JPH10250355A - ビスカスヒータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】発熱室から放熱室への伝熱性を向上させること
により、粘性流体の耐久性を向上させる。 【解決手段】発熱室の壁面、すなわち前部側板２の凹陥
部２ｃ及び後部側板の前端面は、発熱室から放熱室への
伝熱性を向上させる熱伝達向上手段としての複数の凹部
（半径方向に延在する長溝２３ａ及び短溝２３ｂ）を有
しており、該凹部は発熱室の内周側に対して外周側が密
になるように形成されている。凹部の側面積の分だけ発
熱室壁面における伝熱面積が増大しているので、発熱室
から放熱室への伝熱量を増大させることができる。特
に、発熱室の内周側に対して外周側が密となるように形
成されていることから、より高温となり易い外周側にお
いて発熱室から放熱室へ効果的に伝熱させることができ
る。発熱室において粘性流体の温度が過度に上昇するこ
とによる粘性流体の劣化を抑えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粘性流体をせん断
により発熱させ、放熱室内を循環する循環流体に熱交換
して暖房熱源に利用するビスカスヒータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、特開平２−２４６８２３号公報に
車両用暖房装置に利用されるビスカスヒータが開示され
ている。このビスカスヒータでは、前部及び後部ハウジ
ングが対設された状態で通しボルトにより締結され、内
部に発熱室と、この発熱室の外域にウォータジャケット
とを形成している。ウォータジャケット内では循環水が
入水ポートから取り入れられ、出水ポートから外部の暖
房回路へ送り出されるべく循環されている。前部ハウジ
ングには軸受装置を介して駆動軸が回動可能に支承さ
れ、駆動軸には発熱室内で回動可能なロータが固定され
ている。発熱室の壁面とロータの外面とは互いに近接す
るラビリンス溝を構成し、これら発熱室の壁面とロータ
の外面との間隙にはシリコンオイル等の粘性流体が介在
される。なお、このラビリンス溝は発熱室及びロータの
半径方向において、均一に形成されている。

【０００３】車両の暖房装置に組み込まれたこのビスカ
スヒータでは、駆動軸がエンジンにより駆動されれば、
発熱室内でロータが回動するため、粘性流体が発熱室の
壁面とロータの外面との間隙でせん断により発熱する。
この発熱はウォータジャケット内の循環水に熱交換さ
れ、加熱された循環水が暖房回路で車両の暖房に供され
ることとなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のビ
スカスヒータでは、発熱室から放熱室への伝熱が不十分
となって、発熱室における粘性流体の温度が過度に上昇
し、粘性流体の劣化進行を速めてしまうという問題があ
った。なお、上記従来のビスカスヒータでは、ラビリン
ス溝の形成により発熱室壁面における伝熱面積が増大し
ており、これにより発熱室から放熱室としてのウォータ
ージャケットへの伝熱性が向上されているが、このラビ
リンス溝は発熱室の内周側から外周側にわたって半径方
向に均一に形成されているため、特に高温となりやすい
発熱室の外周側において高温の粘性流体の熱を放熱室へ
効果的に伝熱することができなかった。

【０００５】本発明は上記実情に鑑みてなされたもので
あり、発熱室から放熱室への伝熱性を向上させることに
より、粘性流体の耐久性を向上させることを解決すべき
技術課題とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

（１）請求項１のビスカスヒータは、内部に発熱室及び
該発熱室に隣接して循環流体を循環させる放熱室を形成
するハウジングと、該ハウジングに軸受装置を介して回
動可能に支承された駆動軸と、該発熱室内で該駆動軸に
より回動可能に設けられたロータと、該発熱室の壁面と
該ロータの外面との間隙に介在され、該ロータの回動に
より発熱される粘性流体とを有するビスカスヒータにお
いて、前記発熱室の壁面は発熱室から前記放熱室への伝
熱性を向上させる熱伝達向上手段を有し、該熱伝達向上
手段は発熱室の内周側に対して外周側が密になるように
形成された複数の凹部又は凸部よりなることを特徴とす
る。

【０００７】このビスカスヒータでは、発熱室から放熱
室への伝熱性を向上させる熱伝達向上手段としての凹部
又は凸部が発熱室の壁面に形成されているので、この凹
部又は凸部の側面積の分だけ発熱室壁面における伝熱面
積が増大している。そして、発熱室壁面における伝熱面
積が増大する分だけ、粘性流体から発熱室壁面へ熱伝達
される熱流量が増大する。このため、発熱室から放熱室
への伝熱量を増大させることができる。特に、このビス
カスヒータでは、熱伝達向上手段としての凹部又は凸部
は、発熱室の内周側に対して外周側が密となるように形
成されていることから、より高温となり易い外周側にお
いて発熱室から放熱室へ効果的に伝熱させることができ
る。

【０００８】したがって、発熱室及び放熱室間におい
て、より効果的に熱交換させることが可能となる。ま
た、発熱室においては、放熱室への伝熱性が向上した分
だけ熱がこもることを抑えることができので、粘性流体
の温度が過度に上昇することによる粘性流体の劣化を抑
えることができ、粘性流体の耐久性を向上させることが
可能となる。

【０００９】（２）請求項２記載のビスカスヒータは、
請求項１記載のビスカスヒータにおいて、前記凹部又は
凸部は発熱室の外周側のみに形成されていることを特徴
とする。なお、上記外周側とは、発熱室の内径をｒとし
たとき、発熱室の中心からｒ／４以上離れた範囲をい
う。

【００１０】発熱室の外周側と内周側とを比較した場
合、ロータの周回速度が外周側の方が大きいことから、
粘性流体に作用するせん断摩擦力も外周側で大きくな
る。このため、発熱室内においては、外周側の方が粘性
流体の温度が高くなる。このビスカスヒータでは、熱伝
達向上手段としての凹部又は凸部が発熱室の外周側のみ
に形成されていることから、製造過程において凹部又は
凸部の形成に伴う煩雑さの増大を抑えつつ、より高温と
なりやすい発熱室の外周側の粘性流体から放熱室への熱
交換率を効果的に増大させることができるとともに、粘
性流体の耐久性を効果的に向上させることができる。

【００１１】（３）請求項３記載のビスカスヒータは、
請求項１又は２記載のビスカスヒータにおいて、前記凹
部は発熱室の半径方向に延在している溝であることを特
徴とする。このビスカスヒータでは、熱伝達向上手段と
しての凹部が発熱室の半径方向に延在する溝により構成
されていることから、ロータ外面及び発熱室壁面間の間
隙が溝の形成により増大するため、発熱室の半径方向に
おける粘性流体の循環性を向上させることができる。こ
のため、発熱室の内周側と外周側とにおける粘性流体の
温度差を小さくすることができ、発熱室の外周側におけ
る粘性流体の温度が過度に上昇することを効果的に抑え
ることが可能となる。

【００１２】（４）請求項４記載のビスカスヒータは、
請求項１又は２記載のビスカスヒータにおいて、前記凹
部又は凸部は点在していることを特徴とする。このビス
カスヒータは、基本的には請求項１又は２記載のビスカ
スヒータと同様に機能する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、各請求項記載の発明を具体
化した実施形態を図面を参照しつつ説明する。 （実施形態１）図１及び図２において、１はビスカスヒ
ータの外郭を構成する前部ハウジングであって、該前部
ハウジング１はクラッチ等の伝動機構を装着すべく前方
（図示左方）に向かって突出した中空筒状のボス部１ａ
と、該ボス部１ａの基端壁１ｂから後方に向かって大き
く碗形状に延在した円筒部１ｃとからなり、該円筒部１
ｃ内には対をなす前部側板２及び後部側板３が内装され
て、これらは該円筒部１ｃの開放端を覆蓋すべく結合さ
れる後部ハウジング４によって囲封されている。

【００１４】両ハウジング１、４によって囲封される両
側板２、３は共に円筒部１ｃの内壁と嵌合するリム部２
ａ、３ａが、結合される両ハウジング１、４の対向壁面
によって挟着されており、軸方向に密合される両側板
２、３の密合界域には、前部側板２に設けられた円形凹
陥部２ｃと後部側板３の平坦な前端面３ｃとで発熱室５
が形成されている。そして両側板２、３は対向する両ハ
ウジング１、４との間の各中央領域で、それぞれ軸方向
に延びる相対嵌合部６、７を有し、該相対嵌合部６と該
リム部２ａとの間で発熱室５と隣接する環状空間は、前
部放熱室（ウォータジャケット）ＦＷに形成され、一方
相対嵌合部７とリム部３ａとの間で同様に発熱室５と隣
接する環状空間は、後部放熱室（ウォータジャケット）
ＲＷに形成されている。そして、両ハウジング１、４の
結合界面には両放熱室ＦＷ、ＲＷを外方に向けて封止す
るＯリングＳ₁ が介装され、また、相対嵌合部６、７の
各嵌合周面には、嵌合部相互の微少な軸方向移動を許容
しつつ各放熱室ＦＷ、ＲＷを内方に向けて封止するシー
ル部材としてのＯリングＳ₂ 、Ｓ₃ が介装されている。

【００１５】前部ハウジング１のボス部１ａ内に挿通さ
れる駆動軸８は２個の軸受９、１０に支承されて延在
し、その後端には発熱室５内で回転可能なロータ１１が
固着されており、前部側板２に設けられた相対嵌合部
（ボス部）６の内方域、つまり前部放熱室ＦＷの近傍域
には、粘性流体の漏出を封止する軸封装置（オイルシー
ル）１２が駆動軸８との間に介装されている。

【００１６】また、両側板２、３の各放熱室ＦＷ，ＲＷ
を形成する基壁には、軸方向に同心円弧状をなす複数条
のフィン２ｂ、３ｂが突設され、対向して放熱室ＦＷ、
ＲＷを形成する両ハウジング１、４の壁面と各フィン２
ｂ、３ｂ先端との間には所要の空隙が設けられている。
そして各放熱室ＦＷ、ＲＷ内は各側板２、３の径方向に
延設された直壁（図示せず）によって区画され、さらに
フィン２ｂ、３ｂによって各流路に分岐されるととも
に、その両端部分はそれぞれ流入ポート及び流出ポート
（図示せず）を介して前部ハウジング１に連結される図
示しない循環流体の配管に接続されている。

【００１７】ＯリングＳ₄ によって封止された上記発熱
室５の内壁面とロータ１１の外面とで形成される間隙に
は粘性流体としてのシリコーンオイルが封入され、一
方、後部側板３と後部ハウジング４とで形成される相対
嵌合部７の内方空洞部は、該粘性流体を回生する密封状
の貯留室１９に構成されて、該貯留室１９は後部側板３
に貫設された回収通路２０並びに供給孔２１及び供給溝
２２からなる供給通路を介して発熱室５に連通されてい
る。

【００１８】さて、本実施形態のビスカスヒータでは、
発熱室５の壁面、すなわち前部側板２の凹陥部２ｃ及び
後部側板３の前端面３ｃには、図２に示すように、発熱
室５の内周側に対して外周側の方が密になるように形成
された複数の凹部よりなる熱伝達向上手段が設けられて
いる（図２には前部側板２のみを示す）。この熱伝達向
上手段としての凹部は、発熱室５の半径方向に延在する
長溝２３ａ及び短溝２３ｂよりなる。長溝２３ａは発熱
室５の中央域から外周端まで半径方向に延在している。
一方、短溝２３ｂは発熱室５の外周側のみで半径方向に
延在している。詳しくは、発熱室５の内径をｒとしたと
き、短溝２３ｂの内端は発熱室５の中心から（４／５）
ｒ離れた位置にあり、短溝２３ｂの外端は発熱室５の外
周端まで延びている。

【００１９】なお、長溝２３ａ及び短溝２３ｂは、いず
れも幅：０．５ｍｍ、深さ：０．５ｍｍとされている。
また、長溝２３ａ及び短溝２３ｂは発熱室５の周方向に
交互に、かつ、全周にわたって配設され、隣接する長溝
２３ａ及び２３ｂ間の間隔は３°とされている。ここ
で、発熱室５内の粘性流体から発熱室５の壁面への熱伝
達性をより向上させるべく、発熱室５の壁面における伝
熱面積をより増大させる観点から、熱伝達向上手段とし
ての長溝２３ａ及び短溝２３ｂは、深さが深いほど、ま
た長溝２３ａ及び短溝２３ｂ自身の幅や隣接する長溝２
３ａ及び短溝２３ｂ間の間隔が小さく数が多いほど長溝
２３ａ及び短溝２３ｂの側面の総面積が増大して好まし
いが、製造の困難性や側板２、３の強度等を鑑みれば、
深さ：０．３〜２．０ｍｍ程度、幅：０．３〜２．０ｍ
ｍ程度、間隔：１°〜１０°程度とすることが好まし
い。

【００２０】車両の暖房装置に適用される本実施形態の
ビスカスヒータでは、プーリ又は電磁クラッチ等を介し
てエンジンと連結された駆動軸８が回転されると、発熱
室５内でロータ１１が回転されるため、封入されたシリ
コーンオイルが発熱室５の壁面とロータ１１の外面との
間でせん断作用を受けて発熱し、この熱は前部及び後部
放熱室ＦＷ、ＲＷ内を流動する循環流体たる循環水に熱
交換され、加熱された循環水は暖房回路を経由して車両
の暖房に供される。

【００２１】このとき、このビスカスヒータでは、発熱
室５の壁面、すなわち前部側板２の凹陥部２ｃ及び後部
側板３の前端面３ｃに長溝２３ａ及び短溝２３ｂが形成
されているので、この長溝２３ａ及び短溝２３ｂの側面
積の分だけ発熱室５の壁面における伝熱面積が増大して
いる。そして、発熱室５の壁面における伝熱面積が増大
する分だけ、粘性流体から発熱室５の壁面へ熱伝達され
る熱流量が増大する。このため、発熱室５から放熱室Ｆ
Ｗ、ＲＷへの伝熱量を増大させることができる。特に、
このビスカスヒータでは、発熱室５の外周側に長溝２３
ａの他に短溝２３ｂも形成されており、熱伝達向上手段
としての凹部は、発熱室５の内周側に対して外周側が密
となるように形成されていることから、より高温となり
易い外周側において発熱室５から放熱室ＦＷ、ＲＷへ効
果的に伝熱させることができる。

【００２２】したがって、このビスカスヒータでは、発
熱室５及び放熱室ＦＷ、ＲＷ間において、伝熱性を増大
させてより効果的に熱交換させることが可能となる。ま
た、発熱室５においては、放熱室ＦＷ、ＲＷへの伝熱性
が向上した分だけ熱がこもることを抑えることができの
で、粘性流体の温度が過度に上昇することによる粘性流
体の劣化を抑えることができ、粘性流体の耐久性を向上
させることが可能となる。

【００２３】また、このビスカスヒータでは、熱伝達向
上手段としての凹部が発熱室５の半径方向に延在する長
溝２３ａ及び短溝２３ｂにより構成されていることか
ら、ロータ１１外面及び発熱室５壁面間の間隙が長溝２
３ａ及び短溝２３ｂ溝の形成部分で増大しているため、
発熱室５の半径方向における粘性流体の循環性を向上さ
せることができる。すなわち、図３に発熱室５内におけ
る粘性流体の流れの方向を矢印で示すように、ワイセン
ベルク効果に対して遠心力が優勢の場合には、ロータ１
１の回動に伴う遠心作用によりロータ１１表面近傍の粘
性流体が発熱室５の外周側に流動し、外周側の粘性流体
は内周側から流動した粘性流体に押し出されて発熱室５
の壁面に形成された長溝２３ａ（又は短溝２３ｂ）内を
通って発熱室５の内周側に流動する。また、図示しない
が、遠心力に対してワイセンベルク効果が優勢の場合に
は、ロータ１１の回動に伴うワイセンベルク効果の作用
によりロータ１１表面近傍の粘性流体が発熱室５の内周
側に移動し、内周側の粘性流体は外周側から流動した粘
性流体に押し出されて発熱室５の壁面に形成された長溝
２３ａ（又は短溝２３ｂ）内を通って発熱室５の外周側
に流動する。特に、このビスカスヒータでは発熱室５の
中央域から外周端まで延在する長溝２３ａが形成されて
いることから、粘性流体が発熱室５の中央域から外周端
にわたって良好に循環する。このため、発熱室５の内周
側と外周側とにおける粘性流体の温度差を小さくするこ
とができ、発熱室５の外周側における粘性流体の温度が
過度に上昇することを効果的に抑えることが可能とな
る。

【００２４】（実施形態２）このビスカスヒータは、図
４に示すように、発熱室５の外周側のみに熱伝達向上手
段としての凹部を形成したものである。すなわち、前部
側板２の凹陥部２ｃ及び後部側板３の前端面３ｃの外周
側に、上記実施形態１と同様の短溝２３ｂが設けられて
いる。その他の構成は上記実施形態１と同様である。

【００２５】このため、ビスカスヒータでは、製造過程
において凹部の形成に伴う煩雑さの増大を抑えつつ、発
熱室５から放熱室ＦＷ、ＲＷへの熱交換率を効果的に増
大させることができるとともに、粘性流体の耐久性を効
果的に向上させることができる。 （実施形態３）このビスカスヒータは、図５に示すよう
に、前部側板２の凹陥部２ｃ及び後部側板３の前端面３
ｃに、発熱室５の円周方向に延びる周回溝２４を形成し
たものである。この周回溝２４は、幅：０．５ｍｍ、深
さ：０．５ｍｍとされ、発熱室５の外周側ほど密となる
ように周回溝２４同士の半径方向の間隔が徐々に狭くさ
れている。その他の構成は上記実施形態１と同様であ
る。

【００２６】このビスカスヒータにおいても、熱伝達向
上手段としての周回溝２４により、発熱室５から放熱室
ＦＷ、ＲＷへの熱交換率を増大させることができるとと
もに、粘性流体の耐久性を向上させることができる。 （実施形態４）このビスカスヒータは、図６に示すよう
に、発熱室５の壁面に熱伝達向上手段としての凸部を点
在させたものである。すなわち、前部側板２の凹陥部２
ｃ及び後部側板３の前端面３ｃに多数の微小突起２５が
設けられている。この微小突起２５は、高さ：０．１５
ｍｍ、径：０．３ｍｍとされ、発熱室５の外周側ほど密
となるように形成されている。その他の構成は上記実施
形態１と同様である。

【００２７】このビスカスヒータにおいても、熱伝達向
上手段としての突起２５により、発熱室５から放熱室Ｆ
Ｗ、ＲＷへの熱交換率を増大させることができるととも
に、粘性流体の耐久性を向上させることができる。な
お、微小突起２５の代わりにディンプル（微小な窪み
部）を点在させてもよい。

【００２８】また、上記微小突起（又はディンプル）
は、高さ（又は深さ）：０．０５〜０．５ｍｍ程度、
径：０．０５〜２．０ｍｍ程度とすることが好ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１のビスカスヒータの縦断面図であ
る。

【図２】実施形態１のビスカスヒータに係る前部側板の
平面図である。

【図３】実施形態１のビスカスヒータに係り、発熱室内
の粘性流体の流れ方向を説明する要部断面図である。

【図４】実施形態２のビスカスヒータに係る前部側板の
平面図である。

【図５】実施形態３のビスカスヒータに係る前部側板の
平面図である。

【図６】実施形態４のビスカスヒータに係る前部側板の
平面図である。

【符号の説明】

１…前部ハウジング、２…前部側板、３…後部側板、４
…後部ハウジング ５…発熱室、８…駆動軸、１１…ロータ ２３ａ、２３ｂ、２４…熱伝達向上手段としての凹部
（２３ａ…長溝、２３ｂ…短溝、２４…周回溝） ２５…微小突起（熱伝達向上手段としての凸部）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 肇 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 立松 章三 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 森川 敏夫 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 大島 敏浩 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 青木 新治 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部に発熱室及び該発熱室に隣接して循環
   流体を循環させる放熱室を形成するハウジングと、該ハ
   ウジングに軸受装置を介して回動可能に支承された駆動
   軸と、該発熱室内で該駆動軸により回動可能に設けられ
   たロータと、該発熱室の壁面と該ロータの外面との間隙
   に介在され、該ロータの回動により発熱される粘性流体
   とを有するビスカスヒータにおいて、 前記発熱室の壁面は発熱室から前記放熱室への伝熱性を
   向上させる熱伝達向上手段を有し、該熱伝達向上手段は
   発熱室の内周側に対して外周側が密になるように形成さ
   れた複数の凹部又は凸部よりなることを特徴とするビス
   カスヒータ。
2. 【請求項２】前記凹部又は凸部は発熱室の外周側のみに
   形成されていることを特徴とする請求項１記載のビスカ
   スヒータ。
3. 【請求項３】前記凹部は発熱室の半径方向に延在してい
   る溝であることを特徴とする請求項１又は２記載のビス
   カスヒータ。
4. 【請求項４】前記凹部又は凸部は点在していることを特
   徴とする請求項１又は２記載のビスカスヒータ。