JP2016200389A - 迂回防止手段を備える熱交換器、油冷却システムおよび油冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大型車両のオイルクーラとして、従来より効率的、かつ堅牢で、据え付けやすい熱交換器を提供する。
【解決手段】オイルクーラ用の熱交換器１は、少なくとも２つの熱交換部材１０を備え、その各々が第一の流路を包囲する。第二の流路が２つの熱交換部材の間に形成される。熱交換部材のうちの第一の部材の縁辺部分は、熱交換部材のうちの第二の部材の縁辺部分に向かって延びる迂回制限手段１１を有し、迂回制限手段は熱交換部材の外壁２を形成する。このようなオイルクーラを備えるシステムと、油を冷却する方法もまた開示される。
【選択図】図１

Description

本発明は熱交換器、より詳しくは、大型車両のオイルクーラとしての使用に適した熱交換器に関する。

本願は特に、いわゆるシングルフロー統合型の熱交換器、すなわち、１つの媒体（放熱媒体）の流れが統合される熱交換器に関し、この熱交換器は別の媒体（冷却媒体等）に実質的に浸漬される。

大型車両等のオイルクーラとして使用される熱交換器は、平行な複数のプレートから形成されてもよく、これらはプレート間に平行な流路が形成されるように積層される。一般に、１つおきの流路は冷却媒体が流れるように構成され、別の流路は放熱媒体が流れるように構成される。プレートはろう付けによって一体化されて、単一の熱交換ユニットを形成する。

このような熱交換器を形成するための基本原理は、国際公開第９０／１３３９４Ａ１号パンフレットおよび国際公開第２００４０２７３３４Ａ１号パンフレット等に開示されている。

使用時に、熱交換器は一般に空洞の中に配置され、その中を通って冷却媒体が流れるようにされる一方で、放熱媒体は熱交換器の取入口から供給され、放熱媒体用流路を通り、その後、冷却済みの放熱媒体が熱交換器の排出口から抽出される。それゆえ、冷却媒体用流路は空洞へと開放している。

振動や寸法公差により、空洞を画定する壁と熱交換器の間には常に空間ができる。この空間によって、冷却媒体の一部が熱交換器を迂回することになり、それゆえ、その効率にマイナスの影響を与える。

英国特許出願公開第２１３０３５４Ａ号明細書は、冷却媒体が熱交換器を迂回するのを防止するために、ゴム弾性材料からなる密封ストリップをどのように使用しうるかを開示している。

同様に、独国特許出願公開第４０２０４５４Ａ１号明細書は、冷却媒体が熱交換器を迂回するのを防止するために、複数の密封リップをどのように配置しうるかを開示している。

米国特許第６５１６８７４Ｂ２号明細書は、熱交換器の縦方向の辺を閉じ、それによって冷却媒体が熱交換器を迂回するのを効率的に防止するために、複数のシムとバッフルクリップをどのように配置しうるかを開示している。

大型車両等のオイルクーラとしての使用に適した、改良型の熱交換器が求められている。

本発明の目的は、大型車両のオイルクーラとしての使用に適した熱交換器を提供することである。より効率的な熱交換器を提供することを特に目的としている。また別の目的は、堅牢で、据え付けやすい熱交換器を提供することである。

本発明は、付属の特許請求の範囲の独立項により定義される。実施形態は、従属項、以下の説明および図面に示されている。

第一の態様によれば、第一の流路を包囲する少なくとも２つの熱交換部材を備え、第二の流路が２つの熱交換部材の間に形成される、オイルクーラ用の熱交換器が提供される。熱交換部材のうちの第一の部材の縁辺部分が、熱交換部材のうちの第二の部材の縁辺部分に向かって延びる迂回制限手段を有し、この迂回制限手段が熱交換器の外壁を形成する。

迂回制限手段は少なくとも部分的に第二の流路を閉じ、それによって前記第二の流路への、またはそこからの迂回流を防止または減少させる。迂回制限手段はまた、熱交換器の外側の、すなわち外に面する壁を形成してもよい。

迂回制限手段は、熱交換部材の周縁において、流れを誘導または排除する。迂回流を防止し、または減少させることによって、熱交換器の放熱が改善される。

迂回制限手段は、熱交換部材のうちの前記第一の部材の前記縁辺部分の前記少なくとも一部分に沿って連続的に延びていてもよい。「連続的に延びる」とは、迂回制限手段がその延長範囲の中の一部分にわたり、断面積が実質的に一定であることを意味する。

迂回制限手段は、第二の流路の中の主流れの方向に実質的に平行に延びていてもよい。

特に、迂回制限手段は、第二の流路の長さの少なくとも１／４、１／３、１／２、２／３または３／４に沿って延びていてもよい。

迂回制限手段はその延長範囲に沿って、熱交換部材のうちの第二の部材と実質的に連続的な密封状態をなしてもよい。「実質的に連続的な」とは、当然のことながら、密封状態が、公差やろう付けの欠陥によって発生しうる幾分かの漏出を除き、連続的となりうることを意味する。

縁辺部分は、第二の流路の中の主流れの方向と実質的に平行に延びる縁辺部分、たとえば縦方向の縁辺部分等であってもよい。

熱交換器のプレートは、その周縁全体に沿って一体に結合されてもよく、それによって第一の流路が有効に閉じられる。

迂回制限手段は、熱交換部材のうちの第二の部材の縁辺部分と接触していてもよい。

迂回制限手段はそれゆえ、完全に迂回流を防止しうる。

迂回制限手段は、熱交換部材のうちの第二の部材の縁辺部分と結合されてもよい。

このような結合は溶接またはろう付けによって行ってもよく、それによって熱交換部材間が有効に接続される。それゆえ、ユニットを一体に保持するための別のボルトが不要となる。

迂回制限手段は、熱交換部材の縁辺部分を折り曲げて、フランジを形成することによって提供されてもよい。

たとえば、フランジは、熱交換部材を形成する熱交換プレートの一方または両方を折り曲げることによって形成してもよい。

代替形態として、迂回制限手段は、熱交換部材を形成する熱交換プレートの一方または両方の縁辺のごく近傍の隆条部によって形成してもよい。

隆条部は、プレートの縁辺に形成されてもよく、または縁辺から若干離れていてもよい。一般に、隆条部は熱交換部材の縁辺と平行に延びる。縁辺からの空間は、１〜５ｍｍ、好ましくは１〜２ｍｍ程度であってもよい。

熱交換部材のうちの少なくとも一方は、一体に結合された１対の熱交換プレートによって形成されてもよい。

１つの代替形態として、熱交換部材のうちの少なくとも一方は、実質的に管状の本体によって形成されてもよい。

第二の流路の入口と出口の少なくとも一方は、熱交換器が設置される空洞へと開放している。

そのため、冷却剤は空洞内へと導入され、その後、熱交換器のパッケージ内を流れるようになされる。第二の態様によれば、液体冷却媒体取入口と液体冷却媒体排出口を有する空洞と、被冷却油のための油取入口と冷却済みの油のための油排出口と、上記の熱交換器と、を備える油冷却システムが提供され、前記熱交換器は実質的に前記空洞内に包囲される。

熱交換器の外壁は、空洞の対応する壁から離間されていてもよい。

流れ制限手段は、冷却媒体が熱交換器の外壁の外側を流れるのを防止するように配置されてもよい。

第三の態様によれば、上述の油冷却システムを使って車両内の油を冷却する方法が提供され、この方法は、被冷却油が油取入口から第一の流路を通って油排出口へと流れるようにするステップと、液体冷却媒体が冷却媒体取入口から第二の流路を通って冷却媒体排出口へと流れるようにするステップと、を含む。

この方法において、液体冷却媒体の一部が熱交換器の外壁の外側に流れるようにしてもよい。

この方法において、液体冷却媒体の一部が迂回制限手段と熱交換部材のうちの第二の部材の縁辺部分との間に流れるようにしてもよい。

この方法において、液体冷却媒体の一部が少なくとも部分的に、好ましくは完全に、迂回制限手段と熱交換部材のうちの第二の部材の縁辺部分の間に流れないようにしてもよい。

代替形態として、液体冷却媒体が熱交換器の外壁の外側に流れないようにしてもよい。

図１は、本発明の第一の実施形態による積層型熱交換器の概略斜視図である。 図１ａは、図１の積層型熱交換器の線１ａ−１ａに沿った概略断面図である。 図１ｂは、図１の積層型熱交換器の線１ｂ−１ｂに沿った概略断面図である。 図１ｃは、図１の積層型熱交換器の一部を形成する熱交換プレートの概略斜視図である。 図１ｄは、迂回制限手段の別の実施形態の概略断面図である。 図１ｅは、迂回制限手段のまた別の実施形態の概略断面図である。 図２は、本発明の第二の実施形態による積層型熱交換器の概略斜視図である。 図２ａは、図２の積層型熱交換器の線２ａ−２ａに沿った概略断面図である。 図２ｂは、図２の積層型熱交換器の線２ｂ−２ｂに沿った概略断面図である。 図３は、本発明の別の実施形態による熱交換プレートの概略斜視図である。 図４は、本発明のさらに別の実施形態による熱交換プレートの概略斜視図である。 図５は、本明細書で開示される実施形態の何れかによる積層型熱交換器を使用してもよい油冷却システムの概略断面図である。 図６は、油冷却システムの別の実施形態の概略断面図である。 図７は、別の構成による熱交換器の一部分の概略断面図である。

図１は、結合された３枚の熱交換部材１０によって形成されるプレート積層型熱交換器１を示す。熱交換器は、一般に被冷却媒体のために使用される第一と第二の通路孔３、４と、一般に冷却媒体のために使用される第一と第二の開口部５、６を有する。当然のことながら、通路孔３、４を冷却媒体のために使用してもよく、開口部５、６を被冷却媒体のために使用してもよい。

熱交換器１は外壁２を有し、これは熱交換部材１０のフランジ１１によって形成される。フランジは、迂回制限手段を形成する。

図１に示される実施形態において、フランジは隣接する熱交換部材と接触していない。そのため、迂回流Ｆ_ＣＢは減少するものの、完全には防止されない。迂回流Ｆ_ＣＢを完全に防止することが望ましい場合、フランジは隣接する熱交換部材と、おそらくはフランジ１１の全長にわたって接触するように設計することができる（図１ｄ、図１ｅ）。また、フランジを隣接する熱交換部材にろう付け、はんだまたは溶接等で固定することにより、熱交換部材を相互に結合することも可能である。代替形態として、接着剤を用いて固定してもよい。シーラントを用いて、フランジと隣接する熱交換部材の間を密封してもよい。

図１ａと図１ｂを参照すると、通路孔３、４は、各熱交換部材１０の内側に形成される第一の流路１２に接続される。各熱交換部材１０は、１対の熱交換プレート１７、１８によって形成され、これらはその周縁および通路孔３、４において一体に結合される。

各熱交換部材の縁辺部分が折り曲げられて、フランジ１１が提供される。図１ａと１ｂに示される実施形態において、フランジは、プレートの一方１８に設けられた折り曲げ部により形成され、その一方で、もう一方のプレート１７の縁辺部分は反対方向に、プレート１８に向かって折り曲げられる。

図１ｃは、冷却剤の流れが熱交換プレートの長い縁辺と実質的に平行で、それゆえその短い縁辺において完全に開放するように設計された熱交換プレート１８を示している。

図１ｄを参照すると、ここではフランジ１１の形態である迂回制限手段は隣接する熱交換部材に至る全行程にわたって延びていてもよく、それゆえ、迂回流が完全に防止される。

図１ｄに示されるように、プレート１７、１８は何れも同じ方向に向かって折り曲げられてもよく、それによって両方がフランジ１１の一部を形成する。

前述のように、代替形態として、図１ｅに示されるように、プレートの縁辺を異なる方向に折り曲げ、その一方がもう一方を越えて、隣接する熱交換部材に至る全行程にわたって延びていてもよく、それによって迂回流が完全に防止される。

図２は、多数の熱交換部材１０’で形成されるある実施形態の熱交換器１’を示しており、迂回制限手段１１’は、熱交換部材１０’の一部分の周囲縁辺に沿って延びる隆条部として形成される。

図２ａと２ｂは、この実施形態の各熱交換部材１０’の構成を概略的に示す。図２ａの右側に見られるように、各プレート１７’、１８’には、その縁辺に沿って隆条部が設けられ、迂回制限手段１１’が形成される。ユニット１０’を一体に結合すると、迂回制限手段１１’は熱交換器の外壁２’を形成する。この外壁は、隣接する熱交換部材１０’の隆条部が相互に接触していれば、迂回流Ｆ_ＣＢを有効に防止する。図示されていないが、迂回制限手段１１’は、長い縁辺に沿って配置されてもよく、また希望に応じて、短い縁辺の一部分に沿って配置されてもよい。

隣接する熱交換部材１０’の隆条部１１’と隆条部１１’をろう付け、はんだまたは溶接等で固定することにより、熱交換部材１０’を相互に結合することも可能である。接着剤を使用して、そのように固定してもよい。シーラントを注入して、隆条部間の空間を密封することも可能である。

図３を参照すると、開口部５、６が熱交換器の幅より小さく、開口部５、６の両方が熱交換プレート１８’’の縦方向の中心線Ｃの同じ側に配置されている実施形態が示されている。短い縁辺の大部分にフランジ１１’’が設けられている。

図４を参照すると、開口部５、６が熱交換器の幅より小さく、開口部５、６が熱交換プレート１８’’’の縦方向の中心線Ｃの異なる側に配置されている実施形態が示されている。短い縁辺の大部分にフランジ１１’’’が設けられている。

熱交換部材を形成するプレート１７と１８、１７’と１８’、１７’’と、１８’’は、従来通りにろう付けまたは溶接によって結合されてもよい。

さらに、熱交換部材１０、１０’、１０’’は、通路孔３、４の周囲でろう付けまたは溶接によって一体に結合されてもよく、および任意選択的に、周縁部においても、１つの熱交換部材のフランジ１１、１１’、１１’’が隣接する熱交換部材の周縁にろう付けまたは溶接されることによって結合されてもよい。

図５を参照すると、空洞８の中に配置された熱交換器１０、１０’を備える熱交換システムが開示されている。冷却媒体取入口６０と冷却媒体排出口５０が空洞に接続され、それによって冷却媒体は熱交換器１０、１０’の開口部５に入り、熱交換器１０、１０’の開口部６から出ることができ、それゆえ、流路７を介して矢印Ｆ_Ｃで示される方向へと流れる。

被冷却油は、通路孔４に入り、流路１２を通って通路孔３から出てもよく、それゆえ、Ｆ_Ｏで示される方向に流れる。流れＦ_ＯとＦ_Ｃは同じ方向にも、または反対方向の流れとしても配置されてよいことがわかる。

図６を参照すると、ここで開示されている熱交換システムは、図５に示されたものと同様であるが、流れ制限手段７０が熱交換器１０、１０’の周囲に位置付けられており、それゆえ、冷却剤は一切、熱交換器の周囲に流れないようになっている。このような流れ制限手段７０は、少なくとも流れ制限手段７０の下流の部分から延びる迂回制限手段１１、１１’と組み合わされてもよい。流れ制限手段７０は、熱交換器１０、１０’と空洞の壁の間の空間を密閉するように配置された密封ストリップまたはシーラントの形態で設けられてもよい。

図７は、複数の熱交換部材１０’’’ａ、１０’’’ｂにより形成された熱交換器を示しており、その各々はその縦方向に沿って延びるフランジを有する実質的に管状の部材として形成される。各部材は、１枚のシートメタルの圧延または折り曲げによって、または押出しによって形成してもよい。何れの場合も、管状部材の形成の後に、扁平化ステップおよび／または追加のフランジ構造の挿入を行い、熱伝導性を高めてもよい。

熱交換器は、図のように、複数の同一の熱交換部材で形成してもよく、これらは、各々のフランジが外壁の全部または一部を形成するように配置される。熱交換部材は、１つおきの熱交換部材のフランジの各々が右側の外壁の一部を形成し、残りの熱交換部材のフランジが左側の外壁のそれぞれの部分を形成するように配置される。

フランジの長さは、各種の実施形態によって異なっていてもよい。図の実施形態において、各フランジの長さは、その熱交換部材から２個目の熱交換部材までの距離に対応する。しかしながら、より長いフランジ、たとえばその熱交換部材からｎ個目（ｎは偶数）の熱交換部材までの長さも考えられる。

また別の代替形態においては、最も外側の熱交換部材を形成する熱交換部材がそれぞれのフランジを有して、その各々がそれぞれの外壁を形成してもよく、その一方で、残りの熱交換部材には全くフランジがなく、２つの最も外側の熱交換部材のフランジにより包囲される。

Claims (21)

1. 各々がそれぞれの第一の流路（１２）を包囲する少なくとも２つの熱交換部材（１０、１０’）を備え、
   前記熱交換部材（１０、１０’）のうちの第一の部材の主要な面が、前記熱交換部材（１０、１０’）のうちの隣接する第二の部材の主要な面に面しており、
   前記隣接する熱交換部材（１０、１０’）の２つの主要な面の間に第二の流路（７）が形成される、
   オイルクーラ用熱交換器（１、１’）において、
   前記熱交換部材（１０、１０’）のうちの第一の部材の縁辺部分が、前記主要な面から前記熱交換部材（１０、１０’）のうちの隣接する第二の部材の縁辺部分に向かって延びる、前記第二の流路（７）への、または前記第二の流路（７）からの流れの迂回を防止し、または減少させるための迂回制限手段（１１、１１’、１１’’、１１’’’）を有し、
   前記迂回制限手段（１１、１１’、１１’’、１１’’’）が前記熱交換器（１、１’）の外壁（２、２’）を形成し、
   前記熱交換部材が、一体に結合された１対の熱交換プレートにより形成されており、
   前記プレートの縁辺が異なる方向に折り曲げられ、その一方がもう一方を越えて、隣接する前記熱交換部材（１０、１０’）に至る全行程にわたって延びており、それによって前記迂回制限手段（１１、１１’、１１’’、１１’’’）を形成することを特徴とする熱交換器（１、１’）。
2. 請求項１に記載の熱交換器において、
   前記迂回制限手段（１１、１１’、１１’’、１１’’’）が前記熱交換部材のうちの前記第一の部材の前記縁辺部分の前記少なくとも一部分に沿って連続的に延びることを特徴とする熱交換器。
3. 請求項２に記載の熱交換器において、
   前記迂回制限手段（１１、１１’、１１’’、１１’’’）が前記第二の流路の中の主流れの方向に実質的に平行に延びることを特徴とする熱交換器。
4. 請求項３に記載の熱交換器において、
   前記迂回制限手段（１１、１１’、１１’’、１１’’’）が前記第二の流路の長さの少なくとも１／４、１／３、１／２、２／３または３／４に沿って延びることを特徴とする熱交換器。
5. 請求項２乃至４の何れか１項に記載の熱交換器において、
   前記迂回制限手段（１１、１１’、１１’’、１１’’’）がその延長範囲に沿って、前記熱交換部材（１０、１０’）のうちの前記第二の部材と実質的に連続的な密封状態をなすことを特徴とする熱交換器。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の熱交換器において、
   前記迂回制限手段（１１’、１１’’、１１’’’）が前記熱交換部材（１０、１０’）のうちの前記第二の部材の前記縁辺部分と接触していることを特徴とする熱交換器。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載の熱交換器において、
   前記迂回制限手段（１１’、１１’’、１１’’’）が前記熱交換部材のうちの前記第二の部材の前記縁辺部分と結合されていることを特徴とする熱交換器。
8. 請求項１乃至７の何れか１項に記載の熱交換器において、
   前記迂回制限手段（１１’、１１’’、１１’’’）が、前記熱交換部材の前記縁辺部分を折り曲げることによって提供されることを特徴とする熱交換器。
9. 請求項８に記載の熱交換器において、
   前記迂回制限手段（１１’、１１’’、１１’’’）が、前記熱交換部材を形成する熱交換プレートの一方または両方を折り曲げることによって形成されることを特徴とする熱交換器。
10. 請求項１乃至７の何れか１項に記載の熱交換器において、
    前記迂回制限手段（１１’）が、前記熱交換部材の一方または両方の前記縁辺のごく近傍における隆条部により形成されることを特徴とする熱交換器。
11. 請求項１乃至１０の何れか１項に記載の熱交換器において、
    前記熱交換部材の少なくとも一方が、一体に結合された１対の熱交換プレート（１７と１８、１７’と１８’、１８’’、１８’’’）により形成されることを特徴とする熱交換器。
12. 請求項１乃至１０の何れか１項に記載の熱交換器において、
    前記熱交換部材の少なくとも一方が、実質的に管状の本体により形成されることを特徴とする熱交換器。
13. 請求項１乃至１２の何れか１項に記載の熱交換器において、
    前記第二の流路の入口（６）と出口（５）の少なくとも一方が、前記熱交換器（１０、１０’）が設置される予定の空洞（８）へと開放していることを特徴とする熱交換器。
14. 液体冷却媒体取入口（６０）と液体冷却媒体排出口（５０）を有する空洞（８）と、
    被冷却油のための油（４）取入口と、冷却済みの油のための油排出口（３）と、
    請求項１乃至１３の何れか１項に記載の熱交換器（１０、１０’）であり、前記空洞（８）に実質的に包囲される熱交換器と、
    を備えることを特徴とする油冷却システム。
15. 請求項１４に記載の油冷却システムにおいて、
    前記熱交換器の前記外壁（２、２’）が前記空洞（８）の対応する壁から離間されていることを特徴とする油冷却システム。
16. 請求項１４または１５に記載の油冷却システムにおいて、
    前記冷却媒体が前記熱交換器の前記外壁（２、２’）の外側に流れるのを防止するために、流れ制限手段（７０）が配置されていることを特徴とする油冷却システム。
17. 請求項１４乃至１６の何れか１項に記載の油冷却システムを使って、車両内の油を冷却する方法において、
    被冷却油が前記油取入口（４）から前記第一の流路（１２）を通って前記油排出口（３）へと流れるようにするステップと、
    液体冷却媒体が前記冷却媒体取入口（６０）から前記第二の流路（７）を通って前記冷却媒体排出口（５０）へと流れるようにするステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
18. 請求項１７に記載の方法において、
    前記液体冷却媒体の一部が前記熱交換器の前記外壁（２、２’）の外側に流れることを特徴とする方法。
19. 請求項１７または１８に記載の方法において、
    前記液体冷却媒体の一部が、前記迂回制限手段（１１、１１’、１１’’、１１’’’）と前記熱交換部材のうちの前記第二の部材の前記縁辺部分の間に流れるようにされることを特徴とする方法。
20. 請求項１７に記載の方法において、
    前記液体冷却媒体が少なくとも部分的に、好ましくは完全に、前記迂回制限手段（１１、１１’、１１’’、１１’’’）と前記熱交換部材のうちの前記第二の部材の前記縁辺部分の間に流れないようにされることを特徴とする方法。
21. 請求項２０に記載の方法において、
    前記液体冷却媒体が、前記熱交換器（１０、１０’）の前記外壁（２、２’）の外側に流れないようにされることを特徴とする方法。

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