JP2013120054A - 車両用熱交換器 - Google Patents
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Abstract
【課題】車両の走行状態や初期始動条件で流入する作動流体の温度に応じて、作動流体をウォームアップする機能と冷却する機能を同時に行うことができる車両用熱交換器を提供する。
【解決手段】複数のプレートが積層されて第1、第2、第3連結流路が設定された順序で配置されていて、第1、第2、第3連結流路にそれぞれ供給された第1、第2、第3作動流体が、互いに混合されずに循環しつつ、第1、第2、第3作動流体が相互に熱交換する放熱部と、放熱部の外部に装着され、第1、第2、第3作動流体のうちの一つの作動流体が流入する流入ホールと、一つの作動流体が排出する排出ホールとを連結し、一つの作動流体の温度に応じて一つの作動流体が放熱部をバイパスさせる分岐部と、を有して構成される。
【選択図】図2
【解決手段】複数のプレートが積層されて第1、第2、第3連結流路が設定された順序で配置されていて、第1、第2、第3連結流路にそれぞれ供給された第1、第2、第3作動流体が、互いに混合されずに循環しつつ、第1、第2、第3作動流体が相互に熱交換する放熱部と、放熱部の外部に装着され、第1、第2、第3作動流体のうちの一つの作動流体が流入する流入ホールと、一つの作動流体が排出する排出ホールとを連結し、一つの作動流体の温度に応じて一つの作動流体が放熱部をバイパスさせる分岐部と、を有して構成される。
【選択図】図2
Description
本発明は、車両用熱交換器に関し、より詳しくは、それぞれの作動流体が相互に熱交換して温度が調節される車両用熱交換器に関する。
一般に熱交換器は、電熱壁を通って温度が高い流体から温度が低い流体へ熱を伝達させるもので、加熱器、冷却器、蒸発器、凝縮機などに使用されて、熱エネルギーを再使用したり、作動流体の温度を用途に合わせて調節している。このような熱交換器は、車両のエンジンルームに装着させ、空調システムや変速機オイルクーラーなどに適用されている。
熱交換器は、車両のエンジンルームに装着しようとすると、限られた空間であることから装着するに困難を伴い、そこで、熱交換器の小型化、軽量化、さらに高効率化が求められ、精力的な研究が続いている〔例えば、特許文献1〜3参照〕。
車両用熱交換器は、作動流体を車両の状態に応じた温度に調節してエンジンまたは変速機、空調装置に供給しなければならず、このために、熱媒または冷媒として作用する作動流体の流路上に別途の分岐回路およびバルブを設置しなければならず、構成要素および組み立て工程数が増加し、レイアウトが複雑になるという問題点がある。また、別途の分岐回路やバルブを設置しないと、作動流体の流量に応じた熱交換効率の制御ができず、作動流体の効率的な温度調節ができないという問題点もある。
そこで、本発明の目的は、それぞれの作動流体が相互に熱交換して温度調節する際に、車両の走行状態や初期始動条件で流入する作動流体の温度に応じて、作動流体をウォームアップする機能と冷却する機能を同時に行うことができる車両用熱交換器を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、車両の状態に応じて作動流体の温度調節が可能であることから、車両の燃費改善、および暖房性能を向上させることができ、構成を簡素化し、組み立て工程数を減らすことができる車両用熱交換器を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、車両の状態に応じて作動流体の温度調節が可能であることから、車両の燃費改善、および暖房性能を向上させることができ、構成を簡素化し、組み立て工程数を減らすことができる車両用熱交換器を提供することにある。
上記の目的を達成するための本発明の車両用熱交換器は、複数のプレートが積層されて第1、第2、第3連結流路が設定された順序で配置されていて、第1、第2、第3連結流路にそれぞれ供給された第1、第2、第3作動流体が、互いに混合されずに循環しつつ、第1、第2、第3作動流体が相互に熱交換する放熱部と、放熱部の外部に装着され、第1、第2、第3作動流体のうちの一つの作動流体が流入する流入ホールと、一つの作動流体が排出する排出ホールとを連結し、一つの作動流体の温度に応じて一つの作動流体が放熱部をバイパスさせる分岐部と、を有して構成される。
好ましい形態として、第1作動流体は、第1流入ホールを通って放熱部に流入され、第1排出ホールを通って放熱部から流出され、第1流入ホールと第1排出ホールは第1連結流路により連結され、第2作動流体は、第2流入ホールを通って放熱部に流入され、第2排出ホールを通って放熱部から流出され、第2流入ホールと第2排出ホールは第2連結流路により連結され、第3作動流体は、第3流入ホールを通って放熱部に流入され、第3排出ホールを通って放熱部から流出され、第3流入ホールと第3排出ホールは第3連結流路により連結され、第1、第2、第3流入ホールは、放熱部の長さ方向の一側にそれぞれ形成され、第1、第2、第3排出ホールは、第1、第2、第3流入ホールから離れて、放熱部の長さ方向の他側に形成される。
そして、第1流入ホールと第1排出ホールは、放熱部の一面で対角線方向に互いに向き合う角部に形成され、第2流入ホールと第2排出ホールは、放熱部の一面で対角線方向に互いに向き合う角部のうち、第1流入ホールと第1排出ホールが位置しない角部に形成され、第3流入ホールと第3排出ホールは、放熱部の一面で第2流入ホールと第2排出ホールが形成された角部に形成され、第2流入ホールと第2排出ホールにそれぞれ離れて配置される。
分岐部の好ましい形態は、放熱部の外部で第1流入ホールと第1排出ホールの間を連結し、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、流入ポートと対向し、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、第1流入ホールに近接した連結パイプの一端部に装着され、作動流体の温度に応じて伸縮して流入ポートを通って流入した作動流体を排出ポートに直接バイパスさせるか、または放熱部に流入させるバルブユニットと、を有して構成される。
バルブユニットの好ましい形態は、連結パイプの一端に固定装着される装着キャップと、連結パイプの内部に挿入された装着キャップに連結される一端部を含み、作動流体の温度に応じて伸縮する変形部材と、を有して構成される。
変形部材の好ましい形態は、その材質が作動流体の温度に応じて伸縮する形状記憶合金素材で、互いに連結された複数の環状メンバーがコイルスプリング形状で重なって接触するように形成される。この変形部材は、長さ方向に両端部に位置し、温度に応じて変形しない材料で形成された一対の固定部と、一対の固定部に挟まれて作動流体の温度に応じて伸縮する変形ができる変形部と、を有して構成することができる。
装着キャップの好ましい形態は、一端部が変形部材に挿入されて固定される挿入部と、挿入部の他端に一体に連結される一端を含み、連結パイプの内周面に装着される装着部と、を有して構成される。そして、装着部は、その外周面上にねじ山が形成され、連結パイプの内周面にねじ締結される。装着部は、さらに、他端に連結パイプの端部に掛かって固定される掛け部が一体に形成される。掛け部には、内周面に工具溝が形成される。装着部と挿入部の間にはシーリングが装着されて。連結パイプから作動流体が漏れ出ることを防止する。そして、変形部材の他端には、エンドキャップが装着される。エンドキャップには、貫通ホールが形成されて、作動流体の圧力による変形部材の破壊を防止すると共に、変形部材の温度応答性の向上させることができる。
代表的に、第1作動流体は、ラジエータから流入する冷却水であり、第2作動流体は、自動変速機から流入する変速機オイルであり、第3作動流体は、エンジンから流入するエンジンオイルである。そして、
1つの実施形態では、冷却水は、第1流入ホール、第1連結流路および第1排出ホールを通って循環し、変速機オイルは、第2流入ホール、第2連結流路および第2排出ホールを通って循環し、エンジンオイルは、第3流入ホール、第3連結流路および第3排出ホールを通って循環し、第2連結流路は、第1連結流路の下部に位置し、第3連結流路は、第1連結流路の上部に位置する。
別の実施形態として、冷却水は、第1流入ホール、第1連結流路および第1排出ホールを通って循環し、変速機オイルは、第2流入ホール、第2連結流路および第2排出ホールを通って循環し、エンジンオイルは、第3流入ホール、第3連結流路および第3排出ホールを通って循環し、隣接した二つの第1連結流路の間には第2連結流路または第3連結流路が配置され、第2連結流路および第3連結流路は交互に配置される。
放熱部は、第1作動流体の流れと第2、第3作動流体の流れを対向流させて相互熱交換させるのが好ましい。さらに、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ができる。
本発明の車両用熱交換器によれば、車両の作動流体の温度調節を効率よく行うことができる。また、変形部材を形状記憶合金素材で製作することで、バルブユニットの構造が簡単になる。バルブユニットが作動流体の温度に応じて作動流体の流路を転換するので、作動流体の流れを正確に制御することができる。構成要素を簡素化して製作原価を節減すると同時に、重量を低減させることができる。
以下、本発明に係る車両用熱交換器を、好ましい実施形態を挙げ、添付図面に基づいて詳細に説明する。本明細書に記載した実施形態と図面は、本発明を実施するに好ましい代表的な実施形態に過ぎず、本発明の技術的な思想を全て代弁するのではなく、本出願時点においてこれらを代替可能な多様な均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。
図1は、本発明の車両用熱交換器が適用される自動変速機・エンジン冷却システムの構成図であり、図2は、車両用熱交換器の斜視図、図3は、図2のA−A線断面図、図4は、図2のB−B線断面図、図5は、図2のC−C線断面図であり、図6は、車両用熱交換器における連結流路の配置関係を示した図面である。
自動変速機・エンジン冷却システムは、図1に示すように、ウォータポンプ10により、冷却ファン21が装着されたラジエータ20を通過して冷却された冷却水が、自動変速機40とエンジン50を冷却させる冷却ライン(Cooling Line:以下、「C.L」という)を流れて、車両暖房システム(図示していない)と連結したヒーターコア30に送られる。
車両用熱交換器100は、車両の自動変速機・エンジン冷却システムに適用され、それぞれの作動流体を相互に熱交換して、車両の走行状態や初期始動条件応じた温度調節をしている。このために、本発明に係る実施形態における車両用熱交換器100は、ヒーターコア30とウォータポンプ10の間に設けられ、エンジン50とはオイルラインO.L1を通じ、第1自動変速機40とは第2オイルラインO.L2を通ってそれぞれ相互に連結される。つまり、作動流体は、ラジエータ20から流入する冷却水、自動変速機40から流入する変速機オイル、エンジン50から流入するエンジンオイルであり、熱交換器100を通って変速機オイルとエンジンオイルがそれぞれ冷却水と熱交換させて変速機オイルおよびエンジンオイルの温度を調節するようになる。
熱交換器100は、図2〜図5に示したように、大きく放熱部110と分岐部120でなっており、以下、構成別に詳しく説明する。
放熱部110は、この実施形態では、複数のプレート112が積層されたプレート型(または、「板型」ともいう)放熱部であり、隣り合うプレート112の間に連結流路114が形成され、作動流体が流れる。ここでは、第1作動流体を冷却水として、冷却水が流れる第1連結流路114a、第2作動流体を変速機オイルとして、変速機オイルが流れる第2連結流路114b、および第3作動流体をエンジンオイルとして、エンジンオイルが流れる第3連結流路114cとして以下説明する。尚、作動流体は、それぞれの連結流路114を、互いに混合しないように流れる。
放熱部110は、この実施形態では、複数のプレート112が積層されたプレート型(または、「板型」ともいう)放熱部であり、隣り合うプレート112の間に連結流路114が形成され、作動流体が流れる。ここでは、第1作動流体を冷却水として、冷却水が流れる第1連結流路114a、第2作動流体を変速機オイルとして、変速機オイルが流れる第2連結流路114b、および第3作動流体をエンジンオイルとして、エンジンオイルが流れる第3連結流路114cとして以下説明する。尚、作動流体は、それぞれの連結流路114を、互いに混合しないように流れる。
第1連結流路114a、第2連結流路114bおよび第3連結流路114cに、それぞれ冷却水、変速機オイルおよびエンジンオイルが流れることで、相互に熱交換が行われて変速機オイルとエンジンオイルが冷却される。ここで、この冷却効率を上げるために、放熱部110における冷却水の流れと、変速機オイルおよびエンジンオイルの流れとは、対向流(counterflow)とするのが好ましい。
分岐部120は、放熱部110の外部に装着され、放熱部110にそれぞれの作動流体を流入させる流入ホール116と、放熱部110からそれぞれの作動流体を排出させる排出ホール118とが相互連結している。分岐部120は、ある一つの作動流体の流れを制御するが、ここでは、その対象の作動流体を冷却水として説明する。すなわち、冷却水を、その温度に応じて放熱部110に通過させることなくバイパスさせることができ、る。
図2に示すように、流入ホール116は、放熱部110の長さ方向の片側に、第1流入ホール116aを一端部に、第2流入ホール116bと第3流入ホール116cを他端部に形成し、排出ホール118は、放熱部110の長さ方向で流入ホール116とは反対側に、第1流入ホール116aのある端部には第2排出ホール118bと第3排出ホール118cを、第2流入ホール116bと第3流入ホール116cのある端部には第1排出ホール118aを配置する。そして、第2流入ホール116bと第3流入ホール116cは互いに離れ、第2排出ホール118bと第3排出ホール118cは互いに離れるようにして形成させる。すなわち、第1流入ホール116aと第1排出ホール118aが、第2流入ホール116bと第2排出ホール118bが、第3流入ホール116cと第3排出ホール118cがそれぞれ放熱部110の面で対角線上にある。
第1流入ホール116aと第1排出ホール118aは、放熱部110の第1連結流路114aに連結され、かつ放熱部110の外にある分岐部120の連結パイプ122で連結される。従って、第1連結パイプ122は、放熱部110の一面で対角線方向にある。
連結パイプ122は、第1流入ホール116aと第1排出ホール118aの間を連結し、第1流入ホール116aに近接した位置に流入ポート124が、第1排出ホール118aに近接した位置に排出ポート126が形成される。流入ポート124と排出ポート126は、別途の連結ホースまたは連結配管などでラジエータ20に連結する。
さらに、連結パイプ122の第1流入ホール116aのある端部には、バルブユニット130が装着される。バルブユニット130は、流入ポート124から流入した冷却水を、冷却水の温度に応じて放熱部110に通過させることなく直接排出ポート126にバイパスさせるか、または放熱部110の第1流入ホール116aから第1連結流路114aを通って第1排出ホール118aから連結パイプ122に流し循環させるかを調整する。
第2流入ホール116b、第2排出ホール118b、第3流入ホール116c、第3排出ホール118cには、それぞれ連結ポート(図示していない)が装着され、それぞれ連結ホースまたは連結配管などで自動変速機40あるいはエンジン50に連結される。
連結流路114は、図6に図示するように、第1連結流路114a、第2連結流路114b、第3連結流路114cを有している。ここに述べる実施形態では、第1連結流路114aには、第1流入ホール116aから放熱部110に流入した冷却水が流れ、第2連結流路114bは、第1連結流路114aの下に位置し、第2流入ホール116bから流入した変速機オイルが流れ、第3連結流路114cは、第1連結流路114aの上に位置し、第3流入ホール116cから流入したエンジンオイルが流れる。
第1連結流路114aと、第1連結流路114aの下に配置された第2連結流路114b、および第1連結流路114aの上に配置された第3連結流路114cで一つのセットを構成する。放熱部110の内部には複数のセットで連結流路114を構成することができる。
この形態のセットを積層したとき、変速機オイルが流動する第2連結流路114bは、温度上昇が速い冷却水が流れる第1連結流路114aと、エンジンオイルが流れる第3連結流路114cの間に配置されることになる。これによって、車両の始動およびアイドルモードで変速機オイルの温度を早急に上昇させなければならないとき、第1連結流路114aと第3連結流路114cの間に配置された第2連結流路114bを通って変速機オイルの温度を急速に上昇させることができるようになる。
図7は、本発明に係る車両用熱交換器の別の実施形態による連結流路の配置関係を示した図面である。この第2の実施形態では、冷却水が流れる第1連結流路214aが、変速機オイルが流れる第2連結流路214bとエンジンオイルが流れる第3連結流路214cとの間に交互に形成されている。つまり、隣接した二つの第1連結流路214aの間には、第2連結流路214bと第3連結流路214cが交互に配置される。
これによって、車両用熱交換器100は、車両の走行状態に応じて変速機オイルとエンジンオイルの冷却が必要な場合、変速機オイルとエンジンオイルそれぞれの上部と下部で冷却水が流れて熱交換するので、冷却性能が向上する。
図8と図9は、本発明の車両用熱交換器に適用されるバルブユニットの斜視図および分解斜視図である。バルブユニット130は、装着キャップ132と変形部材142を有して構成されており、以下、構成別に詳しく説明する。
装着キャップ132は、連結パイプ122の、連結ポート(図8、9には図示していない)に近接した一端に固定装着される。ここで、装着キャップ132は、一端部が変形部材142に挿入されて固定される挿入部134と、挿入部134とは反対の端部に一体に連結され、連結パイプ122の内周面に装着される装着部136とから構成される。
装着部136は、その外周面上にねじ山Nが形成され、一方連結パイプ122の内周面にはねじ山Nに対応してタップ加工されて、装着部136が、連結パイプ122の内周面にねじ締結される。装着部136の一端は挿入部134に連結され、他端には掛け部138が一体に形成される。掛け部138は、連結パイプ122の端部に掛かって固定されることによって、装着部136が連結パイプ122の内部にそれ以上挿入されないようにする。
掛け部138の内周面には、専用工具が嵌合される工具溝139が形成される。工具溝139に専用工具を嵌合して、装着キャップ132を回転させることによって、装着部136を連結パイプ122にねじ締結させることができる。
装着部136と挿入部134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に流入した作動流体が漏れ出ることを防止する機能を担っている。つまり、シーリング141は、連結パイプ122の内周面と装着部136の外周面との間をシールして、作動流体が連結パイプ122に締結された装着部136のねじ山Nに沿って外部に漏れ出ることを防止するものである。
変形部材142は、両端が固定部144で、2つの固定部144の間が変形部146となる形状である。そして、一方の固定部144の一端部に、装着キャップ132の挿入部134が挿入されて装着キャップ132と変形部材142が一体化固定され、変形部材142が、連結パイプ122内に保持される。他方の固定部144は、連結パイプ122の内部にスライド移動可能に挿入されており、エンドキャップ148が装着される。
固定部144は、温度に応じてその形状は変形しないが、変形部146は、温度によって伸縮するコイルスプリング形状、あるいはこれと類似するとする。このような変形部材142は、その材質として、温度に応じて変形する形状記憶合金(Shape Memory Alloy:SMA)素材を用いるのがよい。形状記憶合金は、一定の温度で形状を記憶する合金であり、温度により形状が変わるが、ある一定の温度にすると元の形状に戻る。
エンドキャップ148は、連結パイプ122に流入した冷却水の一部を変形部材142に流す貫通ホール149を形成するのがよい。貫通ホール149は、冷却水の圧力により変形部材142が破損することを防ぐと同時に、変形部材142の内部に冷却水の一部を流入させて、変形部材142の温度応答性を高めることができる。
図10は、バルブユニットの作動状態図である。バルブユニット130は、設定温度を超える温度の冷却水が入ると、変形部材142の変形部146が緩んで伸びる。これによって、変形部材142の変形部146を形成する環状部材が互いに離れて空間Sが形成され、空間Sを通って冷却水が流れる。
反対に、冷却水が設定温度以下になると、変形部146は、図8に示した初期状態のように縮んで空間Sが閉鎖され、冷却水が流れない。
反対に、冷却水が設定温度以下になると、変形部146は、図8に示した初期状態のように縮んで空間Sが閉鎖され、冷却水が流れない。
図11〜図13は、車両用熱交換器の段階別作動状態図である。
連結パイプ122の流入ポート124から流入した冷却水の温度が設定温度よりも低いとき、図11に示したように、バルブユニット130の変形部材142が変形されずに初期装着状態にある。そうすると、冷却水は、第1流入ホール116aを通って第1連結流路114aに流れず、従って、連結パイプ122に入った冷却水は、直ちに排出ポート126にバイパスされて排出される。これによって、連結パイプ122からの冷却水は、放熱部110の第1連結流路114aに流れない。
連結パイプ122の流入ポート124から流入した冷却水の温度が設定温度よりも低いとき、図11に示したように、バルブユニット130の変形部材142が変形されずに初期装着状態にある。そうすると、冷却水は、第1流入ホール116aを通って第1連結流路114aに流れず、従って、連結パイプ122に入った冷却水は、直ちに排出ポート126にバイパスされて排出される。これによって、連結パイプ122からの冷却水は、放熱部110の第1連結流路114aに流れない。
このとき、変速機オイルとエンジンオイルは、それぞれ第2流入ホール116bと第3流入ホール116cを通って放熱部110の第2連結流路114bと第3連結流路114cに流れるが、第1連結流路114aに冷却水が流れないため、放熱部110において変速機オイルとエンジンオイルは、冷却水と熱交換しない。
つまり、車両の走行状態、アイドルモード、初期始動のような車両の状態やモードに応じて変速機オイルとエンジンオイルのウォームアップが必要な場合には、第1連結流路114aに連結パイプ122からの低温の冷却水が流れないようにすることができ、変速機オイルとエンジンオイルの必要以上の温度低下を防止できる。
反対に、冷却水の温度が設定温度より高い場合には、図12に示したように、バルブユニット130の変形部材142が弛んで拡がり、変形部146を形成する環状部材の間に空間Sを形成して冷却水が流れ、流入ポート124からの冷却水は、空間Sを通って第1流入ホール116aから、第1連結流路114a、第1排出ホール118aを経て連結パイプ122に至る冷却水ラインができ、排出ポート126を経てラジエータ20に出ていく。これによって、放熱部110の第1連結流路114aに冷却水が流れて、第2連結流路114bおよび第3連結流路114cと熱交換できる。
この場合、自動変速機40からの変速機オイルは、第2流入ホール116bから第2連結流路114bに入って第1連結流路114aの冷却水と熱交換し、エンジン50からのエンジンオイルは、第3流入ホール116cから第3連結流路114cに入って第1連結流路114aの冷却水と熱交換して、それぞれ温度が調節される。
変速機オイルとエンジンオイルは、それぞれ放熱部110の内部で第1連結流路114aの上、下部にそれぞれ形成された第2連結流路114b、第3連結流路114cを通過し、第2排出ホール118b、第3排出ホール118cを通って放熱部110から出て自動変速機40とエンジン50に供給される。
この時、冷却水の水温に応じて作動するバルブユニット130によって、冷却水は、第1連結流路114aに選択的に流入され、第2連結流路114bと第3連結流路114cを通過する変速機オイルとエンジンオイルと熱交換が行われる。このとき、冷却水と変速機オイルは互いに反対方向に流れて熱交換し、冷却水とエンジンオイルも互いに反対方向に流れて熱交換するのがよい。これによって、変速機オイルとエンジンオイルは冷却水と効率よく熱交換ができる。
本発明の車両用熱交換器により、トルクコンバーターの作動により発生した流体摩擦で温度が上昇して冷却が必要な変速機オイルと、エンジン50の作動で温度が上昇したエンジンオイルは、それぞれ放熱部110で冷却水により冷却されて、自動変速機40とエンジン50に戻される。つまり、熱交換器100は、車両の走行時には、冷却されたエンジンオイルと変速機オイルを供給することによって、自動変速機40のスリップ発生を防止し、エンジン50のノッキング(Knocking)および酸敗(rancidity)現象の発生を防止することができる。
また、車両の始動後、中・高速運行時には、温度上昇が速い冷却水によって放熱部110での熱交換を通ってエンジンオイルと変速機オイルの温度を上昇させ、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って、自動変速機40とエンジン50に摩擦損失を低減させて燃費を上昇させることができる。
一方、エンドキャップ148は、変形部材142が伸びた状態で流入ポート124に流入された冷却水が排出ポート126から直ちに排出しないようにすると同時に、第1流入ホール116aが変形部146により閉鎖されているときに貫通ホール149を通って少量の冷却水が変形部146に流れ入って、冷却水の流入圧力により変形部材142が破損するのを防止できる。
上述のように本発明の実施形態による車両用熱交換器100を適用すれば、車両の走行状態や初期始動条件に応じて流入される作動流体の温度を利用して作動流体のウォームアップ機能と冷却機能を同時に行うことによって、作動流体の温度調節を効率的に行うことができる。
バルブユニット130は、形状記憶合金素材で製作した変形部材142を用いているので、冷却水の温度に応じて流路を変えることができ、熱交換器100での冷却水の流れを正確に制御することができる。しかも、構造が簡単で、重量を低減させることができ、製作コストを下げることができる。車両の状態により作動流体の温度調節が可能であるため、車両の燃費改善、および暖房性能を向上させることができる。
本発明の車両用熱交換器100は、一つの熱交換器で2種の作動流体を冷却水とそれぞれ相互に熱交換させることができ、構成および全体パッケージが簡素化され、組み立て工程数を減らすことができる。
別途の分岐回路が必要でないので、製作原価の節減および作業性を向上させることができ、狭いエンジンルーム内部で空間活用性を高め、連結ホースのレイアウトを簡素化することができる。
作動流体が自動変速機40の変速機オイルである場合、冷始動時に摩擦低減のためのウォームアップ機能と、走行時にスリップ防止および耐久維持のための冷却機能の同時遂行が可能であるため、燃費および変速機の耐久性を向上させることができる。
冷却水を利用して変速機オイルとエンジンオイルをウォームアップまたは冷却させることができるため、空冷式熱交換器に比べて熱交換効率が向上し、自動変速機・エンジン冷却システムの全体的な冷房性能と暖房性能を向上させることができる。
本発明の車両用熱交換器100を説明するに当たり、作動流体として冷却水、変速機オイルおよびエンジンオイルを例示したが、これに限定されず、熱交換を通って冷却または温度上昇が必要な作動流体には全て適用が可能である。
本発明の車両用熱交換器を説明するに当たり、図面上には複数のプレート112が単に積層されて構成するように説明したが、これに限定されず、熱交換器の装着を考慮して一面と他面にそれぞれ他部品との接触による破損を防止したり、他部品またはエンジンルーム内部に固定させるためのカバー、ブラケットなどが装着されてもよい。
本発明は、限定された実施形態と図面により説明したが、本発明はこれにより限定されず、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者により本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正および変形が可能であることは当然である。
100;車両用熱交換器
110;放熱部
112;プレート
114;連結流路
114a、114b、114c;第1、第2、第3連結流路
116;流入ホール
116a、116b、116c;第1、第2、第3流入ホール
118;排出ホール
118a、118b、118c;第1、第2、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;掛け部
139;工具溝
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
214a、214b、214c;第1、第2、第3連結流路
110;放熱部
112;プレート
114;連結流路
114a、114b、114c;第1、第2、第3連結流路
116;流入ホール
116a、116b、116c;第1、第2、第3流入ホール
118;排出ホール
118a、118b、118c;第1、第2、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;掛け部
139;工具溝
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
214a、214b、214c;第1、第2、第3連結流路
Claims (22)
- 複数のプレートが積層されて第1、第2、第3連結流路が設定された順序で配置されていて、前記第1、第2、第3連結流路にそれぞれ供給された第1、第2、第3作動流体が、互いに混合されずに循環しつつ、前記第1、第2、第3作動流体が相互に熱交換する放熱部と、
前記放熱部の外部に装着され、前記第1、第2、第3作動流体のうちの一つの作動流体が流入する流入ホールと、前記一つの作動流体が排出する排出ホールとを連結し、前記一つの作動流体の温度に応じて前記一つの作動流体が前記放熱部をバイパスさせる分岐部と、
を有して構成されることを特長とする車両用熱交換器。 - 前記第1作動流体は、第1流入ホールを通って前記放熱部に流入され、第1排出ホールを通っ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排出ホールは第1連結流路により連結され、
前記第2作動流体は、第2流入ホールを通って前記放熱部に流入され、第2排出ホールを通っ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排出ホールは第2連結流路により連結され、
前記第3作動流体は、第3流入ホールを通って前記放熱部に流入され、第3排出ホールを通っ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排出ホールは第3連結流路により連結され、
前記第1、第2、第3流入ホールは、前記放熱部の長さ方向の一側にそれぞれ形成され、
前記第1、第2、第3排出ホールは、前記第1、第2、第3流入ホールから離れて、前記放熱部の長さ方向の他側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1流入ホールと前記第1排出ホールは、前記放熱部の一面で対角線方向に互いに向き合う角部に形成されることを特徴とする請求項2に記載の車両用熱交換器。
- 前記第2流入ホールと前記第2排出ホールは、前記放熱部の一面で対角線方向に互いに向き合う角部のうち、前記第1流入ホールと前記第1排出ホールが位置しない角部に形成されることを特徴とする請求項2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排出ホールは、前記放熱部の一面で前記第2流入ホールと前記第2排出ホールが形成された角部に形成され、前記第2流入ホールと前記第2排出ホールにそれぞれ離れて配置されることを特徴とする請求項2に記載の車両用熱交換器。
- 前記分岐部は、
前記放熱部の外部で前記第1流入ホールと前記第1排出ホールの間を連結し、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、
前記第1流入ホールに近接した前記連結パイプの一端部に装着され、作動流体の温度に応じて伸縮して前記流入ポートを通って流入した作動流体を前記排出ポートに直接バイパスさせるか、または前記放熱部に流入させるバルブユニットと、
を有して構成されることを特徴とする請求項2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を含み、前記作動流体の温度に応じて伸縮する変形部材と、
を有して構成されることを特徴とする請求項6に記載の車両用熱交換器。 - 前記変形部材は、その材質が作動流体の温度に応じて伸縮する形状記憶合金素材であることを特徴とする請求項7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ーがコイルスプリング形状で重なって接触するように形成されることを特徴とする、請求項7に記載の車両用熱交換器。
- 前記変形部材は、
長さ方向に両端部に位置し、温度に応じて変形しない材料で形成された一対の固定部と、
前記一対の固定部に挟まれて作動流体の温度に応じて伸縮する変形ができる変形部と、
を有して構成されることを特徴とする請求項7に記載の車両用熱交換器。 - 前記装着キャップは、
一端部が前記変形部材に挿入され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る一端を含み、前記連結パイプの内周面に装着される装着部と、
を有して構成されることを特徴とする請求項7に記載の車両用熱交換器。 - 前記装着部は、その外周面上にねじ山が形成され、前記連結パイプの内周面にねじ締結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。
- 前記装着部は、他端に前記連結パイプの端部に掛かって固定される掛け部が一体に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。
- 前記掛け部は、内周面に工具溝が形成されることを特徴とする請求項13に記載の車両用熱交換器。
- さらに、前記装着部と前記挿入部の間にシーリングが装着されて、前記連結パイプから作動流体が漏れ出ることを防止することを特徴とする請求項11に記載の車両用熱交換器。
- さらに、前記変形部材の他端にエンドキャップが装着されることを特徴とする請求項7に記載の車両用熱交換器。
- 前記エンドキャップには、貫通ホールが形成されて、作動流体の圧力による前記変形部材の破壊を防止すると共に、前記変形部材の温度応答性を向上させる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1作動流体は、ラジエータから流入する冷却水であり、前記第2作動流体は、自動変速機から流入する変速機オイルであり、前記第3作動流体は、エンジンから流入するエンジンオイルであることを特徴とする請求項2に記載の車両用熱交換器。
- 前記冷却水は、前記第1流入ホール、前記第1連結流路および前記第1排出ホールを通って循環し、前記変速機オイルは、前記第2流入ホール、前記第2連結流路および前記第2排出ホールを通って循環し、前記エンジンオイルは、前記第3流入ホール、前記第3連結流路および前記第3排出ホールを通って循環し、
前記第2連結流路は、前記第1連結流路の下部に位置し、前記第3連結流路は、前記第1連結流路の上部に位置することを特徴とする請求項18に記載の車両用熱交換器。 - 前記冷却水は、前記第1流入ホール、前記第1連結流路および前記第1排出ホールを通って循環し、前記変速機オイルは、前記第2流入ホール、前記第2連結流路および前記第2排出ホールを通って循環し、前記エンジンオイルは、前記第3流入ホール、前記第3連結流路および前記第3排出ホールを通って循環し、
隣接した二つの前記第1連結流路の間には前記第2連結流路または前記第3連結流路が配置され、前記第2連結流路と前記第3連結流路は交互に配置されることを特徴とする請求項18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作動流体および前記第3作動流体の流動とを対向流させて相互に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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