JP2015025626A

JP2015025626A - 熱交換装置

Info

Publication number: JP2015025626A
Application number: JP2013155936A
Authority: JP
Inventors: 洋史小池; Yoji Koike; 健池山; Takeshi Ikeyama; 英史小芦; Hidefumi Koashi; 幸寛小林; Yukihiro Kobayashi
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2015-02-05

Abstract

【課題】第１流路および第２流路の流路抵抗の軽減を図りながら、大がかりな加工設備を必要とすることなく製造し易い熱交換装置を提供する。
【解決手段】断面が波状の波板部３と、波板部３の外周側を環状に囲むように配置された鍔板部４と、鍔板部４に対して液密に当接して波板部３の一方の面を覆うように組付けられ、当該波板部３との間に第１流路１を形成する第１流路形成部材５と、鍔板部４に対して液密に当接して波板部３の他方の面を覆うように組付けられ、当該波板部３との間に第２流路２を形成する第２流路形成部材６と、第１流路形成部材５に設けられ、第１流路１に連通する第１流入口および第１流出口と、第２流路形成部材６に設けられ、第２流路２に連通する第２流入口および第２流出口とを備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、例えば電動モータを冷却したオイルなどの第１流体が流通する第１流路と、冷却水などの第２流体が流通する第２流路とを、流れ方向に沿って互いに隣り合うように備え、第１流路と第２流路とを仕切る仕切壁を介して第１流体と第２流体とを熱交換させるオイルクーラなどの熱交換装置に関する。

特許文献１には、第１流体と第２流体との仕切壁を介した熱交換効率の向上を図るために、第１流路と第２流路とを表面積が広い凹凸面を有する仕切壁で仕切ってあるオイルクーラが開示されている。
このオイルクーラは、第１流路および第２流路の外壁部を形成するハウジングと、ハウジングの内部を仕切る仕切壁とを、アルミ合金材の押し出し成形により一体に形成してある。

特開平１０−１３２４８９号公報

上記従来のオイルクーラは、ハウジングと仕切壁とをアルミ合金材の押し出し成形により一体に形成してある。
このため、仕切壁の断面が流れ方向に沿って一定形状の波状に形成されており、表面積を広くするために多数の突起部分を分散形成してある仕切壁に比べて、流路抵抗の軽減を図り易いが、押し出し成形機などの大がかりな加工設備を必要とする。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、第１流路および第２流路の流路抵抗の軽減を図りながら、大がかりな加工設備を必要とすることなく製造し易い熱交換装置を提供することを目的とする。

本発明による熱交換装置の特徴構成は、断面が波状の波板部と、前記波板部の外周側を環状に囲むように配置された鍔板部と、前記鍔板部に対して液密に当接して前記波板部の一方の面を覆うように組付けられ、当該波板部との間に第１流路を形成する第１流路形成部材と、前記鍔板部に対して液密に当接して前記波板部の他方の面を覆うように組付けられ、当該波板部との間に第２流路を形成する第２流路形成部材と、前記第１流路形成部材に設けられ、前記第１流路に連通する第１流入口および第１流出口と、前記第２流路形成部材に設けられ、前記第２流路に連通する第２流入口および第２流出口と、を備える点にある。

本構成の熱交換装置は、第１流路を流通する流体と第２流路を流通する流体との熱交換を、流路抵抗の軽減を図り易い断面が波状の波板部を介して行うことができる。
このために、波板部の一方の面を覆うように組付けられた第１流路形成部材と、波板部の他方の面を覆うように組付けられた第２流路形成部材とを、波板部の外周側を環状に囲むように配置された鍔板部に対して液密に当接させて、波板部と第１流路形成部材との間に第１流路を形成するとともに、波板部と第２流路形成部材との間に第２流路を形成してある。
そして、第１流路に連通する第１流入口および第１流出口を第１流路形成部材に設け、第２流路に連通する第２流入口および第２流出口を第２流路形成部材に設けてある。
したがって、本構成の熱交換装置であれば、第１流路および第２流路の流路抵抗の軽減を図りながら、鍔板部を第１流路形成部材と第２流路形成部材とで挟み込む構成により、第１流路と第２流路の形成と夫々の流路の区分けとを同時に実現できるので、金属材の押し出し成形等によらず、つまり、大がかりな加工設備を必要とすることなく製造し易い。

本発明の他の特徴構成は、前記波板部と前記鍔板部とを一枚の金属板から一体に形成してある点にある。

本構成であれば、波板部と鍔板部とを各別に製作して互いに接続するような手間が不要となる。また、部品点数が少なくなるため、熱交換装置の組み立てが容易になる。

本発明の他の特徴構成は、前記第１流路および前記第２流路の夫々が、前記第１流路形成部材および前記第２流路形成部材の内部で流れ方向が蛇行するように、前記第１流路形成部材と前記鍔板部との間、および、前記第２流路形成部材と前記鍔板部との間に仕切部を設けてある点にある。

本構成であれば、第１流路および第２流路の流路幅を狭くすることができるので、流路部分のうち、流入口直後、あるいは流出口直前の部分において、流体の滞留が少なくなる。このため、全体の流通状態をいずれの箇所においても同等に設定して熱交換効率の向上を図ることができる。

熱交換装置の斜視図である。熱交換装置の内部を示す分解斜視図である。熱交換装置の内部を示す平面図である。図３のIV−IV線矢視図である。図３のＶ−Ｖ線矢視図である。図３のVI−VI線矢視図である。図３のVII −VII 線矢視図である。第２実施形態における熱交換装置の分解斜視図である。第２実施形態における熱交換装置の内部を示す平面図である。図９のＸ−Ｘ線矢視図である。図９のXI−XI線矢視図である。図９のXII −XII 線矢視図である。図９のXIII−XIII線矢視図である。第３実施形態における熱交換装置の波板部を示す断面図である。第４実施形態における熱交換装置の波板部を示す断面図である。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１〜図７は、本発明による熱交換装置の一例としての水冷式のオイルクーラを示す。
このオイルクーラは、例えば電動モータを冷却した後の１１０℃程度に加熱されたオイルを、例えばインバータを冷却した後の７０℃程度に加熱された冷却水で冷却するために装備される。

オイルクーラは、図１〜図３に示すように、平面視で略矩形のハウジングＨの内部に、第１流体としてのオイルが流通する複数の第１流路１と、第２流体としての冷却水が流通する複数の第２流路２とを備えた、例えば熱交換ユニットとして構成される。

ハウジングＨには、オイルを各第１流路１に流入させる第１流入口１ａおよび各第１流路１を通過したオイルを流出させる第１流出口１ｂと、冷却水を各第２流路２に流入させる第２流入口２ａおよび各第２流路２を通過した冷却水を流出させる第２流出口２ｂとを設けてある。
第１流入口１ａから第１流出口１ｂに向けて各第１流路１を流通するオイルと、第２流入口２ａから第２流出口２ｂに向けて各第２流路２を流通する冷却水との熱交換によりオイルを冷却する。

オイルクーラは、図１，図２に示すように、断面が波状の波板部３と、波板部３の外周側を環状に囲むように配置された鍔板部４と、鍔板部４に対して液密に当接して波板部３の一方の面を覆うように組付けられ、当該波板部３との間に第１流路１を形成する第１流路形成部材５と、鍔板部４に対して液密に当接して波板部３の他方の面を覆うように組付けられ、当該波板部３との間に第２流路２を形成する第２流路形成部材６とを備える。

第１流路形成部材５と第２流路形成部材６とがハウジングＨを構成している。
第１流路形成部材５が、第１流路１に連通する第１流入口１ａおよび第１流出口１ｂを備えている。第２流路形成部材６が、第２流路２に連通する第２流入口２ａおよび第２流出口２ｂを備えている。

波板部３は、図２〜図７に示すように、同じ溝深さで略矩形断面の複数の長溝３ａ，３ｂが各開口部の向きを交互に反転させた波状に連続する断面形状で、平面視で略矩形に形成されている。

冷却水に比べて粘性が高いオイルが流通する第１流路１の断面積が、冷却水が流通する第２流路２の断面積よりも大きくなるように、第１流路１を形成する第１長溝３ａの溝幅を、第２流路２を形成する第２長溝３ｂの溝幅よりも広く設定してある。これにより、オイルの流量を所望流量に設定し易い。

鍔板部４は、図４〜図７に示すように波板部３の溝深さ方向における中心位置を含む仮想平面Ｓに沿わせて、図２，図３に示すように波板部３の外周側を一連の環状に囲む矩形枠状に配置され、波板部３の表裏を液密に区画可能に当該波板部３と一体に設けられている。

つまり、鍔板部４は、各長溝３ａ，３ｂの両端部の開口のうち、仮想平面Ｓから長溝底部に亘る開口部分を液密に塞ぐ塞ぎ板部７ａ，７ｂを備えている。塞ぎ板部７ａが第１長溝３ａの両端部の開口部分を塞ぎ、塞ぎ板部７ｂが第２長溝３ｂの両端部の開口部分を塞いでいる。
波板部３、鍔板部４および塞ぎ板部７ａ，７ｂは、アルミ合金製の一枚の金属板をプレス絞り加工することにより、一体に形成してある。

第１流路形成部材５は、波板部３の第１長溝３ａが臨む側を入り込ませる矩形箱状の凹面部５ａを有し、鍔板部４の一方の面に液密に接続される矩形枠状の第１押え枠８ａがその外周縁に沿って一連に設けられている。
第１流路形成部材５は、アルミ合金のダイカストによって凹面部５ａおよび第１押え枠８ａを一体に形成してある。

第２流路形成部材６は、波板部３の第２長溝３ｂが臨む側を入り込ませる矩形箱状の凹面部６ａを有し、鍔板部４の他方の面に液密に接続される矩形枠状の第２押え枠８ｂがその外周縁に沿って一連に設けられている。
第２流路形成部材６は、アルミ合金のダイカストによって凹面部６ａおよび第２押え枠８ｂを一体に形成してある。

第１押え枠８ａと第２押え枠８ｂおよび鍔板部４は、第１押え枠８ａと第２押え枠８ｂとで鍔板部４を厚さ方向から挟み込んで、互いにネジ止めしてある。第１押え枠８ａと鍔板部４、および、第２押え枠８ｂと鍔板部４の夫々は、樹脂製のシール材で互いに液密に接着してある。

波板部３は、各長溝３ａ，３ｂの底部分が凹面部５ａ，６ａに密着するように、第１流路形成部材５および第２流路形成部材６の内側に組み付けてある。
したがって、第１流路形成部材５と波板部３との間に形成された第１流路１の複数と、第２流路形成部材６と波板部３との間に形成された第２流路２の複数とが、互いに平行に隣り合う状態で交互に配置されている。
なお、各長溝３ａ，３ｂの底部分と凹面部５ａ，６ａとの間に隙間が形成されていてもよい。

第１押え枠８ａは、全周に亘って鍔板部４の外縁側に寄せて例えば接着固定してある。これにより、図３に示すように第１流路形成部材５の外周部と鍔板部４の外周部との間に矩形環状に連続する第１環状通路９ａが形成される。
第１環状通路９ａのうちの、図６，図７に示すように各第１流路１の流入側端部が臨む部分が第１流入通路１０ａとして形成され、各第１流路１の流出側端部が臨む部分が第１流出通路１１ａとして形成される。

第１流入口１ａは、第１流路形成部材５のうちの第１流入通路１０ａを形成している部分に設けてある。第１流出口１ｂは、第１流路形成部材５のうちの第１流出通路１１ａを形成している部分に設けてある。
したがって、第１流入口１ａから第１流入通路１０ａに流入したオイルが、各第１流路１を通過して第１流出通路１１ａに集められ、第１流出口１ｂから流出する。

第２押え枠８ｂは、全周に亘って鍔板部４の外縁側に寄せて例えば接着固定してある。これにより、図３に示すように第２流路形成部材６の外周部と鍔板部４の外周部との間に矩形環状に連続する第２環状通路９ｂが形成される。
第２環状通路９ｂのうちの、図６，図７に示すように各第２流路２の流入側端部が臨む部分が第２流入通路１０ｂとして形成され、各第２流路２の流出側端部が臨む部分が第２流出通路１１ｂとして形成される。
第１押え枠８ａと第２押え枠８ｂは、鍔板部４を挟んで互いにネジ止めしてある。

第２流入口２ａは、第２流路形成部材６のうちの第２流入通路１０ｂを形成している部分に設けてある。第２流出口２ｂは、第２流路形成部材６のうちの第２流出通路１１ｂを形成している部分に設けてある。
したがって、第２流入口２ａから第２流入通路１０ｂに流入した冷却水が、各第２流路２を通過して第２流出通路１１ｂに集められ、第２流出口２ｂから流出する。

第１流入通路１０ａと第２流入通路１０ｂ、および、第１流出通路１１ａと第２流出通路１１ｂは、鍔板部４を挟んで互いに隣り合うように配置される。
第１流入口１ａおよび第１流出口１ｂの夫々、並びに、第２流入口２ａおよび第２流出口２ｂの夫々は、単一であっても、複数が並設されていてもよい。

〔第２実施形態〕
図８〜図１３は、本発明の別実施形態を示す。
本実施形態では、第１流路１および第２流路２の夫々を、第１流路形成部材５および第２流路形成部材６の内部で流れ方向が蛇行するように設けてある。

このため、図９〜図１１に示すように、第１流路１および第２流路２を、互いに隣り合う複数の第１流路１と第２流路２の組み合わせからなる複数の流路群Ａ１，Ａ２，Ａ３に分けて配置してある。つまり、各流路１，２に対して直交する方向で、第１流路群Ａ１、第２流路群Ａ２、第３流路群Ａ３の順に並べて配置してある。
なお、開口部の向きを交互に反転させて波板部３に形成した長溝３ａ，３ｂにより第１流路１および第２流路２を形成してあるので、第１流路群Ａ１、第２流路群Ａ２、第３流路群Ａ３における第１流路１および第２流路２の数に差が生じている。

そして、第１流路群Ａ１の第１流路１を通過したオイルが第２流路群Ａ２の第１流路１を逆向きに通過し、第２流路群Ａ２の第１流路１を通過したオイルが第３流路群Ａ３の第１流路１を逆向きに通過するように、第１流路形成部材５と鍔板部４との間に第１仕切部１２ａ，１２ｂを設けてある。

すなわち、第１環状通路９ａのうちの各第１流路１の一方の端部が臨む部分を、第１流路群Ａ１における第１流路１の流入側端部が臨む第１流入通路１０ａと、第２流路群Ａ２および第３流路群Ａ３における第１流路１の端部が臨む第１中間通路１３ａとに仕切る流入側第１仕切部１２ａを、第１流路形成部材５に一体に設けてある。

また、第１環状通路９ａのうちの各第１流路１の他方の端部が臨む部分を、第１流路群Ａ１および第２流路群Ａ２における第１流路１の端部が臨む第１中間通路１４ａと、第３流路群Ａ３における第１流路１の流出側端部が臨む第１流出通路１１ａとに仕切る流出側第１仕切部１２ｂを、第１流路形成部材５に一体に設けてある。
流入側第１仕切部１２ａおよび流出側第１仕切部１２ｂの夫々は、例えば鍔板部４に対して液密に接着してある。

第１流入口１ａは、第１流路形成部材５のうちの第１流入通路１０ａを形成している部分に設けてある。第１流出口１ｂは、第１流路形成部材５のうちの第１流出通路１１ａを形成している部分に設けてある。

したがって、第１流入口１ａから第１流入通路１０ａに流入したオイルが、第１流路群Ａ１における各第１流路１、第１中間通路１４ａ、第２流路群Ａ２における各第１流路１、第１中間通路１３ａ、第３流路群Ａ３における各第１流路１の順に通過して第１流出通路１１ａに集められ、第１流出口１ｂから流出する。

さらに、第１流路群Ａ１の第２流路２を通過した冷却水が第２流路群Ａ２の第２流路２を逆向きに通過し、第２流路群Ａ２の第２流路２を通過した冷却水が第３流路群Ａ３の第２流路２を逆向きに通過するように、第２流路形成部材６と鍔板部４との間に第２仕切部１５ａ，１５ｂを設けてある。

すなわち、第２環状通路９ｂのうちの各第２流路２の一方の端部が臨む部分を、第１流路群Ａ１における第２流路２の流入側端部が臨む第２流入通路１０ｂと、第２流路群Ａ２および第３流路群Ａ３における第２流路２の端部が臨む第２中間通路１３ｂとに仕切る流入側第２仕切部１５ａを、第２流路形成部材６に一体に設けてある。

また、第２環状通路９ｂのうちの各第２流路２の他方の端部が臨む部分を、第１流路群Ａ１および第２流路群Ａ２における第２流路２の端部が臨む第２中間通路１４ｂと、第３流路群Ａ３における第２流路２の流出側端部が臨む第２流出通路１１ｂとに仕切る流出側第２仕切部１５ｂを、第２流路形成部材６に一体に設けてある。
流入側第２仕切部１５ａおよび流出側第２仕切部１５ｂの夫々は、例えば鍔板部４に対して液密に接着してある。

第２流入口２ａは、第２流路形成部材６のうちの第２流入通路１０ｂを形成している部分に設けてある。第２流出口２ｂは、第２流路形成部材６のうちの第２流出通路１１ｂを形成している部分に設けてある。

したがって、第２流入口２ａから第２流入通路１０ｂに流入した冷却水が、第１流路群Ａ１における各第２流路２、第２中間通路１４ｂ、第２流路群Ａ２における各第２流路２、第２中間通路１３ｂ、第３流路群Ａ３における各第２流路２の順に通過して第２流出通路１１ｂに集められ、第２流出口２ｂから流出する。
その他の構成は第１実施形態と同様である。

〔第３実施形態〕
図１４は、本発明の熱交換装置を構成する波板部３の別実施形態を示す。
本実施形態で示す波板部３は、同じ溝深さと溝幅で三角形断面の複数の長溝３ａ，３ｂが各開口部の向きを交互に反転させた波状に連続する断面形状で、平面視で略矩形に形成されている。
その他の構成は第１実施形態と同様である。

〔第４実施形態〕
図１５は、本発明の熱交換装置を構成する波板部３の別実施形態を示す。
本実施形態で波板部３は、同じ溝深さと溝幅でＵ字形断面の複数の長溝３ａ，３ｂが各開口部の向きを交互に反転させた波状に連続する断面形状で、平面視で略矩形に形成されている。
その他の構成は第１実施形態と同様である。

〔その他の実施形態〕
１．本発明による熱交換装置は、波板部と鍔板部が各別に製作されたものであって、波板部の表裏を液密に区画可能に互いに一体に接続して設けてあってもよい。
２．本発明による熱交換装置は、第２実施形態において、第１流路形成部材と鍔板部との間に設けてある仕切部、および、第２流路形成部材と鍔板部との間に設けてある仕切部が、鍔板部に予め一体に設けられたものであっても、第１流路形成部材や第２流路形成部材に一体形成されたものであってもよい。
３．本発明による熱交換装置は、単一の第１流路と単一の第２流路とが形成されたものであってもよい。
４．本発明による熱交換装置は、実施形態で示した熱交換ユニットの複数を集合して構成されるものであってもよい。
５．本発明による熱交換装置は、冷却用あるいは加熱用の各種液体の熱交換装置として利用できる。

１第１流路
１ａ第１流入口
１ｂ第１流出口
２第２流路
２ａ第２流入口
２ｂ第２流出口
３波板部
４鍔板部
５第１流路形成部材
６第２流路形成部材
１２ａ，１２ｂ，１５ａ，１５ｂ仕切部

Claims

断面が波状の波板部と、
前記波板部の外周側を環状に囲むように配置された鍔板部と、
前記鍔板部に対して液密に当接して前記波板部の一方の面を覆うように組付けられ、当該波板部との間に第１流路を形成する第１流路形成部材と、
前記鍔板部に対して液密に当接して前記波板部の他方の面を覆うように組付けられ、当該波板部との間に第２流路を形成する第２流路形成部材と、
前記第１流路形成部材に設けられ、前記第１流路に連通する第１流入口および第１流出口と、
前記第２流路形成部材に設けられ、前記第２流路に連通する第２流入口および第２流出口と、
を備える熱交換装置。
前記波板部と前記鍔板部とを一枚の金属板から一体に形成してある請求項１記載の熱交換装置。
前記第１流路および前記第２流路の夫々が、前記第１流路形成部材および前記第２流路形成部材の内部で流れ方向が蛇行するように、前記第１流路形成部材と前記鍔板部との間、および、前記第２流路形成部材と前記鍔板部との間に仕切部を設けてある請求項１又は２記載の熱交換装置。