JP3637363B2 - ビスカスヒータ - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、粘性流体をせん断により発熱させ、放熱室内を循環する循環流体に熱交換して暖房熱源に利用するビスカスヒータに関する。
背景技術
従来、特開平２−246823号公報に車両用暖房装置に利用されるビスカスヒータが開示されている。このビスカスヒータでは、前部及び後部ハウジングが対設された状態で通しボルトにより締結され、内部に発熱室と、この発熱室の外域にウォータジャケットとを形成している。ウォータジャケット内では循環水が入水ポートから取り入れられ、出水ポートから外部の暖房回路へ送り出されるべく循環されている。前部ハウジングには軸受装置を介して駆動軸が回動可能に支承され、駆動軸には発熱室内で回動可能なロータが固定されている。発熱室の壁面とロータの外面とは互いに近接するラビリンス溝を構成し、これら発熱室の壁面とロータの外面との間隙にはシリコンオイル等の粘性流体が介在される。
車両の暖房装置に組み込まれたこのビスカスヒータでは、駆動軸がエンジンにより駆動されれば、発熱室内でロータが回動するため、粘性流体が発熱室の壁面とロータの外面との間隙でせん断により発熱する。この発熱はウォータジャケット内の循環水に熱交換され、加熱された循環水が暖房回路で車両の暖房に供されることとなる。
また、実開平４−11716号公報にはウォータジャケット内にフィンを突出させたビスカスヒータが開示されており、このビスカスヒータでは、フィンがウォータジャケットを構成する壁面の表面積を拡大するため、比較的高い効率で熱交換を行うことができる。
しかし、上記特開平２−246823号公報記載のビスカスヒータでは、ウォータジャケットを構成する壁面の表面積が比較的小さいとともに、ウォータジャケット内で循環水の短絡や滞留を生じるおそれがある等のため、必ずしも十分な熱交換を行うことができない。
また、上記実開平４−11716号公報記載のビスカスヒータでは、ウォータジャケット内で循環水の短絡や滞留を生じるおそれがあるため、やはり必ずしも十分な熱交換を行うことができない。
本発明の課題は、十分な熱交換が確実に可能なビスカスヒータを提供することにある。
課題を解決するための手段
請求項１のビスカスヒータは、内部に発熱室及び該発熱室に隣接して循環流体を循環させる放熱室を形成するハウジングと、該ハウジングに軸受装置を介して回動可能に支承された駆動軸と、該発熱室内で該駆動軸により回動可能に設けられたロータと、該発熱室の壁面と該ロータの外面との間隙に介在され、該ロータの回動により発熱される粘性流体とを有するビスカスヒータにおいて、
前記ハウジングには、前記放熱室内に突出して該放熱室を構成する壁面の表面積を拡大するとともに、第１ポートから取り入れられて第２ポートから外部の暖房回路に送り出す前記循環流体を特定順路で循環させるフィンが形成されていることを特徴とする。
請求項１のビスカスヒータでは、フィンが放熱室内に突出して放熱室を構成する壁面の表面積を拡大するとともに、第１ポートから取り入れられた循環流体が放熱室内を特定順路で循環し、第２ポートから外部の暖房回路へ送り出されるため、放熱室内で循環流体の短絡や滞留を生じるおそれがなく、十分な熱交換を確実に行うことができる。
請求項２のビスカスヒータは、請求項１記載のビスカスヒータにおいて、フィンはハウジングの一壁面側から突出し、該フィンの先端は該ハウジングの他壁面側に当接されていないことを特徴とする。
請求項２のビスカスヒータでは、フィンの先端がハウジングの他壁面側に当接されていないため、ハウジングの一壁面側から他壁面側へと直接熱が伝達しにくく、ハウジングから外部への熱の放出が少ない。
請求項３のビスカスヒータは、請求項１又は２記載のビスカスヒータにおいて、フィンは順路方向に延在する複数本の立壁からなり、各該立壁によって分岐される放熱室内の流路は、その各流路幅が外周側ほど拡張されていることを特徴とする。
請求項３のビスカスヒータでは、分岐された放熱室内の流路により分流された循環流体がそれぞれほぼ等しい速度で放熱室内を循環することが可能となり、発熱が著しいロータの外周域の効率的な熱交換を行うことができる。
請求項４のビスカスヒータは、請求項１、２又は３記載のビスカスヒータにおいて、放熱室は、発熱室の前部に隣接する前部放熱室と、該発熱室の後部に隣接する後部放熱室とからなり、第１ポートから取り入れられた循環流体は該前部放熱室と該後部放熱室とに等しく分流されることを特徴とする。
請求項４のビスカスヒータでは、循環流体を前部及び後部放熱室に等しく分流するため、効果的な熱交換を行うことができる。
請求項５のビスカスヒータは、請求項４記載のビスカスヒータにおいて、ハウジングには、循環流体を前部放熱室及び後部放熱室に分流させる分流部が設けられ、該分流部は非抵抗形状を有していることを特徴とする。
請求項５のビスカスヒータでは、分流部が循環流体を前部放熱室及び後部放熱室に分流する。この際、分流部が非抵抗形状を有していることから、通路内の圧力損失が小さく、暖房回路全体の循環流体の流速を落としにくいため、熱交換性に優れる。
請求項６のビスカスヒータは、請求項１、２、３、４又は５記載のビスカスヒータにおいて、前部放熱室及び後部放熱室内におけるフィンの表面積は等しいことを特徴とする。
仮に前後放熱室における熱交換率が異なることで前後放熱室内の循環流体に温度差が生じているのであれば、ロータの前後面での発熱量が等しい場合、前後放熱室間で熱移動が行われ、その間に熱損失を生じていることになる。この点、請求項６のビスカスヒータでは、前後放熱室における熱交換率が同じであることで前後放熱室内の循環流体の温度差がなくなるため、かかる熱損失を生じにくい。
請求項７のビスカスヒータは、請求項１、２、３、４、５又は６記載のビスカスヒータにおいて、第１ポート及び第２ポートは同一面に形成されていることを特徴とする。
請求項７のビスカスヒータでは、第１ポート及び第２ポートが同一面に形成されており、製造が容易であるとともに、車両等への搭載性に優れている。
請求項８のビスカスヒータは、請求項７記載のビスカスヒータにおいて、第１ポート及び第２ポートは隣接されていることを特徴とする。
請求項８のビスカスヒータでは、第１ポート及び第２ポートが隣接されており、車両等への搭載性に一層優れている。
【図面の簡単な説明】
図１は実施形態１のビスカスヒータの縦断面図である。
図２は実施形態１のビスカスヒータの横断面図である。
図３は実施形態１のビスカスヒータに係り、循環水の流れを示す模式図である。
図４は実施形態２のビスカスヒータの縦断面図である。
図５は実施形態２のビスカスヒータに係り、循環水の流れを示す模式図である。
図６は変形形態１のビスカスヒータに係り、分流部の断面図である。
図７は変形形態２のビスカスヒータに係り、分流部の断面図である。
図８は変形形態３のビスカスヒータに係り、分流部の断面図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、各請求項記載の発明を具体化した実施形態１、２を図面を参照しつつ説明する。
（実施形態１）
実施形態１のビスカスヒータは請求項１、７、８を具体化している。
このビスカスヒータでは、図１に示すように、前部ハウジング１、後部プレート２及び後部ハウジング本体３が後部プレート２と後部ハウジング本体３との間にガスケット４を介し、各々積層された状態で複数本の通しボルト５により締結されている。そして、前部ハウジング１の後端面に凹設された凹部は後部プレート２の平坦な前端面とともに発熱室７を形成している。また、後部プレート２の後端面と後部ハウジング本体３の内面とが発熱室７に隣接する後部放熱室としての後部ウォータジャケットRWを形成している。
後部ハウジング本体３の後面の外域には、図２に示すように、外部の図示しない暖房回路から循環流体としての循環水を取り入れる第１ポートとしての入水ポート８と、循環水を暖房回路へ送り出す第２ポートとしての出水ポート９とが隣接して形成され、入水ポート８と出水ポート９とは後部ウォータジャケットRWに連通されている。こうして、このビスカスヒータでは、入水ポート８及び出水ポート９が同一面において隣接して形成されているため、製造が容易であるとともに、車両への搭載性に優れている。
後部プレート２の後端面では中央域に円柱状の凸部2aが突設され、入水ポート８と出水ポート９との間には凸部2aから一径方向に延在する隔壁2bが突設されている。また、後部プレート２の後端面では、入水ポート８近傍から出水ポート９近傍まで凸部2a回りに円弧状に延在する４条の立壁からなるフィン2c〜2fが軸方向に突設されている。これた凸部2a、隔壁2b及び各フィン2c〜2fの先端は、図１に示すように、後部ハウジング本体３の内面と当接されている。このため、このビスカスヒータでは、後部プレート２と後部ハウジング本体３との直接接触で熱が伝達しやすい。
また、前部ハウジング１には発熱室７に隣接して軸封装置10及び軸受装置11が設けられ、これら軸封装置10及び軸受装置11を介して駆動軸12が回動可能に支承されている。駆動軸12の後端には発熱室７内で回動可能な平板形状のロータ13が圧入されている。発熱室７の壁面とロータ13の外面との間隙には粘性流体としてのシリコンオイルが介在されている。こうして、このビスカスヒータでは、前部ハウジング１に発熱室７と軸受装置11との間で軸封装置10が設けられているため、シリコンオイルが外部に漏れるおそれがない。駆動軸12の先端にはボルト14によりプーリ15が固定され、プーリ15は車両のエンジンによりベルトで回転されるようになっている。
車両の暖房装置に組み込まれたこのビスカスヒータでは、駆動軸12がプーリ15を介してエンジンにより駆動されれば、発熱室７内でロータ13が回動するため、シリコンオイルが発熱室７の壁面とロータ13の外面との間隙でせん断により発熱する。この発熱は後部ウォータジャケットRW内の循環水に熱交換され、加熱された循環水が暖房回路で車両の暖房に供されることとなる。
このとき、循環水は、図３に示すように、入水ポート８から後部ウォータジャケットRWの後方から見て右側の部屋RW_Rに取り入れられ、凸部2a、隔壁2b及び各フィン2c〜2fによって仕切られた５本のルートで後部ウォータジャケットRWの後方から見て左側の部屋RW_Lに辿り、出水ポート９から暖房回路へ送り出される。こうして、このビスカスヒータでは、各フィン2c〜2fにより後部ウォータジャケットRWを構成する壁面の表面積が比較的大きくなっているとともに、入水ポート８から取り入れられた循環水が後部ウォータジャケットRW内を周方向で循環し、出水ポート９から外部の暖房回路へ送り出されるため、後部ウォータジャケットRW内で循環水の短絡や滞留を生じるおそれがなく、十分な熱交換を確実に行うことができる。
したがって、このビスカスヒータは、十分な熱交換が可能である。
なお、プーリ15の代わりに電磁クラッチを用いて駆動軸12の断続駆動を行ってもよい。
（実施形態２）
実施形態２のビスカスヒータは請求項１〜８を具体化している。
このビスカスヒータでは、図４に示すように、カップ状の前部ハウジング本体21内に前部プレート22及び後部プレート23が収納され、前部ハウジング本体21の端部にＯリング25を介して板状の後部ハウジング本体24がボルト26により接合されている。
前部プレート22の後端面に凹設された凹部は後部プレート23の平坦な前端面とともに発熱室27を形成し、発熱室27周りにはＯリング28が設けられている。また、前部プレート22には中心部に後述するフィン22cと一体のボス22dが突設され、ボス22dの外周面には前部ハウジング本体21との間にＯリング29が設けられ、前部プレート22の前端面と前部ハウジング本体21の内面とが発熱室27の前部に隣接する前部放熱室としての前部ウォータジャケットFWを形成している。他方、後部ハウジング本体24にも中心部にボス24aが突設され、ボス24aの外周面には後部プレート23の後述するフィン23cとの間にＯリング30が設けられ、後部プレート23の後端面と後部ハウジング本体24の内面とが発熱室27の後部に隣接する後部放熱室としての後部ウォータジャケットRWを形成している。
前部プレート22の周囲には支持壁22fが軸方向前方に突出され、支持壁22fには後述する入水ポート31と連通する開口22eと、出水ポート32（図５参照）と連通する図示しない同様の開口とが径方向に貫設されている。他方、後部プレート23の周囲にも支持壁23fが軸方向後方に突出され、支持壁23fにも入水ポート31と連通する開口23eと、出水ポート32と連通する図示しない同様の開口とが径方向に貫設されている。開口22e、23eに挟まれた前部プレート22及び後部プレート23の縁部が分流部40を構成しており、この分流部40には入水ポート31側に非抵抗形状としての面取り22h、23hが形成されている。出水ポート32と連通する開口周りも同様である。
また、前部プレート22の前端面には支持壁22fの内方において軸回りに円弧状に延在する３条の立壁からなるフィン22a〜22c（但し、フィン22cはリング状に形成されてボス22dと一体になっている。）が前部ウォータジャケットFW内において軸方向に突設されている。他方、後部プレート23の後端面にも支持壁23fの内方において軸回りに円弧状に延在する３条の立壁からなるフィン23a〜23c（但し、フィン23cはリング状に形成されている。）が後部ウォータジャケットRW内において軸方向に突設されている。これら各フィン22a〜22c、23a〜23cの先端は、前部ハウジング本体21の内面又は後部ハウジング本体24の内面とは当接されていない。このため、このビスカスヒータでは、前部プレート22から前部ハウジング本体21へと直接熱が伝達しにくく、また後部プレート23から後部ハウジング本体24へと直接熱が伝達しにくいため、ハウジングから外部への熱の放出が少ない。また、各フィン22a〜22c、23a〜23cにより、各ウォータジャケットFW、RWの各流路（特定順路）は、その各流路幅が外周側ほど拡張されている。また、これら各フィン22a〜22cと各フィン23a〜23cとの表面積は等しくされている。
さらに、後部プレート23と後部ハウジング本体24との間にはフィン23cの内面と後部ハウジング本体24とにより貯留室SRが形成されており、後部プレート23にはこの貯留室SRと連通する供給孔23g及び図示しない回収孔が前後に貫設されている。
前部ハウジング本体21の周面の上方には、外部の図示しない暖房回路から循環流体としての循環水を取り入れる第１ポートとしての入水ポート31と、循環水を暖房回路へ送り出す第２ポートとしての出水ポート32（図５参照）とが隣接して形成され、入水ポート31と出水ポート32とは開口22e、23e等を介して前部及び後部ウォータジャケットFW、RWに連通されている。こうして、このビスカスヒータでは、入水ポート31及び出水ポート32が同一面において隣接して形成されているため、製造が容易であるとともに、車両への搭載性に優れている。
また、前部プレート22のボス22d内には軸封装置内蔵の軸受装置33が設けられ、前部ハウジング21には軸受装置34が設けられ、これら軸受装置33、34を介して駆動軸35が回動可能に支承されている。駆動軸35の後端には発熱室27内で回動可能な平板形状のロータ36が圧入され、ロータ36には連通孔36aが前後に貫設されている。発熱室27の壁面とロータ36の外面との間隙には粘性流体としてのシリコンオイルが介在されている。駆動軸35の先端には実施形態１と同様に図示しないプーリが固定され、プーリは車両のエンジンによりベルトで回転されるようになっている。
このビスカスヒータでは、図５に示すように、入水ポート31から取り入れられた循環水を分流部40が前部ウォータジャケットFWと後部ウォータジャケットRWとに等しく分流する。この際、分流部40に面取り22h、23hが形成されていることから、通路内の圧力損失が小さく、暖房回路全体の循環流体の流速を落としにくくなっている。そして、循環水は、開口22e、23eを経て前部ウォータジャケットFWと後部ウォータジャケットRWとに等しく分流される。この後、分流された循環水は各フィン22a〜22c、23a〜23cによってそれぞれほぼ等しい速度で前部及び後部ウォータジャケットFW、RW内を循環し、出水ポート32から外部の暖房回路に送り出される。この場合、ロータ36の外周域において発熱が著しく行われるが、流路幅が拡張された外周域の流路においては、その拡大された表面積により発熱量に見合った熱交換を行うことが可能になる。
したがって、このビスカスヒータにおいても、効果的な熱交換が可能である。他の作用及び効果は実施形態１と同様である。
（変形形態１）
変形形態１のビスカスヒータでは、図６に示す分流部41を採用している。この分流部41には入水ポート31側に非抵抗形状としての円弧22i、23iが形成されている。出水ポート32と連通する開口周りも同様である。他の構成は実施形態２と同様である。
この変形形態１のビスカスヒータにおいても実施形態２と同様の作用及び効果を奏することができる。
（変形形態２）
変形形態２のビスカスヒータでは、図７に示す分流部42を採用している。この分流部42には入水ポート31側に非抵抗形状としてのテーパ22j、23jが形成されている。出水ポート32と連通する開口周りも同様である。他の構成は実施形態２と同様である。
この変形形態２のビスカスヒータにおいても実施形態２と同様の作用及び効果を奏することができる。
（変形形態３）
変形形態３のビスカスヒータでは、図８に示す分流部43を採用している。この分流部43は開口22e、23eに挟まれる前部プレート22及び後部プレート23の一部を外周方向に突出させることにより形成され、この分流部43には入水ポート31側に非抵抗形状としてのテーパ22k、23kが形成されている。出水ポート32と連通する開口周りも同様である。他の構成は実施形態２と同様である。
この変形形態３のビスカスヒータにおいても実施形態２と同様の作用及び効果を奏することができる。

Claims (8)

1. 内部に発熱室及び該発熱室に隣接して循環流体を循環させる放熱室を形成するハウジングと、該ハウジングに軸受装置を介して回動可能に支承された駆動軸と、該発熱室内で該駆動軸により回動可能に設けられたロータと、該発熱室の壁面と該ロータの外面との間隙に介在され、該ロータの回動により発熱される粘性流体とを有するビスカスヒータにおいて、
   前記ハウジングには、前記放熱室内に突出して該放熱室を構成する壁面の表面積を拡大するとともに、第１ポートから取り入れられて第２ポートから外部の暖房回路に送り出す前記循環流体を特定順路で循環させるフィンが形成されていることを特徴とするビスカスヒータ。
2. フィンはハウジングの一壁面側から突出し、該フィンの先端は該ハウジングの他壁面側に当接されていないことを特徴とする請求項１記載のビスカスヒータ。
3. フィンは順路方向に延在する複数本の立壁からなり、各該立壁によって分岐される放熱室内の流路は、その各流路幅が外周側ほど拡張されていることを特徴とする請求項１又は２記載のビスカスヒータ。
4. 放熱室は、発熱室の前部に隣接する前部放熱室と、該発熱室の後部に隣接する後部放熱室とからなり、第１ポートから取り入れられた循環流体は該前部放熱室と該後部放熱室とに等しく分流されることを特徴とする請求項１、２又は３記載のビスカスヒータ。
5. ハウジングには、循環流体を前部放熱室及び後部放熱室に分流させる分流部が設けられ、該分流部は非抵抗形状を有していることを特徴とする請求項４記載のビスカスヒータ。
6. 前部放熱室及び後部放熱室内におけるフィンの表面積は等しいことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載のビスカスヒータ。
7. 第１ポート及び第２ポートは同一面に形成されていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載のビスカスヒータ。
8. 第１ポート及び第２ポートは隣接されていることを特徴とする請求項７記載のビスカスヒータ。

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