JP2015028336A - エンジン冷却水のリザーバタンク - Google Patents

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Abstract

【課題】エンジンの冷却水を冷却するラジエタに付設されるリザーバタンクにおいて、従来気泡が発生しやす問題があった。気泡は、冷却性能の低下の原因になる。本発明は、リザーバタンク内における気泡の発生を抑制することを目的とする。
【解決手段】円筒形の気液分離室11を設けて、その底部に流入口16と流出口17を鉛直方向同じ高さ位置に配置する。これにより、流入した冷却液が液面に滴下することがなくなるので気泡Vの発生を抑制することができる。また、旋回流の発生により気泡Vが液面中心に集められて分離される。集められた気泡Vは消滅する。
【選択図】図5

Description

この発明は、車両のエンジンの冷却水を冷却するラジエタに付設される密閉式のリザーバタンクに関する。
車両のエンジン(内燃機関)を冷却する冷却水の循環経路において、エンジンにより加熱された冷却水を冷却するラジエタには冷却水を一時的に貯留しておくためのリザーバタンクが付設されている。通常、このリザーバタンク30は、図10に示すように樹脂製の小形タンクで冷却水の流入口31と流出口32と、冷却水補充用の補充口33を供えている。流入口31と流出口32には冷却水循環用のホース34,35が接続され、補充口33にはキャップ36が取り付けられて気密に塞がれている。キャップ36には必要に応じて大気(外気)と連通する調整弁が設けられている。冷却水の循環は、エンジン側の循環ポンプ37の作動により強制的になされる。
このリザーバタンク30については、従来上部に設けた流入口31から冷却水を滴下させる際に気泡Vが発生しやすい問題があった。また、気泡Vは流速が速くなるほど発生しやすくなる。循環用ホース34内で発生した気泡V0がそのままリザーバタンク30内に流入する場合もある。冷却水中に発生した気泡Vがリザーバタンク30から流出路32、ホース35を通ってそのまま循環経路中に循環されると、空気は水に比べて熱容量が小さいため例えば冷却性能の低下の原因となる。このため、リザーバタンク30内の冷却水について気泡Vの発生を抑制するための工夫が必要になる。
実開平5−33804号公報 実開昭63−111903号公報 実開昭62−109709号公報 実開昭60−21306号公報 特開2002−85905号公報 特開2006−305525号公報 特開2008−309135号公報 特開2013−139894号公報
従来、簡易な気液分離装置として上記の特許文献に開示された技術が公知になっているが、係る技術をエンジン冷却水のリザーバタンク30に適用したとしても気泡Vそのものの発生を抑制することは困難であった。本発明は、車両のエンジン冷却水のリザーバタンクについて、気泡の発生をより確実に抑制できるようにすることを目的とする。
上記の課題は下記の発明により解決される。第1の発明は、車両のエンジンの冷却水を貯留するためのリザーバタンクであって、冷却水の流入口と流出口を底部に備えたリザーバタンクである。第1の発明によれば、冷却水の流入口と流出口がいずれも当該リザーバタンクの底部に位置している。貯留された冷却水の水面の高さは流出口の高さに一致するか若しくは高くなることから、流入口は貯留された冷却水の水面の高さに一致するか若しくは低い位置に位置している。このことから、流入口を経て流入する冷却水が貯留された冷却水の水面に滴下されることがなくなり、これにより当該リザーバタンク内における気泡の発生そのものが抑制される。
第2の発明は、第1の発明において、内部に円筒形状の気液分離室を備え、この気液分離室の底部に冷却水の流入方向を当該気液分離室の接線方向とする流入口を設けて、流入した冷却水の旋回流を発生させる構成としたリザーバタンクである。第2の発明によれば、当該リザーバタンク内における気泡の発生そのものが抑制されることに加えて、旋回流により気泡が水面中心に集められて消滅することにより気泡の循環が抑制される。
第3の発明は、第2の発明において、気液分離室内に、上部に至るほど径が小さくなる円筒形状を有するセパレータを設置し、流入口を経てセパレータ内に流入した冷却水を当該セパレータの内壁に沿って旋回させつつ上昇させて気泡を分離する構成としたリザーバタンクである。第3の発明によれば、流入口よりの流速が低い場合においても、強い旋回流を発生することができる。
第4の発明は、第3の発明において、セパレータの上部に旋回流及び気泡を噴出させる開口部を設けたリザーバタンクである。第4の発明によれば、旋回しつつ上昇する冷却水が開口部から噴出される。気泡は、セパレータの内部において旋回流の中心に集められて消滅する。気泡が消滅して分離された状態の旋回流が開口部から噴射され連通孔を通り流出口から流出される。セパレータは、上部ほど小径となる円錐形状を有している。流入口を経てセパレータ内に流入した冷却水は、セパレータの内壁面に沿って流れて旋回流となる。第4の発明によれば、寄り付きが自然に上昇する方向に開口部があるので、気泡が集まって消滅しやすくなるようにすることができる。
第5の発明は、第2の発明において、流入口から流入した冷却水を当該気液分離室の内壁に沿って旋回させつつ上昇させるための気液分離板を供えたリザーバタンクである。第5の発明によれば、仮に気泡を含んだ状態で流入した冷却水は、気液分離室内において気液分離板により旋回しつつ上昇して流出口から遠ざかる上方に案内されることにより、気泡が流出口付近から効率よく分離され、これにより気泡の循環が抑制される。また、旋回流により水面中心に集められた気泡は消滅する。
第6の発明は、第2又は第3の発明において、内部に気液分離室に加えて貯留室を備えたリザーバタンクである。貯留室と気液分離室を区画する円筒形の区画壁の上部と下部に冷却水を気液分離室と貯留室との間で流出入させるための連通孔を備えている。第6の発明によれば、気液分離室で気泡が分離された状態の冷却水を貯留室に貯留しておくことができる。これにより、当該リザーバタンクの貯留能力を高めることができる。
本発明の第1実施形態に係るリザーバタンクを備えたエンジン回りの概略図である。 本発明の第1実施形態に係るリザーバタンクの斜視図である。 本発明の第1実施形態に係るリザーバタンクの縦断面図である。 本発明の第1実施形態に係るリザーバタンクの横断面図である。 本発明の第1実施形態に係るリザーバタンクであって気液分離室の底部付近の斜視図である。 本発明の第2実施形態に係るリザーバタンクの斜視図である。 第2実施形態に係るリザーバタンクの縦断面図である。 第2実施形態に係るリザーバタンクの横断面図である。 セパレータの別形態を示す図である。 従来のリザーバタンクの縦断面図である。
次に、本発明の第1実施形態を図1〜図5に基づいて説明する。図1に示すように本実施形態に係るリザーバタンク10は、車両1のエンジン2を冷却するために循環される冷却水を貯留しておくためのタンクで、ラジエタ3に併設されている。ラジエタ3を経由しない一部の冷却水がこのリザーバタンク10内に流入して貯留される。逆に、循環ポンプ6の作動により、リザーバタンク10内から冷却水が流出してエンジン2に供給される。
本実施形態のリザーバタンク10が図2以下に単体で示されている。このリザーバタンク10は、内部に気液分離室11と貯留室12を備えている。図示するようにリザーバタンク10の前側は、半円柱形に成形されている。リザーバタンク10の内部には、前側の半円柱形状に対応して断面半円形の区画壁13が設けられている。図4に示すようにこの区画壁13により前側に円筒形状の気液分離室11が区画されている。気液分離室11の後ろ側に貯留室12が区画されている。
気液分離室11の上部に補充口14が設けられている。補充口14は通常圧力時にはキャップ15により気密に塞がれている。キャップ15を取り外して気液分離室11内に冷却水を補充することができる。
気液分離室11の底部には、流入口16と流出口17が設けられている。流入口16と流出口17は、気液分離室11の前部から前方へ突き出す状態に設けられている。流入口16と流出口17はそれぞれホース4,5(図1参照)を経てラジエタ3の経路に接続されている。ラジエタ3を経由しない一部の冷却水は、図示左側の流入口16を経て気液分離室11内に流入する。逆に、循環ポンプ6の作動により、図示右側の流出口17を経て気液分離室11内の冷却水がエンジン2側に供給される。
気液分離室11の内部には、2つの気液分離板18,19が設けられている。図4に示すように2つの気液分離板18,19は、平面的に見て相互に円対称となる位置に配置されている。2つの気液分離板18,19は、時計回り方向へ徐々に上昇する方向に傾斜している。また、2つの気液分離板18,19は、気液分離室11の円形内壁面に沿ってらせん状に湾曲して設けられている。左側の気液分離板18の下方に流入口16が位置している。また、右側の気液分離板19の上昇端の下方に流出口17が位置している。
図5に示すように流入口16から流入した冷却水は、気液分離室11の内壁面に沿って流れて、全体として時計回り方向の旋回流となる。旋回流となって流れる冷却水の一部が右側の気液分離板19に案内されて上昇流となり、残余の冷却水が左側の気液分離板18に案内されて同じく上昇流となる。このように、流入口16から流入した冷却水が時計回り方向に旋回しつつ上昇流となる。このため、流入口16を経て仮に気泡Vを含んだ冷却水が流入した場合であっても、気泡Vは旋回流とともに上方へ流される。気泡Vを含んだ冷却水が旋回流となって上昇することにより、気泡Vが水面の渦の中心に集められる。旋回流中の気泡Vが冷却水の水面に集められることから、流出口17からは気泡Vが除去された冷却水が流出される。
図3に示すように区画壁13の上端部と下端部にはそれぞれ連通孔13a,13bが設けられている。上下の連通孔13a,13bを経て前側の気液分離室11と後ろ側の貯留室12が連通されている。気液分離室11に貯留室12が併設されていることにより、気液分離室11内で気泡Vが分離された冷却水を貯留室12内に貯留しておくことができ、これにより当該リザーバタンク10が大容量化されている。
以上のように構成したリザーバタンク10によれば、冷却水の流入口16と流出口17が気液分離室11の底部に同じ高さ位置(鉛直方向について同じ高さ)で設けられている。このため、流入口16は気液分離室11内の冷却水の水面よりも低い位置に位置することから、流入口16から流入した冷却水が貯留された冷却水の水面に滴下されることがなくなり、これにより当該リザーバタンク10内における気泡Vの発生そのものが抑制される。
また、気液分離室11の底部には気液分離板18,19が設けられている。この気液分離板18,19によれば、流入口16から流入した冷却水が気液分離室11の内壁に沿って旋回しつつ上昇して流出口17から遠ざかる方向に案内される。このため、流入した冷却水に仮に気泡Vが含まれている場合であっても、気泡Vは冷却水の上昇流により水面中心に集められて冷却水から効率よく分離される。
このように流入口16と流出口17が同じ高さ位置に配置されることにより気泡Vの発生そのものが抑制され、また気液分離板18,19により発生する旋回流により気泡Vが効率よく分離されることから、流出口17から流出する冷却水中の気泡Vをより確実に抑制することができ、これにより冷却性能を向上させることができる。
以上説明した実施形態には種々変更を加えることができる。例えば、2つの気液分離板18,19を設けた構成を例示したが、これに代えて1つ又は3つ以上の気液分離板を設けることもでき、1つのらせん状の気液分離板を設けることもできる。
また、気液分離板18,19は省略してもよい。さらに、流出口17は気液分離室11以外の場所であってもよい。このような配置であっても、円筒形の気液分離室11の側部(中心から外れた位置)に流入口16を設けて接線方向に冷却水を流入させれば内壁面に沿った旋回流を発生させることができることから、気泡Vを水面中心に集めて効率よく分離することができる。
さらに、気液分離板18,19を省略しても、流入口16と流出口17が鉛直方向同じ高さ位置に配置されることにより、流入した冷却水の水面への滴下がなくなることから、気泡Vの発生を抑制することができる。
また、流入口16と流出口17を左右入れ替えた配置としてもよい。さらに、流入口16と流出口17をともに前部に並列に設けた構成を例示したが、一方又は双方を気液分離室11の左右側部に設ける構成、若しくは流入口16と流出口17の一方又は双方を貯留室12に設ける構成としてもよい。
図6〜図8には、別形態の気液分離板を備えた第2実施形態に係るリザーバタンク20が示されている。第1実施形態と同様の部材及び構成については同位の符号を用いてその説明を省略する。第2実施形態のリザーバタンク20の内部は、区画壁13によって気液分離室22と貯留室23に区画されている。第2実施形態のリザーバタンク20は、前記第1実施形態におけるスロープ形の気液分離板18,19に代えて円錐形(椀形)の気液分離板(セパレータ21)を備えている。第1実施形態と同じくセパレータ21は、気液分離室22内に設置されている。また、第1実施形態と同じく区画壁13の上部と下部には、それぞれ気液分離室22と貯留室23を連通するための連通孔13a,13bが設けられている。
セパレータ21は、上側ほど小径となる概ね円錐形で椀を伏せたような形状を有している。セパレータ21の上端部には、上方へ向けて開口する開口部21aが設けられている。セパレータ21の下端部は、リザーバタンク20の底部に隙間なく結合されている。
リザーバタンク20の前面左側に流入口24が設けられている。リザーバタンク20の前面右側に流出口25が設けられている。流入口24と流出口25はいずれもリザーバタンク20のほぼ底部の高さに設けられている。流入口24は、セパレータ21の内周側に開口されている。流入口24を経てセパレータ21の内周側に冷却水が流入される。第2実施形態のリザーバタンク20も前記第1実施形態と同じくキャップ15を備える補充口14が上面に設けられている。
第2実施形態に係るリザーバタンク20によっても、流入口24を経てセパレータ21の内周側(気液分離室22内)に流入した冷却水は、当該セパレータ21の内壁面に沿って流れて全体として時計回り方向の旋回流となる。セパレータ21が上部ほど小径となる円錐形(椀形)を有していることから旋回流は徐々に上昇流となる。このように、流入口24から流入した冷却水が気液分離室22内において旋回しつつ上昇する。上昇する旋回流は開口部21aを経て当該セパレータ21の外部(気液分離室22内)に放出される。このため、流入口24を経て気泡Vを含んだ冷却水が流入しても、気泡Vは旋回流とともに上方に流されつつ水面において旋回流(渦)の中心に集められる。気泡Vが冷却水の水面において旋回流の中心に集められることから、気泡Vが除去された状態の冷却水が気液分離室22から連通孔13aを経て貯留室23に流入し、さらに連通孔13bを経て流出口25から流出される。
以上のように構成した第2実施形態のリザーバタンク20によれば、第1実施形態と同じく流入口24と流出口25がほぼ底部の高さに配置されていることから、流入口24から流入した冷却水がタンク内の水面に滴下されることがなく、これにより気泡Vの発生そのものが抑制される。
また、第2実施形態のリザーバタンク20によれば、気液分離板として上部側ほど小径となる円錐形(椀形)のセパレータ21が用いられている。このため、セパレータ21は、上部側ほど流路面積が小さくなっている。この点、第1実施形態では、旋回流の流路面積は一定になっている。この第2実施形態に係る円錐形のセパレータ21によれば、旋回流の流速は上昇するほど速くなることから、結果として第1実施形態よりもスムーズに旋回流を発生させることができ、これにより気泡Vの分離を効率よく行うことができる。セパレータ21により旋回流が効率よく発生して気泡Vの分離が効率よくなされることから、流出口25から流出される冷却水中の気泡Vを確実に抑制することができ、これにより冷却水の冷却性能を向上させることができる。
上記第2実施形態のセパレータ21にはさらに変更を加えることができる。第2実施形態では、上部側ほど小径となる概ね円錐形を有し、径の変化率が異なる結果下部側が側方へ大きく膨らんだ椀形のセパレータ21を例示したが、例えば、図9に示すように上部側ほど小径となる概ね円錐形を有し、径の変化率が一定である結果内壁面が一定の角度で傾斜するセパレータ26に変更してもよい。このセパレータ26の上部にも上方へ向けて開口する開口部26aが設けられている。
1…車両
2…エンジン
3…ラジエタ
4,5…ホース
6…循環ポンプ
10…リザーバタンク
11…気液分離室
12…貯留室
13…区画壁、13a,13b…連通孔
14…補充口
15…キャップ
16…流入口
17…流出口
18,19…気液分離板(第1実施形態)
20…リザーバタンク(第2実施形態)
21…セパレータ(気液分離板)、21a…開口部
22…気液分離室
23…貯留室
24…流入口
25…流出口
26…セパレータ(気液分離板)、26a…開口部
V,V0…気泡
30…従来のリザーバタンク

Claims (6)

  1. 車両のエンジンの冷却水を貯留するためのリザーバタンクであって、前記冷却水の流入口と流出口を底部に備えたリザーバタンク。
  2. 請求項1記載のリザーバタンクであって、内部に円筒形状の気液分離室を備え、該気液分離室の底部に、前記冷却水の流入方向を当該気液分離室の接線方向とする流入口を設けて、流入した冷却水の旋回流を発生させる構成としたリザーバタンク。
  3. 請求項2記載のリザーバタンクであって、前記気液分離室内に、上部に至るほど径が小さくなる円筒形状を有するセパレータを設置し、前記流入口を経て該セパレータ内に流入した冷却水を当該セパレータの内壁に沿って旋回させつつ上昇させて気泡を分離する構成としたリザーバタンク。
  4. 請求項3記載のリザーバタンクであって、前記セパレータの上部に旋回流及び気泡を噴出させる開口部を設けたリザーバタンク。
  5. 請求項2記載のリザーバタンクであって、前記流入口から流入した冷却水を当該気液分離室の内壁に沿って旋回させつつ上昇させるための気液分離板を備えたリザーバタンク。
  6. 請求項2又は5記載のリザーバタンクであって、内部に前記気液分離室に加えて貯留室を備え、該貯留室と前記気液分離室を区画する円筒形の区画壁の上部と下部に前記冷却水を前記気液分離室と前記貯留室との間で流出入させるための連通孔を備えたリザーバタンク。
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