(57)【要約】【課題】  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該フィン構造体を用いた熱交換器用の伝熱管の提供。【解決手段】  方形の金属製薄板に対して所定の間隔を以って、直線状に所定の高さに相当する分だけ折り出すことにより、該金属製薄板の表面に該薄板が２枚合わせにされ、所定の間隔を以ってかつ所定の高さで、複数の直線状のエッジが形成されたフィン構造体。また、このフィン構造体を管の内側または外側もしくはその双方に装着して構成された伝熱管。【選択図】    図１
2008128600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
方形の金属製薄板に対して所定の間隔を以って、直線状に所定の高さに相当する分だけ折り出すことにより、該金属製薄板の表面に該薄板が２枚合わせにされ、所定の間隔を以ってかつ所定の高さで、複数の直線状のエッジが形成されたフィン構造体。
【請求項２】
方形の金属製薄板に対して所定の間隔を以って、直線状に所定の高さに相当する分だけ折り出すことにより、該金属製薄板の表面に該薄板が２枚合わせにされ、所定の間隔を以ってかつ所定の高さで形成された複数の直線状エッジの高さに相当する部分の全て、若しくは任意の高さ部分が波形に成形されたウェイブエッジを有するフィン構造体。
【請求項３】
方形の金属製薄板に対して所定の間隔を以って、曲線状に所定の高さに相当する分だけ折り出すことにより、該金属製薄板の表面に該薄板が２枚合わせにされ、所定の間隔を以ってかつ所定の高さで形成された複数の曲線状エッジの高さに相当する部分の全て、若しくは任意の高さ部分が小ピッチの波形に成形されたマイクロウェイブエッジを有するフィン構造体。
【請求項４】
方形の金属製薄板に対して所定の間隔を以って、直線状に所定の高さに相当する分だけ折り出すことにより、該金属製薄板の表面に該薄板が２枚合わせにされ、所定の間隔を以ってかつ所定の高さで形成された複数の直線状のエッジの高さに相当する部分の全て、若しくは高さ方向先端の頂部から山裾部分に向かう任意の深さに、所定の間隔で複数の切り込みを設け、当該切り込み部分から左右交互に円弧状に折曲げることによって形成された分割片形エッジを有するフィン構造体。
【請求項５】
金属製薄板を２枚合わせにして形成される前記直線状若しくは曲線状のエッジにおいて、該エッジにおける所定の高さに相当する部分の全て、もしくは任意の高さ部分の断面が山裾部分から高さ方向先端の頂部に向かって、順次薄くなるように成形されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のフィン構造体。
【請求項６】
金属製薄板からなる定幅の定尺または長尺コイルの幅方向に、プレス成形を施すことによって該金属製薄板の表面に、直線状もしくは曲線状に断面が略三角形状もしくは平丸形状であって、所定の高さでかつ所定の間隔を以って複数のエッジ部を形成し、次いで該エッジ部を２枚重ねにして相互に密着せしめた後、左右一対の成形ローラーにて当該エッジ部の山裾部分から高さ方向の頂部に向かい、順次薄くなるように成形することを特徴とするフィン構造体の製造方法。
【請求項７】
前記一対の成形ローラーによる成形加工に際し、該成形ローラーを所定の幅で左右に揺動させることにより、該エッジ部を波形に成形することを特徴とする請求項６に記載のフィン構造体の製造方法。
【請求項８】
前記直線状エッジが形成されたフィン構造体、ウェイブエッジを有するフィン構造体、マイクロウェイブエッジを有するフィン構造体、分割片形エッジを有するフィン構造体の少なくとも一つを管の内側または外側もしくはその双方に装着して構成された伝熱管。
【請求項９】
前記フィン構造体が溶接またはろう付その他の接合手段によって伝熱管に装着された請求項８に記載の伝熱管。
【請求項１０】
所定の長さを有する前記フィン構造体を２枚用い、該２枚のフィン構造体のそれぞれの左右両サイドにおける一方の端部もしくは双方の端部を円弧状に折り曲げ、２枚一対として双方のエッジ部を交互に突き合わせると共に、各フィン構造体の両サイドの端部を接合することにより、前記エッジ部が交互に配置されて流体流路を形成した伝熱管。
【請求項１１】
所定の長さを有する前記フィン構造体を二つ折にしてエッジ部を交互に突き合わせてその端部を接合することにより、前記エッジ部が交互に配置されて流体流路を形成した伝熱管。
【請求項１２】
前記フィン構造体の端部における接合手段が溶接、ろう付け、カシメ等の接合手段の中から適宜選択されることを特徴とする請求項１０または１１に記載の伝熱管。
【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も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層流を効果的に剥離することによって優れた熱交換性能が得られる、フィン構造体とその製造方法、並びに該フィン構造体を用いた伝熱管に関する。
【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、早期に破損する虞れが生ずるため、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が不足するという未解決な課題が残されていた。
か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、いわゆる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数多くの提案があり、かつ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、図１０にその要部を拡大して示すように、該偏平伝熱管５０の内周面に断面コの字型のプレートフィン４０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る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。
【０００５】
また、シェルアンドチューブ型多管熱交換器の他の例として、図１１に示すように、シェル本体２０ａの両端部に冷却水入口Ｃ１−ａおよび出口Ｃ２−ｂがそれぞれ設けられ、該シェル本体２０ｂの内部に複数の偏平チューブ２３ａ−１が積層され、該偏平チューブ２３ａ−１の内側の流路を通流する高温のＥＧＲガスを、該偏平チューブ２３ａ−１の管壁を介して熱交換する多管式のＥＧＲクーラーにおいて、偏平チューブ２３ａ−１の構造が同図（ｂ）に示すように第１プレート２３ａ−１ａと、第２プレート２３ａ−１ｂとからなり、該２つのプレート間に長手方向に波形形状の断面矩形のインナーフィン２６ａが設けられると共に、前記第１プレート２３ａ−１ａおよび第２プレート２３ａ−１ｂの、該インナーフィン２６ａにおける波型の稜線２６ａ−１に相当する部分を乱流形成部２３ａ−４とし、同図（ｃ）に示すように該乱流形成部２３ａ−４に凹部２３ａ−４ａもしくは同図（ｄ）に示すように該乱流形成部２３ａ−４に凸部２３ａ−４ｂを形成して、該偏平チューブ２３ａ−１内周面を通流する高温のＥＧＲガスと、その外側を通流する冷却水の双方に乱流を生起させて熱交換性能を向上させると同時に、該偏平チューブ２３ａ−１内にＥＧＲガスの煤の付着を防止した熱交換器（例えば、特許文献４参照）が提案されている。
【特許文献１】特開平１１−２３１８１号公報
【特許文献２】特開２０００−１１１２７７号公報
【特許文献３】特開２００２−１０７０９１号公報
【特許文献４】特開２００４- ２６３６１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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重管構造がわざわい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断面コの字型のプレートフィンが、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、流体に対する層流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。
【０００７】
一方、特許文献４の多管式熱交換器の場合は、複数の伝熱管が配列されて伝熱管群を形成する個々の伝熱管を、偏平管とすることによってその接触面積を広くする上に、該偏平伝熱管内に内装されるインナーフィンとしてのフィン構造体が、断面形状が矩形で長手方向に波形の自由形状としたコルゲート状のプレートフィンであるため、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、その流れを蛇行させることによって熱伝達面積の増大を図り、かつ流体の流れ方向における波形の稜線部分を乱流の形成部分とすると同時に、該インナーフィンが当接しない上下のプレートに、乱流形成部としての凸部や凹部を点在せしめるようにしたものであるところから、熱交換効率においては初期の成果を達成している。
【０００８】
しかしながら、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偏平伝熱管内においても、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は思いのほか低く、しかも該流路内における気体もしくは液体の流線は、一端層流を生ずるとその慣性に従って流下する性質があり、十分な攪拌作用を受けずに系外に排出されるために、発熱体である高温流体から効率良く熱を吸収して、フィン先端に熱を導くまでには至らず、それに起因して十分な熱交換効率が得られないという問題が残されていた。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。
【０００９】
本発明はかかる課題を解決することを所期の目的とし、熱交換器用の伝熱管の内外に装着されるフィン構造体をさらに改善することにより、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その製造方法、並びに該フィン構造体を用いた熱交換器用の伝熱管を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るフィン構造体は、方形の金属製薄板に対して所定の間隔を以って、直線状に所定の高さに相当する分だけ折り出すことにより、該金属製薄板の表面に該薄板が２枚合わせにされ、所定の間隔を以ってかつ所定の高さで、複数の直線状のエッジが形成されたものを基本とし、その変形として、前記直線状エッジの高さに相当する部分の全て、若しくは任意の高さ部分が波形に成形されたウェイブエッジを有するフィン構造体、方形の金属製薄板に対して所定の間隔を以って、曲線状に所定の高さに相当する分だけ折り出すことにより、該金属製薄板の表面に該薄板が２枚合わせにされ、所定の間隔を以ってかつ所定の高さで形成された複数の曲線状エッジの高さに相当する部分の全て、若しくは任意の高さ部分が小ピッチの波形に成形されたマイクロウェイブエッジを有するフィン構造体、前記直線状エッジの高さに相当する部分の全て、若しくは高さ方向先端の頂部から山裾部分に向かう任意の深さに、所定の間隔で複数の切り込みを設け、当該切り込み部分から左右交互に円弧状に折曲げることによって形成された分割片形エッジを有するフィン構造体を要旨とするものである。
【００１１】
また、前記した本発明に係る直線状もしくは曲線状のエッジ、マイクロウェイブエッジ、分割片形エッジを有するフィン構造体の各エッジにおいて、該エッジにおける所定の高さに相当する部分の全て、もしくは任意の高さ部分の断面が山裾部分から高さ方向先端の頂部に向かって、順次薄くなるように成形されていることを特徴とするものである。
【００１２】
次に、本発明に係るフィン構造体の製造方法は、金属製薄板からなる定幅の定尺または長尺コイルの幅方向に、プレス成形を施すことによって該金属製薄板の表面に、直線状もしくは曲線状に断面が略三角形状もしくは平丸形状であって、所定の高さでかつ所定の間隔を以って複数のエッジ部を成形し、次いで該エッジ部を２枚重ねにして相互に密着せしめた後、左右一対の成形ローラーにて当該エッジ部の山裾部分から高さ方向の頂部に向かい、順次薄くなるように成形することを特徴とするものである。
【００１３】
また、このフィン構造体の製造方法において、前記一対の成形ローラーによる成形加工に際し、該成形ローラーを所定の幅で左右に揺動させることにより、該エッジ部を波形に成形することを特徴とするものである。
【００１４】
さらに、本発明に係る伝熱管は、前記本発明の直線状エッジが形成されたフィン構造体、ウェイブエッジを有するフィン構造体、マイクロウェイブエッジを有するフィン構造体、分割片形エッジを有するフィン構造体の少なくとも一つを、管本体の内側または外側もしくはその双方に装着して構成されたことを特徴とするものである。この伝熱管におけるフィン構造体は、溶接またはろう付その他の接合手段によって伝熱管へ装着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伝熱管は、所定の長さを有する前記フィン構造体を２枚用い、該２枚のフィン構造体のそれぞれの左右両サイドにおける一方の端部もしくは双方の端部を円弧状に折り曲げ、２枚一対として双方のエッジ部を交互に突き合わせると共に、各フィン構造体の両サイドの端部を接合することにより、前記エッジ部が交互に配置されて流体流路を形成したことを特徴とするものである。
【００１６】
本発明に係る伝熱管はまた、所定の長さを有する前記フィン構造体を二つ折にしてエッジ部を交互に突き合わせてその端部を接合することにより、前記エッジ部が交互に配置されて流体流路を形成したしたことを特徴とするものである。
【００１７】
なお、前記本発明に係る伝熱管におけるフィン構造体の端部における接合手段としては、溶接、ろう付け、カシメ等の接合手段の中から適宜選択して用いる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るフィン構造体は、１枚の金属製薄板の表面に該薄板が２枚合わせにされ、所定の間隔を以ってかつ所定の高さに形成された複数の直線状エッジもしくは曲線状エッジを有するものを基本的な構成要件とし、この直線状エッジもしくは曲線状のエッジの高さに相当する部分の全て、もしくは任意の高さ部分を成形ローラーによって波形に成形することによってウェイブエッジあるいはマイクロウェイブエッジとしたもの、前記直線状のエッジの高さに相当する部分の全て、若しくは高さ方向先端の頂部から山裾部分に向かう任意の深さに、所定の間隔で複数の切り込みを設け、当該切り込み部分から交互に相反する方向に円弧状に折曲げることによって分割片形エッジとなしたもの、さらには前記直線状もしくは曲線状のエッジ部の厚みがその山裾部分から高さ方向の頂部に向かって順次薄くなるように成形したこと等を特徴とするものである。
かかる構造のフィン構造体は、例えば高温のＥＧＲガス冷却装置用熱交換器に組込まれて、該ＥＧＲガスの流体流路となる偏平伝熱管に内装した場合、該伝熱管内を通流する被冷却媒体であるＥＧＲガス流路を、基本的には形成されたエッジ部によって、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して、いわゆるプレートフィンとして作用するが、この際、当該フィン構造体は、ウェイブエッジ、マイクロウェイブエッジ、分割片形エッジ、頂部の厚さを山裾部分より薄肉としたエッジの作用によって、エッジの長さが長くかつ伝熱面積が増大して熱の伝達が効果的に促進され、優れた熱交換性能を示すと共に、流路内を通流する流体はその層流がことごとく剥離されて乱流化し、十分に攪拌されて伝熱管の壁面との接触を繰り返し、その外側を流れる冷却媒体に効率良く熱伝達され、熱交換性能が一段と向上する。
【００１９】
また、本発明に係る前記フィン構造体の製造方法は、例えば金属製薄板からなる定尺または長尺コイルの幅方向に、直線状もしくは曲線状に、断面が略三角形状もしくは平丸形状に所定の高さで、かつ所定の間隔を以ってプレス成形し、次いでその三角形状もしくは平丸形状のエッジ部を２枚重ねにして相互に密着せしめることによって、金属製薄板の表面に所定の高さで、かつ所定の間隔を以って複数のエッジ部を形成し、さらにそのエッジ部を成形ローラーで該エッジ部の山裾部分から高さ方向先端の頂部に向かって順次薄くなるように成形する方法であり、さらに前記成形ローラーを、所定の幅で左右に揺動させることによってウェイブエッジとする方法であり、フィン構造体を塑性加工のみで製造できることから、その製造コストを大幅に削減することができる。
【００２０】
さらに本発明に係る伝熱管は、前記の各種フィン構造体の単体をそれぞれ対向させてその左右の両端部を接合したり、二つ折りにしてその端部を接合することにより、前記エッジ部が交互に配置されて流体流路を形成したものであるから、フィン構造体の作用により熱の伝達が効果的に促進され、優れた熱交換性能を示すと共に、流路内を通流する流体はその層流がことごとく剥離され、十分に攪拌されて伝熱管の壁面との接触を繰り返し、その外側を流れる冷却媒体に効率良く熱伝達され、優れた熱交換性能が得られる。したがって、本発明に係る伝熱管によれば、その優れた熱交換性能によって、ＥＧＲガス再循環システムに配設される多管式熱交換器用は勿論のこと、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、比較的低コストで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】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について添付した図面並びに実施例に基づいて更に詳細に説明するが、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。
【００２２】
図１は本発明の第１実施例に係るフィン構造体を示すもので、（ａ）はエッジ部が直線状に成形されたフィン構造体を模式的に示す要部斜視図、（ｂ）は同図（ａ）におけるエッジ部の単体を拡大して示す正面図、図２は本発明の第２実施例に係るフィン構造体（ウェイブエッジを有するフィン構造体）およびその製造手順を示すもので、（ａ）は前記直線状エッジ部に対する成形ローラーによるウェイブエッジ成形加工状態を模式的に示す要部斜視図、（ｄ）はウェイブエッジ単体を模式的に示す正面図、（ｅ）はそのウェイブエッジ単体の形態を説明するための模式的な平面図、図３は本発明の第３実施例に係るフィン構造体（マイクロウェイブエッジを有するフィン構造体）およびその製造手順を示し、（ａ）はエッジ部が曲線状に成形された状態を模式的に示す要部斜視図、（ｂ）は同図（ａ）における曲線状のエッジ部に対する成形ローラーによるマイクロウェイブエッジ成形加工状態を模式的に示す要部斜視図、（ｃ）は同図（ｂ）におけるマイクロウェイブエッジ成形加工状態をより具体的に説明するため模式的な要部拡大正面図、（ｄ）はそのマイクロウェイブエッジ単体を模式的に示す正面図、（ｅ）はそのマイクロウェイブエッジ単体の形態を説明するための模式的な平面図、図４は本発明の第４実施例に係るフィン構造体（分割片形エッジを有するフィン構造体）およびその製造手順を示し、（ａ）はエッジ部が直線状に成形されたフィン構造体を模式的に示す要部斜視図、（ｂ）はその分割片形エッジ部の単体を示す要部拡大正面図、（ｃ）はその要部斜視図、図５は本発明に係る基本的なフィン構造体の製造方法の一例を示したもので、（ａ）はその一例を説明するための成形装置を模式的に示す側面図、（ｂ）は同図（ａ）に示す装置によって成形されたフィン構造体の単体を模式的に示す拡大正面図、図６は図５に示すフィン構造体の製造方法における他のプレス成形装置用金型による成形方法を示す概略側面図、図７は図１に示す直線状エッジを有するフィン構造体を用いた伝熱管を例示したもので、（ａ）は同一肉厚の直線状エッジを有するフィン構造体を用いた伝熱管の一例を示す概略正面図、（ｂ）は図５に示す肉厚の異なる直線状エッジを有するフィン構造体を用いた伝熱管の一例を示す概略正面図、図８は同一肉厚の直線状エッジを有するフィン構造体を用いた伝熱管の他の例を示したもので、（ａ）はその組み立て前の状態を模式的に示す正面図、（ｂ）は組み上がった伝熱管を示す概略正面図、図９は図１、図２に示すものとほぼ同様のフィン構造体を装着した伝熱管を例示したもので、（ａ）〜（ｆ）は管の内側または外側もしくはその両方に、該フィン構造体を装着した伝熱管の一例を示す要部拡大正面図である。
【００２３】
本発明に係るフィン構造体は、基本的に方形の金属製薄板からなり、例えば定幅の定尺コイルまたは長尺コイルを素材とし、その幅方向にプレス成形、ロール成形加工等を施すことによって成形されるが、該素材となる定尺または長尺コイルとしては通常板厚が０．０５〜０．５ｍｍ程度のＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ等のオーステナイト系ステンレススチールの中から適宜に選択して採用される。
【００２４】
図１に示す本発明の第１実施例に係るフィン構造体１は、素材となる金属製薄板１−１に対してプレス成形により当該薄板１−１の横幅方向に図１（ａ）に示すように所定の間隔を設けて、かつ所定の高さｈを以って頂部１−２ａの断面が平丸形状の垂直な直線状エッジ１−２を形成し、かつ同時に該直線状エッジ１−２の底部１−２ｂを閉じて、該金属製薄板１−１が２枚重ねとなって相互に密着した直線状エッジ１−２を有している。
【００２５】
図２に示す本発明の第２実施例に係るフィン構造体２は、図１に示す実施例と同様に、素材となる金属製薄板２−１に対してプレス成形により当該薄板２−１の横幅方向に所定の間隔を設けて、かつ所定の高さを以って頂部２−２ａの断面が平丸形状の垂直な直線状のエッジ（図１ａ参照）を形成すると共に、該直線状エッジの底部２−２ｂを閉じて、該金属製薄板２−１が２枚重ねとなって相互に密着した直線状エッジ（図面省略）とした後、該直線状エッジに対して、予め所定の角度に調整された左右一対の成形ローラーＲ１によって、その２枚重ねにされた直線状エッジが、その山裾部分２−２ｃから高さ方向先端の頂部２−２ａに向かって徐々に薄くなるように成形加工すると同時に、前記成形ローラーＲ１を所定の幅で左右に揺動させながら長さ方向に移動させて成形加工を施すことによって、当該エッジの高さ方向先端の頂部２−２ａから山裾部分２−２ｃにかけて、所定の幅で左右に揺れるウェイブ２−２ｄを有するウェイブエッジ２−２を有している。
すなわち、このウェイブエッジ２−２を有するフィン構造体２は、同図（ｃ）に模式的にその形態を示すように、素材となる金属製薄板１の横幅方向に、ウェイブエッジ２−２における底部２−２ｂおよび山裾部分２−２ｃが直線状であって、高さ方向先端の頂部２−２ａから山裾部分２−２ｃに向かって所定のピッチ間隔でウェイブ２−２ｄが成形されたものである。
【００２６】
図３に示す本発明の第３実施例に係るフィン構造体３は、図１、図２に示す実施例とほぼ同様の工程で、素材となる金属製薄板３−１に対してプレス成形により当該薄板３−１の横幅方向に所定の間隔を設けて、かつ所定の高さを以って頂部３−２ａの断面が平丸形状の垂直な曲線状エッジ３−２を形成すると同時に、該曲線状エッジの底部３−２ｂを閉じて、該金属製薄板３−１が２枚重ねとなって相互に密着した曲線状エッジ３−２とした後、該曲線状エッジ３−２対して、予め所定の角度に調整された左右一対の成形ローラーＲ２によって、その２枚重ねにされた曲線状エッジ３−２が、その山裾部分３−２ｃから高さ方向先端の頂部３−２ａに向かって徐々に薄くなるように成形加工されると同時に、前記成形ローラーＲ２を同図（ｃ）に示すように所定の幅ｗで左右に揺動させながら長さ方向に移動させて成形加工を施すことによって、当該エッジの高さ方向先端の頂部３−２ａから山裾部分３−２ｃにかけて、所定の幅で左右に揺れる曲線状のマイクロウェイブ３−２ｄが成形される。なお、成形ローラーＲ２にはギヤローラーを用いてもよい。
すなわち、このマイクロウェイブ３−２ｄを有する曲線状エッジ３−２を有するフィン構造体３は、同図（ｄ）（ｅ）に示すように、素材となる金属製薄板１の横幅方向に、曲線状エッジ３−２における底部３−２ｃが曲線状であって、高さ方向先端の頂部３−２ａから山裾部分３−２ｃに向かって所定のピッチ間隔で左右に揺れるマイクロウェイブ３−２ｄが成形されたものである。
【００２７】
図４に示す本発明の第４実施例に係るフィン構造体４は、前記と同様、素材となる金属製薄板４−１に対してプレス成形により当該薄板４−１の横幅方向に所定の間隔を設けて、かつ所定の高さを以って頂部４−２ａの断面が平丸形状の垂直な直線状のエッジ４−２を形成すると同時に、該直線状エッジの底部４−２ｂを閉じて、該金属製薄板４−１が２枚重ねとなって相互に密着した直線状エッジ４−２とした後、該直線状エッジに対して、前記図２に示すものと同様の所定の角度に調整された左右一対の成形ローラー（図面省略）によって、その２枚重ねにされた直線状エッジが、その山裾部分４−２ｃから高さ方向先端の頂部４−２ａに向かって徐々に薄くなるように前記成形ローラーを移動させながら成形加工し、しかる後該直線状エッジ４−２の高さに相当する部分の全て、もしくは高さ方向先端の頂部４−２ａから、山裾部分４−２ｃに向かう任意の深さに、所定の間隔で複数の切り込み４−２ｄを設け、該切り込み４−２ｄ部分から当該エッジ４−２を左右交互に円弧状に折曲げることによって、左右交互に円弧状に折曲げられた所定幅の分割片形エッジ４−２ｅを有している。
この分割片形エッジ４−２ｅを有するフィン構造体４の当該分割片形エッジ４−２ｅの幅は、当該フィン構造体４の大きさや該フィン構造体４を用いる伝熱管のサイズ等に応じて設定することとし、また必要に応じて分割片形エッジ４−２ｅ自体にさらに切り込みを入れて同様の小さい分割片形エッジを形成してもよい。なお、複数の切り込み４−２ｄは、プレス成形による折り曲げ加工の前、あるいは成形ローラーによる成形加工の前に加工してもよい。
【００２８】
次に、本発明に係るフィン構造体の製造方法について、図５、図６に基づいて説明する。
例えばＳＵＳ３０４Ｌのオーステナイト系ステンレススチールからなる所定の幅の長尺コイルの金属製薄板５−１（以下、説明の便宜上「薄板」と略称する）に対し、図５（ａ）に示す断面形状が三角形状で、所定の高さに調整された直線状の山形の凸面を有する雄型（下型）６−１と、該雄型６−１に対応して断面形状が三角形状の凹面を有する雌型（上型）６−２とを装着したプレス成形機６によって、前記薄板５−１の幅方向に所定の間隔でプレス成形を施すことによって、略三角形状のエッジ部５−２を形成し、次いで該エッジ部５−２に対して圧接加工を施し、その山裾部分５−２ｂを閉じることによって２枚重ねとして相互に密着せしめ、該薄板５−１の表面横幅方向にほぼ直角または適切な角度に所定の高さで、かつ所定の間隔を以って複数のエッジ部５−２を形成し、さらに該エッジ部５−２を略直角のコーナー７−１を有するガイド７上に移動し、その底部５−２ｃを該ガイド７のコーナー７−１に当接して折り曲げ、該コーナー７−１上に突出したエッジ部５−２に対して、所定の角度に調整された左右一対の成形ローラーＲ３によって、両サイドから挟持するようにして成形加工を施すことによって、該エッジ部５−２の山裾部分５−２ｂから高さ方向先端の頂部５−２ａに向かって、その板厚が次第に薄くなるように成形することによって、金属製薄板の表面に複数の直線状のエッジ部５−２が形成されたフィン構造体５を得ることができる。
【００２９】
得られたフィン構造体５の断面形状は図５（ｂ）に拡大して示すように、素材となる薄板５−１の板厚ｔに対し、該薄板５−１を２枚重ねとしたその山裾部分５−２ｂの厚みは２ｔであり、その頂部５−２ａはほぼ板厚と同様のｔないし０．５ｔとなるように成形加工されることが望ましい。なおこの際の成形加工により、該フィン構造体５の頂部５−２ａには０．５ｔ〜１ｔへの減肉に相当する伸びが生ずるが、該伸びはそのまま歪となって不規則な波形に形成されるが、前記の成形加工に際して左右一対の前記成形ローラーＲ３を、図５（ａ）に示すように所定の幅ｗで左右に揺動させることにより、該フィン構造体５の頂部に所定のピッチ間隔で、一定の波幅の波形（ウェイブ）を形成することができ、かつこのウェイブは当該フィン構造体５の高さ方向先端の頂部５−２ａにおいて規則的に形成されることが可能となる。
【００３０】
前記のフィン構造体５はエッジ部５−２を形成する際のプレス成形機６に、断面形状が三角山形の金型６−１、６−２を装着してプレス成形を施したが、該金型に代えて図６に示すように断面形状が平丸形状で、所定の高さに調整された直線状の山形の凸面を有する雄型（下型）６ａ−１と、該雄型６ａ−１に対応して断面形状が平丸形状の凹面を有する雌型（上型）６ａ−２を装着してプレス成形を施し、それ以降は前記と同様の手順によってフィン構造体を得ることもできる。なお、プレス成形に際して前記一対の金型を、予め所定のピッチで波形の凹凸を有する金型に代えることにより、図３に示すように薄板３−１の表面に形成されるエッジ部３−２が、該薄板３−１の横幅方向に波形の曲線状に形成することも可能であり、この場合のフィン構造体３の形状は図３（ａ）〜（ｅ）に示すように、フィン構造体３の頂部３−２ａのみならず、その山裾部分３−２ｃも所定のピッチ間隔で波形に形成されることとなる。
【００３１】
このようにして形成された本発明に係るフィン構造体は、図７〜図９に例示した各種伝熱管１０〜１８を構成することができる。
まず、図７に示す伝熱管１０、１１は、前記図１に示す直線状エッジを有するフィン構造体１と同様のものを用いて構成したもので、同図（ａ）に示す伝熱管１０は、同一肉厚の直線状エッジ１０−２を有する２個のフィン構造体１０−１をそれぞれの直線状エッジ１０−２が交互に配置されるように重ね、その左右の端部１０−３を接合することによって、２個のフィン構造体１０−１の直線状エッジ１０−２によって複数の流体流路１０−４を形成したものである。
また、同図（ｂ）に示す伝熱管１１は、エッジ部の山裾部分から高さ方向先端の頂部に向かってその板厚が次第に薄くなるように成形された直線状エッジ１１−２を有する２個のフィン構造体１１−１をそれぞれの直線状エッジ１１−２が交互に配置されるように重ね、その左右の端部１１−３を接合することによって、２個のフィン構造体１１−１の直線状エッジ１１−２によって複数の流体流路１０−４を形成したものである。なお、エッジの頂部は対向するフィン構造体の非エッジ部と当接してもよく、さらに該当接部は接合されていてもよい。
【００３２】
図８に示す伝熱管１２は、同一肉厚の直線状エッジ１２−２を有する１個のフィン構造体１２−１を用いて構成したもので、ほぼ中央部に直線状エッジ１２−２の間隔を大きく形成した所定長さのフィン構造体１２−１を用い、該フィン構造体１２−１を直線状エッジ１２−２が交互に配置されるようにほぼ中央部で内側に二つに折曲げ、その両端部１２−３を接合することにより、前記直線状エッジ１２−２によって複数の流体流路１２−４を形成したものである。なお、エッジの頂部は対向するフィン構造体の非エッジ部と当接してもよく、さらに該当接部は接合されていてもよい。
【００３３】
なお、前記図７、図８に示す伝熱管１０、１１、１２におけるフィン構造体１２−１の端部の接合に際しては、所定の耐圧性を以って気密を保持した状態で接合されることが必要であり、通常溶接、ろう付またはカシメ等を単独もしくは組合わせによって接合することが望ましい。また、各エッジの合せ部分は相互にろう付けしてもよい。
【００３４】
さらに、図９に示す伝熱管１３〜１８は、各種フィン構造体を伝熱管の内側または外側もしくはその双方に装着して構成したもので、同図（ａ）〜（ｄ）に示す伝熱管１３〜１６はフィン構造体を管体の内側に、同図（ｅ）に示す伝熱管１７はフィン構造体を管体の外側に、同図（ｆ）に示す伝熱管１８はフィン構造体を管体の内側および外側の両方に、それぞれ装着して構成したものである。
すなわち、図９（ａ）に示す伝熱管１３は、前記図１に示すフィン構造体とほぼ同じ直線状エッジ１３ａ−１を有するフィン構造体１３ａを内側に屈曲して筒形に形成したものを管体１３−１の内周面に装着したもの、同図（ｂ）に示す伝熱管１４は、ウェイブエッジ１４ａ−１を有するフィン構造体１４ａを当該エッジが相互に対向するように偏平伝熱管１４−１に内装固定したもの、同図（ｃ）に示す伝熱管１５は、ウェイブエッジ１５ａ−１を有するフィン構造体１５ａを当該エッジの位置を交互にずらして偏平伝熱管１５−１に内装固定したもの、同図（ｄ）に示す伝熱管１６は、ウェイブエッジ１６ａ−１を有するフィン構造体１６ａを、当該フィン構造体１６ａとほぼ同一厚さの偏平伝熱管１６−１に内装固定したもの、同図（ｅ）に示す伝熱管１７は、ウェイブエッジ１７ａ−１を有するフィン構造体１７ａを管体１７−１の外周面に装着したもの、同図（ｆ）に示す伝熱管１８は、偏平伝熱管１８−１の内周面および外周面にウェイブエッジ１８ａ−１を有するフィン構造体１８ａを装着したものを、それぞれ示したものである。なお、フィンと管はろう付けや溶接等により接合することが好ましい。  
【００３５】
前記した本発明の各種伝熱管は、その内装されたフィン構造体によって効率的な熱伝達が促進されると共に、管内を通流するＥＧＲガス等の層流の剥離および攪拌が効果的に行われ、優れた熱交換性能が得られる。さらに、管の内周面および外周面の両方にフィン構造体を装着した伝熱管の場合は、外周面のフィン構造体の放熱作用も付加されてより優れた熱交換性能が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明に係る上記フィン構造体によれば、偏平管を含む各種伝熱管の内周面若しくは外周面、またはその双方に装着され、あるいはフィン構造体そのものが独自に伝熱管を形成して、該伝熱管の内外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、断面が略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と同時に、該フィン構造体の先端を薄く成形することにより、フィンの先端を通しての熱伝達が効率良く促進されると共に、流路内を通流する流体に対する層流の剥離を進行させ、併せて波形に形成された流路によってもたらされる攪拌作用が付加され、伝熱管内外での熱交換性能が一段と向上する。
【００３７】
さらに、本発明による上記フィン構造体は、１枚の金属製薄板に対するプレス成形と圧延加工による２段階の加工手段で、容易にかつ効率的に製造可能であるところから、その製造コストを大幅に低減することが可能であり、加えて得られるフィン構造体を装着した伝熱管の熱交換性能は、極めて優れたものであるところから、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、さら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組込まれると同時に、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】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施例に係るフィン構造体を示すもので、（ａ）はエッジ部が直線状に成形されたフィン構造体を模式的に示す要部斜視図、（ｂ）は同図（ａ）におけるエッジ部の単体を拡大して示す正面図である。
【図２】本発明の第２実施例に係るフィン構造体（ウェイブエッジを有するフィン構造体）およびその製造手順を示すもので、（ａ）は前記直線状エッジ部に対する成形ローラーによるウェイブエッジ成形加工状態を模式的に示す要部斜視図、（ｄ）はウェイブエッジ単体を模式的に示す正面図、（ｃ）はそのウェイブエッジ単体の形態を説明するための模式的な平面図である。
【図３】本発明の第３実施例に係るフィン構造体（マイクロウェイブエッジを有するフィン構造体）およびその製造手順を示し、（ａ）はエッジ部が曲線状に成形された状態を模式的に示す要部斜視図、（ｂ）は同図（ａ）における曲線状のエッジ部に対する成形ローラーによるマイクロウェイブエッジ成形加工状態を模式的に示す要部斜視図、（ｃ）は同図（ｂ）におけるマイクロウェイブエッジ成形加工状態をより具体的に説明するため模式的な要部拡大正面図、（ｄ）はそのマイクロウェイブエッジ単体を模式的に示す正面図、（ｅ）はそのマイクロウェイブエッジ単体の形態を説明するための模式的な平面図である。
【図４】本発明の第４実施例に係るフィン構造体（分割片形エッジを有するフィン構造体）およびその製造手順を示し、（ａ）はエッジ部が直線状に成形されたフィン構造体を模式的に示す要部斜視図、（ｂ）はその分割片形エッジ部の単体を示す要部拡大正面図、（ｃ）はその要部斜視図である。
【図５】本発明に係る基本的なフィン構造体の製造方法の一例を示したもので、（ａ）はその一例を説明するための成形装置を模式的に示す側面図、（ｂ）は同図（ａ）に示す装置によって成形されたフィン構造体の単体を模式的に示す拡大正面図である。
【図６】図５に示すフィン構造体の製造方法における他のプレス成形装置用金型による成形方法を示す概略側面図である。
【図７】図１に示す直線状エッジを有するフィン構造体を用いた伝熱管を例示したもので、（ａ）は同一肉厚の直線状エッジを有するフィン構造体を用いた伝熱管の一例を示す概略正面図、（ｂ）は図５に示す肉厚の異なる直線状エッジを有するフィン構造体を用いた伝熱管の一例を示す概略正面図である。
【図８】同一肉厚の直線状エッジを有するフィン構造体を用いた伝熱管の他の例を示したもので、（ａ）はその組み立て前の状態を模式的に示す正面図、（ｂ）は組み上がった伝熱管を示す概略正面図である。
【図９】図１、図２に示すものとほぼ同様のフィン構造体を装着した伝熱管を例示したもので、（ａ）〜（ｆ）は管の内側または外側もしくはその両方に、該フィン構造体を装着した伝熱管の一例を示す要部拡大正面図である。
【図１０】従来のフィン構造体を内装した伝熱管の要部拡大正面図である。
【図１１】従来の多管式熱交換器の一例を示し、（ａ）はその多管式熱交換器の一部破断斜視図、（ｂ）その多管式熱交換器に内装される偏平伝熱管単体の分解斜視図、（ｃ）は偏平伝熱管単体の断面図、（ｄ）は同じく他の偏平伝熱管単体の断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１、５  直線状エッジを有するフィン構造体
１−１、２−１、３−１、４−１、５−１  金属製薄板
１−２  直線状エッジ
２  ウェイブエッジを有するフィン構造体
２−２  ウェイブエッジ
２−２ｄ  ウェイブ
３  マイクロウェイブエッジを有するフィン構造体
３−２  曲線状エッジ
３−２ｄ  マイクロウェイブ
４  分割片形エッジを有するフィン構造体
４−２  直線状エッジ
４−２ｅ  分割片形エッジ
５−２    エッジ部
６  プレス成形機
６−１  雄型
６−２  雌型
７  ガイド
１０〜１８  伝熱管
１０−１〜１８−１  フィン構造体
１０−４〜１２−４  流体流路
１３−１、１７−１  管体
１４−１、１５−１、１６−１、１８−１  偏平伝熱管
１０−２、１１−２、１２−２、１３ａ−１  直線状エッジ
１３ａ〜１８ａ  フィン構造体
１４ａ−１〜１８ａ−１  ウェイブエッジ
Ｒ１〜Ｒ３  成形ローラー
【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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