JP2003314982A - ２重管式熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 伝熱管内部における流体の攪拌効果を向上さ
せることができる、熱交換率が高く、簡素な構造の２重
管式熱交換器を提供する。 【解決手段】 ２重管式熱交換器１においては、シェル
２内に異形断面部を有する伝熱管３が配置され、伝熱管
３内に攪拌部材が配置されている。この攪拌部材は、パ
ンチングメタルからなる円筒状の鞘管１０と、該鞘管１
０内に配置されるツイストテープ部材１１とで構成され
ている。ここで、ツイストテープ部材１１は、スタティ
ックミキサとして機能し、伝熱管３内を流れる被冷却流
体を攪拌する。他方、鞘管１０は、ツイストテープ部材
１１を支持する。円筒状の鞘管１０の周壁には、多数の
開口部１０ａが形成されている。ツイストテープ部材１
１によって攪拌された伝熱管中心部の被冷却流体は、開
口部１０ａを通り抜けて伝熱管内壁面に接触する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内管内に、該内管
内を流れる流体を攪拌する攪拌部材が設けられた２重管
式熱交換器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、内燃機関には、排気ガス中の窒
素酸化物を低減するために、排気ガスの一部を吸気系に
循環させる排気ガス循環装置（ＥＧＲ装置）が設けられ
る。このＥＧＲ装置には、循環する高温の排気ガス（Ｅ
ＧＲガス）を、吸気系に導入する前に冷却する熱交換器
（ＥＧＲクーラ）が設けられる。かかるＥＧＲクーラに
おいて、高温のＥＧＲガスを流通させる伝熱管の材料と
しては、通常、耐熱性及び耐腐食性の高いステンレス材
等が使用される。

【０００３】かかるＥＧＲクーラとしては、従来、図１
３（ａ）、（ｂ）に示すような多管式熱交換器が広く用
いられている。図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、こ
のＥＧＲクーラとして用いられる多管式熱交換器１００
では、シェル１０１内において両結束板１０２（ヘッ
ダ）間を伸びる複数の伝熱管１０３内を、被冷却流体で
ある高温のＥＧＲガスが流れる一方、シェル１０１と両
結束板１０２と複数の伝熱管１０３とによって画成され
る冷却液通路１０４内を冷却液が流れるようになってい
る。そして、高温のＥＧＲガスは、多管式熱交換器１０
０の一端に導入され、複数の伝熱管１０３内を流通しつ
つ冷却液によって冷却された後、多管式熱交換器１００
の他端から排出され、吸気系（インテークマニホール
ド）に導入される。

【０００４】ここで、伝熱管１０３と結束板１０２との
接合、あるいは伝熱管１０３と他の構成部品との接合
は、一般的にろう接により行われる。この場合、伝熱管
１０３３と結束板１０２との接合強度は、接合に用いら
れるるろう材の強度に依存する。したがって、伝熱管１
０３内に高温の被冷却流体（例えば、６５０℃以上のＥ
ＧＲガス）を流す場合は、被冷却流体の温度は、ろう材
の耐熱温度よりも低い温度でなければならないといった
制約がある。また、多管式熱交換器１００は、構成部品
が多いため、その製作コストが高くなるといった問題も
ある。

【０００５】このような被冷却流体の温度に対する制約
を解消するために、伝熱管１０３と結束板１０２とを溶
接で接合するといった対応が考えられる。しかし、この
場合は、溶接の熱の影響により結束板１０２に歪が生じ
たり気密性不良が生じるのを防止するため、伝熱管同士
の配置間隔を広げる必要がある。このように伝熱管同士
の配置間隔を広げると、熱交換器の寸法が大きくなると
いった問題が生じる。また、複数の伝熱管１０３を１つ
ずつ溶接しなければならないので、不経済であるといっ
た問題もある。

【０００６】上記問題を解決するため、例えば図１４
（ａ）、（ｂ）に示すような２重管式熱交換器からなる
ＥＧＲクーラが提案されている。図１４（ａ）、（ｂ）
に示すように、このＥＧＲクーラとして用いられる２重
管式熱交換器１１０では、シェル１１１（外管）内に単
一の伝熱管１１２（内管）が同軸状に配置され、伝熱管
１１２内を、被冷却流体である高温のＥＧＲガスが流れ
る一方、シェル１１１と伝熱管１１２とによって画成さ
れる冷却液通路１１３内を冷却液が流れるようになって
いる。

【０００７】ここで、伝熱管１１２には、その断面形状
でみて、円周方向に等角度間隔で配置され、それぞれ伝
熱管中心方向にへこむ複数の凹部１１４が形成されてい
る。その結果、伝熱管１１２の凹部１１４が形成されて
いない部分は、円周方向に等角度間隔で配置された凸部
１１５となる。つまり、伝熱管１１２の断面形状は異形
となっている。この伝熱管１１２では、凹部１１４と凸
部１１５とが形成されているので、単純な円筒形の伝熱
管に比べて、その伝熱面積が大きくなり、熱交換率の向
上が図られる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに伝熱管の断面形状を異形にして伝熱面積を増加させ
ても、従来の２重管式熱交換器では、後記の理由によ
り、多管式熱交換器に比べて、その熱交換率は低い水準
に留まっている。

【０００９】例えば、図１５に示すように、伝熱管１２
０としてスパイラル管を用いて、断面形状を異形にした
２重管式熱交換器が提案されている。しかし、この２重
管式熱交換器では、伝熱管１２０の伝熱面積は増加する
ものの、伝熱管１２０の中心部を流れる被冷却流体は、
伝熱面である伝熱管内壁面に接触しにくいので、熱交換
率が低いといった問題がある。

【００１０】図１６に示すように、シェル１２１（外
管）内に同軸状に配置された伝熱管１２２（内管）の外
周に複数の凹状の溝部１２３を設けて伝熱管断面を花弁
状にした２重管式熱交換器も提案されている。しかし、
この２重管式熱交換器でも、伝熱管としてスパイラル管
を用いた場合と同様に、伝熱管中心部あるいは花弁中心
部を流れる被冷却流体が、伝熱面である伝熱管内壁面に
接触しにくいといった問題がある。

【００１１】また、前記の図１４（ａ）、（ｂ）に示す
２重管式熱交換器でも、図１５又は図１６に示す２重管
式熱交換器の場合と同様の問題がある。さらに、この２
重管式熱交換器では、異形の伝熱管（内管）を製作する
際に、断面が円形の素管を花弁状に塑性加工すると、図
１４（ａ）に示すように、その周長の違いから、伝熱管
１１２の凹部１１４ないし凸部１１５の厚さｔ２が、素
管の厚さｔ１よりも薄くなり、耐食性が低くなるといっ
た問題がある。

【００１２】なお、図１７（ａ）〜（ｅ）に示すよう
に、冷凍サイクル装置用の２重管式熱交換器について
は、シェル１２５内に配設される伝熱管１２６として、
種々の形状のものが提案されている。しかしながら、こ
のような伝熱管１２６を用いた２重管式熱交換器でも、
図１４〜図１６に示す２重管式熱交換器の場合と同様の
問題がある。

【００１３】図１８に示すように、シェル１２８（外
管）内に同軸状に配設された伝熱管１２９（内管）の中
心部付近に中実部材１３０を配置するとともに、伝熱管
１２９の内壁と中実部材１３０の外周部との間に花弁形
状の複数の伝熱フィン１３１を配置した２重管式熱交換
器も提案されている。この２重管式熱交換器では、伝熱
管１２９の中心部に中実部材１３０を配置することによ
り、被冷却流体が伝熱管１２９の中心部を流れるのを防
止して、該被冷却流体が伝熱管１２９や伝熱フィン１３
１に接触するのを促進するようにしている。

【００１４】しかし、この２重管式熱交換器では、伝熱
管１２９内での圧力損失が増加するといった問題があ
る。また、伝熱管１２９の中心部に中実部材１３０を配
置したことにより、伝熱管１２９内を流れる被冷却流体
が層流になりやすくなる。このため、被冷却流体が攪拌
されなくなり、被冷却流体が伝熱管１２９の内壁や伝熱
フィン１３１に接触しにくくなり、十分な熱交換率が得
られないといった問題がある。

【００１５】さらに、図１９に示すようなツイストテー
プ１３３を伝熱管（内管）の内部に配置した２重管式熱
交換器も提案されている。この場合、ツイストテープ１
３３は、伝熱管内部の被冷却流体を攪拌して熱交換率を
向上させる。あるいは、ツイストテープ１３３自体に伝
熱性をもたせれば、熱交換率を向上させることができ
る。しかしながら、ツイストテープ１３３を伝熱管にろ
う付け接合した場合、その接合力はろう材の強度（とく
に高温での接合強度）に依存する。このため、この２重
管式熱交換器は、ろう材の耐熱温度以下の温度の被冷却
流体に対してしか使用することができないといった問題
がある。また、高温の被冷却流体（ＥＧＲガス）によ
り、伝熱管及びツイストテープ１３３は、熱による膨張
と収縮とを繰り返し、接合部に熱疲労破壊が生じるおそ
れがある。

【００１６】なお、ろう付け接合を行わず、単純にツイ
ストテープ１３３を伝熱管内に挿入配置しただけの場
合、被冷却流体の温度（高温）によっては、ツイストテ
ープ１３３に生じさせた残留応力が除去され、その捻じ
り角度が変化して、冷却性能が低下するといった問題が
ある。また、ツイストテープ１３３を配置する伝熱管
は、その内部が円筒状の平滑面であるため、被冷却流体
の攪拌性が低く、熱交換率が向上しないといった問題も
ある。

【００１７】なお、２重管式熱交換器についてのこのよ
うな問題は、ＥＧＲクーラとして用いられる２重管式熱
交換器だけでなく、伝熱管内を高温の被冷却流体が流れ
る２重管式熱交換器でも同様に生じるものである。

【００１８】本発明は、上記従来の問題を解決するため
になされたものであって、伝熱管（内管）内部における
被冷却流体の攪拌効果を向上させることができ、熱交換
率が高く、かつ信頼性及び使用寿命を向上させることが
できるとともに、製造コストを低減することができる、
簡素な構造の２重管式熱交換器を提供することを解決す
べき課題とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
になされた本発明にかかる２重管式熱交換器は、その基
本的態様においては、（ｉ）円周方向に互いに離間して
配置され、それぞれ管中心部に向かって凹状となった複
数の溝部が外周部に形成された異形断面部を有する内管
（伝熱管）と、（ii）該内管を収容する外管（シェル）
とが設けられ、（iii）内管内を流れる流体と、内管外
面と外管内面とによって画成される流路を流れる流体と
の間で熱交換を行うようになっている２重管式熱交換器
において、（iv）内管内において各溝部の底部に接する
円柱形空間部内に配置され、各溝部の底部によって内管
径方向の位置が固定される一方、内管内を流れる流体を
攪拌する攪拌部材が設けられていることを特徴とするも
のである。

【００２０】この２重管式熱交換器によれば、内管が複
数の凹状の溝部を備えた異形断面部を有し、かつ攪拌部
材によって内管内の流体が攪拌されるので、内管内にお
ける被冷却流体の攪拌効果を向上させることができ、熱
交換率を高めることができ、かつ信頼性及び使用寿命を
向上させることができる。

【００２１】上記２重管式熱交換器においては、攪拌部
材が、上記円柱形空間部内に配置され、各溝部の底部に
よって内管径方向の位置が固定され、かつ周壁にこれを
貫通する複数の開口部が形成された略円筒形の鞘管と、
鞘管内において該鞘管によって支持され、鞘管内を流れ
る流体を攪拌するツイストテープ部材とで構成されてい
るのが好ましい。なお、鞘管は、円周方向の一部を切り
欠いた略Ｃ字形の断面形状を有するものであってもよ
い。このようにすれば、２重管式熱交換器の構造が簡素
なものとなり、その製造コストが低減される。

【００２２】この２重管式熱交換器においては、ツイス
トテープ部材のツイスト部の一端に、径方向の寸法が鞘
管の外径より大きく、内管の内径より小さい平面部が設
けられる一方、鞘管の一端に、上記平面部と係合するス
リットが形成され、攪拌部材の一端側では、上記平面部
と上記スリットとを係合させることによりツイストテー
プ部材と鞘管とが固定される一方、攪拌部材の他端側で
は、ツイストテープ部材を両側から挟み込むように鞘管
を押し潰す（プレス成形する）ことによりツイストテー
プ部材と鞘管とが固定されているのが好ましい。なお、
ツイストテープ部材の平面部の角部（コーナー部）を、
外管に接合された縮管部材の縮径開始部と、内管の円筒
部から異形断面部への縮径開始部とによって拘束（規
制）することにより、攪拌部材が軸方向に固定されてい
るのが好ましい。

【００２３】このようにすれば、ツイストテープ部材と
鞘管との固定にろう付け接合を用いないので、被冷却流
体の温度がろう材の耐熱温度以下に制約されるなどとい
った不具合は生じない。また、熱による膨張と収縮との
繰り返しにより接合部に熱疲労破壊が生じるなどといっ
た不具合も生じない。

【００２４】本発明の基本的態様にかかる２重管式熱交
換器においては、攪拌部材が、上記円柱形空間部内に配
置され、各溝部の底部によって内管径方向の位置が固定
され、かつ内管内を流れる流体を攪拌するツイストテー
プ部材で構成されていてもよい。この場合、２重管式熱
交換器の構造が簡素化される。

【００２５】本発明の基本的態様にかかる２重管式熱交
換器においては、攪拌部材が、上記円柱形空間部内に配
置され、各溝部の底部によって内管径方向の位置が固定
される一方、周壁にこれを貫通する複数の開口部が形成
された略円筒形の鞘管からなり、上記開口部が、鞘管内
を流れる流体を鞘管外に導いて内管内壁面に衝突させる
形状に形成されていてもよい。なお、鞘管の両端部に、
それぞれ、内管の異形断面部から円筒部への移行部の拡
管に対応して拡がり、先端部の径が、上記円柱形空間部
の径よりも大きくなっている拡管部が設けられているの
が好ましい。この場合も、２重管式熱交換器の構造が簡
素化される。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を具体
的に説明する。図１（ａ）〜（ｄ）に示すように、ＥＧ
Ｒクーラとして用いられる２重管式熱交換器１には、シ
ェル２（外管）と、該シェル２内にこれと同軸状に配置
された単一の伝熱管３（内管）とが設けられている。な
お、以下では、便宜上、図１（ａ）中の位置関係におけ
る左側及び右側を、それぞれ、２重管式熱交換器１の
「前側」及び「後側」ということにする。

【００２７】前後方向に長手となるように配置されたシ
ェル２の前後の両端部には、それぞれ、シェル２と離間
する方向に向かって径が縮小する縮管部材４ａ、４ｂが
接合されている。なお、各縮管部材４ａ、４ｂには、そ
れぞれ、該２重管式熱交換器１をＥＧＲ通路（図示せ
ず）に接続（ボルト締結）するためのフランジ５ａ、５
ｂが取り付けられている。また、シェル２の前端部近傍
及び後端部近傍には、それぞれ、２重管式熱交換器１に
冷却流体（冷却水）を給排するための接続管６ａ、６ｂ
が取り付けられている。

【００２８】伝熱管３は、前後の端部近傍ではそれぞれ
円筒形であり（素管のまま）、この円筒形の部分（以
下、「伝熱管円筒部」という。）は、それぞれ、シェル
２ないし縮管部材４ａ、４ｂ（径が縮小していない部
分）と当接（嵌合）している。したがって、この部位で
は、シェル２と伝熱管３とは２重管構造となっていな
い。そして、両伝熱管円筒部間では、伝熱管３は小径と
なっている（以下、「伝熱管小径部」という。）。この
部位では、シェル２と伝熱管３とは２重管構造となって
いる。なお、伝熱管円筒部と伝熱管小径部との境界部で
は、伝熱管３は前後方向の中心部側に向かってテーパ状
に径が縮小している。

【００２９】伝熱管小径部には、断面形状でみて、円周
方向に等角度間隔で配置され、それぞれ伝熱管中心部方
向に凹状となった複数の溝部７が形成されている。その
結果、伝熱管小径部の溝部７が形成されていない部分
は、円周方向に等角度間隔で並ぶ凸部８となっている。
つまり、伝熱管小径部の断面形状は異形となっている
（伝熱管小径部は「異形断面部」である。）。なお、各
溝部７及び各凸部８は、それぞれ、前後方向（伝熱管長
手方向）に直線状に伸びている。このように、伝熱管小
径部（異形断面部）には、溝部７と凸部８とが形成され
ているので、単純な円筒形の伝熱管に比べて、その伝熱
面積が大きくなり、熱交換率が向上する。

【００３０】この２重管式熱交換器１では、前側の接続
管６ａを介して、シェル２の内周面と伝熱管３の外周面
とによって画成された冷却液通路９に、冷却水（冷却流
体）が導入される。冷却液通路９内を流通した冷却水
は、後側の接続管６ｂを介して排出される。他方、伝熱
管３には、前側の縮管部材４ａを介して、被冷却流体で
ある高温のＥＧＲガスが導入される。このＥＧＲガス
は、伝熱管３内を前側から後側に向かって流通しつつ冷
却水によって冷却された後、後側の縮管部材４ｂを介し
て排出される。

【００３１】ところで、前記のとおり、単に異形形状の
伝熱管を用いた２重管式熱交換器（図１４（ａ）、
（ｂ）参照）では、伝熱管内部での被冷却流体（媒体）
の攪拌不足に起因して、被冷却流体の伝熱管内壁への接
触不足が生じ、その熱交換率が低くなる。そこで、本発
明にかかるこの２重管式熱交換器１では、伝熱管３の異
形断面部において、複数の溝部７の底部、すなわち伝熱
管中心部に向かって突出する複数の先端部に接する円柱
形空間部に、被冷却流体（ＥＧＲガス）の攪拌を促進す
る攪拌部材を配置している。

【００３２】つまり、本発明にかかる２重管式熱交換器
１では、伝熱管小径部を溝部７及び凸部８を備えた異形
形状に形成して伝熱面積を増加させたことによる伝熱効
率の向上効果と、攪拌部材を配置して伝熱管小径部内で
の被冷却流体の攪拌を促進させたことによる伝熱効率の
向上効果との相乗効果により、従来の２重管式熱交換器
における上記各問題を解決している。

【００３３】以下、この攪拌部材の具体的な構成及び機
能を説明する。この攪拌部材は、パンチングメタルから
なる円筒状の鞘管１０と、該鞘管１０内に配置されるツ
イストテープ部材１１とで構成されている。ここで、ツ
イストテープ部材１１は、スタティックミキサとして機
能し、伝熱管３内を流れる被冷却流体を有効に攪拌す
る。他方、鞘管１０は、ツイストテープ部材１１を支持
する。円筒状の鞘管１０の周壁には、多数の開口部１０
ａ（貫通孔）が形成されている。ツイストテープ部材１
１によって攪拌された伝熱管中心部の被冷却流体は、こ
れらの開口部１０ａを通り抜けて、伝熱管内壁面（花弁
状壁面）に接触（衝突）する。

【００３４】図２（ａ）、（ｂ）に示すように、ツイス
トテープ部材１１は、被冷却流体を有効に攪拌できるよ
うな形状にねじられたツイスト部１１ａと、該ツイスト
テープ部材１１を鞘管１０に対して、その長手方向（軸
線方向）に位置決めないし固定するための平面部１１ｂ
とを備えている。他方、図３に示すように、円筒状の鞘
管１０の周壁には、多数の円形の開口部１０ａが形成さ
れている。

【００３５】この鞘管１０では、開口部１０ａの形状は
円形であるが、開口部１０ａの形状は円形に限定される
わけではない。例えば、図４（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、鞘管１０の周壁に、長円形ないしは楕円形の開口部
１０ａを形成してもよい。また、それ以外の形状であっ
てもよい。また、この鞘管１０は、その円周方向に切れ
目のないパイプ状のものであるが、円周方向の一部で切
断されている（切り欠かれた）、略Ｃ字形の断面形状を
もつ鞘管を用いてもよい。

【００３６】ツイストテープ部材１１は、その大部分が
鞘管１０内に収容され（ツイスト部１０ａの先端部及び
平面部１０ｂを除く）、鞘管１０に固定される。以下、
鞘管１０へのツイストテープ部材１１の固定手法を説明
する。図５（ａ）、（ｂ）に示すように、鞘管１０の、
長手方向の一方の端部には、鞘管端部に開口するスリッ
ト１０ｂ（割筋）が形成されている。このスリット１０
ｂの幅は、ツイストテープ部材１１の平面部１１ｂと嵌
合（係合）できるように好ましく設定されている。

【００３７】なお、以下では、便宜上、鞘管１０につい
ては、その長手方向（軸線方向）にみてスリット１０ｂ
が形成されている方を「前」といい、これと反対側を
「後」という。また、ツイストテープ部材１１について
は、その長手方向（軸線方向）にみて平面部１１ｂが形
成されている方を「前」といい、これと反対側を「後」
という。つまり、鞘管１０あるいはツイストテープ部材
１１の「前・後」は、２重管式熱交換器１の「前・後」
と一致する。

【００３８】ツイストテープ部材１１を鞘管１０に固定
する際には、ツイスト部１１ａを鞘管１０内に前側端部
から挿入し、平面部１１ｂをスリット１０ｂに嵌合させ
る。これにより、ツイストテープ部材１１の前端部は、
鞘管１０の前端部に固定される。なお、このとき、ツイ
スト部１１ａの後端近傍部（先端近傍部）は、鞘管１０
を通り抜けて、鞘管後端部から後方にやや突出する。

【００３９】この後、図６（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、鞘管１０の後端近傍部にプレス加工等を施して、ツ
イスト部１１ａの後端近傍部を両側から挟み込むように
鞘管１０を押し潰し（プレス成形し）、鞘管１０をツイ
スト部１１ａに圧着させる。これにより、ツイストテー
プ部材１１の後端部が鞘管１０の後端部に固定される。
なお、図６（ａ）、（ｂ）において、１０ｃは鞘管１０
の圧着部（押し潰された部分）を示している。

【００４０】かくして、ツイストテープ部材１１は、平
面部１１ｂとスリット１０ｂとを嵌合させ、かつ鞘管１
０の後端部とツイスト部１０ａの後端部とを圧着させる
ことにより、鞘管１０に強固に固定（支持）される。図
７は、このようにして、ツイストテープ部材１１が鞘管
１０に固定された状態を示している。

【００４１】このように、この２重管式熱交換器１で
は、従来のこの種の２重管式熱交換器とは異なり、ツイ
ストテープ部材１１と鞘管１０との固定にろう付け接合
を用いないので、被冷却流体の温度がろう材の耐熱温度
以下に制約されるなどといった不具合は生じない。ま
た、熱による膨張と収縮との繰り返しにより接合部に熱
疲労破壊が生じるなどといった不具合も生じない。ま
た、単純にツイストテープを伝熱管内に挿入配置しただ
けの場合に生じる、高温の被冷却流体の温度によって、
ツイストテープに生じさせた残留応力が除去され、その
捻じり角度が変化して、冷却性能が低下するといった不
具合も生じない。

【００４２】鞘管１０へのツイストテープ部材１１の固
定手法としては、嵌合及びプレス圧着による上記手法
（以下、「嵌合・プレス圧着法」という。）のほか、種
々の手法を用いることができる。図８（ａ）は、嵌合・
プレス圧着法以外の鞘管１０へのツイストテープ部材１
１の固定手法の一例を示している。図８（ａ）に示すよ
うに、この固定手法では、鞘管１０の前端部とツイスト
テープ部材１１とを溶接により接合するとともに、鞘管
１０の後端部とツイストテープ１０部材とを溶接により
接合している。この固定手法でも、高温の被冷却流体の
影響により、ツイストテープ部材１１の捻じり残留応力
が除去されて捻じり角度が変化するといった不具合が生
じるのを防止することができる。

【００４３】図８（ｂ）は、嵌合・プレス圧着法以外の
鞘管１０へのツイストテープ部材１１の固定手法のもう
１つの例を示している。図８（ｂ）に示すように、この
固定手法では、鞘管１０とツイストテープ部材１１と
を、両者の接触部全体をろう付け接合することに固定し
ている。この固定手法は、被冷却流体が比較的低温の場
合に用いることができる。なお、鞘管１０とツイストテ
ープ部材１１とを、両者の接触部全体でろう付け接合す
るのでなく、鞘管１０の前端近傍部と後端近傍部とを、
それぞれ、ツイストテープ部材１１にろう付け接合して
もよい。

【００４４】以下、鞘管１０とツイストテープ部材１１
とで構成される攪拌部材を備えた２重管式熱交換器１の
製作手法を説明する。図９（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ
２重管式熱交換器１を構成する、組み立て前における、
シェル２（外管）と、鞘管１０及びツイストテープ部材
１１からなる攪拌部材と、前側の縮管部材４ａ及びフラ
ンジ５ａと、伝熱管３（内管）と、後側の縮管部材４ｂ
及びフランジ５ｂとを示している。ここで、シェル２の
内径と、縮管部材４ａ、４ｂの円筒部の内径と、伝熱管
３の両端円筒部の外径とは、シェル２及び縮管部材４
ａ、４ｂの円筒部に伝熱管３を挿入（嵌入）できる寸法
に設定されている。また、伝熱管３の両端円筒部の外径
は、伝熱管３の両円筒部間における凸部８の外径よりも
大きい寸法に設定されている。

【００４５】そして、２重管式熱交換器１を製作する
（組み立てる）際には、まず、鞘管１０とツイストテー
プ部材１１とからなる攪拌部材を、伝熱管３内にその前
端部から挿入する。なお、攪拌部材は、ツイストテープ
部材１１の平面部１１ｂが伝熱管３の前側の円筒部内に
完全に収容されるまで、伝熱管３内に挿入される。この
とき、攪拌部材を構成する鞘管１０は、伝熱管３の各溝
部７の底部（伝熱管中心部に向かって突出する部分）に
よって、伝熱管の径方向に位置決めないし固定される。

【００４６】次に、内部に攪拌部材を収容している伝熱
管３を、シェル２内に挿入する。このとき、伝熱管３の
両端円筒部の一部はシェル外に突出する。続いて、伝熱
管３の前後の各円筒部の、シェル外に突出している部分
に、それぞれ、フランジ５ａ、５ｂを伴った縮管部材４
ａ、４ｂを外嵌する（組み付ける）。

【００４７】この後、シェル２と伝熱管３とを溶接によ
り接合するとともに、縮管部材４ａ、４ｂと伝熱管３と
を溶接により接合し、２重管式熱交換器１が完成する。
ここで、図１０に示すように、シェル２の前端部近傍に
おいて、Ｗで示す部分に溶接を施し、シェル２と伝熱管
３と前側の縮管部材４ａとを同時に接合してもよい（シ
ェル２の後端部近傍でも同様）。また、シェル２と伝熱
管３の接合と、縮管部材４ａ、４ｂと伝熱管３の接合と
を、別々に施工してもよい。なお、被冷却流体の温度が
比較的低い場合は、溶接に代えてろう付けにより、シェ
ル２と伝熱管３と縮管部材４ａ、４ｂとを接合してもよ
い。

【００４８】この２重管式熱交換器１においては、鞘管
１０とツイストテープ部材１１とからなる攪拌部材を確
実に固定することが必要である。攪拌部材が前後方向
（軸線方向）に移動すると、内燃機関の排気系や吸気系
の管路を閉塞させたり、被冷却流体の攪拌性を変化させ
て熱交換率を低下させるおそれがあるからである。

【００４９】しかしながら、この２重管式熱交換器１で
は、鞘管１０とツイストテープ１１とからなる攪拌部材
の前後方向（軸方向）の位置は、ツイストテープ部材１
１の平面部１１ｂの４つの角部と、縮管部材４ａの径縮
小開始部及び伝熱管３の径縮小開始部との係合により拘
束（規制）されるので、該攪拌部材の前後方向のずれな
いし移動は起こらない。

【００５０】このように、この２重管式熱交換器１で
は、原則的には、従来のこの種の２重管式熱交換器とは
異なり、ツイストテープ部材１１と鞘管１０との固定に
ろう付け接合を用いないので、被冷却流体の温度がろう
材の耐熱温度以下に制約されるなどといった不具合は生
じない。また、単純にツイストテープを伝熱管内に挿入
配置しただけの場合に生じる、高温の被冷却流体の温度
によって、ツイストテープに生じさせた残留応力が除去
され、その捻じり角度が変化して、冷却性能が低下する
といった不具合も生じない。

【００５１】ただし、被冷却流体の温度が比較的低い場
合は、ツイストテープ部材１１の平面部１１ｂを用い
ず、ツイストテープ１１と鞘管１０とをろう付け接合し
てもよい。なお、振動等により発生するガタツキ音等が
問題になる場合は、攪拌部材の両端部を伝熱管３に部分
的に溶接接合してもよい。

【００５２】以下、この２重管式熱交換器１のより具体
的な施工例ないしは実施態様を説明する。この実施の形
態にかかる２重管式熱交換器１では、これを構成するす
べての部材を、高温状態における耐熱性及び耐腐食性の
高いステンレス材を用いて形成している。しかしなが
ら、これらの各部材の材料はステンレス材に限定される
わけではない。使用条件によっては、他の材料、例えば
銅合金、アルミニウム合金、亜鉛合金等を用いてもよ
い。

【００５３】この実施の形態にかかる２重管式熱交換器
１は、内燃機関のＥＧＲクーラであり、被冷却流体は高
温のＥＧＲガスであり、冷却流体は冷却水である。しか
しながら、本発明にかかる２重管式熱交換器１は、ＥＧ
Ｒクーラとしての用途に限定されるわけではなく、種々
の被冷却流体及び冷却流体を対象とする熱交換器に用い
ることができる。この２重管式熱交換器１は、例えば、
被冷却流体が気体ではなく液体である場合にも用いるこ
とができる。

【００５４】また、この実施の形態にかかる２重管式熱
交換器１では、伝熱管３の複数の溝部７は、伝熱管円周
方向に等角度間隔で配置されている。しかしながら、溝
部７の配置形態は、これに限定されるわけではない。伝
熱管中心部に攪拌部材を位置決めないし固定して支持す
ることができれば、すなわち複数の溝部７の各底部（先
端部）が、円筒状の攪拌部材ないし鞘管１０の外周面に
当接すれば、溝部７は伝熱管円周方向に非等角度間隔で
配置されていてもよい。

【００５５】以下、本発明の実施の形態の変形例を説明
する。図１１（ａ）、（ｂ）は、１つの変形例を示して
いる。図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、この変形例
にかかる２重管式熱交換器１’では、攪拌部材には鞘管
１０は用いられず、伝熱管３（内管）内にはツイストテ
ープ部材１１だけが直接配設されている。なお、ツイス
トテープ部材１１は、伝熱管中心部付近において、各溝
部７の底部（先端部）に接する円柱形空間部（接円）内
に配置されている。この場合、ツイストテープ部材１１
（攪拌部材）の伝熱管３への接合は、例えば、ツイスト
テープ部材１１の前後の両端近傍部を伝熱管３の任意の
部分に溶接することにより行われる。また、被冷却流体
の温度が比較的低い場合は、ツイストテープ部材１１と
伝熱管３とを、部分的にろう付けすることにより、ある
いはツイストテープ部材１１と伝熱管３との接触部全体
をろう付けすることにより接合してもよい。

【００５６】図１２（ａ）〜（ｄ）は、もう１つの変形
例を示している。図１２（ａ）〜（ｄ）に示すように、
この変形例にかかる２重管式熱交換器１”では、攪拌部
材にはツイストテープ部材１１は用いられず、伝熱管３
（内管）内には鞘管１０だけが配設されている。なお、
鞘管１０は、本発明の実施の形態にかかる２重管式熱交
換器１の場合と同様に、伝熱管中心部付近において、各
溝部７の底部（先端部）に接する円柱形空間部（接円）
内に配置されている。

【００５７】この変形例において、鞘管１０（攪拌部
材）の伝熱管３への接合は、例えば、鞘管１０の前後の
両端近傍部を伝熱管３の任意の部分に溶接することによ
り行われる。また、被冷却流体の温度が比較的低い場合
は、鞘管１０と伝熱管３とを、部分的にろう付けするこ
とにより、あるいは鞘管１０と伝熱管３との接触部全体
をろう付けすることにより接合してもよい。

【００５８】ただし、鞘管１０と伝熱管３とを溶接する
ことができない場合は、図１２（ａ）に示すように、鞘
管１０の両端部を、それぞれ、伝熱管３の異形断面部か
ら円筒部への移行部に、異形断面部の内接円筒よりも大
きくなるように拡管してもよい。図１２（ｂ）〜（ｄ）
は、鞘管１０の周壁面に形成される開口部１０ａの変形
例を示している。図１２（ｂ）〜（ｄ）に示すように、
これらの開口部１０ａは、鞘管１０内の被冷却流体が鞘
管１０外に導かれて伝熱管３の内壁に衝突（接触）する
ように、周壁を鞘管中心方向に向かって変形させること
により形成されている。

【００５９】

【発明の効果】以上、本発明によれば、伝熱管内部にお
ける被冷却流体の攪拌効果を向上させることができ、熱
交換率が高く、かつ信頼性及び使用寿命を向上させるこ
とができるとともに、製造コストを低減することができ
る、簡素な構造の２重管式熱交換器を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （ａ）は本発明の実施の形態を示す２重管式
熱交換器の一部断面側面図であり、（ｂ）〜（ｄ）はそ
れぞれ（ａ）に示す２重管式熱交換器のＡ−Ａ線断面
図、Ｂ−Ｂ線断面図及びＣ−Ｃ線断面図である。

【図２】 （ａ）はツイストテープ部材の側面図であ
り、（ｂ）は（ａ）に示すツイストテープ部材の正面図
である。

【図３】 円形の開口部を備えた鞘管の側面図である。

【図４】 （ａ）は長円の開口部を備えた鞘管の側面図
であり、（ｂ）は（ａ）に示す鞘管の一部を拡大して示
す図である。

【図５】 （ａ）は鞘管の前端近傍部の側面図であり、
（ｂ）は（ａ）に示す鞘管の正面図である。

【図６】 （ａ）はツイストテープ部材が固定された状
態における鞘管の後端近傍部の側面図であり、（ｂ）は
（ａ）に示す鞘管の後面図である。

【図７】 ツイストテープ部材と鞘管とからなる攪拌部
材の側面図である。

【図８】 （ａ）は攪拌部材の１つの変形例の側面図で
あり、（ｂ）は攪拌部材のも１つの変形例の側面図であ
る。

【図９】 （ａ）はシェルの側面断面図であり、（ｂ）
は鞘管及びツイストテープ部材からなる攪拌部材の一部
断面側面図であり、（ｃ）は前側の縮管部材及びフラン
ジの側面断面図であり、（ｄ）は伝熱管の側面断面及び
正面断面を示す図であり、（ｅ）は後側の縮管部材及び
フランジの側面断面図である。

【図１０】 ２重管式熱交換器の前端近傍部の側面断面
図である。

【図１１】 （ａ）は本発明の１つの変形例にかかる２
重管式熱交換器の側面断面図であり、（ｂ）は（ａ）に
示す２重管式熱交換器のＤ−Ｄ線断面図である。

【図１２】 （ａ）は本発明のもう１つの変形例にかか
る２重管式熱交換器の側面断面図であり、（ｂ）は
（ａ）に示す２重管式熱交換器を構成する鞘管の側面図
であり、（ｃ）は（ｂ）に示す鞘管の正面図であり、
（ｄ）は（ｂ）に示す鞘管の側面断面図である。

【図１３】 （ａ）は従来の多管式熱交換器の側面断面
図であり、（ｂ）は（ａ）に示す多管式熱交換器の正面
断面図である。

【図１４】 （ａ）は従来の２重管式熱交換器の側面断
面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す２重管式熱交換器の
正面断面図である。

【図１５】 従来のスパイラル管からなる伝熱管の側面
断面図である。

【図１６】 従来の２重管式熱交換器の正面断面図であ
る。

【図１７】 （ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、伝熱管の断
面形状が互いに異なる５つの従来の２重管式熱交換器の
正面断面図である。

【図１８】 従来の２重管式熱交換器の正面断面図であ
る。

【図１９】 従来のツイストテープの側面図である。

【符号の説明】

１…２重管式熱交換器、１’…２重管式熱交換器、１”
…２重管式熱交換器、２…シェル（外管）、３…伝熱管
（内管）、４ａ…縮管部材、４ｂ…縮管部材、５ａ…フ
ランジ、５ｂ…フランジ、６ａ…接続管、６ｂ…接続
管、７…溝部、８…凸部、９…冷却液通路、１０…鞘
管、１０ａ…開口部、１０ｂ…スリット、１０ｃ…圧着
部、１１…ツイストテープ部材、１１ａ…ツイスト部、
１１ｂ…平面部。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G062 ED08 ED10 3L103 AA01 AA12 AA27 AA35 BB39 CC02 CC27 DD08 DD09 DD10 DD17 DD38

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円周方向に互いに離間して配置され、そ
   れぞれ管中心部に向かって凹状となった複数の溝部が外
   周部に形成された異形断面部を有する内管と、該内管を
   収容する外管とが設けられ、内管内を流れる流体と、内
   管外面と外管内面とによって画成される流路を流れる流
   体との間で熱交換を行うようになっている２重管式熱交
   換器において、 内管内において各溝部の底部に接する円柱形空間部内に
   配置され、各溝部の底部によって内管径方向の位置が固
   定される一方、内管内を流れる流体を攪拌する攪拌部材
   が設けられていることを特徴とする２重管式熱交換器。
2. 【請求項２】 攪拌部材が、上記円柱形空間部内に配置
   され、各溝部の底部によって内管径方向の位置が固定さ
   れ、かつ周壁にこれを貫通する複数の開口部が形成され
   た略円筒形の鞘管と、 鞘管内において該鞘管によって支持され、鞘管内を流れ
   る流体を攪拌するツイストテープ部材とで構成されてい
   ることを特徴とする請求項１に記載の２重管式熱交換
   器。
3. 【請求項３】 鞘管が、円周方向の一部を切り欠いた略
   Ｃ字形の断面形状を有することを特徴とする請求項２に
   記載の２重管式熱交換器。
4. 【請求項４】 ツイストテープ部材のツイスト部の一端
   に、径方向の寸法が鞘管の外径より大きく、内管の内径
   より小さい平面部が設けられる一方、鞘管の一端に、上
   記平面部と係合するスリットが形成され、 攪拌部材の一端側では、上記平面部と上記スリットとを
   係合させることによりツイストテープ部材と鞘管とが固
   定される一方、攪拌部材の他端側では、ツイストテープ
   部材を両側から挟み込むように鞘管を押し潰すことによ
   りツイストテープ部材と鞘管とが固定されていることを
   特徴とする請求項２に記載の２重管式熱交換器。
5. 【請求項５】 ツイストテープ部材の平面部の角部を、
   外管に接合された縮管部材の縮径開始部と、内管の円筒
   部から異形断面部への縮径開始部とによって拘束するこ
   とにより、攪拌部材が軸方向に固定されていることを特
   徴とする請求項４に記載の２重管式熱交換器。
6. 【請求項６】 攪拌部材が、上記円柱形空間部内に配置
   され、各溝部の底部によって内管径方向の位置が固定さ
   れ、かつ内管内を流れる流体を攪拌するツイストテープ
   部材で構成されていることを特徴とする請求項１に記載
   の２重管式熱交換器。
7. 【請求項７】 攪拌部材が、上記円柱形空間部内に配置
   され、各溝部の底部によって内管径方向の位置が固定さ
   れる一方、周壁にこれを貫通する複数の開口部が形成さ
   れた略円筒形の鞘管からなり、 上記開口部が、鞘管内を流れる流体を鞘管外に導いて内
   管内壁面に衝突させる形状に形成されていることを特徴
   とする請求項１に記載の２重管式熱交換器。
8. 【請求項８】 鞘管の両端部に、それぞれ、内管の異形
   断面部から円筒部への移行部の拡管に対応して拡がり、
   先端部の径が、上記円柱形空間部の径よりも大きくなっ
   ている拡管部が設けられていることを特徴とする請求項
   ７に記載の２重管式熱交換器。