JP6054627B2 - 車両用熱交換器 - Google Patents
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Description
このような熱交換器は、熱エネルギーを再利用したり、流入される作動流体の温度を、用途に合うような温度に調節したりするものである。
熱交換器を限定的な容積空間を有するエンジンルームに装着するとき、空間の確保及び装着の困難さを回避するため、熱交換器の小型化、軽量化、及び高効率高機能化のための研究が続けられている。
また、第2作動流体は、第2流入ホールを介して放熱部に流入され、第2排出ホールを介して放熱部から流出され、第2流入ホールと第2排出ホールとは第2連結流路によって連通される。
また、第3作動流体は、第3流入ホールを介して放熱部に流入され、第3排出ホールを介して放熱部から流出され、第3流入ホールと第3排出ホールとは第3連結流路によって連通される。
また、第2流入ホールと第2排出ホールとは、放熱部の一面において、第1流入ホールが形成された側に、斜線方向に形成され、第1流入ホールと第1排出ホールとに互いに対向するように形成される。
また、第3流入ホールと第3排出ホールとは、放熱部の一面において、第1排出ホールが形成された側に、斜線方向に形成され、第1流入ホールと第1排出ホールとに互いに対向するように形成される。
また本発明の変形部材は、互いに連結された複数の環状メンバがコイルスプリング形状に重なって接触するように形成される。
更に本発明の変形部材は、長さ方向の両端部に位置し、温度に応じて変形しないように形成された一対の固定部と、一対の固定部の間において作動流体の温度に応じて弛緩及び収縮変形する変形部と、を含む。
ここで装着部は、連結パイプの内周面にねじ締結されるねじ山が外周面上に形成される。
また本発明は、作動流体が連結パイプから漏出するのを防ぐシーリングを更に含み、シーリングは、装着部と挿入部との間に装着されることを特徴とする。
エンドキャップは、流入ポートを介して流入される作動流体の流量に応じて変化する圧力に対応し、変形部材の温度応答性を向上させるために、流入された作動流体を変形部材の内部にバイパス(Bypass)させる貫通ホールが形成される。
また本発明の放熱部は、複数のプレートが積層されるプレート型放熱部であることを特徴とする。
以下に、本発明の好ましい実施形態について、添付の図面を参照しつつ説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る車両用熱交換器が適用される自動変速機冷却システムの構成図である。図1に示すように、本発明の自動変速機冷却システムには、基本的には、冷却ファン21が装着されたラジエータ20を通過しながら冷却された冷却水が、ウォータポンプ10を介してエンジン50を冷却させるための冷却ライン(Cooling Line、以下「C.L」と略記する)が備えられる構成を有し、この冷却ライン(C.L)上に車両暖房システム(図示せず)と連通されるヒーターコア30が設けられる。
即ち、本発明の作動流体は、ラジエータ20から流入される冷却水と、自動変速機40から流入される変速機オイルと、エンジン50から流入されるエンジンオイルと、で構成される。
本実施形態は、熱交換器100によって変速機オイル及びエンジンオイルと、冷却水と、を相互熱交換させることにより、変速機オイル及びエンジンオイルの温度を調節する。
図2に示すように、熱交換器100は、放熱部110と分岐部120とを含んで構成される。以下に、これを各構成要素別に説明する。
ここで、放熱部110は、冷却水、変速機オイル、及びエンジンオイルの流通を対向流(counterflow)にして相互熱交換させる。
分岐部120は、放熱部の外部に装着され、放熱部110から各作動流体が流入するように形成された複数の流入ホール116の中の何れか1つと、放熱部110に各作動流体を排出するように形成された複数の排出ホール118の中の何れか1つと、を連通させ、流入された作動流体の温度に応じて、作動流体を放熱部110の通過せずにバイパスさせる。
また、第2流入ホール116bと第2排出ホール118bとは、放熱部110の一面において、第1流入ホール116aが形成された側に斜線方向に形成され、第1流入ホール116aと第1排出ホール118aそれぞれに対向する側面に形成される。
また、第3流入ホール116cと第3排出ホール118cとは、放熱部110の一面において第1排出ホール118aが形成された側に斜線方向に形成され、第1流入ホール116aと第1排出ホール118aそれぞれに対向する側面に形成される。
連結パイプ122は、放熱部110の外部で、第1流入ホール116aと第1排出ホール118aとの間を連通させて設けられ、第1流入ホール116aに近接した位置に形成された流入ポート124と、流入ポート124と対向し、第1排出ホール118aに近接した位置に形成された排出ポート126と、を有する。
これにより、バルブユニット130は、流入ポート124を介して流入された作動流体を放熱部110を通過させずに排出ポート126に直接バイパスさせたり、放熱部110の第1流入ホール116aに流入させた後に放熱部110を通過させ、第1排出ホール118aに排出させたりする。
また、変速機オイルは第2流入ホール116bと第2排出ホール118bとを介して循環され、エンジンオイルは第3流入ホール116cと第3排出ホール118cとを介して循環される。
また、流入ポート124と排出ポート126とは、別途の連結ホース又は連結配管等を介してラジエータ20に連通される。
第1連結流路114aは、第1流入ホール116aを介して放熱部110の内部に流入された冷却水が移動する。
第2連結流路114bと第3連結流路114cは、第1連結流路114aと交互に形成され、リブ140によって相互に区画される。
即ち、リブ140は、互いに積層される複数のプレート112の長さ方向中央に形成され、第1連結流路114aを間において形成された連結流路を第2、第3連結流路114b、114cに区画する。
これにより、第2連結流路114bには第2流入ホール116bを介して流入される変速機オイルが流通され、第3連結流路114cには第3流入ホール116cを介して流入されるエンジンオイルが流通される。
また、装着部136の一端は挿入部134に連結され、その他端には係止部138が一体に形成される。係止部138は、連結パイプ122の端部に係止されて固定されることにより、装着部136が連結パイプ122の内部にそれ以上挿入されるのを防ぐ。
装着部136と挿入部134との間にはシーリング141が装着される。シーリング141は、連結パイプ122の内部に流入した作動流体が連結パイプ122から漏出するのを防ぐ。
変形部材142は、一端部が連結パイプ122の内部に挿入された装着キャップ132に連結され、作動流体の温度に応じて弛緩と収縮変形とが行われる。
ここで、形状記憶合金(Shape Memory Alloy:SMA)とは、一定の温度で形状を記憶する合金をいう。形状記憶合金は、一定の温度と異なる温度では形状が変えることができるが、一定の温度に冷却したり加熱したりすればもとの形状に復元する。
固定部144は、変形部材142の長さ方向の両端部に位置され、温度に応じてその形状が変形しない。
また、変形部146は、固定部144の間で作動流体の温度に応じて弛緩及び収縮変形する。
変形部材142は、円形のコイルスプリング形状と類似した形状に形成される。
固定部144の他端にはエンドキャップ148が装着され、連結パイプ122の内部にスライド移動可能に挿入される。
バルブユニット130は、設定温度を超える温度を有する作動流体が流入された場合には、図7に示すように変形部材142の変形部146が弛緩する。
これにより、変形部材142の変形部146を形成する環状メンバは、互いに離隔されて空間(Space:以下「S」とする)を形成し、この空間(S)を介して作動流体が流入される。
反対に、設定温度以下の作動流体が連結パイプ122に流入さた場合は、変形部146が図5に示すような初期状態に収縮変形し、空間(S)が閉鎖される。
図8は、本発明の車両用熱交換器の、流入される冷却水の温度が設定温度よりも低い場合の作動状態図である。
図8に示すように、連結パイプ122の流入ポート124を介して流入される冷却水の温度が設定温度よりも低い場合は、バルブユニット130の変形部材142は変形せずに初期装着状態を維持する。
これによって、変速機オイルとエンジンオイルとは、ウォームアップされた状態で自動変速機40とエンジン50それぞれに供給されるので、車両の暖房性能を向上させることができる。
図9に示すように、冷却水の温度が設定温度よりも高い場合には、バルブユニット130の変形部材142が弛緩変形し、変形部146を形成する環状メンバの間に空間(S)を形成する。
これにより、流入ポート124に流入された冷却水は、空間(S)を介して第1流入ホール116aに流入されて放熱部110の第1連結流路114aを通過し、第1排出ホール118aを介して連結パイプ122に排出される。
これにより、冷却水が放熱部110の第1連結流路114aを通過するようになる。従って、第2流入ホール116bと第3流入ホール116cを介して自動変速機40及びエンジン50それぞれから流入され、第2、第3連結流路114b、114cそれぞれ通過をする変速機オイル及びエンジンオイルは、第1連結流路114aを通過する冷却水と放熱部110内部で相互に熱交換され、温度が調節される。
変速機オイル及びエンジンオイルは、図10に示すように、第2流入ホール116b及び第3流入ホール116cそれぞれを介して流入され、放熱部110の内部にリブ140を介して区画されて形成された第2、第3連結流路114b、114cそれぞれを通過する。その後、変速機オイル及びエンジンオイルは、第2排出ホール118b及び第3排出ホール118cそれぞれを介して排出され、自動変速機40及びエンジン50に供給される。
従って、トルクコンバータの作動によって発生する流体摩擦によって温度が上昇するために冷却が必要な変速機オイルと、エンジン50の作動によって温度が上昇したエンジンオイルと、は放熱部110で冷却水との相互熱交換によって冷却された後、自動変速機及びエンジン50それぞれに供給される。
その後、変速機オイルとエンジンオイルを自動変速機40とエンジン50に供給することにより、自動変速機40とエンジン50とに摩擦損失を低減させ、燃費を上昇させることができる。
一方、本発明の実施形態に係る車両用熱交換器100の説明において、作動流体として冷却水、変速機オイル、及びエンジンオイルを例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、熱交換を介して冷却又は温度上昇が必要な作動流体は、すべて適用が可能である。
20 プラジエータ
21 冷却ファン
30 ヒーターコア
40 自動変速機
50 エンジン
100 熱交換器
110 放熱部
112 プレート
114 連結流路
114a 第1連結流路
114b 第2連結流路
114c 第3連結流路
116 流入ホール
116a 第1流入ホール
116b 第2流入ホール
116c 第3流入ホール
118 排出ホール
118a 第1排出ホール
118b 第2排出ホール
118c 第3排出ホール
120 分岐部
122 連結パイプ
124 流入ポート
126 排出ポート
130 バルブユニット
132 装着キャップ
134 挿入部
136 装着部
138 係止部
139 工具溝
140 リブ
141 シーリング
142 変形部材
144 固定部
146 変形部
148 エンドキャップ
149 貫通ホール
P 連結ポート
Claims (20)
- 複数のプレートが積層されて第1連結流路、第2連結流路、及び第3連結流路が交互に形成され、前記第1連結流路、前記第2連結流路、及び前記第3連結流路それぞれに第1作動流体、第2作動流体、及び第3作動流体それぞれが流入されて前記第1連結流路、前記第2連結流路、及び前記第3連結流路それぞれを通過しながら相互に熱交換が行われ、前記第1連結流路、前記第2連結流路、及び前記第3連結流路それぞれに供給された前記第1作動流体、前記第2作動流体、及び前記第3作動流体を相互に混合させずに循環させる放熱部と、
前記放熱部の外部に装着され、前記第1作動流体、前記第2作動流体、及び前記第3作動流体の中の1つの作動流体が流入される流入ホールと、前記1つの作動流体が排出される排出ホールと、を連通させ、前記1つの作動流体の温度に応じて、前記1つの作動流体に前記放熱部をバイパスさせる分岐部と、を有し、
前記第1作動流体は、第1流入ホールを介して前記放熱部に流入され、第1排出ホールを介して前記放熱部から流出され、前記第1流入ホールと前記第1排出ホールとは前記第1連結流路によって連通され、
前記第2作動流体は、第2流入ホールを介して前記放熱部に流入され、第2排出ホールを介して前記放熱部から流出され、前記第2流入ホールと前記第2排出ホールとは前記第2連結流路によって連通され、
前記第3作動流体は、第3流入ホールを介して前記放熱部に流入され、第3排出ホールを介して前記放熱部から流出され、前記第3流入ホールと前記第3排出ホールとは前記第3連結流路によって連通され、
前記第1流入ホール、前記第2流入ホール、及び前記第3流入ホールは、前記放熱部の一面において、長さ方向の両側それぞれに形成され、
前記第1排出ホール、前記第2排出ホール、及び前記第3排出ホールそれぞれは、前記第1流入ホール、前記第2流入ホール、及び前記第3流入ホールそれぞれから離隔されており、前記放熱部の一面において、長さ方向の両側それぞれに形成され、
前記分岐部は、前記放熱部の外部において、前記第1流入ホールと前記第1排出ホールとの間を連通し、前記第1流入ホールに近接した位置に形成される流入ポートと、前記流入ポートと対向し、前記第1排出ホールに近接した位置に形成される排出ポートと、を有する連結パイプと、
前記連結パイプの、前記第1流入ホールに近接した端部に装着され、作動流体の温度に応じて弛緩と収縮変形が行われ、前記流入ポートを介して流入した前記作動流体を、前記排出ポートに直接バイパスさせたり、前記放熱部に流入させたりするバルブユニットと、を含むことを特徴とする車両用熱交換器。 - 前記第1流入ホールと第1排出ホールとは、前記放熱部の一面において対角線方向の各隅部に形成されることを特徴とする請求項1に記載の車両用熱交換器。
- 前記第2流入ホールと第2排出ホールとは、前記放熱部の一面において、前記第1流入ホールが形成された側に、斜線方向に形成され、前記第1流入ホールと前記第1排出ホールとに互いに対向するように形成されたことを特徴とする請求項1に記載の車両用熱交換器。
- 前記第3流入ホールと前記第3排出ホールとは、前記放熱部の一面において、前記第1排出ホールが形成された側に、斜線方向に形成され、前記第1流入ホールと前記第1排出ホールとに互いに対向するように形成されたことを特徴とする請求項1に記載の車両用熱交換器。
- 前記バルブユニットは、前記連結パイプの一端に固定装着される装着キャップと、前記連結パイプの内部に挿入された前記装着キャップに連結される一端部と、前記作動流体の温度に応じて弛緩と収縮変形が行われる変形部材と、を含むことを特徴とする請求項1に記載の車両用熱交換器。
- 前記変形部材は、材質が前記作動流体の温度に応じて弛緩及び収縮変形する形状記憶合金素材であることを特徴とする請求項5に記載の車両用熱交換器。
- 前記変形部材は、互いに連結された複数の環状メンバがコイルスプリング形状に重なって接触するように形成されたことを特徴とする請求項5に記載の車両用熱交換器。
- 前記変形部材は、長さ方向の両端部に位置し、温度に応じて変形しないように形成された一対の固定部と、前記一対の固定部の間において前記作動流体の温度に応じて弛緩及び収縮変形する変形部と、を含むことを特徴とする請求項5に記載の車両用熱交換器。
- 前記装着キャップは、一端が前記変形部材に嵌合して固定される挿入部と、前記挿入部の他端に一体に連結され前記連結パイプの内周面に装着される装着部とを含むことを特徴とする請求項5に記載の車両用熱交換器。
- 前記装着部は、前記連結パイプの内周面にねじ締結されるねじ山が外周面上に形成されることを特徴とする請求項9に記載の車両用熱交換器。
- 前記装着部の他端に、前記連結パイプの端部に係止されて固定される係止部が一体に形成されることを特徴とする請求項9に記載の車両用熱交換器。
- 前記係止部の内周面に工具溝が形成されることを特徴とする請求項11に記載の車両用熱交換器。
- 前記作動流体が前記連結パイプから漏出するのを防ぐシーリングを更に含み、前記シーリングは、前記装着部と前記挿入部との間に装着されることを特徴とする請求項9に記載の車両用熱交換器。
- 前記変形部材の他端に装着されたエンドキャップを更に含むことを特徴とする請求項5に記載の車両用熱交換器。
- 前記エンドキャップは、前記流入ポートを介して流入される前記作動流体の流量に応じて変化する圧力に対応し、前記変形部材の温度応答性を向上させるために、流入された前記作動流体を前記変形部材の内部にバイパス(Bypass)させる貫通ホールが形成されたことを特徴とする請求項14に記載の車両用熱交換器。
- 前記第1作動流体はラジエータから流入される冷却水であり、前記第2作動流体は自動変速機から流入される変速機オイルであり、前記第3作動流体はエンジンから流入されるエンジンオイルであることを特徴とする請求項1に記載の車両用熱交換器。
- 冷却水は前記第1流入ホール、前記第1連結流路及び前記第1排出ホールを介して循環され、変速機オイルは前記第2流入ホール、前記第2連結流路、及び前記第2排出ホールを介して循環され、エンジンオイルは前記第3流入ホール、前記第3連結流路及び前記第3排出ホールを介して循環され、
前記第1連結流路と交互に形成される前記第2連結流路及び前記第3連結流路は、リブを介して区画されたことを特徴とする請求項16に記載の車両用熱交換器。 - 前記第2連結流路を流動する変速機オイルと、前記第3連結流路を流動するエンジンオイルと、が混合されるのを防止するために、前記放熱部の長さ方向の中央部に前記リブが形成されたことを特徴とする請求項17に記載の車両用熱交換器。
- 前記放熱部は、前記第1作動流体の流動と、前記第2作動流体及び前記第3作動流体と、の流動を対向流(counterflow)させて熱交換させることを特徴とする請求項1に記載の車両用熱交換器。
- 前記放熱部は、複数のプレートが積層されるプレート型放熱部であることを特徴とする請求項1に記載の車両用熱交換器。
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