(57)【要約】【課題】使用時において熱交換器に凝縮水溜りを形成する凹部を太管部とテーパ管部との間に形成させない多管式熱交換器を提供すること。【解決手段】第一流体が通過する複数本の内管群１１４、１１４・・・と、第二流体が通過する外管１１７とを備え、内管１１４は両端に太管部１１４ａを、中間に細管部１１４ｂを、該細管部１１４ｂと太管部１１４ａとの間にテーパ管部１１４ｃを備えている熱交換器。内管群１１４、１１４・・・が、太管部１１４ａで密接して外管１１７に保持一体化されて内管１１４の外側と外管１１７の内側との間に第二流体通過隙間Ｓが形成されている構成の多管式熱交換器。内管１１４を、テーパ管部１１４ｃの上下方向で片テーパとして、内管１１４の使用時に下側となる面（底面）を長手方向にフラット面とする。【選択図】図１０
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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内管（以下、「内管群」という。）と、第二流体が通過する外管とを備え、
前記内管は両端に太管部を、中間に細管部を、該細管部と前記太管部との間にテーパ管部を備え、
前記内管が、前記太管部で密接して前記外管に保持一体化されて前記内管の外側と前記外管の内側との間に第二流体通過隙間が形成されている構成の多管式熱交換器において、
前記内管が、テーパ管部の上下方向で片テーパとされ、前記内管の使用時に下側となる面（底面）が長手方向にフラット面とされていることを特徴とする多管式熱交換器。
【請求項２】
前記外管が受け外管部と被せ外管部とからなる分割構成であって、前記受け外管部が前記内管群の全てを積み重ね保持して前記被せ外管部で閉じられ一体化され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】
前記内管が受け内管部と被せ内管部とからなる分割構成であって、前記内管に伝熱フィンが保持一体化されていることを特徴とする請求項１又は２記載の多管式熱交換器。
【請求項４】
請求項２又は３記載の多管式熱交換器の組み立て方法であって、前記受け外管部に前記内管群の全てを積み重ね保持した後、前記被せ外管部を嵌着して閉じる工程を含むことを特徴とする多管式熱交換器の組み立て方法。
【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内管（伝熱管）群と、第二流体が通過する外管（胴体）とを備え、複数本の伝熱管群が外管内に保持されてなる多管式熱交換器に関する。
【０００２】
特に、伝熱管群に高速の高温ガス（気体）を、胴体に冷却水（液体）を通過させて熱交換を行う多管式熱交換器、例えば、排気再循環装置（以下「ＥＧＲ装置」と略す。）等において、内燃機関の排気ガスを冷却水により冷却する排気冷却器（高度の熱交換能が要求される）等に好適な発明である。
【背景技術】
【０００３】
上記の如く高度の熱交換が要求されるものには、例えば、図１〜２に示すような外形を備えた多管式熱交換器が多用されている。そして、該熱交換器は、図３〜６に示すような内部構造を有していた。
【０００４】
第一流体（高温ガス）が通過する複数本の内管群（伝熱管）１４、１４・・・と、該伝熱管群を保持して第二流体（冷却水）が通過間隙を形成する外管（胴体）１７と、外管１７の両端に取付けられる整流筒２０、２１を備えている。内管１４は、両端に太管部１４ａを、中間に細管部１４ｂを、該細管部１４ｂと前記太管部１４ａとの間にテーパ管部１４ｃを備えている。そして、各内管１４は、太管部１４ａで密接して外管１７に保持一体化され、内管１４の外側と外管１７の内側との間に第二流体通過隙間Ｓが形成されている。通常、内管１４には、伝熱性の見地から伝熱フィン２２が挿入されている。
【０００５】
ここで、熱交換器は、通常、各部材相互を組み立て後、ロウ付け乃至溶接により一体化して製作する。
【０００６】
そして、上記組み立て作業性の見地から、内管１４は受け内管部１５と被せ内管部１６、外管１７は受け外管部１８と被せ外管部１９との分割構成とされている。
【０００７】
即ち、被せ内管部１６に伝熱フィン２２をセットした後、受け内管部１５を嵌める。こうして調製した内管群１４、１４・・・を、受け外管部１８および被せ外管部１９にそれぞれ複数個ずつ嵌合させた後、被せ外管部１９を反転させて、受け外管部１８に被せる（図５参照）。
【０００８】
その後、外管１７の両端に整流筒２０、２１を嵌合させて熱交換器組み立て体として、ロウ付け炉を通過させて、一体化する。なおこの際、受け外管部１８と被せ外管部１９とは、スポット溶接等で予め一体化しておいてもよい。
【０００９】
こうして調製した熱交換器を、ＥＧＲ装置における排気冷却器として使用した場合、その傾斜角度がテーパ角度より小さいとき、内管１４のテーパ管部１４ｃと太管部１４ａとの境界部に水平面に対する凹部Ｃが形成される。該凹部Ｃに凝縮水が溜まり易い。この凝縮水溜りは、排気ガス等に硫化物等が含まれている場合、腐食を促進させる（図７および特許文献１段落０００２参照）。
【００１０】
上記凝縮水溜りを発生させないようにするには、熱交換器を、図７に示すようにスロープ部の角度（例えば、１５°）α以上に傾斜させる必要がある。しかし、エンジンルーム内のスペース有効利用の見地から、熱交換器を凝縮水溜りが発生しない角度以上に傾斜させる設定が困難な場合が発生する。
【００１１】
なお、本発明の特許性に影響を与えるものではないが、熱交換器の凝縮水対策に関連する先行技術文献として特許文献１〜３等を挙げることができる。
【００１２】
特許文献１には、ＥＧＲガスの熱交換器等を、ステンレス鋼を用いてロウ付けで製作する際の、ロウ付けに関する技術が記載されている。
【００１３】
特許文献２・３には、冷暖房兼用の空気調和機の室外機に用いられる、扁平チューブとコルゲートフィンで構成される熱交換器における、凝縮水の水はけ性を確保する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００２−２８７７５号公報
【特許文献２】特開２００５−３７００２号公報
【特許文献３】特開２００４−３１７００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上記にかんがみて、使用時において熱交換器に凝縮水溜りを形成する凹部を太管部とテーパ管部との間に形成させない多管式熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意開発に努力をした結果下記構成の多管式熱交換器に想到した。なお、参考のために、括弧付きで図符号を付す。
【００１７】
第一流体が通過する複数本の内管群（１１４、１１４・・・）と、第二流体が通過する外管（１１７）とを備え、
前記内管（１１４）は両端に太管部（１１４ａ）を、中間に細管部（１１４ｂ）を、該細管部（１１４ｂ）と前記太管部（１１４ａ）との間にテーパ管部（１１４ｃ）を備え、
前記内管（１１４）が、前記太管部（１１４ａ）で密接して前記外管（１１７）に保持一体化されて内管（１１４）の外側と前記外管（１１７）の内側との間に第二流体通過隙間（Ｓ）が形成されている構成の多管式熱交換器において、
前記内管（１１４）が、テーパ管部（１１４ｃ）の上下方向で片テーパとされ、前記内管（１１４）の使用時に下側となる面（底面）が長手方向にフラット面とされていることを特徴とする。
【００１８】
上記内管使用時に下側となる面（底面）がフラット面とされているため、使用に際して、傾斜角度が片テーパのテーパ角度に関係なく、内管のテーパ管部と太管部との境界部に水平面に対する凹部が形成されることがない。したがって、凝縮水（凝縮液）溜りが発生することなく、結果的に凝縮水の溜りに起因する高度の防錆対策が不要となる。また、冷凍機等に適用した場合、凝縮水が氷結して第一流体の流れを阻害することによる熱交換性能の低下も防止できる。
【００１９】
上記構成において、前記外管（１１７）が受け外管部（１１８）と被せ外管部（１１９）とからなる分割構成であって、前記受け外管部（１１８）が前記内管群（１１４、１１４・・・）の全てを積み重ね保持して前記被せ外管部（１１９）で閉じられ一体化されている構成とすることが望ましい。
【００２０】
前記の従来の受け外管部に対して被せ外管部を反転組み立てる場合に比して、熱交換器の組み立て作業性が向上する。受け外管部に前記内管群の全てを積み重ね保持した後、前記被せ外管部を嵌着して閉じて、内管群の外管に対する組み立てができるためである（図５・１２参照）。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来の多管式熱交換器の一例を示す正面図である。
【図２】同じく側面図である。
【図３】図１の３−３線矢視断面図である。
【図４】図３の４−４線矢視断面図である。
【図５】図１の５−５線矢視断面図および該断面図を用いての熱交換器の組み立て説明図である。
【図６】図１の６−６線矢視断面図である。
【図７】従来の熱交換器の内管の凝縮水溜り発生および解消させるための説明図
【図８】本発明の多管式熱交換器の一例を示す正面図である。
【図９】同じく側面図である。
【図１０】図８の１０−１０線矢視断面図である。
【図１１】図１０の１１−１１線矢視断面図である。
【図１２】図８の１２−１２線矢視断面図および該断面図を利用しての熱交換器の組み立て説明図である。
【図１３】図８の１３−１３線矢視断面図である。
【図１４】本発明の一実施形態における熱交換器の内管おける凝縮水溜り解消の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、本発明の多管式熱交換器の一実施形態を、図例に基づいて説明する。ここでは、ＥＧＲガス（排気ガス）に適用する熱交換器を例に採り説明する。なお、従来例に対応する部分の図符号は、百位を「１」とし、下二桁を同一番号として、それらの説明の全部又は一部を省略した。
【００２３】
排気ガス（第一流体）が通過する複数本の内管群１１４、１１４・・と、冷却水（第二流体）が通過する外管１１７とを備えている。
【００２４】
内管１１４は両端に太管部１１４ａを、中間に細管部１１４ｂを、該細管部１１４ｂと太管部１１４ａとの間にテーパ管部１１４ｃを備えている。そして、内管１１４が、太管部１１４ａで密接して外管１１７に保持一体化されて内管１１４の外側と前記外管１１７の内側との間に第二流体通過隙間Ｓが形成されている。
【００２５】
上記において、内管１１４は、受け内管部１１５と被せ内管部１１６とからなる分割構成であって、前記内管１１４に伝熱フィン１２２が挿入一体化されている。なお、伝熱フィンを備えない構成の場合は、内管の構成は引き抜き形成体や、シームレス管で形成してもよい。その場合は、伝熱効率向上のため、内側に縦渦流が発生する突起部を形成する構成としてもよい（特開２００２−３５００８１・１８１４６８号公報の要約等参照）。
【００２６】
ここまでは、従来例と実質的に同一である。
【００２７】
そして、上記構成において、内管１１４が、テーパ管部１１４ｃの上下方向で片テーパとされ、前記内管１１４の使用時に下側となる面（底面）が長手方向にフラット面とされている。
【００２８】
そして、外管１１７が、受け外管部１１８と被せ外管部１１９との分割体であることは同じであるが、断面形状が異なる。即ち、受け外管部１１８が内管群１１４、１１４・・・の全てを保持可能な深さのＵ字形断面とされ、内管群１１４、１１４・・・の全て（図例では５本）を積み重ね保持して前記被せ外管部で閉じられ一体化されているものである。
【００２９】
なお、外管１１７の両端には、整流筒１２０、１２１が接続一体化される。該整流筒も凝縮水が発生した場合の水はけ性を考慮して、使用時下側面（底面）となる側が直線状断面となるように円形の接続口１２０ａ、１２１ａが偏在させて形成してある。なお、図例中、１１７ａは、整流筒１２０、１２１を外管１１７に嵌合組み立てする際の位置決め凸部である。
【００３０】
次に、上記構成の熱交換器の製造方法について説明する。
【００３１】
熱交換器の各部材の材質は、通常、ステンレスを用い、板厚は、外管および整流筒：０．５〜３ｍｍ（望ましくは１〜２ｍｍ）、内管及び伝熱フィン：０．０５〜１ｍｍ（望ましくは０．１〜０．８ｍｍ）とする。
【００３２】
先ず、被せ内管部１１６に伝熱フィン１２２をセット(挿入組み立て)した後、受け内管部１１５を嵌めて組み立てる。このとき各部材の接合の態様は、ロウ付けとする。これらの材質を上記の如くステンレスとする場合、通常、銅ロウ又はニッケルロウを使用する。
【００３３】
こうして調製した複数本（図例では５本）の内管群１１４、１１４・・・を全て受け外管部１１８にセットした後、被せ外管部１１９を被せる。内管群１１４、１１４・・・相互および内管１１４と外管１１７の接合は、上記と同様ロウ付けとする。
【００３４】
なお、受け外管部１１５と被せ外管部１１６との接合も、通常、上記と同様ロウ付けとする。
【００３５】
更に、外管１１７に対して整流筒１２０、１２１を挿入して、上記と同様、ロウ付けとする。
【００３６】
そして、上記熱交換器組み立て体は、ロウ付け炉（真空炉）を通過させて、各部材相互をロウ付け一体化する。ロウ付け時の加熱・冷却条件は、ロウ材の種類及び熱容量を考慮して設定する。
【００３７】
こうして、製造した多管式熱交換器は、フラット面となる側を下側にしてＥＧＲ装置の配管系に組み付ける。
【００３８】
この実施形態の熱交換器は、内管の下側（底部側）に従来のような太管部１１４ａとテーパ管部１１４ｃとの境界部に凹部が形成されず、凝縮水溜りが発生することがない（図１４）。したがって、熱交換器の組み付け傾斜角度の設定自由度が拡大する。
【符号の説明】
【００３９】
１４、１１４    内管（伝熱管）
１４ａ、１１４ａ    太管部
１４ｂ、１１４ｂ    細管部
１４ｃ、１１４ｃ    テーパ管部
１５、１１５    受け内管部
１６、１１６    被せ内管部
１７、１１７    外管
１８、１１８    受け外管部
１９、１１９    被せ外管部
２０、１２０    整流筒
２１、１２１    整流筒
２２、１２２    伝熱フィン
Ｓ      第二流体通過隙間
Ｃ      凹部（凝縮水溜り）
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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