(57)【要約】【課題】  管内を通流する被冷却媒体若しくは冷却媒体に対する乱流化や攪拌作用に加え、流体の分配や流速の均一化を図り、効率的な熱交換作用を促進して、優れた冷却効率が得られる伝熱管と多管式熱交換器並びに多管式熱交換型ＥＧＲガス冷却装置を提供する。【解決手段】  線材をスパイラル状に巻回すと共に、その巻回した断面形状を偏平に形成した少なくとも１本のコイルスプリングを、被冷却媒体もしくは冷却媒体が通流する管内に内装してなる偏平伝熱管および該偏平伝熱管を組込んだ多管式熱交換器着並びに多管式熱交換型ＥＧＲガス冷却装置。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
線材をスパイラル状に巻回すと共に、その巻回した断面形状を偏平に形成した少なくとも１本のコイルスプリングを、被冷却媒体もしくは冷却媒体が通流する管内に内装してなることを特徴とする偏平伝熱管。
【請求項２】
前記コイルスプリングが、線材間に特定の間隔を保持して巻き回され、偏平に形成されるその巻回し断面形状が略長円形、略楕円形、略長方形のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載偏平伝熱管。
【請求項３】
前記コイルスプリングが、線材を円形のスパイラル状に巻き回してコイルスプリングを形成し、その後該コイルスプリングを平行面で押圧することにより、巻回した断面形状が偏平に形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の偏平伝熱管。
【請求項４】
前記コイルスプリングを形成する線材の断面が、円形若しくは該円形を基に任意に変形された略楕円形や略長円形、三角形、正方形若しくは該正方形を基に任意に変形された略長方形、略五角形、略六角形、略多角形、または星形などから選択される断面形状を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の偏平伝熱管。
【請求項５】
前記コイルスプリングを形成する線材の断面形状が長方形であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載偏平伝熱管。
【請求項６】
前記コイルスプリングの偏平伝熱管内への内装形態が、該偏平伝熱管の管軸方向に対して平行、波状、垂直、斜めから選択されるいずれかの形態、若しくはこれらの形態を任意に組み合わせて内装されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の偏平伝熱管。
【請求項７】
前記偏平伝熱管の断面形状が略長円形若しくは略長方形であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載偏平伝熱管。
【請求項８】
前記偏平伝熱管の少なくとも一方の内周壁面に凹溝が形成され、該凹溝に前記コイルスプリングを嵌装するようにして内装されたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載偏平伝熱管。
【請求項９】
前記偏平伝熱管へのコイルスプリングの内装手段が溶接、拡散接合、ろう付けその他の接合手段の中から適宜選択され、一体として接合されたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の偏平伝熱管。
【請求項１０】
前記偏平伝熱管へのコイルスプリングの内装手段が、ろう付けであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の偏平伝熱管。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載の偏平伝熱管を、少なくとも２以上組み込んでなることを特徴とする多管式熱交換器。
【請求項１２】
前記偏平伝熱管内に被冷却媒体を通流させたことを特徴とする請求項１１に記載の多管式熱交換器。
【請求項１３】
前記被冷却媒体がガス体であることを特徴とする請求項１１または１２に記載の多管式熱交換器。
【請求項１４】
前記偏平伝熱管内に被冷却媒体としてＥＧＲガスを通流させてなることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の多管式熱交換型ＥＧＲガス冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通常多管式熱交換器並びに多管式熱交換型冷却装置に内装され、被冷却媒体若しくは冷却媒体を通流するための伝熱管に係り、詳しくは該伝熱管内を通流する被冷却媒体若しくは冷却媒体からなる流体に対し、乱流や渦流の攪拌作用を生起させ、伝熱管壁面と流体の接触を大ならしめると共に、該伝熱管内を通流する前記流体の流速や流量を均一化することによって、優れた熱交換性能が得られる偏平伝熱管と、該偏平伝熱管を組込んでなる多管式熱交換器並びに多管式熱交換型ＥＧＲガス冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の排気ガス再循環用のＥＧＲクーラーを初め、燃料クーラー、オイルクーラー、インタークーラーなどの液−液、液−気体、気体−気体等、様々な形態の流体に対する熱交換器が多用されているが、これらの流体が通流する伝熱管内には、該流体の保有する熱を効率的に放熱したり、或いは吸収したりするために様々な工夫がなされている。例えば、ディーゼルエンジンの排気系から排気ガスの一部を取り出して再びエンジンの吸気系に戻し、混合気に加える方法は、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気再循環）と称され、ＮＯｘ（窒素酸化物）の発生を抑制し、ポンプ損失の低減や燃焼ガスの温度低下に伴う冷却液への放熱損失の低減、作動ガス量・組成変化による比熱比の増大と、それに伴うサイクル効率の向上など、多くの効果が得られるところから、ディーゼルエンジンの排気ガスの浄化や、熱効率を改善するための有効な方法として広く採り入れられている。
【０００３】
ところが、ＥＧＲガスの温度が上昇し、ＥＧＲガス量が増大すると、その熱作用によってＥＧＲバルブの耐久性が低下し、早期に破損する惧れが生ずるため、その防止策として冷却系を設けて水冷構造とする必要に迫られたり、吸気温度の上昇に伴い充填効率が低下して燃費が低下するという現象を招来する。このような事態を回避するためにエンジンの冷却液、カーエアコン用冷媒または冷却風などによってＥＧＲガスを冷却する装置が用いられ、とりわけ、気体であるＥＧＲガスをエンジン冷却水で冷却する気−液熱交換タイプのＥＧＲガス冷却装置が多数提案され、その熱交換性能を向上させるための手段として、ＥＧＲガスが通流する管内に様々な形態のフィンを内装させている。例えば、ガスを通す内管の外側に液体を通す外管を配設し、ガスと液体間で熱交換を行う交換器において、内管内に金属コルゲート板がフィンとして挿入されている２重管式熱交換器（例えば、特許文献１参照）、内側に被冷却媒体を流通させる内管と、該内管の外周を離間して囲むように設けられた外管と、前記内管の内部に配設された熱応力緩和機能を有する放熱フィンとから構成された２重管式熱交換器（例えば、特許文献２参照）、内側に被冷却媒体を流通させる内管と、該内管の外周を離間して囲むように設けられた外管と、前記内管の内部に配設されたクロスフィンとから構成された２重管式熱交換器（例えば、特許文献３参照）等が提案されている。
【特許文献１】特開平１１−２３１８１号公報（第１〜６頁、図１〜２）
【特許文献２】特開２０００−１１１２７７号公報（第１〜１２頁、図１〜１２）
【特許文献３】特開２００３−２１４７８号公報（第１〜８頁、図１〜７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記各従来技術において、特許文献１〜３に開示されている２重管タイプのＥＧＲガス冷却器の場合は、コルゲートフィンやクロスフィンを内装させることによって、ガスの流れを細流化してフィンに対する接触面積の増大を図る点においては、それなりの成果が期待されるものの、ＥＧＲガス流路を構成するパイプの内面は、長さ方向の全長に渡ってその内周面が平滑となっているものが多く、パイプの中心付近における熱伝達が不十分となり、その上ガス流がＥＧＲガス配管に沿ってストレートに流れるため、ガス流の乱流化が不十分となり、伝熱面の境界層が十分に薄くならず、伝熱性能が若干不足するという問題が残されていた。
【０００５】
さらに、近時上記ＥＧＲガス冷却装置に止まらず、該ＥＧＲガス冷却装置を含む他の熱交換タイプの冷却装置の一例として、図１５に示すようなシェルアンドチューブ型の多管式熱交換器２００が幅広く採用され、冷却水が通流するシェル２０１内に、チューブシート２０５を介して複数の伝熱管群２０３が形成され、ボンネット２０２−１に設けられた被冷却媒体入口ｇ１から導入された高温の流体が、反対側のボンネット２０２−２に設けられた被冷却媒体出口ｇ２から排出されるまでの間に、該伝熱管群２０３を形成する伝熱管の管壁を介して、前記シェル２０１内を被冷却媒体の流れに対して直交状態で通流する冷却水に熱交換され、所定温度にまで冷却される構造となっている。また、該伝熱管群２０３を形成する個々の伝熱管２０３−１を、図１６（ａ）および（ｂ）に示すような偏平管とすることによって、その接触面積を広くしたり、該偏平伝熱管２０３−１内に断面が矩形で、長手方向に自由形状を有するのコルゲート状のプレートフィン２０６を内装して、被冷却媒体である高温流体の流路を複数の小流路に区画したり、該プレートフィン２０６を図１６（ｃ）に示すような波形に形成して、該小流路内を通流する流体を蛇行させることによって、熱伝達面積をさらに大ならしめ、熱交換効率の一層の向上を図るためのフィン構造体が提案され、それぞれ初期の成果を達成している。
【０００６】
然しながら、偏平伝熱管内に一枚の金属製薄板からなるプレート材料に、特殊な塑性加工を施すことによって形成された上記フィン構造体を内装した上記伝熱管においても、該フィン構造体によって形成された小流路内における流体の圧力損失が低く、該小流路間を通流する流体の分配が均等にならず、流速に不均一な分布が発生し、しかも一枚の金属性薄板によって成形されたプレートフィンによって分割された上記小流路は、それぞれに独立した流路を形成し、相互に連通していないため、一旦発生した流速の分布の不均一を解消させることは不可能となり、この流速分布の偏りに起因して熱交換効率が著しく低下するという未解決な課題が残されていた。また、上記伝熱管において分割された小流路における流体分配の不均一は、過剰量の流体が通流した場合には所望の温度域にまで冷却することが不可能となり、一方、流体流量が設計値より少ない場合においては、流体の冷却は進行するものの所定流量に達しないため、結果として交換熱量は減少することとなる。即ち、熱交換効率を向上させるべく改善された上記フィン構造体においても、煩雑な塑性加工などその加工や取付け方法に困難を要し、装置そのものが高コストとなるのに比し、十分な性能を得るまでには至らず、更に改良を望まれる大きな課題が残されていた。本発明は斯かる課題を解決することを所期の目的として種々検討した結果、偏平伝熱管に装入される従来のフィン構造体に代えて、線材をスパイラル状に巻き回して得た断面形状が偏平のコイルスプリングを内装せしめることにより、該偏平伝熱管内を通流する流体に対して間歇的なエッジ効果が連続して多数発生するとともに、同時に連続的なカルマンの渦列が形成されるという知見を得、該知見に基づいて簡略な構造であるにも拘らず熱交換効率が優れる偏平伝熱管を開発し、該偏平伝熱管を組み込むことによって冷却効率が著しく向上した多管式熱交換器、並びに多管式熱交換型ＥＧＲガス冷却装置を提供することに成功した。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明による偏平伝熱管は、線材をスパイラル状に巻回すと共に、その巻回した断面形状を偏平に形成した少なくとも１本のコイルスプリングを、被冷却媒体もしくは冷却媒体が通流する管内に内装してなることを特徴的構成要件とする偏平伝熱管を要旨とするものである。
【０００８】
また、本発明による上記偏平伝熱管は、前記コイルスプリングが、線材間に特定の間隔を保持して巻き回され、偏平に形成されるその巻回した断面形状が略長円形、略楕円形、略長方形のいずれかであることを特徴とするものである。
【０００９】
さらに、本発明による前記コイルスプリングが、線材を円形のスパイラル状に巻き回してコイルスプリングを形成し、その後該コイルスプリングを平行面で押圧することにより、巻回した断面形状を偏平に形成したことを特徴とするものである。
【００１０】
上記本発明による偏平伝熱管において、前記コイルスプリングを形成する線材の断面が、円形若しくは該円形を基に任意に変形された略楕円形や略長円形、三角形、正方形若しくは該正方形を基に任意に変形された略長方形、略五角形、略六角形、略多角形、または星形などから選択される断面形状を有することを好ましい態様とするものである。
【００１１】
本発明による上記偏平伝熱管において、前記コイルスプリングを形成する線材の断面形状が長方形であることをさらに好ましい態様とするものである。
【００１２】
また、上記本発明による偏平伝熱管において、前記コイルスプリングの偏平伝熱管内への内装形態が、該偏平伝熱管の管軸方向に対して平行、波状、垂直、斜めから選択されるいずれかの形態、若しくはこれらの形態を任意に組み合わせて内装されることを特徴とするものである。
【００１３】
さらに、本発明による前記偏平伝熱管の断面形状が、略長円形若しくは略長方形であることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明による上記偏平伝熱管において、該偏平伝熱管の少なくとも一方の内周壁面に凹溝が形成され、該凹溝に前記コイルスプリングが嵌装されるようにして内装することを特徴とするものである。
【００１５】
本発明による上記偏平伝熱管において、該偏平伝熱管へのコイルスプリングの内装手段が溶接、拡散接合、ろう付けその他の接合手段の中から適宜選択され、一体として接合されることを好ましい態様とするものである。
【００１６】
また、本発明による上記偏平伝熱管において、該偏平伝熱管へのコイルスプリングの内装手段が、ろう付けであることをさらに好ましい態様とするものだある。
【００１７】
本願に係る他の発明による多管式熱交換器は、上記発明によって得られた偏平伝熱管を、少なくとも２つ以上組み込んでなることを特徴的構成要件とするものである。
【００１８】
前記の発明に係る多管式熱交換器において、組み込まれる前記偏平伝熱管内に、被冷却媒体を通流させることを好ましい態様とするものである。
【００１９】
前記の発明に係る多管式熱交換器において、前記偏平伝熱管内を通流する被冷却媒体が、ガス体であることを好ましい態様とするものである。
【００２０】
本願に係るさらに他の発明による多管式熱交換型ＥＧＲガス冷却装置は、内装される前記偏平伝熱管内に、被冷却媒体としてＥＧＲガスを通流させてなることを特徴的構成要件とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る上記偏平伝熱管によれば、該偏平伝熱管内に内装される巻回した断面形状が偏平のコイルスプリングが、該伝熱管内を通流する被冷却媒体或いは冷却媒体からなる流体の流路に介在することにより、多数のエッジ部が間歇的にかつ途切れることなく連続して存在して該流体に対するエッジ効果を生じさせ、加えてスパイラル状に形成される線材毎に、カルマンの渦列が連続的に形成され、大きな攪拌効果と共に該伝熱管内における流体の流速に偏りがなくなり、それに伴い不均一な流速の分布が解消されて均一な流速が維持し易い構造となる。従ってそれぞれの流路間にあって流体の圧力も均一となり、流体の分配も平均化され、伝熱性能が飛躍的に向上して優れた熱交換性能が確保される。また、本発明によるコイルスプリングを内装した上記偏平伝熱管によれば、スパイラル状に形成された該コイルスプリングによって、通流する流体間の混合、衝突が頻繁に発生し、作動流体の乱流化や渦流化が期待でき、流体は、その流線が複雑に撹乱され、層流は剥離されて効果的な攪拌が繰り返され、伝熱管内を通流する流体は繰返し該伝熱管壁面やコイルスプリングと接触して効果的な熱交換が促進される。
【００２２】
本発明における上記偏平伝熱管において、該伝熱管の少なくとも一方の、好ましくは両方の内周壁面に凹溝を形成し、該凹溝にコイルスプリングを嵌装させるようにして内装すると、組込みが容易で炉内ろう付などによる連続製造がし易くなって、製造コストを大幅に削減することができると共に、偏平伝熱管そのものの補強効果が加味してその耐振性が向上し、かつ固定手段をろう付とすることにより、コイルスプリングから伝熱管壁面への伝熱性が更に向上する。また、コイルスプリングを形成する線材の断面形状を、長円形等の偏平状とすることによりコイルスプリング自体の伝熱面積が増大して、それを組み込んだ偏平伝熱管の伝熱性能が一層向上する。従って本発明による偏平伝熱管は、多管式の熱交換型冷却装置は勿論のこと、燃料用クーラーやオイルクーラー更にはインタークーラー等の熱交換器用伝熱管として好適に内装し得ると同時に、前記コイルスプリングを内装した伝熱管は、その優れた熱交換性能によってそれらの装置の小型軽量化を可能とし、該装置のコンパクト化に貢献して、限られたスペースに容易に設置することができる熱交換器を、比較的安価に提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について添付した図面に基づいて更に詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例に係る偏平伝熱管の単体を模式的に示し、（ａ）はコイルスプリングを内装した偏平伝熱管の一部省略斜視図、（ｂ）はコイルスプリング単体の一部省略斜視図、図２は本発明の他の実施例に係る偏平伝熱管の単体を模式的に示し、（ａ）はコイルスプリングを内装した偏平伝熱管の一部省略斜視図、（ｂ）はコイルスプリング単体の一部省略斜視図、図３は本発明の更に他の実施例に係る偏平伝熱管の単体を模式的に示す一部省略斜視図、図４は本発明に係るコイルスプリングの巻回した断面形状を示し、（ａ）〜（ｅ）はその巻回した断面形状を偏平に形成した状態を例示した正面図、図５は本発明における上記コイルスプリングを形成する線材の断面形状を示し、（ａ）〜（ｈ）は該伝面形状を例示した断面図、図６は本発明におけるコイルスプリング単体の側面を示す２面図で、（ａ）は線材同士が密着した状態を示し、（ｂ）は線材同士が特定の間隔を保った状態をそれぞれ示す一部省略側面図、図７は本発明に係る一実施例において、偏平伝熱管に内装されるコイルスプリングの配置の状況を模式的に示す一部拡大平面図、図８は本発明に係る他の実施例において、偏平伝熱管に内装されるコイルスプリングの配置の状況を模式的に示す一部拡大平面図、図９は本発明に係る更に他の実施例において、偏平伝熱管に内装されるコイルスプリングの配置の状況を模式的に示す２面図で、（ａ）はその一部拡大平面図、（ｂ）はその一部拡大正面図、図１０は本発明に係る更に他の実施例において、偏平伝熱管に内装されるコイルスプリングの配置の状況を模式的に示す一部拡大平面図、図１１は本発明に係る更に他の実施例において、偏平伝熱管に内装されるコイルスプリングの配置の状況を模式的に示す一部拡大平面図、図１２は本発明に係る一実施例において、偏平伝熱管に内装されるコイルスプリングの組合せの状況を模式的に示す一部拡大平面図、図１３は本発明に係る多管式熱交換器において、コイルスプリングを内装した偏平伝熱管を組み込んだ状態を模式的に示す正面図、図１４は本発明に係る多管式熱交換型ＥＧＲガス冷却装置において、コイルスプリングを内装した偏平伝熱管を組込んだ状態を模式的に示す一部省略側面図である。
［実施例］
【００２４】
以下本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はこれによって拘束されるものではなく、本発明の主旨の範囲内において自由に設計変更が可能である。
【実施例１】
【００２５】
冷間引き抜き加工によって厚さ０．３ｍｍ、幅３ｍｍの断面形状が偏平楕円形に加工されたＳＵＳ３１６オーステナイト系ステンレス鋼からなる線材を用意し、該線材に対して密着巻き線加工を施すことによって巻回した断面形状が円形のコイル状に成形した後、金型による平行面間による押圧加工を施し、図１（ｂ）に示すような巻回した断面形状が略長円形の偏平コイルスプリング１を得た。一方、厚さ０．５ｍｍのＳＵＳ３１６オーステナイト系ステンレス鋼からなる円形チューブを用意し、金型による押圧加工を施して断面形状が略長方形の偏平管とした後、更に金型による押圧加工を施して図１（ａ）に示すような内周壁面に凹溝２−１が形成された偏平伝熱管２を得た。次いで該伝熱管２の凹溝２−１に前記コイルスプリング１を、線材同士が特定の間隔を保つようにして嵌装し、ろう付によって一体として接合して、本発明による巻回した断面形状が偏平のコイルスプリング１を内装した偏平伝熱管２を得た。このようにして得られた偏平伝熱管２を８本準備して、図１４に示すような多管式熱交換型ＥＧＲガス冷却装置２０に組み込み、該ＥＧＲガスｇの冷却性能試験に供した結果を、従来の同種の多管式熱交換型ＥＧＲガス冷却装置と比較して表１に示す。表１に示される結果によって明らかなように、本発明に基づく実施例によって構成される前記ＥＧＲガス冷却装置２０によれば、ＥＧＲガスｇ流入口のボンネット２０−３を介して流入した高温のＥＧＲガスｇは、偏平伝熱管２内に内装されたコイルスプリング１のエッジ効果によって効果的に攪拌され、一方、該コイルスプリング１が作用してカルマンの渦列が連続的に形成され、該伝熱管内を通流するＥＧＲガスｇの流れが乱流化されて大きな攪拌作用を受けながらも、該ＥＧＲガス流の流速分布が均一化されるため、伝熱管壁面に対する接触が偏り無く繰り返されて、効果的な熱交換が促進され、優れた冷却性能と高い温度効率が得られることが確認された。
【００２６】
【表１】
2006138538.tif 000003
【００２７】
本実施例による上記偏平伝熱管２と該偏平伝熱管２に内装されるコイルスプリング１を形成する線材として、ＳＵＳ３１６オーステナイト系ステンレス鋼を採用したが、一定の機械的強度を有し、耐熱性と耐食性並びに伝熱性に優れ、かつ加工性が良好な素材であれば、その他の金属材料から適宜選択することを妨げない。更に、本実施例における前記線材の形成手段を冷間引き抜き加工によって得られる線材としたが、その他の方法で得られた線材であっても差し支えはない。また、扁平伝熱管２の形成手段が円形チューブを用いた金型による押圧加工としたが、平板を用いた板金加工などにより、例えば最中合せタイプ（片合せ、両合せ）を採用することも妨げない。一方、偏平伝熱管２に対するコイルスプリング１の接合手段を、本実施例においてはろう付を採用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、溶接、拡散接合その他の接合手段を適宜に採用することも可能であり、また、ろう付においては、コイルスプリング１もしくは偏平伝熱管２の接合壁面のうち、少なくともいずれか一方に、予めめっきを施しておいても良く、ペースト、線材、箔等を接合面に供給することも可能である。
【実施例２】
【００２８】
偏平伝熱管２ａの形状を図２（ａ）に示すように形成し、内装されるコイルスプリング１ａの巻回した断面形状を同図（ｂ）に示すように略長方形の偏平形状とした以外は、実施例１と同様にして巻回した断面形状が偏平のコイルスプリング１ａ内装した偏平伝熱管２ａを得、該偏平伝熱管２ａを８本準備して、実施例１と同様にして多管式熱交換型ＥＧＲガス冷却装置２０に組込み、実施例１と同一の条件で冷却試験に供した結果、実施例１とほぼ同等の冷却効率を得られることが確認された。
【実施例３】
【００２９】
厚さ０．５ｍｍのＳＵＳ３１６オーステナイト系ステンレス鋼製の板材を用意し、金型を用いた板金加工による最中合せ加工を施し、図３に示すような偏平伝熱管２ｂを作製した。一方、該扁平伝熱管２ｂに内装されるコイルスプリング１ｂの巻回した断面形状を、同図に示すような変形長方形とし、それ以外は実施例２と同様にして図３に示すような巻回した断面形状が偏平のコイルスプリング１ｂを内装した偏平伝熱管２ｂを得た。次いで該偏平伝熱管２ｂを８本準備して、実施例１と同様にして多管式熱交換型ＥＧＲガス冷却装置２０に組込み、実施例１と同一の条件で冷却試験に供した結果、実施例１とほぼ同等の冷却効率を得られることが確認された。
【００３０】
本発明における偏平伝熱管に内装されるコイルスプリングは、その巻回した断面形状が偏平に形成されたものであれば特に制限されるものではなく、例えば図４の（ａ）に示す略長円形、同図（ｂ）に示す略楕円形、同図（ｃ）に示す略長方形、同図（ｄ）に示す略変形六角形、同図（ｅ）に示す略変形くの字状長方形が例示されるが、本発明の目的に沿うものであればその他の形状であっても自由に採用することが可能である。また、本発明におけるコイルスプリングは前記実施例からも明らかなように、当初円形の密着巻き線コイルとして形成され、偏平伝熱管に内装される際には、金型を用いた平行面間による押圧加工が施されて、所望の巻回し断面形状が偏平のコイルスプリングに形成されるが、該コイルスプリングは図６（ａ）に示すように密着巻き線状態で偏平伝熱管に内装されることを妨げないが、効果的なエッジ効果と連続的カルマンの渦列を形成するためと価格や重量のためには、同図（ｂ）に示すように線材同士に特定の間隔を保った非密着型であることが望ましい。
【００３１】
本発明における上記コイルスプリングを形成する線材は、コイルスプリングを形成することが可能な線材であればその断面形状を特に規定しないが、例えば図５（ａ）に示す円形、同図（ｂ）に示す略楕円形、同図（ｃ）に示す略長円形、同図（ｄ）に示す略正方形、同図（ｅ）に示す略長方形、同図（ｆ）に示す略五角形、同図（ｇ）に示す略六角形、同図（ｈ）に示す略星形等が例示されるが、本発明の目的に沿うものであればその他の形状であっても自由に採用することが可能である。
【００３２】
本発明において、コイルスプリングの偏平伝熱管への配置方法は任意であり特に制限するものではないが、例えば図７に示すように被冷却媒体であるガスの流れ方向ｇに対して直線状に配置したり、図８に示すように波状に配置したり、図９に示すように直角に配置することも可能であり、さらには図１０に示すようにコイルスプリングが間隔を設けることによって間歇的に配置されたり、図１１に示すように偏平伝熱管内に蛇腹状に配置して固定することも可能である。また、偏平伝熱管内におけるコイルスプリングの上記の配置は、それぞれを組み合わせて設けることも可能であり、例えば図１２に示すように直角と傾斜を交互に組み合わせて配置することも可能である
【００３３】
上記の如くして巻回した断面形状が偏平のコイルスプリングを内装することによって、本発明による偏平伝熱管が得られるが、該偏平伝熱管２ｘの複数本が冷却ジャケットを形成するシェル１０−１内に組込まれることによって、図１３に示すような本発明の多管式熱交換器１０が構成される。組込まれる偏平伝熱管は、同一のコイルスプリングを同一の配置によって内装されたものである必要はなく、図１３に示すように内装されるコイルスプリングが略長円形のコイルスプリング１ｃであったり、略長方形のコイルスプリング１ｅであったりすることも任意であり、その配置や組合せについても自由に選択することができる。
【００３４】
本発明による上記偏平伝熱管を複数本組込むことよって、前記実施例において用いられた図１４に示す本発明の多管式熱交換型ＥＧＲガス冷却装置が構成されるが、該ＥＧＲガス冷却装置は冷却ジャケットとなる本体２０−１の両端部にチューブシート２０−２が設けられ、該チューブシートを介して複数の偏平伝熱管２ｘが組込まれる。該偏平伝熱管には巻回した断面形状が偏平のコイルスプリングが内装され、ＥＧＲガス入口側のボンネット２０−３を介して流入した高温のＥＧＲガスが、前記偏平伝熱管内を通流してＥＧＲガス出口側のボンネット（図示を省略）を介して流去する間に、約１／３の温度レベルまで冷却されることが確認されているが、係る温度効率を可能とするのは扁平伝熱管に内装されるコイルスプリングによってもたらされるエッジ効果と、連続的に形成されるカルマンの渦列が貢献する熱伝導効率の著しい向上に、その要因が存在するものと前記実施例において確認されている。
【００３５】
本発明における上記偏平伝熱管、該伝熱管に内装されるコイルスプリング並びに多管式熱交換器やＥＧＲガス冷却装置等の材質は、装置内を通流する被冷却媒体や冷却媒体の腐食性や加工性などを考慮して適宜に選択されるが、通常オーステナイト系ステンレス鋼、一般鋼材である炭素鋼、銅、アルミニウム、チタン、ニッケルおよびこれらを基とする合金などが例示されるが、一定の耐食性と優れた剛性とを有し、ろう付などの接合にも好適に対応できるところからオーステナイト系ステンレス鋼が好ましく用いられる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
上記実施例からも明らかなように、本発明に係る上記偏平伝熱管によれば、該偏平伝熱管内に内装される巻回した断面形状が偏平のコイルスプリングが、該伝熱管内を通流する被冷却媒体或いは冷却媒体からなる流体の流路に介在することにより、多数のエッジ部が間歇的にかつ途切れることなく連続して存在して該流体に対するエッジ効果を生じさせ、加えてスパイラル状に形成される線材毎に、カルマンの渦列が連続的に形成され、大きな攪拌効果と共に該伝熱管内における流体の流速に偏りがなくなり、それに伴い不均一な流速の分布が解消されて均一な流速が維持し易い構造となる。従ってそれぞれの流路間にあって流体の圧力も均一となり、流体の分配も平均化され、伝熱性能が飛躍的に向上して優れた熱交換性能が確保される。また、本発明によるコイルスプリングを内装した上記偏平伝熱管によれば、スパイラル状に形成された該コイルスプリングによって、通流する流体間の混合、衝突が頻繁に発生し、作動流体の乱流化や渦流化が期待でき、流体は、その流線が複雑に撹乱され、層流は剥離されて効果的な攪拌が繰り返され、伝熱管内を通流する流体は繰返し該伝熱管壁面やコイルスプリングと接触して効果的な熱交換が促進される。
【００３７】
本発明における上記偏平伝熱管において、該伝熱管の内周壁面に凹溝を形成し、該凹溝にコイルスプリングを嵌装させるようにして内装すると、組込みが容易で炉内ろう付などによる連続製造がし易くなって、製造コストを大幅に削減することができると共に、偏平伝熱管そのものの補強効果が加味されてその耐振性が向上し、かつ固定手段をろう付とすることにより、コイルスプリングから伝熱管壁面への伝熱性が更に向上する。また、コイルスプリングを形成する線材の断面形状を、長円形等の偏平状とすることによりコイルスプリング自体の伝熱面積が増大して、それを組み込んだ偏平伝熱管の伝熱性能が一層向上する。従って本発明による偏平伝熱管は、多管式の熱交換型冷却装置は勿論のこと、燃料用クーラーやオイルクーラー更にはインタークーラー等の熱交換器用伝熱管として好適に内装し得ると同時に、前記コイルスプリングを内装した伝熱管は、その優れた熱交換性能によってそれらの装置の小型軽量化を可能とし、該装置のコンパクト化に貢献して、限られたスペースに容易に設置することができる熱交換器を、比較的安価に提供することができるため、当該産業分野における幅広い用途が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施例に係る偏平伝熱管の単体を模式的に示し、（ａ）はコイルスプリングを内装した偏平伝熱管の一部省略斜視図、（ｂ）はコイルスプリング単体の一部省略斜視図である。
【図２】本発明の他の実施例に係る偏平伝熱管の単体を模式的に示し、（ａ）はコイルスプリングを内装した偏平伝熱管の一部省略斜視図、（ｂ）はコイルスプリング単体の一部省略斜視図である。
【図３】本発明の更に他の実施例に係る偏平伝熱管の単体を模式的に示す一部省略斜視図である。
【図４】本発明に係るコイルスプリングの巻回した断面形状を示し、（ａ）〜（ｅ）はその巻回した断面形状を偏平に形成した状態を例示したそれぞれの正面図である。
【図５】本発明における上記コイルスプリングを形成する線材の断面形状を示し、（ａ）〜（ｈ）は該伝面形状を例示したそれぞれの断面図である。
【図６】本発明におけるコイルスプリング単体の側面を示す２面図で、（ａ）は線材同士が密着した状態を示し、（ｂ）は線材同士が特定の間隔を保った状態をそれぞれ示す一部省略側面図である。
【図７】本発明に係る一実施例において、偏平伝熱管に内装されるコイルスプリングの配置の状況を模式的に示す一部拡大平面図である。
【図８】本発明に係る他の実施例において、偏平伝熱管に内装されるコイルスプリングの配置の状況を模式的に示す一部拡大平面図である。
【図９】本発明に係る更に他の実施例において、偏平伝熱管に内装されるコイルスプリングの配置の状況を模式的に示す２面図で、（ａ）はその一部拡大平面図、（ｂ）はその一部拡大正面図である。
【図１０】本発明に係る更に他の実施例において、偏平伝熱管に内装されるコイルスプリングの配置の状況を模式的に示す一部拡大平面図である。
【図１１】本発明に係る更に他の実施例において、偏平伝熱管に内装されるコイルスプリングの配置の状況を模式的に示す一部拡大平面図である。
【図１２】本発明に係る一実施例において、偏平伝熱管に内装されるコイルスプリングの組合せの状況を模式的に示す一部拡大平面図である。
【図１３】本発明に係る多管式熱交換器において、コイルスプリングを内装した偏平伝熱管を組み込んだ状態を模式的に示す正面図である。
【図１４】本発明に係る多管式熱交換型ＥＧＲガス冷却装置において、コイルスプリングを内装した偏平伝熱管を組込んだ状態を模式的に示す一部省略側面図である。
【図１５】従来のシェルアンドチューブ型の多管式熱交換器を説明するための模式的な側面図である。
【図１６】上記熱交換器に搭載される断面矩形のコルゲート状プレートフィンを内装した偏平伝熱管と、冷却ジャケット（シェル本体）を示し、（ａ）はその正面図、（ｂ）は偏平伝熱管単体を示す正面図、（ｃ）は該偏平伝熱管に内装されるプレートフィンの平面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ  コイルスプリング
２、２ａ、２ｂ、２ｘ  偏平伝熱管
２−１  凹溝
２−２、２ａ−２  内周壁面
２ｂ−３  最中合せ部
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇ、４ｈ  線材
１０  多管式熱交換器
１０−１  シェル（冷却ジャケット）
２０  ＥＧＲガス冷却装置
２０−１  本体
２０−２  チューブシート
２０−３  ボンネット
Ｗ−１、Ｗ−１ａ  冷却水入口
Ｗ−２、  冷却水出口
【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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