JP2007120361A - 液体循環装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体の貯留するタンク等の貯留部を大型化することなく、液体中の気泡を液体から分離できる液体循環装置を得る。
【解決手段】リザーバタンク１２の内側は仕切板４６により滞留部５４とバイパス部５６とに分けられる。パイプ４０を通過してリザーバタンク１２内に戻った冷却水１４は、仕切板４６によって滞留部５４へ向かう冷却水１４とバイパス部５６へ向かう冷却水１４とに分けられる。バイパス部５６に向かう冷却水１４の流量に比べて滞留部５４へ向かう冷却水１４の流量は少なく、しかも、滞留部５４内の冷却水１４の体積はバイパス部５６内の冷却水１４の体積より大きい。これにより、冷却水１４が滞留部５４で滞留し、滞留時に気泡５８が上昇して液面５２で冷却水１４から分離する。
【選択図】図２

Description

本発明は、水冷システム等の液体を循環させる液体循環装置に関する。

冷却水を循環させてエンジンを冷却するエンジン冷却装置の一例が下記特許文献１及び特許文献２に開示されている。特許文献１に開示された構成では、冷却水がラジエータからリザーブタンクに送られることで、リザーブタンク内で冷却水中に含まれる気泡が上昇して液面にて冷却水から分離される。一方、特許文献２に開示された構成では、エンジンからの冷却水がラジエータのアッパタンクの上室に送られる。この上室にて冷却水に含まれる気泡が上昇して液面にて冷却水から分離され、更に、冷却水から分離された液体は冷却水と共にリザーブタンクに送られてリザーブタンクにて大気に開放される。
特開平７−２０８１６２号公報 実開平６−５８１２４号公報

ところで、リザーブタンクやラジエータのアッパタンクの上室における冷却水の流速が速いと、気泡が冷却水の液面に到達する前に冷却水と共に流されてしまい、気泡を冷却水から分離できない。したがって、リザーブタンクやラジエータのアッパタンクの上室の容積を大きくして、リザーブタンクやラジエータのアッパタンクの上室における冷却水の流速を充分に遅くしなくてはならない。しかしながら、リザーブタンクやラジエータのアッパタンクの上室の容積を大きくすることで、リザーブタンクやラジエータが大型化してしまう。

本発明は、上記事実を考慮して、液体の貯留するタンク等の貯留部を大型化することなく、液体中の気泡を液体から分離できる液体循環装置を得ることが目的である。

請求項１に記載の本発明に係る液体循環装置は、液体を貯留する貯留部と、前記貯留部から送られた液体が流れると共に、流れた前記液体を前記貯留部に通す循環路と、前記循環路を流れた前記液体の一部を前記貯留部内で滞留させる滞留手段と、を備えている。

請求項１に記載の本発明に係る液体循環装置によれば、貯留部に貯留された液体が循環路に送られると、循環路を流れて再び貯留部に通される。貯留部に通る液体の少なくとも一部は、滞留手段により貯留部の内部で滞留させられる。このように、液体が貯留部内で滞留していることで、この液体に含まれる気泡は循環路に流されることなく、液面側へ上昇して液面で液体から分離される。

請求項２に記載の本発明に係る液体循環装置は、請求項１に記載の本発明において、前記滞留手段は、前記貯留部の内側を深さ方向液面側と底部側とに仕切り、前記循環路から前記貯留部に通された前記液体を前記液面側と前記底部側とに分け、前記液面側に流れた液体を前記貯留部の内部で滞留させると共に、前記底部側に流れた前記液体を前記循環路に送る仕切部材を備えることを特徴としている。

請求項２に記載の本発明に係る液体循環装置によれば、貯留部の内側は仕切部材により深さ方向液面側と底部側とに分けられる。循環路を流れて貯留部を通る液体は、仕切部材によって液面側に流れる液体と底部側に流れる液体とに分けられる。仕切部材により貯留部の底部側に流れた液体は再び循環路に送られ、液面側に流れた液体は貯留部の内部で滞留させられる。液面側で滞留させられた液体に含まれる気泡は上昇して液面で液体から分離される。

請求項３に記載の本発明に係る液体循環装置は、請求項１に記載の本発明において、前記循環路を流れる前記液体のうち前記貯留部を通る前記液体よりも多くの前記液体が流れ、前記貯留部を介さずに前記循環路に送られる再循環路を備えることを特徴としている。

請求項３に記載の本発明に係る液体循環装置では、循環路を流れる液体の一部は貯留部を通るが、貯留部を通る液体よりも多くの液体が貯留部を通らずに再循環路を通って循環路に戻される。このように、大部分の液体が貯留部を介さずに再循環路から循環路へ流れることで、貯留部内では液体が滞留する。このため、滞留時に液体に含まれる気泡が上昇して液面にて液体から分離される。

以上説明したように、請求項１に記載の本発明に係る液体循環装置では、循環路を流れる液体の気泡を低減できる。

請求項２に記載の本発明に係る液体循環装置では、循環路から貯留部を通る液体が仕切部材により液面側と底部側とに分けられ、液面側に流れた液体が貯留部内で滞留させられるため、液体に含まれる気泡を滞留時に液体から分離でき、これにより、循環路を流れる液体の気泡を低減できる。しかも、貯留部内に仕切部材を設けるだけでよいため、循環路等、貯留部以外の構成は従来のまま適用できるうえ、貯留部が極端に大型化しない。

請求項３に記載の本発明に係る液体循環装置では、貯留部を通るよりも多くの液体が再循環路を通って循環路へ向かうことで貯留部へ戻った液体が貯留部内で滞留するため、液体に含まれる気泡を滞留時に液体から分離でき、これにより、循環路を流れる液体の気泡を低減できる。

＜第１の実施の形態の構成＞
図３には本発明の第１の実施の形態に係る液体循環装置としての水冷システム１０の構成が概略的に示されている。この水冷システム１０は、例えば、ガソリンエンジン等のエンジンと、電力で駆動するモータの双方を駆動源とする所謂ハイブリッド仕様の車両において、エンジンとは別のハイブリッド（電力駆動及び充電）系統の冷却に用いられる。

図３に示されるように、水冷システム１０は貯蔵部としてのリザーバタンク１２を備えている。図２に示されるように、リザーバタンク１２には液体としての冷却水１４が貯蔵されている。また、図１及び図２に示されるように、リザーバタンク１２の底部に形成された底部１６に形成された流出口１８には、循環路を構成するパイプ２０の一端が接続されている。

図３に示されるように、パイプ２０の他端は循環駆動手段としてのウオータポンプ２２のインレットに接続されている。ウオータポンプ２２はエンジンや後述するモータ冷却部３０とは別のモータ等の回転力供給手段の駆動力を受けて回転するインペラ（符号無きものは何れも図示省略）を備えており、インペラが回転するとインレット側で負圧を発生さてパイプ２０内の冷却水１４を吸い込み、ウオータポンプ２２の内部に取り入れる。

ウオータポンプ２２のアウトレットには循環路を構成するパイプ２４の一端が接続されている。上記のように、インペラの回転で液体を内部に吸い込んだウオータポンプ２２は、インペラでアウトレット側へ冷却水１４を送り込み、アウトレットからパイプ２４へ液体を圧送する。パイプ２４の他端は循環路を構成するジェネレータ冷却部２６の冷却水流入口（図示省略）に接続されている。

ジェネレータ冷却部２６は車両に搭載されたエンジンの駆動力で作動して発電する図示しないジェネレータに対応して設けられており、ジェネレータのハウジング等に形成された中空の冷却水通過部やジェネレータの所定部位に設けられたパイプ等により構成されている。ジェネレータ冷却部２６を流れる冷却水１４はジェネレータが作動することでジェネレータにて生じた熱を吸収してジェネレータを冷却できるようになっている。ジェネレータ冷却部２６に形成された冷却水流出口（図示省略）には、循環路を構成するパイプ２８の一端が接続されている。

パイプ２８の他端には、循環路を構成するモータ冷却部３０の冷却水流入口（図示省略）が接続されている。モータ冷却部３０は、ガソリンエンジンと共に車両の駆動源を構成するモータ（図示省略）のハウジング等に形成された中空の冷却水通過部やモータの所定部位に設けられたパイプ等により構成されている。モータ冷却部３０を流れる冷却水１４はモータが作動することでモータにて生じた熱を吸収してモータを冷却できるようになっている。モータ冷却部３０に形成された冷却水流出口（図示省略）には、循環路を構成するパイプ３２の一端が接続されている。パイプ３２の他端は熱交換手段としてのラジエータ３４の冷却水流入口（図示省略）に接続されている。

ラジエータ３４は、図示しないフィンを通過する外気によって冷却水流入口から取り込まれて図示しない金属製のチューブ内を流れる冷却水１４の熱を、図示しないフィンを通過する外気によって冷却する構成で、基本的には従来からのエンジン用の冷却水を冷却するラジエータと同じ構成である。ラジエータ３４に形成された冷却水流出口（図示省略）には、循環路を構成するパイプ３６の一端が接続されており、ラジエータ３４で冷却された冷却水１４はパイプ３６に送られる。パイプ３６の他端は、循環路を構成するインバータ冷却部３８の冷却水流入口（図示省略）に接続されている。

インバータ冷却部３８は車両に搭載されたインバータ・ユニットに対応して設けられており、インバータ・ユニットのハウジング等に形成された中空の冷却水通過部やインバータ・ユニットの所定部位に設けられたパイプ等により構成されている。インバータ・ユニットを構成するインバータは、パワートランジスタ等のスイッチング素子を含めて構成されており、直流電源であるバッテリーからの直流電流を交流電流に変換して、交流電流で作動する上述した車両駆動用のモータを駆動させる。また、上記のジェネレータで生じた交流電流を直流電流に変換してバッテリーに充電する。

インバータ冷却部３８はスイッチング素子が作動することで生じる熱を吸収でき、これにより、インバータが過熱することを防止できる。インバータ冷却部３８に形成された冷却水流出口（図示省略）には、循環路を構成するパイプ４０の一端が接続されている。図２に示されるように、パイプ４０の他端はリザーバタンク１２の側壁４２に形成された流入口４４に接続されている。

一方、図１及び図２に示されるように、リザーバタンク１２の内部には仕切部材として滞留手段を構成する仕切板４６が設けられている。板状に形成された仕切板４６は、一方の端部４８が側壁４２に対向して、他方の端部５０が底部１６に対向するように湾曲している。また、仕切板４６は予め定められた冷却水１４をリザーバタンク１２に貯留すると、流入口４４や仕切板４６が冷却水１４の液面５２によりも底部１６側に位置するように流入口４４の形成位置や、仕切板４６の形状及び設置位置が設定されている。

仕切板４６はリザーバタンク１２の内部を仕切っており、リザーバタンク１２内の仕切板４６よりも液面５２の側は滞留部５４とされており、仕切板４６を介して滞留部５４とは反対側はバイパス部５６とされている。リザーバタンク１２に予め定められた体積以上の冷却水１４をリザーバタンク１２に貯留した状態では、バイパス部５６内の冷却水１４の体積よりも滞留部５４内の冷却水１４の体積が大きくなるように仕切板４６の形状や流出口１８、流入口４４の形成位置等が設定されている。

さらに、仕切板４６の端部４８は流入口４４と対向しており、滞留部５４側での流入口４４の開口面積よりもバイパス部５６側での流入口４４の開口面積が大きくなるように流入口４４を滞留部５４側とバイパス部５６側とに分割している。また、仕切板４６の端部５０は流出口１８と対向しており、滞留部５４側での流出口１８の開口面積よりもバイパス部５６側での流出口１８の開口面積が大きくなるように流出口１８を滞留部５４側とバイパス部５６側とに分割している。

＜第１の実施の形態の作用、効果＞
次に、本実施の形態の作用並びに効果について説明する。

本水冷システム１０では、ウオータポンプ２２が作動してウオータポンプ２２のインペラが回転すると、ウオータポンプ２２のインレット側で負圧が生じ、パイプ２０を介してリザーバタンク１２から冷却水１４がウオータポンプ２２に吸引される。ウオータポンプ２２に吸引された冷却水１４はウオータポンプ２２からパイプ２４に圧送される。パイプ２４に圧送された冷却水１４がジェネレータ冷却部２６を通過することでジェネレータが冷却される。

さらに、ジェネレータ冷却部２６を通過した冷却水１４はパイプ２８を通過してモータ冷却部３０に到達する。モータ冷却部３０に到達した冷却水１４がモータ冷却部３０を通過することでモータが冷却される。モータ冷却部３０を通過した冷却水１４はパイプ３２を通過してラジエータ３４に送られ、ラジエータ３４を構成する金属チューブを冷却水１４が通過する。ラジエータ３４を構成する金属チューブを冷却水１４が通過する際に、ラジエータ３４を構成するフィンの間を通過する外気によってラジエータ３４の金属チューブが冷却され、更に、金属チューブを流れる冷却水１４が冷却される。

ラジエータ３４に冷却された冷却水１４はラジエータ３４からパイプ３６を介してインバータ冷却部３８に送られる。インバータ冷却部３８に送られた冷却水１４がインバータ冷却部３８を通過することでインバータが冷却される。インバータを冷却した冷却水１４はパイプ４０を通過してリザーバタンク１２に戻る（すなわち、パイプ４０を通過した冷却水１４が再度リザーバタンク１２を通る）。すなわち、冷却水１４は図３の矢印Ｗ１方向に循環する。

ところで、上記のように、仕切板４６の端部４８は流入口４４と対向している。したがって、仕切板４６の端部４８よりも下側で流入口４４を通過した冷却水１４はバイパス部５６に流れ込む。また、端部４８よりも上側（液面５２側）で流入口４４を通過した冷却水１４は滞留部５４に流れ込む。

ここで、仕切板４６の端部４８よりもバイパス部５６側での流入口４４の開口面積は、滞留部５４側での流入口４４の開口面積よりも大きい。したがって、バイパス部５６側に比べて滞留部５４側では冷却水１４の単位時間当たりの流入量が少なくなる。さらに、仕切板４６の端部５０よりもバイパス部５６側での流出口１８の開口面積は、滞留部５４側での流出口１８の開口面積よりも大きい。したがって、バイパス部５６側に比べて滞留部５４側では冷却水１４の単位時間当たりの流出量が少なくなる。

すなわち、パイプ４０からリザーバタンク１２を通過してパイプ２０へと冷却水１４は流れるが、リザーバタンク１２内においてはバイパス部５６を通過する冷却水１４よりも滞留部５４を通過する冷却水１４の量が少なくない。しかしながら、バイパス部５６内の冷却水１４の体積よりも滞留部５４内の冷却水１４の体積の方が大きい。このため、滞留部５４に流れ込んだ冷却水１４の流速は滞留部５４内に流れ込んだ冷却水１４の流速よりも充分に遅く滞留部５４内では冷却水１４が滞留する。

このように冷却水１４が滞留することで冷却水１４が流出口１８を通過する前に上昇して液面５２に到達し、冷却水１４から分離される。このようにして、気泡５８の量が効果的に減少した滞留部５４内の冷却水１４は流出口１８を通過する際にバイパス部５６内を通過した冷却水１４に合流し、再び循環する。

このように、本水冷システム１０では、パイプ４０を通過した冷却水１４の大部分はバイパス部５６を通過してパイプ２０へ送られるが、パイプ４０を通過した冷却水１４の一部が滞留部５４に流れ込んで滞留し、これにより気泡５８が分離されるため、リザーバタンク１２内を通過して再び循環する冷却水１４に含まれる気泡５８の量が減少する。

このように、幾度となく冷却水１４を循環させることで冷却水１４に含まれる気泡５８を効果的に減少させることができる。しかも、本水冷システム１０では、リザーバタンク１２に仕切板４６を設けるだけで、滞留部５４内で冷却水１４に滞留を生じさせることができる。このため、気泡５８を冷却水１４から分離できるにも拘わらずリザーバタンク１２が大型化しない。

なお、本実施の形態では、パイプ２０の一端が接続される流出口１８をリザーバタンク１２の底部１６に形成した構成であったが、滞留部５４内の冷却水１４よりもバイパス部５６内の冷却水１４の方が通過しやすいように仕切板４６の形状や流出口１８の形成位置等が設定されていれば、流出口１８の形成位置が底部１６に限定されるものではなく、例えば、リザーバタンク１２の側壁４２であってもよい。

＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態を説明するにあたって、基本的に前記第１の実施の形態と同一の部位に関しては同一の符号を付与してその詳細な説明を省略する。

図５には本実施の形態に係る液体循環装置としての水冷システム８０の構成が概略的に示されており、図４には水冷システム８０の要部の構成が概略的な断面図によって示されている。図４に示されるように、本水冷システム８０は貯留部としてのリザーバタンク８２を備えている。リザーバタンク８２は、基本的に前記第１の実施の形態におけるリザーバタンク１２と同じであるが、リザーバタンク８２は仕切板４６を備えていない点でリザーバタンク１２とは構成が異なる。

また、図４及び図５に示されるように、水冷システム８０は再循環路として滞留手段を構成するパイプ８４を備えている。パイプ８４は一端がパイプ４０の中間部に接続されており、他端がパイプ２０の中間部に接続されている。

以上の構成の本水冷システム８０では、パイプ４０を流れる冷却水１４はパイプ８４側へ流れる冷却水１４とリザーバタンク８２に到達する冷却水１４とに分かれる。これにより、リザーバタンク８２に到達する冷却水１４の量が少なくなり、リザーバタンク８２における冷却水１４の流速が遅くなる。リザーバタンク８２における冷却水１４の流速が遅くなることで冷却水１４がリザーバタンク８２内で滞留する。

このように冷却水１４が滞留することで冷却水１４が流出口１８を通過する前に上昇して液面５２に到達し、冷却水１４から分離される。このようにして、気泡５８の量が効果的に減少したリザーバタンク８２内の冷却水１４は、パイプ２０を通過する際にパイプ８４内を通過した冷却水１４に合流し、再び循環する。

このように、本水冷システム８０では、パイプ４０を流れてリザーバタンク８２に到達する冷却水１４の量が減少することで、リザーバタンク８２で冷却水１４が滞留し、これにより気泡５８が分離されるため、リザーバタンク８２内を通過して再び循環する冷却水１４に含まれる気泡５８の量が減少する。

このように、幾度となく冷却水１４を循環させることで冷却水１４に含まれる気泡５８を効果的に減少させることができる。しかも、本水冷システム１０では、パイプ４０とパイプ２０とをパイプ８４で接続するだけで、リザーバタンク８２内で冷却水１４に滞留を生じさせることができる。このため、気泡５８を冷却水１４から分離できるにも拘わらずリザーバタンク１２が大型化しない。

なお、本実施の形態では、パイプ８４の開口面積に関して特に限定するものではなく、任意に設定してよい。但し、パイプ４０のパイプ８４との接続部分よりもリザーバタンク８２側でのパイプ４０の開口面積よりもパイプ８４の開口面積を大きくすることで、リザーバタンク８２に流れ込む冷却水１４の量を効果的に低減でき、リザーバタンク８２内で冷却水１４を効果的に滞留させることができる。

また、上記の各実施の形態は、仕切部材としての仕切板４６や再循環路としてのパイプ８４を滞留手段としたが、例えば、パイプ４０を通過してリザーバタンク１２、８２内に流れ込む冷却水１４に対向してリザーバタンク１２、８２内に設けられ、リザーバタンク１２、８２内に流れ込む冷却水１４に干渉して冷却水１４の流速を低減させる干渉部材を滞留手段としてもよい。このような構成では、干渉部材によりリザーバタンク１２、８２内での冷却水１４の流速が低減されるので、冷却水１４がリザーバタンク１２、８２内で滞留し、上述した各実施の形態の同様の効果を得ることができる。

さらに、上記の各実施の形態は、本発明をハイブリッド仕様の車両のハイブリッド（電力駆動及び充電）系統の冷却用であったが、本発明がこのようなハイブリッド仕様の車両のハイブリッド（電力駆動及び充電）系統の冷却用に限定されるものではなく、液体を循環させる構成の装置に広く適用できる。

本発明の第１の実施の形態に係る液体循環装置の要部を部分的に破断した斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る液体循環装置の要部の構成を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る液体循環装置の全体構成の概略を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る液体循環装置の要部の構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る液体循環装置の全体構成の概略を示す図である。

符号の説明

１０ 水冷システム（液体循環装置）
１２ リザーバタンク（貯留部）
１４ 冷却水（液体）
２０、２４、２８、３０、３６、４０ パイプ（循環路）
２６ ジェネレータ冷却部（循環路）
３０ モータ冷却部（循環路）
３４ ラジエータ（循環路）
３８ インバータ冷却部（循環路）
４６ 仕切板（仕切部材、滞留手段）
８０ 水冷システム（液体循環装置）
８２ リザーバタンク（貯留部）
８４ パイプ（再循環路、滞留手段）

Claims (3)

1. 液体を貯留する貯留部と、
   前記貯留部から送られた液体が流れると共に、流れた前記液体を前記貯留部に通す循環路と、
   前記循環路を流れた前記液体の一部を前記貯留部内で滞留させる滞留手段と、
   を備える液体循環装置。
2. 前記滞留手段は、前記貯留部の内側を深さ方向液面側と底部側とに仕切り、前記循環路から前記貯留部に通された前記液体を前記液面側と前記底部側とに分け、前記液面側に流れた液体を前記貯留部の内部で滞留させると共に、前記底部側に流れた前記液体を前記循環路に送る仕切部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の液体循環装置。
3. 前記滞留手段は、前記循環路を流れる前記液体のうち前記貯留部を通る前記液体よりも多くの前記液体が流れ、前記貯留部を介さずに前記循環路に送られる再循環路を備えることを特徴とする請求項１に記載の液体循環装置。

Images