JP2020012616A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【目的】車両においてオイル循環を必要とするエンジン，ミッション等の機器において極めて熱交換量が良好となる熱交換器を提供すること。【構成】上方に膨出する第１波形膨出条３が複数配列され且つオイルの流入口２３と流出口２４及び冷却水の流入口２１と流出口２２とが形成された第１プレートＡ1と、下方に膨出する第２波形膨出条６が複数配列され且つオイルの流入口５３と流出口５４及び冷却水の流入口５１と流出口５２とが形成された第２プレートＡ2とを備えること。第１プレートＡ1及び第２プレートＡ2のオイルの流入口，流出口及び冷却水の流入口，流出口同士がそれぞれ連通され、隣接する第１波形膨出条３間に第２波形膨出条６が喰い込む構成とすること。【選択図】 図１

Description

本発明は、車両においてオイル循環を必要とするエンジン，ミッション等の機器において極めて熱交換量が良好となる熱交換器に関する。

車両のエンジン，ミッション等の潤滑油が必要とされる機器のオイル循環回路に配置される熱交換器が存在する。この熱交換器は、熱交換量をより一層良好なものにするため種々開発されている。一般的な熱交換器(オイルクーラ等)は、コアプレートと呼ばれる部材が多数積層され、オイルの流路と、冷却水の流路とが隣接状態で分離され、相互に熱交換を行うものである。

特開２０１１−７４１０号公報

前述したタイプの熱交換器は、多数存在するものであり、その中で代表的なものとして特許文献１を示した。特許文献１では、オイル及び冷却水の連通孔と複数の突条部を有するコアプレートが複数個備えられ、これらが上下方向に積層されて熱交換器としたものである。

積層されて上下に隣接するコアプレート間にオイルの流路が構成されオイルが流れるが、このとき、複数の突条部によって、オイルの流れが拡散され、冷却水との間での熱交換率を良好にしようとするものである。しかし近年自動車における各機器の小型化及び軽量化が推し進められる現状において熱交換器も小型化されなくてはならず、熱交換器を構成する個々のコアプレートも小型となり、それにともなってオイル流路も狭くなっている。

このようなことから、狭いスペースの冷却水及びオイルの流路でさらなる熱交換量の効率の向上が求められている。本発明の目的は、上記課題に対してさらに小型化されると共に、オイルと冷却水との間における熱交換率を向上させ、それによって熱交換量に優れた熱交換器を提供することにある。

そこで、発明者は、上記課題を解決すべく鋭意，研究を重ねた結果、請求項１の発明を、上方に膨出する第１波形膨出条が複数配列され且つオイルの流入口と流出口及び冷却水の流入口と流出口とが形成された第１プレートと、下方に膨出する第２波形膨出条が複数配列され且つオイルの流入口と流出口及び冷却水の流入口と流出口とが形成された第２プレートとを備え、前記第１プレート及び前記第２プレートのオイルの前記流入口，前記流出口及び冷却水の前記流入口，前記流出口同士がそれぞれ連通され、隣接する前記第１波形膨出条間に前記第２波形膨出条が喰い込む構成としてなる熱交換器としたことにより、上記課題を解決した。

請求項２の発明を、請求項１に記載の熱交換器において、前記第１波形膨出条の頂部には上方に突出する第１突起が形成されてなる熱交換器としたことにより、上記課題を解決した。請求項３の発明を、請求項１又は２に記載の熱交換器において、前記第２プレートには前記第１プレートの第１波形膨出条に対応する位置に下方に突出する第２突起が形成されてなる熱交換器としたことにより、上記課題を解決した。

請求項４の発明を、請求項１，２又は３の何れか一項に記載の熱交換器において、前記第１波形膨出条及び前記第２波形膨出条はそれぞれ等間隔に配置されてなる熱交換器としたことにより、上記課題を解決した。請求項５の発明を、請求項１，２，３又は４の何れか一項に記載の熱交換器において、前記第１波形膨出条及び前記第２波形膨出条はジグザグ状又はＷ字状としてなる熱交換器としたことにより、上記課題を解決した。

請求項６の発明を、請求項１，２，３又は４の何れか一項に記載の熱交換器において、前記第１波形膨出条及び前記第２波形膨出条はサインカーブ状としてなる熱交換器としたことにより、上記課題を解決した。請求項７の発明を、請求項１，２，３又は４の何れか一項に記載の熱交換器において、前記第１波形膨出条及び前記第２波形膨出条は台形が連続する形状としてなる熱交換器としたことにより、上記課題を解決した。

請求項１の発明では、上下方向に交互に積層された第１プレートと第２プレートにおいて、上下に隣接する上方の第２プレートと下方の第１プレートとの間を冷却水の流路とし、該流路は、第１波形膨出条が水平方向に隣接する前記第２波形膨出条間に上下方向に入り込む構成としたものである。

以上の構成によって、冷却水の流路は、平面的には複数の第１波形膨出条と第２波形膨出条とが交互に噛合う構成となり、その流路の垂直方向断面では凸凹状の流路が構成される。そして、このような流路を流入口から流出口に亘って流れる冷却水は、流路全体に均一に拡散され、密接上に分離された流路を流れるオイルとの熱交換が良好に行われ、熱交換量を最大限にすることができる。

請求項２の発明では、前記第１波形膨出条の頂部には上方に突出する第１突起が形成されたことにより、該第１突起を大きくしなくても、第１波形膨出条が第２プレートと接触することなく流路内の空間を十分に確保でき、且つ第１突起が第１プレートと第２プレートとの重合状態を支持し構造において強固なものにできる。

請求項３の発明では、前記第２プレートには前記第１プレートの第１波形膨出条に対応する位置に下方に突出する第２突起が形成されたことにより、該第２突起を大きくしなくても、流路の空間をさらに広く確保することができる。請求項４の発明では、前記第１波形膨出条及び前記第２波形膨出条はそれぞれ等間隔に配置された構成により、第１波形膨出条が隣接する第２波形膨出条間に入り込む構造を極めて簡単に構成することができる。

請求項５の発明では、前記第１波形膨出条及び前記第２波形膨出条はジグザグ状又はＷ字状としたものであり、請求項６発明では、サインカーブ状としたものであり、請求項７の発明では、台形が連続する形状としたもので、いずれも冷却水の流路における流れに対して十分な拡散状態にさせることができる。

（Ａ）は本発明の斜視図、（Ｂ）はクーラユニットの第１プレートの上面図、（Ｃ）はクーラユニットの第２プレートの下面図である。 （Ａ）は図１（Ｂ）のＹ1−Ｙ1矢視断面略示図、（Ｂ）は（Ａ）の（α）部拡大図、（Ｃ）は図１（Ｃ）のＹ2−Ｙ2矢視断面略示図、（Ｄ）は（Ｃ）の（β）部拡大図、（Ｅ）は第１プレートと第２プレートとを重合してクーラユニットとした断面略示図である。 （Ａ）はクーラユニットの第１波形膨出条及び第２波形膨出条の配列を示した上面図、（Ｂ）は（Ａ）のＹ3−Ｙ3矢視断面略示図、（Ｃ）は（Ｂ）の（γ）部拡大図、（Ｄ）は（Ａ）のＹ4−Ｙ4矢視断面図である。 （Ａ）はクーラユニットの冷却水の流れを示す上面図、（Ｂ）は（Ａ）のＹ5−Ｙ5矢視断面略示図、（Ｃ）は（Ｂ）の（δ）部拡大図である。 （Ａ）は第１波形膨出条及び第２波形膨出条の第２タイプを示す上面図、（Ｂ）は第１波形膨出条及び第２波形膨出条の第３タイプを示す上面図である。 （Ａ）は熱交換器において冷却水流入口同士及び冷却水流出口同士の接続を示す断面図、（Ｂ）は熱交換器のオイル流入口同士及びオイル流出口同士の接続を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。説明において、理解し易いように、方向を示す文言として「上下方向」「上面」「下面」等の用語が使用される。これらの方向及び部分等の文言は、本発明における熱交換器を単体として見た場合の便宜上の方向又は相対的な位置関係を示すものであり、実際に自動車の所定箇所に使用される状態では、上記方向には限定されない。

本発明は、主に第１プレートＡ1と第２プレートＡ2とフィン部材７が備わる。また、その他に上ベースプレート８１及び下ベースプレート８２等が備わる。第１プレートＡ1と第２プレートＡ2との間にフィン部材７を配置して、第１プレートＡ1と第２プレートＡ2とが上下方向に重合され、クーラユニットＡが構成される〔図１，図２(Ｅ)等参照〕。

複数のクーラユニットＡ，Ａ，…が層状に重合することで熱交換器が構成される（図６参照）。第１プレートＡ1は、主板１の外周に立上り縁部１１が形成されている。主板１は、四隅が円弧形状の略長方形状であり〔図１（Ｂ）参照〕、その外周縁に沿って上方側に立上り縁部１１が形成されている。主板１は、正方形状，楕円形状，長円形状等の形状としても構わない。

主板１には、冷却水流入口２１，冷却水流出口２２，オイル流入口２３，オイル流出口２４が設けられている〔図１（Ａ），（Ｂ）参照〕。冷却水流入口２１と冷却水流出口２２は主板１の対角における隅に形成され、同様にオイル流入口２３とオイル流出口２４は、主板１の別の対角における隅に形成されている。つまり、冷却水流入口２１と冷却水流出口２２の組と、オイル流入口２３とオイル流出口２４の組とは、主板１上における異なる対角線上に位置するものである。

第１プレートＡ1における主板１には、複数の第１波形膨出条３，３，…が形成されている〔図１（Ａ），（Ｂ），図３参照〕。第１波形膨出条３は、列状に配列され、隣接する第１波形膨出条３，３は一定の間隔を有する。該第１波形膨出条３は、主板１の上方に向かって突出しており、平面的に見て波形状となるように形成されている。第１波形膨出条３は、その断面形状が台形状又は方形状に形成されたものである〔図３（Ｂ），（Ｄ）参照〕。また、断面半円状又は断面三角形状に形成されても良い。

第１波形膨出条３は、その屈曲部３ａの数が５個程度の波形としたものである〔図１(Ｂ)，図３（Ａ）等参照〕。また、第１波形膨出条３の屈曲部３ａは、３個又は４個としたものでも構わない。複数の第１波形膨出条３，３，…は、左右方向において等間隔に配置される〔図１(Ｂ)参照〕。また、第１波形膨出条３，３，…の列は必ずしも等間隔である必要はなく、後述する第２プレートＡ2の第２波形膨出条との配列と相互に喰いこんで噛合う構成としたものであればよい〔図３（Ａ）乃至（Ｃ），図４参照〕。

第２プレートＡ2は、主板４の外周に立上り縁部４１が形成されている〔図１（Ｃ），図２（Ｃ）参照〕。主板４は、前記第１プレートＡ1の主板１と同形状且つ略同じ大きさである。実施形態の第２プレートＡ2の主板４は、第１プレートＡ1の主板1と同様に略長方形状とし、その外周縁に沿って上方側に立上り縁部４１が形成されている。

主板４には、冷却水流入口５１，冷却水流出口５２，オイル流入口５３，オイル流出口５４が設けられている。冷却水流入口５１と冷却水流出口５２は主板４の対角における隅に形成され、同様にオイル流入口５３とオイル流出口５４は、主板４の別の対角における隅に形成されている。

第２プレートＡ2における主板４には、複数の第２波形膨出条６，６，…が形成されている〔図１（Ｃ），図２（Ｃ），（Ｄ）参照〕。第２波形膨出条６，６，…は、列状に配列され、隣接する第２波形膨出条６，６は一定の間隔を有する。該第２波形膨出条６は、主板４の下方に向かって突出しており、平面的に見て前記第１波形膨出条３と略同等形状の波形状となるように形成されている。第２波形膨出条６は、第１波形膨出条３と同様にその断面形状が台形状又は方形状に形成されたものである〔図２（Ｃ），（Ｄ）参照〕。また、断面半円状又は断面三角形状に形成されても良い。

第２波形膨出条６は、その屈曲部６ａの数が５個程度の波形としたものである〔図１(Ｃ)参照〕。また、第２波形膨出条６の屈曲部６ａは、３個又は４個としたものでも構わないものであり、屈曲部６ａの数は第１波形膨出条３と同じ屈曲部３ａの数を有している。そして、複数の第２波形膨出条６，６，…は、左右方向において等間隔に配置される〔図１(Ｃ)参照〕。その間隔は第１波形膨出条３，３，…の間隔と同等である。また第２波形膨出条６，６，…は、必ずしも等間隔である必要はなく、前述した第１波形膨出条３，３，…との間隔に合わせるものでよい。

次に、第１プレートＡ1と第２プレートＡ2とによって、熱交換器を構成することについて説明する。第1プレートＡ1と第２プレートＡ2と重合してクーラユニットＡが構成される。クーラユニットＡにはフィン部材７が内装されている。複数のクーラユニットＡ，Ａ，…が層状となるように重合される〔図６（Ａ），（Ｂ）参照〕。

ここで、上下に隣接する第１プレートＡ1と第２プレートＡ2とは、第１プレートＡ1の立上り縁部１１の開口箇所に第２プレートＡ2の主板４箇所が挿入され、また第２プレートＡ2の立上り縁部４１の開口箇所に第１プレートＡ1の主板１箇所が挿入され、これらが交互に連続するものである。このようなことから、第１プレートＡ1における立上り縁部１１は、主板１側から開口側に向かって平面方向に拡がるように傾斜面状とすることが好ましい〔図２(Ａ)参照〕。同様に第２プレートＡ2における立上り縁部４１は、主板４側から開口側に向かって平面方向に拡がるように傾斜面状とすることが好ましい〔図２(Ｃ)参照〕。

そして、第１プレートＡ1の冷却水流入口２１，冷却水流出口２２，オイル流入口２３，オイル流出口２４は、第２プレートＡ2の冷却水流入口５１，冷却水流出口５２，オイル流入口５３，オイル流出口５４とそれぞれ対応させて水密状に接続される。水密状の接続を行うための具体例としては、第１プレートＡ1のオイル流入口２３，オイル流出口２４の開口周縁を上方に膨出させて円周状の立上り部を形成する。また、第２プレートＡ2の冷却水流入口５１，冷却水流出口５２の開口周縁を下方に膨出させて円周状の立上り部を形成する。これによって、クーラユニットＡが上下方向に重合されるときには、第１プレートＡ1のオイル流入口２３，オイル流出口２４の開口周縁の円周状の立上り部が上方に隣接する第２プレートＡ2のオイル流入口５３，オイル流出口５４にそれぞれ水密状に当接することができる〔図６(Ａ)参照〕。また、第２プレートＡ2の冷却水流入口５１，冷却水流出口５２の下方に膨出する立上り部は、下方に隣接する第１プレートＡ1の冷却水流入口２１，冷却水流出口２２にそれぞれ水密状に当接することができる〔図６(Ｂ)参照〕。

クーラユニットＡが上下方向に複数重合されることによって、第１プレートＡ1と第２プレートＡ2とが交互に上下方向に積層された構成となる。そして、上下に隣接するクーラユニットＡ，Ａの間、つまり、上下方向に隣接する上方側の第２プレートＡ2と、下方側の第１プレートＡ1との間の空間を冷却水流路Ｓ1とする〔図３（Ｂ），（Ｃ）参照〕。

また、クーラユニットＡの内部、つまり上下方向に隣接する上方側の第１プレートＡ1と下方側の第２プレートＡ2との間の空間をオイル流路Ｓ2とする。オイル流路Ｓ2には、フィン部材７が設けられる。該フィン部材７は、オイル流路Ｓ2を流れるオイルを、冷却水と共に効率的に熱交換が行われるようにして、熱交換量を大きくすることができる。

冷却水流路Ｓ1においては、第２プレートＡ2の主板４に設けられた複数の第２波形膨出条６，６，…は、第２プレートＡ2と第１プレートＡ1とを重合したときに、上下に隣接する上方側の第２プレートＡ2と、下方側の第１プレートＡ1との間で、複数の第１波形膨出条３，３，…と、複数の第２波形膨出条６，６，…とが相互に相手側に喰い込み、上下方向に噛合い状態となる〔図３（Ａ）乃至（Ｃ）参照〕。

つまり、第２プレートＡ2において隣接する第２波形膨出条６，６の間に第１プレートＡ1の第１波形膨出条３が喰い込む構成となる。或いは第１プレートＡ1において隣接する第１波形膨出条３，３の間に第２プレートＡ2の第２波形膨出条６が喰い込む構成となる。これによって隣接する上方側の第２プレートＡ2と下方側の第１プレートＡ1との間に構成される冷却水流路Ｓ1は、冷却水の主な流れ方向に沿って凸凹状の流路が構成される。

冷却水流路Ｓ1を流れ方向に凸凹状に構成するためには、第１波形膨出条３と第２波形膨出条６の高さ寸法を、冷却水流路Ｓ1の高さ寸法の半分を越える構成とする。したがって、冷却水流路Ｓ1の高さ方向寸法をＨとし、第１波形膨出条３の高さ寸法をＨ1とし、第２波形膨出条６の高さをＨ2とすると、Ｈ，Ｈ1，Ｈ2の寸法関係は以下のようになることが好適である。
つまり、
及び
である〔図３(Ｃ)参照〕。

第１プレートＡ1における第１波形膨出条３の屈曲部３ａには、第１突起３１が形成されている〔図１（Ａ），（Ｂ）図２(Ａ)，（Ｂ）等参照〕。そして、第２プレートＡ2の主板４には、下方に向かって第２突起４２が形成されている〔図１（Ｃ）図２(Ｃ)，（Ｄ）等参照〕。第１プレートＡ1と第２プレートＡ2とが重合された状態で、第１プレートＡ1に形成された第１突起３１の位置に対応する(重なり合う)位置に第２突起４２が形成される〔図３(Ｂ)，（Ｃ）参照〕。

クーラユニットＡ，Ａ，…を重合すると、上方に位置する第２プレートＡ2と、下方に位置する第1プレートＡ1とが重合されるときに、第１突起３１と第２突起４２とは当接する（図３参照）。この両者の当接によって、隣接するクーラユニットＡ，Ａ間の第１波形膨出条３と、第２プレートＡ2の主板４との間に隙間が確保され、前記冷却水流路Ｓ1を流れ方向に凸凹状に構成することができる。

第１波形膨出条３及び第２波形膨出条６は、それぞれ波形状としている。この波形状とは、山形形状が連続した形状であり、以下のタイプが存在する。まず、第１タイプでは、ジグザグ状又はＷ字状としたものであり、三角形の部位が連続した形状のものである〔図１，図３(Ａ)参照〕。第１波形膨出条３と第２波形膨出条６における第２タイプでは、サインカーブ状としたものである〔図５(Ａ)参照〕。第１波形膨出条３と第２波形膨出条６における第３タイプでは、台形が連続する形状としたものである〔図５(Ｂ)参照〕。

本発明では、第１プレートＡ1と第２プレートＡ2とを予め上下方向に重合され、フィン部材７を内装してクーラユニットＡを構成する。これによって複数のクーラユニットＡ，Ａ，…を重合するのみで熱交換器の組立作業を効率的にすることができる（図６参照）。

Ａ1…第１プレート、Ａ2…第２プレート、２１…冷却水流入口、２２…冷却水流出口、
２３…オイル流入口、２４…オイル流出口、３…第１波形膨出条、３１…第１突起、
４２…第２突起、６…第２波形膨出条、５１…冷却水流入口、５２…冷却水流出口、
５３…オイル流入口、５４…オイル流出口。

Claims (7)

1. 上方に膨出する第１波形膨出条が複数配列され且つオイルの流入口と流出口及び冷却水の流入口と流出口とが形成された第１プレートと、下方に膨出する第２波形膨出条が複数配列され且つオイルの流入口と流出口及び冷却水の流入口と流出口とが形成された第２プレートとを備え、前記第１プレート及び前記第２プレートのオイルの前記流入口，前記流出口及び冷却水の前記流入口，前記流出口同士がそれぞれ連通され、隣接する前記第１波形膨出条間に前記第２波形膨出条が喰い込む構成としてなることを特徴とする熱交換器。
2. 請求項１に記載の熱交換器において、前記第１波形膨出条の頂部には上方に突出する第１突起が形成されてなることを特徴とする熱交換器。
3. 請求項１又は２に記載の熱交換器において、前記第２プレートには前記第１プレートの第１波形膨出条に対応する位置に下方に突出する第２突起が形成されてなることを特徴とする熱交換器。
4. 請求項１，２又は３の何れか一項に記載の熱交換器において、前記第１波形膨出条及び前記第２波形膨出条はそれぞれ等間隔に配置されてなることを特徴とする熱交換器。
5. 請求項１，２，３又は４の何れか一項に記載の熱交換器において、前記第１波形膨出条及び前記第２波形膨出条はジグザグ状又はＷ字状としてなることを特徴とする熱交換器。
6. 請求項１，２，３又は４の何れか一項に記載の熱交換器において、前記第１波形膨出条及び前記第２波形膨出条はサインカーブ状としてなることを特徴とする熱交換器。
7. 請求項１，２，３又は４の何れか一項に記載の熱交換器において、前記第１波形膨出条及び前記第２波形膨出条は台形が連続する形状としてなることを特徴とする熱交換器。