JP2008304133A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 放熱能力と構造の簡素化を両立する熱交換器を提供する。
【解決手段】 互いに積層されかつ互いにろう付け接合されておりかつ流入側開口（１１１；１２１；１３１）及び流出側開口（１１２；１２２；１３２）をそれぞれ有する、第１プレート（１１０）、第２プレート（１２０）及び第３プレート（１３０）を有する、コアユニット（１００）を有する熱交換器において、第２プレート（１２０）に設けられた仕切り壁（１２４、１２５）が、第１プレート（１１０）と液密に接合されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、熱交換器に関し、例えば、エンジンオイルやオートマチックトランスミッション用の作動オイル（ＡＴＦ）等とエンジン冷却水とを熱交換し、ＡＴＦを加熱するオイルウォーマに関する。

自動車用のエンジンオイルとエンジン冷却水とを熱交換するオイルクーラとして、ケーシングの内部に複数のプレートが積層された熱交換コアが収納された構造のものが知られている。これらの積層された複数のプレートによって形成された空間は、内部でオイルが通過するオイル通路を形成し、その一方で、このオイル通路外の空間とケーシングによって形成されている空間は、冷却水通路を形成している（例えば、特許文献１参照。）。

特開昭６１−１２８０９２号公報

このような熱交換器において、熱交換能力を向上させるために、放熱面の面積を確保することが要求される。そのため、熱交換器内内のオイル通路の数を増やし、積層プレートの数を多くするといった手段が考えられる。

しかしながら、積層プレートの数を多くすると、いわゆる全パス式、すなわち、図３に示すように、プレートに沿ってオイルの流れる方向Ａが一方向のみであるタイプでは、オイルの通過断面積が大きくなってオイルの流速が小さくなってしまい、積層プレート２００の積層段数を増加させてもさほど熱交換量を増加させることができない。

一方、いわゆるターン式、すなわち、プレートに沿ってオイルの流れる方向を一定数の積層段ごとに変えるタイプでは、積層プレート３００の数を多くしても、オイルの通過断面積を大きくせずにオイルの流速を高くすることができる。しかしながら、このような構成を実現するために、ターン用ユニットと非ターン用ユニットの複数のユニットが必要となり、部品点数が増加し、その結果、構造が複雑となる。また、このようなターン式の熱交換器であると、図４に示すようにオイルをトランスミッション側に戻すためのオイル流路３１０を設けるために、熱交換器が大型化してしまうという不利な点がある。

このように、従来の熱交換器では、放熱能力と構造の簡素化を両立できないという問題があった。

そこで、本発明の目的は、放熱能力と構造の簡素化を両立する熱交換器を提供することである。

本発明の請求項１に係る熱交換器によれば、内部に第１流体が通過する第１流体通路が形成され、積層される複数のチューブプレートと、チューブプレート同士の間に配され、第１流体と熱交換する第２流体が通過する第２流体通路とを有する熱交換器において、複数のチューブプレートには、隣接するチューブプレート同士を連通させ、第１流体通路へと第１流体を流入させる流入側開口と、隣接するチューブプレート同士を連通させ、チューブプレートから第１流体を流出させる流出側開口とが形成されており、チューブプレートの内部には、流入側開口から流入した第１流体が流出側開口へと蛇行して流れるように第１流体通路内部を仕切る仕切り壁が形成されていることを特徴とする。
これにより、チューブプレートの内部に設けられた仕切り壁（１２４、１２５）により、流入側開口（１１１、１２１、１３１）と流出側開口（１１２、１２２、１３２）の間の流路を蛇行させることで、流体の流速を高く維持しつつ放熱能力を向上させることができる。その一方で、コアユニット（１００）を３種類のプレート（１１０、１２０、１３０）のみで構成することができるので、放熱能力と構造の簡素化を両立することができる。

また、本発明の請求項２に係る熱交換器によれば、チューブプレートは、対向接合された第１プレートと第２プレートとからなり、仕切り部は、チューブプレートの内側に向けて突出するように、第２プレートに打出成形された打出部であることを特徴とする。これによれば、第２プレートに打出成形することにより仕切り壁部を形成することができ、構造の簡素化を図ることができる。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本発明の実施例のオイルウォーマの側断面図であり、図２は本発明の実施例のオイルウォーマの平面断面図である。図１及び２に示すように、本発明の実施例のオイルウォーマは、例えば、トランスミッションブロックの壁面に装着され、第１の流体、エンジン冷却水（以下、冷却水と略す）と、第２の流体、エンジンオイルやオートマチックトランスミッション用の作動オイル（ＡＴＦ、以下、オイルと略す）とを熱交換してオイルを加熱するものである。

１７０は有底略円筒状のタンク１７０であり、その内部には冷却水とオイルとを熱交換するコアユニット１００が収納されている。タンク１７０の一端側の開口部はオイル通路プレート１４０により閉塞されるとともに、タンク１７０の周面には、冷却水をタンク１７０内部に流入させる冷却水流入管１８０、およびコアユニット１００において熱交換された冷却水をタンク１７０外部へと流出させる冷却水流出管（図示しない）が接続される。コアユニット１００は、後述するように所定形状の凹凸を有するようにプレス成形され、対向するように配された一対の円板状の第１、第２プレート１１０、１２０からなるチューブプレート１９０を積層することによって形成される。第１プレート１１０及び第２プレート１２０には、チューブプレート１９０内部にオイルを流入させる流入側開口１１１、１２１及びチューブプレート１９０内部からオイルを流出させる流出側開口１１２、１２２が形成されており、チューブプレート１９０の内部はオイルが通過するオイル流路として機能する。チューブプレート１９０の内部には、オイルと冷却水の熱交換を促進するために、所謂オフセットフィンが油側インナーフィン１１６として配されている。
積層されたチューブプレート１９０同士の間は冷却水が通過する冷却水通路となっており、オイルと冷却水の熱交換を促進するために水側インナーフィン１１５が配されている。
第２プレート１２０の下部には、第３プレート１３０が配されており、最下段に配される第２プレート１２０の強度を補強するとともに、コアユニット１００の下面の平坦化を図っている。
オイル通路プレート１４０の外側には座面プレート１５０が配されており、オイル通路プレート１４０とは反対側の面はシリンダブロックまたはクランクケースの壁面に接触するシール面１５１となっている。シール面１５１には、Ｏリング１６０が装着されるＯリング溝１５２が形成されている。
第１プレート１１０、第２プレート１２０、第３プレート１３０、オイル通路プレート１４０、座面プレート１５０にはシリンダブロック２００に形成された流入路２０１とチューブプレート１９０内部のオイル流路とを連通させるように、それぞれ流入側開口１４１、１５１と流出側開口１４２、１５２とが形成されている。

各プレート１１０、１２０、１３０の形状について詳細に説明する。図１に示すように、第１プレート１１０は、上向きの縁を有する流入側開口１１１及び流出側開口１１２と、プレート１１０の平面の下方に延びている筒状壁面１１４からプレート１１０の平面と平行に外方に延びている周縁１１３とを有している。第２プレート１２０は、ほぼ円形であり、下向きの縁を有する流入側開口１２１及び流出側開口１２２と、上方に突出した仕切り壁１２４、１２５と、周縁１２３とを有している。第３プレート１３０は、流入側開口１３１と流出側開口１３２とを有している。仕切り壁１２４，１２５は、第２プレートに打ち出し成形された打出部からなる。
仕切り壁部１２４は、第２プレート１２０の平板部を流入側開口１２１が形成された部分と、その他の部位とに分けるように伸びており、その一端は、一対の第１プレート１１０と第２プレート１２０とが組みつけられた際に筒状壁面１１４と当接する位置に位置する。仕切り壁部１２４の他端は第２プレート１２０の周縁部１２３と離間する位置に形成されており、仕切り壁部１２４の他端と筒状壁面１１４との間には、流入側開口１２１から流入したオイルがターンする第１ターン部１２６となっている。仕切り壁部１２５は、第２プレート１２０の平板部を流出側開口１２２が形成された部分と、その他の部位とに分けるように伸びており、その一端は、第１ターン部が形成された側で、第１プレート１１０と第２チューブプレート１９０が組みつけられた際に筒状壁面１１４と当接する位置に位置する。仕切り壁部１２５の他端は、第２プレート１２０の周縁部１２３と離間する位置に形成されており、仕切り壁部１２５の他端と筒状壁面１１４との間には、流入側開口１２１から流入したオイルがターンする第２ターン部１２７となっている。このように仕切り壁部１２４、１２５を形成することにより、チューブプレート１９０内には略Ｓ字状に蛇行するオイル流路が形成される。

次に各プレート１１０、１２０の接合状態について説明する。第２プレート１２０は、流入側開口１２１及び流出側開口１２２において、下側で隣接する第１プレート１１０の対応の流入側開口１１１及び流出側開口１１２と液密に接合されている。また、第２プレート１２０は、その周縁１２３において、上側で隣接する第１プレート１１０の対応の周縁と液密に接合されている。また、第２プレート１２０は、流入側開口１２１と流出側開口１２２の間において、仕切り壁１２４、１２５が、上側で隣接する第１プレート１１０と液密に接合されている。但し、第２プレート１２０のうち、最上段に配される第２プレート１２０には仕切り壁１２４、１２５は形成されていない。第１プレート１１０の下面と第２プレート１２０の上面との間の空間は、チューブプレート１９０の内部となっており、オイルが通過するオイル流路となっている。一方、第１プレート１１０の上面と第２プレート１２０の下面との間の空間は、タンク１７０内部の空間と連通しており、冷却水通路となっている。

第３プレート１３０は、その周縁１３３において、上側で隣接する第１プレート１１０の対応の周縁（図示せず）と液密に接合されている。

続いて、本実施の形態における流体の流れについて述べる。
トランスミッションブロック２００形成されたオイル流入路２０１を通過したオイルは、座面プレート１５０、オイル通路プレート１４０の流入側開口１５１、１４１を介してコアユニット１００に流入する。コアユニット１００に流入したオイルは、各チューブプレート１９０内部へと分配される。各チューブプレート１９０に分配されたオイルは仕切り壁１２４に沿って流れ、第１ターン部１２６でターンした後、仕切り壁部１２４と仕切り壁部１２５の間を通過し、第２ターン部１２７においてターンした後、流出側開口１２２へと流れる。流出側開口１１２、１２２から流出したオイルは、他のチューブプレート１９０を通過したオイルと合流し、座面プレート１５０、オイル通路プレート１４０の流出側開口１４２,１５５へと流れる。このようにコアユニット１００を通過したオイルはトランスミッションブロック２００に形成されたオイル流出路２０２へと流れる。
一方、冷却水流入管１８０からタンク１７０内に流入した冷却水は各チューブプレート１９０の間の冷却水通路を通過し、各チューブプレート１９０を通過するオイルと熱交換した後、冷却水流出管からタンク１７０外へと流出する。
本実施の形態では、第１プレート１１０と第２プレート１２０の間に仕切り壁１２４、１２５を設けることにより、流入側開口１２１と流出側開口１２２の間において蛇行した横断通路を設けることで、流体の流速を高く維持しつつ放熱能力を向上させることができる。また、各チューブプレート１９０において同じ向きにオイルが通過するため、隣接するチューブプレート１９０同士を連通させる流入側開口１１１、１２１及び流出側開口１１２、１２２に加えて、オイルをトランスミッションブロック２００に戻す開口を形成する必要がなく、コアプニット１００の大型化を抑制することができる。また、仕切り壁部１２４、１２５は、第２プレート１２０を打出成形することによって形成されているので、オイルウォーマの構造を簡単にすることができ、オイルウォーマの放熱能力と構造の簡素を両立することができる。

なお、前述の例では、第２プレート１２０において、仕切り壁１２４、１２５を２つ設けているが、仕切り壁の数は２つでなく、１つ又は３つ以上でもよい。

また、本発明の原理は、本明細書で説明したＡＴＦウォーマに限らず、他の積層式熱交換器においても適用できる。

本発明の実施例のオイルウォーマの側断面図である。 本発明の実施例のオイルウォーマの平面断面図である。 従来技術の全パス式のオイルウォーマの平面断面図である。 従来技術のターン式のオイルウォーマの平面断面図である。

符号の説明

１００ コアユニット
１１０ 第１プレート
１１１ 第１プレート１１０の流入側開口
１１２ 第１プレート１１０の流出側開口
１１３ 第１プレート１１０の周縁
１２０ 第２プレート
１２１ 第２プレート１２０の流入側開口
１２２ 第２プレート１２０の流出側開口
１２３ 第２プレート１２０の周縁
１２４ 第２プレート１２０の仕切り壁
１２５ 第２プレート１２０の仕切り壁

Claims (2)

1. 内部に第１流体が通過する第１流体通路が形成され、積層される複数のチューブプレートと、
   前記チューブプレート同士の間に配され、前記第１流体と熱交換する第２流体が通過する第２流体通路とを有する熱交換器において、
   前記複数のチューブプレートには、
   隣接する前記チューブプレート同士を連通させ、前記第１流体通路へと第１流体を流入させる流入側開口と、隣接する前記チューブプレート同士を連通させ、前記チューブプレートから前記第１流体を流出させる流出側開口とが形成されており、
   前記チューブプレートの内部には、前記流入側開口から流入した第１流体が前記流出口へと蛇行して流れるように前記第１流体通路内部を仕切る仕切り壁が形成されていることを特徴とする積層型熱交換器。
2. 前記チューブプレートは、対向接合された第１プレートと第２プレートとからなり、前記仕切り部は、前記チューブプレートの内側に向けて突出するように、前記第２プレートに打出成形された打出部であることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。

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