(57)【要約】【課題】太管部（両端太管部）と、細管部を有する扁平チューブ（伝熱管）が用いられる多管式熱交換器であっても、太管部の間の中間部分で隙間なくシールすることを可能とし、軸線方向で二種以上の第二流体群を区画することができる多管式熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換器１０を、前端太管部２１ａ、後端太管部２１ｂおよび中間太管部２１ｃの外周面と、前縮径部３０ａ、後縮径部３０ｂおよび中間太管部２１ｃの内周面とが、それぞれ当接してシール保持するとともに、上下方向において隣接する伝熱管２１の前端太管部２１ａ、後端太管部２１ｂおよび中間太管部２１ｃ同士がシールして積層するものとして、ＡＴＦが流通するＡＴＦ通過隙間３３と、冷却水が流通する冷却水通過隙間３４とに区画されている。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一流体が通過する複数本の扁平管状の伝熱管からなる伝熱管群と、前記第一流体とは別経路の複数の流体からなる第二流体群がそれぞれ軸線方向に直交する方向で区画されて通過する流体通過隙間を前記伝熱管群との間に形成する矩形管状の外管と、を備え、
前記伝熱管は、両端太管部および少なくとも一か所の中間太管部を備え、前記各両端太管部および前記各中間太管部の部位でシールして積層されるとともに、前記各両端太管部および前記各中間太管部の部位で前記外管の内周面にシール保持されることにより、前記第二流体群が区画されていることを特徴とする多管式熱交換器。
【請求項２】
前記外管が、前記軸線方向で分割された受け外管部と被せ外管部とからなり、
前記受け外管部は、受け外管本体部と、前記受け外管部の分割線に沿って前記被せ外管部に嵌合する帯状の外嵌め部を備えていることを特徴とする請求項１記載の多管式熱交換器。
【請求項３】
前記外管は、前記各伝熱管の前記中間太管部に対応する部位が縮径部とされ、
前記受け外管部の前記外嵌め部における前記縮径部に対応する部位のみが前記受け外管本体部から切断され、前記外嵌め部と嵌合する前記被せ外管部の内嵌め部の端面が前記本体部の切断面に当接可能とされていることを特徴とする請求項２記載の多管式熱交換器。
【請求項４】
前記第一流体が排気ガスであり、前記第二流体群が冷却水（廃熱回収用を含む）および作動流体の組み合わせからなることを特徴とする請求項１〜３いずれか一記載の多管式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第一流体が通過する複数本の扁平管状の伝熱管からなる伝熱管群と、第一流体とは別経路の複数の流体からなる第二流体群がそれぞれ軸線方向に直交する方向で区画されて通過する流体通過隙間を伝熱管群との間に形成する矩形管状の外管と、を備えた多管式熱交換器に関する。特に、伝熱管群に高速の高温ガス（例えば排気ガス）を、流体通過隙間に異なる複数の流体を区画通過させて熱交換を行なう熱交換器、例えば、ＡＴＦ通過隙間と冷却水通過隙間を形成し、排気ガスの廃熱を利用して、伝熱管群と外管との当接部分（密接部）に高度のシール性が要求される多管式熱交換器に好適な発明である。ここでは、ＥＧＲクーラに適用する場合を、主として例示して説明するが、本発明はこれに限られるものではない。
【背景技術】
【０００２】
ＥＧＲクーラの冷却構造として、特許文献１の第二の実施形態（段落００１５〜００１８）、図２に記載されている扁平チューブ式の熱交換器において、複数の扁平チューブを平行に配列し、両端を入口側仕切板、出口側仕切板によりそれぞれ支持一体化したチューブアッセンブリを、外筒内に内蔵し、チューブアッセンブリと外筒との間に冷却水が流通する冷却水流路が形成されていた。
【０００３】
そして、冷却水流路を仕切板により長手方向で二分し仕切板を境にして、ＥＧＲガスの入口側に位置する方を高温側熱交換器とし、ＥＧＲガスの出口側に位置する方を低温側熱交換器として使用していた。
【０００４】
ＥＧＲガスの流れ方向（軸線方向）に沿って高温側と低温側の熱交換器に分割することによって、局部沸騰を抑え、熱交換率、耐久性、を高めるものである。
【０００５】
また、特許文献２の従来技術（段落０００４〜０００８、図１〜６参照）に記載される多管式熱交換器がある。扁平チューブを、両端部に形成される太管部と、太管部より狭小に形成された細管部と、を備える構成とし、各扁平チューブを、太管部で密接させて外管と保持一体化させて、入口側仕切板、出口側仕切板をなくすものが提案されている。
【０００６】
また、特許文献３には、本発明の特許性に影響を与えるものではないが、流入される作動流体の温度に応じてウォームアップ機能と冷却機能とを切替えて、車両の走行状態や初期始動条件に対応して作動流体のウォームアップと冷却とを行なう車両用熱交換器が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３１５３２４号公報
【特許文献２】特開２０１２−１３７２５１号公報
【特許文献３】特開２０１３−１０８７４５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、特許文献１のＥＧＲクーラの冷却構造では、仕切板の孔に伝熱管を挿入しやすくするため、伝熱管の外形形状は、仕切板の孔より小さくする必要がある。伝熱管の両端部においては、仕切板の孔に挿通した後、伝熱管の内側から拡管して隙間を調整することができるが、伝熱管の中央部では加工上の制約からそれができず、シール不良が出やすい。
【０００９】
上記の特許文献２の多管式熱交換器においては、中間部分の細管部は、太管部より狭小に形成されている。このため、伝熱管と仕切板の孔との隙間が大きくなり、仕切板を用いて第二流体群が通過する流体通過隙間を方向で区画して、隙間なくシールするのは事実上困難であった。
【００１０】
また、特許文献３の車両用熱交換器では、排気ガスを利用することは、明示されていない。
【００１１】
本発明は、太管部（両端太管部）と、細管部を有する扁平チューブ（伝熱管）が用いられる多管式熱交換器であっても、太管部の間の中間部分で良好にシールすることを可能とし、軸線方向で二種以上の第二流体群を区画することができる多管式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】
【００１２】
本発明では、第一流体が通過する複数本の扁平管状の伝熱管からなる伝熱管群と、第一流体とは別経路の複数の流体からなる第二流体群がそれぞれ軸線方向に直交する方向で区画されて通過する流体通過隙間を伝熱管群との間に形成する矩形管状の外管と、を備え、伝熱管は、両端太管部および少なくとも一か所の中間太管部を備え、各両端太管部および各中間太管部の部位でシールして積層されるとともに、各両端太管部および各中間太管部の部位で外管の内周面にシール保持されることにより、第二流体群が区画されている。
【００１３】
上記構成によれば、中間太管部の部位と外管の内周面とを、シール保持可能な形状にそれぞれ加工しておくことで、仕切板を用いる場合に比べて、中間太管部の部位と外管の内周面との隙間が生じる可能性を少なくして、中間太管部の部位と外管の内周面との、シール保持を容易なものとすることができる。よって、両端太管部と、細管部を有する扁平管状の伝熱管が用いられる多管式熱交換器であっても、流体通過隙間を外管の軸線方向の中間部分で良好にシールすることを可能とし、軸線方向で二種以上の第二流体群を区画することができる。さらに、仕切板を使用しないので、部品点数削減によるコスト低減に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の多管式熱交換器を適用する排気システムの一例を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施形態における多管式熱交換器の下側からみた斜視図である。
【図３】同じく多管式熱交換器の平面図である。
【図４】同じく多管式熱交換器の側面図である。
【図５】同じく伝熱管の（ａ）底面図及び、（ｂ）側面図である。
【図６】図３のＶＩ−ＶＩ線矢視断面図である。
【図７】図３のＶＩＩ−ＶＩＩ線矢視断面図である。
【図８】図３のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視断面図である。
【図９】図４のＩＸ−ＩＸ線矢視断面図である。
【図１０】図３において、通常の曲げ加工したときのＸ−Ｘ線矢視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明における多管式熱交換器の一実施形態を図面に基づいて説明する。以下の説明において、各図面の矢印の、Ｆを前、Ｂを後ろ、Ｒを右、Ｌを左、Ｕを上、Ｄを下、とする。
【００１６】
多管式熱交換器（以下、「熱交換器」という。）１０を、図１に示すようなＥＧＲシステム（排気ガスシステム）に適用する場合を例として説明する。ここでは、第一流体は排気ガスとし、第二流体群は、ＡＴＦ（第二流体の１）と冷却水（第二流体の２）とからなるものとする。この場合の「冷却水」は、排気ガスを冷却するための冷却水である。そして、ＥＧＲクーラの機能に加えて、ＡＴＦウォーマとしての機能を備えている。
【００１７】
熱交換器１０は、図２〜４、６〜９に示すように、伝熱管群２０と、外管３０と、前整流筒部４０と、後整流筒部４１と、を有している。
【００１８】
伝熱管群２０は、複数本の伝熱管２１からなり、各伝熱管２１は、前後方向に沿って排気ガス（第一流体）が通過可能とされている。図例では伝熱管２１は、前後方向からみて、左右方向の幅が上下方向の幅より長い扁平管として形成され、上下方向に沿って積み重ねられて配置される。各伝熱管２１が積み重ねられた伝熱管群２０は、全体の形状が直方体状となっている。
【００１９】
伝熱管２１は、図５（ａ）、（ｂ）、７、８に示すように、受け伝熱管２２と被せ伝熱管２３とに上下に外管３０の軸線方向で分割され扁平管状に形成され、内部に伝熱フィン２４が配置されている。受け伝熱管２２に伝熱フィン２４をセットした後、被せ伝熱管２３を嵌め込めこんで伝熱管２１が形成されている。
【００２０】
伝熱管２１は、両端に配される前端太管部２１ａ、後端太管部２１ｂ（特許請求の範囲の両端太管部に相当する）と、前端太管部２１ａ、後端太管部２１ｂの間に配設される前端太管部２１ａ、後端太管部２１ｂと上下左右方向の幅が略同一に形成された中間太管部２１ｃと、を有し、外管３０と伝熱管群２０の外周面および伝熱管２１相互の間に形成される空間部分が、第二流体群を構成するＡＴＦ及び冷却水がそれぞれ通過して外管３０の軸線方向に直交する方向で区画される流体通過隙間とされている。
【００２１】
外管３０および隣接する伝熱管２１と密接して、排気ガスとＡＴＦ及び冷却水が区画され、第二流体群が通過する流体通過隙間を形成している。
【００２２】
前端太管部２１ａと中間太管部２１ｃとの間は前細管部２１ｄ、後端太管部２１ｂと中間太管部２１ｃとの間は後細管部２１ｅ、とされている。
【００２３】
前細管部２１ｄおよび後細管部２１ｅは、前端太管部２１ａ、後端太管部２１ｂおよび中間太管部２１ｃより、上下左右方向において幅狭に形成されている。
【００２４】
前端太管部２１ａ、後端太管部２１ｂの外周面は、図６、９に示すように、外管３０の内周面とシール保持可能に形成されているとともに、上下方向において隣接する伝熱管２１の前端太管部２１ａ、後端太管部２１ｂの外周面とシール保持可能に形成されている。
【００２５】
中間太管部２１ｃ外周面は、図６、７、９に示すように、外管３０の内周面とシール保持可能に形成されているとともに、上下方向において隣接する伝熱管２１の中間太管部２１ｃの外周面とシール保持可能に形成されている。
【００２６】
外管３０は、図２〜４、６〜９に示すように、上下に外管３０の軸線方向で二分割された被せ外管部３１と受け外管部３２とが接合されて一体化され、内部に伝熱管群２０を収納可能な矩形筒状に形成されている。
【００２７】
外管３０は、前端太管部２１ａ、後端太管部２１ｂに対応する部位が、上下左右方向において、他の部分より縮径して形成された、前縮径部３０ａ、中間縮径部３０ｃおよび後縮径部３０ｂ（特許請求の範囲の縮径部に相当する）を有している。
【００２８】
前縮径部３０ａの内周面は、周方向に沿って、前端太管部２１ａの外周面とシール保持可能に形成されている。
【００２９】
後縮径部３０ｂの内周面は、周方向に沿って、後端太管部２１ｂの外周面とシール保持可能に形成されている。
【００３０】
中間縮径部３０ｃの内周面は、周方向に沿って、中間太管部２１ｃの外周面とシール保持可能に形成されている。
【００３１】
被せ外管部３１は、断面コの字状に形成され、下端部が受け外管部３２の外嵌め部３２ｂに嵌め込み可能な内嵌め部３１ａとされている。
【００３２】
受け外管部３２は、断面コの字状に形成された本体部３２ａ（特許請求の範囲の受け外管本体部に相当する）と、被せ外管部３１の内嵌め部３１ａを外側から嵌め込み可能に前後方向（特許請求の範囲の受け外管部の分割線に沿って、に相当する）に沿って曲げ加工され、本体部３２ａより拡開して形成された帯状の外嵌め部３２ｂを有している。
【００３３】
外嵌め部３２ｂの中間縮径部３０ｃとなる部分のみにおいて、本体部３２ａとの境界部分が切断され、被せ外管部３１の内嵌め部３１ａの下端面３１ｂが本体部３２ａ側の切断面３２ｅ（特許請求の範囲の本体部の切断面に相当する）に当接可能とされている。
【００３４】
詳説すると、図２、７に示すように、外嵌め部３２ｂの中間縮径部３０ｃとなる部分、かつ、外嵌め部３２ｂと本体部３２ａとの境界部分には、前後方向に沿って切断された切れ目３２ｃが形成される。切れ目３２ｃを形成するときに発生する上側の切断面３２ｄは、外嵌め部３２ｂを形成するために曲げ加工することにより、左右方向に沿って本体部３２ａの外側に移動することになる。そして、前記の如く、切れ目３２ｃを形成するときに発生する下側の切断面３２ｅと、内嵌め部３１ａの下端面３１ｂが当接可能となる。
【００３５】
受け外管部３２における本体部３２ａ側の切断面３２ｅと、内嵌め部３１ａの下端面３１ｂが当接する部分およびその周辺をろう付けしてシールされている。
【００３６】
受け外管部３２の前側部分は、右側に向かって延びてＡＴＦを流入させる流入管３２ｆと、左側に向かって延びてＡＴＦを流出させる流出管３２ｇと、を備えている。
【００３７】
受け外管部３２の後側部分は、右側に向かって延びて冷却水を流入させる流入管３２ｈと、左側に向かって延びて冷却水を流出させる流出管３２ｉと、を備えている。
【００３８】
前整流筒部４０は、四角錐台状で前側が狭小となるように形成されている。後整流筒部４１は、四角錐台状で後側が狭小となるように形成されている。
【００３９】
前整流筒部４０の後端部に外管３０の前端部が、後整流筒部４１の前端部に、外管３０の後端部が、それぞれ外側から嵌め込まれ、伝熱管群２０と前整流筒部４０、後整流筒部４１とが、外管３０を介して連通され排気ガス（第一流体）が通過する第一流体通路２５とされている。
【００４０】
前端太管部２１ａ、後端太管部２１ｂの外周面は、図６、９に示すように、前縮径部３０ａ、後縮径部３０ｂの内周面、とそれぞれシール保持するとともに、上下方向において隣接する伝熱管２１の前端太管部２１ａ、後端太管部２１ｂとシール保持している。そして、外管３０と伝熱管群２０の外周面および伝熱管２１相互の間に形成される空間部分が、第二流体群を構成するＡＴＦ及び冷却水が通過する流体通過隙間とされている。
【００４１】
中間太管部２１ｃ外周面は、図６、７、９に示すように、中間縮径部３０ｃの内周面とシール保持するとともに、上下方向において隣接する伝熱管２１の中間太管部２１ｃ外周面とシール保持する。こうして、第二流体群を構成するＡＴＦ及び冷却水が通過する流体通過隙間は、外管３０の軸線方向に直交する方向で区画され、さらに、ＡＴＦが流通する前側のＡＴＦ通過隙間３３と、冷却水が流通する後側の冷却水通過隙間３４とに区画されている。
【００４２】
なお、各部品間の接合は、溶接、ろう付け等を適宜選択してシールする。
【００４３】
上記構成の熱交換器１０では、排気ガスが通過する複数本の扁平管状の伝熱管２１からなる伝熱管群２０と、排気ガスとは別経路のＡＴＦ及び冷却水からなる第二流体群がそれぞれ外管３０の軸線方向に直交する方向で区画されて通過する流体通過隙間を伝熱管群２０との間に形成する矩形管状の外管３０と、を備え、伝熱管２１は、前端太管部２１ａ、後端太管部２１ｂおよび少なくとも一か所の中間太管部２１ｃを備え、各前端太管部２１ａ、後端太管部２１ｂおよび各中間太管部２１ｃの部位でシールして積層されるとともに、各前端太管部２１ａ、後端太管部２１ｂおよび各中間太管部２１ｃの部位で外管３０の内周面にシール保持されることにより、第二流体群が区画されている。
【００４４】
これによれば、各中間太管部２１ｃの部位と外管３０の内周面とを、シール保持可能な形状にそれぞれ加工しておくことで、仕切板を用いる場合に比べて、各中間太管部２１ｃの部位と外管３０の内周面との隙間が生じる可能性を少なくして、中間太管部２１ｃの部位と外管３０の内周面との、シール保持を容易なものとすることができる。よって、前端太管部２１ａ、後端太管部２１ｂと、前細管部２１ｄ、後細管部２１ｅと、を有する扁平管状の伝熱管２１が用いられる多管式熱交換器であっても、流体通過隙間を外管３０の軸線方向の中間部分で隙間なくシールすることを可能とし、軸線方向で二種以上の第二流体群を構成するＡＴＦ及び冷却水を区画することができる。さらに、仕切板を使用しないので、部品点数削減によるコスト低減に寄与する。
【００４５】
また、外管３０を、各前端太管部２１ａ、後端太管部２１ｂおよび各中間太管部２１ｃに対応する部位において前縮径部３０ａ、後縮径部３０ｂおよび中間縮径部３０ｃとしているので、外管３０と伝熱管群２０との隙間を広くとることが可能となり、第二流体群を構成するＡＴＦ及び冷却水の流量を確保することが可能となる。
【００４６】
また、外管３０を、軸線方向で分割された被せ外管部３１と受け外管部３２とからなり、受け外管部３２の分割線に沿って被せ外管部３１に嵌合する帯状の外嵌め部３２ｂを備える構成としているので、被せ外管部３１に伝熱管群２０を積み重ねて保持した後、受け外管部３２を嵌めて閉じることで作業が容易になり、生産性を向上させることができる。
【００４７】
また、受け外管部３２の外嵌め部３２ｂにおける各中間太管部２１ｃの中間縮径部３０ｃに対応する部位が部分的に本体部３２ａから切断され、被せ外管部３１の内嵌め部３１ａの下端面３１ｂが本体部３２ａの下側の切断面３２ｅに当接可能としている。
【００４８】
第二流体群の流体通過隙間を区画して、それぞれ異なる流体を流入させる場合に、外嵌め部３２ｂを曲げ加工で形成すると、図１０に示すように、被せ外管部３１と受け外管部３２と対向する端面が直角にならず隙間Ｓが生じ、その隙間Ｓに流体が漏れ、異なる流体同士が混合するおそれがある。
【００４９】
上記構成により、本体部３２ａを切断するときに発生する本体部３２ａの下側の切断面３２ｅと、被せ外管部３１の内嵌め部３１ａの下端面３１ｂと、を当接可能に形成することで、隙間Ｓを減少させて流体が漏れるのを防止し、上記作用効果と相まって相乗的にシール性が増大し、異なる流体同士の混合を防止することができる。
【００５０】
また、第一流体を排気ガスとし、第二流体群をＡＴＦおよび冷却水としているので、ＡＴＦウォーマとＥＧＲクーラの二つの機能を持たせた多管式熱交換器とすることができる。
【００５１】
本発明の多管式熱交換器は当該構成に限定されるものではない。即ち、本発明の要旨を逸脱しない限り各種の設計変更等が可能である。
【００５２】
第二流体群を構成する流体は、エンジンオイルと、ＡＴＦのように、排気ガスと熱交換可能な作動流体を用いることができる。
【００５３】
また、外管３０に、前縮径部３０ａ、後縮径部３０ｂおよび中間縮径部３０ｃを設けずに、前端太管部２１ａ、後端太管部２１ｂおよび中間太管部２１ｃの外周面と、外管３０の内周面とを当接させることも可能である。
【００５４】
また、中間太管部２１ｃは、前端太管部２１ａと後端太管部２１ｂとの間に複数設け、中間縮径部３０ｃを中間縮径部３０ｃに対応する数設けて、第二流体群を構成する流体を三種以上とすることもできる。
【００５５】
また、特許文献１の如く、第二流体群を同種の流体で構成して、当該流体を複数回第一流体と熱交換させることも可能である。
【００５６】
また、前側を冷却水が流通する冷却水通過隙間３４とし、後側をＡＴＦが流通するＡＴＦ通過隙間３３とすることも可能である。
【００５７】
なお、上記の多管式熱交換器は、ＥＧＲシステムに使用する場合を例示したが、通常の排気経路に取り付けて廃熱回収器として、使用することも可能である。この場合、「冷却水」は、エンジン全体の冷却水であり、その冷却水を温めることを目的として使用することになる。
【符号の説明】
【００５８】
１０  多管式熱交換器
２０  伝熱管群
２１  伝熱管
２１ａ  前端太管部
２１ｂ  後端太管部
２１ｃ  中間太管部
３０  外管
３０ａ  前縮径部
３０ｂ  後縮径部
３０ｃ  中間縮径部
３１  被せ外管部
３１ａ  内嵌め部
３１ｂ  下端面
３２  受け外管部
３２ａ  本体部
３２ｂ  外嵌め部
３２ｅ  切断面
【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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