JP2007262905A - 車両用蓄熱タンク - Google Patents

Abstract

【課題】タンク本体の大巾な低コスト化及び部品の簡素化を図ると共に、タンク内の温水の効率的な排出が可能な車両用蓄熱タンクを提供する。
【解決手段】車両の冷却水回路系中に設けられる車両用蓄熱タンクのタンク本体１が、樹脂製のケースよりなっていて、そのケースの外周全体を断熱材５で覆っている。タンク本体内には、複数の仕切り板４が交互に位置をづらして、タンク内に蛇行状の流通路が形成される。タンク本体の下部には入口パイプ２が、またタンク本体の上部には出口パイプ３が各々取り付けられていて、入口パイプから流入した冷水が、タンク本体内の温水を押し上げて出口パイプ３から温水を排出する。なお、固定式の仕切板に代えて、可動式混合防止板６にしてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の冷却水回路中に設けられ、エンジン冷却水を保温貯蔵する車両用蓄熱タンクに関する。

車両の水冷式内燃機関（エンジン）の暖機促進を図る冷却系装置として、エンジンから流出するエンジン冷却水を保温貯蔵する蓄熱タンクを冷却水回路に配設し、蓄熱タンク内に貯蔵された高温の冷却水をエンジンに導入してエンジンの暖機促進を図るものが提案されている。即ち、この冷却系装置は車両の通常運転時において、エンジンより発生する余剰熱をエンジンの冷却水系に組み込まれた蓄熱タンクに蓄えることにより、車両始動時等にエンジンや車両室内を暖めるものである。
この様に車両用蓄熱タンクは、エンジンの余剰熱を有効利用し、車両の運転において全体的な観点から燃料消費の低減を図るように使用できる。

このような蓄熱タンク１０は、一般に蓄熱タンク本体を成すステンレス製の内筒タンク１１と、同じくステンレス製の外筒タンク１２とを具備しており、内筒タンクと外筒タンクとの間の空間が略真空に保たれることにより断熱された２重断熱タンク構造となっている。内筒タンクと外筒タンクとは開口部において溶接等によって固着されており、この開口部に流入側流路１３と流出側流路１４とが設けられたボディバルブ１５が挿入され、挿着されている。

しかしながら、このような蓄熱タンク１０においては、蓄熱タンクから温水を排出するために、流入側流路１３から冷水を入れて流出側流路１４から温水を排水させようとしても、取り入れた冷水の一部が短絡してそのまま流出側流路から排出してしまい、蓄熱した温水を有効に取り出すことか難しいという問題があった。このため特許文献１では、図４に示すようにボディバルブ１５の流出側流路１４に接続して、蓄熱タンク１０内を垂直に伸びたセンターパイプ１６と、蓄熱された温水と流入した冷水との混合を防止する混合防止板１７を蓄熱タンク内に設けたものが知られている。

このような従来の蓄熱タンクは、２重タンク構造のうえ、混合防止板１７、センターパイプ１６及びバルブボディ１５等で構成されているため、かなり高価な物になるという問題がある。
また、特許文献２では、真空断熱に代えて、内筒タンクと外筒タンクとの間に金属よりも熱伝導率が低い断熱材を充填することによって断熱を図っているが、この蓄熱タンクも基本的に２重タンク構造となっているため、十分なコスト削減ができないという問題がある。また、基本的にタンクの形状が円筒状に限定され、場合によっては車両搭載のためのスペース効率が悪いという問題がある。

特開２００３−８０９２９号公報 特開２００４−３１７０４４号公報

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、タンク本体の大幅な低コスト化、部品の簡素化が図れると共に、車両内の設置スペースの形状に合わせた構造とすることができ、省スペース化が可能な車両用蓄熱タンクを提供することである。
また、本発明の別の目的は、タンク内の温水を効率的に排出することが可能な車両用蓄熱タンクを提供することである。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の車両用蓄熱タンクを提供する。
請求項１に記載の車両用蓄熱タンクは、車両の冷却水回路系中に設けられていて、タンク本体１が樹脂製ケースよりなり、このケースの外周全体を断熱材５で覆うようにしたものであり、これにより、従来の２重タンク構造に比べて、コストを低減することができる。また、車両内の設置スペースの形状に合わせて蓄熱タンクを形成することができ、省スペース化を図ることができる。

請求項２の車両用蓄熱タンクは、タンク本体１が直方体形状又は直方体の一部を切り欠いた形状であると共に、タンク本体１内部を多段パスとする複数枚の仕切り板４をタンク本体１内部に設け、流体の主流方向を１８０°転向させて蛇行状に流れるようにしたものであり、これにより、タンク本体１内に流入する冷水が、仕切り板４により細分化された空間をターンしながらタンク本体１内の温水を押し上げ、温水をタンク本体から排出する。このようにして、冷温水の混ざりにくさ加減を調整することができる。
請求項３の車両用蓄熱タンクは、タンク本体１内部に可動式混合防止板６を設け、流入する流体の水圧変動で可動式混合防止板６を作動し、タンク本体１内の温水を排水するようにしたものであり、これにより、タンク本体１内の温水をタンク本体１内に流入する冷水と混合しないようにして、タンク本体１から温水を効率的に排出することができる。

請求項４の車両用蓄熱タンクは、流体の入口パイプ２をタンク本体１の下方側に、流体の出口パイプ３をタンク本体１の上方側又は下方側に配置するようにしたものであり、これにより、車両の搭載状況により、入口パイプ２及び出口パイプ３の設置位置を或る程度変えることができ、また、タンク本体１内の流体流路の長さを長く確保することが可能となる。
請求項５の車両用蓄熱タンクは、断熱材５の熱伝導率を０．０１（kcal／hm℃）以下としたものであり、これにより、タンク本体１の断熱効果を確保することができる。

以下、図面に従って本発明の実施の形態の車両用蓄熱タンクについて説明する。図１は、本発明の実施の形態の車両用蓄熱タンクの（ａ）タンク本体の斜視図と、（ｂ）タンク本体内の仕切り板の配置を説明する図及び（ｃ）タンク本体の外周に設けられる断熱材を説明する図である。本実施形態の車両用蓄熱タンクは、車両のエンジン冷却水系に具備されて、エンジンの余剰熱を蓄積して、車両の始動時等においてエンジンや車室内等を暖めるために使用される。

車両用蓄熱タンクのタンク本体１は、立方体又は直方体の形状をしており、例えば左右２分割となる樹脂製ケース等より形成されている。タンク本体１の外周全体は、断熱材５で覆われており、これによって車両用蓄熱タンクが断熱構造となっている。タンク本体１の１つの側面の下部には、タンク本体１内へ流体が導入される入口パイプ２が、また同じ側面の上部には、タンク本体１から流体が排出される出口パイプ３が、それぞれ取り付けられている。更にタンク本体１の内部には、複数枚の仕切り板４（図１（ａ）では３枚）が配設され、タンク本体１内部に蛇行状の流通路を形成している。

図２は、タンク本体の形状と入口パイプ及び出口パイプの取付位置を示す各種の変更例が示されている。即ち、図２（ａ）ではタンク本体１が円筒形をしていて、その下面に入口パイプ２が、その上面に出口パイプ３がそれぞれ取り付けられている。図２（ｂ）では、タンク本体１が同じく円筒形であるが、入口パイプ２が周面の下部に、出口パイプ３が周面の上部にそれぞれ取り付けられている。この場合、入口パイプ２と出口パイプ３とは周方向に同一位置であり、同じ方向を向いて取り付けられていて、高さ位置だけが異なっている。図２（ｃ）ではタンク本体１が断面台形の筒形形状をしていて、その下面に入口パイプ２が、その上面に出口パイプ３がそれぞれ取り付けられている。図２（ｄ）ではタンク本体１の形状は、図２（ｃ）と同じであるが、入口パイプ２と出口パイプ３とが同一側面に、単に高さ位置が異なるだけで同一方向を向くように取り付けられている。この場合、入口パイプ２が下方位置にあり、出口パイプ３が上方位置にある。図２（ｅ）もタンク本体１の形状は、図２（ｃ）と同じであるが、入口パイプ２を下面に、出口パイプ３を側面の上方にそれぞれ取り付けている。図２（ｆ）ではタンク本体１が直方体の下側の一部を切り欠いた形状、即ち２つの断面積の異なる直方体を連結したような形状をしていて、入口パイプ２が最下面に、出口パイプ３が上面にそれぞれ取り付けられている。図２（ｇ）ではタンク本体１が図２（ｆ）と同様の形状をしていて、入口パイプ２と出口パイプ３とが、同一側面に、高さ位置だけを異ならせて同一方向を向くように取り付けられている。この場合、入口パイプ２が下方位置にあり、出口パイプ３が上方位置にある。図２（ｈ）ではタンク本体１が図２（ｆ），（ｇ）と同様の形状をしていて、入口パイプ２が最下面に、出口パイプ３が側面の上部にそれぞれ取り付けられている。

車両用蓄熱タンクの各構成要素を更に詳細に説明する。
タンク本体１の形状は、図１（ａ）では、Ｌ（mm）（横）×Ｗ（mm）（縦）×Ｈ（mm）（高さ）よりなる直方体であるが、図２に本発明の変更例（ａ）〜（ｈ）である各種のタンク本体１の形状が示されているように、（ａ），（ｂ）の円筒形、（ｃ），（ｄ），（ｅ）の断面台形の筒形形状、（ｆ），（ｇ），（ｈ）のように直方体の一部を切り欠いた形状（２つの異なる形状の直方体の組み合わせ形状）等の様々な形状が、車両の搭載スペースとの関係で採用可能である。タンク本体１の材質としては、例えば、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリアミド（（ＰＡ）、ナイロン、ナイロン（ＮＹ）６６）等のガラス繊維入りの樹脂材料が適用される。また、タンク本体１の板厚ｔは、１〜３mm程度が好ましい。

タンク本体１に取り付けられる。流体を出し入れする入口パイプ２と出口パイプ３は、車両搭載後のホースの組み付け性を考慮すると、図１（ａ）及び図２（ｂ），（ｄ），（ｇ）に示されるようにタンク本体１のある一面から同一方向に突出して設けられることが望ましい。しかしながら、各車両毎に搭載状況は変わるので、図２（ａ），（ｃ），（ｅ），（ｆ），（ｈ）に示されるように必ずしもタンク本体１の同一面、同一方向でなくてもよい。また、入口パイプ２と出口パイプ３のタンク本体１に取り付ける、高さ方向の位置関係は、図１（ａ）及び図２に示されるように、流体の入口側である入口パイプ２がタンク本体１の下側に、流体の出口側である出口パイプ３がタンク本体１の上側に取り付けられることが望ましい。しかしながら、出口パイプ３をタンク本体１の下側に取り付けてもよい。しかし、その場合は、入口パイプ２からタンク本体１内に入った流体が、そのまま出口パイプ３から排出される（ショートパスする）ようなことがないように、タンク本体１内の入口パイプ２と出口パイプ３の接続口間に仕切り板を直立して設ける等の対策を設ける必要がある。このように、入口パイプ２と出口パイプ３とは、タンク本体１内の液体室の下部に入口が開口し、液体室の上部に出口が開口するように設けられることが望ましい。また、このような開口位置を実現するために、タンク本体１内あるいは壁面に沿って管路を付設してもよい。一方、入口パイプ２を下部に、出口パイプ３を上部に配置した構成は、簡単な構成を可能として、装置を安価に提供することを可能とする。

仕切り板４は、タンク本体１とは別体に形成されてもよいが、製造コスト、組み付け性を考慮すると、タンク本体１と一体に形成されることが好ましい。例えば、図１（ａ）に示されるように、横×縦×高さがＬ×Ｗ×Ｈ（mm）の直方体形状のタンク本体１に適用される仕切り板４は、横（Ｌ−Ａ）×縦（Ｗ）（mm）の長方形状をしている。図１（ｂ）に示されるように下段の仕切り板４ａは、入口パイプ２が取り付けられる位置よりやや上方に、タンク本体１の入口パイプ２（出口パイプ３）側の内面に接触する形で、水平に設置される。従って、タンク本体１の入口パイプ２側の内面と対向する面と下段の仕切り板４ａとの間には、間隙Ａ（mm）が形成される。中段の仕切り板４ｂは、タンク本体１の略中間の高さ位置に、タンク本体１の入口パイプ２（出口パイプ３）側の内面と対向する面に接触するようにして、水平に設置される。従って、タンク本体１の入口パイプ２側の内面と中段の仕切り板４ｂとの間には、間隙Ａ（mm）が形成される。上段の仕切り板４ｃは、出口パイプ３が取り付けられる位置よりやや下方に、タンク本体１の出口パイプ３（入口パイプ２）側の内面に接触するようにして、水平に設置される。従って、タンク本体１の出口パイプ３側の内面と対向する面と上段の仕切り板４ｃとの間には、間隙Ａ（mm）が形成される。なお、仕切り板４の板厚ｔは、１〜３mm程度が好ましい。この実施形態では、仕切り板４ａ，４ｂ，４ｃは、タンク本体１内の液体室を上下方向に多段に分割する。仕切り板４ａ，４ｂ，４ｃは、各段の小液体室を連通する連通路を区画形成している。これらの連通路は、各段の小液体室の水平方向に離れた位置に開口するように位置づけられている。この結果、タンク本体１内には、ＵターンあるいはＷターンとも呼びうる蛇行状あるいは螺旋状の流路が提供される。複数の小液体室は、タンク本体１内での高温液体と低温液体との混合を抑制する。

このようにして、図１（ｂ）に示すように入口パイプ２からタンク本体１内に入った流体は、まず下段の仕切り板４ａに沿って流れ、タンク本体１の入口パイプ２側の内面と対向する面で１８０°流れの方向を変えて（Ｕターンして）、中段と下段の仕切り板４ｂ，４ａ間を流れ、次いでタンク本体１の入口パイプ２側の内面で再び１８０°流れの方向を変えて（Ｕターンして）、上段と中段の仕切り板４ｃ，４ｂ間を流れ、更にタンク本体１の入口パイプ２（出口パイプ３）側の内面と対向する面で再び１８０°流れの方向を変えて（Ｕターンして）、上段の仕切り板４ｃに沿って流れ、出口パイプ３から排出される。このように、入口パイプ２からタンク本体１内に入った流体は、タンク本体１内を蛇行しながら上昇して出口パイプ３から排出される。図１（ａ），（ｂ）においては、仕切り板４の枚数は３枚で、Ｕターンの回数は３回であるが、仕切り板４の枚数を増加し、ターン回数を増やした方が性能上望ましい。仕切り板４の枚数は適宜選択し得るものである。

図１（ａ），（ｂ）に示されている断熱材５は、真空断熱材である。その構造は、芯材部（真空層形成部材）５ｂをラミネートフィルム５ａで真空成形した、１枚のパネル状をしている。しかしながら、断熱効果のある、ポリウレタン、ポリスチレン等の各種の断熱材５を使用してもよい。但し、断熱材５の熱伝導率が、０．０１（kcal／hm℃）以下であることが好ましい。
断熱材５は、図１（ａ）に一点鎖線で示すようにタンク本体１の外周全体を隙間なく覆うことが前提であるが、その覆い方は、例えば袋状（又は箱型プラス蓋でもよい）断熱材５を被せ、テーピング等で密閉するか、又はタンク本体１の各面毎の大きさの断熱材パネルをつなぎ合わせ、テーピングする方法等が利用できる。ひとつの望ましい態様では、フィルム材でラミネートされた真空断熱材は、タンク本体１の各面に対応した大きさ、形状をもって形成される。それら真空断熱材は、タンク本体１の外面を覆うようにタンク本体１の外面に貼り付けられるか、あるいはタンク本体１を包み込むように互いに粘着テープなどで連結される。また、タンク本体１を支持するブラケットは、タンク本体１から真空断熱材に予め設けられた開口部を貫通して延び出して設けられてもよく、タンク本体１を包み込んだ断熱材の外側を締め付け、支持するように設けられてもよい。

上記構成よりなる本実施形態の車両用蓄熱タンクでは、入口パイプ２からタンク本体１内へ流入する流体（冷水）は、仕切り板４ａ，４ｂ，４ｃにより細分化されたタンク内空間をターンしながら（図１（ｂ）の場合は、Ｗターン即ち３回のターン）、タンク内の流体（温水）を押し上げ、出口パイプ３へと導き、更には温水をエンジン又はヒーターへと導く。このように、タンク本体１内に仕切り板４を複数枚設けて、流体の流れをｎ回のターン化することで、従来の混合防止板による冷水と温水との混ざりにくさ加減を調整することができる。
なお、断熱材５は、前回の車両運転中に高温となったエンジン冷却水を貯湯しているタンク本体を保温するために、入口、出口パイプ部を除く外周全体を覆うようにする。

図３は、本発明の別の実施形態の車両用蓄熱タンクの断面図である。先の実施態様では、タンク本体１内に設置する複数枚の仕切り板４はタンク本体１の内面に固定して設けられているが、本実施形態では、固定式の仕切り板４に代えて可動式混合防止板６を用いている。即ち、タンク本体１内に上下に移動可能な可動式混合防止板６が設けられており、この可動式混合防止板６は、タンク本体１の下部に設けられた入口パイプ２から導入される流体（冷水）の水圧によって上方に移動させることで、タンク本体１内の上部に貯留された流体（温水）を出口パイプ３から排出する。

可動式混合防止板６は、タンク本体１内部の断面と略同じサイズをしていて、タンク本体１内の入口パイプ２が取り付けられているすぐ上部に設置する。また、可動式混合防止板６は、中空の薄い箱形状をしていて、その上面板６ａと下面板６ｂには両者の穿孔位置を異ならせた複数の孔６ｃが設けられている。複数の孔６ｃは、タンク本体１内の流体（温水）とタンク本体１内に流入する流体（冷水）とができる限り混合しないように孔６ｃの径、数及び配置間隔等が設定される。これによって、入口パイプ２から流入する流体（冷水）の水圧により、可動式混合防止板６が出口パイプ３側へ移動し、角型状のタンク本体１であっても、タンク内の流体（温水）を効率的に排出することが可能となる。

以上説明したように、従来技術である真空断熱の２重タンクの場合、その品質、性能を確保するため、コストが非常に高かったが、本発明では、タンク自体を樹脂ケース化し、外周全体を断熱材で覆うようにすることにより、車両用蓄熱容器の大巾なコストダウン（約１／４）が可能となる。また、冷水と温水との混ざりにくさ（温水の有効排出量）は、仕切り板の枚数を増やし、流体流れのターン数を増加することにより、従来の性能と同等以上の性能を達成できる。但し、従来の通水抵抗と同等以下の範囲内でのターン数の増加とする。

（ａ）は、本発明の実施の形態の車両用蓄熱タンクの斜視図であり、（ｂ）は、タンク本体内部の仕切り板の配置を説明する図で、（ｃ）は、タンク本体外周に設けられる断熱材を説明する図である。 本発明の車両用蓄熱タンクにおける、タンク本体の形状と入口パイプ及び出口パイプの取付位置を示す各種の変更例（ａ）〜（ｈ）を説明する図である。 本発明の別の実施形態の車両用蓄熱タンクの断面図である。 従来技術の車両用蓄熱タンクの断面図である。

符号の説明

１ タンク本体
２ 入口パイプ
３ 出口パイプ
４ 仕切り板
５ 断熱材
６ 可動式混合防止板

Claims (5)

1. 車両の冷却水回路系中に設けられ、エンジンから流出するエンジン冷却水を保温貯蔵し、この貯蔵した温水を始動時におけるエンジンの暖機又は車室内の暖房等に利用する車両用蓄熱タンクにおいて、
   タンク本体（１）が樹脂製のケースよりなり、該ケースの外周全体を断熱材（５）で覆っていることを特徴とする車両用蓄熱タンク。
2. 前記タンク本体（１）が直方体形状又は直方体の一部を切り欠いた形状であると共に、前記タンク本体（１）内部を多段パスとする複数枚の仕切り板（４）が前記タンク本体（１）内部に設けられていて、流体の主流方向を１８０°転向させて、蛇行状に流れるようにすることを特徴とする請求項１に記載の車両用蓄熱タンク。
3. 前記タンク本体（１）内部に可動式混合防止板（６）を設け、流入流体の水圧変動で前記可動式混合防止板（６）が作動し、前記タンク本体（１）内の温水を排出することを特徴とする請求項１に記載の車両用蓄熱タンク。
4. 前記タンク本体（１）内に流体を導入する入口パイプ（２）を前記タンク本体（１）の下方側に、また前記タンク本体（１）内から流体を排出する出口パイプ（３）を前記タンク本体（１）の上方側又は下方側に配置することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用蓄熱タンク。
5. 前記断熱材（５）の熱伝導率が、０．０１（kcal／hm℃）以下であることを特徴する請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両用蓄熱タンク。

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