JP2020012616A - 熱交換器 - Google Patents
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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。
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。
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〕。
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。
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)
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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Cited By (2)
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WO2023126673A1 (ja) * | 2021-12-27 | 2023-07-06 | 日産自動車株式会社 | 熱伝達部材 |
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