JP2004191034A - 樹脂材製フィン部材を内装した伝熱管 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属材のみで形成した伝熱管と同等の熱伝導性を有する伝熱管を、樹脂材を使用して形成する。そして、軽量で廉価であるとともに、耐食性に優れた伝熱管を容易に製造可能とする。
【解決手段】 基板４の内周面にフィンを複数突設して円筒形の樹脂材製フィン部材３を形成する。この樹脂材製フィン部材３を、一個又は複数個直列に金属管２内に配設して伝熱管１を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、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、その他の冷却媒体と、ＥＧＲガス、煤を含有する燃焼排気ガス等との熱交換を行うために用いるもの等、種々の用途の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、冷媒等の冷却媒体を流通させる事により、伝熱管を介してＥＧＲガスと冷却媒体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、特許文献１及び下記特許文献２に記載の如きものが知られている。これらの伝熱管は、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する事により形成し、フィン部材により伝熱管の伝熱面積を増やすとともに伝熱管内のＥＧＲガスの流れを乱流化する事で、伝熱管を介してＥＧＲガスと冷却媒体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２００１−２２７４１３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し、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、メッキ処理等を施す必要があったり、フィン部材のろう付けの手間があり、製造工程を増やしていた。そこで、本発明者らは、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、薄肉化させた金属管の内部に樹脂材製フィン部材を内装して伝熱管を形成し、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により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、伝熱管内を流動する流体と伝熱管の外面を流動する熱交換用媒体との熱交換効率を向上させるものである。また、この優れた熱交換性能により、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、基板の内周面にフィンを複数突設した円筒形の樹脂材製フィン部材を、一個又は複数個直列に金属管内に配設して成るものである。

また、樹脂材製フィン部材は、円周方向に継ぎ目の無い円筒形の基板の内周面に、複数のフィンを一体に突設しても良い。

また、樹脂材製フィン部材は、帯状の基板の一面に複数のフィンを一体に突設し、このフィンを設けた一面を内側にして基板を円筒形に成形し、基板の両端縁を互いに当接させて円筒形の樹脂材製フィン部材としても良い。

また、フィンは、ピン状フィン及び／又は板状フィンであっても良い。

また、板状フィンは、突起、貫通孔、凹凸、ピン、突条の何れか又は複数から成る乱流化手段を設けても良い。

また、ピン状フィン及び／又はピン状の乱流化手段は、断面形状を円形、楕円形、多角形、星形、又はギア形としても良い。

また、樹脂材製フィン部材は、この樹脂材製フィン部材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は、この樹脂材製フィン部材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、金属管に樹脂材製フィン部材を内装して伝熱管を形成しているので、樹脂材の優れた加工性を利用して、フィン部材の伝熱面積を増大させる事ができ、金属材のみで形成した伝熱管と同等の熱伝導性を有する伝熱管を得る事ができる。また、樹脂材を使用する事により、伝熱管の製造が容易となるとともに廉価で軽量な伝熱管を得る事ができるとともに、耐食性にも優れたものとなる。従って、このような熱交換効率に優れ軽量で廉価な伝熱管を使用する事により、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、製品の品質を高める事ができ、優れた耐食性により製品の耐久性も向上するものとなる。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、基板の内周面にフィンを複数突設した円筒形の樹脂材製フィン部材を、一個又は複数個直列に金属管内に配設している。この樹脂材製フィン部材を金属管に内装する際は、金属管の内部に樹脂材製フィン部材を挿入配置し、金属管を伸管させる事で、金属管と樹脂材製フィン部材とを密着させても良いし、接着剤にて金属管の内周面に樹脂材製フィン部材を接着固定しても良い。また、樹脂材製フィン部材は、金属管と略同一の長さで形成し、金属管内に一個のみ配設するものであっても良いし、金属管よりも短尺な樹脂材製フィン部材を複数個、金属管の内部に隙間無く或いは間隔を設けて直列に配設するものであっても良い。

そして、フィン部材を樹脂材で形成する事により、廉価で軽量であるとともに、内部を流動する流体に対する耐食性にも優れた伝熱管を得る事ができる。更に、樹脂材の容易な加工性を利用して、より複雑な形状でより多くのフィンを設けたフィン部材を形成する事ができ、伝熱管の伝熱面積を増大させる事が可能となる。この伝熱面積の増大により、樹脂材製フィン部材であっても金属材製フィンと同等若しくはそれ以上の熱伝導性を得る事ができ、熱交換性能に優れた伝熱管を得る事ができる。また、フィンを複数突出する事で、伝熱管内を流動する流体に渦巻状の乱流を発生させるものとなり、境界層の剥離により、伝熱管を介した流体と熱交換媒体との熱交換を促進する事ができる。

また、この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、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、多管式熱交換器のレイアウトの自由度が高まる。また、樹脂材製フィン部材を内装する事で、優れた耐食性が得られるるので、例えば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が高まり、多管式熱交換器の耐久性を向上させる事ができる。また、伝熱管の樹脂材製の内周面には、ＥＧＲガス等に含有される煤が付着しにくいものとなり、煤による熱伝導性の低下を抑える事ができ、前記優れた熱交換性能を持続可能となる。

また、樹脂材製フィン部材は、円周方向に継ぎ目の無い円筒形の基板の内周面に、複数のフィンを一体に突設すれば、樹脂材製フィン部材の製作及びこの樹脂材製フィン部材の金属管への配設作業を、少ない工程で容易に行う事ができる。

また、上述の如く円筒形の基板を射出成形する際に、複数のフィンを一体に突設しようとすると、中子の形状や使用個数等が限定され、必然的にフィンの形状や形成個数が限定される可能性がある。そのため、樹脂材製フィン部材は、帯状の基板の一面に複数のフィンを一体に突設し、次にフィンを設けた一面を内側にして基板を円筒形に丸め、基板の両端縁を互いに当接させる事で円筒形の樹脂材製フィン部材を形成すれば、より複雑な形状で、より多くのフィンを基板に設けて樹脂材製フィン部材の伝熱面積を更に増大させる事ができる。そして、この円筒形の樹脂材製フィン部材を金属管に内装して伝熱管を形成すれば、熱交換性能に優れた製品を得る事ができる。

また、フィンは、何れの形状としても良いが、ピン状フィン及び／又は板状フィンとすれば、伝熱面積を増大させて放熱性や吸熱性を高める事ができる。また、板状フィンの場合は、平滑面を有する平板状としても良いし、側面形状が鋸形、波形等の凹凸面を有する形状としても良く、表面積のより広い板状フィンを得る事ができる。また、ピン状フィンの場合は、樹脂材を用いる事により、金属材製品に比べて、より極細で長尺なピン状フィンとする事ができ、放熱性や吸熱性の高い向上が可能となる。

また、板状フィンは、突起、貫通孔、凹凸、ピン、突条の何れか又は複数から成る乱流化手段を設ける事により、伝熱管内周面の伝熱面積が更に増大するとともに、伝熱管内部を流動する流体の乱流化を更に促進し、境界層の剥離により、伝熱管を介した流体と熱交換媒体との熱交換効率を高める事ができる。また、このような複雑な形状であっても、樹脂材により容易な形成が可能となる。

また、ピン状フィン及び／又はピン状の乱流化手段は、断面形状を円形、楕円形、多角形、星形、又はギア形とすれば、ピン状フィンの伝熱面積の増大が可能となり、熱交換効率の向上が可能となる。また、円形、楕円形等は、金属材でも形成可能であるが、樹脂材を用いる事により、金属材製品よりも極細で長尺な形状とする事もできるし、多角形、星形、又はギア形等のような複雑な形状でも容易な形成が可能となり、樹脂材製フィン部材の伝熱面積の更なる増大が可能となる。

また、上記樹脂材製フィン部材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、伝熱管の内外を流動する流体相互の熱交換性能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の熱伝導性が高まり、伝熱管の内外を流動する流体相互の熱交換性能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、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、熱交換性能の更なる向上が可能となる。

以下、本発明の伝熱管を自動車のＥＧＲガス冷却装置に使用した実施例を図面に於て詳細に説明する。図１は基板にピン状フィンを複数突設した円筒状の樹脂材製フィン部材を、金属管内に直列に複数配設した実施例１の伝熱管の斜視図で、図２は図１の樹脂材製フィン部材の円筒形への成形前のもので、一面にピン状フィンを複数突設した帯状の基板の斜視図である。また、図３は実施例２で、貫通孔から成る乱流化手段を設けた板状フィンを複数突設した帯状基板の斜視図である。図４は実施例３で、ピン状の乱流化手段を設けた板状フィンを、複数突設した帯状基板の斜視図である。図５は実施例４で、側面形状が波形の板状フィンを複数突設した帯状基板の斜視図である。

また、図６は実施例５で、板状フィンの両側面に突条を、円筒軸と交差方向に複数突出して乱流化手段を形成した樹脂材製フィン部材の斜視図である。図７は実施例６の樹脂材製フィン部材を内装した伝熱管の斜視図で、樹脂材製フィン部材は、円周方向に継ぎ目のない円筒形の基板の内周面に、円筒軸に平行な複数の突条を突出して乱流化手段とした板状フィンを設けている。図８は図７の平面図である。図９は実施例１の伝熱管を用いたＥＧＲガス冷却装置の概略図である。また、図１０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１１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１０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１１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、外表面には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。

上述の実験により、従来の鋼管に比べて、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られる事が判明した。この表面積を増加させる手段として、図１〜図８に示す実施例１〜６の如き樹脂材製フィン部材を内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、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する事が可能となる。また、この伝熱管を使用する事で、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、耐久性、表２の樹脂材にあっては耐熱性をも向上させる事ができる。

上記樹脂材を用いた図１、図２、図９に示す実施例１を詳細に説明すると、(１)は伝熱管で、ステンレス鋼管その他の金属管(２)の内部に、該金属管(２)よりも短尺な円筒形の樹脂材製フィン部材(３)を複数直列に配設している。この伝熱管(１)の製造工程を説明すると、まずフィン部材(３)は、図２に示す如く、幅方向の長さａを、前記金属管(２)の内周面の円周長と略同一とし、縦方向の長さｂを、金属管(２)の軸方向の長さよりも短尺に形成した長方形状の平滑な基板(４)を形成し、この基板(４)の一面に複数のピン状フィン(５)を一体に突設している。そして、樹脂材を用いて成形する事により、このようなピン状フィン(５)を無数に突設した基板(４)を容易に形成可能であるし、金属材では製作が困難な極細で長尺なピン状フィン(５)を密集させて成形する事も可能である。

次に、上述の如きピン状フィン(５)を設けた帯状の基板(４)を、ピン状フィン(５)を設けた一面を内側にして円筒形に丸め、該基板(４)の両端縁(６)を互いに当接させる事で、円筒形のフィン部材(３)を形成している。そして、この円筒形のフィン部材(３)を、図１に示す如く、金属管(２)内に直列に複数個、挿入配設する。この配設の際は、直列に隣接する円筒形のフィン部材(３)が互いに密着して隙間が形成されないようにする。その後、金属管(２)を伸管させる事で、金属管(２)と樹脂材製フィン部材(３)とを密着させて、伝熱管(１)を得るものである。また、金属管(２)と樹脂材製フィン部材(３)とは、金属管(２)を伸管させて密着するのではなく、接着剤にて金属管(２)の内周面と樹脂材製フィン部材(３)の外周面を接着する事により、互いを密着させても良い。

上述の如き樹脂材製フィン部材(３)を内装した伝熱管(１)では、極細のピン状フィン(５)を無数に形成する事で樹脂材製フィン部材(３)の内表面の伝熱面積を増大させる事ができる。そのため、金属材製のフィン部材を内装した従来の伝熱管と同等或いはそれ以上の熱伝導性を有する伝熱管(１)とする事ができるとともに、伝熱管(１)の軽量化及び低コスト化が可能となる。

そして、上述の如き伝熱管(１)を使用したＥＧＲガス冷却装置(１０)は、図９に示す如く、円筒状の胴管(１１)の両端付近に、内部を密閉可能にチューブシート(１２)を一対接続し、このチューブシート(１２)で仕切られた気密空間内を、ＥＧＲガスと冷媒液との熱交換を行うための熱交換部(１３)としている。そして、一対のチューブシート(１２)間に、前記伝熱管(１)を複数本、チューブシート(１２)を貫通して接続配置している。また、胴管(１１)の両端には、ＥＧＲガスの流入口(１４)と流出口(１５)とを設けたボンネット(１６)を各々接続している。

また、胴管(１１)には、冷媒液を熱交換部(１３)に供給する導入路(１７)と熱交換後の冷媒液を排出する導出路(１８)を設け、熱交換部(１３)内を冷媒液が流動可能としている。また、前記熱交換部(１３)は、内部に複数の支持板(２０)を接合配置し、この支持板(２０)に設けた挿通孔(２１)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(１３)内を流動する冷媒液の流れを蛇行化し、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ＥＧＲガス冷却装置(１０)では、伝熱管(１)の熱伝導性に優れた伝熱面を介して、ＥＧＲガスと冷媒液との熱交換が効率的に行われ、冷却効果を高める事ができる。また、この優れた冷却効果により、ＥＧＲガス冷却装置(１０)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、ＥＧＲガス冷却装置(１０)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ＥＧＲガス冷却装置(１０)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。

また、ＥＧＲガスが流動する伝熱管(１)の内部に樹脂材製フィン部材(３)を内装しているので、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し、表２に示す如き樹脂材を使用する事で、高温のＥＧＲガスに対する耐熱性にも優れ、ＥＧＲガス冷却装置(１０)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、ＥＧＲガス中に含まれる煤が伝熱管(１)の付着・堆積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、効率的な熱交換を持続させる事ができる。

また、上記実施例１の伝熱管(１)に内装したフィン部材(３)は、ピン状フィン(５)を突設しているが、他の異なる実施例２では、図３に示す如く、平板状の基板(４)の一面に、円筒軸と平行に板状フィン(７)を複数、一定間隔で基板(４)と一体に突設している。また、板状フィン(７)には、ランダムに貫通孔を開口する事により、乱流化手段(８)を設けている。

また、図４に示す実施例３では、実施例２と同様に、基板(４)の一面に、一定間隔で複数の平板状の板状フィン(７)を一体に突設しているが、実施例３では、前記板状フィン(７)に、ピン状の乱流化手段(８)を突設している。この実施例２、３の如き乱流化手段(８)を設けた板状フィン(７)であっても、樹脂材を用いる事により容易な成形が可能となるし、樹脂材製フィン部材(３)の伝熱面積を増大させて、伝熱管(１)の熱交換性能を高める事ができる。

また、上記実施例２、３では、基板(４)に平板状の板状フィン(７)を突設しているが、他の異なる実施例４では、図５に示す如く、側面形状が波形の板状フィン(７)を突設している。このような波形の板状フィン(７)では、表面に形成される凹凸により伝熱面積を増大させる事ができるとともに、この凹凸が乱流化手段(８)として作用し、ＥＧＲガスの乱流化も高める事ができる。

また、図６に示す実施例５では、平板状の基板(４)に板状フィン(７)を複数突設し、この板状フィン(７)の両側面に、円筒軸と交差方向に複数の突条を形成し、乱流化手段(８)としている。このような複雑な形状でも、樹脂材であれば容易な成形が可能となるとともに、伝熱面積の増大や流体の乱流化が可能となる。

また、上記実施例１〜５では、平板状の基板(４)にピン状フィン(５)又は板状フィン(７)を突設成形した後、円筒形に丸めて樹脂材製フィン部材(３)を得ているが、図７、図８に示す実施例６では、基板(４)を予め円筒形に成形する事で、円周方向に継ぎ目のない円筒形のフィン部材(３)を得ている。また、このフィン部材(３)の成形時に、基板(４)の内周面に円筒軸と平行に複数の板状フィン(７)を一体に形成している。更に、この板状フィン(７)の両側面に、円筒形のフィン部材(３)の円筒軸と平行な突条を複数形成し、乱流化手段(８)としている。このように円筒形のフィン部材(３)の円筒軸方向と平行な突条により形成した乱流化手段(８)は、押出成形や、円筒形の金型の内部に中子を挿入配置し、金型に樹脂材を注入・固化後に、中子を軸方向に引き抜く事でも、簡単に形成可能である。

また、上記各実施例では、基板(４)とピン状フィン(５)又は板状フィン(７)を、成形時に一体に形成しているが、他の異なる実施例として、基板(４)とピン状フィン(５)又は板状フィン(７)とを別個に形成し、樹脂材の溶着又は接着剤等による接着により、基板(４)とピン状フィン(５)又は板状フィン(７)とを一体化して樹脂材製フィン部材(３)を形成しても良い。尚、樹脂材製フィン部材(３)を形成する樹脂材には、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の粉末、ガラス材の粉末や繊維、カーボン材の粉末や繊維等を混合したり、その表面に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良い。

また、黒色で黒体輻射効果のある樹脂材を使用した場合でも、樹脂材製フィン部材(３)の伝熱面の熱伝導性が高まり、ＥＧＲガスへの冷却性能を向上させる事ができる。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、ガラス材製の粒子や繊維、及び／又は後述のカーボンナノファイバーを含有させても良く、冷却効果の更なる向上が可能となる。

また、樹脂材にカーボンナノファイバーを含有させる事により、樹脂材製フィン部材(３)の伝熱面の熱伝導性を更に向上させる事が可能となり、ＥＧＲガスへの冷却性能を効果的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を樹脂材に含有させる場合は、５wt%より多く３０wt%より少ない含有量で含有させる事で、最良の伝熱効果を得る事が可能となる。

本発明の実施例１の伝熱管を示す斜視図。 図１の伝熱管に内装したフィン部材の製造工程を示す斜視図。 実施例２の樹脂材製フィン部材の斜視図。 実施例３の樹脂材製フィン部材の斜視図。 実施例４の樹脂材製フィン部材の斜視図。 実施例５の樹脂材製フィン部材の斜視図。 実施例６の樹脂材製フィン部材を内装した伝熱管の斜視図。 図７の平面図。 伝熱管を使用したＥＧＲガス冷却装置の概念図。 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 金属管
３ フィン部材
４ 基板
５ ピン状フィン(本発明のフィン)
６ 両側縁
７ 板状フィン(本発明のフィン)
８ 乱流化手段

Claims (9)

1. 基板の内周面にフィンを複数突設した円筒形の樹脂材製フィン部材を、一個又は複数個直列に金属管内に配設した事を特徴とする樹脂材製フィン部材を内装した伝熱管。
2. 樹脂材製フィン部材は、円周方向に継ぎ目の無い円筒形の基板の内周面に、複数のフィンを一体に突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内装した伝熱管。
3. 樹脂材製フィン部材は、帯状の基板の一面に複数のフィンを一体に突設し、このフィンを設けた一面を内側にして基板を円筒形に成形し、基板の両端縁を互いに当接させて円筒形の樹脂材製フィン部材とした事を特徴とする請求項１の樹脂材製フィン部材を内装した伝熱管。
4. フィンは、ピン状フィン及び／又は板状フィンである事を特徴とする請求項１、２又は３の樹脂材製フィン部材を内装した伝熱管。
5. 板状フィンは、突起、貫通孔、凹凸、ピン、突条の何れか又は複数から成る乱流化手段を設けた事を特徴とする請求項４の樹脂材製フィン部材を内装した伝熱管。
6. ピン状フィン及び／又はピン状の乱流化手段は、断面形状を円形、楕円形、多角形、星形、又はギア形とした事を特徴とする請求項４又は５の樹脂材製フィン部材を内装した伝熱管。
7. 樹脂材製フィン部材は、この樹脂材製フィン部材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又は６の樹脂材製フィン部材を内装した伝熱管。
8. 樹脂材製フィン部材は、この樹脂材製フィン部材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又は７の樹脂材製フィン部材を内装した伝熱管。
9. 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８の樹脂材製フィン部材を内装した伝熱管。

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