JP2004239600A - 樹脂材製フィン部材を外装した伝熱管 - Google Patents

Abstract

【課題】 伝熱管に外装するフィン部材を樹脂材で形成し、軽量で廉価な伝熱管を得るとともに、金属材製のフィン部材を外装した伝熱管に劣らない熱伝導性を持つ製品とする。
【解決手段】 管本体２の外周に、樹脂材製フィン部材３を、環状、螺旋状に密着配設して伝熱管１を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、各種配管による吸放熱、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、その他の冷媒液と、ＥＧＲガス、煤を含有する燃焼排気ガス等の被冷却流体との熱交換を行うために用いる等、各種伝熱管に係るものである。

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、その他の冷媒液で冷却するＥＧＲガス冷却装置を設けている。

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、冷媒等の冷媒液を流通させる事により、伝熱管を介してＥＧＲガスと冷媒液との熱交換を行うものが存在した。

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。特許文献１では、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して伝熱管を形成し、特許文献２では、金属管の外部に螺旋状に金属材製フィン部材を外装して伝熱管を形成している。これらは何れの場合も、金属材製フィン部材を用いる事により伝熱管の伝熱面積を増大させるとともに、伝熱管の内部を流動するＥＧＲガスの流れを乱流化したり、伝熱管の外部を流動する冷却液の流れを乱流化する事で、伝熱管を介してＥＧＲガスと冷媒液との熱交換効率を高めようとしていた。
特開平１１−１０８５７８号公報 特開平９−４２５７３号公報

しかしながら、金属材は樹脂材に比べて高価であるし、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、金属管だけでなく金属材製フィン部材にも厳密な耐食めっき処理等を施す必要があるし、金属材製フィン部材を金属管の内周面にろう付けする手間等があり、製造工程を増やしていた。そこで、本発明者は、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。

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、金属管や樹脂管に樹脂材製フィン部材を外装して伝熱管を形成し、金属材製フィン部材を外装した従来品に比べて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を利用して樹脂材製フィン部材の表面積を広く形成し、金属材製フィン部材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、被冷却流体や冷媒液等、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、この熱交換性能の向上により、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。

本発明は上述の如き課題を解決するため、管本体の外周に、樹脂材製フィン部材を、環状、螺旋状に密着配設して成るものである。

また、樹脂材製フィン部材は、帯状の平板部材の長尺側の一側端面を管本体の外周面に密着させて、管本体に螺旋状に配設しても良い。

また、樹脂材製フィン部材は、管本体の外周面に内周面を螺旋状に密着配置させる帯状の基盤部と、この基盤部に突設した少なくとも一本の突条部及び／又はピンとから成るものであっても良い。

また、樹脂材製フィン部材は、管本体の外周面に内周面を環状に密着配置させる帯状の基盤部と、この基盤部に突設した少なくとも一本の突条部及び／又はピンとから成るものであっても良い。

また、樹脂材製フィン部材は、管本体を挿通する挿通口を中央部に開口した環状の平板部材で形成し、この平板部材の挿通口の内面を管本体の外周に密着させて一個又は所望間隔で複数個配設しても良い。

また、樹脂材製フィン部材は、管軸方向に長尺な突条部を、管本体の外周に複数個、放射方向に配置したものであっても良い。

また、平板部材及び／又は突条部及び／又はピンは、表面にピン、突部、突条、凹溝、凹凸、短冊部材、又は貫通穴の何れか一種又は複数種を設けても良い。

また、樹脂材製フィン部材は、管本体の外周に環状に密着させる基盤部と、この基盤部の外周径方向に突設した複数本のピンとから成り、この樹脂材製フィン部材を管本体の外周に一個又は所望間隔で複数個配設しても良い。

また、樹脂材製フィン部材は、管本体の外周に環状に密着させる基盤部をＣリング状として非連結部を設け、この非連結部を締着又は開放する事により基盤部の内径を拡縮可能とし、該基盤部の外周径方向に複数本のピンを突設して形成し、この樹脂材製フィン部材を管本体の外周に一個又は所望間隔で複数個配設しても良い。

また、樹脂材製フィン部材は、管本体の外周に環状に密着させるとともに軸方向に所望の間隔を介して配置した一対の基盤部と、この一対の基盤部を連結する複数の連結部材と、この連結部材及び／又は基盤部の外周に複数本突設したピンとから成り、この樹脂材製フィン部材を管本体の外周に一個又は所望間隔で複数個配設しても良い。

また、樹脂材製フィン部材は、管本体の外周に環状に密着させるとともに軸方向に所望の間隔を介して配置した一対の基盤部をＣリング状に形成して非連結部を設け、この非連結部を締着又は開放する事により基盤部の内径を拡縮可能とし、この一対の基盤部を複数の連結部材で連結し、この連結部材及び／又は基盤部の外周に複数本のピンを突設して形成し、この樹脂材製フィン部材を管本体の外周に一個又は所望間隔で複数個配設しても良い。

また、樹脂材製フィン部材は、管本体を挿通する挿通口を中央に開口した環状の平板部材を設けるとともに、管軸と平行で管本体の外周に突出する少なくとも一本の短冊部材を平板部材に固定し、この平板部材の挿通口の内面及び短冊部材の軸芯側の端面を管本体の外周面に密着させて、管本体の外周に一個又は所望間隔で複数個配設しても良い。

また、樹脂材製フィン部材は、管本体の外周面に内周面を密着させる半円形の平板部材を軸方向に平行に複数配設し、この複数の平行に配置した平板部材の両端を、軸方向に長尺な連結部材で連結して形成し、この樹脂材製フィン部材を一対、管本体の外周に線対称に密着配設するものであっても良い。

また、管本体の外周に線対称に密着配設した一対の樹脂材製フィン部材は、半円形の平板部材の両側で互いに対向する連結部材を、締付部材にて締付け固定しても良い。

また、樹脂材製フィン部材は、管本体の外周面との間に所望間隔を介して配置し一側に非連結部を設け、この非連結部を締着可能としたＣリング状の環状の基盤部と、この基盤部の内周面に一端を接続し、他端を管本体の外周面に突当て接触させる複数本のピンとで形成し、この樹脂材製フィン部材を管本体の外周に一個又は所望間隔で複数個配設しても良い。

また、Ｃリング状の環状の基盤部は、非連結部側の両端に締付片を突設し、締付部材により締付片を固定可能としても良い。

また、樹脂材製フィン部材は、管本体の外周面との間に所望間隔を介して配置する半円形の基盤部と、この基盤部の内周面に一端を接続し、他端を管本体の外周面に突当て接触させる複数本のピンとで形成するとともに半円形の基盤部の両端に締付片を突設して形成し、管本体に線対称に配設された一対の樹脂材製フィン部材の、互いに対向する締付片を、締付部材により固定して、一対の樹脂材製フィン部材を、管本体の外周面に線対称に対向して配設するものであっても良い。

また、樹脂材製フィン部材は、管本体の外周面との間に所望間隔を介して環状に配置するとともに軸方向に所望の間隔を介して配置した一対の基盤部と、この基盤部を連結する連結部材と、基盤部及び／又は連結部材の内周に設けた複数本のピンとで形成し、基盤部及び／又は連結部材の内周に設けたピンの先端を、管本体の外周面に突当て接触させて、樹脂材製フィン部材を、管本体の外周面に一個又は所望間隔で複数個配設しても良い。

また、樹脂材製フィン部材は、管本体の外周面との間に所望間隔を介して環状に配置するとともに軸方向に所望の間隔を介して配置した一対の基盤部と、この基盤部を連結する連結部材と、基盤部及び／又は連結部材の内周及び外周に設けた複数本のピンとで形成し、基盤部及び／又は連結部材の内周に設けたピンの先端を、管本体の外周面に突当て接触させて、樹脂材製フィン部材を、管本体の外周面に一個又は所望間隔で複数個配設しても良い。

また、樹脂材製フィン部材は、管本体の外周面との間に所望間隔を介して環状に配置する基盤部と、この基盤部の内周に設けた複数本のピンとで形成し、基盤部の内周に設けたピンの先端を、管本体の外周面に突当て接触させて、樹脂材製フィン部材を、管本体の外周面に一個又は所望間隔で複数個配設しても良い。

また、樹脂材製フィン部材は、管本体の外周面との間に所望間隔を介して環状に配置する基盤部と、この基盤部の内周及び外周に設けた複数本のピンとで形成し、基盤部の内周に設けたピンの先端を、管本体の外周面に突当て接触させて、樹脂材製フィン部材を、管本体の外周面に一個又は所望間隔で複数個配設しても良い。

また、管本体は、金属管であっても良い。

また、管本体は、樹脂管であっても良い。

また、管本体は、金属管の外周に樹脂被膜を設けるか又は樹脂管を配設しても良い。

また、樹脂材製フィン部材及び／又は樹脂管及び／又は樹脂被膜は、これら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。

また、樹脂材製フィン部材及び／又は樹脂管及び／又は樹脂被膜は、これら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。

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。

本発明は上述の如く構成したものであり、樹脂材製フィン部材を管本体の外周に配設する事で、特に軽量で廉価な伝熱管を得る事ができる。また、樹脂材を用いる事により、金属材では困難な複雑な形状で樹脂材製フィン部材を形成する事ができ、伝熱面積を容易に増大させる事ができ、本発明の樹脂材製フィン部材を外装した伝熱管は、金属材製のフィン部材を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得る事ができる。従って、伝熱管の内部及び外部を流動する流体相互の効率的な熱交換が可能となる。

また、このような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、各種配管による吸放熱、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。

本発明の伝熱管は上述の如く、管本体の外周に樹脂材製フィン部材を配設して伝熱管を得ているので、平滑な金属管と比較して伝熱面積を増大させる事ができる。また、金属材製フィン部材を外周に配設した技術の伝熱管と比べた場合でも、樹脂材製フィン部材を外周に配設した本発明の伝熱管は、特に軽量で廉価な製品を得る事ができる。また、樹脂材は金属材に比べて加工性に優れるので、金属材では形成が困難な複雑な形状とする事ができ、金属材製フィン部材に比べて、より広い表面積を持つ樹脂材製フィン部材を形成する事が可能となる。従って、金属材製フィン部材に劣らない熱伝導性を有する樹脂材製フィン部材を得る事ができるとともに、樹脂材製であるからフィン部材の耐食性も高まるものとなる。

上述の如く、樹脂材製フィン部材の伝熱面積を増大させて、伝熱管の熱伝導性を高める事により、伝熱管を介した被冷却流体と冷媒液との熱交換を効率的に行う事ができるとともに、樹脂材製フィン部材により伝熱管の外周を流動する被冷却流体又は冷却液等の流体の乱流化も生じ、境界層の剥離により、伝熱管を介した流体相互の熱交換を促進する事ができる。従って、樹脂材を使用した場合であっても、熱交換性能に優れた伝熱管を得る事ができる。

また、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、各種配管による吸放熱、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、多管式熱交換器等のレイアウトの自由度が高まるものとなる。

また、管本体は、鉄、銅、ステンレス鋼、アルミ等の従来と同様の金属管であっても良く、管本体の金属材製外面に、樹脂材製フィン部材を接着剤等で容易に接続固定する事ができ、溶接やろう付け等の手間を省く事ができる。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い。また、例えば予めめっき処理等を施した金属管に樹脂材製フィン部材を接着により外装すれば、従来の如くろう付け等でめっき処理が破損される事はなく、伝熱管の製作工程が簡易となる。上記めっき処理として、犠牲腐食性の亜鉛、亜鉛−アルミ合金、亜鉛−錫合金、又は亜鉛−ニッケル合金等をめっきする事ができる。そして、金属材製の伝熱面と、表面積を大きくして熱伝導性を高めた樹脂材製の伝熱面により、熱交換性能に優れた伝熱管を得る事ができる。

また、管本体は樹脂管であっても良く、この樹脂管と樹脂材製フィン部材とを、接着剤による接着や樹脂材同士の溶着により接続して、伝熱管を容易に形成する事ができる。また、樹脂材のみを使用するので、特に軽量で廉価な製品が得られるとともに、何等耐食対策を施さなくても耐食性に優れたものとなる。また、樹脂材の成形の容易さを利用して、樹脂管の成形の際に、外周に樹脂材製フィン部材を一体に設けて形成する事も可能で、樹脂管と樹脂材製フィン部材との接続の手間を省く事ができる。

また、管本体は鉄、銅、ステンレス鋼、アルミ等の金属管の外周に、樹脂被膜を設けるか又は樹脂管を配設したものであっても良く、金属管に厳密な耐食対策を施さなくても、耐食性に優れた伝熱管を得る事ができる。また、この場合も、犠牲腐食性の亜鉛、亜鉛−アルミ合金、亜鉛−錫合金、亜鉛−ニッケル合金等のめっき処理を施した金属管を使用すれば、より信頼性の高い耐食性を得る事ができる。そして、樹脂被膜を設ける場合は、金属管の表面或いは前記犠牲腐食性めっき層の表面を、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。また、金属管の外周に樹脂管を配設した場合は、肉薄化させた金属管を使用する事ができ、金属材のみで形成した管本体と比較し、より軽量で廉価な伝熱管を得る事ができる。また、この場合も管本体の樹脂材製の外表面に、樹脂材製フィン部材を接着剤による接着又は溶着により、容易に接続する事ができるし、予め樹脂材製フィン部材を一体に接続形成した樹脂管を、金属管の外周に配設して伝熱管を形成する事もできる。

また、樹脂材製フィン部材は、ピン、突部、突条、凹溝、凹凸、短冊部材、又は貫通穴等の何れか一つ又はこれらを組み合わせたものを設ける事により、樹脂材製フィン部材の伝熱面積を増やして、伝熱管の熱交換性能を更に高める事ができる。また、このような複雑な形状であっても、樹脂材を用いる事により、容易に形成する事ができ、また金属材製品に比べてより多く設ける事も可能であるとともに、特に軽量で廉価な製品が得られる。また、樹脂材製フィン部材に、ピン、突部、突条、凹溝、凹凸、短冊部材、又は貫通穴等を設ける事によりエッヂ部を多く設けて、伝熱管の外周を流動する流体の乱流化を生じさせる事ができ、境界層の剥離により、伝熱管を介した内外相互の流体の熱交換を更に促進する事ができる。

また、上記樹脂材製フィン部材及び／又は樹脂管及び／又は樹脂被膜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、伝熱管の吸放熱特性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。

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。

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及び／又は樹脂管及び／又は樹脂被膜の熱伝導性が高まり、伝熱管の吸放熱特性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、伝熱管の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、吸放熱特性の更なる向上が可能となる。

以下、本発明の伝熱管を多管円筒式熱交換器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で金属管に樹脂管を外装した管本体の外周に、帯状の平板部材で形成し断面形状がＩ字形と成る樹脂材製フィン部材を、螺旋状に配設した伝熱管の斜視図である。図２は図１の樹脂材製フィン部材付近の部分拡大断面図である。図３は実施例２で、管本体の外周面に螺旋状に密着配置させる帯状の平板部材から成る基盤部に、ほぼ垂直に一本の突条部を突設して断面形状が逆Ｔ字形の樹脂材製フィン部材を、管本体に螺旋状に配設する途中を示す斜視図である。図４は図３の樹脂材製フィン部材の断面斜視図である。図５は実施例３で、帯状の基盤部の一面にほぼ垂直に３本の突条部を設けて形成した樹脂材製フィン部材の断面斜視図である。図６は実施例４で、帯状の基盤部の一面に、所望間隔で複数の円筒状ピンを一列に突設させて断面形状を逆Ｔ字形とした樹脂材製フィン部の断面斜視図である。

また、図７は実施例５で、管本体の外周面に環状に密着配置させる帯状の基盤部に、環状に突条部を突設するとともに、この突条部の表面に複数の突部及びピンを設けて形成した樹脂材製フィン部材を、管本体の外周に所望間隔で複数個に配設した伝熱管の斜視図である。図８は図７の樹脂材製フィン部材付近の部分拡大断面図である。図９は実施例６で、環状の基盤部に、突条部を環状に突設し、この突条部の一面に複数本のピンを突設した樹脂材製フィン部材の一部拡大断面図である。図１０は実施例７で、中央部に管本体の挿通口を設けた環状の平板部材に、貫通穴を複数開口した樹脂材製フィン部材の平面図である。

図１１は実施例８で、環状の平板部材の外周に、所望間隔で矩形の突部を設けた樹脂材製フィン部材の平面図である。図１２は実施例９で、環状の平板部材の両表面に複数の凹凸を設けた樹脂材製フィン部材の平面図である。図１３は図１２の側面図である。図１４は実施例１０で、環状の平板部材の外周に、ツノ状ピンを複数本、放射状に設けた環状樹脂材製フィン部材の平面図である。図１５は実施例１１で、環状の平板部材の外周に、実施例１０よりも多数ピンを密集させて複数本突設した環状樹脂材製フィン部材の平面図である。図１６は実施例１２で、環状の平板部材の両面に、管軸方向に平行な複数本のピンを設けた樹脂材製フィン部材の平面図である。図１７は図１６の側面図である。

図１８は実施例１３の伝熱管の斜視図で、管軸方向に長尺な突条部を、管本体の外周にほぼ垂直に所望間隔で複数個、放射方向に配置して環状の樹脂材製フィン部材を形成している。図１９は実施例１４で、樹脂材製フィン部材を、所望間隔で断続的に管本体の外周に螺旋状に配設した伝熱管の斜視図である。

図２０は実施例１５の伝熱管の斜視図で、管本体に密着させる基盤部の外面に複数本のピンを設けて形成した樹脂材製フィン部材を、管本体の外周に所望間隔で複数配設している。図２１は実施例１６の伝熱管の斜視図で、管本体に環状に密着させる基盤部をＣリング状として非連結部を設け、基盤部の外面に複数本のピンを設けた樹脂材製フィン部材を、管本体の外周に所望間隔で複数配設している。

また、図２２は実施例１７の伝熱管の斜視図で、管本体に環状に密着させるるとともに軸方向に所望の間隔を介して配置した一対の環状の基盤部と、この一対の環状の基盤部を連結する複数の連結部材と、この連結部材及び基盤部の外周に複数本設けたピンとで樹脂材製フィン部材を形成している。図２３は実施例１８の伝熱管の斜視図で、管本体に環状に密着させる一対の基盤部をＣリング状に形成して非連結部を設け、この一対のＣリング状の基盤部を複数の連結部材で連結し、この連結部材の外周にピンを複数本設けて樹脂材製フィン部材を形成している。

また、図２４は実施例１９の伝熱管の斜視図で、中央部に管本体の挿通口を中央に設けた環状の平板部材を設けるとともに、管軸と平行で管本体の外周にほぼ垂直に突出する複数の短冊部材を平板部材に固定して樹脂材製フィン部材を形成している。図２５は、図２４の樹脂材製フィン部材の斜視図である。

図２６は、実施例２０で、管本体の外周面に内周面を密着させる半円形の平板部材を軸方向に平行に複数配設し、この複数の平行に配置した平板部材の両端を、軸方向に長尺な連結部材で連結して形成した一対の樹脂材製フィン部材を、管本体に線対称に配設した伝熱管の斜視図である。図２７は図２６の樹脂材製フィン部材の斜視図である。

図２８は実施例２１の伝熱管の斜視図で、管本体の外周面との間に所望間隔を介して配置される基盤部に非連結部を設けてＣリング状とし、この基盤部の内周面に複数本のピンを設けて樹脂材製フィン部材を形成し、この樹脂材製フィン部材を管本体の外周面に配設して、ピンの先端を管本体の外周面に突当て接触させている。図２９は実施例２２の樹脂材製フィン部材の斜視図で、管本体の外周面との間に所望間隔を介して配置される半円形の基盤部の内周面に、管本体の外周面に突当て接触させる複数本のピンを設けて樹脂材製フィン部材を形成し、この樹脂材製フィン部材を一対、管本体の外周に線対称に配設して、ピンの先端を管本体の外周面に突当て接触させている。

図３０は実施例２３の伝熱管の斜視図で、管本体の外周面との間に所望間隔を介して環状に配置するとともに軸方向に所望の間隔を介して配置した一対の基盤部と、この基盤部を連結する連結部材と、基盤部及び連結部材の内周と外周に設けた複数本のピンとで樹脂材製フィン部材を形成し、基盤部と連結部材の内周に設けたピンの先端を、管本体の外周面に突当て接触させている。図３１は実施例２４で、形状は実施例２３とほぼ同様であるが、ピンを基盤部と連結部材の内周のみに設け、このピンの先端を管本体の外周面に突当て接触させている。

図３２は実施例２５の伝熱管の斜視図で、管本体の外周面との間に所望間隔を介して環状に配置する基盤部と、この基盤部の内周及び外周に設けた複数本のピンとで樹脂材製フィン部材を形成し、基盤部の内周に設けたピンの先端を管本体の外周面に突当て接触させている。図３３は実施例２６の伝熱管の斜視図で、基盤部の内周のみに、円周方向に一列に複数本のピンを設けて樹脂材製フィン部材を形成している。図３４は実施例２７の伝熱管の斜視図で、基盤部の内周のみに、円周方向に２列に複数本のピンを設けて樹脂材製フィン部材を形成している。

図３５は本発明の伝熱管を用いた多管円筒式熱交換器の概略図である。また、図３６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３７はその比較実験結果をグラフ化したものである。

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３６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。

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３７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。

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。

以上の実験により、従来の鋼管のみに比べて、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３４に示す実施例１〜２７の如き樹脂材製フィン部材を外装した伝熱管を形成した。

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、このような伝熱管を使用する事で、各種配管による吸放熱、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、レイアウト性を向上させる事ができる。尚、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。

また、前記樹脂材中に必要に応じて銅、アルミ、ステンレス等の金属材、カーボン材又はガラス材等で形成した粒子や繊維を含有させても良いし、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、以下に記載する各実施例の樹脂材製フィン部材、樹脂管又は樹脂被膜の熱伝導性を向上させ、伝熱管の熱交換性能を高く向上させる事が可能となる。

上記樹脂材を用いた図１に示す実施例１を詳細に説明すると、(１)は伝熱管で、管本体(２)とその外周に螺旋状に配設した樹脂材製フィン部材(３)とで構成される。前記管本体(２)は、ステンレス鋼管、銅管、アルミ管、亜鉛めっき鋼管、その他の金属管(４)の外面に、前記表２に示す樹脂材等で形成した樹脂管(５)を配設している。そして、前記表２に示す樹脂材等で形成した帯状の平板部材(９)を用いて、断面形状が図２に示すＩ字形と成る樹脂材製フィン部材(３)を形成し、この樹脂材製フィン部材(３)の一側端面を管本体(２)の外周面に密着させながら管本体(２)に螺旋状に巻き回し、図１に示す如く、樹脂材製フィン部材(３)を螺旋状に配設した伝熱管(１)を形成している。

上述の如く、金属管(４)の外面に樹脂管(５)を配設する事により、肉薄化させた金属管(４)を使用する事ができるとともに、樹脂材製フィン部材(３)を使用する事により、従来の金属材のみを使用した場合に比較し軽量で廉価な伝熱管(１)を得る事ができる。また、このように樹脂管(５)を使用した場合でも、樹脂材製フィン部材(３)を外装する事で、伝熱管(１)の伝熱面積を増大させているから、従来の金属管のみの伝熱管又は金属管に金属材製フィン部材を外装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る。

また、管本体(２)と樹脂材製フィン部材(３)との接続は、樹脂管(５)と樹脂材製フィン部材(３)の端面との樹脂材同士の溶着により行っても良いし、接着剤により接着しても良く、従来の金属材製フィン部材と金属管との接続の如きろう付けや溶接等の手間がなく、伝熱管(１)の容易な製造が可能となる。

上述の如く熱伝導性に優れた伝熱管(１)では、伝熱管(１)内を流動する高温熱媒体流体等と、伝熱管(１)の外周を流動する低温熱媒体流体との効率的な熱交換が可能となる。更に、実施例１では樹脂材製フィン部材(３)を螺旋状に配設している事により、外部を流動する流体の乱流化が生じ、境界層の剥離等により、熱交換を促進させる事ができる。また、必要に応じて樹脂材にカーボンナノファイバーを含有させたり、金属材製、カーボン材製又はガラス材製等の粒子や繊維を含有させたり、黒色で黒体輻射効果のある樹脂材を使用した場合は、樹脂材製フィン部材(３)及び樹脂管(５)の熱伝導性を高くする事ができ、伝熱管(１)の熱交換性能を更に向上させる事ができる。また、金属管(４)の外面を樹脂管(５)で被覆しているので、伝熱管(１)の外表面は信頼性の高い耐食性が得られる。

そして、上述の如き伝熱管(１)を使用した多管円筒式熱交換器(２０)は、図３５に示す如く、円筒状の胴管(２１)の両端付近に、内部を密閉可能にチューブシート(２２)を一対接続し、このチューブシート(２２)で仕切られた気密空間内を、高温熱媒体流体と低温熱媒体流体との熱交換を行うための熱交換部(２３)としている。そして、一対のチューブシート(２２)間に、前記伝熱管(１)を複数本、チューブシート(２２)を貫通して接続配置している。また、胴管(２１)の両端には、高温熱媒体流体の流入口(２４)と流出口(２５)とを設けたボンネット(２６)を各々接続している。

また、胴管(２１)には、低温熱媒体流体を熱交換部(２３)に供給する導入路(２７)と熱交換後の低温熱媒体流体を排出する導出路(２８)を設け、熱交換部(２３)内を低温熱媒体流体が流動可能としている。また、前記熱交換部(２３)は、内部に複数の支持板(３０)を接合配置し、該支持板(３０)に設けた挿通孔(３９)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(２３)内を流動する低温熱媒体流体の流れを蛇行化し、伝熱管(１)の外表面に対する相対速度を速めている。

上記の多管円筒式熱交換器(２０)では、伝熱管(１)の熱伝導性に優れた伝熱面を介して、高温熱媒体流体と低温熱媒体流体との熱交換が効率的に行われ、伝熱効果を高める事ができる。また、この優れた伝熱効果により、多管円筒式熱交換器(２０)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、多管円筒式熱交換器(２０)の軽量化と低コスト化も可能となる。また、この小型で軽量な多管円筒式熱交換器(２０)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。

以下、伝熱管(１)の他の異なる実施例について説明する。前記図１、図２に示す実施例１では、樹脂材製フィン部材(３)の端面を管本体(２)の外周に密着させて螺旋状に配設しているが、他の異なる実施例２では、帯状の基盤部(１３)に、一本の突条部(１４)を突設して、図４に示す如く、断面形状が逆Ｔ字形の樹脂材製フィン部材(３)を形成している。このような樹脂材製フィン部材(３)を、図３に示す如く、基盤部(１３)が管本体(２)の外周面に密着するように螺旋状に管本体(２)の外周に配設して伝熱管(１)を形成している。このように、基盤部(１３)を管本体(２)の外周に密着させる事により、実施例１よりも樹脂材製フィン部材(３)と管本体(２)との伝熱面積を大きくする事が可能となる。また、このような構成とする事により、樹脂材製フィン部材(３)と管本体(２)との接続強度を高める事が可能となるとともに、樹脂材製フィン部材(３)の強度や安定性が高まり、突条部(１４)が流体の流動圧等により折れ曲がりや変形等を生じにくいものとなる。

また、上記実施例２では、基盤部(１３)に一本の突条部(１４)を設けているが、他の異なる実施例３では、図５に示す如く、基盤部(１３)にほぼ垂直な３本の突条部(１４)を、互いに平行に突設して樹脂材製フィン部材(３)を形成している。このような形状であっても、樹脂材にて容易な形成が可能となるし、伝熱面積の更なる増大や流体の乱流化の促進が可能となり、伝熱管(１)の熱交換性能を向上させる事が可能となる。

また、上記実施例２、３では、基盤部(１３)に突条部(１４)を設けて樹脂材製フィン部材(３)を形成しているので、樹脂材製フィン部材(３)を管本体(２)に巻き回す際には、樹脂材製フィン部材(３)を加熱により半溶融させ、突条部(１４)の先端縁側を伸ばしながら螺旋状に巻き回す必要があり、手間がかかるとともに、樹脂材製フィン部材(３)の外径側と内径側で肉厚差を生じる可能性がある。また、実施例１の如く、帯状の平板部材(９)で形成した樹脂材製フィン部材(３)を断面形Ｉ字形に巻き回す際も、外径側を伸ばすか内径側を縮めながら行う必要があり、肉厚差を生じる可能性がある。そのため、他の異なる実施例４では、図６に示す如く、帯状の基盤部(１３)に、円柱形若しくは円錐形のピン(７)を複数本、所望間隔で一列に突設して樹脂材製フィン部材(３)を形成している。このような形状とする事により、可撓性に優れた樹脂材製フィン部材(３)となり、樹脂材を伸張する必要がなく、樹脂材製フィン部材(３)を容易に管本体(２)の外周に螺旋状に巻き回す事ができる。

また、上記実施例１〜４では、管本体(２)の外周に樹脂材製フィン部材(３)を螺旋状に配設しているが、他の異なる実施例５では、管本体(２)の外周に環状に樹脂材製フィン部材(３)を配設している。まず、樹脂材製フィン部材(３)は、図７、図８に示す如く、管本体(２)の外周面に環状に密着配置させる帯状の基盤部(１３)に、環状に突条部(１４)を突設して形成している。このような環状の樹脂材製フィン部材(３)を、図７に示す如く、管本体(２)の外周に所望間隔で複数個配設して伝熱管(１)を形成している。そして、基盤部(１３)の内周面と管本体(２)の外周面とを、溶着や接着等により接続固定する事で、接続強度を高めるとともに、樹脂材製フィン部材(３)の強度を高め、突条部(１４)の折れ曲がりや変形等を防止している。

また、樹脂材製フィン部材(３)は、突条部(１４)の一面に複数の突部(６)を設け、他面に複数本の円筒状のピン(７)を設ける事で、伝熱面積を増大させている。また、実施例１〜４では、管本体(２)を金属管(４)と樹脂管(５)の二層構造としているが、この実施例５では、管本体(２)を樹脂管(５)のみで形成する事で、更に軽量で廉価な伝熱管(１)を得ている。このように、樹脂材のみで伝熱管(１)を形成した場合でも、複数の突部(６)やピン(７)を設けて樹脂材製フィン部材(３)を形成しているので、伝熱管(１)の伝熱面積を増大させて、金属材製フィン部材を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樹脂材製の伝熱管(１)を得る事ができる。また、このような複雑な形状では、金属材製フィン部材では実施が困難であるが、樹脂材製フィン部材(３)では容易な実施が可能となる。

また、環状に配置した樹脂材製フィン部材(３)の存在及び、その表面に設けた突部(６)やピン(７)の存在により、伝熱管(１)の外周を流動する冷媒液等の流体の乱流化が高まり、境界層の剥離により、伝熱管(１)を介した内外流体相互の熱交換を更に促進する事ができる。また、本実施例５では円柱形若しくは円錐形のピン(７)を設けているが、断面形状が楕円形、長円形、多角形、星形、又はギア形等のピン(７)を、一つ又は複数組み合わせて設けても良く、樹脂材の使用により、このような複雑な形状でも容易に形成する事が可能となる。また、突部(６)も半円形としているが、長円形、円錐形、多角形等とする事もできる。

また、管本体(２)と円盤形の樹脂材製フィン部材(３)との接続の際は、樹脂材同士の溶着又は接着剤による接着等で行っているが、樹脂管(５)の成形時に、樹脂材製フィン部材(３)を樹脂管(５)と一体に形成する事も可能で、樹脂管(５)への樹脂材製フィン部材(３)の配設工程を省く事ができる。

また、上記実施例５の伝熱管(１)は、全体を樹脂材のみで形成しているので、外表面の耐食性は勿論、伝熱管(１)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に優れるものとなる。更に、表２に示す如き樹脂材等を使用する事で、高温のＥＧＲガスに対する耐熱性にも優れ、伝熱管(１)並びにこの伝熱管(１)を用いた多管円筒式熱交換器(２０)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、高温熱媒体流体中に含まれる煤等が伝熱管(１)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。

また、実施例５では、管本体(２)を樹脂管(５)のみで形成しているが、金属管(４)のみで形成しても良く、金属管(４)の外周に、実施例５の如き環状の樹脂材製フィン部材(３)を配設する事も可能で、金属管に金属材製フィン部材を配設した従来品に比べて、軽量で廉価な伝熱管(１)を得る事ができるとともに、伝熱面積の増大により優れた熱伝導性を得る事ができる。また、金属管(４)には、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り、ポリアミド、ポリプロピレン、フッ素系樹脂、ポリアミド＋ポリプロピレン等の樹脂被膜を設けても良いし、金属管(４)に施した犠牲腐食性めっき層の表面に、更に前記樹脂被膜を設けても良い。これらの表面処理により、管本体(２)の耐食性を向上させる事ができる。そして、このような金属管(４)の外周に樹脂材製フィン部材(３)を接着剤等で接続配置する事が可能であるし、樹脂被膜を設けた場合は、樹脂材同士の溶着により双方を接続配置する事が可能となり、伝熱管(１)の製造も容易となる。この金属管(４)と環状の樹脂材製フィン部材(３)との他の異なる接続方法として、金属管(４)の外径よりも内径をやや小径とする樹脂材製フィン部材(３)に金属管(４)を挿通させた後、該金属管(４)を拡開する事により、金属管(４)の外周面に樹脂材製フィン部材(３)の内周面を密着固定させる事ができる。

次に、図９に示す実施例６を説明すれば、上記実施例５では、突条部(１４)の一面に複数の突部(６)を設け、他面に複数本のピン(７)を設けて複雑な形状としているが、実施例６では、突条部(１４)の一面のみに複数本のピン(７)を設けて樹脂材製フィン部材(３)を形成し、より単純で軽量な製品が得られ、伝熱面積の増大化や伝熱管(１)の外周を流動する流体の乱流化も可能となる。

また、上記実施例５、６では、環状の基盤部(１３)に突条部(１４)を環状に突設して、環状の樹脂材製フィン部材(３)を形成しているが、他の異なる実施例７では、図１０に示す如く、中央部に管本体(２)の挿通口(８)を設けた環状の平板部材(９)で樹脂材製フィン部材(３)を形成し、この樹脂材製フィン部材(３)の挿通口(８)の内周を、管本体(２)の外周に密着配置させている。更に、環状の平板部材(９)に、複数の貫通穴(１０)を設ける事で、樹脂材製フィン部材(３)の伝熱面積を増大させるとともにエッヂ部が増加して、伝熱管(１)の外周を流動する流体の乱流化も可能とし、優れた熱交換性能を得る事ができる。また、貫通穴(１０)を開口するだけなので、樹脂材製フィン部材(３)の形成を容易に行う事ができる。

また、図１１に示す実施例８では、環状の平板部材(９)の外周に、所望間隔で矩形の突部(６)を設けて樹脂材製フィン部材(３)を形成している。このような簡易で成形が容易な構造の樹脂材製フィン部材(３)であっても、伝熱管(１)の伝熱面積を増やす事ができるとともに、流体の乱流化を促進して、優れた熱交換性能を得る事が可能となる。

また、図１２、図１３に示す実施例９では、環状の平板部材(９)の両表面に複数の凹凸(１１)を設けて伝熱面積の増大化を図っている。このような形状も、樹脂材では容易な形成が可能であるし、樹脂材製フィン部材(３)の伝熱面積の増大とともに、流体の乱流化も促進して、優れた熱交換性能を得る事ができる。

また、図１４に示す実施例１０では、環状の平板部材(９)の外周に所望間隔で４本のツノ状のピン(７)を設けて樹脂材製フィン部材(３)を形成し、伝熱面積の増大化を図るとともに、流体の乱流化を促進して、伝熱管(１)の熱交換性能を高めている。更に異なる実施例１１では、図１５に示す如く、環状の平板部材(９)の外周に実施例１０よりも多数ピン(７)を密集させて複数本突設して樹脂材製フィン部材(３)を形成する事で、伝熱面積の更なる増大化を可能としているとともに、放熱特性も向上させる事が可能となる。また、このような構造は金属材では困難であるが、樹脂材を用いる事により容易な形成が可能となる。

また、図１６、図１７に示す実施例１２では、環状の平板部材(９)の両面に、管本体(２)の軸方向に平行なピン(７)を複数本設けて樹脂材製フィン部材(３)を形成している。この実施例１２の如き樹脂材製フィン部材(３)も、伝熱面積の増大や流体の乱流化による熱交換性能の向上が可能となるし、樹脂材を用いる事で容易な形成が可能であるとともに、複数本のピン(７)を両表面に設けても、軽量で廉価な製品を得る事ができる。

また、図１８に示す実施例１３では、軸方向に平行な長尺な突条部(１４)を、樹脂管(５)の外周にほぼ垂直に所望間隔で４本、放射方向に配置して環状の樹脂材製フィン部材(３)としている。また、この樹脂材製フィン部材(３)と樹脂管(５)とを成形時に一体成形し、この樹脂管(５)の内部に金属管(４)を配設している。更に、樹脂材製フィン部材(３)の各突条部(１４)の両面に、軸方向と平行に突条(１２)を設ける事により、伝熱面積の更なる増大化と流体の乱流化を可能としている。このような形状であっても、樹脂材製フィン部材(３)では容易な成形が可能となる。

また、前記実施例１〜４では管本体(２)の外周に、樹脂材製フィン部材(３)を連続した螺旋状に巻き回しているが、図１９に示す実施例１４は、樹脂材製フィン部材(３)を断続的な螺旋状に配設している。この配設方法は、短尺な帯状の平板部材(９)を複数本、所望間隔で螺旋状に管本体(２)の外周に巻き回しても良いが、実施例１４では、中央部に挿通口(８)を設けた環状の平板部材(９)に、径方向に一本の切り込みを入れて開口後、対向する切片を軸方向に平行に、かつ互いに反対方向に引っ張って螺旋状とし、図１９に示す如く、挿通口(８)の内面が管本体(２)に螺旋状に密着するように、該平板部材(９)を管本体(２)の外周に複数個、所望間隔で配設している。また、他の異なる配設方法として、平板部材(９)の開口を、管本体(２)に挿入し捻りながら組み付けても良い。

また、図２０に示す実施例１５の伝熱管(１)に環状に配設する樹脂材製フィン部材(３)は、環状に基盤部(１３)を形成し、管本体(２)の外周面に環状に密着可能とし、この環状の基盤部(１３)の外面に、複数本のピン(７)を放射状に突設して形成している。そして、このような樹脂材製フィン部材(３)を、金属管(４)のみで形成した管本体(２)の外周面に所望間隔で複数個配設して伝熱管(１)を形成している。また、金属管(４)には、亜鉛、亜鉛−アルミ合金、亜鉛−錫合金、亜鉛−ニッケル合金等の犠牲腐食性めっき処理等を施したり、ポリアミド、ポリプロピレン、フッ素系樹脂、ポリアミド＋ポリプロピレン等の樹脂被膜を設ける事により、管本体(２)の耐食性を向上させる事ができる。

この環状の樹脂材製フィン部材(３)は、基盤部(１３)の内径を、管本体(２)の外径よりもやや大径とする事により、管本体(２)への取り付けを容易に行う事ができる。そして、基盤部(１３)の内周面と管本体(２)の外周面との間に多少の隙間を生じても、接着剤を肉厚に塗布する事で、双方を強固に接続固定する事が可能である。また、管本体(２)を金属管(４)のみで形成しているので、樹脂材製フィン部材(３)を装着した後に、金属管(４)を拡開する方法を用いる事により、接着剤を使用しなくても、管本体(２)に樹脂材製フィン部材(３)を接続固定する事ができる。何れの場合でも、溶接やろう付け等を行わないので、金属管(４)に施した犠牲腐食性のめっき層や樹脂被膜等が破損される事はない。

また、図２１に示す実施例１６の樹脂材製フィン部材(３)は、管本体(２)の外周面に環状に密着させる基盤部(１３)をＣリング状に形成して、一側に非連結部(１５)を設け、この非連結部(１５)を締着又は開放する事により基盤部(１３)の内径を拡縮可能としている。また、基盤部(１３)の外周に複数本のピン(７)を設けて伝熱面積の増大や流体の乱流化を図るとともに、基盤部(１３)の非連結部(１５)側の両端外方に、締付片(１６)を各々突設している。

ここで、前記実施例１５の環状の樹脂材製フィン部材(３)では、管本体(２)への装着の際には、管本体(２)の端部側から配設位置まで、樹脂材製フィン部材(３)を管本体(２)の表面上をスライドさせて移動させる必要があるが、実施例１６の如くＣリング状として非連結部(１５)を設けた樹脂材製フィン部材(３)では、配設位置に於いて基盤部(１３)の内径を拡開させながら、非連結部(１５)を介して樹脂材製フィン部材(３)を、管本体(２)の外周面に容易に装着する事ができ、樹脂材製フィン部材(３)をスライドさせる場合の手間を省く事ができる。

そして、樹脂材製フィン部材(３)の装着後に、締付片(１６)をボルト等の締付部材(１９)で締め付ける事により、管本体(２)に樹脂材製フィン部材(３)を接続固定可能となり、接着剤の塗布や金属管(４)の拡開等が不要となる。また、基盤部(１３)をＣリング状とする事で、内径を自在に拡縮する事が可能であるから、例えば基盤部(１３)の内径を管本体(２)の外径よりやや径小に形成し、基盤部(１３)の内径を拡開させながら管本体(２)に装着すれば、基盤部(１３)が管本体(２)の外周に弾性的に密着するので、ボルト等の締付部材(１９)を用いなくても、基盤部(１３)のクランプ力のみで、又はクランプ力と接着剤を用いる事で、管本体(２)に樹脂材製フィン部材(３)を接続固定する事ができる。また、接着剤を金属管(４)の外周面と樹脂材製フィン部材(３)の内面に用いる場合には、接着剤が固化するまで締付片(１６)を適宜の治具で固定しておく事により、締付部材(１９)の使用が不要となる。

また、図２２に示す実施例１７は、管本体(２)に環状に密着させるとともに軸方向に所望の間隔を介して配置した一対の環状の基盤部(１３)と、この一対の環状の基盤部(１３)を窓部(２９)を介して連結する複数の連結部材(１７)と、この連結部材(１７)の外周に複数本設けたピン(７)とで、環状の樹脂材製フィン部材(３)を形成している。この樹脂材製フィン部材(３)を、基盤部(１３)と連結部材(１７)とが管本体(２)の外周面に密着するよう、一個、又は所望間隔で複数個、管本体(２)の外周面に配設して伝熱管(１)を形成している。また、樹脂材製フィン部材(３)と管本体(２)との接続は、接着剤の塗布により行っても良いし、樹脂材製フィン部材(３)の配設後に、金属管(４)を拡開させる方法により行っても良い。また、実施例１７では、窓部(２９)を設ける事により、樹脂材の節約が可能となるが、他の異なる実施例として、窓部(２９)を設けずに樹脂材製フィン部材(３)を形成しても良く、樹脂材製フィン部材(３)と管本体(２)との接触面積を広くして、伝熱効果を更に高める事ができる。

また、図２３に示す実施例１８の樹脂材製フィン部材(３)は、前記実施例１７と同様に、一対の環状の基盤部(１３)と、これらを窓部(２９)を介して連結する連結部材(１７)と、この連結部材(１７)の外周に複数本設けたピン(７)とで構成しているが、本実施例１８では、前記一対の基盤部(１３)をＣリング状として、一側に非連結部(１５)を各々設けるとともに、各基盤部(１３)の非連結部(１５)側の両端外方に、締付片(１６)を突設している。

このような樹脂材製フィン部材(３)では、基盤部(１３)の内径を拡開させながら、非連結部(１５)を介して基盤部(１３)を、管本体(２)の径方向から管軸に直交して押圧移動する事で、該管本体(２)の外周面に装着する事ができる。そして、基盤部(１３)のクランプ力により、樹脂材製フィン部材(３)を管本体(２)の外周に接続固定しても良いし、図２３に示す如く、一対の締付片(１６)を、ボルト等の締付部材(１９)で締め付けても良く、樹脂材製フィン部材(３)と管本体(２)との接続固定を、より強固なものとする事ができる。この場合は接着剤の塗布や金属管(４)の拡開作業の必要がない。

また、図２４、図２５に示す実施例１９では、樹脂材製フィン部材(３)は、中央部に挿通口(８)を設けた環状の平板部材(９)を設け、管軸と平行で管本体(２)の外周面にほぼ垂直に突出する短冊部材(１８)を、所望間隔で複数個、前記環状の平板部材(９)に接続して形成している。そして、この樹脂材製フィン部材(３)を、金属管(４)のみから成る管本体(２)の外周に所望間隔で複数個配設した後、金属管(４)を拡開させる事で、管本体(２)と樹脂材製フィン部材(３)とを接続固定し、平板部材(９)の挿入口(８)の内面と短冊部材(１８)の軸芯側の端面を管本体(２)の外周面に密着させて伝熱管(１)を形成している。また、この場合も、金属管(４)を拡開させる事なく、樹脂材製フィン部材(３)と管本体(２)とを接着剤の塗布により接続固定しても良い。この実施例１９では、短冊部材(１８)が伝熱管(１)の表面に長さ方向に密着しているため、伝熱面積を多くする事ができるばかりでなく、樹脂材製フィン部材(３)としての強度を向上する事が可能となる。

また、図２６、図２７に示す実施例２０では、管本体(２)の外周面に内周面を密着させる半円形の平板部材(９)を、軸方向に平行に複数配設し、複数の平行に配置した平板部材(９)の両端を、軸方向に長尺な連結部材(１７)で連結して樹脂材製フィン部材(３)を形成している。そして、この樹脂材製フィン部材(３)を一対、管本体(２)の外周面に線対称に密着配設し、樹脂材製フィン部材(３)と管本体(２)との接続は、図２６に示す如く、対向配置される互いの連結部材(１７)を、ボルト等の締付部材(１９)により連結する事で行っている。また、締付部材(１９)を使用せずに、樹脂材製フィン部材(３)の平板部材(９)の内周面が管本体(２)を挟持する際のクランプ力により、管本体(２)に接続固定しても良いし、接着剤の塗布により接続固定しても良いし、クランプ力と接着剤の双方を用いて接続固定しても良い。この実施例２０に於いては、半月形の平板部材(９)の両端が連結部材(１７)により連結されているため、伝熱面積を多くするばかりでなく、樹脂材製フィン部材(３)の強度を向上する事が可能となる。

また、図２８に示す実施例２１では、管本体(２)よりも大径とする事で管本体(２)の外周面との間に所望間隔が介在されるように、基盤部(１３)を環状に成形するとともに、この基盤部(１３)の一側に非連結部(１５)を設けてＣリング状とし、このＣリング状の基盤部(１３)の内周面に、複数本のピン(７)を設けて樹脂材製フィン部材(３)を形成している。また、基盤部(１３)の非連結部(１５)側の両端外方に、各々締付片(１６)を突設している。この樹脂材製フィン部材(３)を管本体(２)の外周面に配設するには、基盤部(１３)を拡開しながら、非連結部(１５)を介して、基盤部(１３)内に管本体(２)を径方向から挿入する。そして、基盤部(１３)の内周に突設したピン(７)の先端を管本体(２)の外周面に突当て接触させ、基盤部(１３)の一対の締付片(１６)をボルト等の締付部材(１９)にて締付け固定する事で、樹脂材製フィン部材(３)を管本体(２)の外周に接続固定している。この実施例２１に於いては、ピン(７)相互間及び基盤部(１３)と管本体(２)との間に、流体の流通間隔が形成されるため、放熱特性を向上する事が可能となる。

また、図２９は実施例２２の樹脂材製フィン部材(３)の斜視図で、管本体(２)の外周面との間に所望間隔を介して配置する半円形の基盤部(１３)と、この基盤部(１３)の内周面に一端を接続し、他端を管本体(２)の外周面に突当て接触させる複数本のピン(７)とで形成している。また、半円形の基盤部(１３)は、両端に締付片(１６)を突設し、一対の樹脂材製フィン部材(３)を管本体(２)に線対称に配設した際に、互いに対向する締付片(１６)を、図示はしないがボルト等の締付部材(１９)により締付け固定する事で、一対の樹脂材製フィン部材(３)を、管本体(２)の外周面に接続固定する。この実施例２２では、一対の樹脂材製フィン部材(３)の間隔が任意に調整できるため、管本体(２)への取り付けが容易となる。

また、図３０は実施例２３の伝熱管(１)の斜視図で、管本体(２)の外周面との間に所望間隔を介して環状に配置されるとともに軸方向に所望の間隔を介して配置した環状の一対の基盤部(１３)と、この基盤部(１３)を窓部(２９)を介して連結する連結部材(１７)と、基盤部(１３)と連結部材(１７)の内周及び外周に設けた複数本のピン(７)とで樹脂材製フィン部材(３)を形成している。そして、樹脂材製フィン部材(３)を管本体(２)の外周に配設する際に、基盤部(１３)と連結部材(１７)の内周に設けたピン(７)の先端を、管本体(２)の外周面に突当て接触させている。この実施例２３では、管本体(２)と基盤部(１３)との間に流体の流通間隔が形成されるから、熱交換用の流体との接触面積が向上し、基盤部(１３)及び連結部材(１７)の裏面も放熱面として利用する事が可能となる。

また、上記実施例２３では、基盤部(１３)及び連結部材(１７)の内面と外面の双方にピン(７)を突設しているが、図３１に示す実施例２４の樹脂材製フィン部材(３)は、基盤部(１３)と連結部材(１７)の内面のみにピン(７)を突設し、これらのピン(７)の先端を、管本体(２)の外周面に突当て接触させる事により、構造の簡略化と、外方にピン(７)を突出させる事により生じる、破損の可能性を減少している。

図３２は実施例２５の伝熱管(１)の斜視図で、管本体(２)の外周面との間に所望間隔を介して環状に配置する基盤部(１３)と、この基盤部(１３)の内周及び外周に設けた複数本のピン(７)とで樹脂材製フィン部材(３)を形成している。そして、樹脂材製フィン部材(３)を管本体(２)に配設する際に、基盤部(１３)の内周に設けたピン(７)の先端を、管本体(２)の外周面に突当て接触している。この実施例２５では、実施例２３、２４の場合よりも構造を簡略化し、管本体(２)への取り付けを容易としている。

また、上記実施例２５では、基盤部(１３)の内周と外周にピン(７)を突設しているが、他の異なる実施例２６では、図３３に示す如く、基盤部(１３)の内周のみに、円周方向に一列に複数本のピン(７)を設けて樹脂材製フィン部材(３)を形成している。また、他の異なる実施例２７では、図３４に示す如く、基盤部(１３)の内周のみに、円周方向に２列に複数本のピン(７)を設けて樹脂材製フィン部材(３)を形成している。

本発明の実施例１の伝熱管の斜視図。 図１の樹脂材製フィン部材付近の拡大断面図。 本発明の実施例２の伝熱管の斜視図。 図３の樹脂材製フィン部材の断面斜視図。 本発明の実施例３の樹脂材製フィン部材の断面斜視図。 本発明の実施例４の樹脂材製フィン部材の断面斜視図。 本発明の実施例５の伝熱管の斜視図。 図７の樹脂材製フィン部材付近の拡大断面図。 本発明の実施例６の伝熱管の樹脂材製フィン部材付近の拡大断面図。 本発明の実施例７の樹脂材製フィン部材の平面図。 本発明の実施例８の樹脂材製フィン部材の平面図。 本発明の実施例９の樹脂材製フィン部材の平面図。 図１２の側面図。 本発明の実施例１０の樹脂材製フィン部材の平面図。 本発明の実施例１１の樹脂材製フィン部材の平面図。 本発明の実施例１２の樹脂材製フィン部材の平面図。 図１６の側面図。 本発明の実施例１３の伝熱管の斜視図。 本発明の実施例１４の伝熱管の斜視図。 本発明の実施例１５の伝熱管の斜視図。 本発明の実施例１６の伝熱管の斜視図。 本発明の実施例１７の伝熱管の斜視図。 本発明の実施例１８の伝熱管の斜視図。 本発明の実施例１９の伝熱管の斜視図。 図２４の樹脂材製フィン部材の斜視図。 本発明の実施例２０の伝熱管の斜視図。 図２６の樹脂材製フィン部材の斜視図。 本発明の実施例２１の伝熱管の斜視図。 本発明の実施例２２の樹脂材製フィン部材の斜視図。 本発明の実施例２３の伝熱管の斜視図。 本発明の実施例２４の伝熱管の斜視図。 本発明の実施例２５の伝熱管の斜視図。 本発明の実施例２６の伝熱管の斜視図。 本発明の実施例２７の伝熱管の斜視図。 本発明の樹脂材製フィン部材を外装した伝熱管を使用した多管円筒式熱交換器の概念図。 熱交換性能実験の概念図。 熱交換性能グラフ。

符号の説明

１ 伝熱管
２ 管本体
３ 樹脂材製フィン部材
４ 金属管
５ 樹脂管
６ 突部
７ ピン
８ 挿通口
９ 平板部材
１０ 貫通穴
１１ 凹凸
１２ 突条
１３ 基盤部
１４ 突条部
１５ 非連結部
１６ 締付片
１７ 連結部材
１８ 短冊部材
１９ 締付部材

Claims (27)

1. 管本体の外周に、樹脂材製フィン部材を、環状、螺旋状に密着配設した事を特徴とする樹脂材製フィン部材を外装した伝熱管。
2. 樹脂材製フィン部材は、帯状の平板部材の長尺側の一側端面を管本体の外周面に密着させて、管本体に螺旋状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外装した伝熱管。
3. 樹脂材製フィン部材は、管本体の外周面に内周面を螺旋状に密着配置させる帯状の基盤部と、この基盤部に突設した少なくとも一本の突条部及び／又はピンとから成る事を特徴とする請求項１の樹脂材製フィン部材を外装した伝熱管。
4. 樹脂材製フィン部材は、管本体の外周面に内周面を環状に密着配置させる帯状の基盤部と、この基盤部に突設した少なくとも一本の突条部及び／又はピンとから成る事を特徴とする請求項１の樹脂材製フィン部材を外装した伝熱管。
5. 樹脂材製フィン部材は、管本体を挿通する挿通口を中央部に開口した環状の平板部材で形成し、この平板部材の挿通口の内面を管本体の外周に密着させて一個又は所望間隔で複数個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外装した伝熱管。
6. 樹脂材製フィン部材は、管軸方向に長尺な突条部を、管本体の外周に複数個、放射方向に配置したものである事を特徴とする請求項１の樹脂材製フィン部材を外装した伝熱管。
7. 平板部材及び／又は突条部及び／又はピンは、表面にピン、突部、突条、凹溝、凹凸、短冊部材、又は貫通穴の何れか一種又は複数種を設けた事を特徴とする請求項２、３、４、５又は６の樹脂材製フィン部材を外装した伝熱管。
8. 樹脂材製フィン部材は、管本体の外周に環状に密着させる基盤部と、この基盤部の外周径方向に突設した複数本のピンとから成り、この樹脂材製フィン部材を管本体の外周に一個又は所望間隔で複数個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外装した伝熱管。
9. 樹脂材製フィン部材は、管本体の外周に環状に密着させる基盤部をＣリング状として非連結部を設け、この非連結部を締着又は開放する事により基盤部の内径を拡縮可能とし、該基盤部の外周径方向に複数本のピンを突設して形成し、この樹脂材製フィン部材を管本体の外周に一個又は所望間隔で複数個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外装した伝熱管。
10. 樹脂材製フィン部材は、管本体の外周に環状に密着させるとともに軸方向に所望の間隔を介して配置した一対の基盤部と、この一対の基盤部を連結する複数の連結部材と、この連結部材及び／又は基盤部の外周に複数本突設したピンとから成り、この樹脂材製フィン部材を管本体の外周に一個又は所望間隔で複数個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外装した伝熱管。
11. 樹脂材製フィン部材は、管本体の外周に環状に密着させるとともに軸方向に所望の間隔を介して配置した一対の基盤部をＣリング状に形成して非連結部を設け、この非連結部を締着又は開放する事により基盤部の内径を拡縮可能とし、この一対の基盤部を複数の連結部材で連結し、この連結部材及び／又は基盤部の外周に複数本のピンを突設して形成し、この樹脂材製フィン部材を管本体の外周に一個又は所望間隔で複数個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外装した伝熱管。
12. 樹脂材製フィン部材は、管本体を挿通する挿通口を中央に開口した環状の平板部材を設けるとともに、管軸と平行で管本体の外周に突出する少なくとも一本の短冊部材を平板部材に固定し、この平板部材の挿通口の内面及び短冊部材の軸芯側の端面を管本体の外周面に密着させて、管本体の外周に一個又は所望間隔で複数個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外装した伝熱管。
13. 樹脂材製フィン部材は、管本体の外周面に内周面を密着させる半円形の平板部材を軸方向に平行に複数配設し、この複数の平行に配置した平板部材の両端を、軸方向に長尺な連結部材で連結して形成し、この樹脂材製フィン部材を一対、管本体の外周に線対称に密着配設する事を特徴とする請求項１の樹脂材製フィン部材を外装した伝熱管。
14. 管本体の外周に線対称に密着配設した一対の樹脂材製フィン部材は、半円形の平板部材の両側で互いに対向する連結部材を、締付部材にて締付け固定した事を特徴とする請求項１３の樹脂材製フィン部材を外装した伝熱管。
15. 樹脂材製フィン部材は、管本体の外周面との間に所望間隔を介して配置し一側に非連結部を設け、この非連結部を締着可能としたＣリング状の環状の基盤部と、この基盤部の内周面に一端を接続し、他端を管本体の外周面に突当て接触させる複数本のピンとで形成し、この樹脂材製フィン部材を管本体の外周に一個又は所望間隔で複数個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外装した伝熱管。
16. Ｃリング状の環状の基盤部は、非連結部側の両端に締付片を突設し、締付部材により締付片を固定可能とした事を特徴とする請求項１５の樹脂材製フィン部材を外装した伝熱管。
17. 樹脂材製フィン部材は、管本体の外周面との間に所望間隔を介して配置する半円形の基盤部と、この基盤部の内周面に一端を接続し、他端を管本体の外周面に突当て接触させる複数本のピンとで形成するとともに半円形の基盤部の両端に締付片を突設して形成し、管本体に線対称に配設された一対の樹脂材製フィン部材の、互いに対向する締付片を、締付部材により固定して、一対の樹脂材製フィン部材を、管本体の外周面に線対称に対向して配設する事を特徴とする請求項１の樹脂材製フィン部材を外装した伝熱管。
18. 樹脂材製フィン部材は、管本体の外周面との間に所望間隔を介して環状に配置するとともに軸方向に所望の間隔を介して配置した一対の基盤部と、この基盤部を連結する連結部材と、基盤部及び／又は連結部材の内周に設けた複数本のピンとで形成し、基盤部及び／又は連結部材の内周に設けたピンの先端を、管本体の外周面に突当て接触させて、樹脂材製フィン部材を、管本体の外周面に一個又は所望間隔で複数個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外装した伝熱管。
19. 樹脂材製フィン部材は、管本体の外周面との間に所望間隔を介して環状に配置するとともに軸方向に所望の間隔を介して配置した一対の基盤部と、この基盤部を連結する連結部材と、基盤部及び／又は連結部材の内周及び外周に設けた複数本のピンとで形成し、基盤部及び／又は連結部材の内周に設けたピンの先端を、管本体の外周面に突当て接触させて、樹脂材製フィン部材を、管本体の外周面に一個又は所望間隔で複数個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外装した伝熱管。
20. 樹脂材製フィン部材は、管本体の外周面との間に所望間隔を介して環状に配置する基盤部と、この基盤部の内周に設けた複数本のピンとで形成し、基盤部の内周に設けたピンの先端を、管本体の外周面に突当て接触させて、樹脂材製フィン部材を、管本体の外周面に一個又は所望間隔で複数個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外装した伝熱管。
21. 樹脂材製フィン部材は、管本体の外周面との間に所望間隔を介して環状に配置する基盤部と、この基盤部の内周及び外周に設けた複数本のピンとで形成し、基盤部の内周に設けたピンの先端を、管本体の外周面に突当て接触させて、樹脂材製フィン部材を、管本体の外周面に一個又は所望間隔で複数個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外装した伝熱管。
22. 管本体は、金属管である事を特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１７、１８、１９、２０又は２１の樹脂材製フィン部材を外装した伝熱管。
23. 管本体は、樹脂管である事を特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１７、１８、１９、２０又は２１の樹脂材製フィン部材を外装した伝熱管。
24. 管本体は、金属管の外周に樹脂被膜を設けるか又は樹脂管を配設した事を特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１７、１８、１９、２０又は２１の樹脂材製フィン部材を外装した伝熱管。
25. 樹脂材製フィン部材及び／又は樹脂管及び／又は樹脂被膜は、これら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、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２３又は２４の樹脂材製フィン部材を外装した伝熱管。
26. 樹脂材製フィン部材及び／又は樹脂管及び／又は樹脂被膜は、これら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、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２３、２４又は２５の樹脂材製フィン部材を外装した伝熱管。
27. 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２６の樹脂材製フィン部材を外装した伝熱管。

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