(57)【要約】【課題】  金属材製のフィン部材を内装した伝熱管と同等若しくはそれ以上の熱伝導性を有する伝熱管を、樹脂材を使用して形成する。そして、軽量で廉価であるとともに、耐食性に優れた伝熱管を容易に製造可能とする。【解決手段】  軸中心部から放射方向に複数のフィン４を突出して樹脂材製フィン部材３を形成する。金属管２内に、前記樹脂材製フィン部材３を、各フィン４の放射方向の先端部を金属管２の内周面に接触して配設し伝熱管１を形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属管内に、軸中心部から放射方向に複数のフィンを突出した樹脂材製フィン部材を、各フィンの放射方向の先端部を金属管の内周面に接触して配設した事を特徴とする樹脂材製フィン部材を内装した伝熱管。
【請求項２】
樹脂材製フィン部材は、金属管と同一長さに形成し、金属管の一端から他端まで全長に渡って配設した事を特徴とする請求項１の樹脂材製フィン部材を内装した伝熱管。
【請求項３】
樹脂材製フィン部材は、金属管よりも短尺に形成し、金属管の一端付近から他端付近まで複数個を直列に配設した事を特徴とする請求項１の樹脂材製フィン部材を内装した伝熱管。
【請求項４】
樹脂材製フィン部材は、金属管内に密着若しくは所望間隔を介して複数個を配設した事を特徴とする請求項３の樹脂材製フィン部材を内装した伝熱管。
【請求項５】
放射方向に形成したフィンは、表面の軸方向に長尺な凹凸条若しくは貫孔を設けた事を特徴とする請求項１の樹脂材製フィン部材を内装した伝熱管。
【請求項６】
樹脂材製フィン部材は、これを形成する樹脂材よりも熱伝導性の高い粒子及び／又は繊維を含有させた事を特徴とする請求項１、２、３、４又は５の樹脂材製フィン部材を内装した伝熱管。
【請求項７】
樹脂材製フィン部材は、これを形成する樹脂材にカーボンナノファイバーを含有させた事を特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６の樹脂材製フィン部材を内装した伝熱管。
【請求項８】
カーボンナノファイバーは、５wt%より多く３０wt%より少ない含有量で含有させた事を特徴とする請求項７の樹脂材製フィン部材を内装した伝熱管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般産業用、暖房用、給湯用ＥＧＲガス冷却装置等の多管式熱交換器にて、冷却水、冷却風、カーエアコン用冷媒、その他の冷媒液等の低温熱媒体流体と、ＥＧＲガス、煤を含有する燃焼排気ガス等の被冷却高温熱媒体流体との熱交換を行うために用いるもの等、種々の用途の伝熱管に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車のエンジン等では、排気ガスの一部を排気ガス系から取り出して、再びエンジンの吸気系に戻し、混合気や吸入空気に加えるＥＧＲシステムが、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンともに用いられていた。ＥＧＲシステム、特にディーゼルエンジンの高ＥＧＲ率のクールドＥＧＲシステムでは、排気ガス中のNOxを低減し、燃費の悪化を防止するとともに、過剰な温度上昇によるＥＧＲバルブの機能低下や耐久性の低下を防止するため、高温化したＥＧＲガスを冷却水、冷却風、カーエアコン用冷媒、その他の冷媒液等の低温熱媒体流体で冷却するＥＧＲガス冷却装置を設けている。
【０００３】
そして、このＥＧＲガス冷却装置として、下記特許文献１の従来発明に示す如く、内部をＥＧＲガスが流通可能な複数の細径の伝熱管を配置し、この伝熱管の外側に冷却水や冷却風、冷媒液等の低温熱媒体流体を流通させる事により、伝熱管を介してＥＧＲガスと低温熱媒体流体との熱交換を行うものが存在した。
【０００４】
上述の如きＥＧＲガス冷却装置で使用する伝熱管として、下記特許文献１、特許文献２に記載の如きものが知られている。これらの伝熱管は、金属管の内部に、管軸方向に長尺な板状や螺旋状の金属材製フィン部材を内装する事により形成し、該フィン部材により伝熱管の伝熱面積を増やすとともに伝熱管内のＥＧＲガスの流れを乱流化する事で、伝熱管を介してＥＧＲガスと低温熱媒体流体との熱交換効率を高めようとしていた。
【特許文献１】特開平１１−１０８５７８号公報
【特許文献２】特開２００１−２２７４１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、金属材は樹脂材に比べて重く高価であるし、加工性に乏しいため、従来の金属材製のフィン部材では形状が制限され、表面積が多く放熱性に優れた複雑な形状とするのは困難であるとともに軽量化にも限界があった。また、ＥＧＲガス中の水蒸気や未燃焼ガス、硫酸水、炭化水素等の凝縮液に対する耐食性を得るため、金属管やフィン部材に高価な耐食性金属材を使用したり、金属材にめっき処理等を施す必要があったり、金属材製フィン部材を金属管にろう付けや溶接等で接続する手間等があり、製造工程を増やしていた。
【０００６】
そこで、本発明者は、廉価であるとともに軽量で加工性に優れた樹脂材に注目し、金属材製の伝熱面と樹脂材製の伝熱面の熱交換性能の比較実験を行ったところ、金属材製伝熱面に比べて樹脂材製伝熱面は、条件にもよるが熱交換性能が４〜１５％程度しか劣化しない事を見出した。この４〜１５％程度の熱交換性能を補うためには、樹脂材製伝熱面の表面積を１５％以上増加させれば、金属材製の伝熱面と同等若しくはそれ以上の熱交換性能を得る事が可能となると言う結論を得た。
【０００７】
本発明は上述の如き課題を解決しようとするものであって、金属材製伝熱管を使用したプリクーラーにて樹脂材の耐え得る温度まで予め冷却されたＥＧＲガスを冷却するＥＧＲガス冷却装置等に於いて、金属管の内部に樹脂材製フィン部材を内装して伝熱管を形成し、伝熱管の軽量化と低コスト化を可能とするとともに、樹脂材の優れた加工性により樹脂材製フィン部材の伝熱面積を増大させ、金属管に金属材製フィン部材を内装した伝熱管と同等若しくはそれ以上の熱伝導性を得ようとするものである。この優れた熱伝導性により、伝熱管内を流動する流体と伝熱管の外面を流動する流体との熱交換効率を向上させるものである。また、この優れた熱交換性能により、伝熱管並びに伝熱管を使用した多管式熱交換器の軽量化と小型化を可能とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上述の如き課題を解決するため、金属管内に、軸中心部から放射方向に複数のフィンを突出した樹脂材製フィン部材を、各フィンの放射方向の先端部を金属管の内周面に接触して配設して成るものである。
【０００９】
また、樹脂材製フィン部材は、金属管と同一長さに形成し、金属管の一端から他端まで全長に渡って配設しても良い。
【００１０】
また、樹脂材製フィン部材は、金属管よりも短尺に形成し、金属管の一端付近から他端付近まで複数個を直列に配設しても良い。
【００１１】
また、樹脂材製フィン部材は、金属管内に密着若しくは所望間隔を介して複数個を配設しても良い。
【００１２】
また、放射方向に形成したフィンは、表面の軸方向に長尺な凹凸条若しくは貫孔を設けても良い。
【００１３】
また、樹脂材製フィン部材は、これを形成する樹脂材よりも熱伝導性の高い粒子及び／又は繊維を含有させても良い。
【００１４】
また、樹脂材製フィン部材は、これを形成する樹脂材にカーボンナノファイバーを含有させても良い。
【００１５】
また、カーボンナノファイバーは、５wt%より多く３０wt%より少ない含有量で含有させても良い。
【発明の効果】
【００１６】
材を内装しているので、金属材のみで形成した従来品と比べて軽量で廉価な伝熱管を得る事ができる。また、熱伝導性に優れた金属管内に、軸中心部から放射方向に複数のフィンを突出し表面積を広くした樹脂材製フィン部材を内装する事で、伝熱管の伝熱面積を増大させる事ができる。更に、伝熱管の内部空間が全長に渡り、或いは一部の空間が分割され、流体の流れの偏りを防ぐ事ができ、伝熱管内を流体が分散して流動するとともに流体と伝熱管の内周面との接触面圧が増大し、伝熱管の内部を流動する流体の熱を効率的に伝熱管に伝熱させる事ができるとともに、伝熱管内を流動する流体の乱流化を発生させ、境界層の剥離を生じ、伝熱管を介したＥＧＲガス等の被冷却高温熱媒体流体と冷媒液等の低温熱媒体流体との熱交換効率を向上させる事ができる。従って、樹脂材を用いた場合でも、金属管に金属材製のフィン部材を内装した伝熱管と同等若しくはそれ以上の熱伝導性を有する伝熱管を得る事ができ、優れた熱交換性能を得る事ができる。また、樹脂材を使用する事により、伝熱管の容易な製造が可能となり、伝熱管内を流動する流体に対する耐食性にも優れた製品となる。
【００１７】
また、このように熱交換効率と耐食性に優れ、軽量で廉価な伝熱管を使用する事により、一般産業用、暖房用、給湯用ＥＧＲガス冷却装置、その他の多管式熱交換器の熱交換性能を向上させ、製品の品質及び耐久性を向上させる事ができる。また、優れた熱交換性能により、多管式熱交換器の小型化、軽量化が可能となり、車輌その他への設置時のレイアウトの自由度の高い製品となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の伝熱管は上述の如く、金属管内に略全長に渡り、軸中心部から放射方向に複数のフィンを突出した樹脂材製フィン部材を、各フィンの放射方向の先端部を金属管の内周面に接触させて配設している。この配設は、金属管と同一長さに形成した樹脂材製フィン部材を、金属管の一端から他端まで略全長に渡って一個のみ配設しても良いし、金属管よりも短尺に形成した樹脂材製フィン部材を、密着若しくは所望間隔を介して複数個、金属管の一端付近から他端付近まで全長に渡って直列に配設しても良い。尚、金属管と同一長さに樹脂材製フィン部材を形成する場合は、厳密に金属管と同一長さとしなくても良く、金属管よりもやや短く形成したり、やや長く形成する等、略同一長さとすれば良い。そして、この金属管と略同一長さのフィン部材を、金属管の一端付近から他端付近まで略全長に渡って一個のみ配設するものであっても良い。
【００１９】
このように、本発明の伝熱管は、熱伝導性に優れた金属管内に樹脂材製フィン部材を配設しているので、従来の金属材のみで形成した伝熱管に比べて、軽量で廉価な伝熱管を得る事ができる。また、樹脂材の容易な加工性を利用して、放射方向にフィンを複数突出した複雑な形状で形成する事で、金属材製のフィン部材と比べて樹脂材製フィン部材の伝熱面積を増大させる事が可能となり、金属材のみで形成した伝熱管と同等若しくはそれ以上の熱伝導性を得る事ができ、熱交換性能に優れた伝熱管を得る事ができる。
【００２０】
更に、樹脂材製フィン部材を、フィンの放射方向の先端部を金属管の内周面に接触させて金属管内に配設しているので、フィンと金属管相互の熱伝導性を高める事ができるとともに、流体の流動する伝熱管の内部空間が全長に渡り、或いは一部の空間が分割され、流体の流れの偏りを防ぐ事ができ、伝熱管内を流体が分散して流動するとともに流体と伝熱管の内周面との接触面圧が増大し、流体の熱を効率的に伝熱管に伝熱させる事ができ、熱交換性能を向上させる事ができる。
【００２１】
また、短尺な樹脂材製フィン部材を複数個、所望間隔を介して配設した場合は、樹脂材製フィン部材の配設位置では流通経路の断面積が狭く、樹脂材製フィン部材の非配設位置では、流体の流通経路の断面積が大面積に復元するので、狭い流通経路から広い流通経路に流出する事により、流体の流れが乱流化し、流れの渦が多数発生する。そして、この流れの渦が伝熱管の内表面側を流動するので、この樹脂材製フィン部材の非配設部に於いても流体の境界層が薄くなり、流体と伝熱管との熱伝達性が向上する。また、流体の乱流化により、伝熱管の内表面に付着した煤の剥離も促進され、熱伝導性の低下を抑える事ができる。
【００２２】
そして、金属管内に、樹脂材製フィン部材を所望間隔で複数個配設しているので、上記流れの絞り作用と流通経路の復元による乱流化を繰り返すものとなり、伝熱管の全長に渡って熱伝達性が向上する。そして、伝熱管の内部を流動する流体と伝熱管外部の流体との熱交換が促進され、温度効率が向上するとともに、伝熱管内表面及び中央を流通する流体の全体がムラ無く均一に冷却又は加熱されるものとなる。また、温度効率が向上するだけでなく、伝熱管内を流動する流体の流動速度が衰えず、伝熱管内を流動する事による流体の圧力損失を良好に防止する事ができる。
【００２３】
また、短尺な樹脂材製フィン部材を複数個、所望間隔を介して又は密着して配設する場合は、放射状の互いのフィンが軸方向に同一平面上に配置されるように配設しても良い。また、同一平面上に配置されないよう、互いのフィンの位置を円周方向に適宜ずらしながら配設しても良く、流体の流れが蛇行化して、流体から伝熱管への熱伝導性が高まり、煤の付着・堆積を抑えて熱交換性能を高める事が可能となる。
【００２４】
また、樹脂材製フィン部材は、軸中心部から放射方向に複数のフィンを突出したものであるから、例えば押出成形で容易に形成する事が可能であるし、短寸であれば円筒形の金型の内部に中子を挿入配置し、金型に樹脂材を注入・固化後に、中子を軸方向に引き抜く等の手法により、簡単に形成可能である。
【００２５】
また、樹脂材製フィン部材を金属管に配設する際は、樹脂材製フィン部材を金属管内に挿入後、金属管の内周面と各フィンの先端部とを接着剤により接着固定しても良いし、樹脂材製フィン部材を挿入後に金属管を伸管加工して、金属管の内周面に各フィンの先端部を密着させても良い。これらの方法では、従来の如く金属材のろう付けや溶接等での加工に比べ、容易な加工が可能となる。
【００２６】
また、樹脂材製フィン部材は耐食性に優れるので、金属管のみにめっき処理等の耐食対策を施せば良く、例えば亜鉛、亜鉛−アルミ合金、亜鉛−錫合金、又は亜鉛−ニッケル合金等の犠牲腐食性のめっき処理を施した金属管を使用する事により、伝熱管の耐食性を高める事ができる。また、金属管への樹脂材製フィン部材の配設の際に、溶接やろう付け等を行わないので、前記金属管のめっき処理が破損される事がなく、耐食性が保たれるとともに伝熱管の製作も容易となる。また、金属管は、上記めっき処理の外層に、樹脂被膜を配設しても良く、めっき層の保護効果や伝熱管の耐食性が高まるものとなる。この金属管への樹脂被膜の配設は、例えばポリアミドやポリプロピレン、又はフッ素系樹脂等の一層の樹脂材でコートしたり、ポリアミドとポリプロピレンの二層の樹脂材でコートする等の手段で行う。
【００２７】
また、上述の如くきめっき処理や樹脂被膜が予め施された量産品の廉価な金属管を使用すれば、該金属管内に樹脂材製フィン部材を配設するだけで、熱交換性能に優れた伝熱管を得る事ができ、生産コストを大きく下げる事が可能となる。
【００２８】
また、このように熱交換性能に優れ軽量で廉価な伝熱管を使用する事により、一般産業用、暖房用、給湯用ＥＧＲガス冷却装置、その他の多管式熱交換器の熱交換性能を向上させる事ができ、これらの装置の軽量化や小型化も可能となる。そのため、狭い場所への設置も容易に行う事ができ、多管式熱交換器のレイアウトの自由度が高まる。また、樹脂材製フィン部材の使用により耐食性を高めているので、例えばＥＧＲガス中の水蒸気や未燃焼ガス、硫酸水、炭化水素等の凝縮液に対する耐食性が高まり、多管式熱交換器の耐久性を向上させる事ができる。また、樹脂材製フィン部材の表面には、ＥＧＲガスや燃焼排気ガス等に含有される煤が付着しにくいものとなり、煤による熱伝導性の低下を抑える事ができ、前述の如き優れた熱交換性能を持続させる事が可能となる。
【００２９】
また、樹脂材製フィン部材は、表面に軸方向に長尺な凹凸条若しくは複数の貫孔を設ければ、各フィンの表面積がより広くなり、伝熱管の伝熱面積を更に増大させる事ができるとともに、伝熱管の内部を流動する流体の乱流化が更に促進され、境界層の剥離を生じ、伝熱管を介した被冷却高温熱媒体流体と冷媒液等の低温熱媒体流体との熱交換効率を高める事ができる。また、樹脂材製のフィン部材に貫孔を設けるのは容易であるし、凹凸条を設けた複雑な形状の樹脂材製フィン部材であっても、凹凸条を軸方向に形成しているので、樹脂材の使用により押出成形や金型成形等の手法で容易に形成する事が可能となる。
【００３０】
また、上記樹脂材製フィン部材を形成する樹脂材に、カーボンナノファイバーを含有させれば、樹脂材製伝熱面の熱伝導性が更に高まり、伝熱管の熱交換性能を更に向上させる事が可能となる。また、カーボンナノファイバーは、５wt%より多く３０wt%より少ない含有量で含有させれば、最良の熱伝導性を得る事ができる。このカーボンナノファイバーの含有量を５wt%以下とすると、伝熱効果の向上作用に乏しく、３０wt%以上を樹脂材に含有させるのは困難で、生産性が低下するとともに高価で、伝熱効果に大きな差を生じない。
【００３１】
尚、本明細書で言うカーボンナノファイバーとは、ナノテクノロジー分野に於いて、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、その他ナノ単位のカーボン繊維を含んだ総称を示すものである。また、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、その他を混在させて樹脂材に含有させても良いし、単体で含有させても良い。また、カーボンナノチューブを樹脂材に含有させる場合は、カーボンナノチューブが単層であっても良いし、複層であっても良い。更に、このカーボンナノチューブのアスペクト比は問わないものである。また、カーボンナノチューブの太さ、長さ等も問わないものである。
【００３２】
また、黒色で黒体輻射効果のある樹脂材を使用すれば、樹脂材製フィン部材の熱伝導性が高まり、伝熱管の熱交換性能を向上させる事ができる。また、樹脂材に熱伝導性の高い銅、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材製、カーボン材製又はガラス材製の粒子及び／又は繊維を含有したり、樹脂材の表面に前記金属材の粉末等を混合した塗料を塗布したり、金属材をめっき或いは蒸着等させても、熱交換性能の向上が可能となる。更には、黒色で黒体輻射効果のある樹脂材に前記金属材製、カーボン材製又はガラス材製の粒子や繊維、及び／又はカーボンナノファイバーを含有させれば、伝熱管の熱交換性能の更なる向上が可能となる。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明の伝熱管を自動車のＥＧＲガス冷却装置に使用した実施例を図面に於て詳細に説明する。図１は実施例１で、金属管内に、該金属管とほぼ同一長さで軸中心部から放射方向に５本の突条状のフィンを突出した樹脂材製フィン部材を一個配設した伝熱管の斜視図である。図２は実施例２の樹脂材製フィン部材の斜視図で、各フィンの両表面に凹凸条を設けたものである。図３は実施例３の樹脂材製フィン部材の斜視図で、各フィンに貫孔を設けたものである。
【００３４】
また、図４は本発明の伝熱管を用いたＥＧＲガス冷却装置の概略図である。また、図５は鋼管の外表面をＰＡ樹脂でコートした配管、鋼管の外表面をＰＡ樹脂とＰＰ樹脂でコートした配管、鋼管のみで形成した配管の各々に於いて行った熱交換性能の比較実験の概念図で、図６はその比較実験結果をグラフ化したものである。
【００３５】
まず、本発明をするにあたり、表面材質を樹脂材とした伝熱面の熱交換性能の比較実験を行った。この実験装置は、図５に示す如く、風洞部(３１)内に直径８mm、長さ1900mmとした配管(３２)を配置し、この配管(３２)に、温度計(３３)を設けた温水タンク(３４)及びポンプ(３５)、流量計(３６)を接続し、前記配管(３２)に0.9L/mの流量で温度約60℃の温水を流通させている。そして、前記風洞部(３１)内にファン(３７)にて冷却風を送風して、配管(３２)を介して冷却風にて温水を冷却している。
【００３６】
そして、冷却風と配管(３２)内の温水との熱交換性能を、温水の入口温度と出口温度を計測して、その温度差を算出する事により測定する。その温度差及び風速との関係を下記表１及び図６のグラフに示した。実験には、肉厚0.7mmとする鋼管の外表面に13μｍの亜鉛めっきとクロメート処理を施し、更に肉厚50μｍのＰＡ樹脂でコートした配管(３２)(以下ＰＡコート配管と言う)と、肉厚0.7mmとする鋼管の外表面に13μｍの亜鉛めっきとクロメート処理を施し、更に肉厚50μｍのＰＡ樹脂及び肉厚1.0mmのＰＰ樹脂でコートした配管(３２)(以下ＰＡ＋ＰＰコート配管と言う)を使用した。また、比較実験として鋼管のみで形成した配管(３２)の熱交換性能も測定した。この鋼管は、肉厚0.7mmとし、外表面に何等の表面処理も施していない。
【００３７】
尚、下記表１中で、風速(m/s)がＰＡコート配管、ＰＡ＋ＰＰコート配管、鋼管のみの配管で完全に一致していないのは、完全に一致する風速を得るのが技術的に困難である事による。そのため、近似した風速を生じさせ、これを計測して得たものが表１に示す風速である。
【００３８】
【表１】
2004279021.tif 000003
【００３９】
上述の実験により、従来の鋼管に比べて、ＰＡコート配管及びＰＡ＋ＰＰコート配管では、約6m/sの風速時に於いて熱交換性能が４〜１５％程度しか劣化せず、優れた熱交換性能を示した。この実験結果より、樹脂材製の伝熱面の表面積を１５％以上増加させれば、金属材製の伝熱面と同等若しくはそれ以上の熱交換性能を得る事ができる。この表面積を増加させる手段として、図１〜図３に示す実施例１〜３等の如き、樹脂材製フィン部材を内装した伝熱管を形成した。
【００４０】
尚、本発明を実施する際は、下記表２に示す如き樹脂材等を使用する事により、熱交換性能が優れるだけでなく、耐食性や耐熱性にも優れる伝熱管を得る事ができる。また、この伝熱管を使用する事で、ＥＧＲガス冷却装置、その他の多管式熱交換器の熱交換性能、耐食性、耐熱性、耐久性を向上させる事ができる。尚、伝熱管にあまり耐熱性が必要でなければ、更に多くの種類の樹脂材を使用して伝熱管を形成する事が可能となる。
【００４１】
【表２】
2004279021.tif 000004
【００４２】
上記樹脂材等を用いた実施例１を、図１に於いて詳細に説明すると、(１)は伝熱管で、鉄、ステンレス鋼、銅、黄銅、アルミ、その他で形成した金属管(２)の内部に、該金属管(２)とほぼ同一長さとする樹脂材製フィン部材(３)を一個のみ配設している。このような伝熱管(１)の製造工程を説明すると、まず樹脂材製フィン部材(３)は、金属管(２)とほぼ同一長さとし、軸中心部から放射方向に、軸方向に長尺で平坦面を有する突条状のフィン(４)を５本突出して形成するとともに、各フィン(４)の放射方向の先端部を結んだ外周円径が、金属管(２)の内径よりもやや小径となるように形成している。このような樹脂材製フィン部材(３)は、押出し成形等により容易に形成する事が可能である。
【００４３】
次に、上記樹脂材製フィン部材(３)を、金属管(２)内部に挿入した後、該金属管(２)を伸管加工する事で、金属管(２)の内周面に樹脂材製フィン部材(３)の各フィン(４)の先端部を密着又は当接させて樹脂材製フィン部材(３)を金属管(２)に固定し、伝熱管(１)を形成している。また、金属管(２)と樹脂材製フィン部材(３)とは、金属管(２)を伸管させて密着又は当接させるのではなく、接着剤にて金属管(２)の内周面と樹脂材製フィン部材(３)の外周面を接着する事により互いを密着させても良い。
【００４４】
このように、本発明の伝熱管(１)は、熱伝導性に優れる金属管(２)内に、放射方向にフィン(４)を設けて表面積を多くした樹脂材製フィン部材(３)を配設しているので、従来の金属材のみで形成した製品と比べて軽量で廉価であるとともに、ろう付けや溶接等の手間がなく、容易な成形が可能となる。また、放射方向にフィン(４)を多く設けて樹脂材製フィン部材(３)の表面積を多くする事で、伝熱管(１)の伝熱面積を増大させる事ができる。
【００４５】
また、樹脂材製フィン部材(３)の配設により、伝熱管(１)の内部空間が軸方向に複数に分割されるので、伝熱管(１)内を流動するＥＧＲガス等の被冷却高温熱媒体流体の流れの偏りを防ぐ事ができ、伝熱管(１)内をＥＧＲガスが分散して流動するとともにＥＧＲガスと伝熱面との接触面圧が増大し、ＥＧＲガスの熱を効率的に伝熱管(１)に伝熱させて、熱交換性能を向上させる事ができる。従って、樹脂材を使用しても伝熱管(１)の熱交換性能を低下させる事はない。そして、上記伝熱面積の増大及び内部空間の分割による熱伝導性の向上により、本発明の如く樹脂材を用いた場合であっても、金属材製のフィン部材等を挿入配設した従来の伝熱管と同等若しくはそれ以上の熱伝導性を有する伝熱管(１)を得る事が可能となる。
【００４６】
また、従来の金属材のみの製品では、伝熱管内部を流動するＥＧＲガス中の水蒸気や未燃焼ガス、硫酸水、炭化水素等の凝縮液に対する耐食性を得るため、フィン部材や金属管に高価な耐食性金属材を使用したり、伝熱管の内外表面にめっき処理を施す等の手間があった。しかし、本発明の伝熱管(１)では、樹脂材製フィン部材(３)を使用しているから、金属管(２)のみに高価な耐食性金属材を使用したり、めっき処理等を施せば良いし、予め亜鉛、亜鉛−アルミ合金、亜鉛−錫合金、又は亜鉛−ニッケル合金等の犠牲腐食性めっき処理等が施された量産品の廉価な金属管(２)を使用する事も可能である。また、金属管(２)と樹脂材製フィン部材(３)との接続に、ろう付けや溶接等を行う必要がないので金属管(２)のめっき処理等が破損される事がなく、伝熱管(１)を容易な製造方法で廉価に得る事ができる。
【００４７】
また、上記耐食加工を施した金属管(２)に、更に樹脂被膜を配設すれば、耐食性や耐衝撃性を更に高める事ができる。この樹脂被膜の配設は、ポリアミドやポリプロピレン、又はフッ素系樹脂等の一層の樹脂材でコートしたり、ポリアミドとポリプロピレンの二層の樹脂材でコートする等の手段がある。
【００４８】
また、上記実施例１の樹脂材製フィン部材(３)は、各フィン(４)の両表面を平坦に形成しているが、他の異なる実施例２では、図２に示す如く、各フィン(４)の両表面に、軸方向に長尺な凹凸条(５)を複数本設ける事により、フィン(４)の表面積を広く形成している。従って、伝熱管(１)の伝熱面積を更に増大させて、熱伝導性を更に高める事ができる。また、このようにフィン(４)に凹凸条(５)を複数本設ける事により、伝熱管(１)内を流動する被冷却高温熱媒体流体の乱流化を更に促進させるものとなり、境界層の剥離を生じ、伝熱管(１)を介した被冷却高温熱媒体流体と低温熱媒体流体との熱交換を更に促進する事ができる。
【００４９】
また、上記実施例１、２では、金属管(２)とほぼ同一長さの樹脂材製フィン部材(３)を一個のみ配設して伝熱管(１)を形成しているが、他の異なる実施例として、放射方向にフィン(４)を突出した樹脂材製フィン部材(３)を金属管(２)よりも短尺に形成し、この短尺な樹脂材製フィン部材(３)を、金属管(２)内に複数個、直列に配置しても良い。このような短尺な樹脂材製フィン部材(３)では、押出成形でも容易な形成が可能であるし、円筒形の金型の内部に中子を挿入配置し、金型に樹脂材を注入・固化後に、中子を軸方向に引き抜く等の手法によっても容易に形成する事ができる。この短尺な樹脂材製フィン部材(３)は、実施例１の如く平坦面を有するフィン(４)を突出した形状としても良いし、実施例２の如く両表面に凹凸条(５)を設けたフィン(４)を突出した形状としても良い。また、放射方向にフィン(４)を複数突出したものであれば、他の異なる形状の樹脂材製フィン部材(３)としても良い。
【００５０】
そして、樹脂材製フィン部材(３)を複数個配設する場合は、金属管(２)の一端付近から他端付近まで全長に渡り、樹脂材製フィン部材(３)を互いに密着させて複数個を直列に配設すれば、実施例１、２と同様に、伝熱管(１)の内部空間を全長に渡り分割する事が可能となる。そして、伝熱管(１)内部を流動する被冷却高温熱媒体流体の流れの偏りを防ぐ事ができ、伝熱管(１)内を被冷却高温熱媒体流体が分散して流動するとともに被冷却高温熱媒体流体と伝熱管(１)の内周面との接触面圧が増大し、被冷却高温熱媒体流体の熱を効率的に伝熱管(１)に伝熱させる事ができ、熱交換性能を向上させる事ができる。
【００５１】
この場合も、伝熱管(１)は、接着剤により金属管(２)の内周面に複数の樹脂材製フィン部材(３)を接着して形成しても良いし、金属管(２)内に樹脂材製フィン部材(３)を複数配設した後、金属管(２)を伸管加工して金属管(２)の内周面に樹脂材製フィン部材(３)を密着固定しても良い。また、複数配設される全ての樹脂材製フィン部材(３)の各フィン(４)を全て同一平面上に配置しても良いし、隣接する樹脂材製フィン部材(３)とはフィン(４)の位置を円周方向に適宜ずらしながら、但し内部空間が軸方向に分断されないように配設しても良く、流体の流れが蛇行化して、流体から伝熱管（１）への熱伝導性が高まり、煤の付着・堆積を抑えて熱交換性能を高める事が可能となる。
【００５２】
また、短尺とした樹脂材製フィン部材(３)を用いた更に異なる実施例の伝熱管(１)として、金属管(２)内に、短尺な樹脂材製フィン部材(３)を所望間隔を介して複数個、直列に配設しても良い。また、この場合も、各樹脂材製フィン部材(３)のフィン(４)を互いに同一平面上に配置しても良いし、位置をずらしながら配置しても良い。このように、所望間隔を介して樹脂材製フィン部材(３)を配設する事により、被冷却高温熱媒体流体の流通経路の断面積に大面積部と小面積部が形成され、流通経路の拡縮が繰り返される事により、流れの渦が多数発生して、伝熱管(１)内を流動する被冷却高温熱媒体流体の乱流化が促進され、境界層の剥離を生じ、被冷却高温熱媒体流体と低温熱媒体流体との熱交換を促進する事ができる。また、金属管(２)の内周面への煤等の付着を防止する事が可能となるとともに、既に付着した煤の剥離も促進され、伝熱管(１)の熱伝導性を損なう事がない。
【００５３】
また、図３に示す他の異なる実施例３では、各フィン(４)に貫孔(６)を複数個設ける事により、フィン(４)の表面積を多くし、伝熱管(１)の伝熱面積を増大させて、熱伝導性を更に高めている。また、このようにフィン(４)に貫孔(６)を複数設ける事により、伝熱管(１)内を流動する被冷却高温熱媒体流体の乱流化を促進させ、伝熱管(１)を介した被冷却高温熱媒体流体と低温熱媒体流体との熱交換を促進する事ができる。また、実施例３の場合も、金属管(２)とほぼ同一長さに形成して配設しても良いし、短尺なものを複数個、金属管（２）内に密着若しくは所望間隔を介して配設しても良い。
【００５４】
また、上記各実施例では、表２に示す如き樹脂材等を使用して樹脂材製フィン部材(３)を形成する事ができるが、この樹脂材製フィン部材(３)を形成する樹脂材及び／又は金属管(２)の外周に樹脂被膜を配設した場合はその樹脂材に、必要に応じて熱伝導性の高い銅、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材の粒子や繊維、ガラス材の粒子や繊維、カーボン材の粒子や繊維等を含有させたり、その表面に金属材の粉末等を混合した塗料を塗布したり、金属材をめっき或いは蒸着等させても良い。また、黒色で黒体輻射効果のある樹脂材を使用しても良いし、５wt%より多く３０wt%より少ない含有量でカーボンナノファイバーを含有させても良く、樹脂材製フィン部材(３)及び樹脂被膜を配設した金属管(２)の熱伝導性を更に向上させる事ができる。
【００５５】
そして、上述の如き伝熱管(１)を使用したＥＧＲガス冷却装置(１０)は、図４に示す如く、円筒状の胴管(１１)の両端付近に、内部を密閉可能にチューブシート(１２)を一対接続し、このチューブシート(１２)で仕切られた気密空間内を、ＥＧＲガスと冷媒液との熱交換を行うための熱交換部(１３)としている。そして、一対のチューブシート(１２)間に、前記伝熱管(１)を複数本、チューブシート(１２)を貫通して接続配置している。また、胴管(１１)の両端には、ＥＧＲガスの流入口(１４)と流出口(１５)とを設けたボンネット(１６)を各々接続している。
【００５６】
また、胴管(１１)には、冷媒液を熱交換部(１３)に供給する導入路(１７)と熱交換後の冷媒液を排出する導出路(１８)を設け、熱交換部(１３)内を冷媒液が流動可能としている。また、前記熱交換部(１３)は、内部に複数の支持板(２０)を接合配置し、該支持板(２０)の挿通孔(２１)に伝熱管(１)を挿通する事により、バッフルプレートとして伝熱管(１)を安定的に支持するとともに、熱交換部(１３)内を流動する冷媒液の流れを蛇行化し、伝熱管(１)の外表面に対する相対速度を速めている。
【００５７】
上記のＥＧＲガス冷却装置(１０)では、伝熱管(１)の熱伝導性に優れた伝熱面を介して、ＥＧＲガスと冷媒液との熱交換が効率的に行われ、冷却効果を高める事ができる。また、この優れた冷却効果により、ＥＧＲガス冷却装置(１０)の小型化が可能となるし、軽量で廉価な本発明の伝熱管(１)を用いる事により、ＥＧＲガス冷却装置(１０)の軽量化と低コスト化も可能となる。また、この小型で軽量なＥＧＲガス冷却装置(１０)では、狭い場所への設置も可能で、レイアウトの自由度が増すものとなる。
【００５８】
また、ＥＧＲガスが流動する金属管(２)の内部に樹脂材製フィン部材(３)を内装しているので、ＥＧＲガス中の水蒸気や未燃焼ガス、硫酸水、炭化水素等の凝縮液に対する耐食性に優れるし、表２に示す如き樹脂材を使用する事で、高温のＥＧＲガスに対する耐熱性にも優れ、ＥＧＲガス冷却装置(１０)の耐久性を向上させる事ができる。また、内周面が樹脂材である事は、ＥＧＲガス中に含まれる煤が伝熱管(１)内に付着・堆積するのを防止するものとなり、伝熱管(１)の熱伝導性の低下を抑制して、優れた熱交換性能を持続させる事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施例１の樹脂材製フィン部材を内装した伝熱管を示す斜視図。
【図２】実施例２の樹脂材製フィン部材の斜視図。
【図３】実施例３の樹脂材製フィン部材の斜視図。
【図４】本発明の伝熱管を使用したＥＧＲガス冷却装置の概念図。
【図５】熱交換性能実験の概念図。
【図６】熱交換性能グラフ。
【符号の説明】
【００６０】
１    伝熱管
２    金属管
３    樹脂材製フィン部材
４    フィン
５    凹凸条
６    貫孔
【図１】
2004279021.tif 000005
【図２】
2004279021.tif 000006
【図３】
2004279021.tif 000007
【図４】
2004279021.tif 000008
【図５】
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【図６】
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