JPS6217594A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は熱交換器に関し、例えば自動車用エンジンのエ
ンジンオイルとエンジン冷却水とを熱交換してエンジン
オイルの冷却を計るオイルクーラに用いて有効である。

〔従来の技術〕

従来、オイルクーラとして用いられるこの種の熱交換器
には、オイル低温時等にオイルクーラ内の油圧上昇を防
止する目的で、リリーフ弁が設けられている。例えば、
実公昭５２−２４２５２号公報（イ）、米国特許番号第
７２１５６４号（ロ）第３７４３０１１号（ハ）等に開
示されている。

上記（イ）では、リリーフ弁を設けるために、エンジン
ブロックとオイルクーラとの間にボディを設ける必要が
あるとともに、このボディを設けることによって、オイ
ルクーラ、オイルフィルタ等の振動が増加する。又コス
ト的にも不利となる。

上記（ロ）、（ハ）等に開示される様に、オイルクーラ
内部にコイルスプリングを持つリリーフ弁を設ける構成
では、リリーフ弁の設置によってオイルクーラの熱交換
面積を少なくするための熱交換効率が低下する。また上
記（ロ）に示される様に、ボルトによってリリーフ弁と
なるスプリング材をオイルクーラの上方に固定する構成
にすると、オイルクーラのオイル通路端部とスプリング
材の位置合わせが困難で、作業性も悪化する。又、スプ
リング材を固定する方法として、一般的な銅ろう付けも
考えられるが、その場合にはろう付は中の高温（約１１
００℃）の作用のためバネ特性がなくなる、いわゆるへ
たり現象が生じ開弁圧特性が確実に得られないといった
問題点を有している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上記の点に鑑みてなされるものであって、リリ
ーフ弁を設けるに際してエンジンブロックとオイルクー
ラとの間にボディを設けることなく、かつ正確な開弁特
性が得られ、しかもリリーフ弁を設けるスペースを小さ
くすることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで本発明は、熱交換器をエンジンブロックに固定す
るためボルトに設けられるフランジを利用し、フランジ
にリリーフ弁を内蔵する構成である。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図から第６図は、本発明に係る熱交換器を内燃機関
用オイルクーラに適用した一実施例を示したものである
。

このオイルクーラＸの基本構成は、略同−形状、同一肉
厚の熱良導体（例えば、ステンレス材）からなる上板１
、下板２を組み合わせてなるユニット３を複数積層した
、いわゆるドロンカップ式のものである。

以下の説明で上板１、下板２の共通部分、例えばプレー
ト部Ａ（１）・Ａ（２）　　と各板の番号を付して説明
する。

各上板１、下板２は舌片状の略同−の輪郭形状であって
その輪郭に沿う外周部Ｂ　１１１　　・Ｂ（２，はプレ
ート部Ａ（１）・Ａ（１１よりも一段と高く屈曲した段
差面である。プレート部Ａ、１．・Ａ（！ｌ　の外周部
Ｂ　＋＋１　　・Ｂｏ、寄りつまり舌片状のコーナ部分
には、上板１の第１及び第２の開口Ｃ１Ｊ）Ｉ・Ｃ（１
１！ｓ下板２の第１及び第２の開口ＣＨ１＋’Ｃ、ｔ、
２が設けられているとともに、下板２の開口Ｃ、ｚ、１
・Ｃｉ！１１の外周は、後述するように上板ｌ、下板２
を交互に積層する際に上記上板１の開口Ｃ１，・Ｃ１１
）！と嵌合するように略肉厚相当下方に突出して形成さ
れている。

また第１及び第２の開口ｃ　＋＋１　、及びＣＬｌ、ｔ
、Ｃ（！、及びｃ（！ａｔの間のプレートＡ　（１１・
Ａ　（Ｋ＋　には、外周部Ｂ（１）・Ｂ、２．から連続
して中央の通孔Ｄ〈、）　・Ｄ（２）　まで至る直線状
の突起閉塞部Ｅ（１１・Ｅｎ＋　　（前記プレート部Ａ
　（１）　　・Ａ　１２１よりも一段と高くなっている
）が形成されている。

プレート部Ａ　＋１）　　・Ａ　ＩＨの中央部には、比
較的大径の通孔Ｄ（１）・Ｄ（１）が形成されていると
ともに、この通孔Ｄｌｌｌ　　・Ｄ　Ｈ）の周縁には、
連続して周回しかつユニット３の厚み相当垂直方向に突
出する断面り字形の屈曲部１８．１９が形成されている
。また、後述するように上板１、下板２によってユニッ
ト３を組み合わせる際に、上板１の通孔り、、、と下板
２の通孔Ｄ　Ｈ）が嵌合するように、上板ｌの通孔り、
１．の内径が通孔り、ｚ。

より略肉厚相当大きくなっている。

通孔Ｄ　（１）　　・Ｄ、２．の外周のプレート部Ａ、
１．・Ａ　ｌ！＋　には、プレート部Ａ９３．・Ａ　Ｈ
）よりも一段高くなっている複数の環状起伏部Ｆ、、、
・Ｆ　ｌｎが、上記通孔Ｄ　（１）　　・Ｄ（２，を囲
むように同心円上に形成されている。この起伏部Ｆ　１
１１　　・Ｆ　＋ｚ＋は、一連の環状形状ではなくその
一部が欠けたＣ字形状をしており、その欠けた部分には
、上記閉塞部Ｅ１．．・Ｅ　ｌりが設けられている。ま
た各々の起伏部Ｆ、１．・Ｆ　１２）の輻及び間隔は同
一である。

この環状起伏部Ｆ、１．・Ｆ、２．の各々には、その起
伏面より更に一段高くなる突出部Ｌ　（１１・Ｌ、２．
、及び当接部ＭＬｌ）　　・Ｍ　、ｚ、が複数形成され
て凹凸状の環状起伏部Ｆ　１１１　　・Ｆ　Ｈ）を構成
している。ここで当接部Ｍ（１）・Ｍ、２．は、各環状
起伏部Ｆ（１）・Ｆ（２，のＣ字形状の両端部と中央部
の３個所に形成されて、上板１・下板２において同−位
置にある。突出部り０３．・Ｌ（２）　は、各環状起伏
部ＦＮＩ　　・Ｆｆ２１の当接部ＭＬｌ、・Ｍ、ｚ。

の間に形成されて、これらの位置は上板ｌ・下板２とを
積層すると第４図（ｂ）に示す様に交互になるように存
在する。

また、プレート部Ａ、１．・Ａ　ｆｌｌ　の上記外周部
Ｂ　ｆｌｌ　　・Ｂ、２．寄りには、上記第１及び第２
の開口Ｃ、（１）・Ｃｆ＋１２・Ｃｔ２＋　ｌ・ＣＵ＋
Ｚを囲むように、略へ文字形状した突起部Ｇ（１）・Ｇ
（２１が形成されている。

また、上記下板１の外周部Ｂ（２）の周縁には、その周
縁と連続して周回する垂直上方向に突出する断面り字形
のフランジ部６が形成されている。

一方、このような上板１、下板２のプレート部Ａ（１）
・Ａ　（ｔ）に形成された凸部の上面、即ち外周部Ｂ、
１．・Ｂ、ｚ、、閉塞部Ｅ＋＋＋　　’　Ｅｎ＋　、環
状起伏部Ｆ　（１１・Ｆ　ｔｚ＋　の突出部Ｌ（１１’
Ｌ（！１と当接部Ｍ　（１）　　・Ｍ　（２，、突起部
Ｃ、、、・Ｃ、、。

の上面は同一の間さで同一平面上にあるとともに、各々
の上面は平面となっており、後述するように上板１、下
板２よりユニット３を組み合わせて複数積層する際に、
上記各々が対応して当接する構成である。尚、突出部Ｌ
　（１１・Ｌ　１１）　は、その位置が交互にずれるよ
うに形成されているので両者は当接しない。

また、上記複数の環状起伏部Ｆ、１．・Ｆ、ｔ、は前述
したようにＣ字形状をしており、その各々の両端部の当
接部Ｍ、１．・Ｍ（２）　には起伏部Ｆ（１，・Ｆ（１
）の平面の幅よりも狭い長円形の第３の開口）（＋＋＋
　　・Ｈ（１１が穿設されている。そして、両端部の中
央部分にある当接部Ｍ　、、、　　・Ｍ、。にも、起伏
部Ｆ　（１１・Ｆ　、ｚｌ　の幅よりも狭い長円形の第
４の開口Ｋ（１）・Ｋ、２．が穿設されている。また、
上記第３の開口Ｈ（１１・Ｈ（１）、第４の開口Ｋ（１
，・Ｋ　ＩＨの長円形の長さは、内側の環状起伏部Ｆ（
１）・Ｆ　（Ｈに穿設されたものよりも外側のものの方
が長くなっている。

次に上記上板１、下板２を積層する際について説明する
。

上記上板１および下板２は、第１図もしくは第４図に示
すように下板２が下端になるようにし且つ、上板１、下
板２の外周部ＢＮＩ　　’　Ｂｆり　、閉塞部Ｅ（１）
・Ｅ、ｔｌ、環状起伏部Ｆ　１１１　　・Ｆ　＋ｎの当
接部Ｍ（１）・Ｍ、ｔｌ、突起部Ｇ（１）・Ｇ　１１）
の各々対応する部分を当接するようにして、通孔Ｄ（１
）・Ｄ、２）　を嵌合してユニット３を組み合わせる。

こうして組み合わせたユニット３の上板１および下板２
の位置に対応する個所を合わせて各々の開口Ｃ（１）１
とＣ（Ｈ１％　Ｃ（１１２とＣ（ｔｌｆｆｉは嵌合して
、Ｈ３５，とＨ（２１、Ｋ（１１とＫ　＋ｚ＞　は位置
を合わせて、複数のユニット３を積層する。尚、最上段
のユニット３′の上板には、第４の開口に、１゜を閉塞
した上板１°を取付け、最下段のユニット３”の下板に
は第１及び第２の開口Ｃ，ｚ）１・ＣＩＨを閉塞し且つ
、第３の開口Ｈ（ｔｌ　を閉塞した下板２′を取付ける
。

さらに最上段ユニット３°の上面には、上記複数起伏部
Ｆ　Ｎ）　　・Ｆ　Ｈ）に対応した形状で、且つ複数の
出口ボート５の形成されたリング状部材６が取付けられ
（第５図参照）、最下段ユニット３′に下面には上記環
状起伏部Ｆ（１）・Ｆ　Ｈ）に対応した形状で、且つ同
一円周上に配置された複数の入口ボート７の形成された
リング部材８および座板９が取付けられる（第６図参照
）、尚、上記リング部材６には最内周の環状起伏部Ｆ　
ｉｌｌ　の第３の開口Ｈ，１，に対応した小孔５ａが形
成されている。また、上記座板９の下面には、入口ポー
ト７の周縁の外周部分を利用してその一部切り起こし、
且つ外周方向に屈折させた複数の保持部ｌＯが形成され
ており、これはＯリング１１の内側を挟持するためのも
のである。この０リング１１は、外側の断面円形部１１
ａとその内側にあって肉厚の比較的薄い薄肉部１１ｂと
から一体に形成された形状のものであって、上記屈折保
持部１０は前記Ｏリング１１の薄部１１ｂを挟持する。

上述のように積層したオイルクーラの各構成部品の間に
は、ブレージングプレートが介在しており、真空炉中に
て一体ろう付けされる。

このことにより、第１図、第７図に示す様に上記上板１
、下板２によって外部および相互に隔離された第１およ
び第２の空間Ｐ、Ｐ・・・、Ｑ、、Ｑ・・・が交互にハ
チの巣のように形成される。

次に、上述したオイルクーラＸをエンジンブロック１３
に固定するボルト１４について、第１図、第７図、第９
図〜第１５図に基づいて説明する。

ボルト１４の上端にはオイルフィルタＹを一体に搭載す
るための上端のボルト部１４ｂが形成され、その下端に
はエンジンブロック１３とオイルクーラＸを固定するた
めの下端ボルト部１４ａが形成されている。また、ボル
ト１４は中空のパイプ状であって、その上方にはボルト
座面を有するフランジ部１４ｃがリリーフ弁を内蔵して
設けられている。

フランジ部１４ｃの下端面のボルト座面には、第９図〜
第１２図等に示す様にボルト１４の外径と等しい内径を
持つ環状溝１４ｄが形成されるとともに、この溝１４ｄ
は多数の放射溝１４ｅを介してフランジ部１４ｃの外周
面と連通している（第１１図参照）。環状溝１４ｄの内
部には、設定荷重まで圧縮された波状スプリング１５と
、シール用環状プレート弁１６とが、ボルト座面に接着
材、又はスポット溶接等によって固定されたストッパリ
ングＩ７によって装着されている。プレート弁１６は、
環状溝１４ｄ内をボルト１４の軸方向に摺動可能で、プ
レート弁１６がスプリング１５によってストッパリング
１７の弁座に押圧されている時は、フランジ部１４Ｃの
下端面と放射溝１４ｅとを油密的に閉塞する。尚、ス）
　−／パジング１フの内径は、ボルト１４の外径と同一
でなく、プレート弁１６がボルト１４の下方から見える
程度に設定されている。また、設定荷重によっては、第
１４図に示す様な波状スプリング１５を２枚程度重ねて
使用しても良い。ここで、ストッパリング１７をボルト
１４のボルト座面に溶接する場合には、溶接時のスプリ
ング１５に加わる熱負荷が、そのスプリング特性を害さ
ないようボルト座面の外周部を複数箇所溶接すると良い
。

また上述したボルト１４の外径は、第１図に示す様にユ
ニット３の中央の通孔Ｄ（上板ｌ・下板２の通孔Ｄ（１
，・Ｄ、ｚ、）の内径よりも小さく設定されているので
、ボルト１４の軸方向に沿ってその外周にバイパス通油
路２０が形成される。バイパス通油路２０は、前述した
熱交換器のユニ。

ト３内にオイルの流入する上流と、ユニット３からオイ
ルの流出する下流とを連通し、バイパス通油路２０は、
エンジンブロック１３のオイル室１３ａからのオイル圧
を、前述したプレート弁１６に導いている。

よって、エンジンオイルが低温時等の場合で、オイル室
１３ａのオイル圧が上昇し熱交換ユニット３の上・下流
の差圧が設定圧以上になると、プレート弁１６が開放さ
れてオイルはポル）１４の外周の通油路２０、フランジ
部１４のａｌ　４　ｄ・１４ｅを介してオイルフィルタ
へ至る。

以下、他の構成と共に流体の流れを説明する。

上板１、下板２によってユニット３内に隔離された第１
の空間Ｐ、Ｐ・・・は、第７図、第８図に示す様に上記
第１及び第２の開口Ｃ（１）、・ｃｌり１及びＣ（＋１
２・ＣＤ）ｆｆｉを介して連通しており、最上段の第１
の開口Ｃ（１，い第２の開口ｃ（１）ｆｆｉの上方には
、冷却水が導入・排出されるパイプ１２．１２゜が取付
けられている。よって導入された冷却水は第１の開口Ｃ
（１）、より第１の空間Ｐに導かれて第８図点線矢印で
示すように、各々のユニット３内を環状起伏部Ｆ　ｉｌ
ｌ　　・Ｆ　（！ｌ　に沿って複数に分流して流れた後
、排出用パイプから外部へ導出される。

ここで環状起伏部Ｆ　ｆ＋１　　・Ｆｌｚ、に沿って複
数に分流して円周方向に流れるとき、その内側円と外側
周を流れる流路によって異なる圧力損失が生じるので、
その圧力損失の差に応じて冷却水は内側から外側へ、ま
たは外側から内側へと、環状起伏部Ｆ　１１１　　・Ｆ
、、の突出部り、１．・Ｌ　ｔｔ＋　の間に形成される
流路を介して流れる。

また、ユニット３によって相互に隔離された即ち環状起
伏部Ｆ　（１１・Ｆ（２，によって形成される第２の空
間Ｑ、Ｑ・・・は、各板ｌ、２の環状起伏部Ｆ（１）・
Ｆ　Ｈ）に形成された、第３の開口Ｈ（１１Ｈ（８）及
び第４の開口Ｋ（１）・Ｋ　（！＋によって連通してい
る。よって内燃機関の潤滑等に使用されて暖かめられた
オイルは、下段のリング部材８、座板９の入口ポート７
から導入されて、最下段のユニット３”の第４の開口Ｋ
　ｆｉｌ　を通って第２の空間Ｑ、’Ｑ・・・に導かれ
、第８図実線矢印で示すように開口Ｋ　１２１より左右
に分流して各々の環状起伏部Ｆ、１．・Ｆ　Ｈ）に沿っ
て流れ、第３の開口Ｈ（１）Ｈ（Ｈを介して上方に流れ
た後、上段のリング部材６の出口ポート５．５ａを介し
てこのオイルクーラの上方に取付けられる図示しないオ
イルフィルタに導入される。

ここで、環状起伏部Ｆ　Ｉｌｌ　　・Ｆ　１２１　内に
沿って流れるとき、第４図（ｂ）に示す様に、上下に繰
り返し流となって流れる。よって、オイルの管内流速が
上昇するとともに、オイルの境界層は突出部Ｌ（１，・
Ｌ、、の壁に当り剥離するので熱伝達率の向上がはかれ
る。

オイルフィルタで除塵された後、オイルクーラ、オイル
フィルタをエンジンブロックに取付けるために、通孔り
、１．・Ｄ（２，を貫通して設けられる貫通ボルト１４
に形成されたボルト内通路を通ってエンジンブロック１
３に供給される。

ここで、冷却水が通る第１の空間Ｐ、Ｐ・・・と、オイ
ルが通る第２の空間Ｑ、Ｑ・・・は、上述したように上
記上板１もしくは下板ｌを隔てて互いに隣り合っている
から、各空間Ｐ、Ｑを各々流通する間に熱の交換が行わ
れ、オイルは冷却されて上・段のリング部材６の出口ボ
ート６．６ａより導出され、また水はオイルから熱を奪
って１２″より導出されるようになる。

また上述実施例において、フランジ部１４Ｃはボルト１
４と一体に形成されているが、上端のボルト部１４ｂを
利用してねじ締めするようにしても良いし、ボルト１４
の下方に形成してもよい。

ただし、フランジ部１４ｃをボルト１４の下方に設ける
場合は、フランジ部の下端面から上端面に連通ずる通路
を形成し、その途中にプレート弁を支持するように設け
ると良い。

また上述実施例において、説明したオイルクーラに限ら
ず、ボルト１４によって固定されるオイルクーラは他の
形式でもよいことは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上述べた様に、本発明はリリーフ弁をボルトの外周に
あるフランジに内蔵されているため、リリーフ弁を配設
するスペースが小さくすることができる。また熱交換器
内部にリリーフ弁を設ける従来のものと比較して、本発
明は熱交換器自体の構造も簡単にすることができるとと
もに、熱交換器を減少することなくリリーフ弁を設ける
ことができる。更にリリーフ弁がフランジに内蔵されて
いるため、メインテナンス等の交換も容易にできる、リ
リーフ開弁圧を精度良く設定することができる等の優れ
た効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す熱交換器の部分断面図
、第２図は上板（１）を示す図であって、第２図（ａ）
はその平面図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）におけるＩ
−１線に沿う断面図、第３図は下板（２）を示す図であ
って、第３図（ａ）はその平面図、第３図（ｂ）は第３
図（ａ）における１ｌ−ＩＩ線に沿う断面図、第４図（
ａ）は上板（１）と下板（２）からユニット（３）を構
成したときのユニット（３）の構成断面図、第４図（ｂ
）は第４図（ａ）における■−■線に沿う断面図、第５
図は第１図の熱交換器を上方から見たときの上面図、第
６図は第１図の熱交換器を下方から見たときの下面図、
第７図は第１図に図示した熱交換器の斜視部分断面図、
第８図は流体を流れを説明するための熱交換器の模式平
面図、第９図〜第１３図はボルトを示す図面であって、
第９図はその平面図、第１０図はその部分縦断面図、第
１１図は第１０図におけるＶｌ−Ｖｌ線に沿う断面図、
第１２図はその部分側面図、第１３図はボルトに設けら
れるパルプの作動の説明に供する図、第１４図、第１５
図は各々波板スプリングの斜視図である。 １・・・上板、２・・・下板、３・・・ユニット、５・
・・出口ボート、７・・・入口ポート、１４・・・ボル
ト、１４Ｃ・・・フランジ部、１４ｄ・・・環状溝、１
４ｅ・・・放射溝。 １５・・・波状スプリング、１６・・・環状プレート弁
。 １７・・・ストッパリング。 代理人弁理士　　岡　部　　　隆 第１図 （ａ） （ｂ） 第２図 （己） （ｂ） 第３図 （ａ） 第４図 第　５　図 第ｌ凶 ｒ　　　　　ＨＣ１ 第８図 Ｍｌｏ　図 第１１　　図　　　　　　　　第１２図Ｉｔ！１３　　
図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 　（１）熱交換ユニットを多数積層して該熱交換ユニッ
   ト内に流入した作動流体を冷却する熱交換器と、作動流
   体中の不要混入物を除去する濾過器をエンジンブロック
   上に前記熱交換器を介して一体に固定するように、前記
   熱交換器を貫通して設けられるボルトと、前記熱交換器
   を前記エンジンブロックに固定するため前記ボルトの上
   方外周に設けられるフランジと、前記フランジに内蔵さ
   れて所定圧以上で開弁するリリーフ弁とを有し、前記熱
   交換ユニットの上流とその下流とが、前記ボルトの外周
   に沿って形成されるバイパス通路を介して連通するよう
   に前記ボルトが固定されているとともに、前記バイパス
   通路の途中に前記リリーフ弁が位置するように設けられ
   ていることを特徴とする熱交換器。
2. 　（２）前記リリーフ弁は、前記フランジの下端面に形
   成される環状溝内に設けられる環状の波状スプリングと
   、該スプリングによって付勢される環状プレート弁と、
   該プレート弁の弁座となるように前記フランジの下端面
   に固定される環状ストッパ部材とから構成されている特
   許請求の範囲第１項記載の熱交換器。
3. 　（３）前記環状溝は、前記フランジ中央から放射状に
   設けられる放状溝を介して、前記フランジの外周面と連
   通している特許請求の範囲第２項記載の熱交換器。