JP2012007826A

JP2012007826A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2012007826A
Application number: JP2010145058A
Authority: JP
Inventors: Naoki Oi; 直樹大井
Original assignee: Mahle Filter Systems Japan Corp
Current assignee: Mahle Filter Systems Japan Corp
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2010-06-25
Publication date: 2012-01-12

Abstract

【課題】冷却媒体をバイパスさせる機能を有しながらも、コンパクトな構成のもとで、バイパス通路の開閉のみならず、開弁位置および閉弁位置以外の中間位置での流量制御を可能とした熱交換器を提供する。
【解決手段】積層コア３と、積層コア３に対する流入口および流出口として機能する通流口と、それらの通流口に対する接続フランジ部１５，１６を有するバイパス管路１２と、流入ポート１３および流出ポート１４と、バイパス管路１２の開閉を含む流量調整を司るソレノイド２２駆動の流量調整弁２０とを備える。バイパス管路１２と流量調整弁２０およびソレノイド２２の三者がバイパス配管ユニット４として予めユニットされていて、接続フランジ部１５，１６をもって積層コア３側の通流口に着脱可能に接続される。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱交換器、例えばエンジン冷却系の冷却媒体（冷却水）を利用してトランスミッションの作動油等を冷却するいわゆるオイルクーラとして用いられる熱交換器の改良に関するものである。

この種のオイルクーラとして、オイルクーラ自体に冷却水のバイパス通路を付設するとともに、そのオイルクーラに冷却媒体である冷却水を流入させるか、あるいは流入させずにバイパスさせるか、を選択的に切り換えるバルブを付設したものが特許文献１にて提案されている。

また、同種のものとして、オイルクーラ自体にオイルのバイパス通路を付設するとともに、そのオイルクーラに被冷却媒体であるオイルを流入させるか、あるいは流入させずにバイパスさせるか、を選択的に切り換えるバルブを付設したものが特許文献２にて提案されている。

特開２００３−２８６８４６号公報特公平３−７９６３７号公報

しかしながら、これらの特許文献１，２に記載された技術では、サーモスタットにより弁体を作動させてバイパス通路を開閉する方式であるため、開弁位置および閉弁位置以外の中間位置では積極的な流量制御が行えず、高機能化の上でなおも改善の余地を残している。

そして、開弁位置および閉弁位置以外の中間位置で積極的な流量制御を行おうとすると、オイルクーラとは独立した電磁弁等の流量制御弁を含むバイパス回路をオイルクーラと並列に設ける必要があることから、回路構成が大型且つ複雑になり、占有スペースの増大化とコストアップを招くこととなって好ましくない。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、冷却媒体をバイパスさせる機能を有しながらも、コンパクトな構成のもとで、バイパス通路の開閉のみならず、開弁位置および閉弁位置以外の中間位置での積極的な流量制御を可能とした熱交換器を提供しょうとするものである。

請求項１に記載の発明は、複数のプレートを積層してあることで熱交換器の本体部として機能する積層コアと、上記積層コアのうちプレート積層方向の外面に開口形成されて、この積層コアの内部を通して相互に連通している冷却媒体の流入口および流出口と、上記積層コアの内部を迂回するべく上記冷却媒体の流入口および流出口とを連通させるとともに、それらの流入口および流出口に対する接続口を両端部に有するバイパス管路と、上記バイパス管路に形成された冷却媒体の流入ポートおよび流出ポートと、上記バイパス管路の開閉を含む流量調整を司る流量調整弁と、外部からの指令により上記流量調整弁の操作を行うアクチュエータと、を備えている。そして、上記接続口のほか流入ポートおよび流出ポートを含むバイパス管路と、流量調整弁、およびアクチュエータの三者がバイパス配管ユニットとして予めユニットされていて、このバイパス配管ユニットがバイパス管路の両端部の接続口をもって積層コア側の流入口および流出口に着脱可能に接続されるようになっていることを特徴とする。

より具体的には、請求項２に記載のように、上記バイパス管路の両端部の接続口は、流入口および流出口に連通する開口部を有する接続フランジ部として形成されていて、この接続フランジ部を積層コアに着座させた上でボルト締めにて着脱可能に接続するようになっているものとする。
また、上記流量調整弁は、請求項３に記載のように、ソレノイドをアクチュエータとするスプールバルブタイプのものまたはモータをアクチュエータとするロータリーバルブタイプのものとする。

したがって、少なくとも請求項１に記載の発明では、流量調整弁がバイパス通路の開閉機能とその開閉位置以外の中間位置での積極的な流量調整機能とを有していて、しかもその流量調整弁を含んだバイパス配管ユニットが積層コアに対して着脱可能に接続されているので、回路構成の極端な大型化や複雑化を招くことなしに、実質的に熱交換器単体の状態で所期の目的を達成することができる。すなわち、熱交換器単体の状態で、バイパス通路の開閉のみならずとその開閉位置以外の中間位置での積極的な流量調整を行うことが可能となる。

本発明によれば、積層コアに対して着脱可能に接続されたバイパス配管ユニットがバイパス通路の開閉機能のみならずその開閉位置以外の中間位置での積極的な流量調整機能とを有しているので、バイパス回路機能を有する熱交換器としてコンパクトにまとめることができ、占有スペースの増縮小化とコスト低減を図ることができる。

また、バイパス配管ユニットは積層コアから独立した着脱可能なものとして予めユニット化されているので、そのバイパス配管ユニットにおける構成部品同士の組み立ても容易に行える。

本発明に係る熱交換器がオイルクーラとして用いられるエンジン冷却系の概略を示す説明図。本発明に係る熱交換器の第１の実施の形態としてオイルクーラの構造を示す斜視図。図２の要部を破断した斜視図。図２の積層コアにおける要部断面説明図。図２の積層コアにおけるオイルの流れを示す説明図。図２の積層コアにおける冷却水の流れを示す説明図。本発明に係る熱交換器の第２の実施の形態としてオイルクーラの構造を示す斜視図。図７の要部を破断した斜視図。図８の状態から弁体を回転変位させた状態を示す斜視図。図８の状態から弁体を回転変位させた別の状態を示す斜視図。

図１は本発明に係る熱交換器がオイルクーラ１として用いられるエンジン冷却系の概略説明図である。すなわち、図１のオイルクーラ１は、エンジンの冷却水を冷却媒体として用いて例えばトランスミッションの作動油を冷却する機能を有するものである。なお、図１中は「Ｔ／Ｃ」はターボチャージャーを示す。

図２は本発明に係る熱交換器の第１の実施の形態として上記オイルクーラ１の単体での斜視図を示し、また図３は図２の一部を破断したときの斜視図をそれぞれ示している。

このオイルクーラ１は、大別して、比較的板厚の大きなベースプレート２と、そのベースプレート２の上に固定されてオイルクーラ１の本体部として機能する積層コア３と、その積層コア３の上に配置されたバイパス配管ユニット４とから構成される。ベースプレート２には複数の取付穴５が形成されており、その取付穴５に挿入される図示外の複数のボルトにて相手側となる構造体に固定される。

上記積層コア３は、例えば図４に示すように、多数のエンボス部６ａが形成された浅皿状のエンボス付きコアプレート６と、エンボス部が形成されていない浅皿状のコアプレート７と、そのコアプレート７に収容されるコルゲート状のフィンプレート８とを多段にわたって積層した上で、各プレート６，７，８同士をろう付け接合したいわゆるハウジングレス構造のもので、フィンプレート８が収容された空間が冷却されるべき被冷却媒体であるオイルの通路Ｒ１として機能し、フィンプレート８が収容されてない空間が冷却媒体である冷却水の通路Ｒ２として機能することになる。なお、ベースプレート２のほか、積層コア３を形成している各プレート６，７，８はいずれもアルミニウム製のものである。

そして、図５に示すように、積層コア３の最下段のベースプレート２にはオイル流入ポート９ａとオイル流出ポート９ｂとが形成されていて、オイル流入ポート９ａから流入したオイルは、図５の矢印で示すように、積層コア３の内部のオイル通路Ｒ１を通流した上で、オイル流出ポート９ｂから流出することになる。

上記のような積層コア３の内部のオイル通路Ｒ１をオイルが通流する際に、それと並行して、後述するように積層コア３の内部の冷却水通路Ｒ２を冷却水が通流することから、積層コア３の内部での熱交換作用にオイルが冷却水にて冷却されることになる。

図２，３に示すように、積層コア３の上面における対角線上の二箇所には、冷却水の通流口１０ａ（図８参照）が開口形成された着座フランジ部１０と、冷却水の通流口１１ａ（図８参照）が開口形成された着座フランジ部１１とがそれぞれに接合固定されている。これらの通流口１０ａ，１１ａ同士は、図４に示した積層コア３の内部の冷却水通路Ｒ２を通して相互に連通している。なお、上記のように図８を援用しているのは、該当する部位の構造が後述する図８と共通しているためである。

上記積層コア３の上面に配置されることになるバイパス配管ユニット４は、図２，３の平面視にて略Ｌ次状に屈曲した断面円形のバイパス管路１２の一部に冷却媒体である冷却水の流入ポート１３と流出ポート１４とを接続したもので、バイパス管路１２の両端には接続口として着座フランジ部１０，１１側の通流口１０ａ，１１ａと合致する開口部１５ａ，１６ａを有する接続フランジ部１５，１６がそれぞれに形成されている。そして、その接続フランジ部１５，１６は積層コア３側の着座フランジ部１０，１１と同形状のものであることから、各接続フランジ部１５，１６を相手側となる着座フランジ部１０，１１に着座させた上でボルト１７を締め込むことで、そのバイパス管路１２が積層コア３側の通流口１０ａ，１１ａと接続されている。

バイパス管路１２の一部には一対の大径部１８ａ，１８ｂが形成されているとともに、その大径部１８ａ，１８ｂにおいて弁作用をなすスプール１９がスライド可能に内挿されている。これによってバイパス管路１２の一部がバルブボデイを兼ねていて、このバルブボデイに挿入されたスプール１９を弁体とするいわゆるスプールバルブタイプの流量制御弁２０が形成されている。スプール１９には各大径部１８ａ，１８ｂに相当する位置に大径のランド部２１ａ，２１ｂが形成されていて、このスプール１９がバイパス管路１２の端部に固定されたアクチュエータとしてのソレノイド２２にて進退駆動されるようになっている。なお、ソレノイド２２は周知のように外部からの通電指令により作動する。

そして、図３では大径部１８ａにおいてバイパス管路１２が開いている一方、大径部１８ｂにおいてバイパス管路１２が閉じられていて、逆に図３の状態からスプール１９を右方向にスライドさせれば、大径部１８ａにおいてバイパス管路１２が閉じられる一方で、もう一方の大径部１８ｂおいてバイパス管路１２が開くようになっている。さらに、図３の状態から図中左方向にスプール１９をスライドさせれば、大径部１８ａにてバイパス管路１２を開いたままで、同時に大径部１８ｂでもバイパス管路１２を開くことが可能となっている。このように、流量調整弁２０は大径部１８ａ，１８ｂでの二者択一的な開閉動作だけでなく、双方の大径部１８ａ，１８ｂにおいて同時にその通路を開くことも可能であり、さらには開位置と閉位置との間の中間位置での開度調整、ひいては流量調整も可能となっている。

以上の説明から明らかなように、バイパス管路１２と、そのバイパス管路１２に挿入されたスプール１９を主要素とする流量調整弁２０、およびスプール１９を進退駆動させるためのアクチュエータとしてのソレノイド２２の三者は、積層コア３から独立したバイパス配管ユニット４として予め仮組みされてユニット化またはモジュール化されていて、図２，３に示すように、それぞれの接続フランジ部１０，１１にて複数のボルト１７を締め込むことで積層コア３の上面に着脱可能に固定される。

このように構成されたオイルクーラ１によれば、図２，３の流入ポート１３からバイパス管路１２内に冷却水が流入することから、同図のように一方の大径部１８ａにおいてバイパス管路１２が開いていて、他方の大径部１８ｂにおいてバイパス管路１２が閉じられていれば、冷却水は積層コア３の内部に流入することなく、流出ポート１４から流出するだけであり、バイパス管路１２が本来の機能を発揮するとになる。

他方、積層コア３側に積極的に冷却水を流入させる場合には、スプール１９をスライド動作させて、一方の大径部１８ａにおいてバイパス管路１２を閉じるとともに、他方の大径部１８ｂにおいてバイパス管路１２が開くものとする。こうすることにより、流入ポート１３からバイパス管路１２内に流入した冷却水は、図８の通流口１０ａを流入口として積層コア３内に流入して、先に述べたような熱交換作用にて冷却された上で、同じく図８の通流口１１ａを流出口として再びバイパス管路１２側に戻された上で、流出ポート１４から流出することになる。この積層コア３内での冷却水の流れを図６に矢印で示している。

このように本実施の形態のオイルクーラ１によれば、ソレノイド２２駆動の流量制御弁２０を有するバイパス配管ユニット４がオイルクーラ１の本体部として機能する積層コア３に付帯していて、オイルクーラ１単独の状態でバイパス機能を発揮することができる。

図７は本発明に係る熱交換器の第２の実施の形態としてオイルクーラ３１の斜視図を示し、オイルクーラ３１の本体部として機能する積層コア３については先の図２，３のものと同様であるので、共通する部分に同一符号を付して重複する説明は省略するものとする。また、図８は図７の一部を破断したときの斜視図をそれぞれ示している。

図７，８の第２の実施の形態では、積層コア３の上面に配置されるバイパス配管ユニット３２の構造のみが異なっていて、上記積層コア３の上面に配置されることになるバイパス配管ユニット３２は、略アーチ状に屈曲した断面円形のバイパス管路３３の一部に、冷却媒体である冷却水の流入ポート３４と流出ポート３５とを形成したものと理解することができる。バイパス管路３３の両端には、図８に示すように、接続口として着座フランジ部１０，１１側の通流口１０ａ，１１ａと合致する開口部３６ａまたは３７ａを有する接続フランジ部３６，３７がそれぞれに形成されている。この接続フランジ部３６，３７は積層コア３側の着座フランジ部１０，１１と同形状のものであることから、各接続フランジ部３６，３７を相手側となる着座フランジ部１０，１１に着座させた上で、ボルト３８を締め込むことで、そのバイパス管路３３が積層コア３側の通流口１０ａ，１１ａと接続されている。

バイパス管路３３の一端は栓体であるプラグ３９にて閉塞されているとともに、バイパス管路３３の中間部、すなわち流入ポート３４の軸線と流出ポート３５の軸線とが交差する部分にはロータリーバルブタイプの流量調整弁４０が介装されている。この流量調整弁４０は、バイパス管路３３と一体に形成されたバルブボデイ４１内に回動可能な弁体４２を収容した上で、バルブボデイ４１の両端をカバープレート４３，４４にて閉止したものである。弁体４２は、図８から明らかなように、有底円筒状またはカップ状の弁体素材における円筒面の一部を切除した形状のものと理解することができる。そして、一方のカバープレート４３は先の流入ポート３４と一体に形成されているのに対して、他方のカバープレート４４にはアクチュエータとしてのステッピングモータ４５が装着されていて、このステッピングモータ４５の起動により弁体４２が回転してその開閉が行われることになる。なお、ステッピングモータ４５は周知のように外部からの通電指令により起動する。

そして、この流量調整弁４０では、図８に示すように、流入ポート３４からプラグ３９側へ向かう流路を閉じたり、あるいは、図９に示すように、流入ポート３４から直接流出ポート３５に向かう流路を閉じたりすることができる。さらには、図１０に示すように、流入ポート３４からプラグ３９側へ向かう流路と、流入ポート３４から直接流出ポート３５に向かう流路を共に開くこともできる。このように、流量調整弁４０は二者択一的な開閉動作だけでなく、上記双方の流路を同時に開くことも可能であり、さらには開位置と閉位置との間の中間位置での開度調整、ひいては流量調整も可能となっている。

以上の説明から明らかなように、バイパス管路３３と、そのバイパス管路３３に介装されて弁体４２を主要素とする流量調整弁４０、および弁体４２を回転変位させるためのアクチュエータとしてのステッピングモータ４５の三者は、積層コア３から独立したバイパス配管ユニット３２として予め仮組みされてユニット化またはモジュール化されていて、図７，８に示すように、それぞれの接続フランジ部３６，３７に複数のボルト３８を締め込むことで積層コア３の上面に着脱可能に固定される。

このように構成されたオイルクーラ３１によれば、その基本的機能は先の第１の実施の形態のものと同様であって、図８の流入ポート３４からバイパス管路３３内に冷却水が流入することから、同図のようにその流入ポート３４からプラグ３９側に向かう流路が閉じられていれば、冷却水の一部が積層コア３の内部に流入することはあっても積極的に循環することはなく、冷却水の大部分は流出ポート３５から流出するだけであり、バイパス管路３３が本来の機能を発揮するとになる。

他方、積層コア３側に積極的に冷却水を流入させる場合には、図９に示すように、流入ポート３４から直接流出ポート３５に向かう流路を閉じるものとする。こうすることにより、流入ポート３４からバイパス管路３３内に流入した冷却水は、通流口１１ａを流入口として積層コア３内に流入して、先に述べたような熱交換作用にて冷却された上で、同じく図９の通流口１０ａを流出口として再びバイパス管路３３側に戻された上で、流出ポート３５から流出することになる。なお、積層コア３内での冷却水の流れは図６と全く同様である。

また、図１０に示すように、必要に応じて弁体４２を中立位置とすれば、実質的に図８の状態と図９の状態を併存させることも可能となる。

この第２の実施の形態のオイルクーラ３１においても、先の第１の実施の形態のものと同様の効果が得られることになる。加えて、この第２の実施の形態のオイルクーラ３１によれば、その平面視において積層コア３の上に配置されたバイパス配管ユニット３２の要素の大部分が積層コア３の投影面積内に納まっているので、占有面積が小さく、スペース効率に優れる利点がある。

１…熱交換器としてのオイルクーラ
３…積層コア（本体部）
４…バイパス配管ユニット
１０ａ…通流口（流入口または流出口）
１１ａ…通流口（流出口または流入口）
１２…バイパス管路
１３…流入ポート
１４…流出ポート
１５…接続フランジ部（接続口）
１６…接続フランジ部（接続口）
１９…スプール（弁体）
２０…流量調整弁
２２…ソレノイド（アクチュエータ）
３１…熱交換器としてのオイルクーラ
３２…バイパス配管ユニット
３３…バイパス管路
３４…流入ポート
３５…流出ポート
３６…接続フランジ部（接続口）
３７…接続フランジ部（接続口）
４０…流量調整弁
４２…弁体
４５…ステッピングモータ（アクチュエータ）

Claims

複数のプレートを積層してあることで熱交換器の本体部として機能する積層コアと、
上記積層コアのうちプレート積層方向の外面に開口形成されて、この積層コアの内部を通して相互に連通している冷却媒体の流入口および流出口と、
上記積層コアの内部を迂回するべく上記冷却媒体の流入口および流出口とを連通させるとともに、それらの流入口および流出口に対する接続口を両端部に有するバイパス管路と、
上記バイパス管路に形成された冷却媒体の流入ポートおよび流出ポートと、
上記バイパス管路の開閉を含む流量調整を司る流量調整弁と、
外部からの指令により上記流量調整弁の操作を行うアクチュエータと、
を備えていて、
上記接続口のほか流入ポートおよび流出ポートを含むバイパス管路と、流量調整弁、およびアクチュエータの三者がバイパス配管ユニットとして予めユニットされていて、
このバイパス配管ユニットがバイパス管路の両端部の接続口をもって積層コア側の流入口および流出口に着脱可能に接続されるようになっていることを特徴とする熱交換器。
上記バイパス管路の両端部の接続口は、流入口および流出口に連通する開口部を有する接続フランジ部として形成されていて、
この接続フランジ部を積層コアに着座させた上でボルト締めにて着脱可能に接続するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
上記流量調整弁は、ソレノイドをアクチュエータとするスプールバルブタイプのものまたはモータをアクチュエータとするロータリーバルブタイプのものであることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。