JP2014159911A - 熱交換器及び熱交換器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器を製造する際の煩雑さを低減する。
【解決手段】ボス部１７ａと、ボス部１７ａの両側部に形成されるフィン部１７ｂとを備える成形体１７を押出成形し、該成形体１７を、その長手方向に沿って複数に分割して分割体２１を作製する。分割体２１のボス部１７ａには、オイル通路となる貫通孔２１ａを形成し、該貫通孔２１ａを形成した複数の分割体２１を、貫通孔２１ａ同士が整合してオイル通路となるように積層固定する。積層固定した複数の分割体２１は、フィンブロック３（３Ａ，３Ｂ）となり、フィンブロック３（３Ａ，３Ｂ）の両端に、接続管５Ａ，５Ｂ及びＵ字状管７をそれぞれ接続固定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、流体流通部及びこの流体流通部の外部に設けられる放熱部を有する熱交換器及び熱交換器の製造方法に関する。

下記特許文献１には、熱交換器として、オイルが流通するチューブの外周部に放熱フィンを複数取り付けた構造のオイルクーラが開示されている。このオイルクーラは、加熱されたオイルがチューブを流れる際に、その外周部の放熱フィンからオイルの熱を大気に放出して熱交換を行う。このような熱交換器は、チューブと放熱フィンとが互いに別体であり、複数の放熱フィンに設けた貫通孔にチューブを挿入して固定する。

特許第３０５７４５５号公報

ところで、通常熱交換器は、チューブを流れる流体から放熱したい放熱量に応じてその大きさが決定される。このため、例えば自動車に搭載するオイルクーラでは、車種やグレードに応じて、上記したチューブと放熱フィンとを組み付けた構造の、大きさの異なるものを製造する必要が生じ、製造面で煩雑なものとなっている。

そこで、本発明は、熱交換器を製造する際の煩雑さを低減することを目的としている。

本発明は、流体流通部と放熱部とを備える熱交換器本体が、流体流通路の流体流通方向に沿って複数に分割された分割体を有し、この複数の分割体は、流体流通方向に対応する方向に貫通して流体流通路となる貫通孔を備え、かつ、流体流通方向に沿って積層固定されていることを特徴とする。

本発明によれば、熱交換器本体を作製する際に、複数の分割体を、流体流通路の流体流通方向に沿って積層固定するようにしているので、放熱量に応じた所望の大きさの熱交換器を必要に応じて適宜製造することができる。これにより、放熱量に応じた大きさの熱交換器を製造する際の煩雑さを低減することができる。

本発明の第１の実施形態に係わるオイルクーラの斜視図である。 図１のオイルクーラのフィンブロックの製造工程図で、（ａ）は押出成形によって作製した成形体を示し、（ｂ）は（ａ）の成形体を複数に分割した後の一つの分割体を示し、（ｃ）は（ｂ）の分割体に貫通孔を形成した状態を示す。 図２に続くオイルクーラのフィンブロックの製造工程図で、図２（ｃ）の貫通孔を備える複数の分割体を積層するとともに、分割体に接続管及びＵ字状管を接続する状態を示す。 （ａ）は貫通孔を備える分割体の斜視図、（ｂ）は分割体の側面図、（ｃ）は分割体の貫通孔の貫通方向からみた正面図である。 図１のオイルクーラが使用されるパワーステアリングシステムの斜視図である。 （ａ）は本発明の第２の実施形態に係わるオイルクーラの斜視図、（ｂ）は（ａ）のオイルクーラの分解斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る熱交換器としての、自動車に搭載されるオイルクーラ１を示す。オイルクーラ１は、互いに並列配置された二つのフィンブロック３（３Ａ，３Ｂ）を熱交換器本体として備えている。各フィンブロック３Ａ，３Ｂの一方の端部には直線状の接続管５Ａ，５Ｂをそれぞれ接続し、各フィンブロック３Ａ，３Ｂの他方の端部にはＵ字状管７の直線部７ａ，７ｂの一端をそれぞれ接続している。直線部７ａ，７ｂの他方の端部がＵ字部７ｃによって互いに連結されることで、Ｕ字状管７を構成している。

直線状の接続管５Ａ，５Ｂ同士は固定用ブラケット９で連結し、Ｕ字状管７の直線部７ａ，７ｂ同士は固定用ブラケット１１で連結している。これら各固定用ブラケット９，１１を介してオイルクーラ１が車体の必要箇所に取り付けられる。

二つのフィンブロック３Ａ，３Ｂは、アルミニウムあるいはアルミニウム合金などの金属で構成され、オイル通路部１３と、オイル通路部１３の図１中で上下両側の外部に設けられる複数の放熱フィン１５とを備えている。オイル通路部１３は、接続管５Ａ，５ＢとＵ字状管７との間に位置する長尺の直方体形状であり、その上下両側に薄板状の長方形状の放熱フィン１５が複数一体的に設けられている。

オイル通路部１３は、中心部に長手方向に貫通してオイルが流通するオイル通路１３ａを内部に備えている。フィンブロック３Ａのオイル通路１３ａは、一方の端部が接続管５Ａに連通し、他方の端部がＵ字状管７の直線部７ａに連通している。また、フィンブロック３Ｂのオイル通路１３ａは、一方の端部が接続管５Ｂに連通し、他方の端部がＵ字状管７の直線部７ｂに連通している。したがって、オイルは、接続管５Ａと接続管５Ｂとの間で、フィンブロック３Ａ内のオイル通路１３ａ、Ｕ字状管７及びフィンブロック３Ｂ内のオイル通路１３ａを通して流れることになる。ここで、オイルは流体を構成し、オイル通路部１３は流体流通部を、オイル通路１３ａは流体流通路をそれぞれ構成し、また放熱フィン１５は放熱部を構成している。

次に、オイルクーラ１の製造方法について説明する。まず、フィンブロック３を作製するにあたり、図２（ａ）のように、アルミニウムあるいはアルミニウム合金などの金属を押出成形によって長尺の成形体１７を作製する。成形体１７は、中央に位置して断面直方体形状のボス部１７ａと、ボス部１７ａの両側部に形成されるフィン部１７ｂとを備え、これらが一体成形されている。フィン部１７ｂは、前述した放熱フィン１５となるもので、図２における押出成形方向Ａに対して直交する図２中で上下方向Ｂに沿って、複数の板状部分１９を所定の間隔をおいて形成している。

ここで、図２（ａ）でのボス部１７ａの高さ（厚さ）Ｔ１は、フィン部１７ｂ全体の高さＴ２より僅かに高く、ボス部１７ａは、図２中で上下両側にてフィン部１７ｂに対して上下両側に突出して段差を形成している。この段差（突出量Ｐ）は、図２（ｂ）に示すように互いに隣接する板状部分１９相互の間隔Ｈのほぼ半分である。

次に、上記した成形体１７を、その長手方向に沿って、図２（ａ）の一点鎖線で示す切断線Ｃにて等間隔に切断し、図２（ｂ）に示すような分割体２１を複数（多数）作製する。続いて分割体２１に対し、図２（ｃ）に示すように、ボス部１７ａの中央部に、押出成形時の押出成形方向（成形体１７の長手方向）と直交する方向に貫通する貫通孔２１ａを、例えばドリルなどを用いて機械加工によって形成する。

そして、この貫通孔２１ａを設けた複数の分割体２１を、図３に示すように、貫通孔２１ａが互いに整合するようにして複数（図３では簡略化等のため三つとしている）重ね合わせ、互いに積層した状態で、ろう付けなどによって固定する。この際、積層した複数の分割体２１は、オイル流通方向に対応する方向に貫通してオイル通路１３ａとなる貫通孔２１ａを備えることになる。これにより、前記図１に示したようなフィンブロック３Ａ，３Ｂが完成する。ここで、積層する分割体２１の数は、製造するオイルクーラ１の放熱量に応じて調節する。すなわち、複数の分割体２１のうち少なくとも一部を利用する。

図２（ｂ）に示したように、ボス部１７ａはフィン部１７ｂよりも、互いに隣接する板状部分１９相互の間隔Ｈの半分に相当する長さ分（Ｐ）突出している。このため、複数の分割体２１を図１のように互いに重ね合わせた状態では、互いに隣接する二つの分割体２１の板状部分１９相互の間隔（Ｐ×２）は、一つの分割体２１自身の板状部分１９相互の間隔Ｈとほぼ同等となる。

次に、完成した上記フィンブロック３Ａ，３Ｂに対し、その積層方向一方の端部の各分割体２１に、接続管５Ａ，５Ｂをそれぞれ接続する。接続管５Ａ，５Ｂは、その外径を分割体２１の貫通孔２１ａの内径に対してほぼ同等か若干小さくし、貫通孔２１ａに対して圧入後ろう付けによって固定する。圧入せずに単に挿入後にろう付けしてもよい。この固定作業は、図３のように固定用ブラケット９を２本の接続管５Ａ，５Ｂに取り付けた状態でもよいが、固定用ブラケット９を接続管５Ａ，５Ｂに取り付ける前でもよい。

同様にして、上記フィンブロック３Ａ，３Ｂに対し、その積層方向他方の端部の各分割体２１に、Ｕ字状管７の直線部７ａ，７ｂをそれぞれ接続する。Ｕ字状管７の直線部７ａ，７ｂは、上記した接続管５Ａ，５Ｂと同様にして各分割体２１に結合固定する。

このようにして、図１に示すオイルクーラ１が完成し、完成したオイルクーラ１は、フィンブロック３Ａ，３Ｂ共に、複数の分割体２１の貫通孔２１ａが互いに一直線上に連通してオイル通路１３ａとなる。そして、このオイル通路１３ａは、両端の接続管５Ａ，５Ｂ及びＵ字状管７に連通し、一方の接続管５Ａと他方の接続管５Ｂとを、フィンブロック３Ａ，３Ｂ内のオイル通路１３ａ及びＵ字状管７を通して互いに連通することになる。

このようなオイルクーラ１は、図５に示すようなパワーステアリングシステムに使用される。このパワーステアリングシステムは、リザーバタンク２３と、オイルポンプ２５と、パワステアリングギア２７と、サクションホース２９と、高圧ホース３１と、リターンホース３３（３３ａ，３３ｂ）と、を備えている。ここで、パワステアリングギア２７に一端を接続しているリターンホース３３ａの他端は、図１に示す接続管５Ｂに接続し、リザーバタンク２３に一端を接続しているリターンホース３３ｂの他端は、図１に示す接続管５Ａに接続している。

リザーバタンク２３内のオイルは、サクションホース２９を通り、オイルポンプ２５に流入して高圧化、高温化する。高圧化、高温化したオイルは、高圧ホース３１を通り、パワステアリングギア２７に供給されてステアリング操作時のアシスト力が発生する。パワステアリングギア２７から出たオイルは、リターンホース３３ａを通り、オイルクーラ１を経由して冷却された後、リターンホース３３ｂを通ってリザーバタンク２３に戻る。

図６（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る熱交換器としての、自動車に搭載されるオイルクーラ１０を示す。このオイルクーラ１０は、前記図１に示した第１の実施形態による二つのフィンブロック３（３Ａ，３Ｂ）を備えるオイルクーラ１に対し、一つのフィンブロック３０を備える点が異なっている。符号１３０はオイル通路部、符号１５０は放熱フィンである。

一つのフィンブロック３０の両端には、互いにほぼ同一形状の直線状の接続管５０，７０を接続している。これら各接続管５０，７０に、固定用ブラケット９０，１１０をそれぞれ取り付け、各固定用ブラケット９０，１１０を介してオイルクーラ１０が車体の必要箇所に取り付けられる。

上記した一つのフィンブロック３０は、第１の実施形態におけるフィンブロック３（３Ａ，３Ｂ）と同様に、前記図２に示した製造方法によって作製される。すなわち、図２（ａ）〜（ｃ）で示したように、アルミニウム合金などの金属を押出成形によって作製した成形体１７を複数に分割し、該分割した分割体２１に貫通孔２１ａを形成する。

そして、この分割体２１を図６（ｂ）のように、貫通孔２１ａが互いに整合するようにして複数（図６（ｂ）では三つ）重ね合わせ、互いに積層した状態で、ろう付けなどによって固定する。これにより、図６（ａ）に示したようなフィンブロック３０が完成する。このフィンブロック３０は、図１のフィンブロック３（３Ａ，３Ｂ）と同形状である。完成したフィンブロック３０の両端に、接続管５０，７０を接続してオイルクーラ１０が完成する。

上記のように構成されるオイルクーラ１，１０は、貫通孔２１ａをオイル通路１３ａとして備える複数の分割体２１を、オイルの流通方向に沿って積層固定している。このため、放熱量に応じた所望の大きさのオイルクーラ１，１０を、積層する分割体２１の数を調節することによって適宜製造することができ、製造時の柔軟性が高まる。この場合、放熱量に応じた大きさのオイルクーラ１，１０を製造する際に、従来のようにチューブとその外周部の放熱フィンとを組み付けた構造の、大きさの異なるものを製造する必要がなく、製造時の煩雑さが低減する。

また、本実施形態は、複数の分割体２１は、オイル通路１３ａの流体流通方向に対して直交する方向に延長される成形体１７が、前記延長方向に沿って複数に分割されたものとしている。これにより、成形体１７を押出成形によって作製する場合に、薄板状の放熱フィン１５となる板状部分１９を容易に形成することができる。

また、本実施形態は、成形体１７は、押出成形によって作製されたものとしている。この場合、押出成形によって作製した成形体１７を、オイル通路１３ａのオイル流通方向に対して直交する方向に沿って複数に分割し、該複数の分割体２１を、オイル通路１３ａのオイル流通方向に沿って積層することで、フィンブロック３（３Ａ，３Ｂ），３０を容易に作製できる。

また、本実施形態は、複数の分割体２１に貫通孔２１ａをそれぞれ形成した後に、該複数の分割体２１を、それぞれの貫通孔２１ａが互いに整合するようにオイル流通方向に沿って積層固定している。これにより、複数の分割体２１をオイル流通方向に沿って積層した後に、積層状態の複数の分割体２１に対し貫通孔２１ａを一括して形成する場合に比較して、貫通孔２１ａを容易に形成することができる。

なお、複数の分割体２１をオイル流通方向に沿って積層した後に、この積層状態の複数の分割体２１に対し貫通孔２１ａを一括して形成してもよい。

また、上記した実施形態では、図２（ａ）の成形体１７を押出成形によって作製しているが、例えば鋳造によって成形体１７を作製してもよい。鋳造の場合には、図２（ａ）と同様の成形体１７を成形してもよいが、このような長尺な成形体１７を成形せずに、貫通孔２１ａを有しない図２（ｂ）や、貫通孔２１ａを有する図２（ａ）のような分割体２１を複数鋳造成形してもよい。

図２（ｂ）の貫通孔２１ａを有しない分割体２１を鋳造成形した後は、図２（ｃ）のように貫通孔２１ａを形成し、該貫通孔２１ａを有する複数の分割体２１を前述したようにして積層固定してフィンブロック３（３Ａ，３Ｂ），３０を作製する。

１，１０ オイルクーラ（熱交換器）
３（３Ａ，３Ｂ），３０ フィンブロック（熱交換器本体）
１３，１３０ オイル通路部（流体流通部）
１３ａ，１３０ａ オイル通路（流体流通路）
１５，１５０ 放熱フィン（放熱部）
１７ 成形体
２１ 分割体
２１ａ 分割体の貫通孔

Claims (7)

1. 内部に流体流通路を備える流体流通部と、この流体流通部の外部に設けられる放熱部と、を有する熱交換器本体を備え、
   前記熱交換器本体は、前記流体流通路の流体流通方向に沿って複数に分割された分割体を有し、
   前記複数の分割体は、前記流体流通方向に対応する方向に貫通して前記流体流通路となる貫通孔を備え、かつ、前記流体流通方向に沿って積層固定されていることを特徴とする熱交換器。
2. 前記複数の分割体は、前記流体流通路の流体流通方向に対して直交する方向に延長される成形体が、前記延長される方向に沿って複数に分割されたものであることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記成形体は、押出成形によって作製されたものであることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
4. 内部に流体流通路を備える流体流通部とこの流体流通部の外部に設けられる放熱部とを有する熱交換器本体を備える熱交換器の製造方法であって、
   前記熱交換器本体を前記流体流通路の流体流通方向に沿って複数に分割した形態の分割体を複数作製し、
   前記複数の分割体のうち少なくとも一部を、前記流体流通路の流体流通方向に沿って積層固定して前記熱交換器本体を作製することを特徴とする熱交換器の製造方法。
5. 前記流体流通路の流体流通方向に対して直交する方向に延長される成形体を一体成形し、前記成形体を前記延長される方向に沿って複数に分割して前記複数の分割体を作製することを特徴とする請求項４に記載の熱交換器の製造方法。
6. 前記複数の分割体に前記流体流通路となる貫通孔をそれぞれ形成した後に、前記複数の分割体を、それぞれの貫通孔が互いに整合するように前記流体流通方向に沿って積層固定することを特徴とする請求項５に記載の熱交換器の製造方法。
7. 前記成形体を押出成形することを特徴とする請求項５または６に記載の熱交換器の製造方法。

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