JP2011185543A

JP2011185543A - 伝熱パイプ、ｅｇｒクーラーおよびｅｇｒクーラーの製造方法

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Publication number: JP2011185543A
Application number: JP2010051962A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Asano; 昌彦浅野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-03-09
Filing date: 2010-03-09
Publication date: 2011-09-22
Anticipated expiration: 2030-03-09
Also published as: JP5471628B2

Abstract

【課題】ＥＧＲクーラーのコンパクト化および低コスト化を図るべく、フィンレスの構成としながら熱交換性能を確保することができる、扁平形状を有する伝熱パイプおよび当該伝熱パイプにより構成されるＥＧＲクーラーを提供するとともに、短辺方向の寸法を精度良く確保することができるＥＧＲクーラーの製造方法を提供する。
【解決手段】管状の部材であり、管内部を流通する流体（ここではＥＧＲガス）を管外部と熱交換させるための扁平形状を有する各伝熱パイプ４・１４を備えるＥＧＲクーラー１は、各伝熱パイプ４・１４の短辺方向内側の各寸法ｈを、各伝熱パイプ４・１４内を流通するＥＧＲガスの流れ場の状態が全て乱流（即ち、Ｒｅ＞５０００）となる寸法（境界値ｈ_ｃ未満）とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＥＧＲクーラーの熱交換器部分を構成する部品である扁平形状を有する伝熱パイプと、当該伝熱パイプを備えるＥＧＲクーラーおよび当該ＥＧＲクーラーの製造方法の技術に関する。

近年、エンジンから排出される排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）および粒子状物質（ＰＭ）等の低減や、エンジンの燃費向上に有効な技術として、排気再循環（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：以下、ＥＧＲと記載する）と称される技術が広く採用されるに至っている。
ＥＧＲを実現するためのシステムにおいては、再循環される排気ガス（以下、ＥＧＲガスと呼ぶ）を冷却するための装置であるＥＧＲクーラーが用いられており、当該ＥＧＲクーラーのコンパクト化および高効率化等のための改良が日々検討されている。

従来、伝熱面積を拡大して熱交換効率を向上させるために、熱交換器部分を構成する伝熱パイプとして扁平形状を有する伝熱パイプを採用したＥＧＲクーラーが知られており、例えば、以下に示す特許文献１等にその技術が開示され公知となっている。

特許文献１に開示された従来技術に係るＥＧＲクーラーの熱交換用チューブ（伝熱パイプ）は、一枚板からなる扁平形状を有する伝熱パイプであって、上部管壁および下部管壁の一部を折り返し状に屈曲させて対向する管壁に向かって突出させることによりインナーフィンを形成し、当該インナーフィンの頂部が対向する壁面に対して間隙を有するように構成している。
これにより、ろう付け部に起因する熱障壁がなくなるとともに、ＥＧＲガス中のＰＭの付着・堆積による目詰まりを防止することができ、ＥＧＲクーラー用の冷却性能の高い扁平形状を有する伝熱パイプを提供することができる。

特開２００７−６４６０６号公報

従来、ＥＧＲクーラー用の伝熱パイプでは、その内部におけるＥＧＲガスの流れ場の状態が層流および遷移域であることを前提としていたため、伝熱パイプの高さ方向中央部を層流および遷移域の状態で流れているＥＧＲガスは壁面と接触することができず、熱交換がされにくいという課題があった。
このため、特許文献１等に示される従来技術では、伝熱パイプの内部にフィン等を設けることによって、当該フィンと伝熱パイプの高さ方向中央部を流れるＥＧＲガスとを接触させて、伝熱パイプの高さ方向中央部を流れるＥＧＲガスの熱交換を行うようにしている。

このように従来の扁平形状を有する伝熱パイプでは、内部にフィンを配置する必要があるため、伝熱パイプのさらなる扁平化を図ることが難しく、ＥＧＲクーラーの大型化を招く要因となっていた。また従来の伝熱パイプでは、フィンやろう材の材料費やフィンをろう付けする手間等が掛かるため、フィンの存在自体が伝熱パイプのコスト（即ち、ＥＧＲクーラーのコスト）を増大させる要因ともなっていた。

また、扁平形状を有する伝熱パイプは、成型時に生じるスプリングバックによって、短辺方向の寸法が拡大してしまうため、寸法精度の良い伝熱パイプを製造することが困難であった。

本発明は、斯かる現状の課題を鑑みてなされたものであり、ＥＧＲクーラーのコンパクト化および低コスト化を図るべく、フィンレスの構成としながら熱交換性能を確保することができる、扁平形状を有する伝熱パイプおよび当該伝熱パイプにより構成されるＥＧＲクーラーを提供するとともに、短辺方向の寸法を精度良く確保することができるＥＧＲクーラーの製造方法を提供することを目的としている。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、管状の部材であり、管内部を流通する流体を管外部と熱交換させるための扁平形状を有する伝熱パイプであって、前記伝熱パイプの短辺方向の寸法を、前記伝熱パイプ内を流通する流体の流れ場の状態が全て乱流となる寸法とするものである。

請求項２においては、前記伝熱パイプは、管内部に、短辺方向への寸法の縮小量を規制する部位を備えるものである。

請求項３においては、請求項１または請求項２記載の前記伝熱パイプを備えるＥＧＲクーラーであって、前記伝熱パイプの短辺方向の寸法を、前記伝熱パイプ内を流通するＥＧＲガスの流れ場の状態が全て乱流となる寸法とするものである。

請求項４においては、前記ＥＧＲクーラーは、前記伝熱パイプの軸方向に直交する断面形状に対応する形状を有する孔が形成されるプレートを備え、該プレートによって、前記伝熱パイプの短辺方向の寸法を、前記伝熱パイプの内部におけるＥＧＲガスの流れ場の状態が全て乱流となる寸法に規制するものである。

請求項５においては、前記プレートは、前記伝熱パイプを、該伝熱パイプの長さ方向における端部において支持するためのエンドプレートにより構成するものである。

請求項６においては、請求項５記載の前記ＥＧＲクーラーの製造方法であって、前記伝熱パイプを、長さ方向に対して直交する方向に作用する内部応力を残留させつつ生成する工程と、複数の前記伝熱パイプの各両端部を、一対の前記エンドプレートに形成される複数の前記孔に嵌合させて仮組みする工程と、仮組みした複数の前記伝熱パイプおよび一対の前記エンドプレートを加熱して、前記内部応力を開放させることによって、複数の前記伝熱パイプの短辺方向の寸法が、前記伝熱パイプの内部におけるＥＧＲガスの流れ場の状態が全て乱流となる寸法に縮小するように、前記複数の前記伝熱パイプを変形させつつ、一対の前記エンドプレートと複数の前記伝熱パイプを接合する工程と、を備えるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、フィンレスの構造で熱交換効率の良い伝熱パイプを提供することができる。

請求項２においては、伝熱パイプ内における流体の圧力損失を抑制して、熱交換の対象となる流体の流量を確保することができる。

請求項３においては、フィンレスの構造で熱交換効率の良いＥＧＲクーラーを提供できる。

請求項４においては、ＥＧＲクーラーに備えられる伝熱パイプの寸法精度を確実に確保できる。

請求項５においては、追加の部材を別途用意する必要がなく、フィンレスの構造で熱交換効率の良いＥＧＲクーラーを、安価に提供できる。

請求項６においては、ＥＧＲガスの流れ場の状態が確実に乱流となるコンパクトで熱交換効率の良いＥＧＲクーラーを、安価に提供できる。

本発明の一実施形態に係るＥＧＲクーラーの全体構成を示す模式図。本発明の一実施形態に係るＥＧＲクーラーを構成するエンドプレートを示す模式図、（ａ）正面模式図、（ｂ）エンドプレートに伝熱パイプを嵌合させた状態を示す斜視図。本発明の一実施形態に係るＥＧＲクーラーを構成する第一の実施形態に係る伝熱パイプを示す模式図、（ａ）規制部を形成する場合の正面模式図、（ｂ）図３（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）規制部材を付設する場合の正面模式図、（ｄ）図３（ｃ）におけるＢ−Ｂ断面図。本発明の一実施形態に係るＥＧＲクーラーを構成する第二の実施形態に係る伝熱パイプを示す模式図、（ａ）規制部を形成する場合の正面模式図、（ｂ）図４（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図、（ｃ）規制部材を付設する場合の正面模式図、（ｄ）図４（ｃ）におけるＤ−Ｄ断面図。伝熱パイプの短辺方向内側の寸法と伝熱パイプ内のＥＧＲガスの流れ場の状態との関係を示す図、（ａ）従来の伝熱パイプにおけるＥＧＲガスの流れ場の状態を示す模式図、（ｂ）本発明の一実施形態に係る伝熱パイプにおけるＥＧＲガスの流れ場の状態を示す模式図。伝熱パイプの短辺方向内側の寸法とＥＧＲガスの熱交換の状況との関係を示す図、（ａ）従来の伝熱パイプにおける熱交換の状況を示す模式図、（ｂ）本発明の一実施形態に係る伝熱パイプにおける熱交換の状況を示す模式図。伝熱パイプの短辺方向内側の寸法と伝熱パイプ内のＥＧＲガスのレイノルズ数との関係を示す図。本発明の一実施形態に係るＥＧＲクーラーの製造方法の流れを示すフロー図。本発明の一実施形態に係るＥＧＲクーラーの製造方法における第一の実施形態に係る伝熱パイプの製造状況を示す模式図。本発明の一実施形態に係るＥＧＲクーラーの製造方法における第二の実施形態に係る伝熱パイプの製造状況を示す模式図。

次に、発明の実施の形態を説明する。
まず始めに、本発明の一実施形態に係るＥＧＲクーラーの全体構成について、図１および図２を用いて説明をする。
図１に示す如く、本発明の一実施形態に係るＥＧＲクーラー１は、ＥＧＲガスを冷却するために用いられる、所謂シェルアンドチューブ型の熱交換器であり、ケーシング２、エンドプレート３・３、伝熱パイプ４・４・・・等により構成されている。

ケーシング２は、熱交換を行う対象となる流体（ここでは、ＥＧＲガスと冷却水）の流通経路の一部を形成するための容器状の部材であり、該ケーシング２にＥＧＲガスを流入させるための開口部であるＥＧＲガス入口２ａと、ケーシング２からＥＧＲガスを流出させるための開口部であるＥＧＲガス出口２ｂと、ケーシング２に冷却水を流入させるための開口部である冷却水入口２ｃと、ケーシング２から冷却水を流出させるための開口部である冷却水出口２ｄ、等が形成されている。

また、ケーシング２内には、該ケーシング２におけるＥＧＲガスと冷却水の流通経路を隔絶するためのプレート状部材である一対のエンドプレート３・３が固設されている。そして、ケーシング２内において、各エンドプレート３・３によって挟まれた領域のケーシング２によって冷却水の流通経路を形成し、それ以外の領域のケーシング２によってＥＧＲガスの流通経路を形成する構成としている。このため、ＥＧＲガスの流通経路は、各エンドプレート３・３により形成される冷却水の流通経路によって、上流側と下流側に分けられている。
この上流側と下流側に分けられたＥＧＲガスの流通経路は、複数の伝熱パイプ４・４・・・によって連通され、一連のＥＧＲガスの流通経路を形成する構成としている。

図１および図２（ａ）（ｂ）に示す如く、ＥＧＲクーラー１を構成するエンドプレート３は、ＥＧＲガスと冷却水の各流通経路を隔絶するための部材であるとともに、ケーシング２内に伝熱パイプ４・４・・・を固定するための部材である。エンドプレート３には、伝熱パイプ４の軸方向と直交する平面による断面形状に対応しており、伝熱パイプ４と嵌合する孔部である複数の嵌合孔３ａ・３ａ・・・が形成されている。以下の説明では、嵌合孔３ａの寸法を、図２（ａ）に示すように、幅をＷ_１、高さをＨ_１として規定する。
尚、本実施形態で示すＥＧＲクーラー１は、６本の伝熱パイプ４・４・・・を高さ方向に一定の間隔で積層して備える構成であるため、一つのエンドプレート３について、６箇所の嵌合孔３ａ・３ａ・・・を形成する場合を例示している。

そして、図２（ｂ）に示す如く、６箇所の各嵌合孔３ａ・３ａ・・・にそれぞれ伝熱パイプ４・４・・・を嵌合させるとともに、一対のエンドプレート３・３を各伝熱パイプ４・４・・・の長さ方向の各端部４ｄ・４ｄ・・・に配置するようにしている。
各嵌合孔３ａ・３ａ・・・と各伝熱パイプ４・４・・・との隙間は、ろう付けすることによって封止される。

これにより、図１に示す如く、ＥＧＲガス入口２ａおよびＥＧＲガス出口２ｂを、各伝熱パイプ４・４・・・によって連通し、ＥＧＲガスの流通経路を形成するとともに、ケーシング２内のエンドプレート３・３によって挟まれる空間と、ＥＧＲガス入口２ａおよびＥＧＲガス出口２ｂと、を隔絶して、ケーシング２内のエンドプレート３・３によって挟まれる空間によって、冷却水の流通経路を形成している。

このように、ＥＧＲクーラー１では、各伝熱パイプ４・４・・・の内部にＥＧＲガスを流通させるとともに、各伝熱パイプ４・４・・・の外部に冷却水を流通させることによって、各伝熱パイプ４・４・・・を介してＥＧＲガスと冷却水の熱交換を行って、ＥＧＲガスを冷却するようにしている。つまり、ＥＧＲガス入口２ａからＥＧＲクーラー１に流入したＥＧＲガスは、冷却されてＥＧＲガス出口２ｂから流出し、冷却水入口２ｃからＥＧＲクーラー１に流入した冷却水は、昇温されて冷却水出口２ｄから流出する。

次に、ＥＧＲクーラー１を構成する伝熱パイプ４について、図３および図４を用いて説明をする。
図３（ａ）（ｂ）に示す如く、ＥＧＲクーラー１を構成する第一の実施形態に係る伝熱パイプ４は、略円筒状のパイプを軸方向に対して直交する方向に押し潰すことによって、扁平形状に成型される管状部材である。

以下の説明では、伝熱パイプ４の外形寸法を、図３（ａ）に示すように、幅（長辺方向の長さ）をＷ_２、高さ（短辺方向の長さ）をＨ_２とし、図３（ｂ）に示すように、パイプ軸方向の長さをＬとして規定する。また、伝熱パイプ４の短辺方向（高さ方向）内側の寸法をｈ、パイプを構成する板材の厚みをｔとして規定する。
ここで、伝熱パイプ４の高さＨ_２は、Ｈ_２＝ｈ＋２ｔとして表され、エンドプレート３の嵌合孔３ａの高さＨ_１に比して小さく、かつ、略一致する寸法としている。

伝熱パイプ４の幅方向の両端部において短辺を形成する部位である短辺部４ａ・４ａは、元の略円筒状の形状に戻ろうとする内部応力が残留するように湾曲させている。
内部応力は、伝熱パイプ４を加熱することによって開放されるため、伝熱パイプ４を加熱することによって、該伝熱パイプ４を元の略円筒状の形状に復元するように変形させることができる。また、伝熱パイプ４の高さ方向の両端部において長辺を形成する部位を長辺部４ｂ・４ｂとして規定している。

伝熱パイプ４のパイプ内には、該伝熱パイプ４の寸法ｈの下限値を規制するための部位である規制部４ｃを形成している。
規制部４ｃは、該伝熱パイプ４の長辺部４ｂ・４ｂの内壁面から対面する内壁面に向けてディンプル状の突起を所定の高さｘ／２で突設させて形成する部位であり、対面する各規制部４ｃ・４ｃの頂部同士を当接させることによって、伝熱パイプ４の寸法ｈが高さｘ未満とならないように規制できる構成としている。

尚、規制部４ｃの態様は、これに限定されず、例えば、伝熱パイプ４のいずれか一方の長辺部４ｂの内壁面から対面する内壁面に向けてディンプル状の突起を所定の高さｘで突設させて形成する部位として規制部４ｃを形成し、規制部４ｃの頂部を対面する長辺部４ｂの内壁面に当接させることによって、伝熱パイプ４の寸法ｈが高さｘ未満とならないように規制することも可能である。

また、伝熱パイプ４の寸法ｈの下限値を規制するための部位は、図３（ｃ）（ｄ）に示すように、伝熱パイプ４のパイプ内に規制部材５を付設して形成する態様とすることも可能である。
規制部材５は、伝熱パイプ４の一方の長辺部４ｂの内壁面に所定の高さｘである部材を付設して形成しており、規制部材５によって、伝熱パイプ４の寸法ｈが高さｘ未満とならないように規制する構成としている。

また、本発明の一実施形態に係るＥＧＲクーラー１を構成する伝熱パイプの態様は、第一の実施形態に係る伝熱パイプ４に限定されず、例えば、以下に示す第二の実施形態に係る伝熱パイプ１４と置き換えることが可能である。
即ち、本発明の一実施形態に係るＥＧＲクーラー１では、本発明の第一および第二の実施形態に係る各伝熱パイプ４・１４のいずれを採用することも可能である。

図４（ａ）（ｂ）に示す如く、ＥＧＲクーラー１を構成する第二の実施形態に係る伝熱パイプ１４は、平板状の素材をプレス加工して形成した部材を二つ用いて、プレス面を向かい合わせた状態で二つの素材をろう付け等して形成される扁平形状を有する管状部材である。以下の説明では、伝熱パイプ１４の外形寸法を、図４（ａ）に示すように、先述した伝熱パイプ４と共通で、幅をＷ_２、高さをＨ_２として規定する。また、伝熱パイプ４の短辺方向内側の寸法をｈ、パイプの厚みをｔとして規定する。

伝熱パイプ１４の幅方向の両端部において短辺を形成する部位である短辺部１４ａ・１４ａは、元の平板状の形状に戻ろうとする内部応力が残留するように湾曲させている。
内部応力は、伝熱パイプ１４を加熱することによって開放されるため、伝熱パイプ１４を加熱することによって、該伝熱パイプ１４を構成する各素材を元の平板状の形状に復元するように変形させることができる。
また、伝熱パイプ１４の高さ方向の両端部において長辺を形成する部位を長辺部１４ｂ・１４ｂとして規定している。

伝熱パイプ１４のパイプ内には、該伝熱パイプ１４の寸法ｈの下限値を規制するための部位である規制部１４ｃを形成している。
規制部１４ｃは、該伝熱パイプ１４の長辺部１４ｂ・１４ｂの内壁面から対面する内壁面に向けてディンプル状の突起を所定の高さｘ／２で突設させて形成する部位であり、対面する各規制部１４ｃ・１４ｃの頂部同士を当接させることによって、伝熱パイプ１４の寸法ｈが高さｘ未満とならないように規制できる構成としている。

尚、規制部１４ｃの態様は、これに限定されず、例えば、伝熱パイプ１４のいずれか一方の長辺部１４ｂの内壁面から対面する内壁面に向けてディンプル状の突起を所定の高さｘで突設させて形成する部位として規制部１４ｃを形成し、規制部１４ｃの頂部を対面する長辺部１４ｂの内壁面に当接させることによって、伝熱パイプ１４の寸法ｈが高さｘ未満とならないように規制することも可能である。

また、伝熱パイプ１４の寸法ｈの下限値を規制するための部位は、図４（ｃ）（ｄ）に示すように、伝熱パイプ１４のパイプ内に規制部材１５を付設して形成する態様とすることも可能である。
規制部材１５は、伝熱パイプ１４の長辺部１４ｂの内壁面に所定の高さｘである部材を付設して形成しており、規制部材１５によって、伝熱パイプ１４の寸法ｈが高さｘ未満とならないように規制する構成としている。

次に、伝熱パイプ４の寸法ｈとＥＧＲガスの流れ場の状態との関係について、図５〜図７を用いて説明をする。
図５（ａ）に示す如く、従来の伝熱パイプ２４内のＥＧＲガスの流れ場の状態は、流れの中心部分では層流域および遷移域となっており、また、層流域および遷移域の外側が乱流域となっている。このとき、伝熱パイプ２４において設定される寸法ｈを寸法ｈ_ａとする。

一方、図５（ｂ）に示す如く、本発明に係る伝熱パイプ４では、寸法ｈを従来の寸法ｈ_ａに比して小さい寸法ｈ_ｂとしており、伝熱パイプ４内のＥＧＲガスの流れ場の状態を、乱流域のみとするように構成している。

図６（ａ）に示す如く、従来の伝熱パイプ２４では、層流域および遷移域の外側の乱流域では、ＥＧＲガスが伝熱パイプ２４に接触しているが、流れの中心部分に存在する層流域および遷移域を流れるＥＧＲガスは伝熱パイプ２４に接触しない。
このため、従来の伝熱パイプ２４でＥＧＲガスを冷却する場合、乱流域を流れるＥＧＲガスは、十分に熱交換されて比較的低温の温度ｔ_１となる反面、層流域および遷移域の部分を流れるＥＧＲガスは、熱交換が十分になされず、温度ｔ_１に比して高温である温度ｔ_２（ｔ_１＜ｔ_２）に冷却されるにとどまる。

一方、図６（ｂ）に示す如く、本発明に係る伝熱パイプ４では、流れ場の状態が乱流域のみとなっているため、伝熱パイプ４を通過する全てのＥＧＲガスが伝熱パイプ４に接触する。
このため、伝熱パイプ４でＥＧＲガスを冷却する場合、伝熱パイプ４を通過する全てのＥＧＲガスが十分に熱交換されるため、全領域を比較的低温の温度ｔ_１程度にまで冷却することができる。

即ち、本発明に係る伝熱パイプ４では、従来とは異なり、ＥＧＲガスの流れ場の状態を乱流とすることによって、フィン等を設けることなく効率良くＥＧＲガスの熱交換を実現させるものであり、伝熱パイプ４を通過する全てのＥＧＲガスを伝熱パイプ４に接触させるようにしている。尚、ここでは伝熱パイプ４の場合を例示して説明をしているが、伝熱パイプ１４についても同様に、従来の寸法ｈ_ａに比して小さい寸法ｈ_ｂとしている。

伝熱パイプ４内の流れ場の状態は、レイノルズ数Ｒｅを算出することによって把握することができる。
レイノルズ数Ｒｅは、ＥＧＲガスの流速をＶ（ｍ／ｓｅｃ）、密度をρ（ｋｇ／ｍ^３）、粘性係数をμ（ｋｇ／ｍ／ｓｅｃ）、伝熱パイプ４の代表長さをＤ（ｍｍ）とするとき、以下の数式１によって算出することができる。尚、代表長さＤとしては、例えば、伝熱パイプ４の断面積と等しい断面積を有する円の直径（等価円管径）を採用することができる。

そして、伝熱パイプ４内の流れ場の状態は、求めたレイノルズ数Ｒｅが、Ｒｅ＜２３００の場合には層流、２３００≦Ｒｅ≦５０００の場合には遷移域、Ｒｅ＞５０００の場合には乱流であると判断することができる。

そして、長辺長さを一定とする条件のもとで、寸法ｈを変化させてレイノルズ数Ｒｅを数式１に基づいて算出すると、図７に示すように表される。
図７によれば、伝熱パイプ４の寸法ｈを小さくしていくとき、寸法ｈ_ｂが境界値ｈ_ｃ未満であれば、伝熱パイプ４内のＥＧＲガスの流れ場の状態を完全に乱流とすることが可能であることが判る。

そこで本発明に係る伝熱パイプ４では、ＥＧＲクーラー１の要求仕様（ＥＧＲガス量、熱交換量、設置スペースの制約等）や、伝熱パイプ４の設計本数、幅方向の設計寸法等を考慮した上で、レイノルズ数Ｒｅを算出して、伝熱パイプ４内を流れるＥＧＲガスの流れ場が確実に乱流となるように寸法ｈ_ｂの設計寸法を図７中に示す境界値ｈ_ｃ未満の寸法（即ち、ｈ_ｃ＞ｈ）として決定するようにしている。

即ち、本発明の一実施形態に係る各伝熱パイプ４・１４は、管状の部材であり、管内部を流通する流体（ここではＥＧＲガス）を管外部と熱交換させるための扁平形状を有する各伝熱パイプ４・１４であって、各伝熱パイプ４・１４の各短辺方向の寸法（本実施形態では、短辺方向内側の各寸法ｈ）を、該各伝熱パイプ４・１４内を流通する流体（本実施形態では、ＥＧＲガス）の流れ場の状態が全て乱流（即ち、Ｒｅ＞５０００）となる寸法（境界値ｈ_ｃ未満）とするものである。
このような構成により、フィンレスの構造で熱交換効率の良い各伝熱パイプ４・１４を提供することができる。

尚、本実施形態では、流れ場の状態を判断するための短辺方向の寸法として、短辺方向内側の寸法ｈを採用する場合を例示しているが、短辺方向の外形寸法Ｈ_２は、Ｈ_２＝ｈ＋ｔの関係にあるため、流れ場の状態を判断するための短辺方向の寸法として、各伝熱パイプ４・１４の板材の厚みｔを考慮しつつ短辺方向の外形寸法Ｈ_２を採用することも可能である。

ところで、伝熱パイプ４の寸法ｈは、熱交換効率の側面から見れば、境界値ｈ_ｃ未満の可能な限り小さい寸法であることが望ましいが、伝熱パイプ４における圧力損失の側面から見た場合、寸法ｈを小さくしすぎると、圧力損失が過大となり、必要なＥＧＲガスの流量が確保できなくなるという問題がある。

そこで、本発明に係る伝熱パイプ４では、規制部４ｃ（あるいは、規制部材５）による規制量（高さｘ）を、所定の圧力損失に基づいて、ｈ_ｃ＞ｘとなる寸法で設定するようにしており、伝熱パイプ４の寸法ｈは、ｈ_ｃ＞ｈ≧ｘとなる寸法で設定するようにしている。

即ち、本発明の一実施形態に係る各伝熱パイプ４・１４は、管内部に、短辺方向への寸法ｈの縮小量を規制する部位である各規制部４ｃ・１４ｃ（あるいは、規制部材５・１５）を備えるものである。
このような構成により、各伝熱パイプ４・１４内における流体（ここではＥＧＲガス）の圧力損失を抑制して、熱交換の対象となる流体（ここではＥＧＲガス）の流量を確保することができる。

また、本発明の一実施形態に係るＥＧＲクーラー１は、各伝熱パイプ４・１４を備えるものであって、各伝熱パイプ４・１４の各寸法ｈを、各伝熱パイプ４・１４内を流通するＥＧＲガスの流れ場の状態が全て乱流（即ち、Ｒｅ＞５０００）となる寸法（境界値ｈ_ｃ未満）とするものである。
このような構成により、フィンレスの構造で熱交換効率の良いＥＧＲクーラー１を提供できる。

尚、本実施形態では、各伝熱パイプ４・１４の各寸法ｈを、各伝熱パイプ４・１４内を流通するＥＧＲガスの流れ場の状態が完全に乱流（即ち、Ｒｅ＞５０００）となる寸法（境界値ｈ_ｃ未満）とする構成を例示しているが、各伝熱パイプ４・１４内を流通するＥＧＲガスの流れ場の状態が、必ずしも完全に乱流でない領域（例えば、４０００＜Ｒｅ≦５０００の領域）においても、従来に比して熱交換効率の改善が図られている。
即ち、本発明に係る伝熱パイプの特徴は、寸法ｈを縮小させて、伝熱パイプをより扁平化することによって、フィンレスの構造でＥＧＲガスの流れ場の状態の乱流化を進める点にあり、その最も好ましい実施形態が、ＥＧＲガスの流れ場の状態を完全に乱流化した状態である。

次に、本発明の一実施形態に係るＥＧＲクーラーの製造方法について、図８〜図１０を用いて説明をする。本発明の一実施形態に係るＥＧＲクーラーの製造方法は、ＥＧＲクーラー１における各伝熱パイプ４・１４の各寸法ｈを、確実にｈ_ｃ＞ｈ≧ｘとして製造することができる製造方法である。

（伝熱パイプ生成工程）
図８および図９に示す如く、本発明の第一の実施形態に係る伝熱パイプ４を備えるＥＧＲクーラー１の製造方法では、まず、所定の断面形状を有する伝熱パイプ４を所定の本数（本実施形態では、少なくとも６本）生成する（ＳＴＥＰ−１）。
伝熱パイプ４を生成する工程では、短辺部４ａ・４ａに、元の略円筒状の形状に戻ろうとする内部応力Ｐが残留するように湾曲させて、伝熱パイプ４を生成する（ＳＴＥＰ−１−ａ）。
またこのとき、伝熱パイプ４の内部には、規制部材５を付設しておく（ＳＴＥＰ−１−ｂ）。あるいは、伝熱パイプ４を生成するときに、規制部４ｃを形成しておく態様としてもよい。

また、図８および図１０に示す如く、本発明の第二の実施形態に係る伝熱パイプ１４を備えるＥＧＲクーラー１の製造方法でも同様に、まず、所定の断面形状を有する伝熱パイプ１４を所定の本数（本実施形態では、少なくとも６本）生成する（ＳＴＥＰ−１）。
伝熱パイプ１４を生成する工程では、短辺部１４ａ・１４ａに、元の平板形状に戻ろうとする内部応力Ｑが残留するように湾曲させて、伝熱パイプ１４を生成する（ＳＴＥＰ−１−ａ）。
またこのとき、伝熱パイプ１４の内部には、規制部材１５を付設しておく（ＳＴＥＰ−１−ｂ）。あるいは、伝熱パイプ１４を生成するときに、規制部１４ｃを形成しておく態様としてもよい。

（伝熱パイプ仮組み工程）
そして、図８および図９に示す如く、本発明の第一の実施形態に係る伝熱パイプ４を備えるＥＧＲクーラー１の製造方法では、複数の伝熱パイプ４・４・・・の長さ方向の各端部４ｄ・４ｄ・・・において、エンドプレート３の各嵌合孔３ａ・３ａ・・・を嵌合させて仮組みしておく（ＳＴＥＰ−２）。また仮組みの状態では、各伝熱パイプ４・４・・・と各嵌合孔３ａ・３ａ・・・の隙間には、ろう材を塗布しておく。

また、図８および図１０に示す如く、本発明の第二の実施形態に係る伝熱パイプ１４を備えるＥＧＲクーラー１の製造方法では、複数の伝熱パイプ１４・１４・・・の長さ方向の各端部１４ｄ・１４ｄ・・・において、エンドプレート３の各嵌合孔３ａ・３ａ・・・を嵌合させて仮組みしておく（ＳＴＥＰ−２）。また仮組みの状態では、各伝熱パイプ１４・１４・・・と各嵌合孔３ａ・３ａ・・・の隙間には、ろう材を塗布しておく。

ここで、各伝熱パイプ４・１４の各寸法ｈは、各嵌合孔３ａ・３ａ・・・に嵌合されることによって、ｈ≦Ｈ_２−２ｔの関係が成立するように規制される。
またここで、ｈ_ｃ＞Ｈ_２−２ｔの関係が成立していれば、確実にｈ_ｃ＞ｈの関係を成立させることができるため、嵌合孔３ａの高さＨ_２は、Ｈ_２＜ｈ_ｃ−２ｔとなる寸法に設定しておく。
これにより、各伝熱パイプ４・１４の各寸法ｈは、各嵌合孔３ａ・３ａ・・・に嵌合されることによって、ｈ_ｃ＞ｈの関係を成立させることができる。

即ち、本発明の一実施形態に係るＥＧＲクーラー１は、各伝熱パイプ４・１４の軸方向に直交する断面形状に対応する形状を有する孔である嵌合孔３ａ・３ａ・・・が形成されるプレートは、各伝熱パイプ４・１４を、該各伝熱パイプ４・１４の長さ方向における端部４ｄ・４ｄおよび端部１４ｄ・１４ｄにおいて支持するためのエンドプレート３・３により構成するものであって、該エンドプレート３・３によって、各伝熱パイプ４・１４の各短辺方向の寸法（本実施形態では短辺方向内側の各寸法ｈ）を、各伝熱パイプ４・１４の内部におけるＥＧＲガスの流れ場の状態が全て乱流（即ち、Ｒｅ＞５０００）となる寸法（境界値ｈ_ｃ未満）に規制するものである。
このような構成により、ＥＧＲクーラー１に備えられる各伝熱パイプ４・１４の寸法精度を確実に確保できる。
また、追加のプレート部材を別途用意する必要がなく、フィンレスの構造で熱交換効率の良いＥＧＲクーラー１を、安価に提供できる。

（伝熱パイプろう付け工程）
そして、図８および図９に示す如く、本発明の第一の実施形態に係る伝熱パイプ４を備えるＥＧＲクーラー１の製造方法では、仮組みした状態の各伝熱パイプ４・４・・・およびエンドプレート３・３を全体的に加熱してろう付けをする（ＳＴＥＰ−３）。
このとき、各伝熱パイプ４・４・・・の短辺部４ａ・４ａの内部応力Ｐが開放されて、元の円管状の形状に復元しようと変形する。

しかしながら、短辺部４ａ・４ａの高さ方向外側への変形および幅方向外側への変形は、エンドプレート３・３によって規制されているため、これらの変形は全て幅方向内側への変形に変換される。ここで各長辺部４ｂ・４ｂは、高さ方向内側に撓むことしかできないため、スプリングバックが生じることもなく、寸法ｈがさらに縮小されて、より確実にｈ_ｃ＞ｈの関係を成立させることができる。

また、各長辺部４ｂ・４ｂの短辺方向内側への撓み量（即ち、寸法ｈの縮小量）は、規制部材５（あるいは、規制部４ｃ）によって規制されるため、寸法ｈを、確実に所定の高さｘ以上とすることができる。

また、図８および図１０に示す如く、本発明の第二の実施形態に係る伝熱パイプ１４を備えるＥＧＲクーラー１の製造方法においても同様に、仮組みした状態の各伝熱パイプ１４・１４・・・およびエンドプレート３・３を全体的に加熱してろう付けをする（ＳＴＥＰ−３）。
このとき、各伝熱パイプ１４・１４・・・の短辺部１４ａ・１４ａの内部応力Ｑが開放されて、元の平板形状に復元しようと変形する。

しかしながら、短辺部１４ａ・１４ａの高さ方向外側への変形および幅方向外側への変形は、エンドプレート３・３によって規制されているため、これらの変形は全て幅方向内側への変形に変換される。ここで各長辺部１４ｂ・１４ｂは、高さ方向内側に撓むことしかできないため、スプリングバックが生じることもなく、寸法ｈがさらに縮小されて、より確実にｈ_ｃ＞ｈの関係を成立させることができる。

また、各長辺部１４ｂ・１４ｂの短辺方向内側への撓み量（即ち、寸法ｈの縮小量）は、規制部材５（あるいは、規制部４ｃ）によって規制されるため、寸法ｈを、確実に所定の高さｘ以上とすることができる。

尚、本実施形態では、エンドプレート３と各伝熱パイプ４・１４をろう付けにより接合する態様を例示しているが、本発明の一実施形態に係るＥＧＲクーラー１の製造方法における接合方法の種類をこれに限定するものではなく、例えば溶接等であってもよく、加熱を伴う接合方法であれば、種々の接合方法を適用することができる。

即ち、本発明の一実施形態に係るＥＧＲクーラー１の製造方法は、伝熱パイプ４（あるいは、伝熱パイプ１４）を、長さ方向に対して直交する方向に作用する内部応力Ｐ（あるいは、内部応力Ｑ）を残留させつつ生成する工程（図８に示す（ＳＴＥＰ−１））と、複数の伝熱パイプ４・４・・・（あるいは、複数の伝熱パイプ１４・１４・・・）の各両端部４ｄ・４ｄ（あるいは、各両端部１４ｄ・１４ｄ）を、一対のエンドプレート３・３に形成される複数の嵌合孔３ａ・３ａ・・・に嵌合させて仮組みする工程（図８に示す（ＳＴＥＰ−２））と、仮組みした複数の伝熱パイプ４・４・・・（あるいは、複数の伝熱パイプ１４・１４・・・）および一対のエンドプレート３・３を加熱して、内部応力Ｐ（あるいは、内部応力Ｑ）を開放させることによって、複数の伝熱パイプ４・４・・・（あるいは、複数の伝熱パイプ１４・１４・・・）の短辺方向の寸法（本実施形態では、短辺方向内側の各寸法ｈ）が、伝熱パイプ４（あるいは、伝熱パイプ１４）の内部におけるＥＧＲガスの流れ場の状態が全て乱流（Ｒｅ＞５０００）となる寸法（境界値ｈ_ｃ未満）に縮小するように、複数の伝熱パイプ４・４・・・（あるいは、複数の伝熱パイプ１４・１４・・・）を変形させつつ、一対のエンドプレート３・３と複数の伝熱パイプ４・４・・・（あるいは、複数の伝熱パイプ１４・１４・・・）を接合する工程（図８に示す（ＳＴＥＰ−３））と、を備えるものである。
このような構成により、ＥＧＲガスの流れ場の状態が確実に乱流となるコンパクトで熱交換効率の良いＥＧＲクーラー１を、安価に提供できる。

１ＥＧＲクーラー
２ケーシング
３エンドプレート
４伝熱パイプ
４ａ短辺部
４ｂ長辺部
４ｃ規制部
４ｄ端部
１４伝熱パイプ
１４ａ短辺部
１４ｂ長辺部
１４ｃ規制部
１４ｄ端部

Claims

管状の部材であり、管内部を流通する流体を管外部と熱交換させるための扁平形状を有する伝熱パイプであって、
前記伝熱パイプの短辺方向の寸法を、前記伝熱パイプ内を流通する流体の流れ場の状態が全て乱流となる寸法とする、
ことを特徴とする伝熱パイプ。
前記伝熱パイプは、
管内部に、短辺方向への寸法の縮小量を規制する部位を備える、
ことを特徴とする請求項１記載の伝熱パイプ。
請求項１または請求項２記載の前記伝熱パイプを備えるＥＧＲクーラーであって、
前記伝熱パイプの短辺方向の寸法を、前記伝熱パイプ内を流通するＥＧＲガスの流れ場の状態が全て乱流となる寸法とする、
ことを特徴とするＥＧＲクーラー。
前記ＥＧＲクーラーは、
前記伝熱パイプの軸方向に直交する断面形状に対応する形状を有する孔が形成されるプレートを備え、
該プレートによって、
前記伝熱パイプの短辺方向の寸法を、前記伝熱パイプの内部におけるＥＧＲガスの流れ場の状態が全て乱流となる寸法に規制する、
ことを特徴とする請求項３記載のＥＧＲクーラー。
前記プレートは、
前記伝熱パイプを、該伝熱パイプの長さ方向における端部において支持するためのエンドプレートにより構成する、
ことを特徴とする請求項４記載のＥＧＲクーラー。
請求項５記載の前記ＥＧＲクーラーの製造方法であって、
前記伝熱パイプを、長さ方向に対して直交する方向に作用する内部応力を残留させつつ生成する工程と、
複数の前記伝熱パイプの各両端部を、一対の前記エンドプレートに形成される複数の前記孔に嵌合させて仮組みする工程と、
仮組みした複数の前記伝熱パイプおよび一対の前記エンドプレートを加熱して、前記内部応力を開放させることによって、複数の前記伝熱パイプの短辺方向の寸法が、前記伝熱パイプの内部におけるＥＧＲガスの流れ場の状態が全て乱流となる寸法に縮小するように、前記複数の前記伝熱パイプを変形させつつ、一対の前記エンドプレートと複数の前記伝熱パイプを接合する工程と、
を備える、
ことを特徴とするＥＧＲクーラーの製造方法。