JP6215856B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器に関する。

従来、異なる流体間の熱交換を行う熱交換器がある。例えば、特許文献１には、積層され、層間に隙間を有する複数の伝熱プレートと、該隙間に介装され、該伝熱プレートの縁部に開口する流入口と流出口とを持ち該伝熱プレートの面方向に延びる層間流路を仕切り形成する仕切壁とを備え、温度の異なる流体が、該伝熱プレートを挟んで積層方向に隣り合う該隙間をそれぞれ交互に流れることにより、該伝熱プレートを介して熱交換が行われるプレート式熱交換器の技術が開示されている。

特許文献１のプレート式熱交換器において、層間流路のうち少なくとも一つは、流入口から流入し流出口から流出する流体の流れを制御する流れ制御手段を持つ流れ制御流路である。このプレート式熱交換器では、高温の改質ガスと、低温の改質ガスもしくは改質用燃料ガスという温度の異なる二つの流体が伝熱プレートを介して熱交換を行う。

特開２００３−２６２４８９号公報

熱交換器において熱交換する流体が液体である場合、温度変化に応じて圧力損失が変動しやすい。液体の動粘度が小さくなる高温域において熱交換器における熱交換量を増加させる場合、液体の流路にフィンなどの部材を配置して流体との接触面積を大きくすることが有利である。しかしながら、こうした部材は、液体の動粘度が大きくなる低温域において圧力損失を増加させる。圧力損失の増加により液体の流速が低下すると、熱交換量の低下を招いてしまう。液体の熱交換を行う熱交換器において、熱交換量の増加と圧力損失の低減を両立できることが望まれている。

本発明の目的は、熱交換量の増加と圧力損失の低減を両立できる熱交換器を提供することである。

本発明の熱交換器は、第一の液体が流れる第一流路および第二の液体が流れる第二流路を有し、前記第一の液体と前記第二の液体との熱交換を行う熱交換器本体を備え、前記熱交換器本体は、熱変形することによって前記第一流路および前記第二流路の少なくとも何れか一方の流路断面積を変化させる断面積調節部を有し、前記断面積調節部は、低温域における前記流路断面積の値を高温域における前記流路断面積の値よりも大きし、前記第二の液体についての低温域の動粘度の値に対する高温域の動粘度の値の低下率である動粘度低下率は、前記第一の液体についての前記動粘度低下率よりも小さく、前記断面積調節部は、少なくとも前記第一流路の前記流路断面積を変化させ、前記断面積調節部は、前記第一流路についての低温域の前記流路断面積に対する高温域の前記流路断面積の低下率である断面積低下率の値を、前記第二流路についての前記断面積低下率の値よりも大きくすることを特徴とする。

上記熱交換器は、低温域における流路断面積を大きくすることで圧力損失を抑制し、高温域における流路断面積を小さくして流速を増加させることにより熱交換量を増加させることができる。また、上記熱交換器は、第一流路および第二流路を流れる液体の動粘度低下率に応じて断面積低下率に差を設けることで、熱交換量の増加と圧力損失の低減を両立させることができる。

本発明の熱交換器は、第一の液体が流れる第一流路および第二の液体が流れる第二流路を有し、前記第一の液体と前記第二の液体との熱交換を行う熱交換器本体を備え、前記熱交換器本体は、熱変形することによって前記第一流路および前記第二流路の少なくとも何れか一方の流路断面積を変化させる断面積調節部を有し、前記断面積調節部は、低温域における前記流路断面積の値を高温域における前記流路断面積の値よりも大きくし、前記断面積調節部は、前記第一流路に配置された第一フィンおよび前記第二流路に配置された第二フィンを有し、前記第一フィンおよび前記第二フィンの少なくとも何れか一方は、材料として水銀あるいはポリエチレンを含むことを特徴とする。

上記熱交換器は、低温域における流路断面積を大きくすることで圧力損失を抑制し、高温域における流路断面積を小さくして流速を増加させることにより熱交換量を増加させることができる。また、上記熱交換器は、熱膨張係数が大きなフィンによって、温度変化に応じて流路断面積を大きく変化させることができる。

上記熱交換器において、前記第二の液体についての低温域の動粘度の値に対する高温域の動粘度の値の低下率である動粘度低下率は、前記第一の液体についての前記動粘度低下率よりも小さく、前記断面積調節部は、少なくとも前記第一流路の前記流路断面積を変化させ、前記断面積調節部は、前記第一流路についての低温域の前記流路断面積に対する高温域の前記流路断面積の低下率である断面積低下率の値を、前記第二流路についての前記断面積低下率の値よりも大きくすることが好ましい。

上記熱交換器は、第一流路および第二流路を流れる液体の動粘度低下率に応じて断面積低下率に差を設けることで、熱交換量の増加と圧力損失の低減を両立させることができる。

上記熱交換器において、更に、前記第一流路をバイパスして前記第一の液体を流すバイパス流路と、前記バイパス流路に設けられ、高温域における前記バイパス流路の流路断面積を低温域における前記バイパス流路の流路断面積よりも小さくする第二の断面積調節部と、を備えることが好ましい。

上記熱交換器は、第二の断面積調節部により、低温時には第一の液体がバイパス流路を流れやすくして第一流路の圧力損失を抑制し、高温時には第一流路の流量を増加させて熱交換量を増加させることができる。

本発明に係る熱交換器の断面積調節部は、低温域における流路断面積の値を高温域における流路断面積の値よりも大きくする。本発明に係る熱交換器は、熱交換量の増加と圧力損失の低減を両立できるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係る車両の要部を示す図である。 図２は、実施形態に係る熱交換器に接続された流路を示す図である。 図３は、液体の流量と熱交換量との対応関係を示す図である。 図４は、実施形態に係る熱交換器の概略構成図である。 図５は、低温域の第一流路を示す断面図である。 図６は、高温域の第一流路を示す断面図である。 図７は、低温域の第一流路および第二流路の高さを示す断面図である。 図８は、高温域の第一流路および第二流路の高さを示す断面図である。 図９は、実施形態に係るバイパス流路の説明図である。 図１０は、低温域のオリフィスを示す断面図である。 図１１は、高温域のオリフィスを示す断面図である。 図１２は、実施形態の第１変形例に係る構成の一例を示す図である。

以下に、本発明の実施形態に係る熱交換器につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。

［実施形態］
図１から図１１を参照して、実施形態について説明する。本実施形態は、熱交換器に関する。図１は、実施形態に係る車両の要部を示す図、図２は、実施形態に係る熱交換器に接続された流路を示す図である。

図１に示すように、車両１００は、熱交換器１、エンジン２、変速機３、およびラジエータ６を有する。エンジン２は、燃料の燃焼エネルギーを回転運動に変換する。エンジン２の回転は、変速機（Ｔ／Ｍ）３によって変速されて駆動輪に伝達される。本実施形態のエンジン２は、内燃機関である。エンジンオイル５は、エンジン２の各部を潤滑および冷却する。エンジンオイル５は、エンジンオイルポンプによって送り出されてエンジン２内を循環する。冷却水７は、エンジン２の各部、例えばシリンダを冷却する。冷却水７は、ウォーターポンプによって送り出されてエンジン２内を循環する。冷却水７の温度が所定温度以上となると、冷却水７はラジエータ６に送られる。ラジエータ６は、大気との熱交換によって冷却水７を冷却する。

本実施形態の変速機３は、自動変速機である。トランスミッションオイル４は、変速機３の各部を潤滑および冷却する。トランスミッションオイル４は、Ｔ／Ｍオイルポンプによって送り出されて変速機３内を循環する。

本実施形態の熱交換器１は、トランスミッションオイル４とエンジンオイル５との熱交換を行う車両用の熱交換器である。本実施形態では、トランスミッションオイル４が熱交換器１に流れる第一の液体であり、エンジンオイル５が熱交換器１に流れる第二の液体である。冷間始動時等の暖機時において、通常は、トランスミッションオイル４の温度（以下、単に「Ｔ／Ｍ油温」と称する。）に比べて、エンジンオイル５の温度（以下、単に「エンジン油温」と称する。）が高温である。熱交換器１によってエンジンオイル５からトランスミッションオイル４へ熱が受け渡されることで、熱交換器１による熱交換がなされない場合に比べて、Ｔ／Ｍ油温の上昇が促進される。Ｔ／Ｍ油温の上昇により、トランスミッションオイル４の動粘度ν［ｍｍ^２／ｓｅｃ］が早期に低下し、変速機３の各部における引き摺り損失が低減する。よって、本実施形態の車両１００では、熱交換器１における熱交換がなされることにより、車両１００の損失が低減される。

図２に示すように、熱交換器１には、第一入口流路２１および第一出口流路２３が接続されている。第一入口流路２１および第一出口流路２３は、トランスミッションオイル４の流路である。第一入口流路２１は、チェックバルブ３１を介して変速機３の油圧制御系３０と接続されている。油圧制御系３０は、例えば、変速機３の変速用のクラッチ、ブレーキ等の係合装置や、ロックアップクラッチに対して油圧を供給する。チェックバルブ３１は、油圧制御系３０側の圧力と第一入口流路２１側の圧力との差圧が所定圧以上であると開弁する。

外部バイパス流路２２は、熱交換器１を迂回してトランスミッションオイル４を流す油路である。外部バイパス流路２２は、第一入口流路２１と第一出口流路２３とを連通している。外部バイパス流路２２には、バイパスバルブ２４が設けられている。バイパスバルブ２４は、バイパス流路を開閉する切替弁である。バイパスバルブ２４は、第一入口流路２１側の圧力と第一出口流路２３側の圧力との差圧が所定圧以上であると開弁する。第一出口流路２３は、変速機３の被潤滑部３２に接続されている。被潤滑部３２は、例えば、変速機３のギヤの噛み合い部であり、典型的には、遊星歯車機構のギヤの噛み合い部や、デファレンシャルギヤの噛み合い部である。被潤滑部３２は、クラッチ、ブレーキ等の係合装置を含む。熱交換器１から流出するトランスミッションオイル４は、第一出口流路２３を介して被潤滑部３２に送られる。

第二入口流路２５および第二出口流路２６は、エンジンオイル５の流路である。第二入口流路２５は、エンジン２から熱交換器１にエンジンオイル５を導く。第二出口流路２６は、熱交換後のエンジンオイル５を熱交換器１からエンジン２に導く。

図３に示すように、熱交換器１における熱交換量Ｑ［Ｗ］は、トランスミッションオイル４の流量［Ｌ／ｍｉｎ］、およびエンジンオイル５の流量［Ｌ／ｍｉｎ］に応じて変化する。図３において、横軸は、第一流路１１を流れるトランスミッションオイル４（第一の液体）の流量、縦軸は熱交換器１における熱交換量Ｑを示す。図３において、実線は、エンジンオイル５（第二の液体）の流量が少ない場合の熱交換量Ｑ、破線は、エンジンオイル５の流量が中程度である場合の熱交換量Ｑ、１点鎖線は、エンジンオイル５の流量が多い場合の熱交換量Ｑを示す。図３に示すように、熱交換量Ｑは、トランスミッションオイル４の流量が増加するに従って大きくなる。また、熱交換量Ｑは、エンジンオイル５の流量が増加するに従って大きくなる。

ここで、Ｔ／Ｍ油温やエンジン油温が低温である場合、高温である場合よりもオイル４，５の動粘度νが大きい。これにより、油温が低温である場合、油温が高温である場合と比較して、熱交換器１の内部の圧力損失が大きくなり、オイル４，５の流速が小さくなる。その結果、油温が低温である場合の熱交換量Ｑが少なくなり、Ｔ／Ｍ油温の上昇が遅くなるという問題がある。

本実施形態に係る熱交換器１は、以下に説明するように、温度感応式の構造を有しており、油温が低温である場合、高温である場合よりもオイル４，５が流れる流路の流路断面積が大きくなる。よって、本実施形態の熱交換器１は、低温時の圧力損失を低減してＴ／Ｍ油温の上昇を促進することができる。

図４に示すように、熱交換器１は、ケース１０Ａと、熱交換器本体１０Ｂを有する。ケース１０Ａは、熱交換器１の外殻部材である。ケース１０Ａには、第二入口流路２５および第二出口流路２６が接続されている。また、図２に示すように、ケース１０Ａには、第一入口流路２１および第一出口流路２３が接続されている。図４に示すように、熱交換器本体１０Ｂは、ケース１０Ａの内部に配置されている。熱交換器本体１０Ｂは、第一流路１１、第二流路１２、セパレータ１３、第一フィン１４、および第二フィン１５を含む。第一流路１１は、トランスミッションオイル４が流れる流路である。第二流路１２は、エンジンオイル５が流れる流路である。熱交換器本体１０Ｂは、トランスミッションオイル４とエンジンオイル５との熱交換を行う。

図４において、第一流路１１の流路方向は、紙面に直交する方向である。以下の説明では、第一流路１１の流路方向を単に「第一の流路方向」と称する。第一の流路方向は、第一流路１１における入口側（第一入口流路２１との接続部側）と出口側（第一出口流路２３との接続部側）とを結ぶ方向である。図４において、トランスミッションオイル４は、符号Ｙ１で示すように第一流路１１を紙面に直交する方向における奥側から手前側に向けて流れる。

図４において、第二流路１２の流路方向は、左右方向である。以下の説明では、第二流路１２の流路方向を単に「第二の流路方向」と称する。第二の流路方向は、第二流路１２における入口側（第二入口流路２５との接続部側）と出口側（第二出口流路２６との接続部側）とを結ぶ方向である。図４において、エンジンオイル５は、符号Ｙ２で示すように第二流路１２を図４の左側から右側に向けて流れる。

以下の説明において、第一の流路方向および第二の流路方向のそれぞれと直交する方向を「積層方向」と称する。熱交換器本体１０Ｂは、第一流路１１と第二流路１２が積層方向に沿って交互に配置された積層構造を有する。セパレータ１３は、第一流路１１と第二流路１２とを仕切る仕切り部材である。セパレータ１３は、適切な熱伝導性を有しており、トランスミッションオイル４とエンジンオイル５との熱交換を行う。セパレータ１３は、積層方向と直交する板状の部材である。

図４に示すように、第二入口流路２５からケース１０Ａに流入するエンジンオイル５は、各層の第二流路１２を流れて、セパレータ１３を介して第一流路１１のトランスミッションオイル４と熱交換する。熱交換後のエンジンオイル５は、各層の第二流路１２から第二出口流路２６へ流出する。同様に、第一入口流路２１からケース１０Ａに流入するトランスミッションオイル４は、各層の第一流路１１を流れて、セパレータ１３を介して第二流路１２のエンジンオイル５と熱交換する。熱交換後のトランスミッションオイル４は、各層の第一流路１１から第一出口流路２３へ流出する。

第一フィン１４は、第一流路１１に配置されている。第一フィン１４の形状は、板状である。第一フィン１４の板厚方向は、第二の流路方向と一致している。言い換えると、第一フィン１４の両面は、第二の流路方向と直交している。第一フィン１４は、積層方向において対向している一方側のセパレータ１３および他方側のセパレータ１３にそれぞれ接続されている。第一フィン１４は、トランスミッションオイル４とセパレータ１３との間で熱伝達を行う。各第一流路１１には、複数列の第一フィン１４が設けられている。第一フィン１４の複数の列は、第二の流路方向に沿って所定の間隔で配置されている。

第二フィン１５は、第二流路１２に配置されている。第二フィン１５の形状は、矩形の板状である。第二フィン１５の板厚方向は、第一の流路方向と一致している。言い換えると、第二フィン１５の両面は、第一の流路方向と直交している。第二フィン１５は、積層方向において対向している一方側のセパレータ１３および他方側のセパレータ１３にそれぞれ接続されている。第二フィン１５は、エンジンオイル５とセパレータ１３との間で熱伝達を行う。第二フィン１５は、第二の流路方向に沿って所定の間隔で複数設けられている。また、第二フィン１５は、第一の流路方向に沿って複数列設けられている。

図５には、図４のＶ−Ｖ断面図が示されている。図５に示す断面において、第一の流路方向と直交する方向を「幅方向」と称する。幅方向は、第一の流路方向および積層方向のそれぞれと直交する方向である。図５に示すように、第一列１４Ａの第一フィン１４と、これに隣接する第二列１４Ｂの第一フィン１４は、第一の流路方向の異なる位置に配置されている。本実施形態の熱交換器１では、第一列１４Ａにおいて、第一の流路方向における第一フィン１４の間隔Ｌ２は、第一フィン１４の長さＬ１よりも大きい。また、第二列１４Ｂにおいて、第一の流路方向における第一フィン１４の間隔Ｌ３は、第一フィン１４の長さＬ１よりも大きい。本実施形態では、２つの間隔Ｌ２，Ｌ３は等しい。第一列１４Ａの第一フィン１４と、第二列１４Ｂの第一フィン１４とは、幅方向から見た場合に重ならないか、あるいは重なり量がわずかとなるように配置されている。言い換えると、第一の流路方向に沿って、第一列１４Ａの第一フィン１４と第二列１４Ｂの第一フィン１４が交互に配置されている。

第一流路１１には、複数の通路１１ａが存在する。通路１１ａは、第一列１４Ａと第二列１４Ｂとの間の幅方向の隙間である。通路１１ａでは、第一の流路方向に沿って障害物が存在しないため、各通路１１ａにトランスミッションオイル４の第一の流路方向の流れＣ１が発生する。

本実施形態の第一フィン１４は、熱変形することによって第一流路１１の流路断面積を変化させる断面積調節部としての機能を有する。第一フィン１４は、第一フィン１４の温度が上昇するに従って膨張する。図５には、第一フィン１４の温度が低温域にある場合の第一フィン１４が示されている。ここで、低温域は、例えば、一般的な環境下で車両１００を使用した場合において想定されるＴ／Ｍ油温の温度範囲における低温領域である。本実施形態では、低温域の代表温度を４０［℃］とする。図６には、第一フィン１４の温度が高温域にある場合の第一フィン１４が示されている。高温域は、例えば、一般的な環境下で車両１００を使用した場合において想定されるＴ／Ｍ油温の温度範囲における高温領域である。本実施形態では、高温域の代表温度を１００［℃］とする。

図６に示すように、温度が高温域にある場合の第一フィン１４は、図５に示す低温域にある場合の第一フィン１４に対して膨張する。高温域の第一フィン１４の厚さｔ２は、低温域の第一フィン１４の厚さｔ１よりも大きい。これにより、高温域における通路１１ａの幅Ｗ２は、低温域における通路１１ａの幅Ｗ１よりも小さい。従って、高温域における第一流路１１の流路断面積Ａ２は、低温域における第一流路１１の流路断面積Ａ１よりも小さくなる。低温域における通路１１ａの幅Ｗ１が広いことで、トランスミッションオイル４に働くせん断応力が小さくなり、圧力損失が低減する。本実施形態のセパレータ１３は、第一フィン１４の幅方向の膨張を許容するように第一フィン１４を支持している。例えば、第一フィン１４における幅方向の両端のうち、一端がセパレータ１３に固定され、他端はセパレータ１３に対して固定されない。このようにすれば、他端は第一フィン１４が膨張するときにセパレータ１３に対して幅方向に相対変位することができる。従って、第一フィン１４の幅方向の膨張がセパレータ１３によって妨げられない。

本実施形態に係る熱交換器１によれば、以下に説明するように、熱交換量の増加を図ることができる。トランスミッションオイル４の温度が低温である場合、トランスミッションオイル４の動粘度νが大きな値となり、第一流路１１における圧力損失が大きくなりやすい。本実施形態の第一フィン１４およびセパレータ１３は、第一流路１１の低温域における流路断面積Ａ１を高温域における流路断面積Ａ２よりも大きくする。これにより、低温域における第一流路１１の圧力損失が低減し第一流路１１の流速および流量が大きくなる。また、本実施形態の熱交換器１では、一般的な環境下で車両１００を使用した場合において想定されるＴ／Ｍ油温の下限の温度において、バイパスバルブ２４が開弁しないように、第一フィン１４の厚さｔや線膨張係数などが定められている。よって、低温域における第一流路１１の流量および熱交換量を最大化することができる。

また、本実施形態の熱交換器１では、第一フィン１４は、温度の上昇に従って熱変形により膨張し、第一流路１１の流路断面積を低下させる。従って、第一フィン１４は、温度の上昇に従って第一流路１１におけるトランスミッションオイル４の速度を増加させて熱交換器１の熱交換量Ｑを増加させる。トランスミッションオイル４の動粘度νは、温度の上昇に従って低下する。従って、第一フィン１４が第一流路１１の流路断面積を低下させたとしても、圧力損失は増加しにくい。本実施形態では、一般的な環境下で車両１００を使用した場合において想定されるＴ／Ｍ油温の上限の温度において、バイパスバルブ２４が開弁しないように、第一フィン１４の線膨張係数などが定められている。

本実施形態の第一フィン１４の好ましい特性について説明する。第一フィン１４の線膨張係数は、例えば、熱交換器のフィンの材質として一般的に用いられるアルミニウムの線膨張係数よりも大きい。第一フィン１４の材料としては、例えば、水銀、ポリエチレンなどが挙げられる。例えば、第一フィン１４は、水銀を含む合金で構成されてもよく、ポリエチレンで構成されても、ポリエチレンを含む樹脂で構成されてもよい。なお、第二フィン１５やセパレータ１３の材料として、水銀やポリエチレンが用いられてもよい。第一フィン１４、第二フィン１５、およびセパレータ１３の材質としては、熱伝導率が大きい材質が望ましい。

なお、本実施形態の熱交換器１では、第二流路１２において、温度上昇に従って第二フィン１５が膨張して第二流路１２の流路断面積を低下させる。従って、高温域における第二流路１２の流路断面積Ａ４は、低温域における第二流路１２の流路断面積Ａ３よりも小さくなる。これにより、低温域における第二流路１２の圧力損失が低減され、低温域におけるエンジンオイル５の流速が増加する。また、高温域におけるエンジンオイル５の流速が大きくなり、熱交換量Ｑが増加する。

また、本実施形態の熱交換器１では、フィン１４，１５に加えてセパレータ１３が、熱変形することによって第一流路１１の流路断面積を変化させる断面積調節部としての機能を有する。図７には、図４のVII−VII断面が示されている。図７には、低温域にあるセパレータ１３が示されている。本実施形態では、第一流路１１および第二流路１２における積層方向の幅を「高さ」と称する。低温域において、第一流路１１の高さはＨ１、第二流路１２の高さはＨ３である。図８に示すように、温度が高温域にある場合のセパレータ１３は、図７に示す低温域にある場合のセパレータ１３に対して膨張する。高温域のセパレータ１３の厚さｔ４は、低温域のセパレータ１３の厚さｔ３よりも大きい。これにより、高温域における第一流路１１の高さＨ２は、低温域における第一流路１１の高さＨ１よりも小さくなる。従って、高温域における第一流路１１の流路断面積Ａ２は、低温域における第一流路１１の流路断面積Ａ１よりも小さくなる。

また、高温域における第二流路１２の高さＨ４は、低温域における第二流路１２の高さＨ３よりも小さい。従って、高温域における第二流路１２の流路断面積Ａ４は、低温域における第二流路１２の流路断面積Ａ３よりも小さくなる。低温域における流路１１，１２の高さＨ１，Ｈ３が大きいことで、オイル４，５に働くせん断応力が小さくなり、流路１１，１２の圧力損失が低減する。

また、本実施形態の熱交換器１は、図９を参照して説明するように、バイパス流路１６およびオリフィス１７を有する。バイパス流路１６は、第一流路１１をバイパスしてトランスミッションオイル４を流す流路である。バイパス流路１６は、第一入口流路２１と第一出口流路２３とを連通している。バイパス流路１６は、第一流路１１に隣接して設けられており、仕切り部材１８によって第一流路１１と仕切られている。バイパス流路１６には、オリフィス１７が設けられている。バイパス流路１６の流路断面積は、オリフィス１７において最小値となる。オリフィス１７は、高温域におけるバイパス流路１６の流路断面積を低温域におけるバイパス流路の流路断面積よりも小さくする第二の断面積調節部としての機能を有する。図１０および図１１に示すように、本実施形態のオリフィス１７の形状は、円環形状である。オリフィス１７の孔部１７ａの面積（流路断面積）に応じて、バイパス流路１６の圧力損失が変化する。

オリフィス１７は、熱変形することによってバイパス流路１６の流路断面積を変化させる。本実施形態のオリフィス１７は、第一フィン１４およびセパレータ１３と同じ線膨張係数が大きい材質で形成されている。図１０には、オリフィス１７の温度が低温域にある場合のオリフィス１７の形状が示されており、図１１には、オリフィス１７の温度が高温域にある場合のオリフィス１７の形状が示されている。

温度が低温域にある場合の孔部１７ａの直径Ｄ１は、温度が高温域にある場合の孔部１７ａの直径Ｄ２よりも大きい。つまり、高温域のバイパス流路１６の流路断面積Ａ６は、低温域のバイパス流路１６の流路断面積Ａ５よりも小さい。トランスミッションオイル４の動粘度νが大きい低温域では、バイパス流路１６の流路断面積Ａ５が大きい。このため、トランスミッションオイル４が第一流路１１をバイパスするバイパス量を十分に確保することができる。これにより、第一流路１１の圧力損失が大きくなりすぎることが抑制される。一方、トランスミッションオイル４の動粘度νが小さい高温域では、バイパス流路１６の流路断面積が小さい。トランスミッションオイル４がバイパス流路１６を通過しにくくなることで、第一流路１１に多くのトランスミッションオイル４を通過させ、熱交換器１における熱交換量Ｑを増加させることができる。

以上説明したように、本実施形態の熱交換器本体１０Ｂは、熱変形することによって第一流路１１および第二流路１２の流路断面積を変化させる断面積調節部を有する。本実施形態では、第一フィン１４、第二フィン１５、およびセパレータ１３が断面積調節部としての機能を有している。第一フィン１４、第二フィン１５、およびセパレータ１３は、低温域における流路断面積の値Ａ１，Ａ３を高温域における流路断面積の値Ａ２，Ａ４よりも大きくする。本実施形態の熱交換器１は、低温域における流路１１，１２の流路断面積Ａ１，Ａ３を大きくして圧力損失を抑制することができる。また、熱交換器１は、高温域における流路１１，１２の流路断面積Ａ２，Ａ４を低温域における流路断面積Ａ１，Ａ３よりも小さくすることで、高温域におけるオイル４，５の流速を増加させる。オイル４，５の流速が増加することで、単位時間あたりにフィン１４，１５やセパレータ１３に接触して熱交換を行うオイル４，５の量が多くなり、熱交換量Ｑが増加する。また、流路１１，１２の流路断面積が小さくなることで、流路１１，１２を流れるオイル４，５の内でフィン１４，１５やセパレータ１３と接触するオイル４，５の割合が大きくなり、熱交換の効率が向上する。従って、本実施形態の熱交換器１は、圧力損失の低減と熱交換量の増加とを両立させることができる。

本実施形態の熱交換器１は、更に、第一流路１１をバイパスしてトランスミッションオイル４を流すバイパス流路１６と、バイパス流路１６に設けられ、高温域におけるバイパス流路１６の流路断面積を低温域におけるバイパス流路１６の流路断面積よりも小さくするオリフィス１７（第二の断面積調節部）を備える。オリフィス１７は、低温時には第一流路１１の圧力損失の増加を緩和し、高温時には第一流路１１の流量増加を促進する。よって、本実施形態の熱交換器１は、熱交換量の増加と圧力損失の低減を両立することができる。なお、熱交換器１は、更に、第二流路１２をバイパスしてエンジンオイル５を流すバイパス流路と、バイパス流路に設けられた第二の断面積調節部を有していてもよい。

本実施形態の熱交換器１において、断面積調節部は、第一フィン１４および第二フィン１５を有している。第一フィン１４および第二フィン１５の少なくとも何れか一方は、材料として水銀あるいはポリエチレンを含むことが好ましい。水銀およびポリエチレンは、フィンの材料として一般的なアルミニウムと比較して線膨張係数が大きいため、流体の温度変化に応じて流路断面積を大きく変化させることができる。

なお、本実施形態の断面積調節部（第一フィン１４、第二フィン１５、およびセパレータ１３）は、第一流路１１および第二流路１２の両方の流路断面積を変化させたが、これには限定されない。例えば、断面積調節部は、第一流路１１あるいは第二流路１２の何れか一方の流路断面積を変化させ、他方の流路断面積を変化させないものであってもよい。なお、熱交換器本体１０Ｂが有する断面積調節部は、フィン１４，１５およびセパレータ１３には限定されない。熱交換器本体１０Ｂは、フィン１４，１５およびセパレータ１３とは異なる断面積調節部を有していてもよい。

［実施形態の第１変形例］
実施形態の第１変形例について説明する。第１変形例では、熱交換器１において、冷却水７とトランスミッションオイル４の熱交換が行われる。上記実施形態のエンジンオイル５に代えて、冷却水７が第二流路１２を流れる。冷却水７は、トランスミッションオイル４等のオイルと比較して、温度の変化に対する動粘度νの変化率が小さい。トランスミッションオイル４の低温域（例えば、４０℃）の動粘度の値ν１は、例えば、２３．６［ｍｍ^２／ｓｅｃ］であり、高温域（例えば、１００℃）の動粘度の値ν２は、例えば、５．４［ｍｍ^２／ｓｅｃ］である。冷却水７の低温域（例えば、４０℃）の動粘度の値ν３は、例えば、０．７［ｍｍ^２／ｓｅｃ］であり、高温域（例えば、１００℃）の動粘度の値ν４は、例えば、０．３［ｍｍ^２／ｓｅｃ］である。

冷却水７についての低温域の動粘度の値ν３に対する高温域の動粘度の値ν４の低下率である動粘度低下率Δνｗは、以下の式（１）で算出される。また、トランスミッションオイル４についての低温域の動粘度の値ν１に対する高温域の動粘度の値ν２の動粘度低下率Δνｏは、以下の式（２）で算出される。冷却水７についての動粘度低下率Δνｗは、トランスミッションオイル４についての動粘度低下率Δνｏよりも小さい。
Δνｗ ＝ （ν３−ν４）／ν３…（１）
Δνｏ ＝ （ν１−ν２）／ν１…（２）

第１変形例の熱交換器１は、動粘度低下率Δνに応じて流路断面積の変化率が異なるように構成されている。第１変形例では、上記実施形態と同様に、第二フィン１５およびセパレータ１３が第二流路１２の流路断面積を変化させる。第二フィン１５およびセパレータ１３は、高温域における第二流路１２の流路断面積Ａ４を低温域における流路断面積Ａ３よりも小さくする。第二流路１２についての低温域の流路断面積Ａ３に対する高温域の流路断面積Ａ４の低下率である断面積低下率ΔＡｗは、下記式（３）で算出される。
ΔＡｗ ＝ （Ａ３−Ａ４）／Ａ３…（３）

上記実施形態と同様に、第一フィン１４およびセパレータ１３が第一流路１１の流路断面積を変化させる。第一フィン１４およびセパレータ１３は、高温域における第一流路１１の流路断面積Ａ２を低温域における第一流路１１の流路断面積Ａ１よりも小さくする。第一流路１１についての低温域の流路断面積Ａ１に対する高温域の流路断面積Ａ２の低下率である断面積低下率ΔＡｏは、下記式（４）で算出される。
ΔＡｏ ＝ （Ａ１−Ａ２）／Ａ１…（４）

第１変形例の熱交換器１では、第一流路１１についての断面積低下率ΔＡｏが、第二流路１２についての断面積低下率ΔＡｗよりも大きい。言い換えると、第一流路１１では、第二流路１２と比較して、同じ温度上昇量に対して、流路断面積の低下量が大きい。このように第一流路１１の断面積低下率ΔＡｏを第二流路１２の断面積低下率ΔＡｗよりも大きくする手段として、本変形例では、第一フィン１４の線膨張係数が第二フィン１５の線膨張係数よりも大きい。本変形例では、第一フィン１４の材料が上記実施形態と同様に水銀あるいはポリエチレンを含んでおり、第二フィン１５の材料がアルミニウムである。

第１変形例の熱交換器１では、温度変化に応じた動粘度νの変化割合が大きいトランスミッションオイル４については、第一流路１１の流路断面積が大きく変化する。よって、第１変形例の熱交換器１は、第一流路１１の低温域における圧力損失を適切に低減して、トランスミッションオイル４の流速を大きくすることができる。また、第１変形例の熱交換器１は、第一流路１１の高温域における流路断面積Ａ２を小さくして、トランスミッションオイル４の流速を大きくすることができる。

なお、第一流路１１の断面積低下率ΔＡｏを第二流路１２の断面積低下率ΔＡｗよりも大きくする手段として、以下の構成が用いられてもよい。図１２は、実施形態の第１変形例に係る構成の一例を示す図である。図１２に示すように、熱交換器本体１０Ｂは、壁部１０Ｃを有する。壁部１０Ｃは、支持部１９を有する。支持部１９は、壁部１０Ｃの内面から第二流路１２へ向けて突出している。支持部１９は、セパレータ１３の第二流路１２側の面に接続されており、第二流路１２側からセパレータ１３を支持している。これにより、セパレータ１３が熱膨張する場合に、第一流路１１の内部へ向けた膨張が許容され、第二流路１２側への膨張が規制または抑制される。

第一流路１１の断面積低下率ΔＡｏを第二流路１２の断面積低下率ΔＡｗよりも大きくする手段として、第一フィン１４のヤング率が第二フィン１５のヤング率よりも小さくされてもよい。これにより、セパレータ１３が膨張する際に、セパレータ１３が第一流路１１側に向けて膨張しやすくなる。

また、第一フィン１４の剛性が第二フィン１５の剛性よりも小さくされてもよい。例えば、第一フィン１４の厚さを第二フィン１５の厚さよりも大きくすることにより、第一流路１１の断面積低下率ΔＡｏを第二流路１２の断面積低下率ΔＡｗよりも大きくすることが可能である。

また、低温域における第一流路１１の高さＨ１（図７参照）を低温域における第二流路１２の高さＨ３よりも小さくすることにより、第一流路１１の断面積低下率ΔＡｏを第二流路１２の断面積低下率ΔＡｗよりも大きくすることが可能である。これにより、高温域においてセパレータ１３が膨張したときに、第一流路１１側への膨張量と第二流路１２側への膨張量が同じであっても、第一流路１１の断面積低下率ΔＡｏが第二流路１２の断面積低下率ΔＡｗよりも大きくなる。

断面積調節部は、第一流路１１および第二流路１２の両方の流路断面積を変化させることに代えて、第一流路１１の流路断面積を変化させることによって、第一流路１１の断面積低下率ΔＡｏを第二流路１２の断面積低下率ΔＡｗよりも大きくしてもよい。

以上説明したように、実施形態の第１変形例に係る断面積調節部は、第一流路１１についての断面積低下率ΔＡｏの値を第二流路１２についての断面積低下率ΔＡｗの値よりも大きくする。各流路１１，１２を流れる液体の動粘度低下率Δνに応じて断面積低下率ΔＡに差を設けることで、それぞれの液体の特性に応じて熱交換器１における熱交換量の増加と圧力損失の低減を両立させることが可能となる。

［実施形態の第２変形例］
上記実施形態では、断面積調節部としての第一フィン１４、第二フィン１５、およびセパレータ１３は、線膨張係数に応じて連続的に熱変形した。これに代えて、断面積調節部は、所定の境界温度において変形量が不連続に変化してもよい。このような断面積調節部の一例として、形状記憶合金によって構成されるものが挙げられる。例えば、第一フィン１４、第二フィン１５、およびセパレータ１３は、温度が境界温度に達すると予め定められた形状に変形（復元）する形状記憶合金で形成される。変形後のフィン１４，１５、およびセパレータ１３は、変形前のフィン１４，１５、およびセパレータ１３よりも膨張する。形状記憶合金が変形する境界温度は、低温域と高温域との間の温度である。境界温度は、例えば、オイル４，５の温度と動粘度νとの対応関係に基づいて適宜定められる。

バイパス流路１６に設けられるオリフィス１７は、線膨張係数に応じて連続的に熱変形することに代えて、所定の境界温度において不連続に変形してもよい。オリフィス１７は、例えば、形状記憶合金で形成されてもよい。境界温度において変形した後のオリフィス１７の孔部１７ａの面積は、変形前の孔部１７ａの面積よりも小さい。

オリフィス１７の開口面積を変化させる制御装置が設けられてもよい。制御装置は、例えば、オリフィス１７の孔部１７ａの少なくとも一部を塞ぐことができる可動式の閉塞部材を有する。制御装置は、バイパス流路１６のＴ／Ｍ油温の検出結果に基づいて、閉塞部材によってオリフィス１７の開口面積を変化させる。

上記の実施形態および変形例に開示された内容は、適宜組み合わせて実行することができる。

１ 熱交換器
２ エンジン
３ 変速機
４ トランスミッションオイル（第一の液体）
５ エンジンオイル（第二の液体）
７ 冷却水（第二の液体）
１０Ａ ケース
１０Ｂ 熱交換器本体
１１ 第一流路
１２ 第二流路
１３ セパレータ（断面積調節部）
１４ 第一フィン（断面積調節部）
１５ 第二フィン（断面積調節部）
１６ バイパス流路
１７ オリフィス（第二の断面積調節部）
１００ 車両

Claims (4)

1. 第一の液体が流れる第一流路および第二の液体が流れる第二流路を有し、前記第一の液体と前記第二の液体との熱交換を行う熱交換器本体を備え、
   前記熱交換器本体は、熱変形することによって前記第一流路および前記第二流路の少なくとも何れか一方の流路断面積を変化させる断面積調節部を有し、
   前記断面積調節部は、低温域における前記流路断面積の値を高温域における前記流路断面積の値よりも大きくし、
   前記第二の液体についての低温域の動粘度の値に対する高温域の動粘度の値の低下率である動粘度低下率は、前記第一の液体についての前記動粘度低下率よりも小さく、
   前記断面積調節部は、少なくとも前記第一流路の前記流路断面積を変化させ、
   前記断面積調節部は、前記第一流路についての低温域の前記流路断面積に対する高温域の前記流路断面積の低下率である断面積低下率の値を、前記第二流路についての前記断面積低下率の値よりも大きくする
   ことを特徴とする熱交換器。
2. 第一の液体が流れる第一流路および第二の液体が流れる第二流路を有し、前記第一の液体と前記第二の液体との熱交換を行う熱交換器本体を備え、
   前記熱交換器本体は、熱変形することによって前記第一流路および前記第二流路の少なくとも何れか一方の流路断面積を変化させる断面積調節部を有し、
   前記断面積調節部は、低温域における前記流路断面積の値を高温域における前記流路断面積の値よりも大きくし、
   前記断面積調節部は、前記第一流路に配置された第一フィンおよび前記第二流路に配置された第二フィンを有し、
   前記第一フィンおよび前記第二フィンの少なくとも何れか一方は、材料として水銀あるいはポリエチレンを含む
   ことを特徴とする熱交換器。
3. 前記第二の液体についての低温域の動粘度の値に対する高温域の動粘度の値の低下率である動粘度低下率は、前記第一の液体についての前記動粘度低下率よりも小さく、
   前記断面積調節部は、少なくとも前記第一流路の前記流路断面積を変化させ、
   前記断面積調節部は、前記第一流路についての低温域の前記流路断面積に対する高温域の前記流路断面積の低下率である断面積低下率の値を、前記第二流路についての前記断面積低下率の値よりも大きくする
   ことを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
4. 更に、前記第一流路をバイパスして前記第一の液体を流すバイパス流路と、
   前記バイパス流路に設けられ、高温域における前記バイパス流路の流路断面積を低温域における前記バイパス流路の流路断面積よりも小さくする第二の断面積調節部と、
   を備える
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の熱交換器。

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