が形成されていることを特徴とする。
これによれば、扁平管の長さよりも長い被加熱流体の流路を形成することができ、熱交換効率を一層高めることができる。

本発明の熱交換器は、前記別体の敷居部材が複数設けられ、前記扁平管の長軸方向に間隔を開けて前記敷居部が挿設されると共に、前記敷居部が前記扁平管の一方の端部側と他方の端部側から交互に挿設され、複数の前記敷居部の仕切りで前記扁平管内に被加熱流体の蛇行流路が形成されていることを特徴とする。
これによれば、高い加熱が求められる被加熱流体に対する熱交換器を簡単に構成することができ、熱交換効率をより一層高めることができると共に、熱交換効率の異なる熱交換器に容易に変更できる柔軟性の高い熱交換器とすることができる。

本発明の熱交換器の製造方法は、本発明の熱交換器を製造する製造方法であって、間隔を開けて配置した複数のフィンの対応位置にある貫通穴に無隔壁で管状のワークを挿入し、前記複数の前記フィンの貫通穴に複数の前記管状のワークを貫通させる第１工程と、前記管状のワークの一方の端部を閉塞し、他方の端部から流体を加圧注入して、前記管状のワークの前記フィン相互間に位置する部分を膨出させて周方向に延びる膨出部にし、前記膨出部の根元が前記フィンの前記貫通穴の周縁を押圧する流路管を形成する第２工程を備えることを特徴とする。
これによれば、無隔壁で管状のワークを用い、周壁に一律に流体加圧することで、簡単な製造工程で確実に、途中で途切れない周方向に延びる膨出部を形成することができると共に、周方向に延びる膨出部の根元でフィンの貫通穴の周縁を押圧して流路管をフィンに固定することができる。

本発明の熱交換器の製造方法は、前記管状のワークが扁平管状のワークであり、前記第２工程の流体の加圧注入により、前記扁平管状のワークにおける少なくとも両側の扁平面の幅の略全長に亘って膨出させて膨出部を形成することを特徴とする。
これによれば、扁平管とフィンの十分な密着領域を確保でき、フィンの貫通穴の部分で両側から線状に押圧され挟持されるようにして扁平管がフィンに固定される構造を、簡単な製造工程で確実に形成することができる。

本発明によれば、熱交換器の流路管の加工精度の許容範囲を大きくすることができると共に、熱交換効率と耐久性に優れる熱交換器を得ることができる。

本発明による第１実施形態の熱交換器の斜視図。 第１実施形態の熱交換器の平面図。 （ａ）は図２のＡ−Ａ拡大断面図、（ｂ）は同図（ａ）の部分拡大図。 （ａ）は第１実施形態における扁平管状のワークとフィンを示す斜視図、（ｂ）はその複数のフィンの貫通穴に複数の扁平管状のワークを貫通させた組立体を示す斜視図。 （ａ）は第１実施形態における複数のフィンの貫通穴に複数の扁平管状のワークを貫通させた組立体の正面図、（ｂ）はその組立体を流体加圧用の治具に取り付けて流体加圧している途中の状態を示す一部断面正面図、（ｃ）はその組立体の流体加圧後の状態を示す正面図。 本発明による第２実施形態の熱交換器の横断面図。 第２実施形態における扁平管とフィンと敷居部材の組立体の斜視図。 （ａ）は第２実施形態における扁平管とフィンと敷居部材の組立体の正面図、（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図。 （ａ）は本発明における第１変形例の扁平管とフィンの部分断面図、（ｂ）は第２変形例の扁平管とフィンの部分断面図、（ｃ）は第３変形例の扁平管とフィンの部分断面図、（ｄ）は第４変形例の扁平管とフィンの部分断面図。 （ａ）は従来の接合構造で溶接歪で扁平管とフィンとの間に隙間がある場合を示す部分説明図、（ａ）は従来の接合構造で扁平管の面形状の精度が劣り扁平管とフィンとの間に隙間がある場合を示す部分説明図。

〔第１実施形態の熱交換器及びその製造方法〕
本発明による第１実施形態の熱交換器１は、図１〜図３に示すように、被加熱流体が流れる流路管に相当する扁平管２を有し、扁平管２は無隔壁で形成され、そのままの状態における内部は単一の流路となっている。扁平管２は複数設けられており、複数の扁平管２が扁平面２１と対向するようにして間隔を開けて並設されている。図示例では３個の扁平管２が扁平面２１を対向するようにして間隔を開けて積層配置されている。

扁平管２の管軸方向には、複数のフィン３が間隔を開けて配設されている。本実施形態におけるフィン３は略板状であり、図示例では略矩形板状で、各フィン３が同形で同サイズに形成されている。各フィン３には並設される扁平管２の個数に対応する数の長穴状の貫通穴３１が形成され、各々のフィン３の貫通穴３１はそれぞれ対応する位置に形成されている。複数の扁平管２のそれぞれは、間隔を開けて配置されている複数のフィン３を貫通するように設けられ、複数のフィン３の貫通穴３１を貫通するように設けられている。

フィン３・３相互の間隔は熱交換器として使用可能な範囲で適宜設定することが可能であるが、例えば熱交換器１を自動車用の熱交換器とし、加熱流体を自動車の内燃機関の排気とする場合には、フィン３・３相互の間隔は１．０ｍｍ〜２０ｍｍとすると好適であり、３ｍｍ〜５ｍｍとするとより好適である。これにより、所要の熱交換を確保することができると共に、フィン３の密集で排気流路が狭まって排気の圧力損失、背圧の上昇が生ずることを防止し、自動車の内燃機関の排気効率、吸気効率、燃焼効率を高めることができる。

所定間隔毎に設けられ且つフィン３・３相互間に位置する扁平管２の部分には、扁平管２の周方向に延び、少なくとも両側の扁平面２１の幅の略全長に亘って膨出するようにして膨出部２２が形成されている。本実施形態では、それぞれのフィン３・３相互間に位置する扁平管２の部分に、扁平管２の断面形状に略倣うように全周に亘って膨出する膨出部２２が形成されていると共に、縦断面視で略弧状に外側に膨出する膨出部２２が形成されている。

膨出部２２の根元２２１はフィン３の貫通穴３１の周縁を押圧し、本実施形態では全周に亘って押圧しており、この押圧によって扁平管２がそれぞれ所定位置でフィン３に固定されている。本実施形態では、扁平管２の管軸方向の両方の最外側に位置するフィン３が、その内側に位置する膨出部２２の根元２２１により、貫通穴３１の周縁を全周に亘って押圧されて固定されており、片面側の膨出部２２の根元２２１だけで押圧固定されている。また、扁平管２の管軸方向において、両方の最外側に位置するフィン３の間に位置する各フィン３は、その両側に位置する膨出部２２の根元２２１により、貫通穴３１の周縁を全周に亘って押圧されて固定されており、両面側の膨出部２２の根元２２１で押圧固定されている。

扁平管２の管路断面積、膨出部２２の外端２２２と膨出部２２の根元２２１との高さの差Ｈは、それぞれ熱交換器として使用可能な範囲で適宜設定することが可能である。例えば熱交換器１を自動車用の熱交換器とする場合には、扁平管２の管路断面積は７．０ｍｍ^２〜１５００ｍｍ^２とすると好適であり、１２０ｍｍ^２〜４００ｍｍ^２とするとより好適であり、又、膨出部２２の外端２２２と膨出部２２の根元２２１との高さの差Ｈは０．１ｍｍ〜２０ｍｍとすると好適であり、０．２ｍｍ〜１．５ｍｍとするとより好適である。これらの数値範囲の扁平管２の管路断面積、膨出部２２の外端２２２と膨出部２２の根元２２１との高さの差Ｈとすることにより、被加熱流体に所要の大きさの乱流を発生させ、熱交換を促進させることができる。

扁平管２とフィン３の組立体６は、加熱流体が流れる流通管４に内装されている。図示例の流通管４は自動車の内燃機関の排気が流れる排気流通管になっており、組立体６は断面視略長方形で略筒状である排気流通管の流通管４に内装されている。流通管４の短辺の両側壁４１・４１には流通穴４２・４２が形成され、扁平管２の両端の開口端２３・２３が流通穴４２・４２の周縁にそれぞれ固定されており、複数の扁平管２が流通管４を横切るように配置されている。扁平管２の扁平面２１は、流通管４の排気流通方向等の加熱流体の流通方向ＥＦに沿うようにして配置される。

側壁４１・４１の外側には、それぞれ断面視略コ字形のカバー５・５が被せるように設けられ、溶接等で流通管４に固定されている。一方のカバー５には外方に突出して流体導入口５１が設けられ、一方のカバー５の内部に連通しており、他方のカバー５には外方に突出して流体導出口５２が設けられ、他方のカバー５の内部に連通している。流通管４の管軸方向におけるカバー５・５の両側の開放部は、図示省略する閉塞部材で閉塞され、閉塞部材はカバー５と流通管４に溶接等で固定される。これにより、カバー５と流通管４の側壁４１との間に、換言すれば扁平管２の管軸方向の両側に略密閉空間が形成されている。尚、図３（ｂ）の太線矢印ＨＦは被加熱流体の流通方向である。

第１実施形態の熱交換器１を製造する際には、図４に示すように、例えば略平らな扁平面２１ｍが対向する位置に設けられている無隔壁で扁平管状のワーク２ｍと、略長方形板状で長穴状の貫通穴３１が形成されているフィン３を用いる。貫通穴３１はその長軸がフィン３の長辺に倣うように形成されていると共に、フィン３の短辺方向に間隔を開けて複数並設され、図示例では各フィン３に３個の貫通穴３１が並設されている。

そして、複数のフィン３を所定の間隔を開けて配置し、複数のフィン３の対応位置にある貫通穴３１に扁平管状のワーク２ｍを挿入し、所定間隔で並置された複数のフィン３に扁平管状のワーク２ｍを貫通させる。これはフィン３の中で異なる位置に形成されている各貫通穴３１に対して行い、複数のフィン３の貫通穴３１に複数の扁平管状のワーク２ｍを貫通させ、図４（ｂ）及び図５（ａ）に示す組立体６ｍを得る。図示例では３個の扁平管状のワーク２ｍをフィン３の中で異なる位置に形成されている３個の貫通穴３１に対してそれぞれ貫通させて組立体６ｍを得ている。

その後、組立体６ｍにおける扁平管状のワーク２ｍの一方の端部２３ｍを、治具１１に形成されている凹部１１１に嵌入する。凹部１１１は、奥側が閉塞されており、扁平管状のワーク２ｍの外形に倣う形状で形成されていると共に、ワーク２ｍと対応する大きさで形成されている。凹部１１１に嵌入されたワーク２ｍの一方の端部２３ｍは、治具１１で閉塞されると共に、その外形に倣う形状で治具１１によって保持される（図５（ｂ）参照）。

また、組立体６ｍにおける扁平管状のワーク２ｍの他方の端部２４ｍを、治具１２に形成されている凹部１２１に嵌入する。凹部１２１は、扁平管状のワーク２ｍの外形に倣う形状で形成されていると共に、ワーク２ｍと対応する大きさで形成されている。凹部１２１に嵌入されたワーク２ｍの他方の端部２４ｍは、その外形に倣う形状で治具１２によって保持される（図５（ｂ）参照）。

更に、治具１２には加圧流体が流れる流体管１２２が設けられており、流体管１２２の分岐管１２３が凹部１２１の奥側に導入され、分岐管１２３と凹部１２１が連通している。流体管１２２、分岐管１２３には図示省略する加圧ポンプによって流体が加圧して流され、加圧流体が凹部１２１から吐出されるようになっている。

そして、扁平管状のワーク２ｍの一方の端部２３ｍを治具１１の凹部１１１に嵌入し、他方の端部２４ｍを治具１２の凹部１２１に嵌入した状態で、流体管１２２、分岐管１２３を介して流体を加圧注入すると、扁平管状のワーク２ｍの他方の端部２４ｍからワーク２ｍ内に流体が加圧注入される。尚、加圧注入する流体は、例えば水、高圧ガスなど使用可能な範囲で適宜である。

この流体の加圧注入により、扁平管状のワーク２ｍにおける所定間隔毎に設けられるフィン３・３相互間に位置する部分を膨出させて膨出部２２にし、膨出部２２の根元２２１がフィン３の貫通穴３１の周縁を押圧する扁平管２を形成し、組立体６を得る（図５（ｂ）、（ｃ）参照）。本実施形態では、流体の加圧注入により、それぞれのフィン３・３相互間に位置する部分を膨出させて膨出部２２にし、膨出部２２の根元２２１がフィン３の貫通穴３１の周縁を押圧する扁平管２を形成している。

また、この流体の加圧注入により、膨出部２２は扁平管２の周方向に延び、少なくとも両側の扁平面２１の幅の略全長に亘って膨出するようにして形成され、この膨出部２２の膨出部分に対応してフィン３の貫通穴３１の周縁が押圧される。尚、図示例の膨出部２２は、扁平管２の全周に亘って形成され、フィン３の貫通穴３１の周縁を全周に亘って押圧するように形成される。

その後、組立体６を流通管４に内装して取り付け、流通管４の側壁４１・４１の外側に断面視略コ字形のカバー５・５を被せるように取り付け、流通管４の管軸方向におけるカバー５・５の両側の開放部を閉塞部材で閉塞する工程を行い、第１実施形態の熱交換器１が得られる。

第１実施形態によれば、扁平管２の周方向に延び、少なくとも両側の扁平面２１の幅の略全長に亘って膨出する膨出部２２を形成し、この膨出部２２の根元２２１でフィン３の貫通穴３１の周縁を押圧して扁平管２をフィン３に固定することにより、扁平管２に厳密な加工精度が要求されず、フィン３と固定する扁平管２の加工精度の許容範囲を大きくすることができ、ひいては歩留まりを向上することができる。

また、途中で途切れずに周方向に延びる膨出部２２の根元２２１でフィン３の貫通穴３１の周縁を押圧して扁平管２をフィン３に固定する構造では、扁平管２とフィン３との間に密着しない大きな部分が生ずることなく、扁平管２とフィン３との境界部分で熱伝導が低下することを防止することができ、熱交換効率を高めることができる。特に、膨出部２２を少なくとも両側の扁平面２１の幅の略全長に亘って形成することにより、扁平管２とフィン３の十分な密着領域を確保することができ、扁平管２とフィン３の境界部分での熱伝導の低下を確実に防止し、熱交換効率を向上することができる。また、被加熱流体が流れる流路管を扁平管２とし、その扁平面２１を加熱流体の流通方向に沿って配置することにより、伝熱面積を広げて加熱流体と被加熱流体の熱交換を促進させることができる。

また、扁平管２とフィン３との間に密着しない大きな部分が生ずることないことから、扁平管２とフィン３との固定強度が高くなり、耐久性も向上することができる。特に、膨出部２２を少なくとも両側の扁平面２１の幅の略全長に亘って形成することにより、扁平管２とフィン３の十分な密着領域が確保されると共に、両側の扁平面２１の膨出部２２が押圧するフィン３の貫通穴３１の部分で両側から線状に押圧され挟持されるようにして扁平管２がフィン３に固定されることから、扁平管２とフィン３との固定強度をより高め、耐久性を一層向上することができる。

また、第１実施形態の製造方法によれば、無隔壁で扁平管状のワーク２ｍを用い、その周壁に一律に流体加圧することにより、簡単な製造工程で確実に、途中で途切れない周方向に延びる膨出部２２を形成することができると共に、周方向に延びる膨出部２２の根元２２１でフィン３の貫通穴３１の周縁を押圧して扁平管２をフィン３に固定することができる。更に、流体の加圧注入により、扁平管状のワーク２ｍにおける少なくとも両側の扁平面２１の幅の略全長に亘って膨出させて膨出部２２を形成することで、扁平管２とフィン３の十分な密着領域を確保でき、フィン３の貫通穴３１の部分で両側から線状に押圧され挟持されるようにして扁平管２がフィン３に固定される構造を、簡単な製造工程で確実に形成することができる。

〔第２実施形態の熱交換器及びその製造方法〕
本発明による第２実施形態の熱交換器１ａは、図６に示すように、第１実施形態と同様の構成の扁平管２、フィン３、流通管４を備え、扁平管２とフィン３の組立体６の構成も第１実施形態と同様であり、膨出部２２の根元２２１がフィン３の貫通穴３１の周縁を押圧し、この押圧によって扁平管２がそれぞれ所定位置でフィン３に固定されている。

扁平管２とフィン３の組立体６は、排気等の加熱流体が流れる流通管４に内装され、流通管４は断面視略長方形で略筒状になっている。流通管４の短辺の両側壁４１・４１には第１実施形態と同様に流通穴４２・４２が形成されているが、第２実施形態では扁平管２の両端の開口端２３・２３より若干内側の部分が流通穴４２・４２の周縁にそれぞれ固定され、扁平管２の両端が側壁４１・４１よりも外側に若干突出している。複数の扁平管２は流通管４を横切るように配置され、扁平管２の扁平面２１は流通管４の排気流通方向等の加熱流体の流通方向ＥＦに沿うようにして配置される。

側壁４１・４１の外側には、それぞれ略矩形トレー状のカバー５ａ・５ａが被せるように設けられ、溶接等で流通管４に固定されて、扁平管２の管軸方向の両側に略密閉空間が形成されている。一方のカバー５ａには外方に突出して流体導入口５１ａが設けられ、一方のカバー５ａの内部に連通しており、流体導入口５１ａには流体導入管８１ａが取り付けられている。他方のカバー５ａには外方に突出して流体導出口５２ａが設けられ、他方のカバー５ａの内部に連通しており、流体導出口５２ａには流体導出管８２ａが取り付けられている。

そして、第２実施形態では、扁平管２とは別体の敷居部材７ａが複数設けられている。敷居部材７ａは、間隔を開けて積層するように並置されている複数の扁平管２の積層方向に延びる基体７１ａと、基体７１ａの片側の側部から扁平管２の管軸方向に延びる敷居部７２ａとから構成される。基体７１ａからは、間隔を開けて積層される扁平管２の数に対応する複数の敷居部７２ａが延設されており、各敷居部７２ａの長さは扁平管２の長さよりも短くなっている。

敷居部材７ａの基体７１ａは、複数の扁平管２の積層方向に延びて扁平管２の開口端に近接或いは密接して配置され、敷居部材７ａの各敷居部７２ａは複数の扁平管２の各々に挿設されており、例えば扁平管２の積層方向の両外側に位置する敷居部７２ａの側端を扁平管２にレーザー溶接等で溶接して敷居部材７ａが扁平管２に固定されている。第２実施形態では、敷居部材７ａの敷居部７２ａが扁平管２の一方の端部側から挿設され、別の敷居部材７ａの敷居部７２ａが扁平管２の他方の端部側から挿設されて、敷居部材７ａの敷居部７２ａが扁平管２の一方の端部側と他方の端部側から交互に挿設されている。

図６の例では、扁平管２の幅方向の一方の端部と一の敷居部材７ａの敷居部７２ａとの間の幅と、一の敷居部材７ａの敷居部７２ａと別の敷居部材７ａの敷居部７２ａとの間の幅と、別の敷居部材７ａの敷居部７２ａと扁平管２の幅方向の他方の端部との間の幅が略同一になっており、流体導入口５１ａは扁平管２の幅方向の一方の端部と一の敷居部材７ａの敷居部７２ａとの間の空間に向かって開口する位置に設けられ、流体導出口５２ａは別の敷居部材７ａの敷居部７２ａと扁平管２の幅方向の他方の端部との間の空間に向かって開口する位置に設けられている。

また、敷居部材７ａの基体７１ａの外周面はカバー５ａの内周面に略線状に当接して、基体７１ａの外周面とカバー５ａの内周面との間の箇所で被加熱流体を流通不能或いは被加熱流体の流通を抑制する構成にしており、換言すれば、流通管４とカバー５ａ・５ａとの間の空間を区画するようにして敷居部材７ａの基体７１ａが設けられている。図６の例では、一の敷居部材７ａの基体７１ａの外周面が一方のカバー５ａの内周面に略線状に当接し、別の敷居部材７ａの基体７１ａの外周面が他方のカバー５ａの内周面に略線状に当接している。

この扁平管２の両端側に設けられるカバー５ａと敷居部材７ａの敷居部７２ａの仕切りにより、扁平管２の長さよりも長い被加熱流体の流路が形成されている。図６の例では、扁平管２の両端側のカバー５ａ・５ａと複数の敷居部７２ａ・７２ａの仕切りにより、扁平管２内に被加熱流体の蛇行流路が形成され、この蛇行流路に沿って被加熱流体の流通方向ＨＦが形成されるようになっている。尚、敷居部材７ａの個数は、単数、或いは３個以上の複数とし、扁平管２の長さよりも長い被加熱流体の流路が形成される構成とすることも可能である。

第２実施形態の熱交換器１ａを製造する際には、流体の加圧注入等の第１実施形態と同様の工程により、膨出部２２が形成された扁平管２とフィン３で構成される組立体６を得る。その後、組立体６の各扁平管２の所定位置に一の敷居部材７ａの敷居部７２ａと別の敷居部材７ａの敷居部７２ａを挿入し、敷居部７２ａの所定箇所を扁平管２に溶接して固定し、図７及び図８に示す扁平管２とフィン５と敷居部材７ａで構成される組立体６ａを得る。

その後、組立体６ａを流通管４に内装して取り付け、流通管４の側壁４１・４１の外側にカバー５ａ・５ａを被せるように取り付けることにより、或いは更に流体導入口５１ａに流体導入管８１ａ、流体導出口５２ａに流体導出管８２ａを取り付けることにより、第２実施形態の熱交換器１ａが得られる。

第２実施形態によれば、扁平管２の長さよりも長い被加熱流体の流路を形成することができ、熱交換効率を一層高めることができる。特に、別体の敷居部材７ａを複数設けて被加熱流体の蛇行流路を形成する構成では、高い加熱が求められる被加熱流体に対する熱交換器を簡単に構成することができ、熱交換効率をより一層高めることができると共に、熱交換効率の異なる熱交換器に容易に変更できる柔軟性の高い熱交換器とすることができる。

〔本明細書開示発明の包含範囲〕
本明細書開示の発明は、発明として列記した各発明、各実施形態の他に、適用可能な範囲で、これらの部分的な内容を本明細書開示の他の内容に変更して特定したもの、或いはこれらの内容に本明細書開示の他の内容を付加して特定したもの、或いはこれらの部分的な内容を部分的な作用効果が得られる限度で削除して上位概念化して特定したものを包含する。そして、本明細書開示の発明には下記変形例や追記した内容も含まれる。

例えば第１、第２実施形態では、それぞれのフィン３・３相互間に位置する扁平管２の部分に縦断面視で略弧状に外側に膨出する膨出部２２を形成したが、膨出部の縦断面視の形状が略弧状以外の形状である構成や、所定間隔毎のフィン相互間に位置する扁平管の部分に膨出部を形成する構成とすることも可能である。

このような構成の扁平管の変形例を図９に示す。図９（ａ）の第１変形例は、それぞれのフィン３・３相互間に位置する扁平管２ｐの部分に縦断面視で略コ字状に外側に膨出する膨出部２２ｐが形成されているものである。膨出部２２ｐは、少なくとも両側の扁平面２１ｐの幅の略全長に亘って膨出するようにして形成され、好ましくは扁平管２ｐの断面形状に略倣うように全周に亘って形成される。

図９（ｂ）の第２変形例は、それぞれのフィン３・３相互間に位置する扁平管２ｑの部分に縦断面視で略Ｍ字状に外側に膨出する膨出部２２ｑが形成されているものである。膨出部２２ｑは、少なくとも両側の扁平面２１ｑの幅の略全長に亘って膨出するようにして形成され、好ましくは扁平管２ｑの断面形状に略倣うように全周に亘って形成される。第１変形例の膨出部２２ｐ、第２変形例の膨出部２２ｑを流体の加圧注入で形成する際には、例えばフィン３に取り付けられた扁平管状のワークの膨出部２２ｐ、２２ｑの形成される位置の外側にこれらに対応する形状の型材を配置し、この状態で流体を加圧注入して形成する。

図９（ｃ）の第３変形例は、一つ置きのフィン３・３相互間に位置する扁平管２ｒの部分に縦断面視で略弧状に外側に膨出する膨出部２２ｒが形成されているものである。膨出部２２ｒは、少なくとも両側の扁平面２１ｒの幅の略全長に亘って膨出するようにして形成され、好ましくは扁平管２ｒの断面形状に略倣うように全周に亘って形成される。膨出部２２ｒを流体の加圧注入で形成する際には、例えばフィン３に取り付けられた扁平管状のワークの膨出部２２ｒを形成しないフィン３・３相互間の位置の外側に扁平管状のワークに全周に亘って面接触する形状の型材を配置し、この状態で流体を加圧注入して形成する。

図９（ｄ）の第４変形例は、一つ置きのフィン３・３相互間に位置する扁平管２ｓの部分に縦断面視で略弧状に外側に膨出する膨出部２２ｓが形成されており、膨出部２２ｓが形成されていないフィン３・３相互間に位置する扁平管２ｓの部分に縦断面視で略弧状に内側に縮径された縮径部２５ｓが形成されているものである。膨出部２２ｓは、少なくとも両側の扁平面２１ｓの幅の略全長に亘って膨出するようにして形成され、好ましくは扁平管２ｓの断面形状に略倣うように全周に亘って形成される。縮径部２５ｓは、両側の扁平面２１ｓの幅の略全長に亘って形成する、扁平管２ｓの断面形状に略倣うように全周に亘って形成する、扁平管２ｓの周方向に点在するように形成すること等が可能である。

第４変形例の扁平管２ｓを形成する際には、例えばフィン３に取り付けられた扁平管状のワークの膨出部２２ｓを形成しないフィン３・３相互間の位置の外側に扁平管状のワークに全周に亘って面接触する形状の型材を配置し、この状態で流体を加圧注入して、扁平管状のワークに膨出部２２ｓ形成する。その後、膨出部２２ｓが形成されていないフィン３・３相互間に位置する扁平管２ｓの部分を縮径型で縮径して縮径部２５ｓを形成することが可能である。

また、本発明における被加熱流体が流れる流路管は、扁平管に限定されず、例えば円筒管など適宜形状の管とすることが可能である。これらの適宜形状の管で本発明の熱交換器を製造する場合も、間隔を開けて配置した複数のフィンの対応位置にある貫通穴に無隔壁で管状のワークを挿入し、複数のフィンの貫通穴に複数の管状のワークを貫通させる工程と、管状のワークの一方の端部を閉塞し、他方の端部から流体を加圧注入して、管状のワークのフィン相互間に位置する部分を膨出させて周方向に延びる膨出部にし、膨出部の根元がフィンの貫通穴の周縁を押圧する流路管を形成する工程を用いると、簡単な製造工程で確実に、途中で途切れない周方向に延びる膨出部を形成することができると共に、周方向に延びる膨出部の根元でフィンの貫通穴の周縁を押圧して流路管をフィンに固定することができて好適である。

また、本発明における流路管の流通管に対する配置は、流路管が加熱流体の流通管を横切るように配置する構成であれば適宜であり、例えば流通管の流路を斜めに横切るように被加熱流体が流れる流路管を配置する構成等も本発明に含まれる。

また、本発明における流路管を流れる被加熱流体は、例えば冷却水、エアなど適宜であり、又、本発明における流通管を流れる加熱流体も排気以外の適宜のものとすることが可能である。また、本発明の熱交換器は、適宜の用途の熱交換器とすることが可能であり、例えば自動四輪車、自動二輪車等の自動車用熱交換器の他、建設機械用熱交換器、コージェネレーションシステムの熱交換器等とすることができる。

また、本発明における膨出部には、フィン相互間に位置する流路管の部分に周方向に延びるように形成される適宜の構成が含まれ、例えば流路管の周方向に小間隔を開けて複数条に分けられて設けられる構成とすることが可能であるが、流路管を扁平管とする場合には扁平管の周方向における扁平管幅方向両側の湾曲部以外の領域には膨出部を連続して形成する構成とすることが扁平管とフィンの密着性向上、押圧固定の強度向上の点から好ましい。

本発明は、例えば自動車の内燃機関の排気と被加熱流体との熱交換を行う排気用熱交換器などの熱交換器として利用することができる。

１、１ａ…熱交換器 ２、２ｐ、２ｑ、２ｒ、２ｓ…扁平管 ２ｍ…扁平管状のワーク ２１、２１ｐ、２１ｑ、２１ｒ、２１ｓ、２１ｍ…扁平面 ２２、２２ｐ、２２ｑ、２２ｒ、２２ｓ…膨出部 ２２１…根元 ２２２…外端 ２３ｍ…一方の端部 ２４ｍ…他方の端部 ２５ｓ…縮径部 ３…フィン ３１…貫通穴 ４…流通管 ４１…側壁 ４２…流通穴 ５、５ａ…カバー ５１、５１ａ…流体導入口 ５２、５２ａ…流体導出口 ６、６ｍ、６ａ…組立体 ７ａ…敷居部材 ７１ａ…基体 ７２ａ…敷居部 ８１ａ…流体導入管 ８２ａ…流体導出管 １１…治具 １１１…凹部 １２…治具 １２１…凹部 １２２…流体管 １２３…分岐管 Ｈ…膨出部の外端と膨出部の根元との高さの差 ＥＦ…加熱流体の流通方向 ＨＦ…被加熱流体の流通方向 １０１…扁平管 １０２、１０３…隙間 １０４…フィン １０５…挿通穴

Claims (7)

1. 被加熱流体が流れる流路管が無隔壁で形成され、
   複数の前記流路管が相互に間隔を開けて並設され、
   複数のフィンが前記流路管の軸方向に間隔を開けて配設されると共に、前記複数の前記フィンの貫通穴を前記複数の前記流路管が貫通するように設けられ、
   前記フィン相互間に位置する前記流路管の部分に周方向に延びる膨出部が形成され、
   前記膨出部の根元が前記フィンの前記貫通穴の周縁を押圧して前記流路管が前記フィンに固定され、
   前記複数の前記流路管が加熱流体の流通管を横切るように配置されることを特徴とする熱交換器。
2. 前記加熱流体が自動車の内燃機関の排気であると共に、
   前記フィン相互の間隔が１．０ｍｍ〜２０ｍｍ、前記流路管の管路断面積が７．０ｍｍ^２〜１５００ｍｍ^２、前記膨出部の外端と前記膨出部の根元との高さの差が０．１ｍｍ〜２０ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
3. 前記流路管が扁平管であり、
   複数の前記扁平管が扁平面を対向するようにして間隔を開けて並設され、前記扁平管の前記扁平面が加熱流体の流通方向に沿って配置されると共に、
   前記膨出部が少なくとも両側の前記扁平面の幅の略全長に亘って膨出するように形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器。
4. 前記扁平管に別体の敷居部材が設けられ、
   前記敷居部材の前記扁平管の長さよりも短い敷居部が前記扁平管に挿設され、
   前記敷居部の仕切りで前記扁平管内に前記扁平管の長さよりも長い被加熱流体の流路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。
5. 前記別体の敷居部材が複数設けられ、
   前記扁平管の長軸方向に間隔を開けて前記敷居部が挿設されると共に、前記敷居部が前記扁平管の一方の端部側と他方の端部側から交互に挿設され、
   複数の前記敷居部の仕切りで前記扁平管内に被加熱流体の蛇行流路が形成されていることを特徴とする請求項４記載の熱交換器。
6. 請求項１〜５の何れかに記載の熱交換器の製造方法であって、
   間隔を開けて配置した複数のフィンの対応位置にある貫通穴に無隔壁で管状のワークを挿入し、前記複数の前記フィンの貫通穴に複数の前記管状のワークを貫通させる第１工程と、
   前記管状のワークの一方の端部を閉塞し、他方の端部から流体を加圧注入して、前記管状のワークの前記フィン相互間に位置する部分を膨出させて周方向に延びる膨出部にし、前記膨出部の根元が前記フィンの前記貫通穴の周縁を押圧する流路管を形成する第２工程
   を備えることを特徴とする熱交換器の製造方法。
7. 前記管状のワークが扁平管状のワークであり、
   前記第２工程の流体の加圧注入により、前記扁平管状のワークにおける少なくとも両側の扁平面の幅の略全長に亘って膨出させて膨出部を形成することを特徴とする請求項６記載の熱交換器の製造方法。
   

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