特許 6441003 熱交換器の品質検査方法

(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】6441003

(24)【登録日】2018年11月30日

(45)【発行日】2018年12月19日

(54)【発明の名称】熱交換器の品質検査方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/14 20060101AFI20181210BHJP

   B23K 1/00 20060101ALI20181210BHJP

   F02M 26/22 20160101ALI20181210BHJP

   B23K 101/14 20060101ALN20181210BHJP

【ＦＩ】

   G01N29/14

   B23K1/00 A

   B23K1/00 330H

   F02M25/07 580E

   B23K101:14

【請求項の数】3

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2014-183778(P2014-183778)

(22)【出願日】2014年9月10日

(65)【公開番号】特開2016-57167(P2016-57167A)

(43)【公開日】2016年4月21日

【審査請求日】2017年7月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005463

【氏名又は名称】日野自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000512

【氏名又は名称】特許業務法人山田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石森 崇

【審査官】 佐藤 仁美

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−０３９９０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１４５５７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５５−１６２０３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２２１３８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５３５３６５３（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ １／００− １／２０

Ｆ２８Ｄ １／００−１３／００、

Ｇ０１Ｎ ３／００− ３／６２、２９／００−２９／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部に第一流体を流通させる複数の伝熱チューブと、該複数の伝熱チューブを包囲するシェルとを備えてなり、前記伝熱チューブと前記シェルの間の空間に第二流体を給排させ、前記第一流体と前記第二流体との間で熱交換を行う熱交換器の強度を検査する熱交換器の品質検査方法であって、
前記伝熱チューブと前記シェルの間の空間に対し、圧力供給装置から検査用流体を送り込んで該検査用流体により正圧と負圧を交互に加え、前記熱交換器の破損に伴う異音を音波センサを用いて検出することを特徴とする熱交換器の品質検査方法。

【請求項2】

前記音波センサは、超音波領域の音波を捕捉するアコースティック・エミッション・センサであることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器の品質検査方法。

【請求項3】

前記熱交換器を水没させ、同じ水中に前記音波センサを設置して異音を検出することを特徴とする請求項２に記載の熱交換器の品質検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱交換器の品質検査方法に関する。

【背景技術】

【0002】

シェル内に収容した伝熱チューブ内部に流体を流通させ、伝熱チューブ外部の流体との間で熱交換を行うシェルアンドチューブ型の熱交換器は、自動車のＥＧＲクーラやオイルクーラ、空調機、冷凍機等、様々な機器に広く用いられている。

【0003】

このようなシェルアンドチューブ型の熱交換器には、種々の形式があり、伝熱チューブとして扁平チューブを用い、該扁平チューブの内部にインナーフィンを備えた構造のものや、伝熱チューブである扁平チューブ内にインナーフィンを配置することなく、扁平チューブの外面に設けた凸部同士を接着したインナーフィンレス扁平チューブ式のものなどがある。

【0004】

こうした熱交換器においては、その使用状況により、伝熱チューブ内外の流体に圧力差が生じ、熱交換器内部の接着部や伝熱チューブの部材に対して圧力が発生する。このため、熱交換器やそれを構成する伝熱チューブには相応の強度が求められる。

【0005】

伝熱チューブとして扁平チューブを用い、該扁平チューブ内にインナーフィンを備えた構造の熱交換器の場合には、インナーフィンを扁平チューブの内面にろう付けなどにより接着することによって伝熱チューブの強度を確保しており、インナーフィンが扁平チューブの内壁に対して十分に接着されているかどうかが、伝熱チューブ、ひいては熱交換器全体の強度に対して与える影響が大きい。すなわち、伝熱チューブにインナーフィンの接着が不良な箇所があると、その箇所の強度が不十分となり、伝熱チューブに圧力がかかった場合、接着部に剥離が発生したり、接着部周囲の部材が変形して伝熱チューブの破損につながる虞がある。

【0006】

そこで、製造した熱交換器を出荷するにあたっては、伝熱チューブが十分な強度を有しているかどうか、接着部の接着が十分かどうかの品質検査を行うことが必要とされる。品質検査は、例えば、伝熱チューブ内にインナーフィンをろう付け接着した後、伝熱チューブ内に空気等の検査用流体を導入し、該検査用流体に所定の圧力（正圧）をかけることにより行われる。接着の不十分な箇所があった場合には、その部分が剥離したり、伝熱チューブに膨れが発生するので、伝熱チューブの外観を目視して膨れの有無を確認し、膨れが発見された場合にはその熱交換器を不良品と判断すれば良い。また、目視によらず、伝熱チューブの部材が変形する際の伝熱チューブ内の圧力の変化を検出する方法や、接着部の剥離や部材の変形に伴って発生する異音を検出する方法なども提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００５−２２１３８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、伝熱チューブ内部にインナーフィンを備えていないインナーフィンレス扁平チューブ式の熱交換器の場合には、インナーフィンの接着によって伝熱チューブに強度を付与することができない。このため、インナーフィンレス扁平チューブ式の熱交換器においては、伝熱チューブの外面に凸部を形成し、複数の伝熱チューブの凸部同士を接着して互いの強度を高めるようにしていることが一般的である。

【0009】

このようなインナーフィンレス扁平チューブ式の熱交換器では、上記特許文献１に記載のような、伝熱チューブ内に圧力（正圧）をかけることによる品質検査の方法は使えない。接着部を構成する凸部が伝熱チューブの外面にあるため、伝熱チューブ内に正圧をかけても専ら凸部同士を押し付ける方向に力が作用してしまい、接着部が剥離する方向に作用することがないからである。Ｘ線ＣＴスキャナを用いて検査する方法もあるが、この方法は非常に時間がかかり、全数検査を実施するには向かない上、熱交換器のサイズによってはそもそもスキャンが不可能な場合もある。また、インナーフィンレス扁平チューブ式の熱交換器の場合、接着部が伝熱チューブの外側にあるので、接着部を直接目視することによって検査することもできるが、やはり時間がかかるし、見落としの可能性もあって不完全な方法である。

【0010】

本発明は、斯かる実情に鑑み、熱交換器の強度を簡便且つ好適に検査し得る熱交換器の品質検査方法を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明は、内部に第一流体を流通させる複数の伝熱チューブと、該複数の伝熱チューブを包囲するシェルとを備えてなり、前記伝熱チューブと前記シェルの間の空間に第二流体を給排させ、前記第一流体と前記第二流体との間で熱交換を行う熱交換器の強度を検査する熱交換器の品質検査方法であって、前記伝熱チューブと前記シェルの間の空間に対し、圧力供給装置から検査用流体を送り込んで該検査用流体により正圧と負圧を交互に加え、前記熱交換器の破損に伴う異音を音波センサを用いて検出することを特徴とする熱交換器の品質検査方法にかかるものである。

【0012】

而して、このようにすれば、インナーフィンレス扁平チューブ式の熱交換器に対しても簡易に品質検査を行うことができる。

【0013】

特に、本発明の熱交換器の品質検査方法においては、前記伝熱チューブと前記シェルの間の空間に対し、前記圧力供給装置から検査用流体によって正圧と負圧を交互に加えるようにしているので、品質検査の精度を向上させ、不良品の熱交換器を確実に排除することができる。

【0014】

本発明の熱交換器の品質検査方法において、前記音波センサは、超音波領域の音波を捕捉するアコースティック・エミッション・センサであることが好ましく、このようにすれば、熱交換器の破損に伴う超音波領域の異音を好適に捕捉することができる。

【0015】

本発明の熱交換器の品質検査方法においては、前記熱交換器を水没させ、同じ水中に前記音波センサを設置して異音を検出することが好ましく、このようにすれば、圧力供給装置や周囲の環境からの騒音を簡便に遮断して、破損に伴う異音を精度良く検出することができる。また、熱交換器の外面に音波センサを設置するための適切な面がない場合であっても、音波センサによる品質検査を実行することができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明の熱交換器の品質検査方法によれば、熱交換器の強度を簡便且つ好適に検査し得るという優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の熱交換器の品質検査方法を示す概略図である。

【図2】インナーフィンレス扁平チューブ式の熱交換器の一部を切り欠いて示す斜視図である。

【図3】インナーフィンレス扁平チューブ式の熱交換器に用いられる伝熱チューブの一部を切り欠いて示す斜視図である。

【図4】インナーフィンレス扁平チューブ式の熱交換器の構造を示す正断面図である。

【図5】伝熱チューブの接着部を拡大して示す概略図であり、（ａ）は接着が十分な場合、（ｂ）は接着がされていない場合、（ｃ）は接着が不十分な場合を示している。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

【0019】

図１は本発明の熱交換器の品質検査方法の一例を示すもので、本実施例では、水槽１内の水に検査対象物である熱交換器２を水没させ、該熱交換器２に備えられた熱交換流体パイプ３を介し、熱交換器２に圧力供給装置４から検査用流体ホース４ａを通して空気等の検査用流体Ｇを送り込むようにしてある。水中には、水中の音波を捕捉して音波信号５ａとして出力する音波センサ５を備え、該音波センサ５からの音波信号５ａを音波検出器６で検出するようになっている。

【0020】

図２〜図４は、検査対象物である熱交換器の構造を示すものである。熱交換器２は、図２に示す如く、内部に第一流体７を流通させる複数の伝熱チューブ８と、該複数の伝熱チューブ８を包囲するシェル９を備えてなる。伝熱チューブ８とシェル９の間には、第二流体１０が出入りする空間１１が形成されている。シェル９には熱交換流体パイプ３が接続されており、該熱交換流体パイプ３を介して第二流体１０が空間１１に給排されるようになっている。このようにして、伝熱チューブ８内部を流通する第一流体７と、シェル９内部の空間１１を出入りする第二流体１０との間で熱交換が行われるようになっている。

【0021】

尚、熱交換器２が自動車のＥＧＲクーラである場合には、第一流体７はエンジンの排気ガス、第二流体１０は排気ガスを冷却するための冷却水や空気であるし、熱交換器２が自動車のオイルクーラである場合には、第一流体７はエンジンオイル、第二流体１０はエンジンオイルを冷却するための冷却水や空気である。その他、第一流体７および第二流体１０としては、熱交換器２が設置される機器の種類により種々の組み合わせがあり得る。

【0022】

伝熱チューブ８は、図３に示す如く、横断面が長円形状の扁平チューブであり、扁平状の外面両側に複数の凸部１２が形成してある。図４に示す如く、伝熱チューブ８は複数を積層した状態でシェル９内部に収容され、伝熱チューブ８外面の各凸部１２は、別の伝熱チューブ８の凸部１２またはシェル９の内面に対し、ろう材１３を用いたろう付けにより接着されている（図５（ａ）参照）。このように、伝熱チューブ８の凸部１２同士、または、伝熱チューブ８とシェル９の内面との接着により、熱交換器２内部の接着部が構成される。

【0023】

次に、上記した本実施例の作動を説明する。

【0024】

品質検査を行う際は、伝熱チューブ８の凸部１２同士、および凸部１２とシェル９の内面をろう材１３でろう付け接着した熱交換器２の全体を、図１に示す如く、水槽１中に水没させる。熱交換器２の熱交換流体パイプ３の入側と出側にそれぞれ圧力供給装置４の検査用流体ホース４ａを接続し、熱交換器２内部の空間１１（図２参照）に圧力供給装置４から空気等の検査用流体Ｇを送り込み、熱交換器２内部の空間１１に対して所定の圧力を加える。

【0025】

ここで、熱交換器２における各接着部は、図５（ａ）に拡大して示す如く、ろう材１３が凸部１２の略全面を覆うように接着されていれば接着が十分であると言えるが、必ずしも全ての接着部がこのように正しく接着されるとは限らない。中には、図５（ｂ）に示すように未接着の箇所や、図５（ｃ）に示すように部分的にしか接着されていない接着部が生じることもあり得る。熱交換器２内に、このように接着が不良な箇所が多いと、熱交換器２全体として強度が不足し、使用中に伝熱チューブ８内外に発生する圧力を受けて破損を生じる虞がある。

【0026】

熱交換器２の品質検査にあたり、熱交換器２内部の空間１１に対しては、上記したような熱交換器２内部の接着部のうち、接着が不良な接着部の割合が許容値（例えば、接着部全体のうち１０％）以上の場合は熱交換器２に破損が生じるが、許容値未満である場合には破損が生じないような大きさの圧力が加えられる。熱交換器２内部の接着部のうち、接着が不良な接着部の割合が許容値以上の場合には、熱交換器２の強度が不足するため、上記圧力によって接着が不良な接着部が剥離したり、その周辺の伝熱チューブ８やシェル９の部材が変形したりする破損が生じる。破損に伴い、発生した異音が水槽１中の水を通して音波センサ５に捕捉され、音波信号５ａとして音波検出器６で検出される。こうして、異音が検出された熱交換器２を不良品と判定し、排除することができる。

【0027】

このとき、熱交換器２内部の空間１１に対して正圧をかけることにより、伝熱チューブ８を押し潰すような向きの力を加えることができる。検査対象である熱交換器２が本実施例で用いているようなインナーフィンレス扁平チューブ式の熱交換器である場合、伝熱チューブ８を押し潰す向きの圧力は、接着部を構成する凸部１２同士を引き剥がす向きに作用するので、これによって接着が不十分な箇所があった場合にはその箇所に剥離や膨れを生じさせることができる。上記特許文献１に記載されたような熱交換器の品質検査方法では、伝熱チューブの内部に正圧をかけるため、これを本実施例のようなインナーフィンレス扁平チューブ式の熱交換器２に適用しても、力は凸部１２同士を押し付ける向きに作用するため、接着不良を適切に検出することができなかった。この点は、本発明が大きな特色とするところである。尚、熱交換器内部の空間に対して加える圧力を負圧とすれば、伝熱チューブの内面にインナーフィンをろう付けして強度を確保するタイプの熱交換器に対しても、本発明の品質検査方法を実行することができる。

【0028】

而して、本実施例によれば、伝熱チューブ８とシェル９の間の空間１１に対し、圧力供給装置４から検査用流体Ｇを送り込んで圧力を加え、熱交換器２の破損に伴う異音を音波センサ５を用いて検出するようにしているので、インナーフィンレス扁平チューブ式の熱交換器２に対しても簡易に品質検査を行うことができる。

【0029】

また、さらに本実施例においては、空間１１に対して付与する圧力は、上記したような正圧だけでなく、圧力供給装置４における圧力の切り替えにより、正圧と負圧の両方が交互に加えられるようにしてある。熱交換器２を実際に使用する際には、その使用状態によっては、伝熱チューブ８を外側から押し潰す向きと内側から膨らませる向き、両方の向きの圧力が加わり得るからである。熱交換器２の品質検査の際、空間１１に加える圧力の方向が一定だと、接着が不十分な箇所があっても、接着の状態によってはその部分が圧力に耐えてしまい、破損が生じない場合がある。このため、正圧か負圧のいずれかのみにより品質検査を行ったとすると、品質検査を通過した熱交換器２であっても、その後の使用で正負両方の圧力が交互に加わることにより破損が生じる虞が残る。本実施例によれば、空間１１に対して正圧と負圧を交互に付与することで、品質検査の精度を向上させ、不良品の熱交換器２を確実に排除することができる。

【0030】

このように、本実施例においては、伝熱チューブ８とシェル９の間の空間１１に対し、圧力供給装置４から検査用流体Ｇによって正圧と負圧を交互に加えるようにしているので、品質検査の精度を向上させ、不良品の熱交換器２を確実に排除することができる。

【0031】

尚、付与する圧力の具体的な値は、例えば、予め接着が不良な接着部を所定の割合（上記許容値が１０％の場合は、１０％）で有する熱交換器２を作り込み、該熱交換器２内部の空間１１に検査用流体Ｇを流して圧力をかけ、破損が生じる圧力の大きさを測定することによって決定すれば良い。

【0032】

また、本実施例においては、上記したように、熱交換器２を水没させ、同じ水中に音波センサ５を設置して異音を検出するようにしている。これにより、圧力供給装置４や周囲の環境からの騒音を簡便に遮断して、破損に伴う異音を精度良く検出することができる。また、熱交換器２の外面に音波センサ５を設置するための適切な面がない場合であっても、音波センサ５による品質検査を実行することができる。

【0033】

尚、熱交換器２の外面に音波センサ５を設置するための適切な面がある場合には、熱交換器２を水没させることなく空気中で品質検査を行うことも可能である。その場合、検査対象である熱交換器２の周囲に、騒音を遮断するための防音手段を備えることが別途必要となる。

【0034】

音波センサ５としては、超音波領域の音波を検出し得る形式のアコースティック・エミッション（Acoustic Emission，ＡＥ：材料内部に微小な変形や破壊が起こるとき、そのエネルギーが超音波領域の弾性波として放出されること）センサを用いることが望ましい。熱交換器２内部の接着部や、伝熱チューブ８やシェル９の素材が微視的レベルでの変形や破損を起こす際には、発生する異音は一般的に超音波領域（数１０ｋＨｚ〜数ＭＨｚ）の音波となり、これを検出することで熱交換器２の変形や破損を精度良く検出することができるからである。尚、防音手段を備えた上で空気中で品質検査を行う場合には、音波センサ５は可聴域（２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ）の音波を受信する一般的な音波受信機でも良い。

【0035】

本実施例においては、音波センサ５として、超音波領域の音波を捕捉するＡＥセンサを用いているので、熱交換器２の破損に伴う超音波領域の異音を好適に捕捉することができる。

【0036】

したがって、上記本実施例によれば、熱交換器の強度を簡便且つ好適に検査し得る。

【0037】

尚、本発明の熱交換器の品質検査方法は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、シェルアンドチューブ式のものであれば、インナーフィンレス扁平チューブ式のもの以外の各種形式の熱交換器に対しても使用できること等、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

【符号の説明】

【0038】

２ 熱交換器
４ 圧力供給装置
５ 音波センサ
７ 第一流体
８ 伝熱チューブ
９ シェル
１０ 第二流体
１１ 空間
Ｇ 検査用流体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】