説明

熱交換器

【課題】冷却媒体をバイパスさせる機能を有しながらも、コンパクトな構成のもとで、バイパス通路の開閉のみならず、開弁位置および閉弁位置以外の中間位置での流量制御を可能とした熱交換器を提供する。
【解決手段】積層コア3と、積層コア3に対する流入口および流出口として機能する通流口と、それらの通流口に対する接続フランジ部15,16を有するバイパス管路12と、流入ポート13および流出ポート14と、バイパス管路12の開閉を含む流量調整を司るソレノイド22駆動の流量調整弁20とを備える。バイパス管路12と流量調整弁20およびソレノイド22の三者がバイパス配管ユニット4として予めユニットされていて、接続フランジ部15,16をもって積層コア3側の通流口に着脱可能に接続される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、熱交換器、例えばエンジン冷却系の冷却媒体(冷却水)を利用してトランスミッションの作動油等を冷却するいわゆるオイルクーラとして用いられる熱交換器の改良に関するものである。
【背景技術】
【0002】
この種のオイルクーラとして、オイルクーラ自体に冷却水のバイパス通路を付設するとともに、そのオイルクーラに冷却媒体である冷却水を流入させるか、あるいは流入させずにバイパスさせるか、を選択的に切り換えるバルブを付設したものが特許文献1にて提案されている。
【0003】
また、同種のものとして、オイルクーラ自体にオイルのバイパス通路を付設するとともに、そのオイルクーラに被冷却媒体であるオイルを流入させるか、あるいは流入させずにバイパスさせるか、を選択的に切り換えるバルブを付設したものが特許文献2にて提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2003−286846号公報
【特許文献2】特公平3−79637号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、これらの特許文献1,2に記載された技術では、サーモスタットにより弁体を作動させてバイパス通路を開閉する方式であるため、開弁位置および閉弁位置以外の中間位置では積極的な流量制御が行えず、高機能化の上でなおも改善の余地を残している。
【0006】
そして、開弁位置および閉弁位置以外の中間位置で積極的な流量制御を行おうとすると、オイルクーラとは独立した電磁弁等の流量制御弁を含むバイパス回路をオイルクーラと並列に設ける必要があることから、回路構成が大型且つ複雑になり、占有スペースの増大化とコストアップを招くこととなって好ましくない。
【0007】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、冷却媒体をバイパスさせる機能を有しながらも、コンパクトな構成のもとで、バイパス通路の開閉のみならず、開弁位置および閉弁位置以外の中間位置での積極的な流量制御を可能とした熱交換器を提供しょうとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
請求項1に記載の発明は、複数のプレートを積層してあることで熱交換器の本体部として機能する積層コアと、上記積層コアのうちプレート積層方向の外面に開口形成されて、この積層コアの内部を通して相互に連通している冷却媒体の流入口および流出口と、上記積層コアの内部を迂回するべく上記冷却媒体の流入口および流出口とを連通させるとともに、それらの流入口および流出口に対する接続口を両端部に有するバイパス管路と、上記バイパス管路に形成された冷却媒体の流入ポートおよび流出ポートと、上記バイパス管路の開閉を含む流量調整を司る流量調整弁と、外部からの指令により上記流量調整弁の操作を行うアクチュエータと、を備えている。そして、上記接続口のほか流入ポートおよび流出ポートを含むバイパス管路と、流量調整弁、およびアクチュエータの三者がバイパス配管ユニットとして予めユニットされていて、このバイパス配管ユニットがバイパス管路の両端部の接続口をもって積層コア側の流入口および流出口に着脱可能に接続されるようになっていることを特徴とする。
【0009】
より具体的には、請求項2に記載のように、上記バイパス管路の両端部の接続口は、流入口および流出口に連通する開口部を有する接続フランジ部として形成されていて、この接続フランジ部を積層コアに着座させた上でボルト締めにて着脱可能に接続するようになっているものとする。
また、上記流量調整弁は、請求項3に記載のように、ソレノイドをアクチュエータとするスプールバルブタイプのものまたはモータをアクチュエータとするロータリーバルブタイプのものとする。
【0010】
したがって、少なくとも請求項1に記載の発明では、流量調整弁がバイパス通路の開閉機能とその開閉位置以外の中間位置での積極的な流量調整機能とを有していて、しかもその流量調整弁を含んだバイパス配管ユニットが積層コアに対して着脱可能に接続されているので、回路構成の極端な大型化や複雑化を招くことなしに、実質的に熱交換器単体の状態で所期の目的を達成することができる。すなわち、熱交換器単体の状態で、バイパス通路の開閉のみならずとその開閉位置以外の中間位置での積極的な流量調整を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、積層コアに対して着脱可能に接続されたバイパス配管ユニットがバイパス通路の開閉機能のみならずその開閉位置以外の中間位置での積極的な流量調整機能とを有しているので、バイパス回路機能を有する熱交換器としてコンパクトにまとめることができ、占有スペースの増縮小化とコスト低減を図ることができる。
【0012】
また、バイパス配管ユニットは積層コアから独立した着脱可能なものとして予めユニット化されているので、そのバイパス配管ユニットにおける構成部品同士の組み立ても容易に行える。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明に係る熱交換器がオイルクーラとして用いられるエンジン冷却系の概略を示す説明図。
【図2】本発明に係る熱交換器の第1の実施の形態としてオイルクーラの構造を示す斜視図。
【図3】図2の要部を破断した斜視図。
【図4】図2の積層コアにおける要部断面説明図。
【図5】図2の積層コアにおけるオイルの流れを示す説明図。
【図6】図2の積層コアにおける冷却水の流れを示す説明図。
【図7】本発明に係る熱交換器の第2の実施の形態としてオイルクーラの構造を示す斜視図。
【図8】図7の要部を破断した斜視図。
【図9】図8の状態から弁体を回転変位させた状態を示す斜視図。
【図10】図8の状態から弁体を回転変位させた別の状態を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【0014】
図1は本発明に係る熱交換器がオイルクーラ1として用いられるエンジン冷却系の概略説明図である。すなわち、図1のオイルクーラ1は、エンジンの冷却水を冷却媒体として用いて例えばトランスミッションの作動油を冷却する機能を有するものである。なお、図1中は「T/C」はターボチャージャーを示す。
【0015】
図2は本発明に係る熱交換器の第1の実施の形態として上記オイルクーラ1の単体での斜視図を示し、また図3は図2の一部を破断したときの斜視図をそれぞれ示している。
【0016】
このオイルクーラ1は、大別して、比較的板厚の大きなベースプレート2と、そのベースプレート2の上に固定されてオイルクーラ1の本体部として機能する積層コア3と、その積層コア3の上に配置されたバイパス配管ユニット4とから構成される。ベースプレート2には複数の取付穴5が形成されており、その取付穴5に挿入される図示外の複数のボルトにて相手側となる構造体に固定される。
【0017】
上記積層コア3は、例えば図4に示すように、多数のエンボス部6aが形成された浅皿状のエンボス付きコアプレート6と、エンボス部が形成されていない浅皿状のコアプレート7と、そのコアプレート7に収容されるコルゲート状のフィンプレート8とを多段にわたって積層した上で、各プレート6,7,8同士をろう付け接合したいわゆるハウジングレス構造のもので、フィンプレート8が収容された空間が冷却されるべき被冷却媒体であるオイルの通路R1として機能し、フィンプレート8が収容されてない空間が冷却媒体である冷却水の通路R2として機能することになる。なお、ベースプレート2のほか、積層コア3を形成している各プレート6,7,8はいずれもアルミニウム製のものである。
【0018】
そして、図5に示すように、積層コア3の最下段のベースプレート2にはオイル流入ポート9aとオイル流出ポート9bとが形成されていて、オイル流入ポート9aから流入したオイルは、図5の矢印で示すように、積層コア3の内部のオイル通路R1を通流した上で、オイル流出ポート9bから流出することになる。
【0019】
上記のような積層コア3の内部のオイル通路R1をオイルが通流する際に、それと並行して、後述するように積層コア3の内部の冷却水通路R2を冷却水が通流することから、積層コア3の内部での熱交換作用にオイルが冷却水にて冷却されることになる。
【0020】
図2,3に示すように、積層コア3の上面における対角線上の二箇所には、冷却水の通流口10a(図8参照)が開口形成された着座フランジ部10と、冷却水の通流口11a(図8参照)が開口形成された着座フランジ部11とがそれぞれに接合固定されている。これらの通流口10a,11a同士は、図4に示した積層コア3の内部の冷却水通路R2を通して相互に連通している。なお、上記のように図8を援用しているのは、該当する部位の構造が後述する図8と共通しているためである。
【0021】
上記積層コア3の上面に配置されることになるバイパス配管ユニット4は、図2,3の平面視にて略L次状に屈曲した断面円形のバイパス管路12の一部に冷却媒体である冷却水の流入ポート13と流出ポート14とを接続したもので、バイパス管路12の両端には接続口として着座フランジ部10,11側の通流口10a,11aと合致する開口部15a,16aを有する接続フランジ部15,16がそれぞれに形成されている。そして、その接続フランジ部15,16は積層コア3側の着座フランジ部10,11と同形状のものであることから、各接続フランジ部15,16を相手側となる着座フランジ部10,11に着座させた上でボルト17を締め込むことで、そのバイパス管路12が積層コア3側の通流口10a,11aと接続されている。
【0022】
バイパス管路12の一部には一対の大径部18a,18bが形成されているとともに、その大径部18a,18bにおいて弁作用をなすスプール19がスライド可能に内挿されている。これによってバイパス管路12の一部がバルブボデイを兼ねていて、このバルブボデイに挿入されたスプール19を弁体とするいわゆるスプールバルブタイプの流量制御弁20が形成されている。スプール19には各大径部18a,18bに相当する位置に大径のランド部21a,21bが形成されていて、このスプール19がバイパス管路12の端部に固定されたアクチュエータとしてのソレノイド22にて進退駆動されるようになっている。なお、ソレノイド22は周知のように外部からの通電指令により作動する。
【0023】
そして、図3では大径部18aにおいてバイパス管路12が開いている一方、大径部18bにおいてバイパス管路12が閉じられていて、逆に図3の状態からスプール19を右方向にスライドさせれば、大径部18aにおいてバイパス管路12が閉じられる一方で、もう一方の大径部18bおいてバイパス管路12が開くようになっている。さらに、図3の状態から図中左方向にスプール19をスライドさせれば、大径部18aにてバイパス管路12を開いたままで、同時に大径部18bでもバイパス管路12を開くことが可能となっている。このように、流量調整弁20は大径部18a,18bでの二者択一的な開閉動作だけでなく、双方の大径部18a,18bにおいて同時にその通路を開くことも可能であり、さらには開位置と閉位置との間の中間位置での開度調整、ひいては流量調整も可能となっている。
【0024】
以上の説明から明らかなように、バイパス管路12と、そのバイパス管路12に挿入されたスプール19を主要素とする流量調整弁20、およびスプール19を進退駆動させるためのアクチュエータとしてのソレノイド22の三者は、積層コア3から独立したバイパス配管ユニット4として予め仮組みされてユニット化またはモジュール化されていて、図2,3に示すように、それぞれの接続フランジ部10,11にて複数のボルト17を締め込むことで積層コア3の上面に着脱可能に固定される。
【0025】
このように構成されたオイルクーラ1によれば、図2,3の流入ポート13からバイパス管路12内に冷却水が流入することから、同図のように一方の大径部18aにおいてバイパス管路12が開いていて、他方の大径部18bにおいてバイパス管路12が閉じられていれば、冷却水は積層コア3の内部に流入することなく、流出ポート14から流出するだけであり、バイパス管路12が本来の機能を発揮するとになる。
【0026】
他方、積層コア3側に積極的に冷却水を流入させる場合には、スプール19をスライド動作させて、一方の大径部18aにおいてバイパス管路12を閉じるとともに、他方の大径部18bにおいてバイパス管路12が開くものとする。こうすることにより、流入ポート13からバイパス管路12内に流入した冷却水は、図8の通流口10aを流入口として積層コア3内に流入して、先に述べたような熱交換作用にて冷却された上で、同じく図8の通流口11aを流出口として再びバイパス管路12側に戻された上で、流出ポート14から流出することになる。この積層コア3内での冷却水の流れを図6に矢印で示している。
【0027】
このように本実施の形態のオイルクーラ1によれば、ソレノイド22駆動の流量制御弁20を有するバイパス配管ユニット4がオイルクーラ1の本体部として機能する積層コア3に付帯していて、オイルクーラ1単独の状態でバイパス機能を発揮することができる。
【0028】
図7は本発明に係る熱交換器の第2の実施の形態としてオイルクーラ31の斜視図を示し、オイルクーラ31の本体部として機能する積層コア3については先の図2,3のものと同様であるので、共通する部分に同一符号を付して重複する説明は省略するものとする。また、図8は図7の一部を破断したときの斜視図をそれぞれ示している。
【0029】
図7,8の第2の実施の形態では、積層コア3の上面に配置されるバイパス配管ユニット32の構造のみが異なっていて、上記積層コア3の上面に配置されることになるバイパス配管ユニット32は、略アーチ状に屈曲した断面円形のバイパス管路33の一部に、冷却媒体である冷却水の流入ポート34と流出ポート35とを形成したものと理解することができる。バイパス管路33の両端には、図8に示すように、接続口として着座フランジ部10,11側の通流口10a,11aと合致する開口部36aまたは37aを有する接続フランジ部36,37がそれぞれに形成されている。この接続フランジ部36,37は積層コア3側の着座フランジ部10,11と同形状のものであることから、各接続フランジ部36,37を相手側となる着座フランジ部10,11に着座させた上で、ボルト38を締め込むことで、そのバイパス管路33が積層コア3側の通流口10a,11aと接続されている。
【0030】
バイパス管路33の一端は栓体であるプラグ39にて閉塞されているとともに、バイパス管路33の中間部、すなわち流入ポート34の軸線と流出ポート35の軸線とが交差する部分にはロータリーバルブタイプの流量調整弁40が介装されている。この流量調整弁40は、バイパス管路33と一体に形成されたバルブボデイ41内に回動可能な弁体42を収容した上で、バルブボデイ41の両端をカバープレート43,44にて閉止したものである。弁体42は、図8から明らかなように、有底円筒状またはカップ状の弁体素材における円筒面の一部を切除した形状のものと理解することができる。そして、一方のカバープレート43は先の流入ポート34と一体に形成されているのに対して、他方のカバープレート44にはアクチュエータとしてのステッピングモータ45が装着されていて、このステッピングモータ45の起動により弁体42が回転してその開閉が行われることになる。なお、ステッピングモータ45は周知のように外部からの通電指令により起動する。
【0031】
そして、この流量調整弁40では、図8に示すように、流入ポート34からプラグ39側へ向かう流路を閉じたり、あるいは、図9に示すように、流入ポート34から直接流出ポート35に向かう流路を閉じたりすることができる。さらには、図10に示すように、流入ポート34からプラグ39側へ向かう流路と、流入ポート34から直接流出ポート35に向かう流路を共に開くこともできる。このように、流量調整弁40は二者択一的な開閉動作だけでなく、上記双方の流路を同時に開くことも可能であり、さらには開位置と閉位置との間の中間位置での開度調整、ひいては流量調整も可能となっている。
【0032】
以上の説明から明らかなように、バイパス管路33と、そのバイパス管路33に介装されて弁体42を主要素とする流量調整弁40、および弁体42を回転変位させるためのアクチュエータとしてのステッピングモータ45の三者は、積層コア3から独立したバイパス配管ユニット32として予め仮組みされてユニット化またはモジュール化されていて、図7,8に示すように、それぞれの接続フランジ部36,37に複数のボルト38を締め込むことで積層コア3の上面に着脱可能に固定される。
【0033】
このように構成されたオイルクーラ31によれば、その基本的機能は先の第1の実施の形態のものと同様であって、図8の流入ポート34からバイパス管路33内に冷却水が流入することから、同図のようにその流入ポート34からプラグ39側に向かう流路が閉じられていれば、冷却水の一部が積層コア3の内部に流入することはあっても積極的に循環することはなく、冷却水の大部分は流出ポート35から流出するだけであり、バイパス管路33が本来の機能を発揮するとになる。
【0034】
他方、積層コア3側に積極的に冷却水を流入させる場合には、図9に示すように、流入ポート34から直接流出ポート35に向かう流路を閉じるものとする。こうすることにより、流入ポート34からバイパス管路33内に流入した冷却水は、通流口11aを流入口として積層コア3内に流入して、先に述べたような熱交換作用にて冷却された上で、同じく図9の通流口10aを流出口として再びバイパス管路33側に戻された上で、流出ポート35から流出することになる。なお、積層コア3内での冷却水の流れは図6と全く同様である。
【0035】
また、図10に示すように、必要に応じて弁体42を中立位置とすれば、実質的に図8の状態と図9の状態を併存させることも可能となる。
【0036】
この第2の実施の形態のオイルクーラ31においても、先の第1の実施の形態のものと同様の効果が得られることになる。加えて、この第2の実施の形態のオイルクーラ31によれば、その平面視において積層コア3の上に配置されたバイパス配管ユニット32の要素の大部分が積層コア3の投影面積内に納まっているので、占有面積が小さく、スペース効率に優れる利点がある。
【符号の説明】
【0037】
1…熱交換器としてのオイルクーラ
3…積層コア(本体部)
4…バイパス配管ユニット
10a…通流口(流入口または流出口)
11a…通流口(流出口または流入口)
12…バイパス管路
13…流入ポート
14…流出ポート
15…接続フランジ部(接続口)
16…接続フランジ部(接続口)
19…スプール(弁体)
20…流量調整弁
22…ソレノイド(アクチュエータ)
31…熱交換器としてのオイルクーラ
32…バイパス配管ユニット
33…バイパス管路
34…流入ポート
35…流出ポート
36…接続フランジ部(接続口)
37…接続フランジ部(接続口)
40…流量調整弁
42…弁体
45…ステッピングモータ(アクチュエータ)

【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のプレートを積層してあることで熱交換器の本体部として機能する積層コアと、
上記積層コアのうちプレート積層方向の外面に開口形成されて、この積層コアの内部を通して相互に連通している冷却媒体の流入口および流出口と、
上記積層コアの内部を迂回するべく上記冷却媒体の流入口および流出口とを連通させるとともに、それらの流入口および流出口に対する接続口を両端部に有するバイパス管路と、
上記バイパス管路に形成された冷却媒体の流入ポートおよび流出ポートと、
上記バイパス管路の開閉を含む流量調整を司る流量調整弁と、
外部からの指令により上記流量調整弁の操作を行うアクチュエータと、
を備えていて、
上記接続口のほか流入ポートおよび流出ポートを含むバイパス管路と、流量調整弁、およびアクチュエータの三者がバイパス配管ユニットとして予めユニットされていて、
このバイパス配管ユニットがバイパス管路の両端部の接続口をもって積層コア側の流入口および流出口に着脱可能に接続されるようになっていることを特徴とする熱交換器。
【請求項2】
上記バイパス管路の両端部の接続口は、流入口および流出口に連通する開口部を有する接続フランジ部として形成されていて、
この接続フランジ部を積層コアに着座させた上でボルト締めにて着脱可能に接続するようになっていることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
【請求項3】
上記流量調整弁は、ソレノイドをアクチュエータとするスプールバルブタイプのものまたはモータをアクチュエータとするロータリーバルブタイプのものであることを特徴とする請求項1または2に記載の熱交換器。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公開番号】特開2012−7826(P2012−7826A)
【公開日】平成24年1月12日(2012.1.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−145058(P2010−145058)
【出願日】平成22年6月25日(2010.6.25)
【出願人】(000151209)株式会社マーレ フィルターシステムズ (159)
【Fターム(参考)】