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

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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