JP2006162196A

JP2006162196A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2006162196A
Application number: JP2004356928A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Nishimata; 泰西俣
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-12-09
Filing date: 2004-12-09
Publication date: 2006-06-22

Abstract

【課題】油側の管路抵抗による圧力損失を増大することなく、耐圧性を確保した積層型熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換器は、偏平な形状のエレメントを複数積層して構成されており、エレメント内側と外側にそれぞれ第１と第２の流体を流すことにより、これらの流体間で熱交換している。該熱交換器は、入口側の第１の主通路と出口側の第２の主通路とを、エレメントの両端部に対向するように具備しており、それらは複数のエレメントを貫通する。各エレメントは、頂面と、底面と、エレメント内において全面的に配置されていて且つ複数の蛇行列状に形成される、インナーフィンと、頂面の一部と底面の一部が突き出して当接するように形成される凸部とを具備する。凸部は第１と第２の主通路附近にそれぞれ２個づつ設けられる。インナーフィンの両端は、第１と第２の主通路に隣接するように伸張される。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱交換器に係り、より特別には積層型熱交換器に関する。

自動車において、エンジン等の搭載機器の潤滑油は、機器から受熱するため一般的に熱交換器を通して冷却されて、再利用される。この様な油の冷却のために積層型の空冷式熱交換器が広く使用されている。例えば、両端部に連通孔を有する一対の皿状金属板を逆向きに重ね合わせてエレメントを構成し、多数のエレメントを積層して全体を一体的にろう付け固定した積層型熱交換器は、インタークーラ等に用いられている。

図１に一般的な積層型熱交換器を示しており、図６はその従来例の図１における線Ａ−Ａ断面図である。発熱部である例えば自動車用エンジンその他の機器より受熱した油（潤滑油）は、図示していない油ポンプにより、オイルクーラの入口パイプよりオイルクーラ内に入り、油主通路（網掛け部）より油の流路を形成する各エレメントへ分配されて、図示していない冷却風によりここで冷却される。
冷却された油は反対側の油主通路に収集され油出口パイプより外部へ流出し、元のエンジンその他の発熱部へ戻される。油の流れは、この繰返しとなる。

図１、図６及び図７に示す一般的な従来例の積層型熱交換器５０を説明する。熱交換器５０は、エレメント３を高さ方向に積層して形成されており、各エレメント３の間にアウターフィン９が挟まれる形で介装される。前述の如くエレメント３は皿状の金属板を重ね合わせて形成されており、両端部に開口が設けられ、この両端部開口が油（潤滑油）の流入及び流出の主通路６となる。熱交換器５０においては、最上部のエレメント３の両端に出入口配管８がそれぞれ取り付けられる。油は、入口８ａから流入して流入側主通路６に流入し、更に各エレメント３を流れ、流出側主通路から出口８ｂへと流れる。アウターフィン９の部分を空気が通過して空気と油の間で熱交換が行われる。アウターフィン９は熱交換表面積を増やして熱交換を促進するためのフィンとして作用する。ここで熱交換器５０において、油の流れ方向が逆方向（出口８ｂから入口８ａへ流れる方向）であっても良い。

図６は、図１のＡ−Ａ断面図であり、従来例の熱交換器５０のエレメント３の部分断面を示す。エレメント３内にはインナーフィン５が配置され、熱交換表面積を増大している。エレメント３の一方の端部には、油の主通路６（網掛け部）が形成されており、主通路６とインナーフィン５の端部の間には、図６から分かるように、耐圧性確保用凸部５１が３個形成されている。図７に、図６の線Ｄ−Ｄに沿う断面図が示されており、図７から良く分かるように、耐圧性確保用凸部５１は、エレメント３の頂面及び底面を接触するように凸状に形成される。

この耐圧性確保用凸部５１が設けられている理由を以下に説明する。油主通路６（網掛け部）は油の圧力損失を低くする為（油流量の低下を押さえ強いては油流量が確保される為オイルクーラの熱効率が高く小型高性能となる）面積的に大きくとることが望ましいことになるが（特に高流量にて使用される場合）、しかしながら、そこには油圧がある為、油圧と油通路部面積を乗じた荷重が発生する。その荷重に耐えうる様、図示の耐圧性確保用凸部５１を従来の１〜２ケに対し、３ケ以上設け積み重ねられる同一形状のエレメント３（プレートクーリング）とろう付け等にて接合される。
上記仕様にてオイルクーラとしては成立するが、折角油側圧力損失を低くする為面積的に広く取った油主通路の効果が耐圧性確保用凸部５１の個数増加により半減してしまう問題が従来技術には存在する。

また、積層型熱交換器について提案されるものがある（例えば、特許文献１参照）。

特許第３，２８６，６９９号

本発明は上述した事情に鑑みなされたもので、油側の管路抵抗による圧力損失を増大することなく、耐圧性を確保した熱交換器、特には高圧用の積層型熱交換器を提供することを目的とする。

本発明の請求項１の形態では、上述した目的を達成するために熱交換器は、偏平な形状のエレメントを複数積層して構成されており、前記エレメント内を第１の流体が流れており前記エレメントの外側を第２の流体が流れていることにより、前記第１の流体と前記第２の流体との間で熱交換している。この熱交換器は、複数の積層された前記エレメントを貫通する入口側の第１の主通路であって、前記第１の流体がそこへ流入していて且つ各前記エレメント内に流体連絡する第１の主通路と、複数の積層された前記エレメントを貫通する出口側の第２の主通路であって、各前記エレメント内に流体連絡していて且つ前記第１の流体がそこから流出する第２の主通路とを具備する。前記第１の主通路と前記第２の主通路は、各前記エレメントの両端部に対向するように配置される。各前記エレメントは、頂面と、底面と、前記頂面と前記底面との間で、前記エレメント内において実質的に全面的に配置されていて且つ複数の蛇行列のように形成される、インナーフィンと、前記頂面の一部と前記底面の一部が突き出して当接するように形成される凸部とを具備する。前記凸部は、前記第１の主通路附近と、前記第２の主通路附近とにそれぞれ設けられる。前記インナーフィンの両端は、前記第１の主通路と前記第２の主通路に隣接するように伸張されることを特徴とする。

この様に構成することにより、熱交換器内において、潤滑油等の第１の流体の流路の管路抵抗圧力損失を大きく増大することなく、且つ該熱交換器の耐圧性を確保することが出来る。

本発明の請求項２の形態では、上記請求項１の形態において、前記凸部は、前記第１の主通路附近と前記第２の主通路附近とに、それぞれ２個づつ設けられることを特徴とする。
本形態によれば、エレメントにおける管路抵抗を増大させない、本発明のより具体的な構成を開示する。

本発明の請求項３の形態では、上記請求項２の形態において、前記２個の凸部は、前記エレメントの長手方向に直交する同一平面内に、且つ前記エレメントの長手中心軸に対して実質的に対称に、配置されることを特徴とする。
本形態によれば、耐圧上有効な凸部の配置を開示する。

本発明の請求項４の形態では、上記請求項１の形態において、前記凸部は、前記第１の主通路附近と前記第２の主通路附近とに、それぞれ１個づつ設けられることを特徴とする。
本形態によれば、エレメントにおける管路抵抗を増大させない、別の具体的な構成を開示する。

本発明の請求項５の形態では、上記請求項４の形態において、前記１個の凸部は、実質的に前記エレメントの長手中心軸上に配置されることを特徴とする。
本形態によれば、耐圧上有効な別の凸部の配置を開示する。

また、本発明の請求項６の形態では、上記請求項１から５の形態いずれか一項において、隣り合う前記エレメントの間には、熱交換を促進するためのアウターフィンが配置されることを特徴とする。
本形態によれば、本発明の構成をより具体化する。

また、本発明の請求項７の形態では、上記請求項１から６の形態いずれか一項において、車両用の潤滑油等の油用であることを特徴とする。
本形態によれば、本発明の用途をより具体化する。

熱交換器は、内部を第１の流体が通過する複数のエレメントを積層して形成されており、これらのエレメントの外側を第２の流体が通過し、前記第１の流体と前記第２の流体とが熱交換する。この熱交換器において、前記エレメントは、対向接合され、隣接するエレメント同士を連通させる連通口（開口）が形成された一対のプレート（金属板）と、これらのプレートの内部に配され、第１の流体と第２の流体との熱交換を促進させるインナーフィンとを有しており、更にインナーフィンは前記連通口の開口縁まで配されていることを特徴とする。
本形態によれば、熱交換器内において、潤滑油等の第１の流体の流路の管路抵抗圧力損失を大きく増大することなく、且つ該熱交換器の耐圧性を確保することが出来る。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態の積層型熱交換器を詳細に説明する。図１について従来例の積層型熱交換器５０として説明したが、本発明の実施の形態の熱交換器についても、その全体図として図１は使用可能である。図１は、一般的な積層型熱交換器の正面図と側面図を示しており、本発明の実施の形態の熱交換器の構成も図１によって示される。
図２及び図３は、本発明に係る積層型熱交換器の第１の実施の形態を図解的に示しており、図２は第１の実施の形態の積層型熱交換器１０の図１の線Ａ−Ａにおける部分断面図であり、前述した図６と同様な図面であり、図３は図２における線Ｂ−Ｂ断面図であり、前述した図７と同様な図面である。図２と図３参照すると、図１、図６等に示される従来例の要素部分と同じ又は同様である図２と３の要素部分は、同じ参照符号により指定されている。

本発明の第１の実施の形態の熱交換器１０は、自動車のエンジン等の機器より受熱した油（潤滑油等）を冷却するための積層型熱交換器であり、本体部であるエレメント３等はアルミ合金製である。主要構成は図１に示す通りであり、これについては既に説明したので省略する。

図２において、本実施の形態の熱交換器１０のエレメント３の部分断面図が示されており、耐圧用の凸部１１は、前記の従来例の３個に対して２個だけ設けられている。この凸部１１の２個という数量は、耐圧用に修正された前述の従来例の前の耐圧用修正の施されていない、従来の積層型熱交換器における数量であり、管路抵抗の増大していない形態である。本実施の形態において、インナーフィン５は油の主通路６の管壁部分まで伸ばされている。エレメント３内の管路は、凸部１１が２個であることによって、図７に示す従来例のように大幅に減少されていないことが、図３のエレメント３の断面図により分かる。本実施の形態の熱交換器１０の従来例の熱交換器５０との相違は上記の点のみであり、その他の構成は従来例と同様である。

図４及び図５は、本発明に係る積層型熱交換器の第２の実施の形態を図解的に示しており、図４は第２の実施の形態の積層型熱交換器２０の図１の線Ａ−Ａ断面図であり、前述した図２及び図６と同様な図面であり、図５は図４における線Ｃ−Ｃ断面図であり、前述した図３及び図７と同様な図面である。図４と図５参照すると、図１、図２等に示される第１の実施の形態の要素部分と同じ又は同様である図４と５の要素部分は、同じ参照符号により指定されている。

図４において、本実施の形態の熱交換器２０のエレメント３の部分断面図が示されており、耐圧用の凸部２１は１個だけ設けられている。本実施の形態において、インナーフィン５は前述した第１の実施の形態と同様に、やはり油の主通路６の管壁部分まで伸ばされている。エレメント３内の管路は、凸部２１が１個であることによって、図３に示す第１の実施の形態に比べてより広いこと、即ち断面積の減少量が小さいことが、図５のエレメント３の断面図により分かる。本実施の形態の熱交換器２０の従来例の熱交換器５０との相違は上記の点のみであり、その他の構成は従来例と同様である。

次に上記実施の形態の効果及び作用について説明する。
本発明の第１の実施の形態の積層型熱交換器により以下の効果が期待できる。
・従来技術の課題である油通路面積の拡大による油側圧力損失の低減を損なうことの無い様、耐圧性確保用凸部の個数は従来の２ケのままとし耐圧性確保用凸部の個数を減らした分の耐圧性確保をインナーフィンの延長により補充する。これにより、好適な熱交換器を提供する。

本発明の第２の実施の形態の積層型熱交換器により以下の効果が期待できる。
・耐圧性確保用凸部の個数を最低限の１ケとし、その分の耐圧性確保をインナーフィンの延長により確保し、油通路の面積拡大による油側圧力損失の低減に加え更に圧力損失を低減させ、油流量増加によるオイルクーラの熱効率をさらにアップする。これにより小型高性能の好適な熱交換器を提供する。

上記の説明において、本発明の熱交換器は車両用として記載されたが、本発明はこれに限定されず、車両用以外の用途の熱交換器に適用されても良い。
また、上記において記載した、あるいは添付図面に示した実施の形態において、熱交換器の本体部を構成するエレメント３等はアルミ合金として説明されたが、本発明はこれに限定されず、これ以外の材料であっても良い。

また、図面において、上記の実施例のエレメント３の形状は楕円形状として示されたが、エレメントの形状は楕円形以外の形状であっても良い。

上記の実施の形態は本発明の例であり、本発明は、該実施の形態により制限されるものではなく、請求項に記載される事項によってのみ規定されており、上記以外の実施の形態も実施可能である。

図１は、本発明の実施の形態を含む一般的な積層型熱交換器を説明する、全体的正面図及び側面図である。図２は、本発明の第１の実施の形態の積層型熱交換器を説明する、図１の線Ａ−Ａによる部分断面図である。図３は図２の線Ｂ−Ｂによる断面図である。図４は、本発明の第２の実施の形態の積層型熱交換器を説明する、図１の線Ａ−Ａによる部分断面図である。図５は図４の線Ｃ−Ｃによる断面図である。図６は、従来例の積層型熱交換器を説明する、図１の線Ａ−Ａによる部分断面図である。図７は図６の線Ｄ−Ｄによる断面図である。

符号の説明

３エレメント
５インナーフィン
６主通路
８出入口配管
９アウターフィン
１０熱交換器
１１凸部

Claims

偏平な形状のエレメントを複数積層して構成される熱交換器において、
前記エレメント内を第１の流体が流れており前記エレメントの外側を第２の流体が流れていることにより、前記第１の流体と前記第２の流体との間で熱交換しており、
この熱交換器は、
複数の積層された前記エレメントを貫通する入口側の第１の主通路であって、前記第１の流体がそこへ流入していて且つ各前記エレメント内に流体連絡する第１の主通路と、
複数の積層された前記エレメントを貫通する出口側の第２の主通路であって、各前記エレメント内に流体連絡していて且つ前記第１の流体がそこから流出する第２の主通路と、
を具備しており、
前記第１の主通路と前記第２の主通路は、各前記エレメントの両端部に対向するように配置されており、
各前記エレメントは、
頂面と、
底面と、
前記頂面と前記底面との間で、前記エレメント内において実質的に全面的に配置されていて且つ複数の蛇行列のように形成される、インナーフィンと、
前記頂面の一部と前記底面の一部が突き出して当接するように形成される凸部と、
を具備しており、
前記凸部は、前記第１の主通路附近と、前記第２の主通路附近とにそれぞれ設けられており、
前記インナーフィンの両端は、前記第１の主通路と前記第２の主通路に隣接するように伸張されることを特徴とする熱交換器。
前記凸部は、前記第１の主通路附近と前記第２の主通路附近とに、それぞれ２個づつ設けられることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記２個の凸部は、前記エレメントの長手方向に直交する同一平面内に、且つ前記エレメントの長手中心軸に対して実質的に対称に、配置されることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
前記凸部は、前記第１の主通路附近と前記第２の主通路附近とに、それぞれ１個づつ設けられることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記１個の凸部は、実質的に前記エレメントの長手中心軸上に配置されることを特徴とする請求項４に記載の熱交換器。
隣り合う前記エレメントの間には、熱交換を促進するためのアウターフィンが配置されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の熱交換器。
車両用の潤滑油等の油用であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の熱交換器。
内部を第１の流体が通過する複数のエレメントを積層し、これらのエレメントの外側を第２の流体が通過し、前記第１の流体と前記第２の流体とが熱交換する熱交換器において、
前記エレメントは、
対向接合され、隣接するエレメント同士を連通させる連通口が形成された一対のプレートと、
これらのプレートの内部に配され、第１の流体と第２の流体との熱交換を促進させるインナーフィンとを有し、
前記インナーフィンは前記連通口の開口縁まで配されていることを特徴とする熱交換器。