JP3824882B2 - 保温タンク - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、保温タンク、例えば、高温のエンジン冷却水をエンジンに供給することで即効的にエンジンを暖機する暖機装置に使用する保温タンクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来には、例えば特開平１０−３０９９３３号公報に開示された保温タンク（これを従来例という）がある。その保温タンクは、エンジン冷却水を貯留可能な断熱構造のタンク本体の口栓部に、通電により発熱可能な電気ヒーターがエンジン冷却水に非接触の状態で組込まれている。電気ヒーターは、口栓部を介して、タンク本体内に流入するエンジン冷却水を加熱する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来例の保温タンクでは、タンク本体内に流入するエンジン冷却水を電気ヒーターで加熱するものであった。
このため、エンジンの停止後、タンク本体内に貯留されたエンジン冷却水の水温は、時間の経過にしたがって徐々に低下するが、そのタンク本体内に貯留されたエンジン冷却水を加熱することができなかった。
【０００４】
本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、タンク本体内に貯留されたエンジン冷却水を効果的に加熱することのできる保温タンクを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、特許請求の範囲の欄に記載された構成を要旨とする保温タンクにより解決することができる。
すなわち、請求項１に記載された保温タンクによると、タンク本体内に貯留されているエンジン冷却水に非接触の状態でタンク本体に配置された電気ヒーターが通電により発する熱により伝熱部材が加熱される。そして、その熱が、伝熱部材を介してタンク本体内に貯留されたエンジン冷却水に効率良く伝導される。このため、タンク本体内に貯留されたエンジン冷却水を効果的に加熱することができる。
また、エンジン冷却水の入口通路及び出口通路を形成する通路形成部材を利用して、電気ヒーター及び伝熱部材をタンク本体に容易に組付けることができる。
【０００６】
また、請求項２に記載された保温タンクによると、ＰＴＣヒーターの発熱量の自己温度制御を利用して、エンジン冷却水を自動的に所定の温度に保つことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施の形態に係る保温タンクを車両用水冷エンジン（エンジンと略す）の暖機装置として利用した場合について述べる。説明の都合上、エンジンの暖機装置の概略を述べた後で、保温タンクを述べる。
【０００９】
図５にエンジンのエンジン冷却水の回路図が示されている。
図５に示すように、エンジン１を含むエンジン冷却回路２には、エンジン冷却水を図５において右回り方向（図５中、矢印Ｙ１参照）に循環させるウォータポンプ４、及び、エンジン冷却水を冷却するラジエータ５が組込まれている。
なお、ウォータポンプ４は、例えば、エンジン１の図示しないクランクシャフトによりベルト伝動機構を介して駆動される。また、ラジエータ５は、電動のクーリングファン６によって冷却される。
【００１０】
上記エンジン冷却回路２において、エンジン１の熱を奪ったエンジン冷却水は、ウォータポンプ４の駆動によってエンジン冷却回路２を循環する（図５中、矢印Ｙ１参照）。その途中において、エンジン冷却水は、ラジエータ５の冷却作用により冷却される。
【００１１】
しかして、前記エンジン冷却回路２には、前記ラジエータ５をバイパスするバイパス回路９が接続されている。
バイパス回路９には、エンジン冷却水をエンジン冷却回路２とは逆方向すなわち図５において右回り方向（図５中、矢印Ｙ２参照）に循環させる電動式のウォータポンプ１１、及び、エンジン冷却水を保温する保温タンク２０が組込まれている。
なお、電動式のウォータポンプ１１は、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵという）１２によって制御される。ＥＣＵ１２は、車両のドア（図示しない）の開動作を検出するドアスイッチ１４のオン（ＯＮ）に基づいて、電動式のウォータポンプ１１を所定の時間だけ駆動させた後に停止する他、エンジン１の運転状況に基づいて電動式のウォータポンプ１１の駆動を制御する。
また、バイパス回路９において、保温タンク２０にエンジン冷却水が流れ込む配管を流入管路９ａといい、保温タンク２０からエンジン冷却水が流れ出す配管を流出管路９ｂという。
【００１２】
次に、保温タンク２０について詳述する。図１に保温タンク２０の正断面図、図２に図１のＩＩ−ＩＩ線断面図、図３にボデーの底面図、図４に図３のＶ部の拡大図が示されている。
図１に示すように、保温タンク２０の主体をなすタンク本体２１は、ほぼ縦形のカプセル形状に形成されている。タンク本体２１は、例えばステンレス製の内側のタンク材２２及び外側のタンク材２３とからなる内外二重構造を有している。
両タンク材２２，２３の下端部の口部（符号省略）は、溶接等によってシール状態に接合され、タンク本体２１の窄んだ口部２４を形成している。
両タンク材２２，２３の相互間には密閉状の隙間２５が形成されている。その隙間２５は、ほぼ真空状態になっている。これにより、断熱構造のタンク本体２１が形成されている。
また、前記タンク本体２１内、詳しくは内側のタンク材２２内の内部空間がエンジン冷却水を貯留する貯留室２６になっている。
【００１３】
図１に示すように、前記タンク本体２１の口部２４には、断熱性の高いすなわち熱伝導性の低い樹脂材料で形成された口栓としてのボデー３０が取付けられている。
前記ボデー３０は、ベース部３１と内側のパイプ部３２と外側のパイプ部３３と入口パイプ部３４と出口パイプ部３５（図２参照）とを有する一体成形品で形成されている。
【００１４】
前記ベース部３１は、ほぼ円板状に形成されている。ベース部３１には、図２及び図３に示すように、外方へ放射状に突出する適数個（例えば４個）の取付片３１ａが形成されている。なお、例えば、取付片３１ａを車両のエンジンルーム内の固定部材（図示しない）にねじ付けることによって、保温タンク２０が車両のエンジンルーム内に設置される。
【００１５】
図１に示すように、前記内側のパイプ部３２は、ベース部３１の中心部上に突出されている。前記内側のパイプ部３２は、前記パイプ本体内（図１において上方）に向かってほぼ円柱管状に延びている。
内側のパイプ部３２内には、図１において上下方向に貫通する管状通路３０ａが形成されている。
【００１６】
図１に示すように、前記内側のパイプ部３２の基端部（図１において下端部）内には、ほぼ円環状のバルブシート３７がほぼ同心状に固定されている。
内側のパイプ部３２の基端部内には、バルブシート３７を開閉する球状弁３８、その球状弁３８をバルブシート３７に押付けるコイルばね等のばね体３９が配置されている。
内側のパイプ部３２における開口端部内には、ばね体３９を支持する蓋板４０がほぼ同心状に固定されている。
なお、バルブシート３７及びばね体３９を主体として、いわゆる逆止弁が構成されている。
【００１７】
図１に示すように、前記外側のパイプ部３３は、前記内側のパイプ部３２より大きい内径をもってほぼ同心状に突出されている。外側のパイプ部３３は、ほぼ有底円筒状に形成されている。
外側のパイプ部３３と内側のパイプ部３２との間にほぼ半環状の環状通路３０ｂが形成されている（図２参照）。
【００１８】
図１に示すように、外側のパイプ部３３の先端面（図１において上端面）は、弁体２８（後述する）を支持する座面３３ａになっている。
外側のパイプ部３３は、前記タンク本体２１の口部２４内にシール材４２を介して密閉状に嵌合されている。
【００１９】
図２及び図３に示すように、前記入口パイプ部３４は、前記ベース部３１より径方向（図２及び図３において右方）へ突出されている。入口パイプ部３４は、前記環状通路３０ｂと外部とを連通する入口通路３０ｃを形成している。
【００２０】
図２及び図３に示すように、前記出口パイプ部３５は、前記ベース部３１より径方向（図２において上方）へ突出されている。出口パイプ部３５は、前記管状通路３０ａと外部とを連通する出口通路３０ｄを形成している。
なお、図２に示すように、出口通路３０ｄは、管状通路３０ａに対し径方向（図２において上下方向）に交差しており、出口パイプ部３５に背く方向（図２において下方）に開口されている。
【００２１】
前記出口パイプ部３５に背く側の出口通路３０ｄの開口部には、水温センサ取付け用金具４５がほぼ同心状に固定されている。水温センサ取付け用金具４５には、水温センサ１６が前記出口通路３０ｄの当該開口部を塞ぐように取付けられる。水温センサ１６は、前記ＥＣＵ１２に対し検出信号を出力可能に接続されている。
【００２２】
しかして、図１及び図２に示すように、前記内側のパイプ部３２と前記外側のパイプ部３３との間には、ほぼ中空円筒状の支持孔４７が形成されている。支持孔４７は、前記入口パイプ部３４に対し相反する位置に設けられている。支持孔４７は、前記環状通路３０ｂに対し隔壁４８により区画されている。なお、支持孔４７の下端部は、ＰＴＣヒーター５５（後述する）を収容する収容空間（符号省略）としてほぼ四角形箱状に開口されている。
【００２３】
前記支持孔４７には、その下端部における収容空間側からほぼ丸棒状の伝熱部材５０が圧入されている。伝熱部材５０は、アルミニウム、銅等の良導体によって形成されている。
図１に示すように、伝熱部材５０のほぼ上半部は、前記外側のパイプ部３３の座面３３ａよりも所定の突出長さをもって前記貯留室２６内へ突出されており、その貯留室２６内のエンジン冷却水に対し接触可能になっている。
伝熱部材５０には、その伝熱部材５０と支持孔４７の壁面との間をシールするＯリング５１が装着されている。
また、伝熱部材５０の下端部には、図４に示すように、径方向（図４において上下方向）に延びる受熱部５０ａが形成されている。受熱部５０ａは、前記支持孔４７の下端部における収容空間内に収容されている。
【００２４】
図１に示すように、前記支持孔４７の下端部における収容空間内には、前記伝熱部材５０の受熱部５０ａを加熱可能な適数個のＰＴＣヒーター５５が組込まれている。本実施の形態では、図４に示すように、前記伝熱部材５０の受熱部５０ａを間に左右２個のＰＴＣヒーター５５が接触状態で組込まれている。
【００２５】
前記ＰＴＣヒーター５５は、通電により発熱可能でかつ前記タンク本体２１に対し貯留室２６内のエンジン冷却水に非接触の状態で配置されている。ＰＴＣヒーター５５は、周知のとおり、正特性（ＰＴＣ）サーミスタの自己温度制御作用を利用したヒーターで、自動的に発熱量が制御され、所定の温度で自己温度制御ができるものである。また、ＰＴＣヒーター５５は、前記ＥＣＵ１２（図５参照）を含むエンジン１の電気回路に対し、常時、ＥＣＵ１２により通電可能に組込まれている。
なお、ＰＴＣヒーター５５は本明細書でいう「電気ヒーター」に相当する。
【００２６】
図１及び図４に示すように、ＰＴＣヒーター５５の＋−（プラスマイナス）の各ターミナル５５ａは、前記ボデー３０に一体形成された通電コネクタ部４９に配線されている。通電コネクタ部４９は、前記入口パイプ部３４と相反する方向（図２及び図３において左方）へ突出されている。通電コネクタ部４９は、給電用のコネクタ（図示しない）を嵌合によって接続可能に形成されている。
また、前記ＰＴＣヒーター５５を組込んだ支持孔４７の下端開口面は、蓋部材４９ａによって閉止されている（図１及び図３参照）。なお、図４の底面図は、蓋部材４９ａ（図１参照）を除去して表わされている。
【００２７】
また、図１に示すように、前記ボデー３０の内側のパイプ部３２には、ほぼ円環板状をなす弁体２８が、ほぼ同心状にかつ軸方向に移動可能すなわち上下動可能に嵌合されている（図１中、二点鎖線２８参照）。弁体２８は、前記内側のパイプ部３２だけでなく、伝熱部材５０に対しても上下動可能に嵌合されている。
【００２８】
前記弁体２８は、図１に実線２８で示される下降位置においては、前記ボデー３０の外側のパイプ部３３の座面３３ａにて支持されることにより、環状通路３０ｂを閉止する。また、弁体２８は、図１に二点鎖線２８で示される上昇位置においては、前記ボデー３０の外側のパイプ部３３の座面３３ａから離れることにより、環状通路３０ｂを開放する。
なお、図１に示すように、前記ボデー３０の内側のパイプ部３２の外周面には、前記外側のパイプ部３３の座面３３ａと同一平面をなす段差面３２ａが形成されている。このため、環状通路３０ｂを閉止する弁体２８は、前記ボデー３０の外側のパイプ部３３の座面３３ａと内側のパイプ部３２の段差面３２ａとによって支持される。
【００２９】
図１に示すように、前記伝熱部材５０には、ほぼ円環板状の抜け防止用金具３６が設けられている。抜け防止用金具３６は、前記弁体２８を内側のパイプ部３２及び伝熱部材５０に嵌合した後に伝熱部材５０に取付けられており、その弁体２８の抜け外れを防止する。
また、図１に示すように、前記タンク本体２１と前記ボデー３０との間には、タンク本体２１の口部２４を取り囲む保温材４４が介在されている。
【００３０】
上記した保温タンク２０において、前記ボデー３０の入口通路３０ｃ（図１及び図２参照）には、前記バイパス回路９の流入管路９ａ（図５参照）が接続される。また、前記ボデー３０の出口通路３０ｄ（図２参照）には、前記バイパス回路９の流出管路９ｂ（図５参照）が接続される。
【００３１】
次に、上記保温タンク２０を備えたエンジン１の暖機装置の作動について、図１及び図５を参照して述べる。
エンジン１（図５参照）の始動時について考える。
なお、エンジン１の始動前においては、エンジン１は冷えているが、保温タンク２０の貯留室２６に貯留されたエンジン冷却水は温まった状態で保温されている。また、電動式のウォータポンプ１１は停止している。
また、図１に示すように、弁体２８は、保温タンク２０のボデー３０における外側のパイプ部３３の座面３３ａ及び内側のパイプ部３２の段差面３２ａ上に位置しており、環状通路３０ｂを閉止している（図１中、実線２８参照）。また、球状弁３８は、ばね体３９の弾性によって閉じている。
【００３２】
エンジン１（図５参照）を始動する前に、車両のドア（図示しない）が開けられることにより、ドアスイッチ１４がオン（ＯＮ）すると、ＥＣＵ１２（図５参照）を介して電動式のウォータポンプ１１が作動される。
これにより、エンジン１を含むバイパス回路９（図５参照）中の冷えたエンジン冷却水（冷水という）が、そのバイパス回路９を循環する（図５中、矢印Ｙ２参照）。
【００３３】
これにともない、前記冷水は、バイパス回路９の流入管路９ａから保温タンク２０の入口通路３０ｃに送られる。その冷水は、保温タンク２０の環状通路３０ｂを通り、弁体２８をその水圧で押し上げて開きながら、貯留室２６内に流入する。
【００３４】
前記貯留室２６内への冷水の流入にしたがい、貯留室２６の温水は、管状通路３０ａをその上端から下方に向かって流下する。そして、その温水の水圧で球状弁３８をばね体３９の弾性を利用して押し下げて開く（図１中、二点鎖線２８参照）。
このため、管状通路３０ａを通ってきた温水は、出口通路３０ｄ（図２参照）へ流出される。その温水は、バイパス回路９の流出管路９ｂを通ってエンジン１に戻される（図５参照）。
これによって、そのエンジン１が即効的に暖機される。このため、エンジン１の始動が容易となり、エミッションの排出量が低下される。
【００３５】
また、所定時間が経過すると、電動式のウォータポンプ１１（図５参照）が停止する。
すると、弁体２８は、重力によって沈下し、保温タンク２０のボデー３０における外側のパイプ部３３の弁面及び内側のパイプ部３２の段差面３２ａ上におさまり、環状通路３０ｂを閉じる（図１中、実線２８参照）。また、球状弁３８は、ばね体３９の弾性によって閉じられる。
【００３６】
その後、エンジン１（図５参照）が始動されると、ウォータポンプ４が作動される。これにより、エンジン冷却回路２中のエンジン冷却水がそのエンジン冷却回路２を循環する（図５中、矢印Ｙ２参照）。このとき、保温タンク２０（図１参照）における球状弁３８が閉じているため、エンジン冷却水が保温タンク２０内へ逆流することがない。
【００３７】
また、エンジン１（図５参照）の運転による発熱によって所定温度以上に加熱されているエンジン冷却水（高温水という）が、前記の冷水の場合と同様に、保温タンク２０の入口通路３０ｃに送られる。その高温水は、貯留室２６内に流入する。
【００３８】
前記貯留室２６内への高温水の流入による弁体２８の開放（図１中、二点鎖線２８参照）にしたがい、貯留室２６の冷水は、管状通路３０ａを流下して、その水圧で球状弁３８を開き、出口通路３０ｄ（図２及び図３参照）へ流出する。その冷水は、バイパス回路９の流出管路９ｂ（図５参照）を通ってエンジン１に戻される。
【００３９】
そして、所定時間が経過すると、電動式のウォータポンプ１１が停止する。すると、前記と同様に、弁体２８は、重力によって沈下して環状通路３０ｂを閉じる（図１中、実線２８参照）。また、球状弁３８は、ばね体３９の弾性によって閉じられる。
上記のようにして、保温タンク２０の貯留室２６に高温水が貯留されて保温される。
【００４０】
そして、エンジン１の停止後、保温タンク２０内に保持されたエンジン冷却水の水温は、時間の経過にしたがって、タンク本体２１の放熱によって徐々に低下する。
ところで、ＰＴＣヒーター５５（図１参照）は、常時、通電される。ＰＴＣヒーター５５が発する熱は、伝熱部材５０の受熱部５０ａを加熱する。その熱は、伝熱部材５０によって、タンク本体２１内の貯留室２６に貯留されたエンジン冷却水に伝導されることにより、そのエンジン冷却水を加熱する。
【００４１】
また、ＰＴＣヒーター５５は、発熱量の自己温度制御を利用して、エンジン冷却水を自動的に所定の温度に保つことができる。すなわち、ＰＴＣヒーター５５は、設定された温度に上昇すると、通電抵抗が急激に上昇することにより、通電量が小さくなって発熱量が低下する。その後、ＰＴＣヒーター５５の熱がエンジン冷却水に伝導され、設定された温度以下に低下すると、通電抵抗が小さくなって発熱量が増大する。このような作用を繰り返すことによって、エンジン冷却水の温度が所定温度以上に保たれる。
【００４２】
上記した保温タンク２０によると、ＰＴＣヒーター５５が通電により発する熱が、伝熱部材５０を介してエンジン冷却水に効率良く伝導される（図１参照）。このため、タンク本体２１内の貯留室２６のエンジン冷却水を効果的に加熱することができる。
【００４３】
なお、従来例（例えば、特開平１０−３０９９３３号公報参照）において、タンク本体内のエンジン冷却水を電気ヒーターで直接的に加熱することが考えられるが、電気ヒーター５５の防水構造が複雑化することにより、信頼性の低下やコストアップを招くため好ましくない。しかし、上記した保温タンク２０によると、タンク本体２１内のエンジン冷却水をＰＴＣヒーター（電気ヒーター）５５で伝熱部材５０を介して間接的に加熱することにより、ＰＴＣヒーター５５の防水構造を簡素化して、信頼性の向上やコストダウンを図ることができる。
【００４４】
また、電気ヒーターとしてＰＴＣヒーター５５を採用したことにより、ＰＴＣヒーター５５の発熱量の自己温度制御を利用して、エンジン冷却水を自動的に所定の温度に保つことができる。
【００４５】
また、エンジン冷却水の入口通路３０ｃ及び出口通路３０ｄを形成するボデー３０（図１参照）を利用して、ＰＴＣヒーター５５及び伝熱部材５０をタンク本体２１に容易に装備することができる（図１参照）。なお、ボデー３０は本明細書でいう「通路形成部材」に相当する。
【００４６】
本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、本発明に係る保温タンク２０は、エンジン１の暖機装置の保温タンク２０のみならず、エンジン１オイル、ミッションオイル又はオートマチックトランスミッションオイル等のエンジン１の始動直後の暖気用熱源としてのエンジン冷却水を保温する保温タンク２０としても使用することが可能である。また、ＰＴＣヒーター５５は、限定されるものではなく、電気抵抗による発熱を利用する電気ヒーターに代えることができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明の保温タンクによれば、電気ヒーターが通電により発する熱が、伝熱部材を介してエンジン冷却水に効率良く伝導されるため、タンク本体内に貯留されたエンジン冷却水を効果的に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかる保温タンクの正断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】ボデーの底面図である。
【図４】図３のＶ部の拡大図である。
【図５】エンジンのエンジン冷却水の回路図である。
【符号の説明】
２０ 保温タンク
２１ タンク本体
３０ ボデー（通路形成部材）
３０ｃ 入口通路
３０ｄ 出口通路
５０ 伝熱部材
５５ ＰＴＣヒーター（電気ヒーター）

Claims (2)

1. エンジン冷却水を貯留可能な断熱構造のタンク本体と、
   通電により発熱可能でかつ前記タンク本体に対しそのタンク本体内に貯留されているエンジン冷却水に非接触の状態で配置された電気ヒーターと、
   良導体で形成され、前記タンク本体に対しそのタンク本体内に貯留されているエンジン冷却水に接触しかつ前記電気ヒーターによって加熱可能に配置された伝熱部材と
   を備え、
   前記タンク本体には、エンジン冷却水の入口通路及び出口通路を形成する通路形成部材が設けられ、
   前記通路形成部材に前記電気ヒーター及び前記伝熱部材が組付けられた
   ことを特徴とする保温タンク。
2. 請求項１に記載の保温タンクであって、
   前記電気ヒーターがＰＴＣヒーターであることを特徴とする保温タンク。

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