(57)【要約】  シェルアンドチューブ型熱交換器（１０）は、外殻（１６）に取り囲まれた複数の管を含む。各管（１２）は、複数の窪みを含む。金型がダイ内部の望みの位置と方位に置かれる。管がダイ中の第１の位置に置かれ、金型が管を型押しして管に望みの窪みを形成する。次いで金型が離され、金型に対して相対的に管が第２位置へと移動させられる。金型が再び管を型押しして更なる窪みを形成する。或いは、金型は、管に溝を形成するローラーを含む。管は、金型に対して相対的に平行移動されるか又は平行移動と回転の両方がなされて、溝が形成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管を形成する方法であって、
管を第１位置に配置する工程と、
金型を用いて前記管に窪みを形成する工程と、
前記管を前記金型に対して相対的に第２位置へ移動させる工程と、
前記金型を前記管から離す工程と、
を含む方法。
【請求項２】
前記窪みを形成する工程を繰り返す工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記移動させる工程が前記離す工程の前に行なわれる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記移動させる工程が前記離す工程の後に行なわれる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記移動させる工程が、前記管を前記金型に対して相対的に回転させる工程と、前記管を前記金型に対して相対的に平行移動させる工程と、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記移動させる工程が前記離す工程の後に行なわれる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記移動させる工程が、前記管を前記金型に対して相対的に平行移動させる工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記移動させる工程が前記離す工程の後に行なわれる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記窪みを形成する工程を繰り返す工程を更に含み、前記回転させる工程が、前記繰り返す工程の各々の間に、前記管を前記金型に対して相対的に約５から１０°の間で回転させる工程を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
前記管が端部を有し、前記端部が実質的に円形の断面を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記金型が前記管と係合するローラーを含み、前記管を移動させる工程が、前記ローラーが前記管に係合する間に前記管に溝を形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記移動させる工程が、前記管を前記金型に対して相対的に回転及び平行移動させる工程を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記移動させる工程が、前記管を前記金型に対して相対的に平行移動させる工程を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記の金型が複数のローラーを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
複数の管であって、各々が本体部及び複数の窪みを含む複数の管と
前記複数の管を取り囲む外殻部と、
を含む熱交換器。
【請求項１６】
第１流体が前記複数の管の中を通って流れ、第２流体が前記の外殻の中を通って流れ、且つ前記第１流体が前記第２流体と熱を交換する、請求項１５に記載の熱交換器。
【請求項１７】
前記第１流体の前記複数の管への流入を制御する弁を更に含む、請求項１６に記載の熱交換器。
【請求項１８】
前記複数の窪みが、前記複数の管の各々を通る流体の流れに実質的に平行である、請求項１５に記載の熱交換器。
【請求項１９】
前記複数の管の各々が、実質的に円形断面を有する反対側の端部を備えている、請求項１５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、熱交換器に用いる管であって、管を貫流する流体と管の周りを流れる流体との間の熱伝達を増大させる複数の窪みを含む管を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シェルアンドチューブ型（多管円筒形、套管式）熱交換器は、排気ガス再循環冷却器及びパワーステアリング装置を含む、多様な自動車の用途で流体を冷却するのに用いられる。エンジンガス再循環システムでは、排気流体が管内を流れ、管の周りを流れる冷却液と熱を交換する。管壁に近い排気流体ほど管の中央を流れる排気流体より速く冷却される。
【０００３】
先行技術においては、熱交換器内の管は曲げられるか又は捻じられて、排気流体中に乱流を生成し、熱伝達を増加させるために非線形流路を与えることがある。
【０００４】
先行技術の曲げられた又は捻じられた管には幾つかの欠点がある。１つには、管を製造するのが難しいことである。加えて、管を望みの形に捻じったり曲げたりするのは、費用が掛かり且つ骨の折れることである。
【０００５】
従って、この技術分野には、先行技術の欠点や短所を克服するような、熱交換器に用いられる管を成形する方法に対する必要性が存在する。
【０００６】
（発明の開示）
シェルアンドチューブ型熱交換器は、外殻（シェル）によって取り囲まれた複数の管を含む。各管は、複数の窪みを含む。外殻を貫流する冷却流体は、管を貫流する高温流体と熱を交換する。好ましくは、シェルアンドチューブ型熱交換器は、排気ガス再循環システムで使用され、排気流体が管を貫流し、外殻を貫流する冷却液と熱を交換する。
【０００７】
管は、管の表面積と管の壁の最も近くに在る流体の量とを増加させる窪みを含む。また、窪みは、管を貫流する流体中に乱流を生成する。
【０００８】
一例として、所望の形状の金型がダイ内部の所望の位置及び方位に置かれる。管がダイ内部の第１の位置に置かれ、金型が管を型押し（クリンプ）して管に所望の窪みを形成する。次いで金型が離され、管が金型に対して相対的に移動させられる。次いで金型が再び管を型押しして更なる窪みを形成する。管は、金型に対して相対的に平行移動させることができ、又は金型に対して相対的に平行移動及び回転の両方をさせることができる。
【０００９】
或いは、金型は管に平行な溝を形成するローラーを含む。管は金型に対し相対的に平行移動させられ、管の表面に溝を形成する。ローラーの数が溝の数を決定する。或いは、管は金型に対して相対的に平行移動と回転の両方をさせられて、管の表面に螺旋状の溝を形成する。
【００１０】
本発明のこれら及びその他の特徴は、以下の明細書と図面から最もよく理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、外殻１６によって取り囲まれた複数の管１２を含む、シェルアンドチューブ型熱交換器１０を示す。管１２の反対（両側）の端部２６は、板１４に取付けられる。管１２の端部２６は、板１４に溶接、プレス嵌め、又はその他のいかなる取付け手段によっても取付けることができる。冷却流体は、熱交換器１０の一端に位置する入口１８を通って、熱交換器１０に入る。冷却流体は外殻１６を通って流れ、管１２を通って流れる高温流体と熱を交換する。外殻１６内の流体は出口１９を通って熱交換器１０を出る。
【００１２】
熱交換器１０が、排気ガス再循環システムと共に用いられる場合は、排気ガス再循環弁２１が、エンジン１３又はその他の構成要素から熱交換器１０内への、高温流体の流れを制御する。熱交換器１０が、排気ガス再循環システム内で用いられる場合は、高温流体は排気流体である。高温排気流体は管１２に入り、高温排気流体から管１２を取り囲む外殻１６内を流れる冷却液へと、熱が伝達される。管１２内の冷却された排気流体は、次いでエンジン１３又はその他の構成要素に再循環される。排気ガス再循環システムを例示して説明したが、シェルアンドチューブ型熱交換器１０を利用する他の用途においても本発明の管１２が使用できることが理解されるべきである。
【００１３】
管１２は複数の窪み３０を含み、これらの窪み３０は、管１２の表面積と、管１２の壁に最も近く熱伝達を増大させる高温流体の量と、管１２内の流体における乱流の量とを増加させる。管１２内の高温流体に乱流を生成することにより、管１２の中心にある流体と管１２の壁に最も近い流体とが混合させられる。このようにして、流体が循環して管１２を貫流するので、管１２の壁に最も近い流体が連続的に入れ替わる。
【００１４】
図２と３は、本発明の管１２を形成する方法を示す。所望の形の金型２２がダイ２０の望ましい位置と方位に置かれる。管１２がダイ２０内の第１位置２３に配置される。金型２２は、次いで管１２を型押し（クリンプ）して管１２に圧痕又は窪み３０を形成する。金型２２は次いで離される。移動装置２４が、管１２を金型２２に対して相対的に回転及び平行移動させる。管１２が、図３に示すように、第２位置２５に入ると、金型２２が再び管１２を型押しして更なる窪み３０を管１２に形成する。管１２を平行移動及び回転させる工程と金型２２を用いて管１２を型押しする工程とは、管１２に所望の数および方位の窪み３０を形成するのに必要なだけ何回でも繰り返すことができる。
【００１５】
図４は、本発明の管１２の第１実施形態を示す。金型２２が、管１２を型押しして管１２に窪み３０を形成する。金型２２は金型２２から離され、管１２は金型２２に対し相対的に回転及び平行移動させられる。金型２２は、次いで再び管１２を型押しして窪み３０を形成する。ある実施例において、管１２は連続するクリンプ圧着の間に約５乃至１０度回転される。
【００１６】
或いは図５に示すように、管１２は、金型２２に対して相対的に平行移動させられるのみで、窪み３０を形成するとき回転させられない。この窪み３０は、管１２を貫流する流体の流路に実質的に平行である。或いは図６に示すように、金型２２は、管１２を貫流する流体の流路に対して相対的に角度をつけられた窪み３０を形成することができる。これら両方の実施例において、金型２２は、連続する型押しの間に管１２から離される。
【００１７】
金型２２に対して相対的な管１２の回転及び平行移動の量を変化させて、管１２を貫流する流体に所望の量の乱流を引き起こすような窪み３０のパターンを形成してもよい。例えば、管１２を通る流体の流路に対して相対的にある角度で窪み３０を形成することにより、乱流の量を増すことができる。当業者は、望みの乱流を引き起こすための、管１２における窪み３０の望ましい方位は分かるであろう。
【００１８】
管１２は、好ましくは実質的に同一の円形断面形状を有する、反対の端部２６を含む。端部２６の断面形状は管１２の断面とは異なってもよい。即ち、端部２６の断面は、所望の接続具の断面に対応する。これにより、管１２を多様なその他の管、ホース、又はその他の望ましい接続具へ容易に取付けることができる。端部２６は別部品として形成し、後から各管１２に取付けてもよい。
【００１９】
図７、８、及び９は、本発明の管１２の代替的な実施形態を示す。これらの実施形態において、金型２２はダイ２０内に組込まれたローラー（図示せず）を含む。金型２２が管１２に型押しされ、管１２から金型２２を離さずに、管１２が金型２２に対して相対的に平行移動させられる。この実施例では、連続した溝３４が管１２の表面に形成される。この溝３４は管１２の表面積を増大させ、所定の時間により多くの流体が管１２の壁に接触するこをを可能にする。
【００２０】
金型２２は、複数のローラーを含み、実質的に平行な複数の溝３４を管１２に形成することができる。ローラーは管１２に接触し、且つ管１２の表面に連続的に型押しさせられて、管１２がローラーに対して相対的に平行移動するのに伴い、平行な溝３４を形成する。
【００２１】
図７に示すように、一実施例である管１２ａは６つの溝３４ａを含む。図８は、５つの溝３４ｂを有する別の実施例の管１２ｂを示す。図９は、４本の平行な溝３４ｃを有する別の管１２ｃを示す。
【００２２】
図１０は、管１２の壁に形成された実質的に螺旋形の溝３８を含む、別の管１２を示す。管１２が金型２２に対して相対的に回転と平行移動の両方をさせられながら、ローラーが管１２の壁に接触し、実質的に螺旋形の溝３８を管１２に形成する。ローラーは、管１２が回転と平行移動の両方をさせられる間に、管１２に対して連続して型押しされる。ローラーが管１２に対して配置される角度と管１２の平行移動及び回転の量とを変化させて、所望の螺旋形の溝３８を生成させることができる。代りに、数個のローラーを使用することもできる。
【００２３】
本発明の好ましい実施形態を開示したが、当業者はある種の変更例が本発明の範囲内にあることがわかるであろう。それ故、本発明の真の範囲と内容を決定するのに添付の特許請求範囲が良く吟味されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、シェルアンドチューブ型熱交換器の断面を示す。
【図２】図２は、第１位置にある、本発明の管を成形するためのダイを示す。
【図３】図３は、第２位置にある、上記管を成形するためのダイを示す。
【図４】図４は、角度のついた窪みを含む管の第１実施形態の斜視図を示す。
【図５】図５は、平行な窪みを含む管の第１実施形態の斜視図を示す。
【図６】図６は、異なる角度のついた窪みを含む管の実施形態の斜視図を示す。
【図７】図７は、６つの溝を含む管の第２実施形態の断面図を示す。
【図８】図８は、５つの溝を含む管の第２実施形態の断面図を示す。
【図９】図９は、４つの溝を含む管の第２実施形態の断面図を示す。
【図１０】図１０は、螺旋形状の溝を含む窪み付きの管の第３実施形態の斜視図を示す。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成18年6月20日(2006.6.20)
【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】
管を形成する方法であって、
管を金型内に配置する工程と、
前記管を前記金型で型押しして前記管に別の複数の窪みを形成する工程と、
前記金型を前記管から離す工程と、
を含む方法。
【請求項２】
前記金型を離す工程の後に前記管を前記金型に対して相対的に移動させる工程と、次いで前記管を前記金型で型押しして前記管に複数の窪みを形成する工程と、を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記移動させる工程が、前記管を前記金型に対して相対的に平行移動させる工程を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記移動させる工程が、前記管を前記金型に対して相対的に回転させる工程と、前記管を前記金型に対して相対的に平行移動させる工程と、を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記管を回転させる工程が、前記管を前記金型に対して相対的に約５から１０°の間で回転させる工程を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記管が、実質的に前記複数の窪みがない端部を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記複数の窪みが各々、前記管の長さに対して実質的に平行である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記複数の窪みが、前記管の長さに対して斜めに角度をつけられている、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記管が、実質的に円形の断面を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記金型を前記管から離す前に、前記管を前記金型に対して移動させて少なくとも１つの溝を形成する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記移動させる工程が、前記管を前記金型に対して相対的に回転させる工程と、前記管を前記金型に対して相対的に平行移動させる工程と、を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記管を回転させる工程が、前記管を前記金型に対して相対的に約５から１０°の間で回転させる工程を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記移動させる工程が、前記管を前記金型に対して相対的に平行移動させる工程を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記の金型が、前記管と係合して少なくとも１つの溝を形成するローラーを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
複数の管であって、各々が複数の窪みを含む複数の管と
前記複数の管を取り囲む外殻部と、
前記複数の管への第１流体の流れを制御する弁と、
を含む熱交換器。
【請求項１６】
第２流体が前記の外殻の中を通って前記複数の管の周りを流れ、且つ前記第１流体が前記第２流体と熱を交換する、請求項１５に記載の熱交換器。
【請求項１７】
前記複数の窪みが、前記複数の管を通る前記第１流体の流れに実質的に平行である、請求項１５に記載の熱交換器。
【請求項１８】
前記複数の窪みが、前記複数の管を通る前記第１流体の流れに斜めに角度をつけられている、請求項１５に記載の熱交換器。
【請求項１９】
金型が前記複数の管を型押しして、前記管に前記複数の窪みを形成する、請求項１５に記載の熱交換器。
【請求項２０】
前記複数の管が各々、実質的に円形の断面を有する、請求項１５に記載の熱交換器。
【請求項２１】
前記複数の管が各々、実質的に前記複数の窪みがない端部を含む、請求項１５に記載の熱交換器。
【請求項２２】
管と、
前記管を型押しして前記管に少なくとも１つの窪みを形成する金型と、
を備える管形成組立体。
【請求項２３】
前記管を前記金型に対して相対的に移動させる移動装置を更に含む、請求項２２に記載の管形成組立体。
【請求項２４】
前記金型が前記管を型押しするローラーを更に含む、請求項２２に記載の管形成組立体。
【請求項２５】
前記複数の窪みが、前記管の長さに対して実質的に平行である、請求項２２に記載の管形成組立体。
【請求項２６】
前記複数の窪みが、前記管の長さに対して斜めに角度をつけられている、請求項２２に記載の管形成組立体。
【請求項２７】
前記管が実質的に円形の断面を有する、請求項２２に記載の管形成組立体。
【請求項２８】
前記管が、実質的に前記複数の窪みがない端部を含む、請求項３０に記載の管形成組立体。
【国際調査報告】
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2007533464.tif 000014
2007533464.tif 000015