JP2021169815A - リザーブタンク - Google Patents
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Abstract
Description
さらに、突出部の内部には冷却水が滞留している。この冷却水の滞留部分は、気液分離部内に形成される冷却水の旋回流を減衰させるように作用する。これにより、冷却水の旋回流の流速が過度に上昇することが抑制されるため、冷却水の旋回流を安定させることができる。結果的に、気泡の発生を抑制することができる。
なお、上記手段、特許請求の範囲に記載の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
<第1実施形態>
はじめに、図1及び図2を参照して、第1実施形態のリザーブタンク10について説明する。リザーブタンク10は、車両に搭載される冷却システムに用いられる。冷却システムは、車両の各部、具体的には内燃機関や補機類に冷却水を循環させることにより、それらを冷却するシステムである。冷却システムでは、ウォーターポンプにより圧送される冷却水が内燃機関等の冷却対象に供給され、冷却対象を冷却する。冷却対象を通過して高温となった冷却水は、ラジエータにおいて冷却されてウォーターポンプに戻り、再びウォーターポンプから送り出される。尚、このような冷却システムの構成としては公知のものを採用することができるため、その具体的な図示や説明については省略する。
気液分離部100は、供給される冷却水を一時的に貯留しながら、冷却水に含まれる気泡を除去するための容器である。気液分離部100は、所定の第1軸線m10を中心に有底円筒状に形成されている。気液分離部100は、その中心軸m10が鉛直方向と平行となるように配置されている。
なお、気液分離部100の上端の開口部分は、図示しないキャップにより閉塞される。キャップには弁が設けられている。内部空間SPの圧力が低い通常時においては、キャップの弁は閉じられており、内部空間SPと外気との間は遮断された状態となっている。内部空間SPの圧力が上昇し所定値を超えると、キャップの弁が開いて、内部空間SPの空気を外部に逃がすことができるようになっている。
図1に示される二点鎖線DL2は、気液分離部100における下限水位を示す線である。リザーブタンク10への冷却水の注水が行われる際には、冷却水の水位が下限水位以上となるように注水量が調整される。突出部110の先端部は、二点鎖線DL2で示される下限水位の位置よりも更に低い位置となっている。このため、突出部110の上端が、冷却水の液面よりも上方に突出することはない。このように、気液分離部100の内部空間SPには、その突出部110よりも上方に位置する部分まで冷却水が貯留される。以下では、気液分離部100の内部空間SPにおいて突出部110よりも上方に位置する部分を「貯留部SS」と称する。
図2に示されるように、このリザーブタンク10では、流入部120に流入した冷却水が矢印AR1で示されるように流入開口部103を通じて気液分離部100の内部に流れる。気液分離部100の内部に流入した冷却水は、環状流路FPに沿って流れることにより、矢印AR2で示されるような旋回流を形成する。旋回流となった冷却水は気液分離部100の内部を上方に向かって流れる。これにより、気液分離部100の貯留部SSには、図1に示されるような冷却水の渦が形成される。また、気液分離部100の内部を流れる冷却水の一部は流出部130を通じて外部に排出される。
さらに、突出部110の内部にも冷却水が存在する。突出部110の内部に存在する冷却水は、貯留部SSの内部に形成される旋回流の影響を受けることなく、突出部110の内部で滞留している。貯留部SSの冷却水は、気液分離部100の内部に形成される冷却水の流れの影響を受けて連れ回りするため、気液分離部100の側壁部102の内周面に沿って旋回する。その一方、突出部110の内部で滞留する冷却水は、貯留部SSを流れる冷却水の旋回流の中央付近の流速を減衰させるように作用する。そのため、図1に示されるように、冷却水の液面SW10に形成される旋回流の界面SW20は、中央が平坦な浅い皿状になる。これにより、仮に流入部120から気液分離部100に流入する冷却水の流量が増加することで環状流路FPを流れる冷却水の旋回速度が速くなった場合であっても、貯留部SSの内部に貯留される冷却水の旋回速度が上昇し難くなる。結果として、冷却水の旋回流を安定させることができるため、旋回流の界面SW20が波打つことにより冷却水が空気を巻き込む現象等が生じ難くなる。よって、冷却水における新たな気泡の発生を抑制することができる。
(1)本実施形態のリザーブタンク10によれば、気液分離部100の内部に冷却水の旋回流が形成されることにより、冷却水に含まれる気泡を除去することができる。また、突出部110の内部に滞留する冷却水により、冷却水の旋回速度の上昇を抑制することができる。これにより、冷却水の旋回流を安定させることができるため、冷却水における新たな気泡の発生を抑制することができる。このように、本実施形態のリザーブタンク10によれば、気泡の発生の抑制機能及び気泡の除去機能のそれぞれを安定的に発揮することができる。
次に、第1実施形態のリザーブタンク10の変形例について説明する。
図4に示されるように、本変形例のリザーブタンク10では、流出部130が、流出開口部104から、第1軸線m10に垂直な方向であって、且つ気液分離部100の外側に向かう方向に延びるように配置されている。この構成によれば、第1実施形態のリザーブタンク10と比較すると、第1軸線m10に沿った方向におけるリザーブタンク10の大型化を回避することができる。
次に、リザーブタンク10の第2実施形態について説明する。以下、第1実施形態のリザーブタンク10との相違点を中心に説明する。
図5及び図6に示されるように、本実施形態のリザーブタンク10では、気液分離部100の底壁部101において環状流路FPの内壁を形成する部分に凹部106が形成されている。凹部106の底部106aは気液分離部100の底壁部101よりも下方に突出するように位置している。凹部106の側壁部には、その内面から外面に貫通するように流出開口部104が形成されている。流出開口部104には流出部130が接続されている。流出部130は、流出開口部104から気液分離部100の底壁部101の外面に沿って延びるように形成されている。
(5)気液分離部100の底壁部101の外面に沿うように流出部130を配置することができるため、第1実施形態のリザーブタンク10と比較すると、第1軸線m10に沿った方向におけるリザーブタンク10の大型化を回避することができる。
次に、第2実施形態のリザーブタンク10の変形例について説明する。
図7に示されるように、本変形例のリザーブタンク10では、流出部130が、流出開口部104から、第1軸線m10に垂直な方向であって、且つ気液分離部100の外側に向かう方向に延びるように配置されている。この構成によれば、流入部120とは反対側の位置に流出部130を配置することが可能となる。
次に、リザーブタンク10の第3実施形態について説明する。以下、第1実施形態のリザーブタンク10との相違点を中心に説明する。
図1に示されるように、リザーブタンク10では、気液分離部100の内部を冷却水が旋回することにより、すり鉢状をなす冷却水の旋回流が形成される。冷却水の液面SW10から、すり鉢状の旋回流の底面までの長さを「界面深さDm」とすると、界面深さDmが長くなるほど、界面SW20の上方に存在する空気が、旋回する冷却水に巻き込まれる現象が発生し易くなることがわかっている。このような空気の巻き込み現象が発生すると、リザーブタンク10における気液分離機能を担保できないおそれがある。そこで、発明者らは、界面深さDmと気泡巻き込み量Baとの関係を実験的に求めることとした。
Ba=0.0006Dm3−0.0707Dm2+2.7644Dm−34.612 (f1)
図8に示される曲線m11は、この式f1を表している。
一方、界面深さDmは、気液分離部100の内部を旋回する冷却水の旋回流速に依存する。具体的には、冷却水の旋回流速が速くなるほど界面深さDmは長くなる。発明者らは、界面深さDmと冷却水の旋回流速vとの関係をシミュレーション解析により求めた。図9は、そのシミュレーション解析により得られた測定結果を丸の点で示したものである。図9に示される全ての点の関係を示す近似式を求めることにより、以下の式f3を得ることができる。
図9に示される直線m12は、この式f3を表している。
ここで、上記の式f2を満たす旋回流速vを式f3により求めれば、リザーブタンク10の気液分離機能を担保可能な旋回流速vを求めることができる。具体的には、旋回流速vが以下の式f4を満足すればよい。
次に、発明者らは、この式f4を満足することが可能な気液分離部100の形状を求めることとした。具体的には以下の通りである。
図1に示されるように、流入部120から気液分離部100の内部に流入した冷却水は、気液分離部100の内周面と突出部110の外周面との間の隙間を旋回しながら流れる。よって、気液分離部100と突出部110との間に形成される隙間の幅Wは冷却水の旋回流速に影響を及ぼすと考えられる。そこで、発明者らは、気液分離部100と突出部110との間に形成される隙間の幅Wと、気液分離部100の内部の冷却水の旋回流速vとの関係をシミュレーション解析により求めた。なお、以下では、隙間の幅Wを「流路幅W」と称する。流路幅Wは、気液分離部100の内径D及び突出部110の外径dに対して、「W=(D−d)/2」なる関係を有している。
v=0.0179W2−0.2881W+1.5272 (f5)
図10に示される曲線m13は、この式f5を表している。
1>0.0179W2−0.2881W+1.5272 (f6)
この式f6を満たす流路幅Wは以下の式f7に示される通りである。
よって、この式f7を満たすように気液分離部100の内径D及び突出部110の外径dを設定することにより、リザーブタンク10の気液分離機能を担保することが可能となる。
なお、上記実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・各実施形態の気液分離部100には仕切壁105が設けられていなくてもよい。
・気液分離部100において液面SW10よりも上方の部分は、第1軸線m10を中心とする円筒状に限らず、例えば矩形筒状に形成されていてもよい。
10:リザーブタンク
100:気液分離部
101:底壁部
103:流入開口部
104:流出開口部
105:仕切壁
106:凹部
110:突出部
120:流入部
130:流出部
Claims (9)
- 所定の軸線を中心に有底筒状に形成される気液分離部(100)と、
前記気液分離部に設けられ、前記気液分離部の内部に冷却水を流入させる流入部(120)と、
前記気液分離部に設けられ、前記気液分離部の内部から冷却水を流出させる流出部(130)と、
前記気液分離部の内部において底壁部(101)から前記所定の軸線に沿って延びるように形成される筒状の突出部(110)と、を備え、
前記気液分離部の内周面と前記突出部の外周面との間に形成される隙間により環状流路(FP)が形成されており、
前記気液分離部の内面において前記流入部に連通される開口部を流入開口部(103)とし、前記気液分離部の内面において前記流出部に連通される開口部を流出開口部(104)とするとき、
前記流出開口部は、前記所定の軸線に沿った方向において前記流入開口部よりも前記気液分離部の底壁部側に配置され、
前記流入開口部は、前記所定の軸線に沿った方向において前記突出部の先端部よりも前記気液分離部の底壁部側に配置され、
前記突出部の先端部において前記突出部の内部空間が前記気液分離部の内部空間に開口している
リザーブタンク。 - 前記所定の軸線を第1軸線とするとき、
前記流入部は、前記第1軸線に対して垂直な第2軸線を中心に筒状に形成されており、
前記第2軸線は、前記第1軸線に対して、前記第1軸線及び前記第2軸線の両方に直交する方向にオフセットしている
請求項1に記載のリザーブタンク。 - 前記環状流路において、前記流入開口部よりも、前記環状流路を旋回する冷却水の流れ方向の上流に位置する部分には、前記環状流路を仕切るように仕切壁(105)が設けられている
請求項1又は2に記載のリザーブタンク。 - 前記気液分離部の底壁部には、凹部(106)が形成され、
前記流出部は、前記凹部から延びるように形成されている
請求項1〜3のいずれか一項に記載のリザーブタンク。 - 前記流出部は、前記凹部から前記気液分離部の底壁部の外面に沿って延びるように形成されている
請求項4に記載のリザーブタンク。 - 前記流出部は、前記凹部から前記気液分離部の外側に向かって延びるように形成されている
請求項4に記載のリザーブタンク。 - 前記流出開口部は、前記気液分離部の底壁部において前記環状流路の内壁を形成する部分に設けられている
請求項1〜3のいずれか一項に記載のリザーブタンク。 - 前記気液分離部の内径を「D」とし、前記突出部の外径を「d」とするとき、前記気液分離部の内径D、及び前記突出部の外径dが、次式
(D−d)/2<13.9[mm]
を満たしている
請求項1〜7のいずれか一項に記載のリザーブタンク。 - 前記気液分離部の内径D、及び前記突出部の外径dが、次式
2.1[mm]<(D−d)/2
を更に満たしている
請求項8に記載のリザーブタンク。
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