JP6126358B2

JP6126358B2 - 多板式オイルクーラ

Info

Publication number: JP6126358B2
Application number: JP2012245886A
Authority: JP
Inventors: 磯田　勝弘; 勝弘磯田; 雅広有山
Original assignee: Mahle Filter Systems Japan Corp
Current assignee: Mahle Filter Systems Japan Corp
Priority date: 2012-11-08
Filing date: 2012-11-08
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2032-11-08
Also published as: JP2014095492A; WO2014073471A1

Description

本発明は、多板式オイルクーラに関し、特に、多板式オイルクーラの積み重ね構造に関する。

エンジンオイル等を水、ＬＬＣ等で冷却するためのオイルクーラとして、多数の薄いプレートを積層してオイル流路と冷却水流路とを交互に構成するようにした所謂多板式オイルクーラが知られている。該オイルクーラは、プレートの表面に設けたろう材等で炉中でろう付けされる。

従来の多板式オイルクーラは、例えば、特許文献１に開示されている。このようなオイルクーラにおける熱交換部は、第１のプレートと第２のプレートからなる２種類のプレートを交互に重ね合わせて構成される。第１および第２のプレートの外周部は、オイル流路と冷却水流路を閉塞するため、順次積層されるテーパ状の嵌合形状（外周テーパという）を有している。また、第１および第２のプレートは、中央部においてオイルをエンジンブロック等に戻すための中央連通孔を有し、該連通孔の周囲においてテーパ状の嵌合形状（内周テーパという）を有する。

複数のプレートを積層すると、順次嵌合した内周テーパ部分により、オイル流路と冷却水流路が隔絶されるとともに、熱交換後のオイルをエンジンブロックに戻すための積層方向に連続した通路が構成される。

特開２００２−３３２８１８号公報

上記従来のオイルクーラにおいては、第１および第２のプレートは、外周だけでなく、内周においてもテーパ状の嵌合形状を有し、外周テーパおよび内周テーパの双方において各プレートが順次嵌合するため、複数のプレートを積層したときに、僅かな加工誤差によっても、外周テーパおよび内周テーパのいずれかで浮き上がりが生じやすい。つまり、一方のテーパ部分（例えば、外周テーパ）は、隣接する他のプレートのテーパ部分（例えば、外周テーパ）の全周に密に接触するが、他方のテーパ部分（例えば、内周テーパ）は、隣接する他のプレートのテーパ部分（例えば、内周テーパ）の一部に接触するものの、他の部分には接触しないものとなる。その結果、上記のように積層された複数のプレートを炉中でろう付けした場合、非接触部が十分にろう付けされないという問題点があった。

この本発明は、同一の外形状を有する複数の第１のプレートと第２のプレートとが交互に積層され、隣接するプレートの間にオイル流路と冷却水流路とが交互に形成されるとともに、各プレートの所定位置に設けられた開口部が積層方向に連続することによって積層方向にオイルが通流する独立したオイル通路が形成されてなる多板式オイルクーラにおいて、
上記第１のプレートおよび上記第２のプレートは、テーパ状に立ち上がった周縁部が順次嵌合するとともに互いにろう付けされており、
上記開口部の周囲には、オイル流路を挟んで互いに隣接する第１のプレートと第２のプレートとが環状にろう付けされてなる第１の封止部と、冷却水流路を挟んで互いに隣接する第１のプレートと第２のプレートとが環状にろう付けされてなる第２の封止部と、が平面視で二重となるように配置されており、
上記第１のプレートおよび上記第２のプレートの各々は、上記開口部の周囲に沿って、互いに逆向きに上記オイル流路内へ向かって突出した内周ボス部と、この内周ボス部の外周縁に連続して該内周ボス部とは逆向きに上記冷却水流路内へ向かって突出した外周ボス部と、を有し、上記外周ボス部と上記内周ボス部との移行部は、上記外周ボス部の内周縁から上記内周ボス部の外周縁へと垂直方向に延びており、
隣接する第１のプレートおよび第２のプレートの各々の内周ボス部が互いにろう付けされることで上記第１の封止部が構成され、隣接する第１のプレートおよび第２のプレートの各々の外周ボス部が互いにろう付けされることで上記第２の封止部が構成され、これら第１の封止部および第２の封止部は、積層方向と直交するプレート面と平行をなしかつ一定幅を有する接合面を有し、
上記オイル流路には、上記プレートの上記開口部に対応する開口部を有するフィンプレートが配置されており、当該開口部の縁部は、２つの外周ボス部の間に形成された環状の空間内に位置しかつ上記移行部に近接している、ことを特徴としている。

本発明では、互いに積層された第１のプレートおよび第２のプレートは、テーパ状に立ち上がった周縁部が順次嵌合することによって位置決めされる。第１のプレートおよび第２のプレートの所定位置に設けられた開口部の周囲において、第１の封止部によってプレート間のオイル流路が封止され、第２の封止部によってプレート間の冷却水流路が封止される。したがって、積層方向に延びるオイル通路が構成される。このオイル通路は、オイル流路および冷却水流路の双方から隔絶された状態となる。

ここで、上記第１の封止部および第２の封止部は、プレート面に平行な接合面を有しているので、プレートの平行な方向には互いの位置が拘束されず、したがって、仮に平行方向への寸法誤差があってもその誤差が吸収される。

本発明によれば、上記周縁部の嵌合によって位置決めされたときに、上記開口部の位置に加工誤差があったとしても、ろう付け時にプレートが浮き上がることなくなり、良好なろう付けを実現することができる。

本発明に係るオイルクーラの一実施例の斜視図。オイルクーラにおける第１および第２のコアプレートの分解斜視図。オイルクーラの対角線に沿った断面図。異なる対角線に沿ったオイルクーラの断面図。コアプレートの中央部分の拡大断面図。

以下、図１〜図５に基づいて、本発明の一実施例について詳細に説明する。なお、以下の説明では、理解を容易にするために、図１の姿勢を基準として「上」「下」「頂部」「底部」等の用語を用いることとするが、本発明のオイルクーラ１０は、図１の取付姿勢に限定されるものではない。

始めにオイルクーラ１０全体の基本的な構成を説明すると、このオイルクーラ１０は、図１に示すように、オイルと冷却水との熱交換を行うコア部１と、このコア部１の上面に取り付けられる比較的厚肉の頂部プレート２と、コア部１の下面に取り付けられる底部プレート３とから大略構成されている。

図２，図３に示すように、上記コア部１は、基本的な形状が共通の多数の第１のコアプレート５と第２のコアプレート６とを交互に積層し、各コアプレート５，６の間に、オイル流路７と冷却水流路８とを交互に構成したものである。図示例では、第１のコアプレート５の下面と第２のコアプレート６の上面との間に冷却水流路８が構成され、第２のコアプレート６の下面と第１のコアプレート５の上面との間にオイル流路７が構成される。各オイル流路７には、それぞれフィンプレート１１が挟み込まれている。

上記第１のコアプレート５および第２のコアプレート６は、アルミニウム合金からなる薄い板材をプレス成形したものであって、図２にも示すように、全体として略正方形をなし、その対角線上の２箇所にオイル連通孔１２が開口形成されているとともに、異なる対角線上の２箇所に、冷却水連通孔１３が開口形成されている。そして、第１のコアプレート５では、オイル連通孔１２の周囲がボス部１４として冷却水流路８側へ突出するように一段高く形成されており、冷却水連通孔１３の周囲がボス部１５としてオイル流路７側へ突出するように一段高く形成されている。同様に、第２のコアプレート６では、冷却水連通孔１３の周囲がボス部１５としてオイル流路７側へ突出するように一段高く形成されており、オイル連通孔１２の周囲がボス部１４として冷却水流路８側へ突出するように一段高く形成されている。従って、これらの２種類のコアプレート５，６が交互に組み合わされることで、各コアプレート５，６間に流路７，８となる一定の間隔が保持されている。

ここで、第１のコアプレート５におけるオイル連通孔１２周囲のボス部１４は、隣接する第２のコアプレート６のオイル連通孔１２周囲のボス部１４に各々接合されており、これにより、上下２つのオイル流路７が互いに連通するとともに、両者間の冷却水流路８から隔絶される。このようにして、多数のコアプレート５，６が接合された状態では、多数のオイル連通孔１２を介して、各オイル流路７同士が連通するとともに、全体としてコア部１内をオイルが上下方向に通流し得るようになる。

各オイル流路７においては、一対のオイル連通孔１２の一方がオイル入口となり、他方がオイル出口となる。なお、図示の例では、図３に示すように、コア部１の積層方向の中間部および最上部にある２つのコアプレート５，６において、一対のオイル連通孔１２の中の一方が閉塞されており、オイルが全体として左右にＵターンしつつ流れるようになっている。

また、冷却水連通孔１３についても、オイル連通孔１２と同様の構成となっており、第２のコアプレート６における冷却水連通孔１３周囲のボス部１５が、隣接する第１のコアプレート５の冷却水連通孔１３周囲のボス部１５に各々接合されており、これにより、上下２つの冷却水流路８が互いに連通するとともに、両者間のオイル流路７から隔絶される。従って、多数のコアプレート５，６が接合された状態では、多数の冷却水連通孔１３を介して、各冷却水流路８同士が連通するとともに、全体としてコア部１内を冷却水が上下方向に通流し得るようになっている。

各コアプレート５，６の周縁部５ａ，６ａは、それぞれ上方に向かって折曲されているとともに、外側に拡がったテーパ状をなし、各コアプレート５，６を積層した状態では、各周縁部５ａ，６ａが互いに密に接するようになっている。

また、各コアプレート５，６の中央部には、中央オイル連通孔１７が円形に開口形成されているとともに、この中央オイル連通孔１７の周囲に沿って同心円状をなす内周ボス部３０および外周ボス部３２が設けられている。各コアプレート５，６を積層した状態では、内周ボス部３０および外周ボス部３２は、隣接するコアプレート５，６における対応する内周ボス部３０および外周ボス部３２とそれぞれ面接触し、中央オイル連通孔１７が順次重なって積層方向に延びる中央オイル通路１８が形成される。コアプレート５，６の内周ボス部３０および外周ボス部３２の詳細については後述する。

さらに、コアプレート５，６には、冷却水流路８側に突出する多数の突起部１６が膨出形成されている。この突起部１６は、円錐台形をなし、その高さが上述したボス部１４の高さと等しく、組立状態では、第１のコアプレート５の突起部１６の頂部と第２のコアプレート６の突起部１６の頂部とがろう付けにより互いに接合されている。この突起部１６は、冷却水の流れに乱流を生成し、熱交換効率を向上させる機能を有するとともに、コア部１全体の剛性向上に寄与する。なお、図３，４の断面では、突起部１６を図示していない。

図示した実施例では、コアプレート５，６の双方に突起部１６を設けているが、コアプレート５，６の一方にのみ突起部１６を設けてもよい。この場合、一方のコアプレートに設けられた突起部１６の頂部は、他方のコアプレートのプレート面にろう付けにより接合される。

上記オイル流路７に挟み込まれるフィンプレート１１は、コアプレート５，６に対応した略正方形であり、その対角線上の４箇所に、上記オイル連通孔１２および上記冷却水連通孔１３にそれぞれ対応する開口部（図示せず）が開口形成されているととともに、中心部に上記中央オイル連通孔１７に対応する開口部（図示せず）が形成されている。これらの開口部は、上記ボス部１５，３０に対し若干の余裕を有するように、各連通孔１２，１３，１７よりも僅かに大きく開口している。

図３，４に示すように、コア部１の最上部には、さらに上記の頂部プレート２が積層されている。この頂部プレート２は、コア部１最上部の一対の冷却水連通孔１３の一方に連通する冷却水導入管２１と他方に連通する冷却水排出管２２とを備えている。また、頂部プレート２は、一方の対角線に沿った膨出部２３を有し、この膨出部２３によって、コア部１最上部の一方のオイル連通孔１２と中央オイル通路１８の上端とを互いに連通する連通路１９が構成されている。

コア部１の下部には、上述したように、十分な剛性を有する比較的厚肉の底部プレート３が積層されている。底部プレート３は、コア部１最下部のオイル連通孔１２の一方に対応して開口したオイル入口２５を備えるとともに、上記中央オイル通路１８に対応して開口したオイル出口２６を備える。

従って、オイルの流れとしては、内燃機関の各部を潤滑して高温となったオイルが、底部プレート３のオイル入口２５からコア部１のそれぞれのオイル流路７へ導入され、隣接する冷却水流路８を流れる冷却水と熱交換して冷却された上で、頂部プレート２の膨出部２３による連通路１９を経由して中央オイル通路１８へと流れ、最終的に、底部プレート３のオイル出口２６から内燃機関側へ戻される。なお、オイルの流れを逆にして、高温のオイルを中央オイル通路１８に導入し、コア部１で熱交換した後に最下部のオイル連通孔１２から内燃機関へ戻すように構成することも可能である。また、冷却水は、冷却水導入管２１から上下に並んだ冷却水連通孔１３を通して各冷却水流路８へ分配され、かつ各々の冷却水流路８内を一方の冷却水連通孔１３から他方の冷却水連通孔１３へ向かって流れ、最終的に冷却水排出管２２へと流れ出る。

上述した多数のコアプレート５，６、フィンプレート１１、頂部プレート２、および底部プレート３は、ろう付けによって互いに接合され一体化されている。詳しくは、これらの各部品は、アルミニウム合金の基材の表面にろう材層を被覆したいわゆるクラッド材を用いて形成されており、各部を所定の位置に仮組付した状態で炉内で加熱することにより、一体にろう付けされる。

なお、コア部１の最上部および最下部に位置するコアプレート５，６は、頂部プレート２や底部プレート３との関係から、コア部１の中間部に位置する一般的なコアプレート５，６とは多少異なる構成を有している。

次に、図２および図５を参照して、コア部１の中央部の構成について説明する。

図２に示すように、第１のコアプレートおよび第２のコアプレート５，６は、中央部分に１つの円形の中央オイル連通孔１７を有する。中央オイル連通孔１７の周囲には、中央オイル連通孔１７の周縁部に沿った円環状の内周ボス部３０と、内周ボス部３０の外側に位置する円環状の外周ボス部３２が設けられている。内周ボス部３０および外周ボス部３２は、互いに隣接した同心円状をなしている。

図５に示すように、第１のコアプレート５では、内周ボス部３０は、上方に向けてプレート面から一段高くなるよう形成されており、オイル流路７の高さの中間位置まで突出している。これに対し、外周ボス部３２は、下方に向けてプレート面から一段低くなるよう形成されており、冷却水流路８の高さの中間位置まで突出している。上記外周ボス部３２と上記内周ボス部３０とは実質的に連続しており、両者間の移行部３４は、外周ボス部３２の内周縁から内周ボス部３０の外周縁へと概ね垂直方向に延びている。

他方、第２のコアプレート６では、外周ボス部３２は、上方に向けてプレート面から一段高くなるように形成されており、冷却水流路８の高さの中間位置まで突出している。これに対し、内周ボス部３０は、下方に向けてプレート面から一段低くなるように形成されており、オイル流路７の高さの中間位置まで突出している。第１のコアプレート５と同様に、上記外周ボス部３２と上記内周ボス部３０とは実質的に連続しており、両者間の移行部３４は、外周ボス部３２の内周縁から内周ボス部３０の外周縁へと概ね垂直方向に延びている。

このように、第１および第２のコアプレート５，６の内周ボス部３０および外周ボス部３２はプレート面を挟んで互いに反対側へそれぞれ突出している。そして、第１のコアプレート５における内周ボス部３０および外周ボス部３２と、第２のコアプレート６における内周ボス部３０および外周ボス部３２とは、図５に示すように、上下対称に構成されている。

第１および第２のコアプレート５，６の内周ボス部３０および外周ボス部３２の頂部は、いずれも平面をなし、コアプレート５，６のプレート面と平行をなしている。このため、第１のコアプレート５の内周ボス部３０は、共にオイル流路７を画定するように隣接した第２のコアプレート６の内周ボス部３０と面接触し、第１のコアプレート５の外周ボス部３２は、共に冷却水流路８を画定するように隣接した第２のコアプレート６の外周ボス部３２と面接触する。そして、これらの接触面は、最終的に互いにろう付けされる。

したがって、本実施例では、内周ボス部３０によってオイル流路７を封止する円環状の第１の封止部が構成され、外周ボス部３２によって冷却水流路８を封止する円環状の第２の封止部が構成される。これらの第１および第２の封止部は、コア部１を上方から見た平面視において同心円状をなし、つまり、内外二重に配置されている。

本実施例では、図５に示すように、第１のコアプレート５の内周ボス部３０と、隣接する第２のコアプレート６の内周ボス部３０とは、当該第１および第２のコアプレート５，６により画定されたオイル流路７の高さの中間位置において互いに面接合される。同様に、第１のコアプレート５の外周ボス部３２と、隣接する第２のコアプレート６の外周ボス部３２とは、当該第１および第２のコアプレート５，６により画定された冷却水流路８の高さの中間位置において互いに面接合される。つまり、第１のコアプレート５のプレート面から内周ボス部３０頂面までの距離と、第２のコアプレート６のプレート面から内周ボス部３０頂面までの距離とは互いに等しく、第１のコアプレート５のプレート面から外周ボス部３２頂面までの距離と、第２のコアプレート６のプレート面から外周ボス部３２頂面までの距離とは互いに等しい。

複数のコアプレート５，６が積層されると、中央オイル連通孔１７が順次重なり、この結果、コア部１を上下に貫通する中央オイル通路１８が形成される。前述したように、この中央オイル通路１８は、冷却後のオイルが上下方向に通流する流路となる。また、コアプレート５，６の外周ボス部３２と、コアプレート５，６におけるオイル連通孔１２周囲のボス部１４により、各コアプレート５，６間に冷却水流路８が一定間隔に保持され、コアプレート５，６の内周ボス部３０と、コアプレート５，６における冷却水連通孔１３周囲のボス部１５により、各コアプレート５，６間にオイル流路７が一定間隔に保持される。

このように、コアプレートの中央オイル連通孔１７の周囲に同心円状に２つの連続するボス部３０，３２を設けることにより、コアプレートの中央部分において、中央オイル通路１８をオイル流路７および冷却水流路８から隔絶することができるとともに、個々のオイル流路７および冷却水流路８を封止することができる。

第１のコアプレート５と第２のコアプレート６とは、テーパ状をなす周縁部５ａ，６ａの嵌合によって互いに位置決めされる。仮に、中央オイル連通孔１７の中心軸がずれている場合（部品に寸法誤差がある場合）であっても、平面状のボス部３０，３２が互いに面接触するため、水平方向の位置ずれを許容することができ、これにより、良好なろう付けを実現することができる。

また、ろう付け時に、コアプレート５，６の浮き上がりが少なくなるので、他の治具等による位置決め手段を最小限とすることができる。

さらに、コアプレートの中央部を、従来のテーパ形状でなく、ボス部３０，３２の面接触形状とすることにより、頂部プレート２に隣接する最上部のコアプレート５，６の中央部がコアプレート面から高く突出しないため、頂部プレート２の膨出部２３の高さを低くでき、ひいては、オイルクーラ全体の高さを低くすることができる。特に、図示例では、図３に示すように、最上部の第２のコアプレート６が外周ボス部３２を具備していないため、膨出部２３の高さを最小限のものとすることができる。

以上、この発明の一実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限られず、種々の変更が可能である。

１コア部
２頂部プレート
３底部プレート
５第１のコアプレート
６第２のコアプレート
５ａ，６ａ周縁部
７オイル流路
８冷却水流路
１１フィンプレート
１２オイル連通孔
１３冷却水連通孔
１４ボス部
１５ボス部
１７中央オイル連通孔
１８中央オイル通路
３０内周ボス部
３２外周ボス部
３４移行部

Claims

同一の外形状を有する複数の第１のプレートと第２のプレートとが交互に積層され、隣接するプレートの間にオイル流路と冷却水流路とが交互に形成されるとともに、各プレートの所定位置に設けられた開口部が積層方向に連続することによって積層方向にオイルが通流する独立したオイル通路が形成されてなる多板式オイルクーラにおいて、
上記第１のプレートおよび上記第２のプレートは、テーパ状に立ち上がった周縁部が順次嵌合するとともに互いにろう付けされており、
上記開口部の周囲には、オイル流路を挟んで互いに隣接する第１のプレートと第２のプレートとが環状にろう付けされてなる第１の封止部と、冷却水流路を挟んで互いに隣接する第１のプレートと第２のプレートとが環状にろう付けされてなる第２の封止部と、が平面視で二重となるように配置されており、
上記第１のプレートおよび上記第２のプレートの各々は、上記開口部の周囲に沿って、互いに逆向きに上記オイル流路内へ向かって突出した内周ボス部と、この内周ボス部の外周縁に連続して該内周ボス部とは逆向きに上記冷却水流路内へ向かって突出した外周ボス部と、を有し、上記外周ボス部と上記内周ボス部との移行部は、上記外周ボス部の内周縁から上記内周ボス部の外周縁へと垂直方向に延びており、
隣接する第１のプレートおよび第２のプレートの各々の内周ボス部が互いにろう付けされることで上記第１の封止部が構成され、隣接する第１のプレートおよび第２のプレートの各々の外周ボス部が互いにろう付けされることで上記第２の封止部が構成され、これら第１の封止部および第２の封止部は、積層方向と直交するプレート面と平行をなしかつ一定幅を有する接合面を有し、
上記オイル流路には、上記プレートの上記開口部に対応する開口部を有するフィンプレートが配置されており、当該開口部の縁部は、２つの外周ボス部の間に形成された環状の空間内に位置しかつ上記移行部に近接している、ことを特徴とする多板式オイルクーラ。