JP2704283B2 - 機械を冷却するための熱交換器配置 - Google Patents

機械を冷却するための熱交換器配置

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JP2704283B2 JP63502084A JP50208488A JP2704283B2 JP 2704283 B2 JP2704283 B2 JP 2704283B2 JP 63502084 A JP63502084 A JP 63502084A JP 50208488 A JP50208488 A JP 50208488A JP 2704283 B2 JP2704283 B2 JP 2704283B2
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は機械を冷却するの熱交換配置に関するもの
である。この機械という言葉は、その機械が作動してい
るときに駆動される可動構成要素が収容されかつ通常潤
滑剤または作動油である、液体の媒体を囲むハウジング
を含む種類の機械または機械アセンブリのための総称と
してここで用いられる。この種の機械の具体的には、内
燃機関や、ギアアセンブリ、自動変速機、機械および油
圧クラッチ、他の種類のトランスミッション要素、水圧
ポンプ、油圧モータ、コンプレッサ等が含まれる。
多くのこれらの機械では、機械内で作動している液体
を冷却する必要がある。この目的で使用するために考え
られ得る従来の熱交換は乱流して動く。重量が軽くかつ
容積が小さいのに高い熱交換率を示す乱流熱交換を使用
したいとき、その熱交換器は比較的高い圧力降下でかつ
多くの場合、冷却されるべき囲まれた液体媒体の比較的
高い体積の流れで作動しなくてはならない。その結果、
圧力の必要な降下と媒体の十分に大きな体積の流れを発
生するためにポンプが提供されなくてはならない。しか
しながら、以上述べられた機械の多くは冷却されるべき
囲まれた液体媒体を駆動するためのポンプが提供されて
いないか、またはポンプが取付けられている場合、その
ポンプは果たすべき他の主要な義務を有し、かつそれゆ
え関連の液体の圧力および体積の流れに関する熱交換器
の要求を満足させることができない。これに関する一具
体例には自動車の自動変速機が含まれ、そこではポンプ
が提供される第１の目的は必要な圧力と流体の流れを液
体トランスミッションシステムに提供することである。
上述の種類の機械の開発はまたパワーが漸進的に高く、
構造がよりコンパクトで、その結果体積または容積が小
さくなりかつ表面面積も小さくなる機械に対しても向け
られている。この具体例は冷却する簡単な機械ギアおよ
び変速機の必要性が次第と高くなってきた自動車のトラ
ンスミッションの構成要素である。機械の所望の冷却を
達成する従来の乱流熱交換器の必要を満たすためにそれ
らの主要な機能としてポンプを必要としないか、または
比較的制限された圧力のみと比較的小さな体積の流れの
みを発生するポンプを組込むそのような機械に別のポン
プを提供すると、かなり技術的に複雑になりかつ全体の
費用が非常に増してしまう。このため、この種の機械は
別の冷却装置をこれまで通常は設けておらず、かつその
結果非常に高い機械温度を受ける必要があり、それによ
っていくつかの問題が引き起こされる。
それゆえ、この発明の目的は簡単でかつ安価な構造で
かつその機能が熱変換器を通して冷却されるべき液体媒
体を移動させるための別のポンプを提供することを要求
しないが、それにもかかわらず非常に高い熱交換降下を
与えそれとともに効果的な冷却を与えるであろう前記の
種類の冷却機械のための熱交換器配置を提供することで
ある。
この発明に従って構成される熱交換器配置の特性的特
徴は、前掲の特許請求の範囲で述べられている。この発
明はこの発明の多数の例示の具体例を例示する添付の概
略図を参照してより詳細に説明されるであろう。
第１図はこの発明の第１の実施例の断面図である。
第２図はこの発明の第２の実施例の断面図である。
第３図は第１図の線III−IIIの断面図である。
第４図はこの発明のさらなる実施例の断面図である。
第１図および第３図は本発明の一つの実施例を示して
おり、そのうち第１図は、この実施例の機械の断面構造
の概略を示している。この実施例の機械は、第１図に示
すように、その機械が作動しているときに駆動される可
動機械要素２が収容されかつ潤滑油または作動油のよう
な液体媒体３を含むハウジング１を備える。その機械の
具体的な構造自体はこの発明に関連しないため、第１図
には、その詳細を省略した概略的な断面構造が示されて
いる。たとえば、その機械は自動車の変速機または他の
形のトランスミッション構成要素からなり、その変速機
またはトランスミッション構成要素は回転ギアとシャフ
トを含みかつまた、潤滑油を組込む。
この発明に従えば、その機械は一般に４で示されるこ
の発明の熱交換器配置によって冷却され、その配置は機
械ハウジング１の外壁部５の１つに取付けられる。その
熱交換器配置４は機械ハウジング１の液体を通さない壁
の一部を形成する液体を通さない仕切り壁８によって互
いに分けられる２個のチャンバ６および７を含む。その
仕切り壁８の内部に設けられる熱交換チャンバ７は、ハ
ウジング１によって囲まれ、かつ機械を冷却するための
液体媒体３が通過するように意図されている。また一方
で、仕切り壁８の外側に設けられているチャンバ６は、
インレット９から送り込まれかつアウトレット10から送
り出される冷却剤が通るように意図されている。このよ
うに、液体を通さない仕切り壁８を挟んで液体媒体３と
冷却剤とが通過することによって、仕切り壁８をを介し
て液体媒体３と冷却剤との間の熱の移動が生じる。
その液体媒体３が熱交換器内のチャンバ７を通って流
れると、国際特許出願PCT/SE 84/00245によって教示さ
れる熱交換原理にしたがって、チャンバ７での液体媒体
３から仕切り壁８を通って熱が移動する。この熱の移動
が効率的に行なわれるように、チャンバ７に面している
仕切り壁８の内部表面には、多数のフィン11が、第３図
に示すように、所定の間隙を介して互いに平行に、かつ
ジグザグ状の列をなして並ぶように配設されている。
互いに隣接するフィン11間の各間隙は、長手の矩形で
スロット状の横断面を有しかつフィン11が並ぶ方向に略
直交して延びる、以上に多くのフローチャネル12を構成
する。
チャンバ７は、第３図においてフィン11のジグザグ状
配列によって仕切られる右側の領域である、比較的広い
流路面積を有する補助チャネル（分配チャネル）14と、
左側の領域である補助チャネル（収集チャネル）15とを
含んでいる。またチャンバ７は、第３図における右上の
位置にインレット13を有しており、このインレット13か
ら液体媒体３が補助チャネル14に送られる、補助チャン
バ14に送られた液体媒体３は、第３図に矢印で示すよう
に、補助チャネル14のフィン11配列に挟まれた櫛状の分
岐領域へ分かれて流れ込み、各分岐領域から、その上方
および下方のフィン11のチャネル12を通って、補助チャ
ネル15の櫛状の分岐領域へ流れ込む。チャンバ７の第３
図における左下の位置には、アウトレット16を有してお
り、補助チャネル15を通過した液体媒体３は、このアウ
トレット16からチャンバ７の外へ出ていく。
フローチャネル12を通しての補助チャネル14から補助
チャネル15への液体媒体３の流れは、補助チャネル14と
補助チャネル15との静水圧差によって生じる。すなわ
ち、インレット13から補助チャネル14に送られた液体媒
体３は、フィン11によってある程度せき止められた状態
となるために、その高さに応じた静水圧を有するが、補
助チャネル15に送られた液体媒体３は、下方に位置する
アウトレット16から流れ出るために開放された状態とな
り、その高さ全体にわたって、アウトレット16の位置と
ほぼ同じ静水圧になる。その結果、補助チャネル14中の
液体媒体３と補助チャネル15中の液体媒体３との間に
は、いずれの高さ位置においても、フローチャネル12を
通して液体媒体３を流すのに十分な静水圧差が確保され
る。
各チャネル12を液体媒体３の流れは層流であり、フロ
ーチャネル12の流路長は、５ないし20ミリメートル程度
と短いものである。また、フローチャネル12は極めて多
数存在し、その一つ一つを流れる液体媒体３の体積流量
は非常に少量であるため、フローチャネル12を通過する
ことによる圧力降下はわずかである。補助チャネル14お
よび15は、比較的大きな流路断面積を有するため、これ
らを通過することによって液体媒体３の圧力の顕著な降
下を生じさせることはない。したがって、補助チャネル
14、フローチャネル12、および補助チャネル15を通過す
ることによる、インレット13とアウトレット16との間の
合計圧力降下が低く抑えられるため、チャンバ７を介し
て比較的多くの液体媒体３の合計体積流量を得ることが
できる。比較的大きな合計体積の流れとこの態様で構成
される熱交換器の非常に良好な熱交換特性の結果、熱交
換器のチャンバ７を介して液体３を駆動するための別の
ポンプを提供する必要なしに完全に満足のいく熱交換効
果が達成される。こうして、液体３がチャンバ７に入る
とき通るインレット13がチャンバのアウトレット16より
高いレベルに置かれかつ機械が動いているとき、その液
体３はたとえば回転ギアまたは同様の要素の回転運動の
結果として生じる可動機械要素２の動きの影響で、イン
レット13のより高いレベルにまで輸送されるように熱交
換器を配置しかつ位置決めすることによって、熱交換器
のチャンバ７を介した液体３の必要な流れは第１図に例
示される態様で達成されることができる。この方法でイ
ンレット13とアウトレット16との間の結果として生じる
水圧差は熱交換器のチャンバ７を通る液体の必要な量を
駆動するのに十分である。熱交換器を介する液体３の動
きは、チャンバ７を通過する間次第に冷却されるにつれ
て液体の濃度が増加することによって助けられる。
冷却媒体３が流れる領域の外に位置するチャンバ６に
冷却媒体を流すことについては、通常は、熱交換チャン
バを乱流状態で通る冷却剤の十分な量を流すのに必要な
圧力を出すことができるポンプが一般に利用できるの
で、チャンバ６は乱流用の従来の態様のものを用いるこ
ともできる。したがって、熱交換器の仕切り壁８には、
インレット９からアウトレット10に延びてその間の冷却
媒体の流れチャネルを構成する、複数個の互いに平行な
フィンが設けられてもよい。これによって、従来の様式
で冷却媒体と仕切り壁８の間の熱交換効果が高められ
る。しかしながら、媒体を冷却するための外部の熱交換
チャンバ６はまた、国際特許出願PCT/SE 84/00245で教
示される熱交換原理に従った、その冷却媒体の層流用に
形作られてもよい。
冷却されてかつ機械のハウジング内に入れられるべき
液体媒体は、機械が動いているとき可動機械的機械要素
の動きによって作り出される流体力学の圧力差の影響で
層流のために形成される内部に置かれた熱交換チャンバ
を介してまた駆動されてもよい。この発明のそのような
実施例は第２図に概略的にかつ具体例によって例示され
ているが、ここでは第１図に使われたものと同じ参照番
号が対応する部分を識別するために用いられている。
第２図に示された実施例においては、熱交換器配置４
が水平に配されているため、補助チャネル14および15間
の静水圧差は生じないが、フィン11を通過することによ
る圧力降下が小さいことに加えて、重力の影響も小さく
なるため、可動機械要素２の動きによって生じる流体力
学的圧力差のみによって、液体媒体３をチャンバ７内に
おいて流すことができる。
第１図ないし第３図に示された実施例においては、補
助チャネル14および15は、フィン11とともにチャンバ７
内に配されている。しかしながら、その代わりに、これ
らのそれぞれ分配および収集チャネルとして働く補助チ
ャネル14および15は第４図に概略的に例示される態様で
チャンバ７の内部に置かれるハウジング壁５に位置決め
されてもよい。これによって、チャンバ６内において、
層流チャネル12を規定するフィン11の配列領域の間に補
助チャネル14および15を介在させる必要がなくなり、よ
り大きなフィンの長さおよびそれに伴いより大きなフロ
ーチャネルの長さを得ることができ、それによってより
大きな熱交換効果が生じる。
以上述べられた国際特許出願において記述されたよう
に、フィン11はその国際特許出願に述べられた目的のた
めに、チャンバ６内において、フィン11の配列領域の間
に、第４図に参照番号４を付して示されるような、短い
スロット状のものを介在させてもよい。第４図に示す構
造においては、同図に現れていないインレット13から補
助チャネル14に送られた液体媒体３は、矢印で示すよう
に、チャンバ７へ流れ込み、フィン11を通過して補助チ
ャネル15に流入し、その後、第４図に現れていないアウ
トレット16を通ってチャンバ７から流出する。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】機械が作動しているとき駆動される、可動
    の機械要素（２）が収容されかつ特に潤滑剤または作動
    油のような液体媒体（３）を取り囲むハウジング（１）
    を含む機械を冷却するための配置であって、ハウジング
    （１）の１つの外部壁（５）の一部に配置されかつハウ
    ジング（１）の液体を通さない壁の一部を構成する液体
    を通さない仕切り壁（８）によって互いに離されている
    ２個のチャンバ（６、７）を含む熱交換器（４）をその
    配置は含み；その仕切り壁（８）の外に置かれたチャン
    バ（６）は冷却媒体が通過するように意図され、一方で
    仕切り壁８の内部に置かれたチャンバ（７）はハウジン
    グ（１）内に入れられた液体媒体（３）が通るように意
    図され；その内部に置かれたチャンバ（７）はそこを通
    る液体媒体の流れに対して平行に接続される大多数の流
    れチャネル（12）を組み込み；流れチャネル（12）はそ
    こを通る液体媒体の層流のために寸法決めされた狭い矩
    形の断面を有しかつ仕切り壁（８）とともに内部に形成
    されるフィン（11）によって規定され；その流れチャネ
    ルの一方のそれぞれ端部は分配チャネル（14）を介して
    チャンバ（７）のインレット（13）とつながり、一方で
    フローチャネルの他方のそれぞれの端部は収集チャネル
    （15）を介してチャンバ（７）のアウトレット（16）に
    つながり；その熱交換器（４）は仕切り壁（８）の内部
    に置かれるチャンバ（７）のインレット（13）とアウト
    レット（16）は、その機械が動いているとき液体媒体
    （３）がチャンバ（７）を介してチャンバインレット
    （13）からチャンバアウトレット（16）に前記ハウジン
    グ内に収容される機械的要素（２）の動きの影響で流れ
    るように互いの位置を有するようにハウジング（１）内
    に置かれることを特徴とする、配置。
  2. 【請求項２】チャンバ（７）のインレット（13）がアウ
    トレット（16）より高い位置に置かれ、かつ液体媒体
    （３）が機械的要素（２）の動きの影響でインレット
    （13）にまで上げられることを特徴とする、請求の範囲
    第１項に記載の配置。
  3. 【請求項３】機械要素（２）の動きが前記チャンバ
    （７）のインレット（13）とアウトレット（16）との間
    に水力の圧力差を発生させることを特徴とする、請求の
    範囲第１項に記載の配置。
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