(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チューブ本体内にその長手方向に沿ってインナフィンを挿入した構造の熱交換器用エレメントチューブであって、
金属板を断面略チャンネル状に曲折形成した二つのフィンプレート同士を互いに逆向きに重ね合わせることで断面略変形Ｈ字状のインナフィンを形成し、
インナフィンを形成している各フィンプレートの両側の開放端には円筒面形状のフランジ部を曲折形成して、それぞれのフランジ部の円弧状の頂部をチューブ本体の内周面に内接させた上でろう付けを施してあるとともに、
上記フィンプレートには、フィンプレート同士の重合部以外の部分に長手方向に沿って所定のピッチで補助フィンを切り起こし形成してあることを特徴とする熱交換器用エレメントチューブ。
【請求項２】
上記フィンプレートには、補助フィンとともに長手方向に沿って所定のピッチでスリットを形成してあることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器用エレメントチューブ。
【請求項３】
上記請求項１または２に記載のエレメントチューブを最内層のインナチューブとして、これにミドルチューブおよびアウタチューブを組み合わせることで三重管構造となっていて、
上記インナチューブの内部空間のほか、インナチューブとミドルチューブの間およびミドルチューブとアウタチューブの間の空間がそれぞれ熱交換媒体の通路となっていることを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多管式もしくは多重管式の熱交換器の主要素として用いられるエレメントチューブとそれを用いた熱交換器に関し、特にエレメントチューブ内を通流することになる被冷却体の乱流発生促進作用と伝熱面積の増大を目的として内部にインナフィンを備えたタイプの熱交換器用エレメントチューブとそれを用いた熱交換器の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関における熱交換器の代表的なものとして、エンジンオイルの冷却を目的としたオイルクーラのほかＥＧＲガス（還流排気ガス）の冷却を目的としたＥＧＲガスクーラがある。これらの熱交換器のうち、細い多数のエレメントチューブを集約して熱交換エレメントとしたものを多管式熱交換器、比較的大径の複数のエレメントチューブを同心状に配置して熱交換エレメントとしたものを多重管式熱交換器と言い、多管式熱交換器における各エレメントチューブ内や多重管式熱交換器における最内周側のエレメントチューブ内には、例えば被冷却体の乱流発生促進作用と伝熱面積の増大を目的としてインナフィンが配設されることがある。
【０００３】
図７，８は従来のインナフィン付きのエレメントチューブ１００の一例を示し、同図のように円筒状の予備成形体に曲げ加工を施して断面略星形状（断面閉ループ状）のインナフィン１０２とした上でこれをチューブ本体１０１に挿入するか、もしくは予め波形状に曲折形成した断面非閉ループ状のインナフィン１０２を丸めるようにしてチューブ本体１０１内に挿入して、そのチューブ本体１０１の内周面に内接することになるインナフィン１０２の各頂部にろう付けを施してある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のエレメントチューブ１００の構造では伝熱面積の増大効果は十分に期待できるものの、インナフィン１０２の形状が複雑であるためにチューブ本体１０１への挿入に手間が掛かるほか、チューブ本体１０１の内周面に内接すべきインナフィン１０２側の頂部が多すぎて、全ての頂部が均等に内接しないことがある。そのため、例えばチューブ本体１０１とインナフィン１０２との接触部に予めろう材を保有させておく一方で、エレメントチューブ１００全体を所定の炉内に入れて加熱することにより各部をろう付けしようとする際に、ろう付けされない部位やろう付けが不完全な部位が発生して、熱交換器本来の性能を十分に発揮できないおそれがある。
【０００５】
本発明は以上のような課題に着目してなされたものであり、比較的簡単な構成で且つインナフィンが確実にチューブ本体にろう付けされるようにして熱交換器本来の性能を十分に発揮できるようにしたエレメントチューブとそれを用いた熱交換器を提供するものである。
【０００６】
請求項１に記載の発明は、チューブ本体内にその長手方向に沿ってインナフィンを挿入した構造の熱交換器用エレメントチューブであって、金属板を断面略チャンネル状に曲折形成した二つのフィンプレート同士を互いに逆向きに重ね合わせることで断面略変形Ｈ字状のインナフィンを形成し、インナフィンを形成している各フィンプレートの両側の開放端には円筒面形状のフランジ部を曲折形成して、それぞれのフランジ部の円弧状の頂部をチューブ本体の内周面に内接させた上でろう付けを施してあるとともに、上記フィンプレートには、フィンプレート同士の重合部以外の部分に長手方向に沿って所定のピッチで補助フィンを切り起こし形成してあることを特徴とする。
【０００８】
したがって、請求項１に記載の発明では、予め任意の形状に曲折形成したインナフィンをチューブ本体に挿入すれば、たとえインナフィンが断面非閉ループ状のものであってもインナフィンの自己弾性力によって各頂部がチューブ本体の内周面に圧接することになり、その部分でろう付けされる。これにより、チューブ本体内空間が複数の領域に隔離形成される。
【０００９】
特に、インナフィンの頂部が所定曲率の円筒面として形成されていることから、チューブ本体との間での接触面積を可及的に大きく確保でき、ろう材の保有量も大きくなってろう付けが確実に行われる。
【００１２】
さらに、例えば被冷却体の乱流発生促進作用と伝熱面積の増大化の上では、請求項２に記載のように、インナフィンを形成することになるフィンプレートには、補助フィンとともに長手方向に沿って所定のピッチでスリットが形成されていることが望ましい。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、チューブ本体内に挿入されるインナフィンとして、金属板を断面略チャンネル状に曲折形成した二つのフィンプレート同士を互いに逆向きに重ね合わせることで断面略変形Ｈ字状に形成したものを採用したために、インナフィンそのものの形状を簡素化できるのに加えて、インナフィンの各頂部を確実にチューブ本体の内周面に密着させてろう付けすることができ、チューブ本体に対するインナフィンの密着性およびろう材保有性が一段と良好なものとなることから、その結果としてろう付け不良部位の発生を未然に防止して性能向上に寄与できる効果がある。
【００１５】
また、インナフィンを形成しているフィンプレートに補助フィンを切り起こし形成したことにより、チューブ本体内を流れる流体の乱流発生を促進できるととに、伝熱面積の増大化も図れる利点がある。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、インナフィンを形成しているフィンプレートに補助フィンとともにスリットを形成したことにより、チューブ本体内を流れる流体の乱流発生促進効果とともにインナフィン自体に熱歪み吸収性能を付与することができる利点がある。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１〜６は本発明に係る熱交換器用エレメントチューブの好ましい実施の形態を示す図であり、内燃機関のＥＧＲガスクーラにおけるエレメントチューブに適用した場合の例を示している。なお、本実施の形態では、三重管式（多重管式）のＥＧＲガスクーラであって、且つ被冷却体をＥＧＲガスとし冷却媒体をエンジン冷却水とする場合の例を示している。
【００１８】
図１，２に示すように、ＥＧＲガスクーラ１は、互いに同心状に配置されたインナチューブ２とミドルチューブ３およびアウタチューブ４と、ミドルチューブ３の長手方向両端部に接続された冷却水導入パイプ５および冷却水吐出パイプ６とをもって構成される。インナチューブ２には後述するインナフィン１３が内挿されており、これをもってインナチューブ２をチューブ本体とする本発明のエレメントチューブ５０が構成される。そして、アウタチューブ４の両端には円形状もしくは矩形状の取付フランジ７がろう付けにて固定される。なお、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図すなわち冷却媒体吐出パイプ６の中心線に沿う断面図を示しているが、冷却媒体導入パイプ５側についても同構造となっている。
【００１９】
インナチューブ２が単純な中空円筒形状のものであるのに対して、ミドルチューブ３の一般部は中空円筒形状ではあるものの、各パイプ５，６との接続部となる長手方向両端部が局部的に外側に膨出した異形形状の膨出凸部８となっているとともに、長手方向の中央部分ではベローズ状をなすいわゆるコルゲートチューブ９として形成されている。そして、ミドルチューブ３にインナチューブ２を挿入した上で長手方向両端の密着部１０にろう付けを施すことにより両チューブ２，３が一体化されていて、インナチューブ２とミドルチューブ３との間には密閉された冷却媒体通路１１が形成されるとともに、インナチューブ２自体の内部空間は内側の被冷却体通路１２として機能することになる。
【００２０】
インナチューブ２内にはその長手方向に沿って伝熱性向上と乱流発生促進のために断面略変形Ｈ字状のインナフィン１３が配設される。このインナフィン１３は、図３，４および図５に示すように断面略チャンネル状に折り曲げたフィンプレート１４，１４同士を互いに逆向きに重ね合わせた上でインナチューブ２の内周面に内接するようにこれに挿入したものであり、各フィンプレート１４の幅方向両端部には所定曲率をもって湾曲した円筒面形状のフランジ部１５が長手方向に沿って曲折形成されている。この円筒面形状のフランジ部１５はインナフィン１３が内接することになるインナチューブ２の内周面との接触面積（ろう付け面積）を可及的に大きく確保するために形成されている。したがって、図３，４に示すようにインナチューブ２にインナフィン１３を挿入したときにはそれ自体の自己弾性力のために各フランジ部１５の円弧状の頂部がインナチューブ２の内周面に圧接し、その状態をもってインナチューブ２にろう付けされ、同時にフィンプレート１４，１４同士もまたその重なり部分で相互にろう付けされる。
【００２１】
ここで、図３に示すように各フィンプレート１４には幅方向に伸びる複数のスリット１６，１６…が略等ピッチで形成されているとともに、そのスリット相当部において複数の補助フィン１７，１７…が斜めに略４５°の角度で切り起こし形成されていて、インナフィン１３自体に熱歪み吸収性能の付与と伝熱面積の増大化が図られている。スリット１６の１６，１６の数量、切り込み量、スリット同士のピッチおよび補助フィン１７，１７の切り起こし位置、角度は、任意に設定することができる。ただし、図１および図５，６では上記のスリット１６，１６…や補助フィン１７，１７…についてフランジ部１５とともには図示省略してある。
【００２２】
一方、アウタチューブ４はその一般部は中空円筒形状であるものの、各パイプ５，６との接続部となる長手方向両端部が局部的に内側に膨出した異形形状の膨出凹部１８となっていて、アウタチューブ４にミドルチューブ３を挿入した際にはアウタチューブ４側の膨出凹部１８とミドルチューブ３側の膨出凸部８が互いに直接接触しながら重なり合うように設定されている。すなわち、膨出凹部１８と膨出凸部８は互いに密着しやすくなるように例えば液圧バルジ成形法等によりその頂部が平坦面をもって形成され、同時に中央部にはパイプ挿入穴１９が予め形成されている。これにより、ミドルチューブ３とアウタチューブ４との間には外側の被冷却体通路２０が形成される。
【００２３】
そして、膨出凹部１８と膨出凸部８をそれぞれ重ね合わせた状態で冷却媒体導入パイプ５および冷却媒体吐出パイプ６の根元側の先端部をパイプ挿入穴に挿入してかしめ加工を施すことにより、各パイプ５，６が冷却媒体通路１１と連通するようにミドルチューブ３およびアウタチューブ４に対して機械的に接続され、同時にろう付けが施されている。
【００２４】
すなわち、冷却媒体導入パイプ５および冷却媒体吐出パイプ６の根元側の先端部には予めビード部２１が膨出形成されていて、このビード部２１をアウタチューブ４側の膨出凹部１８の平坦面に押し当てながら最先端部２２をフレア状に拡径するべくかしめ加工を施すことにより、膨出凹部１８と膨出凸部８とが互いに重なり合ったままで表裏両面側から挟み込まれるようにして共締め固定されている。
【００２５】
ここで、上記のようにアウタチューブ４側に膨出凹部１８を形成してこの部分を各パイプ５，６との接続部とすることにより、図２から明らかなようにアウタチューブ４の軸直角断面において各パイプ５，６との接続部までもがアウタチューブ４の円筒形状内に完全におさまっていて、アウタチューブ４側での無用な張り出し感が伴わない構造となっている。同時に、ミドルチューブ３側の膨出凸部８とアウタチューブ４側の膨出凹部１８を互いに重ね合わせることにより、ミドルチューブ３とアウタチューブ４との間に他の構造物を介在させることなしに外側の被冷却体通路２０として必要な通路断面積が確保されている。
【００２６】
また、上記の各構成要素のうち少なくともインナチューブ２とミドルチューブ３およびアウタチューブ４は例えば薄肉のステンレス製のものが採用され、各パイプ５，６およびインナフィン１３についても同種もしくは異種の伝熱性に優れた金属製のものが採用される。さらに、ろう付けによる各接合部位にはニッケルろー付け、銅ろー付け等が採用されていて、例えばろう付け部位に予め箔状のろう材を介在させておくか、ペースト状ろう材を塗布しておくか、もしくは接合部となるべき金属材料そのものに予めろう材を積層したクラッド材や金属材料の表面にろう材となる銅メッキを施したものを使用するなど適宜なろう材供給を図ったうえで、各構成要素同士を組み付けた状態で全体を所定の炉内で加熱することにより各部が一斉にろう付けされる。
【００２７】
このように構成されたＥＧＲガスクーラ１によれば、図６に示すように冷却媒体導入パイプ５を入口側とし冷却媒体吐出パイプ６を出口側として冷却媒体通路１１を図示しないラジエータとの間で冷却水が循環するものとすると、ＥＧＲガスはＥＧＲクーラ１の一方の端部１ａから他方の端部１ｂから向かって流れることになる。この場合、各パイプ５，６との接続部までもがアウタチューブ４の円筒形状内に完全におさまり、アウタチューブ４側での無用な張り出しが伴わない構造となっているので、ＥＧＲガスは流通に際し無用な抵抗を受けることなく出口側へ導かれ、ＥＧＲガス中の煤等の付着も最小限に抑えられる。また、ＥＧＲガスは冷却媒体通路１１の内周側の被冷却体通路１２と冷却媒体通路１１の外周側の被冷却体通路２０との二層に分かれるものの、ともに冷却媒体通路１１内を流れる冷却水との熱交換作用により冷却される。そして、外側の被冷却体通路２０を形成しているアウタチューブ４は外気に露出しており、その表面積は、他のチューブに比べ最も広いので、その外側の被冷却体通路２０を流れるＥＧＲガスについては外気との熱交換作用による冷却効果をも得ることができる。
【００３５】
なお、上記実施の形態では、チューブ本体としてのインナチューブ２にインナフィンを内挿してなるエレメントチューブ５０〜５２を、そのインナチューブ２を最内層とする多重管式（三重管式）のＥＧＲクーラ１に適用した場合について説明したが、各実施の形態のエレメントチューブ５０〜５２を、多数のエレメントチューブを集約してなる多管式の熱交換器のエレメントチューブとして適用することももちろん可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るエレメントチューブの第１の実施の形態として、そのエレメントチューブを内燃機関の多重管式ＥＧＲガスクーラに適用した状態を示す断面図。
【図２】  図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図３】  図２に示すインナフィンを形成しているフィンプレートの要部斜視図。
【図４】  図２の要部拡大図。
【図５】  エレメントチューブを形成しているインナチューブ（チューブ本体）とインナフィンの相互関係を示す分解斜視図。
【図６】  図１のＥＧＲガスクーラにおける冷却水とＥＧＲガスの流れを示す説明図。
【図７】  従来の熱交換器用エレメントチューブの一例を示す要部斜視図。
【図８】  図７の分解斜視図。
【符号の説明】
１…ＥＧＲガスクーラ（熱交換器）
２…インナチューブ（チューブ本体）
３…ミドルチューブ
４…アウタチューブ
１３…インナフィン
１４…フィンプレート
１５…フランジ部
１６…スリット
１７…補助フィン
５０…エレメントチューブ
【図１】
0004009157.tif 000002
【図２】
0004009157.tif 000003
【図３】
0004009157.tif 000004
【図４】
0004009157.tif 000005
【図５】
0004009157.tif 000006
【図６】
0004009157.tif 000007
【図７】
0004009157.tif 000008
【図８】
0004009157.tif 000009