(57)【要約】【課題】  伝熱管内に内装されるプレートフィンであって、簡略な構造であるにも拘らず、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フィン構造体および伝熱管並びに熱交換器を提供する。【解決手段】  伝熱管内に内装され、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の流路を、複数の小流路に区画する断面が矩形で長手方向に自由形状を有するプレートフィンからなり、該プレートフィンの側面もしくは上下の壁面に、少なくとも１以上の切り欠き部、貫通孔、切起こし部、凹凸条部等を形成することにより得られるフィン構造体と、該フィン構造体を内装した伝熱管並びに該伝熱管を組込んだ熱交換器。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱管内に内装され、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の流路を、複数の小流路に区画する断面が矩形で長手方向に自由形状を有するプレートフィンからなり、該プレートフィンの側面もしくは上下の壁面に、少なくとも１以上の切り欠き部、貫通孔、切起こし部、凹凸条部等を形成することを特徴とするフィン構造体。
【請求項２】
前記伝熱管が偏平管であり、該偏平伝熱管に内装されるプレートフィンによって形成される断面が矩形で長手方向に自由形状を有する前記複数の小流路が、長手方向に湾曲する曲線状若しくは直線状であることを特徴とする請求項１に記載のフィン構造体。
【請求項３】
前記伝熱管に内装されるプレートフィンが、個々には一枚の金属性薄板によるプレート材料からなり、該プレート材料への切り欠き部、貫通孔、切起こし部、凹凸条部等の形成手段が、プレス加工その他の機械的加工方法若しくは食刻等による化学的加工方法の、いずれかであることを特徴とする請求項１または２に記載のフィン構造体。
【請求項４】
前記プレートフィンの伝熱管内への内装手段が溶接、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特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のフィン構造体。
【請求項５】
伝熱管内に内装され、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の流路を、複数の小流路に区画する断面が矩形で長手方向に自由形状を有するプレートフィンであって、該プレートフィンの側面もしくは上下の壁面に少なくとも１以上の切り欠き部、貫通孔、切起こし部、凹凸条部等を形成することにより得られたフィン構造体を、管内に内装してなることを特徴とする伝熱管。
【請求項６】
前記伝熱管が偏平管であり、該偏平伝熱管に内装される前記フィン構造体によって形成される断面が矩形で長手方向に自由形状を有する前記小流路が、長手方向に湾曲する曲線状若しくは直線状であることを特徴とする請求項５に記載の伝熱管。
【請求項７】
前記伝熱管に内装されるフィン構造体が、個々には一枚の金属性薄板によるプレート材料からなり、該プレート材料への切り欠き部、貫通孔、切起こし部、凹凸条部等の形成手段が、プレス加工その他の機械的加工方法若しくは食刻等による化学的加工方法の、いずれかであることを特徴とする請求項５または６に記載の伝熱管。
【請求項８】
前記フィン構造体の伝熱管内への内装手段が溶接、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特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の伝熱管。
【請求項９】
前記請求項５乃至８のいずれか１項に記載の伝熱管を、少なくとも１本以上組込まれることを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器における流体攪拌用のフィン構造体に係り、詳しくは熱交換型冷却装置における伝熱管に内装され、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フィン構造体と、該フィン構造体を内装してなる熱交換器用の伝熱管と、該伝熱管を組込んでなる熱交換器に関する。
【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、排気ガスクーラー、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バルブの耐久性が劣化し、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。この気−液熱交換タイプのＥＧＲガス冷却装置の中でも、構造がシンプルで狭隘な設置空間においても容易に取付けが可能な、２重管式熱交換タイプのＥＧＲガス冷却装置に依然として根強い需要があり、例えば高温のＥＧＲ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）をはじめとして、数多くの２重管式熱交換器が提案されている。
【０００４】
上記のように種々の改良が施されたフィン構造体を内装した２重管式熱交換器によれば、その構造が簡略でコンパクトであるにも拘らず、それなりに優れた冷却効率が期待できるために、小型自動車など設置空間に限りのあるＥＧＲガス冷却用の熱交換器としては、既に数多く実用に供されているが、構造上コンパクトであるがゆえに通流する流体の絶対量においては自ずと限界があり、結果としてトータルの熱交換量においては未解決な課題が残されていた。斯かる課題を解消するためには構造上多少複雑で大型化が余儀なくされても、所謂シェルアンドチューブ型の多管式熱交換器を採用せざるを得ず、これらの熱交換器についても様々な改良がなされている。シェルアンドチューブ型の多管式熱交換器の一例としては、冷却ジャケットを構成するシェル本体の外周部の一端に冷却水入口と、その他端に冷却水出口となるノズルがそれぞれ取付けられ、該シェル本体における長手方向の一端には高温のＥＧＲガス導入用の、その他端には熱交換されたＥＧＲガス排出用のボンネットがそれぞれ一体として設けられ、それぞれのボンネットの内側に取付けられたチューブシートを介して、複数の偏平伝熱管が間隔を隔てて取付けられ、該偏平伝熱管内を高温のＥＧＲガスが、前記シェル本体内を通流する冷却水に対して交差するように通流し、かつ複数の偏平伝熱管によって形成される広い伝熱面積に加え、該偏平伝熱管の内周面にコの字型のプレートフィンを内装して、通流するＥＧＲガス流を細流化すると同時に、その伝熱面積の更なる増大を図って、優れた熱交換効率が得られたとする多管式熱交換器（例えば、特許文献３参照）が開示されている。
【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２００２−１０７０９１号公報（第１〜３頁、図１〜３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記各従来技術において、特許文献１〜２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上、コンパクトな２重管構造が禍して交換熱量の絶対量において不足するという問題が残されており、特許文献３に開示される多管式熱交換器においては、偏平チューブに内装されるプレートフィンが、ガスの流れに対してストレートに形成されているため、流体に対する攪拌が不十分となり、流体に対する流線の剥離や攪拌効果においてなお十分なものとは言えなかった。
【０００６】
また、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熱交換タイプの冷却装置の一例として、図１６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２０が幅広く採用され、冷却水が通流するシェル２１内に、管板２５を介して複数の伝熱管によって伝熱管群２３が形成され、胴蓋２２−１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、反対側の胴蓋２２−２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２３を形成する伝熱管の管壁を介して、前記シェル２１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２３を形成する個々の伝熱管２３−１を、図１７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２３−１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２６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２６を図１７（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。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、流体流量が過少な場合においては、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するのに比して、十分な性能を得るまでには至らず、更に改善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、偏平伝熱管に装入されるフィン構造体をさらに改良することにより、簡略な構造であるにも拘らず、熱交換効率が優れるフィン構造体と、該フィン構造体を内装した熱交換器用の伝熱管並びに該伝熱管を組み込んだ熱交換器を提供するものである。
【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フィン構造体は、伝熱管内に内装され、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の流路を、複数の小流路に区画する断面が矩形で長手方向に自由形状を有するプレートフィンからなり、該プレートフィンの側面もしくは上下の壁面に少なくとも１以上の切り欠き部、貫通孔、切起こし部、凹凸条部等を形成することを特徴的構成要件とするフィン構造体を要旨とするものである。
【０００８】
また、本発明による上記フィン構造体において、前記伝熱管が偏平管であり、該偏平伝熱管に内装されるプレートフィンよって形成される断面が矩形で長手方向に自由形状を有する前記複数の小流路が、長手方向に湾曲した曲線状若しくは直線状であることを特徴とするものである。
【０００９】
さらに、本発明による上記フィン構造体が、個々には一枚の金属性薄板によるプレート材料からなり、該プレート材料への切り欠き部、貫通孔、切起こし部、凹凸条等の形成手段が、プレス加工その他の機械的加工方法若しくは食刻等による化学的加工方法の、いずれかであることを好ましい態様とするものである。
【００１０】
上記本発明によるフィン構造体の、前記伝熱管内への内装手段が溶接、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。
【００１１】
本願に係る他の発明による伝熱管は、伝熱管内に内装され、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の流路を、複数の小流路に区画する断面が矩形で長手方向に自由形状を有するプレートフィンであって、該プレートフィンの側面もしくは上下の壁面に少なくとも１以上の切り欠き部、貫通孔、切起こし部、凹凸条部等を形成することにより得られたフィン構造体を、管内に内装してなることを特徴的構成要件とする伝熱管を要旨とするものである。
【００１２】
また、上記本発明による伝熱管が偏平管であり、該偏平伝熱管に内装される前記フィン構造体によって形成される断面が矩形で長手方向に自由形状を有する前記小流路が、長手方向に湾曲する曲線状若しくは直線状であることを特徴とするものである。
【００１３】
さらに、前記伝熱管に内装されるフィン構造体が、個々には一枚の金属性薄板によるプレート材料からなり、該プレート材料への切り欠き部、貫通孔、切起こし部、凹凸条部等の形成手段が、プレス加工その他の機械的加工方法若しくは食刻等による化学的加工方法の、いずれかであることを好ましい態様とするものである。
【００１４】
本発明による上記伝熱管において、前記フィン構造体の該伝熱管内への内装手段が溶接、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。
【００１５】
本発明に係るさらに他の発明における熱交換器は、伝熱管内に内装され、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の流路を、複数の小流路に区画する断面が矩形で長手方向に自由形状を有するプレートフィンであって、該プレートフィンの側面もしくは上下の壁面に少なくとも１以上の切り欠き部、貫通孔、切起こし部、凹凸条部等を形成することにより得られたフィン構造体が、一体として管内に内装された上記の発明による偏平伝熱管を、少なくとも１本以上組み込んだことを特徴的構成要件とする熱交換器を要旨とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る上記フィン構造体によれば、偏平伝熱管に内装され、該伝熱管内を通流する被冷却媒体もしくは冷却媒体からなる流体の流路を、断面が矩形で長手方向に自由形状を有する複数の小流路に分割するプレートフィンの側面もしくは上下の壁面に、少なくとも１以上の切り欠き部、貫通孔、切起こし部、凹凸条部等を形成することにより、隣接する小流路間において、通流する流体同士が相互に連通し、偏平伝熱管内における流れに直角方向の流動が自由となるため、小流路に分割された該伝熱管内における流体の流速に偏りがなくなり、それに伴い流速の分布が不均一にならず、均一な流速が維持し易い構造となる。また、小流路に区画された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、熱交換性能が一段と向上する。なお、上記フィン構造体を形成する断面矩形のプレーフィンの側面もしくは上下の壁面に、少なくとも１条の凹凸条部を形成したフィン構造体においては、区画された小流路間における流体同士の相互の連通は不可能であるが、該壁面部とりわけ湾曲した曲面コーナー部分に設けた凹凸条部が流体の流線に効果的に作用して、優れた攪拌効果が得られると共に、その側壁部に上記きり欠き部や貫通孔もしくは切起こし部等を補足的に形成することによって、上記流体相互の連通現象と相俟って、更なる熱交換性能が得られて優れた冷却効率が期待される。
【００１７】
更に本発明による上記フィン構造体を内装した偏平伝熱管によれば、該フィン構造体の側面に設けられた切り欠き部、貫通孔、切起こし部、凹凸条部等によって、小流路に区画されて隔てられた流路間を、通流する流体同士が自由に流入流出できるため、該流体間の混合、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て、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フィンと接触して効果的な熱交換が可能となり、加えてフィン構造体に設けられた前記切り欠き部、貫通孔、切起こし部等によって形成される周縁部が、熱交換のエッジ効果を生み出し、熱交換性能の一層の向上を図ることができる。このように本発明による上記フィン構造は、多管式の熱交換型冷却装置は勿論のこと、排気ガスクーラー、ＥＧＲガスクーラー、燃料用クーラー、オイルクーラー、インタークーラー等の熱交換器用伝熱管に、流体攪拌用プレートフィンとして好適に内装し得ると同時に、該フィン構造体を内装した伝熱管並びに該伝熱管を組込んだ本発明による熱交換器は、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】
【００１８】
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フィン構造体と、該フィン構造体を内装した偏平伝熱管の単体を示し、（ａ）はその正面図、（ｂ）は模式的な要部斜視図、図２は同実施例において内装されるフィン構造体の要部拡大斜視図、図３は同実施例において、伝熱管内を通流する高温流体の流れを部分的に示す模式的な平面図、図４は本発明に係る第２実施例のフィン構造体と、該フィン構造体を内装した偏平伝熱管の単体を模式的に示す要部斜視図、図５は本発明に係る第３実施例のフィン構造体と、該フィン構造体を内装した偏平伝熱管の単体を模式的に示す要部斜視図、図６は同実施例において内装されるフィン構造体の要部拡大斜視図、図７は同実施例における高温流体の流体分配状態と流速分布図、図８は本発明に係る第４実施例のフィン構造体を模式的に示す要部斜視図、図９は本発明に係る第５実施例のフィン構造体を模式的に示す要部斜視図、図１０は本発明に係る第６実施例のフィン構造体単体の要部を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）はその正面図、図１１は本発明に係る第７実施例による多管式熱交換器を示す一部破断正面図、図１２本発明に係る第１比較例のプレートフィンと、該プレートフィンを内装した偏平伝熱管の単体を示す要部斜視図、図１３は同比較例において内装されるプレートフィンの要部拡大斜視図、図１４は同比較例における高温流体の流体分配状態と流速分布図、図１５は本発明に係る第２比較例によるプレートフィンと、該プレートフィンを内装した偏平伝熱管の単体を示す要部斜視図である。
［実施例］
【００１９】
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】
【００２０】
本発明に係る第１実施例によるプレートフィンは、図１に示すように厚さが０．２ｍｍのＳＵＳ３０４オーステナイト系ステンレス鋼からなる薄板を、所定の寸法の方形に加工して複数のプレート材を得、該プレート材８枚に対してプレス加工による打ち抜きを施し、所定の切り欠き部２−１を形成した。次いで該プレート材に対する塑性加工を実施することにより、図２に示すように断面形状が矩形で、長手方向に波形を有し、その側面に複数の切り欠き部２−１を有するフィン構造体２を作製した。得られたフィン構造体２を同一の素材からなる厚さ０．５ｍｍの偏平伝熱管１に装入し、ろう付けによって一体に接合することにより、該偏平伝熱管１内を断面が矩形で長手方向に波形を有する複数の小流路３に分割した。なお、該小流路３の側壁には前記のプレス加工によって複数の切り欠き部２−１が形成され、前記分割されて隣接する小流路３間は相互に連通するよう構成されている。このようにして形成された偏平伝熱管１を８本用意し、ＥＧＲガス冷却装置（図示せず）におけるガス流路として冷却ジャケット内に組み込み、冷却性能試験に供した結果を比較例１に基づく従来例と比較して表１に示す。表１に示す結果より、本発明の場合は、内装されているフィン構造体の作用によって、隣接する小流路３間を自由に流入流出して、該小流路３間におけるＥＧＲガスの圧力も均一化され、同時に小流路３間におけるＥＧＲガス流の分配や流速分布が下流側ではほぼ均一となり、図７に示すように伝熱管１ｂの小流路３ｂ内を通流するＥＧＲガスの流量分配と、流速分布は均一に保たれ、伝熱管外周の冷却ジャケットへの熱交換が効果的に促進されることにより、高い温度効率が得られることが確認された。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
本実施例による上記フィン構造体２を形成するプレート材料として、ＳＵＳ３０４オーステナイト系ステンレス鋼の薄板を採用したが、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、本実施例における切り欠き部２−１の形成手段は、プレス加工による打ち抜きよって効率的に成形したが、該切り欠き部の成形加工方法としては機械的に切削したり、レーザーや放電加工で成形することも可能であり、さらには所定のマスキングを施して、プレート材料に対する腐食性溶液中での化学的手段による食刻によって成形することも可能である。
【実施例２】
【００２３】
図４に示すように、波形フィン構造体２ａによって形成される小流路３ａの側壁に、実施例１の切り欠き部２−１に代えて、円形の貫通孔４を形成した以外は実施例１と同様にしてフィン構造体２ａを作製した。得られたフィン構造体１ａを実施例１と同様の偏平伝熱管に、同様の手段によって一体として接合し、図４に示すような該フィン構造体１ａを内装した熱交換器用偏平伝熱管１ａを８本得た。次いで該伝熱管１ａを実施例１と同様にしてＥＧＲガス冷却装置に組込み、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】
【００２４】
プレート材料に形成されるフィン構造体の形状を長手方向に直線状とした以外は、実施例２と同様にして図６に示すようなフィン構造体２ｂを作製した。なお、本例におけるフィン構造体２ｂの作製手段は、複雑な塑性加工は要さず、貫通孔４ａの打ち抜きと同様、単純なプレス加工で足りるため、該フィン構造体２ｂの製造コストが大幅に削減された。該フィン構造体２ｂを実施例２と同様の偏平伝熱管に装入し、同様の手段によって一体として接合することにより、図５に示すようなフィン構造体２ｂを内装した偏平伝熱管１ｂを８本得た。次いで８本の該伝熱管１ｂを実施例２と同様にしてＥＧＲガス冷却装置に組込み、同一の条件での冷却試験に供したところ、実施例２に比較して若干の熱交換効率の低下は見られるものの、実用上十分な冷却効率を得られることが確認された。
【実施例４】
【００２５】
断面矩形のプレートフィンの上部壁面に、図８に示すように長方形の切起こし部２ｃ−１を複数形成し、切欠き残部を流路３ｃの方に切起こすことにより、流路３ｃの上流側に向かって舌状に突出する複数の切起こしフィン２ｃ−２とした以外は、実質的に上記実施例３と同様にしてフィン構造体２ｃを作製した。本例におけるフィン構造体２ｃの作製手段は上記実施例２と同様、煩雑な塑性加工は必要とせず、切起こし部２ｃ−１の形成手段も単純な打ち抜き加工で足りるため、当該フィン構造体２ｃの製造コストは大幅に削減できる。このフィン構造体２ｃを上記実施例３と同様にして偏平伝熱管に挿入・接合して、フィン構造体２ｃを内装した本実施例による伝熱管１ｃ（図示を省略）８本を得た。得られた８本の伝熱管１ｃを実施例３と同様にしてＥＧＲガス冷却装置用の多管式熱交換器に組込み、同一の条件で冷却試験に供したところ、高温流体の相互流通は不可能であるにも拘らず、流路３ｃ内に舌状に突出する複数の切起こしフィン２ｃ−２によってもたされるエッジ効果が作用し、該流路３ｃ内を通流する高温のＥＧＲガスは、層流がことごとく剥離されることによって、上記実施例３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５】
【００２６】
上記実施例４における切起こし部２ｃ−１の形状を、本実施例においては図９に示すように三角形状の切起こし部２ｄ−１とし、流路３ｄの上流側に向かって舌状に突出する複数の切起こしフィン２ｄ−２が、三角形状である以外は実質的に上記実施例４と同様にしてフィン構造体２ｄを作製し、該フィン構造体２ｄの内装手段等も同様にして伝熱管２ｄ（図示を省略）を得て、上記実施例４と同様のＥＧＲガス冷却装置用の多管式熱交換器に組込み、同一の条件でＥＧＲガスの冷却試験に供した結果、上記実施例４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６】
【００２７】
断面矩形のプレートフィンを、実施例１および２と同様長手方向に湾曲した曲線を有する波型形状とし、図１０（ａ）および（ｂ）に示すように該プレートフィンの波型の稜線に相当するコーナー部分の側壁部に、その内側の流体の流路３ｅに対して凸部と凹部が交互となるように凹凸条部２ｅ−３、２ｅ−４を形成すると同時に、該側壁部に対して貫通孔４を貫設しなかった以外は、実質的に実施例２と同様にして本実施例によるフィン構造体２ｅを作製し、実施例２と同様の偏平伝熱管に内装すると共に、同実施例と同様にしてＥＧＲガス冷却装置用の多管式熱交換器に組込み、同一の条件で冷却試験に供した結果、高温流体の相互の連通は不可能であるにも拘らず、流体の流路３ｅにおける曲面のコーナー部分に、側壁部の上下に渉る凹凸の条部２ｅ−３、２ｅ−４交互に、かつ複数形成されることによって、通流する流体に対する乱流化や渦流化がもたらされ、予期以上の攪拌作用によって実用上十分な冷却効率が得られることが確認された。なお、本実施例による上記凹凸の条部２ｅ−３、２ｅ−４はコーナー部分に設けられるが、これをそれ以外の非コーナー部分に設けることを妨げるものではない。
【実施例７】
【００２８】
上記実施例１〜６のいずれかによって得られた伝熱管１を、自動車のクールドＥＧＲシステムに組込まれるＥＧＲガス冷却装置５０に使用した本実施例を、図１１を用いて説明する。本実施例によるＥＧＲガス冷却装置５０は、シェル本体５１の両端に一対のチューブシート５０−３、５０−４を接続して内部を密閉可能な状態とし、該一対のチューブシート５０−３、５０−４間に上記実施例によって得られた偏平伝熱管１の複数本を、該チューブシート５０−３、５０−４にそれぞれ所定の間隔を隔てて貫通して接続配置させ、該シェル本体５１内における伝熱管群が形成される。またシェル本体５１の両サイドにはＥＧＲガスＧの流入口Ｇ−１と、流出口Ｇ−２とが設けられるボンネット５０−１、５０−２がそれぞれ設けられ、一方、該シェル本体５１の外周の両端部にはエンジン冷却水や冷却風などの冷却媒体、本例においてはエンジン冷却水Ｗの導入口Ｗ−１と導出口Ｗ−２が設けられて、一対のチューブシート５０−３、５０−４で仕切られた気密空間内を該エンジン冷却水Ｗが通流可能な熱交換エリアＷａとし、該熱交換エリアＷａ内に複数の支持板５０−５を接合位置すると共に、該支持板５０−５に伝熱管１を挿通する長円形の挿通口を設けて伝熱管１を挿通することによって、バッフルプレートとして該伝熱管１を安定的に支持すると同時に、前記熱交換エリアＷａを通流する冷却水Ｗの流れを強制的に蛇行させるように構成されている。この際、前記シェル本体５１内に組込まれる伝熱管１の内周面には予めろう付などによって接続固定されたフィン構造体が内装されているが、該フィン構造体のろう付による接合はシェル本体５１内への組付け後に行うことも可能である。
【００２９】
上記の如く構成された本実施例によるＥＧＲガス冷却装置５０において、ＥＧＲガス流入口Ｇ−１からシェル本体５１に流入する高温のＥＧＲガスＧは、該シェル本体５１内に配置された複数の伝熱管１内に流入するが、所定の間隔を隔てて配置された複数の伝熱管１による伝熱管群の周囲に形成される熱交換エリアＷａには、予めエンジン冷却水Ｗが通流した状態にあるため、該伝熱管１の管壁を介してのＥＧＲガスＧとエンジン冷却水Ｗとの熱交換は直ちに開始される。この際、本実施例においては伝熱管１として広い伝熱面積を有する扁平管を採用し、しかも該偏平伝熱管の内周面に上記各実施例において例示したようなフィン構造体２が内装されることにより、熱媒体流体に対する攪拌、層流の剥離、分散、流体流量や流速の均一化等が相乗的に作用して、ＥＧＲガスＧとエンジン冷却水Ｗとの熱交換が効率的に促進され、優れた冷却効率が実証された。
［比較例１］
【００３０】
図１３に示すようにフィン構造体の側壁部に貫通孔を設けなかった以外は、実施例３と同様にしてフィン構造体１２を作製し、該フィン構造体１２を実施例３と同様の偏平管に装入し、実施例３と同様の手段によって一体として接合することにより、図１２に示すようなフィン構造体１２を内装した偏平伝熱管１０を８本得た。次いで８本の該伝熱管１０を実施例３と同様にしてＥＧＲガス冷却装置に組込み、同一の条件での冷却試験に供したところ、図１４に示すように伝熱管１０の小流路１３内を通流するＥＧＲガスの流量分配と、流速分布は明らかな偏りが見られ、実施例３に比較して熱交換効率が一段と低下していることが確認された。
［比較例２］
【００３１】
図１５に示すようにフィン構造体の側壁部に貫通孔を設けなかった以外は、実施例１と同様にして波形のフィン構造体１２ａを作製し、該波形のフィン構造体１２ａを実施例１と同様の偏平管に装入して、実施例１と同様の手段によって一体として接合することにより、図１５に示すような波形のフィン構造体１２ａを内装した偏平伝熱管１０ａを８本得た。次いで８本の該伝熱管１０ａを実施例１と同様にしてＥＧＲガス冷却装置に組込み、同一の条件での冷却試験に供したところ、製造コストが著しく高価な塑性加工を施すことによって作製された波形のフィン構造体１２ａを、偏平管に装入しているにも拘らず、得られた偏平伝熱管１０ａの小流路１３ａ内を通流するＥＧＲガスの流量分配と、流速分布は明らかな偏りが見られ、実施例１に比較して熱交換効率が明確に低下していることが確認された。
【００３２】
本発明に基づく上記各実施例で得られたフィン構造体を、各種の偏平伝熱管に固着する手段は任意であり特に制限しないが、一般的に、フィン構造体と偏平伝熱管との接合はろう付けが採用され、該偏平伝熱管と冷却ジャケット（シェル本体）やボンネット部（ダクト）等との接合部は溶接かろう付が好ましく採用される。また、本発明に係る上記各実施例においては、伝熱管内を通流する流体は被冷却媒体であるＥＧＲガスのみが例示されているが、他の実施例においては、伝熱管内に冷却媒体たる冷却水を通流し、該伝熱管の外側を被冷却媒体たるガス流路とすることも可能であり、この場合においては伝熱管内を通流する冷却水に乱流や渦流を生起せしめ、該伝熱間外周面に接触するガスの熱を効率的に熱交換させることが可能となる。
【００３３】
なお、フィン構造体の側面や上下の壁面に形成される切り欠き部、貫通孔、切起こし部、凹凸条部等は、上記各実施例においては単独の形状に形成されたもののみが例示されているが、一つのプレートフィンの流路に複数の形状を合わせて形成することも好ましく、例えば実施例１における切り欠き部２−１に加えて、実施例６における凹凸条部２ｅ−３および２ｅ−４のいずれか一方を、もしくはその双方を任意に追加して形成することも可能であり、或いはまた、実施例３による貫通孔４ａに加えて実施例４における切起こしフィン２ｃ−２と、実施例５における切起こしフィン２ｄ−２の双方を任意に配列して形成することでき、斯かる構造とすることによってさらに相乗的な効果を期待することができる。また、上記各実施例においては形成される切り欠き部、貫通孔、切起こし部等が単純な方形や三角形もしくは円形に形成されているが、所望によりＶ型の切り欠き部や、星型や多角形状の貫通孔など適宜に選択することを妨げない。また、各実施例における切り欠き部、貫通孔、切起こし部、凹凸条部等は波形の成形前後のいずれの時期に加工してもよいことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
上記各実施例並びに比較例からも明らかなように、本発明に係る上記フィン構造体によれば、偏平伝熱管に内装され、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を、断面が矩形で長手方向に自由形状を有する複数の小流路に分割するプレートフィンの側面に、少なくとも１以上の切り欠き部、貫通孔、切起こし部、凹凸条部等をそれぞれ単独で、或いはそれらを組み合わせて形成することにより、隣接する小流路間において、通流する流体同士が相互に連通し、偏平伝熱管内における偏平方向の流動が自由となるため、小流路に分割された該伝熱管内における流体の流速に偏りがなくなり、それに伴う流速の分布が発生せず、均一な流速が維持し易い構造となる。また、小流路に区画された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、熱交換性能が一段と向上する。
【００３５】
更に本発明による上記フィン構造体を内装した偏平伝熱管によれば、該フィン構造体の側面に設けられた切り欠き部、貫通孔等によって、小流路に隔てられた流路間を、通流する流体同士が自由に流入流出できるため、該流体間の混合、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、流体の流線が複雑に撹乱されて、層流が剥離されて攪拌が繰り返され、伝熱管内を通流する流体は繰返し該伝熱管壁面と接触して効果的に熱交換される。加えてフィン構造体に設けられた前記切り欠き部、貫通孔、切起こし部、凹凸条部等によって形成される端部が、熱交換のエッジ効果や流体の攪拌作用を生み出し、熱交換性能の一層の向上を図ることができる。このように本発明による上記フィン構造は、多管式の熱交換型冷却装置は勿論のこと、具体的には排気ガスからの廃熱回収用熱交換器、ＥＧＲガスクーラー、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に、流体攪拌用プレートフィンとして好適に内装し得ると同時に、該フィン構造体を内装した伝熱管並びに該伝熱管を組込んだ多管式熱交換器は、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、当業界における幅広い用途に期待が広がる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施例に係るフィン構造体と、該フィン構造体を内装した偏平伝熱管の単体を示し、（ａ）はその正面図、（ｂ）は模式的な要部斜視図である。
【図２】同実施例において内装されるフィン構造体の要部拡大斜視図である。
【図３】同実施例において、伝熱管内を通流する高温流体の流れを部分的に示す模式的な平面図である。
【図４】本発明に係る第２実施例のフィン構造体と、該フィン構造体を内装した偏平伝熱管の単体を示す要部斜視図である。
【図５】本発明に係る第３実施例のフィン構造体と、該フィン構造体を内装した偏平伝熱管の単体を模式的に示す要部斜視図である。
【図６】同実施例において内装されるフィン構造体の要部拡大斜視図である。
【図７】同実施例における高温流体の流体分配状態と流速分布図である。
【図８】本発明に係る第４実施例のフィン構造体を模式的に示す要部斜視図である。
【図９】本発明に係る第５実施例のフィン構造体を模式的に示す要部斜視図である。
【図１０】本発明に係る第６実施例のフィン構造体単体の要部を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）はその正面図である。
【図１１】本発明に係る第７実施例による多管式熱交換器を示す一部破断正面図である。
【図１２】本発明に係る第１比較例のプレートフィンと、該プレートフィンを内装した偏平伝熱管の単体を示す要部斜視図である。
【図１３】同比較例において内装されるプレートフィンの要部拡大斜視図である。
【図１４】同比較例における高温流体の流体分配状態と流速分布図である。
【図１５】本発明に係る第２比較例によるプレートフィンと、該プレートフィンを内装した偏平伝熱管の単体を示す要部斜視図である。
【図１６】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１７】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）は上記図１６におけるＡ−Ａ線断面図、（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たプレートフィンの平面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１、１ａ、１ｂ、１０、１０ａ        偏平伝熱管
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、
２ｅ、１２、１２ａ                  フィン構造体（プレートフィン）
２−１                              切り欠き部
２ｃ−１、２ｄ−１                  切起こし部
２ｃ−２、２ｄ−２                  切起こしフィン
２ｅ−３                            凹条部
２ｅ−４                            凸条部
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、
１３、１３ａ                        小流路
４、４ａ                            貫通孔
２０                                多管式熱交換器
２１                                シェル（冷却ジャケット）
２２−１、２２−２                  胴蓋（ボンネット）
２３                                伝熱管群
２３−１                            偏平伝熱管
２４                                バッフル
２５                                管板
２６                                プレートフィン
ｇ１                                高温流体入口（ＥＧＲガス入口）
ｇ２                                高温流体出口（ＥＧＲガス出口）
Ｃ１                                冷却水入口
Ｃ２                                冷却水出口
【図１】
2006105577.tif 000004
【図２】
2006105577.tif 000005
【図３】
2006105577.tif 000006
【図４】
2006105577.tif 000007
【図５】
2006105577.tif 000008
【図６】
2006105577.tif 000009
【図７】
2006105577.tif 000010
【図８】
2006105577.tif 000011
【図９】
2006105577.tif 000012
【図１０】
2006105577.tif 000013
【図１１】
2006105577.tif 000014
【図１２】
2006105577.tif 000015
【図１３】
2006105577.tif 000016
【図１４】
2006105577.tif 000017
【図１５】
2006105577.tif 000018
【図１６】
2006105577.tif 000019
【図１７】
2006105577.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成17年9月8日(2005.9.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱管内に内装され、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の流路を、複数の小流路に区画する断面が矩形で長手方向に自由形状を有するプレートフィンからなり、該プレートフィンの側面もしくは上下の壁面に、少なくとも1以上の切り欠き部、貫通孔、切起こし部、又は凹凸条部等を形成することを特徴とするフィン構造体。
【請求項２】
前記伝熱管が偏平管であり、該偏平伝熱管に内装されるプレートフィンによって形成される断面が矩形で長手方向に自由形状を有する前記複数の小流路が、長手方向に湾曲する曲線状若しくは直線状であることを特徴とする請求項1に記載のフィン構造体。
【請求項３】
前記伝熱管に内装されるプレートフィンが、個々には一枚の金属性薄板によるプレート材料からなり、該プレート材料への切り欠き部、貫通孔、切起こし部、又は凹凸条部等の形成手段が、プレス加工その他の機械的加工方法若しくはエッチングによる化学的加工方法の、いずれかであることを特徴とする請求項１または２に記載のフィン構造体。
【請求項４】
前記プレートフィンの伝熱管内への内装手段が溶接、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特徴とする請求項１に記載のフィン構造体。
【請求項５】
伝熱管内に内装され、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の流路を、複数の小流路に区画する断面が矩形で長手方向に自由形状を有するプレートフィンであって、該プレートフィンの側面もしくは上下の壁面に少なくとも1以上の切り欠き部、貫通孔、切起こし部、又は凹凸条部等を形成することにより得られたフィン構造体を、管内に内装してなることを特徴とする伝熱管。
【請求項６】
前記凹凸条部がプレートフィンの両側の全域に亘り設けられていることを特徴とする請求項５に記載の伝熱管。
【請求項７】
前記伝熱管が偏平管であり、該偏平伝熱管に内装される前記フィン構造体によって形成される断面が矩形で長手方向に自由形状を有する前記小流路が、長手方向に湾曲する曲線状若しくは直線状であることを特徴とする請求項５に記載の伝熱管。
【請求項８】
前記伝熱管に内装されるフィン構造体が、個々には一枚の金属性薄板によるプレート材料からなり、該プレート材料への切り欠き部、貫通孔、切起こし部、又は凹凸条部等の形成手段が、プレス加工その他の機械的加工方法若しくはエッチングによる化学的加工方法の、いずれかであることを特徴とする請求項５に記載の伝熱管。
【請求項９】
前記フィン構造体の伝熱管内への内装手段が溶接、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特徴とする請求項５に記載の伝熱管。
【請求項１０】
前記請求項５に記載の伝熱管を、少なくとも１本以上組込まれることを特徴とする熱交換器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器における流体攪拌用のフィン構造体に係り、詳しくは熱交換型冷却装置における伝熱管に内装され、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フィン構造体と、該フィン構造体を内装してなる熱交換器用の伝熱管と、該伝熱管を組込んでなる熱交換器に関するものである。
【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、排気ガスクーラー、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バルブの耐久性が劣化し、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。この気−液熱交換タイプのＥＧＲガス冷却装置の中でも、構造がシンプルで狭隘な設置空間においても容易に取付けが可能な、２重管式熱交換タイプのＥＧＲガス冷却装置に依然として根強い需要があり、例えば高温のＥＧＲ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）をはじめとして、数多くの２重管式熱交換器が提案されている。
【０００４】
上記のように種々の改良が施されたフィン構造体を内装した２重管式熱交換器によれば、その構造が簡略でコンパクトであるにも拘らず、それなりに優れた冷却効率が期待できるために、小型自動車など設置空間に限りのあるＥＧＲガス冷却用の熱交換器としては、既に数多く実用に供されているが、構造上コンパクトであるがゆえに通流する流体の絶対量においては自ずと限界があり、結果としてトータルの熱交換量においては未解決な課題が残されていた。斯かる課題を解消するためには構造上多少複雑で大型化が余儀なくされても、所謂シェルアンドチューブ型の多管式熱交換器を採用せざるを得ず、これらの熱交換器についても様々な改良がなされている。シェルアンドチューブ型の多管式熱交換器の一例としては、冷却ジャケットを構成するシェル本体の外周部の一端に冷却水入口と、その他端に冷却水出口となるノズルがそれぞれ取付けられ、該シェル本体における長手方向の一端には高温のＥＧＲガス導入用の、その他端には熱交換されたＥＧＲガス排出用のボンネットがそれぞれ一体として設けられ、それぞれのボンネットの内側に取付けられたチューブシートを介して、複数の偏平伝熱管が間隔を隔てて取付けられ、該偏平伝熱管内を高温のＥＧＲガスが、前記シェル本体内を通流する冷却水に対して交差するように通流し、かつ複数の偏平伝熱管によって形成される広い伝熱面積に加え、該偏平伝熱管の内周面にコの字型のプレートフィンを内装して、通流するＥＧＲガス流を細流化すると同時に、その伝熱面積の更なる増大を図って、優れた熱交換効率が得られたとする多管式熱交換器（例えば、特許文献３参照）が開示されている。
【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２００２−１０７０９１号公報（第１〜３頁、図１〜３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記各従来技術において、特許文献１〜２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上、コンパクトな２重管構造が禍して交換熱量の絶対量において不足するという問題が残されており、特許文献３に開示される多管式熱交換器においては、偏平チューブに内装されるプレートフィンが、ガスの流れに対してストレートに形成されているため、流体に対する攪拌が不十分となり、流体に対する流線の剥離や攪拌効果においてなお十分なものとは言えなかった。
【０００６】
また、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熱交換タイプの冷却装置の一例として、図１６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２０が幅広く採用され、冷却水が通流するシェル２１内に、管板２５を介して複数の伝熱管によって伝熱管群２３が形成され、胴蓋２２−１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、反対側の胴蓋２２−２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２３を形成する伝熱管の管壁を介して、前記シェル２１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２３を形成する個々の伝熱管２３−１を、図１７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２３−１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２６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２６を図１７（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、それぞれ所期の成果を達成している。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、流体流量が過少な場合においては、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するのに比して、十分な性能を得るまでには至らず、更に改善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、偏平伝熱管に装入されるフィン構造体をさらに改良することにより、簡略な構造であるにも拘らず、熱交換効率が優れるフィン構造体と、該フィン構造体を内装した熱交換器用の伝熱管並びに該伝熱管を組み込んだ熱交換器を提供するものである。
【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フィン構造体は、伝熱管内に内装され、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の流路を、複数の小流路に区画する断面が矩形で長手方向に自由形状を有するプレートフィンからなり、該プレートフィンの側面もしくは上下の壁面に少なくとも1以上の切り欠き部、貫通孔、切起こし部、凹凸条部等を形成することを特徴的構成要件とするフィン構造体を要旨とするものである。
【０００８】
また、本発明による上記フィン構造体において、前記伝熱管が偏平管であり、該偏平伝熱管に内装されるプレートフィンによって形成される断面が矩形で長手方向に自由形状を有する前記複数の小流路が、長手方向に湾曲した曲線状若しくは直線状であることを特徴とするものである。
【０００９】
さらに、本発明による上記フィン構造体において前記プレートフィンが、個々には一枚の金属性薄板によるプレート材料からなり、該プレート材料への切り欠き部、貫通孔、切起こし部、凹凸条等の形成手段が、プレス加工その他の機械的加工方法若しくはエッチング等による化学的加工方法の、いずれかであることが好ましい。
【００１０】
上記本発明によるフィン構造体の、前記伝熱管内への内装手段が溶接、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が好ましい。
【００１１】
本発明に係る他の実施態様による伝熱管は、伝熱管内に内装され、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の流路を、複数の小流路に区画する断面が矩形で長手方向に自由形状を有するプレートフィンであって、該プレートフィンの側面もしくは上下の壁面に少なくとも1以上の切り欠き部、貫通孔、切起こし部、凹凸条部等を形成することにより得られたフィン構造体を、管内に内装してなることを特徴的構成要件とする伝熱管を要旨とするものである。
【００１２】
また、上記本発明による伝熱管が偏平管であり、該偏平伝熱管に内装される前記フィン構造体によって形成される断面が矩形で長手方向に自由形状を有する前記小流路が、長手方向に湾曲する曲線状若しくは直線状であることを特徴とするものである。
【００１３】
さらに、前記伝熱管に内装されるフィン構造体が、個々には一枚の金属性薄板によるプレート材料からなり、該プレート材料への切り欠き部、貫通孔、切起こし部、凹凸条部等の形成手段が、プレス加工その他の機械的加工方法若しくはエッチング等による化学的加工方法の、いずれかであることが好ましい。
【００１４】
本発明による上記伝熱管において、前記フィン構造体の該伝熱管内への内装手段が溶接、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が好ましい。
【００１５】
本発明に係るさらに他の実施態様における熱交換器は、伝熱管内に内装され、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の流路を、複数の小流路に区画する断面が矩形で長手方向に自由形状を有するプレートフィンであって、該プレートフィンの側面もしくは上下の壁面に少なくとも1以上の切り欠き部、貫通孔、切起こし部、凹凸条部等を形成することにより得られたフィン構造体が、一体として管内に内装された上記の実施態様による偏平伝熱管を、少なくとも1本以上組み込んだことを特徴的構成要件とする熱交換器を要旨とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る上記フィン構造体によれば、偏平伝熱管に内装され、該伝熱管内を通流する被冷却媒体もしくは冷却媒体からなる流体の流路を、断面が矩形で長手方向に自由形状を有する複数の小流路に分割するプレートフィンの側面もしくは上下の壁面に、少なくとも1以上の切り欠き部、貫通孔、切起こし部、凹凸条部等を形成することにより、隣接する小流路間において、通流する流体同士が相互に連通し、偏平伝熱管内における流れに直角方向の流動が自由となるため、小流路に分割された該伝熱管内における流体の流速に偏りがなくなり、それに伴い流速の分布が不均一にならず、均一な流速が維持し易い構造となる。また、小流路に区画された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、熱交換性能が一段と向上する。なお、上記フィン構造体を形成する断面矩形のプレートフィンの側面もしくは上下の壁面に、少なくとも1条の凹凸条部を形成したフィン構造体においては、区画された小流路間における流体同士の相互の連通は不可能であるが、該壁面部とりわけ湾曲した曲面コーナー部分に設けた凹凸条部が流体の流線に効果的に作用して、優れた攪拌効果が得られると共に、その側壁部に上記きり欠き部や貫通孔もしくは切起こし部等を補足的に形成することによって、上記流体相互の連通現象と相俟って、更なる熱交換性能が得られて優れた冷却効率が期待される。
【００１７】
更に本発明による上記フィン構造体を内装した偏平伝熱管によれば、該フィン構造体の側面に設けられた切り欠き部、貫通孔、切起こし部、凹凸条部等によって、小流路に区画されて隔てられた流路間を、通流する流体同士が自由に流入流出できるため、該流体間の混合、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て、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フィンと接触して効果的な熱交換が可能となり、加えてフィン構造体に設けられた前記切り欠き部、貫通孔、切起こし部等によって形成される周縁部が、熱交換のエッジ効果を生み出し、熱交換性能の一層の向上を図ることができる。このように本発明による上記フィン構造は、多管式の熱交換型冷却装置は勿論のこと、排気ガスクーラー、ＥＧＲガスクーラー、燃料用クーラー、オイルクーラー、インタークーラー等の熱交換器用伝熱管に、流体攪拌用プレートフィンとして好適に内装し得ると同時に、該フィン構造体を内装した伝熱管並びに該伝熱管を組込んだ本発明による熱交換器は、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】
【００１８】
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フィン構造体と、該フィン構造体を内装した偏平伝熱管の単体を示し、（ａ）はその正面図、（ｂ）は模式的な要部斜視図、図２は同実施例において内装されるフィン構造体の要部拡大斜視図、図３は同実施例において、伝熱管内を通流する高温流体の流れを部分的に示す模式的な平面図、図４は本発明に係る第２実施例のフィン構造体と、該フィン構造体を内装した偏平伝熱管の単体を模式的に示す要部斜視図、図５は本発明に係る第３実施例のフィン構造体と、該フィン構造体を内装した偏平伝熱管の単体を模式的に示す要部斜視図、図６は同実施例において内装されるフィン構造体の要部拡大斜視図、図７は同実施例における高温流体の流体分配状態と流速分布図、図８は本発明に係る第４実施例のフィン構造体を模式的に示す要部斜視図、図９は本発明に係る第５実施例のフィン構造体を模式的に示す要部斜視図、図１０は本発明に係る第６実施例のフィン構造体単体の要部を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）はその正面図、図１１は本発明に係る第７実施例による多管式熱交換器を示す一部破断正面図、図１２は本発明に係る第１比較例のプレートフィンと、該プレートフィンを内装した偏平伝熱管の単体を示す要部斜視図、図１３は同比較例において内装されるプレートフィンの要部拡大斜視図、図１４は同比較例における高温流体の流体分配状態と流速分布図、図１５は本発明に係る第２比較例によるプレートフィンと、該プレートフィンを内装した偏平伝熱管の単体を示す要部斜視図である。
［実施例］
【００１９】
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、本発明の要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】
【００２０】
本発明に係る第１実施例によるプレートフィンは、図１に示すように厚さが０．２ｍｍのＳＵＳ３０４オーステナイト系ステンレス鋼からなる薄板を、所定の寸法の方形に加工して複数のプレート材を得、該プレート材８枚に対してプレス加工による打ち抜きを施し、所定の切り欠き部２−１を形成した。次いで該プレート材に対する塑性加工を実施することにより、図２に示すように断面形状が矩形で、長手方向に波形を有し、その側面に複数の切り欠き部２−１を有するフィン構造体２を作製した。得られたフィン構造体２を同一の素材からなる厚さ０．５ｍｍの偏平伝熱管１に装入し、ろう付けによって一体に接合することにより、該偏平伝熱管１内を断面が矩形で長手方向に波形を有する複数の小流路３に分割した。なお、該小流路３の側壁には前記のプレス加工によって複数の切り欠き部２−１が形成され、前記分割されて隣接する小流路３間は相互に連通するよう構成されている。このようにして形成された偏平伝熱管１を８本用意し、ＥＧＲガス冷却装置（図示せず）におけるガス流路として冷却ジャケット内に組み込み、冷却性能試験に供した結果を比較例１に基づく従来例と比較して表１に示す。表１に示す結果より、本発明の場合は、内装されているフィン構造体の作用によって、隣接する小流路３間を自由に流入流出して、該小流路３間におけるＥＧＲガスの圧力も均一化され、同時に小流路３間におけるＥＧＲガス流の分配や流速分布が下流側ではほぼ均一となり、図７に示すように伝熱管１ｂの小流路３ｂ内を通流するＥＧＲガスの流量分配と、流速分布は均一に保たれ、伝熱管外周の冷却ジャケットへの熱交換が効果的に促進されることにより、高い温度効率が得られることが確認された。
【００２１】
【表１】
2006105577.tif 000021
【００２２】
本実施例による上記フィン構造体２を形成するプレート材料として、ＳＵＳ３０４オーステナイト系ステンレス鋼の薄板を採用したが、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、本実施例における切り欠き部２−１の形成手段は、プレス加工による打ち抜きよって効率的に成形したが、該切り欠き部の成形加工方法としては機械的に切削したり、レーザーや放電加工で成形することも可能であり、さらには所定のマスキングを施して、プレート材料に対する腐食性溶液中での化学的手段によるエッチングによって成形することも可能である。
【実施例２】
【００２３】
図４に示すように、波形フィン構造体２ａによって形成される小流路３ａの側壁に、実施例１の切り欠き部２−１に代えて、円形の貫通孔４を形成した以外は実施例１と同様にしてフィン構造体２ａを作製した。得られたフィン構造体２ａを実施例１と同様の偏平伝熱管に、同様の手段によって一体として接合し、図４に示すような該フィン構造体２ａを内装した熱交換器用偏平伝熱管１ａを８本得た。次いで該伝熱管１ａを実施例１と同様にしてＥＧＲガス冷却装置に組込み、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】
【００２４】
プレート材料で形成されるフィン構造体の形状を長手方向に直線状とした以外は、実施例２と同様にして図６に示すようなフィン構造体２ｂを作製した。なお、本例におけるフィン構造体２ｂの作製手段は、複雑な塑性加工は要さず、貫通孔４ａの打ち抜きと同様、単純なプレス加工で足りるため、該フィン構造体２ｂの製造コストが大幅に削減された。該フィン構造体２ｂを実施例２と同様の偏平伝熱管に装入し、同様の手段によって一体として接合することにより、図５に示すようなフィン構造体２ｂを内装した偏平伝熱管１ｂを８本得た。次いで８本の該伝熱管１ｂを実施例２と同様にしてＥＧＲガス冷却装置に組込み、同一の条件での冷却試験に供したところ、実施例２に比較して若干の熱交換効率の低下は見られるものの、実用上十分な冷却効率を得られることが確認された。
【実施例４】
【００２５】
断面矩形のプレートフィンの上部壁面に、図８に示すように長方形の切起こし部２ｃ−１を複数形成し、切欠き残部を流路３ｃの方に切起こすことにより、流路３ｃの上流側に向かって舌状に突出する複数の切起こしフィン２ｃ−２とした以外は、実質的に上記実施例３と同様にしてフィン構造体２ｃを作製した。本例におけるフィン構造体２ｃの作製手段は上記実施例２と同様、煩雑な塑性加工は必要とせず、切起こし部２ｃ−１の形成手段も単純な打ち抜き加工で足りるため、当該フィン構造体２ｃの製造コストは大幅に削減できる。このフィン構造体２ｃを上記実施例３と同様にして偏平伝熱管に挿入・接合して、フィン構造体２ｃを内装した本実施例による伝熱管１ｃ（図示を省略）８本を得た。得られた８本の伝熱管１ｃを実施例３と同様にしてＥＧＲガス冷却装置用の多管式熱交換器に組込み、同一の条件で冷却試験に供したところ、高温流体の相互流通は不可能であるにも拘らず、流路３ｃ内に舌状に突出する複数の切起こしフィン２ｃ−２によってもたされるエッジ効果が作用し、該流路３ｃ内を通流する高温のＥＧＲガスは、層流がことごとく剥離されることによって、上記実施例３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５】
【００２６】
上記実施例４における切起こし部２ｃ−１の形状を、本実施例においては図９に示すように三角形状の切起こし部２ｄ−１とし、流路３ｄの上流側に向かって舌状に突出する複数の切起こしフィン２ｄ−２が、三角形状である以外は実質的に上記実施例４と同様にしてフィン構造体２ｄを作製し、該フィン構造体２ｄの内装手段等も同様にして伝熱管２ｄ（図示を省略）を得て、上記実施例４と同様のＥＧＲガス冷却装置用の多管式熱交換器に組込み、同一の条件でＥＧＲガスの冷却試験に供した結果、上記実施例４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６】
【００２７】
断面矩形のプレートフィンを、実施例１および２と同様長手方向に湾曲した曲線を有する波型形状とし、図１０（ａ）および（ｂ）に示すように該プレートフィンの波型の稜線に相当するコーナー部分の側壁部に、その内側の流体の流路３ｅに対して凸部と凹部が交互となるように凹凸条部２ｅ−３、２ｅ−４を形成すると同時に、該側壁部に対して貫通孔４を貫設しなかった以外は、実質的に実施例２と同様にして本実施例によるフィン構造体２ｅを作製し、実施例２と同様の偏平伝熱管に内装すると共に、同実施例と同様にしてＥＧＲガス冷却装置用の多管式熱交換器に組込み、同一の条件で冷却試験に供した結果、高温流体の相互の連通は不可能であるにも拘らず、流体の流路３ｅにおける曲面のコーナー部分に、側壁部の上下に渉る凹凸の条部２ｅ−３、２ｅ−４交互に、かつ複数形成されることによって、通流する流体に対する乱流化や渦流化がもたらされ、予期以上の攪拌作用によって実用上十分な冷却効率が得られることが確認された。なお、本実施例による上記凹凸の条部２ｅ−３、２ｅ−４はコーナー部分に設けられるが、これをそれ以外の非コーナー部分に設けたり、波型の全域に亘りマイクロウェイブ状に連続させて凹凸条部２ｅ−５を設けることを妨げるものではない。
【実施例７】
【００２８】
上記実施例１〜６のいずれかによって得られた伝熱管１を、自動車のクールドＥＧＲシステムに組込まれるＥＧＲガス冷却装置５０に使用した本実施例を、図１１を用いて説明する。本実施例によるＥＧＲガス冷却装置５０は、シェル本体５１の両端に一対のチューブシート５０−３、５０−４を接続して内部を密閉可能な状態とし、該一対のチューブシート５０−３、５０−４間に上記実施例によって得られた偏平伝熱管１の複数本を、該チューブシート５０−３、５０−４にそれぞれ所定の間隔を隔てて貫通して接続配置させ、該シェル本体５１内における伝熱管群が形成される。またシェル本体５１の両サイドにはＥＧＲガスＧの流入口Ｇ−１と、流出口Ｇ−２とが設けられるボンネット５０−１、５０−２がそれぞれ設けられ、一方、該シェル本体５１の外周の両端部にはエンジン冷却水や冷却風などの冷却媒体、本例においてはエンジン冷却水Ｗの導入口Ｗ−１と導出口Ｗ−２が設けられて、一対のチューブシート５０−３、５０−４で仕切られた気密空間内を該エンジン冷却水Ｗが通流可能な熱交換エリアＷａとし、該熱交換エリアＷａ内に複数の支持板５０−５を接合位置すると共に、該支持板５０−５に伝熱管１を挿通する長円形の挿通口を設けて伝熱管１を挿通することによって、バッフルプレートとして該伝熱管１を安定的に支持すると同時に、前記熱交換エリアＷａを通流する冷却水Ｗの流れを強制的に蛇行させるように構成されている。この際、前記シェル本体５１内に組込まれる伝熱管１の内周面には予めろう付などによって接続固定されたフィン構造体が内装されているが、該フィン構造体のろう付による接合はシェル本体５１内への組付け後に行うことも可能である。
【００２９】
上記の如く構成された本実施例によるＥＧＲガス冷却装置５０において、ＥＧＲガス流入口Ｇ−１からシェル本体５１に流入する高温のＥＧＲガスＧは、該シェル本体５１内に配置された複数の伝熱管１内に流入するが、所定の間隔を隔てて配置された複数の伝熱管１による伝熱管群の周囲に形成される熱交換エリアＷａには、予めエンジン冷却水Ｗが通流した状態にあるため、該伝熱管１の管壁を介してのＥＧＲガスＧとエンジン冷却水Ｗとの熱交換は直ちに開始される。この際、本実施例においては伝熱管１として広い伝熱面積を有する扁平管を採用し、しかも該偏平伝熱管の内周面に上記各実施例において例示したようなフィン構造体２が内装されることにより、熱媒体流体に対する攪拌、層流の剥離、分散、流体流量や流速の均一化等が相乗的に作用して、ＥＧＲガスＧとエンジン冷却水Ｗとの熱交換が効率的に促進され、優れた冷却効率が実証された。
［比較例１］
【００３０】
図１３に示すようにフィン構造体の側壁部に貫通孔を設けなかった以外は、実施例３と同様にしてフィン構造体１２を作製し、該フィン構造体１２を実施例３と同様の偏平管に装入し、実施例３と同様の手段によって一体として接合することにより、図１２に示すようなフィン構造体１２を内装した偏平伝熱管１０を８本得た。次いで８本の該伝熱管１０を実施例３と同様にしてＥＧＲガス冷却装置に組込み、同一の条件での冷却試験に供したところ、図１４に示すように伝熱管１０の小流路１３内を通流するＥＧＲガスの流量分配と、流速分布は明らかな偏りが見られ、実施例３に比較して熱交換効率が一段と低下していることが確認された。
［比較例２］
【００３１】
図１５に示すようにフィン構造体の側壁部に貫通孔を設けなかった以外は、実施例１と同様にして波形のフィン構造体１２ａを作製し、該波形のフィン構造体１２ａを実施例１と同様の偏平管に装入して、実施例１と同様の手段によって一体として接合することにより、図１５に示すような波形のフィン構造体１２ａを内装した偏平伝熱管１０ａを８本得た。次いで８本の該伝熱管１０ａを実施例１と同様にしてＥＧＲガス冷却装置に組込み、同一の条件での冷却試験に供したところ、製造コストが著しく高価な塑性加工を施すことによって作製された波形のフィン構造体１２ａを、偏平管に装入しているにも拘らず、得られた偏平伝熱管１０ａの小流路１３ａ内を通流するＥＧＲガスの流量分配と、流速分布は明らかな偏りが見られ、実施例１に比較して熱交換効率が明確に低下していることが確認された。
【００３２】
本発明に基づく上記各実施例で得られたフィン構造体を、各種の偏平伝熱管に固着する手段は任意であり特に制限しないが、一般的に、フィン構造体と偏平伝熱管との接合はろう付けが採用され、該偏平伝熱管と冷却ジャケット（シェル本体）やボンネット部（ダクト）等との接合部は溶接かろう付が好ましく採用される。また、本発明に係る上記各実施例においては、伝熱管内を通流する流体は被冷却媒体であるＥＧＲガスのみが例示されているが、他の実施例においては、伝熱管内に冷却媒体たる冷却水を通流し、該伝熱管の外側を被冷却媒体たるガス流路とすることも可能であり、この場合においては伝熱管内を通流する冷却水に乱流や渦流を生起せしめ、該伝熱管外周面に接触するガスの熱を効率的に熱交換させることが可能となる。
【００３３】
なお、フィン構造体の側面や上下の壁面に形成される切り欠き部、貫通孔、切起こし部、凹凸条部等は、上記各実施例においては単独の形状に形成されたもののみが例示されているが、一つのプレートフィンの流路に複数の形状を合わせて形成することも好ましく、例えば実施例１における切り欠き部２−１に加えて、実施例６における凹凸条部２ｅ−３および２ｅ−４のいずれか一方を、もしくはその双方を任意に追加して形成することも可能であり、或いはまた、実施例３による貫通孔４ａに加えて実施例４における切起こしフィン２ｃ−２と、実施例５における切起こしフィン２ｄ−２の双方を任意に配列して形成することでき、斯かる構造とすることによってさらに相乗的な効果を期待することができる。また、上記各実施例においては形成される切り欠き部、貫通孔、切起こし部等が単純な方形や三角形もしくは円形に形成されているが、所望によりＶ型の切り欠き部や、星型や多角形状の貫通孔など適宜に選択することを妨げない。また、各実施例における切り欠き部、貫通孔、切起こし部、凹凸条部等は波形の成形前後のいずれの時期に加工してもよいことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
上記各実施例並びに比較例からも明らかなように、本発明に係る上記フィン構造体によれば、偏平伝熱管に内装され、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を、断面が矩形で長手方向に自由形状を有する複数の小流路に分割するプレートフィンの側面に、少なくとも1以上の切り欠き部、貫通孔、切起こし部、凹凸条部等をそれぞれ単独で、或いはそれらを組み合わせて形成することにより、隣接する小流路間において、通流する流体同士が相互に連通し、偏平伝熱管内における偏平方向の流動が自由となるため、小流路に分割された該伝熱管内における流体の流速に偏りがなくなり、それに伴う流速の分布が発生せず、均一な流速が維持し易い構造となる。また、小流路に区画された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、熱交換性能が一段と向上する。
【００３５】
更に本発明による上記フィン構造体を内装した偏平伝熱管によれば、該フィン構造体の側面に設けられた切り欠き部、貫通孔等によって、小流路に隔てられた流路間を、通流する流体同士が自由に流入流出できるため、該流体間の混合、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、流体の流線が複雑に撹乱されて、層流が剥離されて攪拌が繰り返され、伝熱管内を通流する流体は繰返し該伝熱管壁面と接触して効果的に熱交換される。加えてフィン構造体に設けられた前記切り欠き部、貫通孔、切起こし部、凹凸条部等によって形成される端部が、熱交換のエッジ効果や流体の攪拌作用を生み出し、熱交換性能の一層の向上を図ることができる。このように本発明による上記フィン構造は、多管式の熱交換型冷却装置は勿論のこと、具体的には排気ガスからの廃熱回収用熱交換器、ＥＧＲガスクーラー、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に、流体攪拌用プレートフィンとして好適に内装し得ると同時に、該フィン構造体を内装した伝熱管並びに該伝熱管を組込んだ多管式熱交換器は、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、当業界における幅広い用途に期待が広がる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施例に係るフィン構造体と、該フィン構造体を内装した偏平伝熱管の単体を示し、（ａ）はその正面図、（ｂ）は模式的な要部斜視図である。
【図２】同実施例において内装されるフィン構造体の要部拡大斜視図である。
【図３】同実施例において、伝熱管内を通流する高温流体の流れを部分的に示す模式的な平面図である。
【図４】本発明に係る第２実施例のフィン構造体と、該フィン構造体を内装した偏平伝熱管の単体を示す要部斜視図である。
【図５】本発明に係る第３実施例のフィン構造体と、該フィン構造体を内装した偏平伝熱管の単体を模式的に示す要部斜視図である。
【図６】同実施例において内装されるフィン構造体の要部拡大斜視図である。
【図７】同実施例における高温流体の流体分配状態と流速分布図である。
【図８】本発明に係る第４実施例のフィン構造体を模式的に示す要部斜視図である。
【図９】本発明に係る第５実施例のフィン構造体を模式的に示す要部斜視図である。
【図１０】本発明に係る第６実施例のフィン構造体単体の要部を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）はその正面図である。
【図１１】本発明に係る第７実施例による多管式熱交換器を示す一部破断正面図である。
【図１２】本発明に係る第１比較例のプレートフィンと、該プレートフィンを内装した偏平伝熱管の単体を示す要部斜視図である。
【図１３】同比較例において内装されるプレートフィンの要部拡大斜視図である。
【図１４】同比較例における高温流体の流体分配状態と流速分布図である。
【図１５】本発明に係る第２比較例によるプレートフィンと、該プレートフィンを内装した偏平伝熱管の単体を示す要部斜視図である。
【図１６】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１７】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）は上記図１６におけるＡ−Ａ線断面図、（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たプレートフィンの平面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１、１ａ、１ｂ、１０、１０ａ        偏平伝熱管
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、
２ｅ、１２、１２ａ                  フィン構造体（プレートフィン）
２−１                              切り欠き部
２ｃ−１、２ｄ−１                  切起こし部
２ｃ−２、２ｄ−２                  切起こしフィン
２ｅ−３                            凹条部
２ｅ−４                            凸条部
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、
１３、１３ａ                        小流路
４、４ａ                            貫通孔
２０                                多管式熱交換器
２１                                シェル（冷却ジャケット）
２２−１、２２−２                  胴蓋（ボンネット）
２３                                伝熱管群
２３−１                            偏平伝熱管
２４                                バッフル
２５                                管板
２６                                プレートフィン
ｇ１                                高温流体入口（ＥＧＲガス入口）
ｇ２                                高温流体出口（ＥＧＲガス出口）
Ｃ１                                冷却水入口
Ｃ２                                冷却水出口
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
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