(57)【要約】【課題】  平坦面の剛性が高く、広い伝熱面積が確保されて効率良く熱交換されると共に、耐久性にも優れた偏平伝熱管の製造方法および該製法によって得られる偏平伝熱管、並びに該伝熱管を装着したガス冷却装置を提供する。【解決手段】  方形の金属製薄板に対してＵＯフォーミングによって偏平伝熱管を製造する方法において、金属製薄板が２枚合せにされて相互に対向して平坦面が形成されるそれぞれの部位に、プレス成形を施すことによって予め複数の中空リブを形成し、しかる後にＵＯフォーミングによる縁曲げ加工および折り曲げ加工を施して偏平管状素管を形成し、次いで該素管の端縁を全長にわたって突き合せ、一体として接合する偏平伝熱管の製造方法および該方法によって得られる偏平伝熱管、並びに該伝熱管を装着したガス冷却装置。【選択図】      図１
2008145024.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ＵＯフォーミングを施すことによって偏平伝熱管を製造する方法において、金属製薄板が２枚合せにされて相互に対向して平坦面が形成されるそれぞれの部位に、プレス成形を施すことによって予め複数の中空リブを形成し、次いでＵＯフォーミングによる縁曲げ加工および折り曲げ加工を施すことによって偏平管状素管を形成し、しかる後に該素管の端縁を全長にわたって突き合せ、一体として接合することを特徴とする偏平伝熱管の製造方法。
【請求項２】
方形の金属製薄板に対してＵＯフォーミングを施すことによって偏平伝熱管を製造する方法において、金属製薄板に対してＵＯフォーミングによって予め縁曲げ加工を施した後、該金属製薄板が２枚合せにされて相互に対向して平坦面が形成されるそれぞれの部位に、プレス成形を施すことによって複数の中空リブを形成し、次いでＵＯフォーミングによる折り曲げ加工を施すことによって偏平管状素管を形成し、しかる後に該素管の端縁を全長にわたって突き合せ、一体として接合することを特徴とする偏平伝熱管の製造方法。
【請求項３】
前記中空リブの形成が、ＵＯフォーミングによる縁曲げ加工と同時に行われる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の製造方法。
【請求項４】
前記接合が高エネルギービーム溶接によって行われることを特徴する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の偏平伝熱管の製造方法。
【請求項５】
前記ＵＯフォーミングによる偏平管状素管の形成時に、フィン部材が内装されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の偏平伝熱管の製造方法。
【請求項６】
前記フィン部材と共にろう材が供給される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の製造方法。
【請求項７】
内装されたフィン部材が偏平伝熱管の内面にろう付けされることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の偏平伝熱管の製造方法。
【請求項８】
前記中空リブが偏平伝熱管の長手方向における管軸に対し、直角に若しくは所定の角度で傾斜して、かつ直線状もしくは曲線状に形成されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の偏平伝熱管の製造方法。
【請求項９】
前記中空リブが偏平伝熱管の長手方向における管軸に対し、１列にもしくは複数列形成される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の製造方法。
【請求項１０】
前記中空リブの少なくとも２本が、偏平伝熱管の対抗する平担面間において、それぞれ相互に交差して形成され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の製造方法。
【請求項１１】
前記中空リブが偏平伝熱管の対向する平坦面間において、それぞれ相互に位相を変えて形成されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の偏平伝熱管の製造方法。
【請求項１２】
前記中空リブが偏平伝熱管の対向する平坦面間において、それぞれ相互に逆向きに傾斜して形成されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の偏平伝熱管の製造方法。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の製造方法によって得られることを特徴とする高温ガス冷却装置用偏平伝熱管。
【請求項１４】
前記偏平伝熱管が、少なくとも１以上組込まれてなることを特徴とする高温ガス用冷却装置。
【請求項１５】
前記高温ガスがＥＧＲガスであることを特徴とする請求項１４に記載の高温ガス用冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＥＧＲガス等に代表される高温ガス冷却装置に組込まれる伝熱管に係り、詳しくは熱交換型冷却装置に組込まれて、被冷却媒体である高温ガス等からなる流体の流路を形成し、優れた熱交換性能を示す偏平伝熱管の製造方法と、該製造方法によって得られた偏平伝熱管並びに該伝熱管を組込んだ高温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、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、排熱回収熱交換器等の液−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等、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、早期に破損するおそれが生ずるため、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等によって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ているが、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、例えば管内に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等の改良が施された内装した２重管式熱交換器が、その構造が簡略でコンパクトであるにもかかわらず、それなりに優れた冷却効率が期待できるところから、小型自動車等設置空間に限りのあるＥＧＲガス冷却用の熱交換器として、既に数多く実用に供されている。
【０００４】
しかしながら、上記のような２重管式熱交換器は、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高温ガスの冷却装置としては、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従来から数多くの提案があり、かつ様々な改良がなされている。例えば図８（ａ）に示すシェルアンドチューブ型の多管式熱交換器２００においては、冷却ジャケットを構成するシェル本体１００の外周部の一端に冷却水入口１２０と、その他端に冷却水出口１２１となるノズルがそれぞれ取付けられ、該シェル本体１００における長手方向の一端には高温のＥＧＲガスｇの流入口８０、その他端には熱交換されたＥＧＲガスｇの流出口９０となるボンネット７０が、それぞれ一体として設けられ、それぞれのボンネット７０の内側に取付けられたチューブシート３０を介して、複数の伝熱管１０が間隔を隔てて取付けられ、該伝熱管１０内を高温のＥＧＲガスｇが、前記シェル本体１００内を通流する冷却水Ｃに対して交差するように通流し、該複数の伝熱管１０の壁面を介しての熱交換によって、前記ガス流入口８０から導入された高温のＥＧＲガスｇを、前記ガス流出口９０に達するまでの間に冷却して排出するように構成されている。このガス流入口から流出口に至るまでの距離は、レイアウト面における装置上の制約があり、より短いことが望まれるためにガス流路となる当該伝熱管には優れた熱交換性能が求められるが、上記の従来技術においては、同図（ｂ）に示すように伝熱管１０の外周面からその内周面に至る凸状の溝１０−１を、螺旋状に形成することにより、通流する高温のＥＧＲガスに対して乱流を生起せしめると共にカーボンの堆積を防止して管壁を通しての熱交換を効率的に促進せしめた旨報告されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、図９（ａ）に示す伝熱管１０ａにおいては、同図（ｂ）に示すようにして素管１０ａ−２の内周面に、該素管１０ａ−２の内径と略等しい螺旋状に形成した平板状のフィン２０を挿入し、このフィン２０の挿入状態で素管１０ａ−２の壁面に螺旋状の溝１０ａ−１を形成することにより、素管１０ａ−２の内周面と、前記螺旋状の平板状フィン２０の幅方向における両側縁２０−１とを当接させた伝熱管が開示（例えば、特許文献２参照）され、フィン２０の両側縁２０−１と素管１０ａ−２の内周面とが確実に線接触し、同時に螺旋部分では面接触してフィン２０と素管１０ａ−２との接触面積が増大して優れた熱伝達が確保され、さらに挿入された螺旋状に形成されて平板状のフィン２０の作用によって、該伝熱管１０ａ内における流体の流れが乱流化されると共にカーボンの堆積がより防止されて、該伝熱管１０ａ内における流体の流動距離が伸びたことと相まって、管内壁面を通しての流体同士の接触時間が長くなり、優れた熱交換性能が得られる旨報告されている。
【０００６】
一方、図示を省略する多管式熱交換器の他の例においては、シェル本体の内部に複数の偏平管が積層され、該偏平管の内側の流路を通流する高温のＥＧＲガスを、該偏平管の管壁を介して熱交換する多管式のＥＧＲクーラーが知られているが、該多管式のＥＧＲクーラーに組込まれる偏平管１０ｂおよび１０ｃの構造が、図１０（ａ）および同図（ｂ）に開示されている。ここで前者の偏平管１０ｂは、図１０（ａ）に示すように第１プレート１０ｂ−１と第２プレート１０ｂ−２とからなり、該２つのプレート間に長手方向に波形形状を有する断面矩形のチャンネル状のフィン２０ａが挿入されると共に、前記第１プレート１０ｂ−１および第２プレート１０ｂ−２の、該チャンネル状フィン２０ａにおける波型の稜線に相当する部分をそれぞれ乱流形成部１０ｂ−３とし、同図に示すように該乱流形成部１０ｂ−３に複数の凹部もしくは凸部が半球面状に形成されており、また、偏平管１０ｃの場合は、同図（ｂ）に示すように第１プレート１０ｃ−１および第２プレート１０ｃ−２に形成される当該乱流形成部１０ｃ−３が、両プレートの幅方向に形成される複数の凹条からなり、それぞれの乱流形成部１０ｂ−３および１０ｃ−３の大きさや深さ等を適宜に調節することにより、該偏平管１０ｂおよび１０ｃ内を通流する高温の排ガスに乱流を生起せしめると同時に、その外側を通流する冷却水等に適宜の撹拌作用を促進させて、優れた熱交換性能が得られた旨報告されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平１１−１０８５７８号公報
【特許文献２】特開２００２−２９５９８７号公報
【特許文献３】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】
【０００７】
上記各従来技術において、特許文献１および２に開示される多管式熱交換器においては、内装される伝熱管の内周面にスパイラル状の凸条を設けるか、もしくは該スパイラル状の凸条に接して平板状のフィンを挿入することによって、ガスの流れに乱流を生起せしめ、加えてその接触面積の増大を図って優れた熱交換性能が得られた旨報告されているが、伝熱管そのものが基本的に円筒管であるところから、接触面積には自ずと限界があり、接触面積を拡大してより優れた熱交換効率と低圧力損失を実現させるためには、内装される伝熱管としては偏平管が望ましく、上記特許文献３の多管式熱交換器においても、内装されて伝熱管群を形成する個々の伝熱管に偏平管を採用し、該偏平伝熱管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が形成され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にし、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が達成されている。
【０００８】
しかしながら、内周面に例えば上記の如きコルゲート状のインナーフィンが内装され、一体として接合された状態における偏平伝熱管は、インナーフィンそのものがリブ構造を代行してその剛性が維持されているが、肉厚が０．４〜０．５ｍｍの金属製薄板に対してロールフォーミングやプレス成形を施すことによって形成される偏平管の製造過程においては、偏平管そのものは十分な剛性を有しておらず、しかも該偏平管をより幅広に形成してその伝熱面積を広く取ろうとする場合は、偏平管の偏平率がさらに大きくなり、その壁面における剛性はより一層低下して、製造過程における偏平管の形状が不安定となり、ＡＳＳＹ工程等に際して形状が一致せずに十分な接合ができないというおそれが生ずる。また、偏平管の剛性が低いことに起因してその壁面にはうねり状の歪みを生じて平坦度が悪化し、内装されるために挿入されたフィンと偏平管壁面との間に隙間が生じ、両者の接合が不十分となってフィンを介して偏平管壁面への熱伝達が低下するという不都合が生ずる等未解決な課題が残されていた。このような課題を解決して広い接触面積を有しながら、壁面の高い剛性を確保し得る偏平伝熱管の製造方法を確立することを所期の目的として種々検討を重ねた結果、偏平管はその構造上自らの壁面がリブ構造の役割を果すために長手方向における剛性は高度に維持されるが、横幅方向とりわけ捩れに対しては十分な強度を有していないことに着目し、この横幅方向に予めリブを形成するように中空状の凹みを設けてその剛性を確保し、しかもその中空状の凹みを偏平管の長手方向に対して、直交状態もしくは斜行状態で形成し、加えて該偏平管内壁面に内装されるフィンとの接合の妨げとならないように、内側から外側へ向かって突き出すように形成することによって、優れた伝熱性能を確保しながら十分な剛性を維持し得る偏平伝熱管の製造方法を見出して本発明を完成した。即ち本発明は、広い伝熱面積を有することによって優れた熱交換性能と低い流過抵抗を確保しながら、高い剛性を維持し得る偏平伝熱管の製造方法、該製造方法によって得られた偏平伝熱管並びに該伝熱管を組込んだガス冷却装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明による偏平伝熱管の製造方法は、方形の金属製薄板に対してＵＯフォーミングによって偏平伝熱管を製造する方法において、金属製薄板が２枚合せにされて相互に対向して平坦面が形成されるそれぞれの部位に、プレス成形を施すことによって予め複数の中空リブを形成し、しかる後にＵＯフォーミングによる縁曲げ加工および折り曲げ加工を施すことによって偏平管状素管を形成し、次いで該素管の端縁を全長に渡って突き合せ、一体として接合する製造方法と、方形の金属製薄板に対してＵＯフォーミングを施すことによって偏平伝熱管を製造する方法において、金属製薄板に対してＵＯフォーミングによって予め縁曲げ加工を施した後、該金属製薄板が２枚合せにされて相互に対向して平坦面が形成されるそれぞれの部位に、プレス成形を施すことによって複数の中空リブを形成し、次いでＵＯフォーミングによる折り曲げ加工を施すことによって偏平管状素管を形成し、しかる後に該素管の端縁を全長にわたって突き合せ、一体として接合する方法を特徴的構成要件とするものである。
【００１０】
また、本発明による上記偏平伝熱管の製造方法において、前記中空リブの形成が、ＵＯフォーミングによる縁曲げ加工と同時に行われることを特徴とするものである。
【００１１】
さらに、本発明による上記偏平伝熱管の製造方法において、前記接合が高エネルギービーム溶接によって行われることを好ましい態様とするものである。
【００１２】
本発明による上記偏平伝熱管の製造方法はまた、前記ＵＯフォーミングによる偏平管状素管の形成時に、フィン部材が内装されること、前記フィン部材と共にろう材が供給されること、および内装されたフィン部材が偏平伝熱管の内面にろう付けされることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明による上記偏平伝熱管の製造方法はさらに、前記中空リブが偏平伝熱管の長手方向における管軸に対し、直角にもしくは所定の角度で傾斜して、かつ直線状もしくは曲線状に形成され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の製造方法において、前記中空リブが偏平伝熱管の長手方向における管軸に対し、１列にもしくは複数列形成されることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明による上記偏平伝熱管の製造方法において、前記中空リブの少なくとも２本が、偏平伝熱管の対抗する平担面間において、それぞれ相互に交差して形成されることを特徴とするものである。
【００１６】
さらに、本発明による上記偏平伝熱管の製造方法において、前記中空リブが偏平伝熱管の対向する平坦面間において、それぞれ相互に位相を変えて形成されることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明による上記偏平伝熱管の製造方法はまた、前記中空リブが偏平伝熱管の対向する平坦面間において、それぞれ相互に逆向きに傾斜して形成されることを特徴とするものである。
【００１８】
上記課題を解決するための本発明による高温ガス冷却装置用の偏平伝熱管は、上記に記載されるいずれかの製造方法によって製造された偏平伝熱管を特徴的構成要件とするものである。
【００１９】
上記課題を解決するための本発明による高温ガス冷却装置は、前記偏平伝熱管の少なくとも１以上が、一体として組込まれてなることを特徴的構成要件とするものである。
【００２０】
また、本発明による上記高温ガス冷却装置において、前記高温ガスがＥＧＲガスであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る上記偏平伝熱管によれば、方形の金属製薄板に対してＵＯ成形を施すことによって偏平伝熱管を製造する方法において、該金属製薄板が２枚合せにされて相互に対向して平坦面が形成されるそれぞれの部位に、プレス成形を施すことによって予め複数の中空リブを形成し、その後ＵＯ成形による縁曲げ加工を行って偏平状素管を形成した後、該素管の端縁を全長にわたって突き合せ、高エネルギービーム溶接によって一体として接合することと、金属製薄板に対してＵＯフォーミングによって予め縁曲げ加工を施した後、該金属製薄板が２枚合せにされて相互に対向して平坦面が形成されるそれぞれの部位に、プレス成形を施すことによって複数の中空リブを形成し、次いでＵＯフォーミングによる折り曲げ加工を施すことによって偏平管状素管を形成し、しかる後に該素管の端縁を全長にわたって突き合せ、一体として接合することを基本的構成要件とするが、偏平状素管を形成する金属製薄板の横幅方向に、該素管の長手方向の管軸に対して直角に交わるように複数の中空リブが設けられることによって、いわゆるＵＯフォーミング時における平坦面の剛性が高くなり、長手方向側縁部における突き合せが安定し、その後に行われる高エネルギービーム溶接や、ＡＳＳＹ時における作業がスムースに進行して接合の信頼性が著しく向上する。しかも偏平管の平担面における剛性が高くその形状が安定することによって、より幅広で接触面積の大きい偏平伝熱管の製造が可能となり、また、内装されるフィン構造体とのろう付が均一に行われて優れた伝熱性が確保されると共に、より一層の剛性が増して耐久性に優れた偏平伝熱管を得ることができる。さらに、剛性アップにより薄肉化がはかられ、軽量で高性能の偏平伝熱管を得ることができる。またさらに、本発明は、偏平管内壁部における平坦面に、フィン構造体によって分割された小流路間に跨って中空リブが設けられることにより、該流路間を通流する例えばＥＧＲガス等の高温流体が、隣接する流路間において相互に流通可能となり、流体の圧力損失が減少してその流速分布が均一となると共に格別に優れた熱交換性能を有する偏平伝熱管を得ることができる。
さらにまた、本発明の製造方法によれば、金属性薄板に対するＵＯフォーミングに際し、予めプレス成形を施すことによって前記中空リブを形成するか、ＵＯフォーミングと同時にプレス成形を施して中空リブを形成するかのいずれかを任意に選択することが可能であるので、その製造工程を単純かつ簡略化することができ、その加工コストを大幅に削減することができることにより、高性能の偏平伝熱管を低コストで製造することができる。
このようにして製造された本発明による偏平伝熱管は、ＥＧＲガス再循環システムに配設される多管式熱交換器用伝熱管としては勿論のこと、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として好適に内装し得ると同時に、本発明による偏平伝熱管を内装した上記クーラーは、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型冷却装置を、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】
【００２２】
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。
【００２３】
図１は本発明に係る第１実施例によるフィン構造体を内装した偏平伝熱管の単体を示す斜視図、図２は本発明に係る第２実施例によるフィン構造体を内装した偏平伝熱管の単体を示す斜視図、図３は本発明に係わる第３実施例による偏平伝熱管の単体を示す斜視図、図４は本発明に係わる第４実施例による偏平伝熱管の単体を示す斜視図、図５は本発明に係る第５実施例による偏平伝熱管の単体を示す斜視図、図６は本発明に係る偏平伝熱管の製造方法の第１実施例を示し、（ａ）〜（ｄ）はその製造過程を模式的に示す斜視図、図７は同じく本発明に係る偏平伝熱管の製造方法の第２実施例を示し、（ａ）〜（ｅ）はその製造過程を模式的に示す斜視図である。
【００２４】
本発明による偏平伝熱管は、基本的に方形の金属性薄板からなり、例えば定幅の定尺コイルまたは長尺コイルを所定の寸法の方形に切断加工し、得られた金属製薄板からなる当該板材に対してＵＯフォーミング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０．１〜０．７ｍｍ、好ましくは０．３〜０．５ｍｍ程度のＳＵＳ３０４、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。
選択されて所定の寸法に切断加工された例えばＳＵＳ３０４Ｌのオーステナイト系ステンレススチールからなる金属製薄板を素材として、偏平伝熱管を製造する方法としては、その第１実施例としての製造手順を図６に示すように、まず同図（ａ）に示す方形に切断された板材２ｅに対してプレス成形を施すことによって、同図（ｂ）に示すように同板材２ｅの長手方向に対して直角に交わるように直線状に複数の中空リブ２ｅ−１を形成し、次いで該板材２ｅの側縁部２ｅ−５に対する縁曲げ加工を施し、その後該縁曲げ加工が施された板材をＵＯフォーミングによって当該板材２ｅの長手方向の中心部における折り曲げ部２ｅ−６から二つ折りにするとともに、前記側縁部２ｅ−５の両端縁２ｅ−７を相互に突き合わす方向に接近させることによって同図（ｃ）に示すように偏平管状素管１ｅ−ａを形成し、しかる後前記両端縁２ｅ−７を相互に突き合わすことによって形成される突き合せ部２ｅ−２を高エネルギービーム溶接によって一体として接合して同図（ｄ）に示すように本発明による偏平伝熱管１ｅを製造する。
【００２５】
また、その第２実施例としての製造手順を図７に示すように、同図（ａ）に示す方形に切断された板材２ｅの側縁部２ｅ−５に対してＵＯフォーミングを施すことによって同図（ｂ）に示すように予め縁曲げ加工を施し、次いで同図（ｃ）に示すように縁曲げ加工が施された板材２ｅの長手方向に対して直角に交わるように直線状に複数の中空リブ２ｅ−１を形成し、その後該中空リブ２ｅ−１が形成された板材をＵＯフォーミングによって当該板材２ｅの長手方向の中心部における折り曲げ部２ｅ−６から二つ折りにするとともに、前記側縁部２ｅ−５の両端縁２ｅ−７を相互に突き合わす方向に接近させることによって同図（ｄ）に示すように偏平管状素管１ｅ−ａを形成し、しかる後前記両端縁２ｅ−７を相互に突き合わすことによって形成される突き合せ部２ｅ−２を高エネルギービーム溶接によって一体として接合して同図（ｅ）に示すように本発明による偏平伝熱管１ｅを製造する。
【００２６】
上記の実施の形態において、板材２ｅに対するプレス成形によって形成される前記中空リブ２ｅ−１は、製造される偏平伝熱管１ｅにおける内壁面２ｅ−３から外壁面２ｅ−４に向かって突き出すように形成され、該内壁面２ｅ−３においては平坦面から凹むようにして設けられ、外壁面２ｅ−４においては凸状に突き出すようにして形成されるが、かかる構造により該偏平管１ｅの内周部に、例えば断面チャンネル形状の波型フィン構造体（図示を省略）を内装してろう付によって接合する場合、内壁面２ｅ−３が平坦な状態で保たれていることによって均一な当接及び接合が保障され、該壁面を介しての優れた伝熱性が確保され、加えて高い信頼性を持って強固に接合されて、伝熱管そのものの剛性がより一層増してその耐久性が併せて確保される。一方、前記中空リブ２ｅ−１によって偏平伝熱管１ｅの外壁面２ｅ−４に形成される凸部は、例えばエンジン冷却水等の冷却媒体の流れに対して適宜に乱流や渦流を生起させ、その撹拌効果によって冷却効率の向上に付随的に寄与する。なお、上記の実施の形態においてはプレス成形による中空リブ２ｅ−１の形成を、側縁部２ｅ−５に対する縁曲げ加工の前に行ったが、中空リブ２ｅ−１の形成と縁曲げ加工とを同時に行うことを妨げるものではなく、両者を同時に行った後、前記ＵＯフォーミングを施すことによって偏平状素管１ｅを形成することも可能である。また、所望により上記のＵＯフォーミングによる偏平状素管１ｅ−ａの形成時に、併せてフィン構造体を内装させることも可能であり、形成される中空リブ２ｅ−１は、偏平伝熱管１ｅの長手方向の管軸に対して所定の角度で傾斜するようにして設けるか、あるいは曲線状に設けることも可能である。
【００２７】
本発明によって得られた上記の偏平伝熱管は各種熱交換器に組み込まれ、例えば、ＥＧＲガス再循環システム等におけるガス流路にセットされ、高温のＥＧＲガスを冷却するためのガス冷却装置等に供されるが、本発明による該偏平伝熱管は、その壁面に形成された中空リブの作用により、偏平管壁面における二次モーメントが高くなって優れた剛性が保たれ、より広い熱伝達面積を安定的に確保することができると共に、中空リブ内をＥＧＲガスが流れることによって熱伝達が効率的に促がれるため、これを組込んだ上記ガス冷却装置は、熱交換がより効果的に促進されて優れた熱交換性能を発揮し、当該冷却装置の小型軽量化とエネルギー損失の大幅な削減に貢献することができる。
【実施例１】
【００２８】
本発明に係る第１実施例による偏平伝熱管１は、厚さが０．４ｍｍで所定の幅のＳＵＳ３０４オーステナイト系ステンレス鋼からなる定尺コイルを、予め所定の寸法に切断して方形の素材となる金属製薄板からなる板材２とし、該板材２が２枚合せにされて相互に対向して平坦面が形成される部位であって、図１に示すように偏平伝熱管１に形成された場合に内壁面２−３に相当する部分から、外壁面２−４に向かって凸状に突き出すようにしてプレス成形を施し、該板材２の横幅方向に所定の間隔を設けて、かつ該偏平管１の長手方向に相当する管軸に対して直角に交わるようにして、所定の高さの中空リブ２−１を直線状に複数形成した。また、本実施例においては上記中空リブ２−１の形成と同時に、該板材２の側縁部２−５に縁曲げ加工を施し、その後折り曲げ部２−６を中心として二つ折りに折り曲げるいわゆるＵＯフォーミング加工を施して、該板材２における両端縁２−７を突き合せて偏平管状素管を形成した。
なお、本実施例においては、上記偏平状素管の形成時に、同図に示すように断面チャンネル形状の波型フィン３を装入し、該偏平状素管の両端縁２−７における突き合せ部２−２の接合と同時に、偏平管内壁面２−３に対するろう付を行って一体として接合した。この際、前記端縁２−７における突き合せ部２−２は全長にわたって一致し、レーザー溶接、電子ビーム溶接、プラズマ溶接、ＴＩＧ溶接などの高エネルギービーム溶接によって極めて高精度に接合され、また、偏平管内壁面２−３に対する波型フィン３のろう接も、均一な状態で隙間なく接合されていることが確認された。このようにして製造された本実施例による偏平伝熱管１は、中空リブ２−１の形成によって横幅方向の捩れに起因する変形が解消され、内壁面２−３における平坦面が健全な状態で維持されて、該壁面２−３に対する波型フィン３の接合が極めて高精度で、かつ均一な状態で行われることにより、得られる偏平伝熱管１の剛性が高度に保たれ、堅牢で信頼性に優れる偏平管に仕上がっていることが確認された。さらに本実施例によって得られた偏平伝熱管１は、ＡＳＳＹ工程に際しても相互の中空リブ２−１がスペーサーの役割を果し、その組付けが極めて容易になることも併せて実証された。このようにして得られた本実施例による偏平伝熱管１を多管式熱交換器（図示を省略）に装着して、ＥＧＲシステムにおけるガス流路のガス冷却装置に組込み、ＥＧＲガスの冷却性能試験に供した結果、該伝熱管１内を通流する高温のＥＧＲガスは、広い熱伝達面積と内装されたフィン構造体３を介して効果的に熱伝達され、同時に波形に形成された流路内において、その圧力損失が極めて低く抑えられ、しかも中空リブ２−１によって形成される凹部を介して、隣接する流路間において流体相互の通流が可能となり、均一な流速分布が維持された状態で効果的な攪拌が繰返されて効率的に熱交換され、優れた冷却性能を得られることが確認された。
【実施例２】
【００２９】
プレス成形によって形成される中空リブ２ａ−１が、板材２ａの対向する平坦面間において、図２に示すように得られる偏平伝熱管１ａの長手方向に相当する管軸に対して直角に交わるようにして、所定の高さの中空リブ２−１を曲線状に複数形成した以外は、実質的に上記実施例１と同様にして偏平伝熱管１ａを製造した。得られた偏平伝熱管１ａの剛性はより一層強化され、かつその熱伝達性能においても十分に優れたものであることが確認された。
また、このようにして得られた本実施例による偏平伝熱管１ａを多管式熱交換器（図示を省略）に装着し、実施例１と同様のＥＧＲシステムにおけるガス流路のガス冷却装置に組込み、実施例１と同一の条件でＥＧＲガスの冷却性能試験に供した結果、本実施例においても実施例１と同様優れた冷却性能を得られることが確認された。
【実施例３】
【００３０】
プレス成形によって形成される中空リブ２ｂ−１が、板材２ｂの対向する平坦面間において、図３に示すようにそれぞれ直線状に交差して３組、所定の間隔で形成した以外は、実質的に上記実施例１と同様にして偏平伝熱管１ｂを製造した。得られた偏平伝熱管１ｂの剛性はさらに強化され、かつその熱伝達性能においても十分に優れたものであることが確認された。
また、このようにして得られた本実施例による偏平伝熱管１ｂを多管式熱交換器（図示を省略）に装着し、実施例１と同様のＥＧＲシステムにおけるガス流路のガス冷却装置に組込み、実施例１と同一の条件でＥＧＲガスの冷却性能試験に供した結果、本実施例においても実施例１と同様優れた冷却性能を得られることが確認された。
【実施例４】
【００３１】
プレス成形によって形成される中空リブ２ｃ−１を、板材２ｃの対向する平坦面間において、図４に示すように形成される偏平伝熱管１ｃの長手方向における管軸に対して所定の角度で傾斜して、それぞれ２列が所定の間隔で形成した以外は、実質的に上記実施例１と同様にして偏平伝熱管１ｃを製造した。得られた偏平伝熱管１ｃの剛性は十分に強化され、かつその熱伝達性能においても十分に優れたものであることが確認された。
また、このようにして得られた本実施例による偏平伝熱管１ｃを多管式熱交換器（図示を省略）に装着し、実施例１と同様のＥＧＲシステムにおけるガス流路のガス冷却装置に組込み、実施例１と同一の条件でＥＧＲガスの冷却性能試験に供した結果、本実施例においても実施例１と同様優れた冷却性能を得られることが確認された。
【実施例５】
【００３２】
プレス成形によって形成される中空リブ２ｄ−１を、板材２ｄの対向する平坦面間において、図５に示すように形成される偏平伝熱管１ｄの長手方向における管軸に対して所定の角度で傾斜して、それぞれ２列を所定の間隔で形成すると同時に、対向する平坦面間において位相を変えて形成した以外は、実質的に上記実施例１と同様にして偏平伝熱管１ｄを製造した。得られた偏平伝熱管１ｄの剛性はより一層強化され、かつその熱伝達性能においても十分に優れたものであることが確認された。
また、このようにして得られた本実施例による偏平伝熱管１ｄを多管式熱交換器（図示を省略）に装着し、実施例１と同様のＥＧＲシステムにおけるガス流路のガス冷却装置に組込み、実施例１と同一の条件でＥＧＲガスの冷却性能試験に供した結果、本実施例においても実施例１と同様優れた冷却性能を得られることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
上記実施の形態並びに各実施例に詳述したように、本発明に係る偏平伝熱管は、偏平状素管を形成する金属製薄板の横幅方向に、該素管の長手方向の管軸に対して基本的には直角に交わるようにして複数の中空リブが設けられるが、このことによっていわゆるＵＯフォーミング時における平坦面の剛性が高くなり、長手方向の端縁部における突き合せが安定的に一致し、その後に行われる高エネルギービーム溶接や、ＡＳＳＹ時における作業がスムースに進行して接合の信頼性が著しく向上する。しかも偏平管の平担面における剛性が高くその形状が安定することによって、より幅広で流路断面積の大きい偏平伝熱管の製造が可能となり、また、内装されるフィン構造体とのろう付が均一に行われて優れた伝熱性が確保されると共に、より一層の剛性が増して耐久性に優れた偏平伝熱管を得ることができる。さらに偏平管内壁部における平坦面に、フィン構造体によって分割された小流路間に跨って中空リブが設けられることにより、該流路間を通流する例えばＥＧＲガスなどの高温流体が、隣接する流路間において相互に流通可能となり、流体の圧力損失が減少してその流速分布が均一となり、格別に優れた熱交換性能を有する偏平伝熱管を得ることができる。
本発明の効果についてさらに付言すると、該偏平管の製造方法が金属性薄板に対するＵＯフォーミングに際し、予めプレス成形を施すことによって前記中空リブを形成するか、ＵＯフォーミングと同時にプレス成形を施して中空リブを形成するかのいずれかを任意に選択することが可能であり、その製造工程は単純かつ簡略化されて加工コストを大幅に削減することができる。このようにして製造される本発明による偏平伝熱管は、クールドＥＧＲシステムに配設される多管式熱交換器用伝熱管としては勿論のこと、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、排熱回収用ヒーター等の熱交換器用伝熱管として好適に装着し得ると同時に、本発明による偏平伝熱管を内装した上記の各冷却装置は、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型ガス冷却装置を、比較的低コストで提供することができるため、当業界におけて幅広く用いられることが期待される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る第１実施例によるフィン構造体を内装した偏平伝熱管の単体を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る第２実施例によるフィン構造体を内装した偏平伝熱管の単体を示す斜視図である。
【図３】本発明に係わる第３実施例による偏平伝熱管の単体を示す斜視図である。
【図４】本発明に係わる第４実施例による偏平伝熱管の単体を示す斜視図である。
【図５】本発明に係る第５実施例による偏平伝熱管の単体を示す斜視図である。
【図６】本発明に係る偏平伝熱管の製造方法の第１実施例を示し、（ａ）〜（ｄ）はその製造過程を模式的に示す斜視図である。
【図７】本発明に係る偏平伝熱管の製造方法の第２実施例を示し、（ａ）〜（ｅ）はその製造過程を模式的に示す斜視図である。
【図８】従来例による多管式熱交換器を示し、（ａ）はその一部破断縦断側面図、（ｂ）は上記の熱交換器に内装される伝熱管単体の要部拡大斜視図である。
【図９】他の従来例による伝熱管の単体を示し、（ａ）はその要部斜視図、（ｂ）は同伝熱管においてフィンの挿入過程を示す斜視図である。
【図１０】他の従来例による偏平伝熱管を示し、（ａ）はその分解斜視図、（ｂ）はさら他の従来例における偏平伝熱管の分解斜視図である。
【符号の説明】
【００３５】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ  偏平伝熱管
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ  板材
２−１、２ａ−１、２ｂ−１、２ｃ−１、２ｄ−１、２ｅ−１  中空リブ
２−２、２ａ−２、２ｂ−２、２ｃ−２、２ｄ−２、２ｅ−２  突き合せ部
２−３、２ａ−３、２ｂ−３、２ｃ−３、２ｄ−３、２ｅ−３  内壁部
２−４、２ａ−４、２ｂ−４、２ｃ−４、２ｄ−４、２ｅ−４  外壁部
２−５、２ａ−５、２ｂ−５、２ｃ−５、２ｄ−５、２ｅ−５  側縁部
２−６、２ａ−６、２ｂ−６、２ｃ−６、２ｄ−６、２ｅ−６  折り曲げ部
２−７、２ａ−７、２ｂ−７、２ｃ−７、２ｄ−７、２ｅ−７  端縁
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ  フィン構造体
３−１、３ａ−１、３ｂ−１、３ｃ−１、３ｄ−１、３ｅ−１  流路
【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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