(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周方向に互いに離間して配置され、それぞれ管中心部に向かって凹状となった複数の溝部が外周部に形成された異形断面部を有する内管と、該内管を収容する外管とが設けられ、内管内を流れる流体と、内管外面と外管内面とによって画成される流路を流れる流体との間で熱交換を行うようになっている２重管式熱交換器において、
内管内において各溝部の底部に接する円柱形空間部内に配置され、各溝部の底部によって内管径方向の位置が固定される一方、内管内を流れる流体を攪拌する攪拌部材が設けられていて、
攪拌部材が、上記円柱形空間部内に配置され、各溝部の底部によって内管径方向の位置が固定され、かつ周壁にこれを貫通する複数の開口部が形成された略円筒形の鞘管と、
鞘管内において該鞘管によって支持され、鞘管内を流れる流体を攪拌するツイストテープ部材とで構成されていることを特徴とする２重管式熱交換器。
【請求項２】
鞘管が、円周方向の一部を切り欠いた略Ｃ字形の断面形状を有することを特徴とする請求項１に記載の２重管式熱交換器。
【請求項３】
ツイストテープ部材のツイスト部の一端に、径方向の寸法が鞘管の外径より大きく、内管の内径より小さい平面部が設けられる一方、鞘管の一端に、上記平面部と係合するスリットが形成され、
攪拌部材の一端側では、上記平面部と上記スリットとを係合させることによりツイストテープ部材と鞘管とが固定される一方、攪拌部材の他端側では、ツイストテープ部材を両側から挟み込むように鞘管を押し潰すことによりツイストテープ部材と鞘管とが固定されていることを特徴とする請求項１に記載の２重管式熱交換器。
【請求項４】
ツイストテープ部材の平面部の角部を、外管に接合された縮管部材の縮径開始部と、内管の円筒部から異形断面部への縮径開始部とによって拘束することにより、攪拌部材が軸方向に固定されていることを特徴とする請求項３に記載の２重管式熱交換器。
【請求項５】
円周方向に互いに離間して配置され、それぞれ管中心部に向かって凹状となった複数の溝部が外周部に形成された異形断面部を有する内管と、該内管を収容する外管とが設けられ、内管内を流れる流体と、内管外面と外管内面とによって画成される流路を流れる流体との間で熱交換を行うようになっている２重管式熱交換器において、
内管内において各溝部の底部に接する円柱形空間部内に配置され、各溝部の底部によって内管径方向の位置が固定される一方、内管内を流れる流体を攪拌する攪拌部材が設けられていて、
攪拌部材が、上記円柱形空間部内に配置され、各溝部の底部によって内管径方向の位置が固定される一方、周壁にこれを貫通する複数の開口部が形成された略円筒形の鞘管からなり、
上記開口部が、鞘管内を流れる流体を鞘管外に導いて内管内壁面に衝突させる形状に形成されていることを特徴とする２重管式熱交換器。
【請求項６】
鞘管の両端部に、それぞれ、内管の異形断面部から円筒部への移行部の拡管に対応して拡がり、先端部の径が、上記円柱形空間部の径よりも大きくなっている拡管部が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の２重管式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内管内に、該内管内を流れる流体を攪拌する攪拌部材が設けられた２重管式熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、内燃機関には、排気ガス中の窒素酸化物を低減するために、排気ガスの一部を吸気系に循環させる排気ガス循環装置（ＥＧＲ装置）が設けられる。このＥＧＲ装置には、循環する高温の排気ガス（ＥＧＲガス）を、吸気系に導入する前に冷却する熱交換器（ＥＧＲクーラ）が設けられる。かかるＥＧＲクーラにおいて、高温のＥＧＲガスを流通させる伝熱管の材料としては、通常、耐熱性及び耐腐食性の高いステンレス材等が使用される。
【０００３】
かかるＥＧＲクーラとしては、従来、図１３（ａ）、（ｂ）に示すような多管式熱交換器が広く用いられている。
図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、このＥＧＲクーラとして用いられる多管式熱交換器１００では、シェル１０１内において両結束板１０２（ヘッダ）間を伸びる複数の伝熱管１０３内を、被冷却流体である高温のＥＧＲガスが流れる一方、シェル１０１と両結束板１０２と複数の伝熱管１０３とによって画成される冷却液通路１０４内を冷却液が流れるようになっている。そして、高温のＥＧＲガスは、多管式熱交換器１００の一端に導入され、複数の伝熱管１０３内を流通しつつ冷却液によって冷却された後、多管式熱交換器１００の他端から排出され、吸気系（インテークマニホールド）に導入される。
【０００４】
ここで、伝熱管１０３と結束板１０２との接合、あるいは伝熱管１０３と他の構成部品との接合は、一般的にろう接により行われる。この場合、伝熱管１０３３と結束板１０２との接合強度は、接合に用いられるるろう材の強度に依存する。したがって、伝熱管１０３内に高温の被冷却流体（例えば、６５０℃以上のＥＧＲガス）を流す場合は、被冷却流体の温度は、ろう材の耐熱温度よりも低い温度でなければならないといった制約がある。また、多管式熱交換器１００は、構成部品が多いため、その製作コストが高くなるといった問題もある。
【０００５】
このような被冷却流体の温度に対する制約を解消するために、伝熱管１０３と結束板１０２とを溶接で接合するといった対応が考えられる。しかし、この場合は、溶接の熱の影響により結束板１０２に歪が生じたり気密性不良が生じるのを防止するため、伝熱管同士の配置間隔を広げる必要がある。このように伝熱管同士の配置間隔を広げると、熱交換器の寸法が大きくなるといった問題が生じる。また、複数の伝熱管１０３を１つずつ溶接しなければならないので、不経済であるといった問題もある。
【０００６】
上記問題を解決するため、例えば図１４（ａ）、（ｂ）に示すような２重管式熱交換器からなるＥＧＲクーラが提案されている。
図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、このＥＧＲクーラとして用いられる２重管式熱交換器１１０では、シェル１１１（外管）内に単一の伝熱管１１２（内管）が同軸状に配置され、伝熱管１１２内を、被冷却流体である高温のＥＧＲガスが流れる一方、シェル１１１と伝熱管１１２とによって画成される冷却液通路１１３内を冷却液が流れるようになっている。
【０００７】
ここで、伝熱管１１２には、その断面形状でみて、円周方向に等角度間隔で配置され、それぞれ伝熱管中心方向にへこむ複数の凹部１１４が形成されている。その結果、伝熱管１１２の凹部１１４が形成されていない部分は、円周方向に等角度間隔で配置された凸部１１５となる。つまり、伝熱管１１２の断面形状は異形となっている。この伝熱管１１２では、凹部１１４と凸部１１５とが形成されているので、単純な円筒形の伝熱管に比べて、その伝熱面積が大きくなり、熱交換率の向上が図られる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように伝熱管の断面形状を異形にして伝熱面積を増加させても、従来の２重管式熱交換器では、後記の理由により、多管式熱交換器に比べて、その熱交換率は低い水準に留まっている。
【０００９】
例えば、図１５に示すように、伝熱管１２０としてスパイラル管を用いて、断面形状を異形にした２重管式熱交換器が提案されている。しかし、この２重管式熱交換器では、伝熱管１２０の伝熱面積は増加するものの、伝熱管１２０の中心部を流れる被冷却流体は、伝熱面である伝熱管内壁面に接触しにくいので、熱交換率が低いといった問題がある。
【００１０】
図１６に示すように、シェル１２１（外管）内に同軸状に配置された伝熱管１２２（内管）の外周に複数の凹状の溝部１２３を設けて伝熱管断面を花弁状にした２重管式熱交換器も提案されている。しかし、この２重管式熱交換器でも、伝熱管としてスパイラル管を用いた場合と同様に、伝熱管中心部あるいは花弁中心部を流れる被冷却流体が、伝熱面である伝熱管内壁面に接触しにくいといった問題がある。
【００１１】
また、前記の図１４（ａ）、（ｂ）に示す２重管式熱交換器でも、図１５又は図１６に示す２重管式熱交換器の場合と同様の問題がある。さらに、この２重管式熱交換器では、異形の伝熱管（内管）を製作する際に、断面が円形の素管を花弁状に塑性加工すると、図１４（ａ）に示すように、その周長の違いから、伝熱管１１２の凹部１１４ないし凸部１１５の厚さｔ２が、素管の厚さｔ１よりも薄くなり、耐食性が低くなるといった問題がある。
【００１２】
なお、図１７（ａ）〜（ｅ）に示すように、冷凍サイクル装置用の２重管式熱交換器については、シェル１２５内に配設される伝熱管１２６として、種々の形状のものが提案されている。しかしながら、このような伝熱管１２６を用いた２重管式熱交換器でも、図１４〜図１６に示す２重管式熱交換器の場合と同様の問題がある。
【００１３】
図１８に示すように、シェル１２８（外管）内に同軸状に配設された伝熱管１２９（内管）の中心部付近に中実部材１３０を配置するとともに、伝熱管１２９の内壁と中実部材１３０の外周部との間に花弁形状の複数の伝熱フィン１３１を配置した２重管式熱交換器も提案されている。この２重管式熱交換器では、伝熱管１２９の中心部に中実部材１３０を配置することにより、被冷却流体が伝熱管１２９の中心部を流れるのを防止して、該被冷却流体が伝熱管１２９や伝熱フィン１３１に接触するのを促進するようにしている。
【００１４】
しかし、この２重管式熱交換器では、伝熱管１２９内での圧力損失が増加するといった問題がある。また、伝熱管１２９の中心部に中実部材１３０を配置したことにより、伝熱管１２９内を流れる被冷却流体が層流になりやすくなる。このため、被冷却流体が攪拌されなくなり、被冷却流体が伝熱管１２９の内壁や伝熱フィン１３１に接触しにくくなり、十分な熱交換率が得られないといった問題がある。
【００１５】
さらに、図１９に示すようなツイストテープ１３３を伝熱管（内管）の内部に配置した２重管式熱交換器も提案されている。この場合、ツイストテープ１３３は、伝熱管内部の被冷却流体を攪拌して熱交換率を向上させる。あるいは、ツイストテープ１３３自体に伝熱性をもたせれば、熱交換率を向上させることができる。しかしながら、ツイストテープ１３３を伝熱管にろう付け接合した場合、その接合力はろう材の強度（とくに高温での接合強度）に依存する。このため、この２重管式熱交換器は、ろう材の耐熱温度以下の温度の被冷却流体に対してしか使用することができないといった問題がある。また、高温の被冷却流体（ＥＧＲガス）により、伝熱管及びツイストテープ１３３は、熱による膨張と収縮とを繰り返し、接合部に熱疲労破壊が生じるおそれがある。
【００１６】
なお、ろう付け接合を行わず、単純にツイストテープ１３３を伝熱管内に挿入配置しただけの場合、被冷却流体の温度（高温）によっては、ツイストテープ１３３に生じさせた残留応力が除去され、その捻じり角度が変化して、冷却性能が低下するといった問題がある。また、ツイストテープ１３３を配置する伝熱管は、その内部が円筒状の平滑面であるため、被冷却流体の攪拌性が低く、熱交換率が向上しないといった問題もある。
【００１７】
なお、２重管式熱交換器についてのこのような問題は、ＥＧＲクーラとして用いられる２重管式熱交換器だけでなく、伝熱管内を高温の被冷却流体が流れる２重管式熱交換器でも同様に生じるものである。
【００１８】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、伝熱管（内管）内部における被冷却流体の攪拌効果を向上させることができ、熱交換率が高く、かつ信頼性及び使用寿命を向上させることができるとともに、製造コストを低減することができる、簡素な構造の２重管式熱交換器を提供することを解決すべき課題とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた本発明にかかる２重管式熱交換器は、その基本的態様においては、（ｉ）円周方向に互いに離間して配置され、それぞれ管中心部に向かって凹状となった複数の溝部が外周部に形成された異形断面部を有する内管（伝熱管）と、（ii）該内管を収容する外管（シェル）とが設けられ、（iii）内管内を流れる流体と、内管外面と外管内面とによって画成される流路を流れる流体との間で熱交換を行うようになっている２重管式熱交換器において、（iv）内管内において各溝部の底部に接する円柱形空間部内に配置され、各溝部の底部によって内管径方向の位置が固定される一方、内管内を流れる流体を攪拌する攪拌部材が設けられていることを基本的特徴とするものである。
【００２０】
この２重管式熱交換器によれば、まず基本的特徴により、内管が複数の凹状の溝部を備えた異形断面部を有し、かつ攪拌部材によって内管内の流体が攪拌されるので、内管内における被冷却流体の攪拌効果を向上させることができ、熱交換率を高めることができ、かつ信頼性及び使用寿命を向上させることができる。
【００２１】
さらに、上記２重管式熱交換器においては、攪拌部材が、上記円柱形空間部内に配置され、各溝部の底部によって内管径方向の位置が固定され、かつ周壁にこれを貫通する複数の開口部が形成された略円筒形の鞘管と、鞘管内において該鞘管によって支持され、鞘管内を流れる流体を攪拌するツイストテープ部材とで構成されている。なお、鞘管は、円周方向の一部を切り欠いた略Ｃ字形の断面形状を有するものであってもよい。これにより、２重管式熱交換器の構造が簡素なものとなり、その製造コストが低減される。
【００２２】
この２重管式熱交換器においては、ツイストテープ部材のツイスト部の一端に、径方向の寸法が鞘管の外径より大きく、内管の内径より小さい平面部が設けられる一方、鞘管の一端に、上記平面部と係合するスリットが形成され、攪拌部材の一端側では、上記平面部と上記スリットとを係合させることによりツイストテープ部材と鞘管とが固定される一方、攪拌部材の他端側では、ツイストテープ部材を両側から挟み込むように鞘管を押し潰す（プレス成形する）ことによりツイストテープ部材と鞘管とが固定されているのが好ましい。なお、ツイストテープ部材の平面部の角部（コーナー部）を、外管に接合された縮管部材の縮径開始部と、内管の円筒部から異形断面部への縮径開始部とによって拘束（規制）することにより、攪拌部材が軸方向に固定されているのが好ましい。
【００２３】
このようにすれば、ツイストテープ部材と鞘管との固定にろう付け接合を用いないので、被冷却流体の温度がろう材の耐熱温度以下に制約されるなどといった不具合は生じない。また、熱による膨張と収縮との繰り返しにより接合部に熱疲労破壊が生じるなどといった不具合も生じない。
【００２５】
本発明の基本的態様にかかる２重管式熱交換器においては、攪拌部材が、上記円柱形空間部内に配置され、各溝部の底部によって内管径方向の位置が固定される一方、周壁にこれを貫通する複数の開口部が形成された略円筒形の鞘管からなり、上記開口部が、鞘管内を流れる流体を鞘管外に導いて内管内壁面に衝突させる形状に形成されていてもよい。なお、鞘管の両端部に、それぞれ、内管の異形断面部から円筒部への移行部の拡管に対応して拡がり、先端部の径が、上記円柱形空間部の径よりも大きくなっている拡管部が設けられているのが好ましい。この場合も、２重管式熱交換器の構造が簡素化される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を具体的に説明する。
図１（ａ）〜（ｄ）に示すように、ＥＧＲクーラとして用いられる２重管式熱交換器１には、シェル２（外管）と、該シェル２内にこれと同軸状に配置された単一の伝熱管３（内管）とが設けられている。なお、以下では、便宜上、図１（ａ）中の位置関係における左側及び右側を、それぞれ、２重管式熱交換器１の「前側」及び「後側」ということにする。
【００２７】
前後方向に長手となるように配置されたシェル２の前後の両端部には、それぞれ、シェル２と離間する方向に向かって径が縮小する縮管部材４ａ、４ｂが接合されている。なお、各縮管部材４ａ、４ｂには、それぞれ、該２重管式熱交換器１をＥＧＲ通路（図示せず）に接続（ボルト締結）するためのフランジ５ａ、５ｂが取り付けられている。また、シェル２の前端部近傍及び後端部近傍には、それぞれ、２重管式熱交換器１に冷却流体（冷却水）を給排するための接続管６ａ、６ｂが取り付けられている。
【００２８】
伝熱管３は、前後の端部近傍ではそれぞれ円筒形であり（素管のまま）、この円筒形の部分（以下、「伝熱管円筒部」という。）は、それぞれ、シェル２ないし縮管部材４ａ、４ｂ（径が縮小していない部分）と当接（嵌合）している。したがって、この部位では、シェル２と伝熱管３とは２重管構造となっていない。そして、両伝熱管円筒部間では、伝熱管３は小径となっている（以下、「伝熱管小径部」という。）。この部位では、シェル２と伝熱管３とは２重管構造となっている。なお、伝熱管円筒部と伝熱管小径部との境界部では、伝熱管３は前後方向の中心部側に向かってテーパ状に径が縮小している。
【００２９】
伝熱管小径部には、断面形状でみて、円周方向に等角度間隔で配置され、それぞれ伝熱管中心部方向に凹状となった複数の溝部７が形成されている。その結果、伝熱管小径部の溝部７が形成されていない部分は、円周方向に等角度間隔で並ぶ凸部８となっている。つまり、伝熱管小径部の断面形状は異形となっている（伝熱管小径部は「異形断面部」である。）。なお、各溝部７及び各凸部８は、それぞれ、前後方向（伝熱管長手方向）に直線状に伸びている。このように、伝熱管小径部（異形断面部）には、溝部７と凸部８とが形成されているので、単純な円筒形の伝熱管に比べて、その伝熱面積が大きくなり、熱交換率が向上する。
【００３０】
この２重管式熱交換器１では、前側の接続管６ａを介して、シェル２の内周面と伝熱管３の外周面とによって画成された冷却液通路９に、冷却水（冷却流体）が導入される。冷却液通路９内を流通した冷却水は、後側の接続管６ｂを介して排出される。他方、伝熱管３には、前側の縮管部材４ａを介して、被冷却流体である高温のＥＧＲガスが導入される。このＥＧＲガスは、伝熱管３内を前側から後側に向かって流通しつつ冷却水によって冷却された後、後側の縮管部材４ｂを介して排出される。
【００３１】
ところで、前記のとおり、単に異形形状の伝熱管を用いた２重管式熱交換器（図１４（ａ）、（ｂ）参照）では、伝熱管内部での被冷却流体（媒体）の攪拌不足に起因して、被冷却流体の伝熱管内壁への接触不足が生じ、その熱交換率が低くなる。そこで、本発明にかかるこの２重管式熱交換器１では、伝熱管３の異形断面部において、複数の溝部７の底部、すなわち伝熱管中心部に向かって突出する複数の先端部に接する円柱形空間部に、被冷却流体（ＥＧＲガス）の攪拌を促進する攪拌部材を配置している。
【００３２】
つまり、本発明にかかる２重管式熱交換器１では、伝熱管小径部を溝部７及び凸部８を備えた異形形状に形成して伝熱面積を増加させたことによる伝熱効率の向上効果と、攪拌部材を配置して伝熱管小径部内での被冷却流体の攪拌を促進させたことによる伝熱効率の向上効果との相乗効果により、従来の２重管式熱交換器における上記各問題を解決している。
【００３３】
以下、この攪拌部材の具体的な構成及び機能を説明する。
この攪拌部材は、パンチングメタルからなる円筒状の鞘管１０と、該鞘管１０内に配置されるツイストテープ部材１１とで構成されている。ここで、ツイストテープ部材１１は、スタティックミキサとして機能し、伝熱管３内を流れる被冷却流体を有効に攪拌する。他方、鞘管１０は、ツイストテープ部材１１を支持する。円筒状の鞘管１０の周壁には、多数の開口部１０ａ（貫通孔）が形成されている。ツイストテープ部材１１によって攪拌された伝熱管中心部の被冷却流体は、これらの開口部１０ａを通り抜けて、伝熱管内壁面（花弁状壁面）に接触（衝突）する。
【００３４】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、ツイストテープ部材１１は、被冷却流体を有効に攪拌できるような形状にねじられたツイスト部１１ａと、該ツイストテープ部材１１を鞘管１０に対して、その長手方向（軸線方向）に位置決めないし固定するための平面部１１ｂとを備えている。
他方、図３に示すように、円筒状の鞘管１０の周壁には、多数の円形の開口部１０ａが形成されている。
【００３５】
この鞘管１０では、開口部１０ａの形状は円形であるが、開口部１０ａの形状は円形に限定されるわけではない。
例えば、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、鞘管１０の周壁に、長円形ないしは楕円形の開口部１０ａを形成してもよい。また、それ以外の形状であってもよい。
また、この鞘管１０は、その円周方向に切れ目のないパイプ状のものであるが、円周方向の一部で切断されている（切り欠かれた）、略Ｃ字形の断面形状をもつ鞘管を用いてもよい。
【００３６】
ツイストテープ部材１１は、その大部分が鞘管１０内に収容され（ツイスト部１０ａの先端部及び平面部１０ｂを除く）、鞘管１０に固定される。以下、鞘管１０へのツイストテープ部材１１の固定手法を説明する。
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、鞘管１０の、長手方向の一方の端部には、鞘管端部に開口するスリット１０ｂ（割筋）が形成されている。このスリット１０ｂの幅は、ツイストテープ部材１１の平面部１１ｂと嵌合（係合）できるように好ましく設定されている。
【００３７】
なお、以下では、便宜上、鞘管１０については、その長手方向（軸線方向）にみてスリット１０ｂが形成されている方を「前」といい、これと反対側を「後」という。また、ツイストテープ部材１１については、その長手方向（軸線方向）にみて平面部１１ｂが形成されている方を「前」といい、これと反対側を「後」という。つまり、鞘管１０あるいはツイストテープ部材１１の「前・後」は、２重管式熱交換器１の「前・後」と一致する。
【００３８】
ツイストテープ部材１１を鞘管１０に固定する際には、ツイスト部１１ａを鞘管１０内に前側端部から挿入し、平面部１１ｂをスリット１０ｂに嵌合させる。これにより、ツイストテープ部材１１の前端部は、鞘管１０の前端部に固定される。なお、このとき、ツイスト部１１ａの後端近傍部（先端近傍部）は、鞘管１０を通り抜けて、鞘管後端部から後方にやや突出する。
【００３９】
この後、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、鞘管１０の後端近傍部にプレス加工等を施して、ツイスト部１１ａの後端近傍部を両側から挟み込むように鞘管１０を押し潰し（プレス成形し）、鞘管１０をツイスト部１１ａに圧着させる。これにより、ツイストテープ部材１１の後端部が鞘管１０の後端部に固定される。なお、図６（ａ）、（ｂ）において、１０ｃは鞘管１０の圧着部（押し潰された部分）を示している。
【００４０】
かくして、ツイストテープ部材１１は、平面部１１ｂとスリット１０ｂとを嵌合させ、かつ鞘管１０の後端部とツイスト部１０ａの後端部とを圧着させることにより、鞘管１０に強固に固定（支持）される。
図７は、このようにして、ツイストテープ部材１１が鞘管１０に固定された状態を示している。
【００４１】
このように、この２重管式熱交換器１では、従来のこの種の２重管式熱交換器とは異なり、ツイストテープ部材１１と鞘管１０との固定にろう付け接合を用いないので、被冷却流体の温度がろう材の耐熱温度以下に制約されるなどといった不具合は生じない。また、熱による膨張と収縮との繰り返しにより接合部に熱疲労破壊が生じるなどといった不具合も生じない。
また、単純にツイストテープを伝熱管内に挿入配置しただけの場合に生じる、高温の被冷却流体の温度によって、ツイストテープに生じさせた残留応力が除去され、その捻じり角度が変化して、冷却性能が低下するといった不具合も生じない。
【００４２】
鞘管１０へのツイストテープ部材１１の固定手法としては、嵌合及びプレス圧着による上記手法（以下、「嵌合・プレス圧着法」という。）のほか、種々の手法を用いることができる。
図８（ａ）は、嵌合・プレス圧着法以外の鞘管１０へのツイストテープ部材１１の固定手法の一例を示している。図８（ａ）に示すように、この固定手法では、鞘管１０の前端部とツイストテープ部材１１とを溶接により接合するとともに、鞘管１０の後端部とツイストテープ１０部材とを溶接により接合している。この固定手法でも、高温の被冷却流体の影響により、ツイストテープ部材１１の捻じり残留応力が除去されて捻じり角度が変化するといった不具合が生じるのを防止することができる。
【００４３】
図８（ｂ）は、嵌合・プレス圧着法以外の鞘管１０へのツイストテープ部材１１の固定手法のもう１つの例を示している。図８（ｂ）に示すように、この固定手法では、鞘管１０とツイストテープ部材１１とを、両者の接触部全体をろう付け接合することに固定している。この固定手法は、被冷却流体が比較的低温の場合に用いることができる。なお、鞘管１０とツイストテープ部材１１とを、両者の接触部全体でろう付け接合するのでなく、鞘管１０の前端近傍部と後端近傍部とを、それぞれ、ツイストテープ部材１１にろう付け接合してもよい。
【００４４】
以下、鞘管１０とツイストテープ部材１１とで構成される攪拌部材を備えた２重管式熱交換器１の製作手法を説明する。
図９（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ２重管式熱交換器１を構成する、組み立て前における、シェル２（外管）と、鞘管１０及びツイストテープ部材１１からなる攪拌部材と、前側の縮管部材４ａ及びフランジ５ａと、伝熱管３（内管）と、後側の縮管部材４ｂ及びフランジ５ｂとを示している。ここで、シェル２の内径と、縮管部材４ａ、４ｂの円筒部の内径と、伝熱管３の両端円筒部の外径とは、シェル２及び縮管部材４ａ、４ｂの円筒部に伝熱管３を挿入（嵌入）できる寸法に設定されている。また、伝熱管３の両端円筒部の外径は、伝熱管３の両円筒部間における凸部８の外径よりも大きい寸法に設定されている。
【００４５】
そして、２重管式熱交換器１を製作する（組み立てる）際には、まず、鞘管１０とツイストテープ部材１１とからなる攪拌部材を、伝熱管３内にその前端部から挿入する。なお、攪拌部材は、ツイストテープ部材１１の平面部１１ｂが伝熱管３の前側の円筒部内に完全に収容されるまで、伝熱管３内に挿入される。このとき、攪拌部材を構成する鞘管１０は、伝熱管３の各溝部７の底部（伝熱管中心部に向かって突出する部分）によって、伝熱管の径方向に位置決めないし固定される。
【００４６】
次に、内部に攪拌部材を収容している伝熱管３を、シェル２内に挿入する。このとき、伝熱管３の両端円筒部の一部はシェル外に突出する。続いて、伝熱管３の前後の各円筒部の、シェル外に突出している部分に、それぞれ、フランジ５ａ、５ｂを伴った縮管部材４ａ、４ｂを外嵌する（組み付ける）。
【００４７】
この後、シェル２と伝熱管３とを溶接により接合するとともに、縮管部材４ａ、４ｂと伝熱管３とを溶接により接合し、２重管式熱交換器１が完成する。
ここで、図１０に示すように、シェル２の前端部近傍において、Ｗで示す部分に溶接を施し、シェル２と伝熱管３と前側の縮管部材４ａとを同時に接合してもよい（シェル２の後端部近傍でも同様）。また、シェル２と伝熱管３の接合と、縮管部材４ａ、４ｂと伝熱管３の接合とを、別々に施工してもよい。なお、被冷却流体の温度が比較的低い場合は、溶接に代えてろう付けにより、シェル２と伝熱管３と縮管部材４ａ、４ｂとを接合してもよい。
【００４８】
この２重管式熱交換器１においては、鞘管１０とツイストテープ部材１１とからなる攪拌部材を確実に固定することが必要である。攪拌部材が前後方向（軸線方向）に移動すると、内燃機関の排気系や吸気系の管路を閉塞させたり、被冷却流体の攪拌性を変化させて熱交換率を低下させるおそれがあるからである。
【００４９】
しかしながら、この２重管式熱交換器１では、鞘管１０とツイストテープ１１とからなる攪拌部材の前後方向（軸方向）の位置は、ツイストテープ部材１１の平面部１１ｂの４つの角部と、縮管部材４ａの径縮小開始部及び伝熱管３の径縮小開始部との係合により拘束（規制）されるので、該攪拌部材の前後方向のずれないし移動は起こらない。
【００５０】
このように、この２重管式熱交換器１では、原則的には、従来のこの種の２重管式熱交換器とは異なり、ツイストテープ部材１１と鞘管１０との固定にろう付け接合を用いないので、被冷却流体の温度がろう材の耐熱温度以下に制約されるなどといった不具合は生じない。また、単純にツイストテープを伝熱管内に挿入配置しただけの場合に生じる、高温の被冷却流体の温度によって、ツイストテープに生じさせた残留応力が除去され、その捻じり角度が変化して、冷却性能が低下するといった不具合も生じない。
【００５１】
ただし、被冷却流体の温度が比較的低い場合は、ツイストテープ部材１１の平面部１１ｂを用いず、ツイストテープ１１と鞘管１０とをろう付け接合してもよい。なお、振動等により発生するガタツキ音等が問題になる場合は、攪拌部材の両端部を伝熱管３に部分的に溶接接合してもよい。
【００５２】
以下、この２重管式熱交換器１のより具体的な施工例ないしは実施態様を説明する。
この実施の形態にかかる２重管式熱交換器１では、これを構成するすべての部材を、高温状態における耐熱性及び耐腐食性の高いステンレス材を用いて形成している。しかしながら、これらの各部材の材料はステンレス材に限定されるわけではない。使用条件によっては、他の材料、例えば銅合金、アルミニウム合金、亜鉛合金等を用いてもよい。
【００５３】
この実施の形態にかかる２重管式熱交換器１は、内燃機関のＥＧＲクーラであり、被冷却流体は高温のＥＧＲガスであり、冷却流体は冷却水である。しかしながら、本発明にかかる２重管式熱交換器１は、ＥＧＲクーラとしての用途に限定されるわけではなく、種々の被冷却流体及び冷却流体を対象とする熱交換器に用いることができる。この２重管式熱交換器１は、例えば、被冷却流体が気体ではなく液体である場合にも用いることができる。
【００５４】
また、この実施の形態にかかる２重管式熱交換器１では、伝熱管３の複数の溝部７は、伝熱管円周方向に等角度間隔で配置されている。しかしながら、溝部７の配置形態は、これに限定されるわけではない。伝熱管中心部に攪拌部材を位置決めないし固定して支持することができれば、すなわち複数の溝部７の各底部（先端部）が、円筒状の攪拌部材ないし鞘管１０の外周面に当接すれば、溝部７は伝熱管円周方向に非等角度間隔で配置されていてもよい。
【００５５】
以下、本発明の実施の形態の変形例を説明する。
図１１（ａ）、（ｂ）は、１つの変形例を示している。図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、この変形例にかかる２重管式熱交換器１’では、攪拌部材には鞘管１０は用いられず、伝熱管３（内管）内にはツイストテープ部材１１だけが直接配設されている。なお、ツイストテープ部材１１は、伝熱管中心部付近において、各溝部７の底部（先端部）に接する円柱形空間部（接円）内に配置されている。この場合、ツイストテープ部材１１（攪拌部材）の伝熱管３への接合は、例えば、ツイストテープ部材１１の前後の両端近傍部を伝熱管３の任意の部分に溶接することにより行われる。また、被冷却流体の温度が比較的低い場合は、ツイストテープ部材１１と伝熱管３とを、部分的にろう付けすることにより、あるいはツイストテープ部材１１と伝熱管３との接触部全体をろう付けすることにより接合してもよい。
【００５６】
図１２（ａ）〜（ｄ）は、もう１つの変形例を示している。図１２（ａ）〜（ｄ）に示すように、この変形例にかかる２重管式熱交換器１”では、攪拌部材にはツイストテープ部材１１は用いられず、伝熱管３（内管）内には鞘管１０だけが配設されている。なお、鞘管１０は、本発明の実施の形態にかかる２重管式熱交換器１の場合と同様に、伝熱管中心部付近において、各溝部７の底部（先端部）に接する円柱形空間部（接円）内に配置されている。
【００５７】
この変形例において、鞘管１０（攪拌部材）の伝熱管３への接合は、例えば、鞘管１０の前後の両端近傍部を伝熱管３の任意の部分に溶接することにより行われる。また、被冷却流体の温度が比較的低い場合は、鞘管１０と伝熱管３とを、部分的にろう付けすることにより、あるいは鞘管１０と伝熱管３との接触部全体をろう付けすることにより接合してもよい。
【００５８】
ただし、鞘管１０と伝熱管３とを溶接することができない場合は、図１２（ａ）に示すように、鞘管１０の両端部を、それぞれ、伝熱管３の異形断面部から円筒部への移行部に、異形断面部の内接円筒よりも大きくなるように拡管してもよい。
図１２（ｂ）〜（ｄ）は、鞘管１０の周壁面に形成される開口部１０ａの変形例を示している。図１２（ｂ）〜（ｄ）に示すように、これらの開口部１０ａは、鞘管１０内の被冷却流体が鞘管１０外に導かれて伝熱管３の内壁に衝突（接触）するように、周壁を鞘管中心方向に向かって変形させることにより形成されている。
【００５９】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、伝熱管内部における被冷却流体の攪拌効果を向上させることができ、熱交換率が高く、かつ信頼性及び使用寿命を向上させることができるとともに、製造コストを低減することができる、簡素な構造の２重管式熱交換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態を示す２重管式熱交換器の一部断面側面図であり、（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれ（ａ）に示す２重管式熱交換器のＡ−Ａ線断面図、Ｂ−Ｂ線断面図及びＣ−Ｃ線断面図である。
【図２】（ａ）はツイストテープ部材の側面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すツイストテープ部材の正面図である。
【図３】円形の開口部を備えた鞘管の側面図である。
【図４】（ａ）は長円の開口部を備えた鞘管の側面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す鞘管の一部を拡大して示す図である。
【図５】（ａ）は鞘管の前端近傍部の側面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す鞘管の正面図である。
【図６】（ａ）はツイストテープ部材が固定された状態における鞘管の後端近傍部の側面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す鞘管の後面図である。
【図７】ツイストテープ部材と鞘管とからなる攪拌部材の側面図である。
【図８】（ａ）は攪拌部材の１つの変形例の側面図であり、（ｂ）は攪拌部材のも１つの変形例の側面図である。
【図９】（ａ）はシェルの側面断面図であり、（ｂ）は鞘管及びツイストテープ部材からなる攪拌部材の一部断面側面図であり、（ｃ）は前側の縮管部材及びフランジの側面断面図であり、（ｄ）は伝熱管の側面断面及び正面断面を示す図であり、（ｅ）は後側の縮管部材及びフランジの側面断面図である。
【図１０】２重管式熱交換器の前端近傍部の側面断面図である。
【図１１】（ａ）は本発明の１つの変形例にかかる２重管式熱交換器の側面断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す２重管式熱交換器のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１２】（ａ）は本発明のもう１つの変形例にかかる２重管式熱交換器の側面断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す２重管式熱交換器を構成する鞘管の側面図であり、（ｃ）は（ｂ）に示す鞘管の正面図であり、（ｄ）は（ｂ）に示す鞘管の側面断面図である。
【図１３】（ａ）は従来の多管式熱交換器の側面断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す多管式熱交換器の正面断面図である。
【図１４】（ａ）は従来の２重管式熱交換器の側面断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す２重管式熱交換器の正面断面図である。
【図１５】従来のスパイラル管からなる伝熱管の側面断面図である。
【図１６】従来の２重管式熱交換器の正面断面図である。
【図１７】（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、伝熱管の断面形状が互いに異なる５つの従来の２重管式熱交換器の正面断面図である。
【図１８】従来の２重管式熱交換器の正面断面図である。
【図１９】従来のツイストテープの側面図である。
【符号の説明】
１…２重管式熱交換器、１’…２重管式熱交換器、１”…２重管式熱交換器、２…シェル（外管）、３…伝熱管（内管）、４ａ…縮管部材、４ｂ…縮管部材、５ａ…フランジ、５ｂ…フランジ、６ａ…接続管、６ｂ…接続管、７…溝部、８…凸部、９…冷却液通路、１０…鞘管、１０ａ…開口部、１０ｂ…スリット、１０ｃ…圧着部、１１…ツイストテープ部材、１１ａ…ツイスト部、１１ｂ…平面部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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