WO2006077657A1 - 二重管型熱交換器およびその製造方法 - Google Patents

二重管型熱交換器およびその製造方法 Download PDF

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Kazuhiko Yusa
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    • F28F1/08—Tubular elements crimped or corrugated in longitudinal section
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D7/106—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically consisting of two coaxial conduits or modules of two coaxial conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • Y10T29/4935—Heat exchanger or boiler making
    • Y10T29/49361—Tube inside tube

Definitions

  • the present invention relates to a double pipe type heat exchanger used as an EGR cooler, an oil cooler or the like.
  • the EGR cooler is installed in the middle of the engine exhaust gas piping, and cools the exhaust gas with cooling water.
  • a “double-pipe heat exchanger” disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-161871.
  • This is a double-pipe structure with an inner pipe and an outer pipe, and a heat radiating fin is integrally bent at an intermediate portion in the axial direction of the inner pipe. That is, in the middle part of the inner tube, a large number of ridges are formed in the radial direction from the center.
  • the conventional EGR cooler is installed in a straight line part of the engine exhaust gas piping. For this reason, the location where the EGR cooler is placed is not flexible, and the number of parts increases, and the overall manufacturing cost has to be increased. Accordingly, an object of the present invention is to provide a double-tube heat exchanger having a simple structure and a method for manufacturing the same, in which the double-tube heat exchanger itself can be easily bent in accordance with a piping path.
  • the present invention according to claim 1 comprises an outer tube (2) fitted on the outer side of an inner tube (1),
  • the inner pipe (1) has a plurality of balloon-like bulges (3) whose cross section perpendicular to the axis communicates with each other in the radial direction from the center, and the width of each bulge (3) is the center.
  • the middle part on the outer side in the radial direction is maximum and both end parts become gradually smaller, and a plurality of groove parts (10) are formed in the axial direction on the outer surface side in the center part.
  • each bulge (3) is bent into a corrugated shape, and the top (9) of the wave is the outer tube (2) at the radially outermost end of the bulge (3).
  • a double pipe heat exchanger in which the first fluid (4) flows in the inner pipe (1) and the second fluid (5) flows between the inner pipe (1) and the outer pipe (2). It is.
  • the present invention according to claim 3 is the method according to claim 1 or claim 2,
  • the opening edges (6) at both ends in the axial direction of the inner pipe (1) are connected and fixed to the inner surface of the outer pipe (2) over the entire circumference, and a pair of first fluids are attached to the outer surfaces of both ends of the outer pipe (2).
  • (4) is provided with an inlet / outlet (7), and flanges (8) for connection project from both ends of the outer pipe (2).
  • the opening edges (6) at both ends in the axial direction of the inner pipe (1) are connected and fixed to the inner surface of the outer pipe (2) over the entire circumference, and a pair of first fluids are attached to the outer surfaces of both ends of the outer pipe (2).
  • (4) is provided with an inlet / outlet (7), and flanges (8) for connection protrude from both ends of the outer pipe (2).
  • One of the first fluid (4) and the second fluid (5) is a double-tube heat exchanger used as an oil cooler in which one is cooling water and the other is oil.
  • the present invention according to claim 5 is any one of claims 1 to 4,
  • the cross section of the inner tube (1) is a double-tube type heat exchanger in which the three balloon-shaped bulges (3) communicate with each other at the center and are formed into a three-leaf clover shape as a whole.
  • a sixth aspect of the present invention provides a method for producing the double-tube heat exchanger according to any one of the first to fifth aspects
  • the double-pipe heat exchanger and the manufacturing method thereof according to the present invention are configured as described above and have the following effects.
  • the double-pipe heat exchanger of the present invention has an outer tube 2 fitted on an inner tube 1 and both are bent.
  • the inner tube 1 has a plurality of bulging portions 3, and the expanded tube 3 Since the outermost top portion 9 of the corrugation formed on the outlet portion 3 is in contact with the inner surface of the outer tube 2, the inner tube 1 and the outer tube are maintained in a state where the cross-sectional shapes of the inner tube 1 and the outer tube 2 are maintained.
  • the axis of 2 can be smoothly curved, and it can be a highly accurate double tube heat exchanger.
  • the inner tube 1 has a plurality of bulging portions 3 in the radial direction from the center, communicates with each other, and has a plurality of groove-shaped portions 10 formed on the outer periphery of the center portion.
  • the hot surface area is increased, and stirring is performed by the corrugated surface of the bulging portion 3, which has the effect of promoting heat exchange.
  • the cross section is hardly deformed. That is, since the top 9 of each wave of the inner tube 1 is in contact with the inner surface of the outer tube 2, the top 9 becomes a support for the outer tube 2 during plastic deformation.
  • the bending can be facilitated. Then, the outer periphery of the axial section of the bulging portion 3 is bent into a waveform, and the top 9 of the outermost wave of the bulging portion 3 comes into contact with the inner surface of the outer pipe 2.
  • the flow path is not divided, and the second fluid 5 can be sufficiently stirred to promote heat exchange.
  • the second fluid 5 is further smoothly distributed and heat exchange is performed. Can promote. That is, the second fluid 5 can circulate over the substantially entire surface of the bulging portion 3.
  • the opening edges 6 at both ends of the inner tube 1 are connected and fixed to the inner surface of the outer tube 2 over the entire circumference, and flange portions 8 are projected at both ends of the outer tube 2 so that exhaust gas and cooling water flow.
  • a double pipe heat exchanger used as an EGR cooler it is easy to install the EGR cooler and piping, and a space-saving EGR cooler can be provided.
  • the second fluid 5 is evenly circulated in each part of the outer periphery of the inner tube 1, and a high heat exchange performance can be provided.
  • the outer circumference of the inner pipe 1 contacts the inner circumference of the outer pipe 2 in a well-balanced manner, and the entire inner pipe 1 and outer pipe 2 can be bent without abnormally deforming the cross section of the outer pipe 2.
  • Noh heat exchanger can be provided.
  • the inner pipe 1 having a straight axis is inserted into the outer pipe 2 and only the opening edges 6 at both ends in the axial direction of the inner pipe 1 are removed. It is welded to the pipe 2, and then the outer pipe 2 is bent together with the inner pipe 1 by applying an external force. By doing so, it is possible to provide a double-pipe heat exchanger that is curved as a whole without changing the cross section of the inner tube 1 and the outer tube 2, and can also be used as a part of the piping.
  • FIG. 1 is an explanatory view showing a first manufacturing process of the double-tube heat exchanger of the present invention.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view of an essential part showing a second manufacturing process of the heat exchanger.
  • Fig. 3 is a cross-sectional view taken along the line III- ⁇ in Fig. 2.
  • FIG. 4 is a perspective explanatory view of the double heat exchanger completed by the third manufacturing process.
  • FIG. 1 shows the first step of the manufacturing process of the double-tube heat exchanger of the present invention
  • FIG. 2 shows the second step
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along arrow III-III in FIG. 2
  • FIG. 4 shows a completed state of the double-tube heat exchanger of the present invention after the third step.
  • This heat exchanger has an outer tube 2 and an inner tube 1 inserted into the outer tube 2.
  • the inner tube 1 is formed by bending the cross section into a three-leaf clover shape, as shown in FIG.
  • the maximum radius of each top 9 of the wave is equal to the radius of the inner circumference of the outer tube 2.
  • Both end portions of the inner tube 1 are formed in a cylindrical shape, and the outer peripheral diameter thereof is equal to the inner peripheral diameter of the outer tube 2.
  • the inner pipe 1 Three groove-like portions 10 are formed on the outer periphery of the central portion.
  • the bulging portions 3 are formed in balloon shapes that are inflated, and they communicate with each other on the axis (center of the inner tube 1).
  • the width of the bulging portion 3 gradually increases from the center of the inner pipe 1 to the outer side in the radial direction until reaching the middle portion, and then gradually decreases toward the tip portion. Then, the top 9 only at the tip is inserted so as to contact the outer tube 2.
  • a pair of flange portions 8 are welded and fixed to both ends of the outer tube 2, a pair of inlets / outlets 7 are provided at both ends in the axial direction, and a pipe 11 projects therefrom.
  • the inner tube 1 and the outer tube 2 formed as described above are inserted into the outer tube 2 with the axes thereof being linear.
  • only the opening edge 6 at the tip of the inner tube 1 is fixed to the opening end of the outer tube 2 by welding.
  • the top 9 at the tip of each bulge 3 is in contact with the inner surface of the outer tube 2. The contact portion of the top portion 9 is not joined.
  • each top portion 9 of each bulging portion 3 in FIG. 2 is bent in contact with the inner surface of the outer tube 2 to prevent the outer tube 2 from being deformed abnormally. And as an example, the whole is bent as shown in Figure 4. The shape of this bend is formed to match the piping laying path.
  • the double pipe heat exchanger bent in this way is connected via a flange portion 8 as a part of an exhaust gas extraction pipe of the engine. Then, cooling water flows from one of the pair of pipes 11 as the second fluid 5, flows between the inner pipe 1 and the outer pipe 2, and flows out from the other pipe 11.
  • the exhaust gas flows as the first fluid 4 inside the inner pipe 1, and the exhaust gas The gas is cooled by cooling water.
  • the exhaust gas circulates in the bulging portions 3 that are relatively easy to circulate.
  • the cooling water also circulates on the outer surface side of the inner pipe 1.
  • cooling water flows along the groove 10 in the center of the inner pipe 1.
  • this double tube heat exchanger can be used as an oil cooler instead.
  • oil can be circulated between the inner tube 1 and the outer tube 2, and cooling water can be circulated inside the inner tube 1.
  • cooling water may be circulated between the inner pipe 1 and the outer pipe 2, and oil may be circulated in the inner pipe 1.

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Abstract

二重管型熱交換器であって、製造し易く且つその全体を曲折して配管の一部を兼ねることができるものにおいて、内管1はその軸線に直角な断面が、中心から放射方向に互いに連通する複数の風船状の膨出部3で形成され、その膨出部3の軸方向断面の外周が波形に曲折され、その波の頂部9が外管2の内面に接触するように配置される。そしてその状態で、内管1と外管2とを外力を加えて全体に曲折する。

Description

二重管型熱交換器およびその製造方法
技術分野 本発明は、 EGRクーラまたはオイルクーラその他として用いる二重管型熱交換器 明
であって、 車両の配管経路に沿って曲折したものに関する。 書
背景技術
EGRクーラは、 エンジンの排気ガス用配管の途中に介装され、 排気ガスを冷却水 によって冷却するものである。その一例として、特開 2000— 161871号の「2 重配管式熱交換器」 が存在する。 これは内管と外管との二重配管構造であり、 内管の軸方向の中間部に放熱フィンが 一体に曲折形成されている。 即ち、 内管の中間部においてその断面が中心から放射方 向に多数の凸条が形成されたものである。 従来の EGRクーラは、エンジンの排気ガスの配管の途中の直線部分に介装された ものである。 そのため、 EGRクーラを配置する位置の融通性に欠け、 部品点数が多 くなると共に、 全体として製造コス トが高くならざるを得なかった。 そこで本発明は、 二重管型熱交換器自体を配管経路に合わせて容易に曲折できる、 構造の簡単な二重管型熱交換器およびその製造方法を提供することを課題とする。
発明の開示 請求項 1に記載の本発明は、 内管（1) の外側に外管 (2) が被嵌されてなり、 内管（1) は、 その軸線に直角な断面が、 中心から放射方向に互いに連通する複数の 風船状の膨出部（3) を有し、各膨出部（3) の幅は前記中心から半径方向外側の中間部 が最大で両端部が次第に小となると共に、 中心部に複数の溝状部（10)がその外面側に 軸線方向へ形成されてなり、
各膨出部（3) の軸方向断面の外周が波形に曲折され、 その膨出部（3) の半径方向の 最外側端部で、 その波の各頂部（9) が外管（2) の内面に接触され、
外管（2) を内管（1) に被嵌した状態で、外管 (2) および内管（1) の軸線が曲折され てなり、
内管（1) 内に第 1流体 (4) が流通すると共に、 内管（1) と外管（2) との間に第 2流 体 (5) が流通する二重管型熱交換器である。
請求項 2に記載の本発明は、 請求項 1において、
前記膨出部（3) の前記風船状の半径方向外側先端縁の中央部のみが、 前記外管（2) の内面に接する二重管型熱交換器である。
請求項 3に記載の本発明は、 請求項 1または請求項 2において、
内管（1) の軸線方向の両端の開口縁部（6) が全周に渡り外管（2) の内面に接続固 定され、 外管（2) の両端部外面に一対の第 1流体 (4) の出入口（7) が設けられ、 外管 (2) の両端に接続用のフランジ部 (8) が突設され、
第 1流体 (4) としてエンジンの排気ガスが流通し、第 2流体 (5) として冷却水が流 通する E G Rクーラとして用いる二重管型熱交換器である。
請求項 4に記載の本発明は、 請求項 1または請求項 2において、
内管（1) の軸線方向の両端の開口縁部（6) が全周に渡り外管（2) の内面に接続固 定され、 外管（2) の両端部外面に一対の第 1流体 (4) の出入口（7) が設けられ、 外管 (2) の両端に接続用のフランジ部 (8) が突設され、 第 1流体 (4) および第 2流体 (5) の一方が冷却水であり、他方がオイルであるオイ ルクーラとして用いる二重管型熱交換器である。
請求項 5に記載の本発明は、 請求項 1〜請求項 4のいずれかにおいて、
前記内管（1) の断面は三つの前記風船状の膨出部（3) が中央で互いに連通されて、 全体が三つ葉のクローバ状に形成された二重管型熱交換器である。
請求項 6に記載の本発明は、請求項 1〜請求項 5のいずれかの二重管型熱交換器を 製造する方法において、
夫々軸線を直線状態として、 内管（1) を外管 (2) 内に挿入し、 内管（1) の各膨出部 (3) の波の各頂部（9) を外管（2) の内面に接触させる工程と、
内管（1) の軸線方向の両端の開口縁部（6) のみを外管（2) に溶接する工程と、 次いで、 内管（1) と共に外管（2) に外力を加えて、 それらの軸線が曲折するように 全体を曲折する工程と、 を具備する二重管型熱交換器の製造方法である。
本発明の二重管型熱交換器およびその製造方法は以上のような構成からなり、次の 効果を奏する。
本発明の二重管型熱交換器は、 外管 2を内管 1に被嵌した状態で、 両者が曲折され たものにおいて、 内管 1は複数の膨出部 3を有し、 その膨出部 3に形成された波形の 最外側の頂部 9が外管 2の内面に接触されたものであるから、 内管 1および外管 2の 断面形状を保持した状態で内管 1および外管 2の軸線が円滑に湾曲され、精度の高い 二重管型熱交換器となり得る。
また、 内管 1は中心から放射方向に複数の膨出部 3を有し、 それらが互いに連通す ると共に、 その中心部外周に複数の溝状部 10が形成されたものであるから、 伝熱面 積が大きくなり且つ、 膨出部 3の波形表面によって攪拌が行われ、 熱交換を促進し得 る効果がある。 さらに内管 1，外管 2を外力を加えて曲折する際に、その断面の変形が起こり難い。 即ち、 内管 1の各波の頂部 9が外管 2の内面に接触しているため、 塑性変形の際、 そ の頂部 9が外管 2の支えとなるからである。
そして、 変形時に特別な入れ子等を必要とせず、 曲折が可能である。
さらには、 その曲折を容易にすることができる。 そして膨出部 3の軸方向断面の外 周が波形に曲折され、その膨出部 3の最外側の波の頂部 9が外管 2の内面に接触する こととなるため、 第 2流体 5の流路が分断されることがなく、 第 2流体 5を充分攪拌 して熱交換を促進することができる。
また、 構造が簡単で熱交換性能の良い二重管型熱交換器を提供できる。
上記構成において、 膨出部 3の半径方向外側先端縁の中央部のみが、 外管 2の内面 に接する二重管型熱交換器においては、第 2流体 5の流通をさらに円滑にし熱交換を 促進し得る。 即ち、 第 2流体 5が膨出部 3の外周を略全面に渡って流通することがで きる。
次に、 内管 1の両端の開口縁部 6が全周に渡り外管 2の内面に接続固定され、 外管 2の両端にフランジ部 8が突設されて、排気ガスと冷却水が流通する E G Rクーラと して用いる二重管型熱交換器においては、その E G Rクーラと配管との取付けが容易 となり、 省スペースの E G Rクーラを提供できる。
また、 同様の構成でオイルを冷却水で冷却するオイルクーラとして用いる場合には、 各種配管流路に整合させた省スペースのオイルクーラを提供できる。
上記構成において、 内管 1の断面が三つ葉のクローバ状に形成されたものにおいて は、 内管 1の外周の各部において均等に第 2流体 5が流通し、 熱交換性能の高いもの を提供できる。 それと共に、 内管 1の外周が外管 2の内周にバランスよく接触し、 外 管 2の断面を異常に変形させることなく、 内管 1および外管 2全体を曲折でき、 高性 能の熱交換器を提供できる。
本発明の二重管型熱交換器の製造方法は、夫々軸線を直線状態とした内管 1を外管 2内に挿入し、内管 1の軸線方向の両端の開口縁部 6のみを外管 2に溶接し、次いで、 内管 1と共に外管 2を外力を加えて曲折するものである。 このようにすることにより 内管 1および外管 2の断面を変えることなく、全体を湾曲させた二重管型熱交換器を 提供でき、 それを配管の一部に兼用できる。 図面の簡単な説明
図 1は本発明の二重管型熱交換器の第 1製造工程を示す説明図である。
図 2は同熱交換器の第 2製造工程を示す要部縦断面図である。
図 3は図 2の III— ΠΙ矢視断面図である。
図 4は同第 3製造工程により完成した二重型型熱交換器の斜視説明図である。 発明を実施するための最良の形態
次に、 図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
図 1は本発明の二重管型熱交換器の製造工程の第 1工程を示し、 図 2はその第 2ェ 程を示す。 また、 図 3は図 2の III一 III矢視断面図であり、 図 4は本発明の二重管 型熱交換器の第 3工程を経た完成状態を示すものである。
この熱交換器は、 外管 2と、 その外管 2の内部に挿入される内管 1とを有する。 内管 1は、 両端部を除いて図 1に示す如く、 断面が三つ葉のクローバ状に曲折形成 されると共に、 クローバ状の各膨出部 3がその軸線方向に波形に曲折されたものであ る。 そしてその波の各頂部 9の最大半径が外管 2の内周の半径に等しい。 内管 1の両 端部は筒状に形成され、 その外周直径は外管 2の内周直径に等しい。 また、 内管 1の 中心部の外周には三つの溝状部 10が形成されている。
膨出部 3は、 図 3から明らかなように夫々膨らませた風船状に形成され、 それらが 軸線 （内管 1の中心） 上で互いに連通する。 そしてその膨出部 3は内管 1の中心から 半径方向外側にいくに従って、 その幅が中間部まで次第に大きくなり、 次いで先端部 に向かって次第に幅が小となる。 そしてその先端部のみの頂部 9が、 外管 2に接触す るように挿入される。
外管 2は図 1から明らかなように、 その両端に一対のフランジ部 8が溶接固定され、 軸線方向両端部には一対の出入口 7が設けられ、そこにパイプ 11が突設されている。 このようにしてなる内管 1と外管 2は、 その軸線を直線状にした状態で、 内管 1を 外管 2内に挿入する。 次いで、 内管 1の先端の開口縁部 6のみを、 溶接により外管 2 の開口端に固定する。 このとき、 各膨出部 3の先端の頂部 9が外管 2の内面に接触し ている。 この頂部 9の接触部は接合されていない。
次いで、 外管 2の外周から外力を加えて図 4の如く、 内管 1と共に外管 2を曲折す る。 このとき、 内管 1の膨出部 3の頂部 9が外管 2の内面に支持された状態で、 その 軸線が変形される。
その際、 図 2における各膨出部 3の夫々の頂部 9は、 外管 2の内面に接触した状態 で曲折され、 外管 2の断面が異常に変形されるのを防止する。 そして一例として、 図 4の如く全体が曲折される。 この曲折の形状は、 配管の布設経路に整合するように形 成される。
このように曲折された二重管型熱交換器は、エンジンの排気ガスの取出し配管の一 部としてフランジ部 8を介し連結される。 そして、 一対のパイプ 11 の一方から第 2 流体 5として冷却水が流入し、 それが内管 1と外管 2との間を流通して他方のパイプ 11から流出する。 また、 内管 1の内部に第 1流体 4として排気ガスが流通し、 その排 気ガスを冷却水によって冷却するものである。排気ガスは比較的流通し易い各膨出部 3内をうねるように流通する。 同様に、 冷却水も内管 1の外面側をうねるように流通 する。 また、 内管 1の中心部には冷却水が溝状部 10に沿って流通する。
上記実施の形態は E G Rクーラとして説明したが、 それに代えてこの二重管型熱交 換器をオイルクーラとして利用することができる。 その場合、 内管 1と外管 2との間 にオイルを流通させ、 内管 1の内部に冷却水を流通させることができる。 求いはそれ に代えて、 内管 1と外管 2との間に冷却水を流通させ、 内管 1内にオイルを流通させ てもよい。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 内管（1) の外側に外管（2) が被嵌されてなり、
内管（1) は、 その軸線に直角な断面が、 中心から放射方向に互いに連通する複数の 風船状の膨出部（3) を有し、各膨出部（3) の幅は前記中心から半径方向外側の中間部 が最大で両側に次第に小となると共に、 中心部に複数の溝状部（10)がその外面側に軸 線方向へ形成されてなり、
各膨出部（3) の軸方向断面の外周が波形に曲折され、その膨出部（3) の半径方向の 最外側端部で、 その波の各頂部（9) が外管（2) の内面に接触され、
外管（2) を内管（1) に被嵌した状態で、外管（2) および内管（1) の軸線が曲折され てなり、
内管（1) 内に第 1流体 (4) が流通すると共に、 内管（1) と外管（2) との間に第 2流 体 (5) が流通する二重管型熱交換器。
2 . 請求項 1において、
前記膨出部（3) の前記風船状の半径方向外側先端縁の中央部のみが、 前記外管（2) の内面に接する二重管型熱交換器。
3 . 請求項 1または請求項 2において、
内管（1) の軸線方向の両端の開口縁部（6) が全周に渡り外管（2) の内面に接続固 定され、 外管（2) の両端部外面に一対の第 1流体 (4) の出入口（7) が設けられ、 外管 (2) の両端に接続用のフランジ部（8) が突設され、
第 1流体 (4) としてエンジンの排気ガスが流通し、第 2流体（5) として冷却水が流 通する E G Rクーラとして用いる二重管型熱交換器。
4 . 請求項 1または請求項 2において、
内管（1) の軸線方向の両端の開口縁部（6) が全周に渡り外管（2) の内面に接続固 定され、 外管（2) の両端部外面に一対の第 1流体 (4) の出入口（7) が設けられ、 外管
(2) の両端に接続用のフランジ部（8) が突設され、
第 1流体 (4) および第 2流体（5) の一方が冷却水であり、他方がオイルであるオイ ルクーラとして用いる二重管型熱交換器。
5 . 請求項 1〜請求項 4のいずれかにおいて、
前記内管（1) の断面は三つの前記風船状の膨出部（3) が中央で互いに連通されて、 全体が三つ葉のク口ーバ状に形成された二重管型熱交換器。
6 . 請求項 1〜請求項 5のいずれかの二重管型熱交換器を製造する方法において、 夫々軸線を直線状態として、 内管（1) を外管（2) 内に挿入し、 内管（1) の各膨出部
(3) の波の各頂部（9) を外管（2) の内面に接触させる工程と、
内管（1) の軸線方向の両端の開口縁部（6) のみを外管（2) に溶接する工程と、 次いで、 内管（1) と共に外管（2) に外力を加えて、 それらの軸線が曲折するように 全体を曲折する工程と、 を具備する二重管型熱交換器の製造方法。
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