特許 6342834 熱交換器の製造方法及び熱交換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6342834

(24)【登録日】2018年5月25日

(45)【発行日】2018年6月13日

(54)【発明の名称】熱交換器の製造方法及び熱交換器

(51)【国際特許分類】

   F28D 7/16 20060101AFI20180604BHJP

   F28F 1/04 20060101ALI20180604BHJP

   B23K 26/21 20140101ALI20180604BHJP

   F28F 1/32 20060101ALI20180604BHJP

【ＦＩ】

   F28D7/16 A

   F28F1/04

   B23K26/21 N

   B23K26/21 W

   F28F1/32 B

【請求項の数】6

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-57686(P2015-57686)

(22)【出願日】2015年3月20日

(65)【公開番号】特開2016-176659(P2016-176659A)

(43)【公開日】2016年10月6日

【審査請求日】2017年3月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000138521

【氏名又は名称】株式会社ユタカ技研

(74)【代理人】

【識別番号】100067356

【弁理士】

【氏名又は名称】下田 容一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100160004

【弁理士】

【氏名又は名称】下田 憲雅

(74)【代理人】

【識別番号】100120558

【弁理士】

【氏名又は名称】住吉 勝彦

(74)【代理人】

【識別番号】100148909

【弁理士】

【氏名又は名称】瀧澤 匡則

(74)【代理人】

【識別番号】100161355

【弁理士】

【氏名又は名称】野崎 俊剛

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 こずえ

(72)【発明者】

【氏名】久永 徹

【審査官】 庭月野 恭

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２１４７８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２９５６４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−２０３３８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１５３０１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０９２２６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０００−５１４５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２１３４２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０１７５８６１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２８Ｄ １／０５３，７／１６，９／００

Ｆ２８Ｆ １／０２，１／０４，１／３２

Ｂ２３Ｋ ２６／２１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱交換器の製造方法において、
略矩形の板材の両端を立ち上げて、第１分割体及び第２分割体を得る工程と、
前記第１分割体の底部の両面にフィンをそれぞれ仮止めし、第１の仮止め体を得る工程と、
前記第２分割体の底部の両面に前記フィンとは別のフィンをそれぞれ仮止めし、第２の仮止め体を得る工程と、
前記第１分割体の底部の両端からそれぞれ立ち上げられた側壁部と、前記第２分割体の底部の両端からそれぞれ立ち上げられた側壁部と、をレーザ溶接することにより、前記第１の仮止め体と前記第２の仮止め体とを接合させ、側壁部接合体を得る工程と、
前記第１分割体に前記フィンをレーザ溶接により本溶接すると共に、前記第２分割体に前記別のフィンをレーザ溶接により本溶接し熱交換チューブを得る工程と、を有することを特徴とする熱交換器の製造方法。

【請求項2】

熱交換器の製造方法において、
略矩形の板材の両端を立ち上げて、第１分割体及び第２分割体を得る工程と、
前記第１分割体の底部の両面にフィンをそれぞれ仮止めし、第１の仮止め体を得る工程と、
前記第２分割体の底部の両面に前記フィンとは別のフィンをそれぞれ仮止めし、第２の仮止め体を得る工程と、
前記第１分割体に仮止めされた前記フィンを、それぞれ１枚ずつレーザ溶接により、前記第１分割体に本溶接すると共に、前記第２分割体に仮止めされた前記別のフィンを、それぞれ１枚ずつレーザ溶接により、前記第２分割体に本溶接する工程と、
前記フィンが本溶接された前記第１分割体の底部の両端からそれぞれ立ち上げられた側壁部と、前記別のフィンが本溶接された前記第２分割体の底部の両端からそれぞれ立ち上げられた側壁部と、をレーザ溶接することにより熱交換チューブを得る工程と、を有することを特徴とする熱交換器の製造方法。

【請求項3】

前記熱交換チューブの両端を一対のエンドプレートにレーザ溶接し、熱交換チューブ接合体を得る工程を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱交換器の製造方法。

【請求項4】

前記第１の仮止め体を得る工程において、前記フィンは、前記第１分割体にレーザ溶接により仮止めされ、
前記第２の仮止め体を得る工程において、前記別のフィンは、前記第２分割体にレーザ溶接により仮止めされていることを特徴とする請求項１〜請求項３いずれか１項記載の熱交換器の製造方法。

【請求項5】

筒状のコアケースと、このコアケースの両端を塞ぐ一対のエンドプレートと、これらのエンドプレートで両端が支持され内部に第１熱媒体が流される熱交換チューブと、からなり、前記第１熱媒体と、前記熱交換チューブの外部を流される第２熱媒体とで熱交換を行う熱交換器において、
前記熱交換チューブは、
前記第１熱媒体の流れ方向から見て、共に略Ｕ字状を呈する第１分割体及び第２分割体を有し、
これらの第１分割体及び第２分割体は、向かい合わせに配置されると共に、側壁部同士がレーザ溶接されることにより筒状に形成され、
前記第１分割体の底部のなかの、前記内部に臨む面には、第１のフィンがレーザ溶接され、
前記第１分割体の底部のなかの、前記外部に臨む面には、第２のフィンがレーザ溶接され、
前記第２分割体の底部のなかの、前記内部に臨む面には、第３のフィンがレーザ溶接され、
前記第２分割体の底部のなかの、前記外部に臨む面には、第４のフィンがレーザ溶接されていることを特徴とする熱交換器。

【請求項6】

前記第１のフィンと、前記第３のフィンとは、離間していることを特徴とする請求項５に記載の熱交換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱交換器の製造技術に関する。

【背景技術】

【0002】

熱交換チューブの内部を流れる第１熱媒体と、熱交換チューブの外部を流れる第２熱媒体とで熱交換を行う、熱交換器が知られている。このような熱交換器に関する従来技術として、特許文献１に開示される技術がある。

【0003】

特許文献１に示されるような、熱交換器は、複数の熱交換チューブを備えている。熱交換チューブは、第１熱媒体の流れ方向から見て長円形状を呈するチューブ本体と、このチューブ本体内に内蔵されチューブ本体にろう付けされたフィンと、からなる。

【0004】

ところで、フィンは、媒体からの熱の影響を繰り返し受ける。熱交換器の長寿命化の観点から、フィンをより強固にチューブ本体に接合させることが望まれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００６−１１８８３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、フィンの接合強度を高めることのできる技術の提供を課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

請求項１による発明によれば、熱交換器の製造方法において、
略矩形の板材の両端を立ち上げて、第１分割体及び第２分割体を得る工程と、
前記第１分割体の底部の両面にフィンをそれぞれ仮止めし、第１の仮止め体を得る工程と、
前記第２分割体の底部の両面に前記フィンとは別のフィンをそれぞれ仮止めし、第２の仮止め体を得る工程と、
前記第１分割体の底部の両端からそれぞれ立ち上げられた側壁部と、前記第２分割体の底部の両端からそれぞれ立ち上げられた側壁部と、をレーザ溶接することにより、前記第１の仮止め体と前記第２の仮止め体とを接合させ、側壁部接合体を得る工程と、
前記第１分割体に前記フィンをレーザ溶接により本溶接すると共に、前記第２分割体に前記別のフィンをレーザ溶接により本溶接し熱交換チューブを得る工程と、を有することを特徴とする熱交換器の製造方法が提供される。

【0008】

請求項２による発明によれば、熱交換器の製造方法において、
略矩形の板材の両端を立ち上げて、第１分割体及び第２分割体を得る工程と、
前記第１分割体の底部の両面にフィンをそれぞれ仮止めし、第１の仮止め体を得る工程と、
前記第２分割体の底部の両面に前記フィンとは別のフィンをそれぞれ仮止めし、第２の仮止め体を得る工程と、
前記第１分割体に仮止めされた前記フィンを、それぞれ１枚ずつレーザ溶接により、前記第１分割体に本溶接すると共に、前記第２分割体に仮止めされた前記別のフィンを、それぞれ１枚ずつレーザ溶接により、前記第２分割体に本溶接する工程と、
前記フィンが本溶接された前記第１分割体の底部の両端からそれぞれ立ち上げられた側壁部と、前記別のフィンが本溶接された前記第２分割体の底部の両端からそれぞれ立ち上げられた側壁部と、をレーザ溶接することにより熱交換チューブを得る工程と、を有することを特徴とする熱交換器の製造方法が提供される。

【0009】

請求項３に記載のごとく、好ましくは、前記熱交換チューブの両端を一対のエンドプレートにレーザ溶接し、熱交換チューブ接合体を得る工程を有する。

【0010】

請求項４に記載のごとく、好ましくは、前記第１の仮止め体を得る工程において、前記フィンは、前記第１分割体にレーザ溶接により仮止めされ、
前記第２の仮止め体を得る工程において、前記別のフィンは、前記第２分割体にレーザ溶接により仮止めされている。

【0011】

請求項５による発明によれば、筒状のコアケースと、このコアケースの両端を塞ぐ一対のエンドプレートと、これらのエンドプレートで両端が支持され内部に第１熱媒体が流される熱交換チューブとからなり、前記第１熱媒体と、前記熱交換チューブの外部を流される第２熱媒体とで熱交換を行う熱交換器において、
前記熱交換チューブは、
前記第１熱媒体の流れ方向から見て、共に略Ｕ字状を呈する第１分割体及び第２分割体を有し、
これらの第１分割体及び第２分割体は、向かい合わせに配置されると共に、側壁部同士がレーザ溶接されることにより筒状に形成され、
前記第１分割体の底部のなかの、前記内部に臨む面には、第１のフィンがレーザ溶接され、
前記第１分割体の底部のなかの、前記外部に臨む面には、第２のフィンがレーザ溶接され、
前記第２分割体の底部のなかの、前記内部に臨む面には、第３のフィンがレーザ溶接され、
前記第２分割体の底部のなかの、前記外部に臨む面には、第４のフィンがレーザ溶接されていることを特徴とする熱交換器が提供される。

【0012】

請求項６に記載のごとく、好ましくは、前記第１のフィンと、前記第３のフィンとは、離間している。

【発明の効果】

【0013】

請求項１及び２に係る発明では、第１分割体にフィンをレーザ溶接により本溶接すると共に、第２分割体にフィンをレーザ溶接により本溶接する。それぞれの分割体にフィンをろう付けした場合に比べて、フィンの接合強度を高めることができる。熱交換器の長寿命化を図ることができる。

【0014】

特に、請求項１による発明では、第１の仮止め体と第２の仮止め体とを接合させてから、各分割体にそれぞれのフィンを本溶接する。フィンの本溶接では、各分割体とその両面のフィンを３枚同時に溶接するため組立工程を減らすことができる。しかし、３枚同時に溶接するために、入熱を高くする必要があるため、分割体が変形する虞がある。変形すると、各分割体の組み合わせが悪くなる。フィンの本溶接に先立って、第１及び第２の仮止め体を接合することにより、熱交換チューブを円滑に製造することができる。

【0015】

特に、請求項２による発明では、第１の仮止め体と第２の仮止め体を得る工程のあとに、各分割体の両面のフィンをそれぞれ片側ずつ本溶接する。各分割体とその両面のフィンを２枚ずつ溶接するため、入熱を低くすることができ、分割体の変形を抑えることができるとともにより安定した接合をすることができる。

【0016】

請求項３に係る発明では、熱交換チューブの両端を一対のエンドプレートにレーザ溶接し、熱交換チューブ接合体を得る。熱交換チューブをエンドプレートにろう付けした場合に比べて、高い接合強度を得ることができる。熱交換器の長寿命化に資する。

【0017】

請求項４に係る発明では、各仮止め体を得る工程において、フィンは、分割体にレーザ溶接により仮止めされる。熱交換チューブの作成において、全ての溶接をレーザ溶接により行う。複数の接合方法を用いる場合に比べて、熱交換チューブの作成時に必要な装置の数を減らすことができる。

【0018】

請求項５に係る発明では、各フィンは、各分割体にレーザ溶接により接合されている。それぞれの分割体にフィンをろう付けした場合に比べて、フィンの接合強度を高めることができる。熱交換器の長寿命化を図ることができる。

【0019】

請求項６に係る発明では、第１のフィンと、第３のフィンとは、離間している。第２熱媒体からの圧力により、各分割体が内方に向かって撓むことが考えられる。この際、第１のフィンと、第３のフィンとが接触していると、各分割体が撓むことにより、これらのフィンは、互いに押し合う。このため、第１及び第３のフィンには、互いに負荷が加わる。第１及び第３のフィンを離間させることにより、これらに加わり得る負荷を軽減することができる。熱交換器の長寿命化に資する。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施例１による熱交換器の斜視図である。

【図2】図１の２−２線断面図である。

【図3】図１の３−３線断面図である。

【図4】第１分割体及び第２分割体を得る工程から第１及び第２の仮止め体を得る工程までを説明する図である。

【図5】図４に示された第１及び第２の仮止め体の斜視図である。

【図6】側壁部接合体を得る工程から熱交換チューブを得る工程までを説明する図である。

【図7】図６の７部拡大図である。

【図8】図７に示された熱交換チューブの斜視図である。

【図9】熱交換チューブ接合体を得る工程について説明する図である。

【図10】本発明の実施例２による熱交換器の排気ガスの流れ方向に沿った断面図である。

【図11】本発明の実施例３による熱交換器の排気ガスの流れ方向から見た断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

【0022】

先ず、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

【0023】

＜実施例１＞
図１を参照する。例えば、本発明による熱交換器３０は、排気ガスによる空気の予熱に用いられる。

【0024】

矢印によって示されるように、排気ガスは、排気ガス導入管２２（第１熱媒体導入管２２）から熱交換器３０の内部に導入され、排気ガス排出管２１（第１熱媒体排出管２１）から熱交換器３０の外部に排出される。

【0025】

白抜き矢印によって示されるように、空気は、空気導入管２３（第２熱媒体導入管２３）から熱交換器３０の内部に導入され、空気排出管２４（第２熱媒体排出管２４）から熱交換器３０の外部に排出される。

【0026】

図２を参照する。熱交換器３０は、排気ガス導入管２２が接続されている排気ガス導入部材３５（第１熱媒体導入部材３５）と、この排気ガス導入部材３５に接続されている上流側エンドプレート３４と、この上流側エンドプレート３４に接続されている略角筒形状のコアケース４０と、このコアケース４０の下流側の端部に取付けられている下流側エンドプレート３２と、この下流側エンドプレート３２に接続されていると共に排気ガス排出管２１が接続されている排気ガス排出部材３１（第１熱媒体排出部材３１）と、上流側及び下流側エンドプレート３４，３２によって両端が支持され内部に排気ガスが流される熱交換チューブ５０と、からなる。

【0027】

排気ガスの流れ方向を基準として上流側（図面右側）に配置された上流側エンドプレート３４は、略矩形状の上流側プレート底部３４ａと、この上流側プレート底部３４ａのそれぞれの辺から下流側に向かって延びる上流側プレート側壁部３４ｂ（図には、上下の上流側プレート側壁部３４ｂのみが示されている。）と、からなる。

【0028】

排気ガス導入部材３５、及び、コアケース４０は、上流側プレート側壁部３４ｂに接合されている。

【0029】

上流側プレート底部３４ａには、熱交換チューブ５０，５０の上流側の端部を差し込むためのチューブ差し込み孔３４ｃ，３４ｃが形成されている。

【0030】

下流側に配置された下流側エンドプレート３２は、略矩形状の下流側プレート底部３２ａと、この下流側プレート底部３２ａのそれぞれの辺から上流側に向かって延びる下流側プレート側壁部３２ｂ（図には、上下の下流側プレート側壁部３２ｂのみが示されている。）と、からなる。

【0031】

排気ガス排出部材３１、及び、コアケース４０は、下流側プレート側壁部３２ｂに接合されている。

【0032】

下流側プレート底部３２ａには、熱交換チューブ５０，５０の下流側の端部を差し込むためのチューブ差し込み孔３２ｃ，３２ｃが形成されている。

【0033】

空気導入管２３及び空気排出管２４は、共にコアケース４０の同じ面上に設けられている。

【0034】

図３を参照する。コアケース４０は、排気ガスの流れ方向から見て、略矩形状に構成されている。コアケース４０は、上下に２分割され、共に略Ｕ字状を呈する下部ケース４１と、上部ケース４２と、からなる。上方に向かって開口している下部ケース４１に対向させて上部ケース４２が重ね合わされ、互いに接合されている。

【0035】

下部ケース４１は、下部ケース底部４１ａと、この両端からそれぞれ立ち上げられた左右の下部ケース側壁部４１ｂ，４１ｂと、からなる。

【0036】

上部ケース４２は、上部ケース底部４２ａと、この両端から下方に延びる左右の上部ケース側壁部４２ｂ，４２ｂと、からなる。左右の上部ケース側壁部４２ｂ，４２ｂの先端は、共に、外方に向かって膨出した膨出部４２ｃ，４２ｃとされている。これらの膨出部４２ｃ，４２ｃが、下部ケース側壁部４１ｂ，４１ｂの先端に重ね合わされている。

【0037】

熱交換チューブ５０は、排気ガスの流れ方向から見て、共に略Ｕ字状を呈する第１分割体５１及び第２分割体５２が向かい合わせに配置されると共に接合され、この第１分割体５１に第１及び第２のフィン５３，５４（フィン５３，５４）が接合され、第２分割体５２に第３及び第４のフィン５５，５６（別のフィン５５，５６）が接合されてなる。第１〜第４のフィン５３〜５６には、共にコルゲートフィンが採用されている。

【0038】

なお、図３においては、第１及び第２分割体５１，５２に同じ部品が用いられ、第１〜第４のフィン５３〜５６にも同じ部品が用いられた例が示されている。これらについては、適宜、異なる部品を採用することもできる。

【0039】

第１分割体５１は、上下に延びる第１分割体底部５１ａと、この第１分割体底部５１ａ（第１分割体の底部５１ａ）の両端からそれぞれ第２分割体５２に向かって立ち上げられた第１分割体側壁部５１ｂ，５１ｂ（第１分割体の側壁部５１ｂ，５１ｂ）と、からなる。

【0040】

第２分割体５２は、上下に延びる第２分割体底部５２ａ（第２分割体の底部５２ａ）と、この第２分割体底部５２ａの上下の端部からそれぞれ第１分割体５１に向かって延びる第２分割体側壁部５２ｂ，５２ｂ（第２分割体の側壁部５２ｂ，５２ｂ）と、からなる。

【0041】

第１分割体５１、及び、第２分割体５２によって形成されたチューブの内部には、排気ガスが流され、外部には、空気が流される。即ち、熱交換チューブ５０によって、排気ガスの流れる流路と、空気の流れる流路とは、区画されていると共にこれらの流路が隣接して配置されている。排気ガスの熱は、第１及び第２分割体５１，５２、並びに、第１〜第４のフィン５３〜５６を介して、空気に伝わる。

【0042】

第１分割体底部５１ａの内部に臨む面には、第１のフィン５３が接合され、外部に臨む面には、第２のフィン５４が接合されている。第１及び第２のフィン５３，５４は、共に、第１分割体５１に対してレーザ溶接により接合されている。

【0043】

第２分割体底部５２ａの内部に臨む面には、第３のフィン５５が接合され、外部に臨む面には、第４のフィン５６が接合されている。第３及び第４のフィン５５，５６は、共に、第２分割体５２に対してレーザ溶接により接合されている。

【0044】

第１のフィン５３は、第１分割体底部５１ａに接合された第１フィン底部５３ａと、この第１フィン底部５３ａの端部から立ち上げられた第１フィン立ち上げ部５３ｂと、この第１フィン立ち上げ部５３ｂの上端から第１フィン底部５３ａに略平行に延びる第１フィン頂部５３ｃと、この第１フィン頂部５３ｃの端部から隣接する第１フィン底部５３ａに向かって下げられた第１フィン立ち下げ部５３ｄと、が繰り返す形状とされている。

【0045】

第２〜第４のフィン５４〜５６についても同様である。即ち、第２のフィン５４は、第２フィン底部５４ａ、第２フィン立ち上げ部５４ｂ、第２フィン頂部５４ｃ、及び、第２フィン立ち下げ部５４ｄを繰り返す形状とされている。第３のフィン５５は、第３フィン底部５５ａ、第３フィン立ち上げ部５５ｂ、第３フィン頂部５５ｃ、及び、第３フィン立ち下げ部５５ｄを繰り返す形状とされている。第４のフィン５６は、第４フィン底部５６ａ、第４フィン立ち上げ部５６ｂ、第４フィン頂部５６ｃ、及び、第４フィン立ち下げ部５６ｄを繰り返す形状とされている。

【0046】

第１フィン頂部５３ｃと、第３フィン頂部５５ｃとは、離間して配置されている。即ち、第１フィン頂部５３ｃと、第３フィン頂部５５ｃとが接触しないよう、それぞれのフィンの高さが調整されている。なお、第１及び第３フィン頂部５３ｃ，５５ｃが離間するよう、互いの位置をずらすこともできる。

【0047】

下部ケース底部４１ａには、熱交換チューブ５０に向かって凹まされた下部凹部４１ｄが形成されている。上部ケース底部４２ａのなかの、空気導入管２３（図１参照）が接続される部位及び空気排出管２４（図１参照）が接続される部位の間には、熱交換チューブ５０に向かって凹まされた上部凹部４２ｄが形成されている。なお、熱交換チューブ５０，５０と、コアケース４０とは、離間している。

【0048】

下部及び上部凹部４１ｄ，４２ｄが形成されていることにより、熱交換チューブ５０，５０の上下における空気の流路が狭められる。これにより、熱交換器３０内に導入された空気を熱交換チューブ５０の近傍にガイドすることができる。加えて、下部及び上部凹部４１ｄ，４２ｄを有していることにより、コアケース４０の強度を高めることができる。図４以降において、熱交換器３０の製造方法について説明する。

【0049】

図４を参照する。図４（ａ）に示されるように、まず、略矩形の板材７１を準備する。

【0050】

次に、板材７１の両端を、図４（ｂ）に示されるように、立ち上げて、第１分割体５１を得る。第１分割体５１は、例えば、プレス成形により成形することができる。なお、成形方法は、プレス成形に限られない。

【0051】

次に、図４（ｃ）に示されるように、治具６０及びフィン５３，５４を準備する。

【0052】

治具６０は、固定側の第１の治具６１と、この第１の治具６１に向かって移動可能な第２の治具６２と、からなる。第１の治具６１は、フィン５３の底部５３ａが載せられるピン６１ａ、及び、ピン６１ａの設けられた部位を避けてフィン５３の底部５３ａに臨む孔６１ｂを有している。第２の治具６２は、フィン５４の底部５４ａが載せられるピン６２ａ、及び、ピン６２ａの設けられた部位を避けてフィン５４の底部５４ａに臨む孔６２ｂを有している。ピン６１ａ，６２ａは、フィン５３，５４の底部５３ａ，５４ａの位置が一致するよう、第１熱媒体の流れ方向から見た場合に、向かい合わせに設けられている。

【0053】

そして、第１の治具６１にフィン５３を載せ、このフィン５３の上に第１分割体５１を載せ、さらに上方からフィン５４を載せて、第２の治具６２を載せる。このとき、第１分割体側壁部５１ｂの先端は、第１の治具６１に向けて配置されてもよく、第２の治具６２に向けて配置されてもよい。さらに、第１の治具６１が移動し、第２の治具６２が固定されていてもよい。

【0054】

例えば、第１及び第２の治具６１，６２には、フィン５３，５４を所定の位置に載置するための複数のピン６１ａ，６２ａが形成されている。図４（ｄ）に示されるように、第２の治具６２を第１の治具６１に対して固定することにより、フィン５３，５４が所定の位置に配置される。第１及び第２の治具６１，６２が固定された状態において、下方に配置されたフィン５３の底部５３ａの上方には、第１分割体５１を挟んで、フィン５４の底部５４ａが位置している。即ち、フィン５３，５４を第１分割体底部５１ａの両面に配置する第１のフィン配置工程において、フィン５３，５４の底部５３ａ，５４ａは、互いに一致させて配置されている。

【0055】

次に、レーザ溶接機７５により、フィン５３，５４を第１分割体５１に仮止めする。第２の治具６２には、複数の点状の孔６２ｂが形成されている。この孔６２ｂを通過させることにより、フィン５４の底部５４ａにレーザが照射される。これにより、第１分割体底部５１ａにフィン５４が仮止めされる。次に、これらの天地を逆転させ、同様の工程を経る。これにより、第１分割体底部５１ａにフィン５３が仮止めされる。このようにして、第１の仮止め体８１が得られる。

【0056】

なお、仮止めは、フィン５３，５４の底部５３ａ，５４ａ同士を挟み込んで行う、抵抗スポット溶接により行うこともできる。

【0057】

図５を参照する。第１の仮止め体８１において、フィン５３，５４（上方のフィン５４のみが示されている。）は複数の点により、第１分割体底部５１ａに接合されている。このように、点溶接によって仮止めするため、溶接時の熱によって第１分割体底部５１ａが曲がることを抑制することができる。

【0058】

図４（ａ）〜図４（ｄ）に示されたのと同様の工程を経ることにより、第２の仮止め体を得る。

【0059】

即ち、図４（ａ）に示されるように、まず、略矩形の板材７２を準備する。次に、板材７２の両端を、図４（ｂ）に示されるように、立ち上げて、第２分割体５２を得る。

【0060】

次に、図４（ｃ）に示されるように、第１及び第２の治具６１，６２及びフィン５５，５６（別のフィン５５，５６）を準備する。そして、第１の治具６１にフィン５５を載せ、このフィン５５の上に第２分割体５２を載せ、さらに上方からフィン５６を載せて、第２の治具６２を載せる。

【0061】

図４（ｄ）に示されるように、第２の治具６２を第１の治具６１に対して固定する。第１及び第２の治具６１，６２が固定された状態において、下方に配置されたフィン５５の底部５５ａの上方には、第２分割体５２を挟んで、フィン５６の底部５６ａが位置している。即ち、フィン５５，５６を第２分割体底部５２ａの両面に配置する第２のフィン配置工程において、別のフィン５５，５６の底部５５ａ，５６ａは、互いに一致させて配置されている。

【0062】

次に、レーザ溶接機７５により、フィン５５，５６を第２分割体５２に仮止めする。これにより、第２の仮止め体８２（図５参照）が得られる。

【0063】

図６を参照する。図６（ａ）に示されるように、第１分割体側壁部５１ｂ，５１ｂと第２分割体側壁部５２ｂ，５２ｂとを重ね合わせる。次に、図６（ｂ）に示されるように、第１分割体側壁部５１ｂ，５１ｂと第２分割体側壁部５２ｂ，５２ｂとをレーザ溶接する。これにより、第１の仮止め体８１と第２の仮止め体８２とを接合させ、側壁部接合体８３を得る。

【0064】

図６（ｃ）に示されるように、第１分割体５１にフィン５３，５４をレーザ溶接により本溶接すると共に、第２分割体５２にフィン５５，５６をレーザ溶接する。これにより、熱交換チューブ５０を得る。

【0065】

熱交換チューブを得る工程において、第１分割体５１と、第２分割体５２とによって構成されたチューブの外側に位置するフィン５４，５６の底部５４ａ，５６ａに向かってのみレーザを照射する。

【0066】

図７（ａ）に示されるように、レーザは、まず、フィン５４の底部５４ａを溶融させる。次に、図７（ｂ）に示されるように、第１分割体５１を溶融し、図７（ｃ）に示されるように、フィン５３の底部５３ａまで溶融する。このときに形成される溶接痕Ｂ１は、レーザが直接的に照射されるフィン５４から、レーザが直接的には照射されないフィン５３に向かって僅かに細くなる。

【0067】

熱交換チューブを得る工程において、一方のフィン５４の底部５４ａに向かってのみレーザを照射する。即ち、第１分割体５１の両面に配置されたフィン５３，５４のなかの、一方のフィン５４にのみレーザは照射され、他方のフィン５３には、レーザは照射されない。

【0068】

図８を参照する。本溶接することにより、溶接痕Ｂ２は、線状に形成される。フィン５５，５６の底部５５ａ，５６ａは、連続的に第２分割体５２に対して接合される。フィン５３，５４の底部５３ａ，５４ａも同様である。

【0069】

図９を参照する。熱交換チューブ５０，５０は、両端がエンドプレート３２，３４に差し込まれた上でレーザ溶接される。これにより、熱交換チューブ接合体８４を得る。

【0070】

なお、エンドプレート３２，３４へのコアケース４０（図２参照）の接合は、任意の方法を採用することができる。

【0071】

以上に説明した本発明によれば、以下の効果を得ることができる。

【0072】

図６（ｃ）を参照する。第１分割体５１にフィン５３，５４をレーザ溶接により本溶接すると共に、第２分割体５２にフィン５５，５６をレーザ溶接により本溶接する。それぞれの分割体５１，５２にフィン５３〜５６をろう付けした場合に比べて、フィン５３〜５６の接合強度を高めることができる。熱交換器３０の長寿命化を図ることができる。

【0073】

さらに、フィン５３，５４のそれぞれの底部５３ａ，５４ａを同じ位置に合わせた上で、一方のフィン５４の底部５４ａに向かってレーザ溶接する。一度の溶接により、第１分割体５１の両面にフィン５３，５４を溶接することができる。熱交換チューブ５０の組み立て作業の短時間化に資する。

【0074】

図６（ｂ）も併せて参照する。第１の仮止め体８１と第２の仮止め体８２とを接合させてから、各分割体５１，５２にそれぞれのフィン５３〜５６を本溶接する。フィン５３〜５６の本溶接では、各分割体５１，５２とその両面のフィン５３〜５６を３枚同時に溶接するため組立工程を減らすことができる。しかし、３枚同時に溶接するために、入熱を高くする必要があるため、分割体５１，５２が変形する虞がある。変形すると、各分割体５１，５２の組み合わせが悪くなる。フィン５３〜５６の本溶接に先立って、第１及び第２の仮止め体８１，８２を接合することにより、熱交換チューブ５０（図３参照）を円滑に製造することができる。

【0075】

図９を参照する。熱交換チューブ５０，５０の両端を一対のエンドプレート３２，３４にレーザ溶接し、熱交換チューブ接合体８４を得る。熱交換チューブ５０，５０をエンドプレート３２，３４にろう付けした場合に比べて、高い接合強度を得ることができる。熱交換器３０（図３参照）の長寿命化に資する。

【0076】

なお、本溶接は、第１の仮止め体を得る工程、及び、第２の仮止め体を得る工程の後であって、各分割体５１，５２同士の接合の前に行うこともできる。このとき、第１分割体５１の両面に仮止めされたフィン５３，５４は、第１分割体５１に対して、１枚ずつレーザ溶接により本溶接されることが望ましい。例えば、第１分割体５１にフィン５３をレーザ溶接により本溶接してから、第１分割体５１にフィン５４をレーザ溶接により本溶接する。第２分割体５２の両面に仮止めされたフィン５５，５６も、第２分割体５２に対して、１枚ずつレーザ溶接により本溶接されることが望ましい。フィン５３〜５６を２枚同時ではなく、１枚ずつレーザ溶接により本溶接するのであれば、これらの順番は、任意に選択することができる。

【0077】

各分割体５１，５２とその両面のフィン５３〜５６とを２枚ずつ溶接するため、入熱を低くすることができ、３枚を同時に溶接した場合に比べて、分割体５１，５２の変形を抑えることができるとともにより安定した接合をすることができる。

【0078】

図４（ｄ）を参照する。各仮止め体８１，８２を得る工程において、フィン５３〜５６は、分割体５１，５２にレーザ溶接により仮止めされる。熱交換チューブ５０の作成において、全ての溶接をレーザ溶接により行う。複数の接合方法を用いる場合に比べて、熱交換チューブ５０の作成時に必要な装置の数を減らすことができる。

【0079】

さらに、仮止めの際に使用される治具６０は、第１の治具６１と、この第１の治具６１に合わされる第２の治具６２と、からなる。第１の治具６１は、フィン５３の底部５３ａが載せられるピン６１ａを有していると共に、第２の治具６２は、フィン５４の底部５４ａが載せられるピン６２ａ、及び、ピン６２ａの設けられた部位を避けてフィン５４の底部５４ａに臨む孔６２ｂを有している。ピン６１ａ，６２ａは、フィン５３，５４の底部５３ａ，５４ａの位置が一致するよう、第１熱媒体の流れ方向から見た場合に、向かい合わせに設けられている。これにより、容易にフィン５３，５４の底部５３ａ，５４ａ同士を合わせることができる。

【0080】

図３を参照する。第１のフィン５３と、第３のフィン５５とは、離間している。第２熱媒体からの圧力により、各分割体５１，５２が内方に向かって撓むことが考えられる。この際、第１のフィン５３と、第３のフィン５５とが接触していると、各分割体５１，５２が内側に向かって撓むことにより、これらのフィン５３，５５は、互いに押し合う。このため、第１及び第３のフィン５３，５５には、互いに負荷が加わる。第１及び第３のフィン５３，５５を離間させることにより、これらに加わり得る負荷を軽減することができる。熱交換器３０の長寿命化に資する。

【0081】

＜実施例２＞
次に、本発明の実施例２を図面に基づいて説明する。図１０には、実施例２の熱交換器の断面構成が示され、上記図２に対応させて表されている。

【0082】

実施例２による熱交換器３０Ａは、実施例１による熱交換器３０（図２参照）に用いたフィン５３〜５６（図２参照）に代え、それぞれ、孔５３ｅ〜５６ｅが空けられていると共に、長さの異なる第１〜第４のフィン５３Ａ〜５６Ａが採用されている。その他の基本的な構成については、実施例１による熱交換器と共通する。実施例１と共通する部分については、符号を流用すると共に、詳細な説明を省略する。

【0083】

図１０を参照する。熱交換チューブ５０Ａに用いられている第１〜第４のフィン５３Ａ〜５６Ａには、それぞれ、孔５３ｅ〜５６ｅが空けられている。孔５３ｅ〜５６ｅは、第１〜第４のフィン５３Ａ〜５６Ａの立ち上げ部、及び／又は、立ち下げ部に形成されている。

【0084】

加えて、第１及び第２分割体５１，５２の内部に配置された、第１及び第３のフィン５３Ａ，５５Ａは、第１及び第２分割体５１，５２の外部に配置された、第２及び第４のフィン５４Ａ，５６Ａよりも長い。

【0085】

このような、熱交換器３０Ａにおいても、本発明所定の効果を得ることができる。

【0086】

加えて、第１〜第４のフィン５３Ａ〜５６Ａには、それぞれ、孔５３ｅ〜５６ｅが空けられている。各流路内において、媒体の流量の多い部位と少ない部位が存在する。フィン５３Ａ〜５６Ａに、孔５３ｅ〜５６ｅが空けられていることにより、孔５３ｅ〜５６ｅを介して、流量の多い部位から少ない部位へ媒体が流れる。媒体の流量をより均一にすることにより、効率的に熱交換を行うことができる。

【0087】

加えて、第１及び第２分割体５１，５２の内部に配置された、第１及び第３のフィン５３Ａ，５５Ａは、第１及び第２分割体５１，５２の外部に配置された、第２及び第４のフィン５４Ａ，５６Ａよりも長い。第１及び第２分割体５１，５２の内部に形成された流路は、直線的であり、形状が単純である。このため、媒体（排気ガス）を円滑に流すことができる。一方、第１及び第２分割体５１，５２の外部に形成された流路は、内部の流路に比べて複雑である。このため、内部の流路に比べて媒体（空気）が円滑に流れ難い。媒体が円滑に流れる部位には、長いフィン５３Ａ，５５Ａを配置し、より広い範囲において媒体をフィン５３Ａ，５５Ａに接触させる。一方、媒体が円滑に流れ難い部位には、短いフィン５４Ａ，５６Ａを配置し、媒体を円滑に流す。これにより、熱交換をより効率的に行うことができる。

【0088】

＜実施例３＞
次に、本発明の実施例３を図面に基づいて説明する。図１１には、実施例３の熱交換器に用いられる熱交換チューブの断面構成が示されている。

【0089】

実施例３による熱交換器に用いられる熱交換チューブ５０Ｂは、実施例１による熱交換器３０（図２参照）に用いたフィン５３〜５６（図２参照）に代え、それぞれ、高さの異なる第１〜第４のフィン５３Ｂ〜５６Ｂが採用されている。その他の基本的な構成については、実施例１による熱交換器と共通する。実施例１と共通する部分については、符号を流用すると共に、詳細な説明を省略する。

【0090】

図１１を参照する。第１及び第２分割体５１，５２の外部に配置された、第２及び第４のフィン５４Ｂ，５６Ｂは、第１及び第２分割体５１，５２の内部に配置された、第１及び第３のフィン５３Ｂ，５５Ｂよりも高い。

【0091】

このような、熱交換器においても、本発明所定の効果を得ることができる。

【0092】

加えて、第１及び第２分割体５１，５２の外部に配置された、第２及び第４のフィン５４Ｂ，５６Ｂは、第１及び第２分割体５１，５２の内部に配置された、第１及び第３のフィン５３Ｂ，５５Ｂよりも高い。第１及び第２分割体５１，５２の内部に形成された流路は、直線的であり、形状が単純である。このため、媒体（排気ガス）を円滑に流すことができる。一方、第１及び第２分割体５１，５２の外部に形成された流路は、内部の流路に比べて複雑である。このため、内部の流路に比べて媒体（空気）が円滑に流れ難い。媒体が円滑に流れ難い部位に、高いフィン５４Ｂ，５６Ｂを配置し、媒体が円滑に流れやすくすると共に、熱交換に寄与する面積を広く確保する。これにより、熱交換をより効率的に行うことができる。

【0093】

尚、本発明の熱交換器は、実施の形態では燃料電池システムに適用したが、その他の用途にも適用可能である。さらに、気体と気体との熱交換に限らず、気体と液体とを熱交換する場合にも用いることができる。即ち、本発明は、作用及び効果を奏する限りにおいて、実施例に限定されるものではない。

【産業上の利用可能性】

【0094】

本発明の熱交換チューブは、燃料電池システムに用いられる熱交換器に好適である。

【符号の説明】

【0095】

３０，３０Ａ…熱交換器
３２…下流側エンドプレート（エンドプレート）
３４…上流側エンドプレート（エンドプレート）
４０…コアケース
５０，５０Ａ，５０Ｂ…熱交換チューブ
５１…第１分割体
５１ａ…第１分割体底部（第１分割体の底部）
５１ｂ…第１分割体側壁部（第１分割体の側壁部）
５２…第２分割体
５２ａ…第２分割体底部（第２分割体の底部）
５２ｂ…第２分割体側壁部（第２分割体の側壁部）
５３，５３Ａ，５３Ｂ…第１のフィン（フィン）
５４，５４Ａ，５４Ｂ…第２のフィン（フィン）
５５，５５Ａ，５５Ｂ…第３のフィン（別のフィン）
５６，５６Ａ，５６Ｂ…第４のフィン（別のフィン）
８１…第１の仮止め体
８２…第２の仮止め体
８３…側壁部接合体
８４…熱交換チューブ接合体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】