JP4591213B2

JP4591213B2 - 冷媒注入口付き配管

Info

Publication number: JP4591213B2
Application number: JP2005162672A
Authority: JP
Inventors: 忠史秋山; 友浩大野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-06-02
Filing date: 2005-06-02
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2025-06-02
Also published as: US7878231B2; CN1873235A; JP2006335225A; US20070000638A1; CN100485197C

Description

本発明は、冷媒注入口付き配管の構造に関する。

近年、ハイブリッド車両等において、交差点等で車両が停車するとエンジンを自動的に停止させ、再び走行を始めようと運転者が操作すると、エンジンが再始動するエコノミーランニングシステム（アイドリングストップシステム等とも呼ばれている。）が開発されている。

このシステムにおいては、補機類（エアコンディショナ、ヘッドランプ、オーディオなど）への電力供給、および、エンジンを再始動させるためのモータジェネレータへの電力供給が必要であり、このため、電圧が異なる２つの電源（３６Ｖ電池と１２Ｖ電池）と、インバータおよびコンバータを含むＰＣＵ（ＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）とが搭載される。このＰＣＵは、パワーケーブルにより、これら２つの電源と接続されるとともに、エンジンの側方に設置されたモータジェネレータと接続される。

ＰＣＵは、その内部の電気回路による温度上昇を抑制するために冷却水にて冷却される。このＰＣＵの冷却水は、エンジンの冷却水とは別系統の電動ウォータポンプおよびラジエターにより外気と熱交換される冷却水循環経路を備えた冷却システムを構成する。

上記ＰＣＵに採用される冷却システムに限らず、一般に上記のような冷媒を用いた冷却システムには、循環経路中に、冷却液を蓄えるとともに、冷却液を定期的に補充するための領域として、冷媒注入口付き配管が設けられる。この冷媒注入口付き配管は、冷却液を一時的に蓄えることが可能なタンク形状を有し、タンク内の冷媒を冷却水循環経路に送出する送出ポートと、冷却水循環経路を循環した冷媒をタンク内に戻す戻りポートと、タンク内に冷媒を注入するための注入口とを備えている。このような、冷媒注入口付き配管を用いた冷却水循環経路の一例を開示するものとして、下記特許文献１が挙げられる。

しかしながら、上記構成からなる冷媒注入口付き配管を採用した冷却水循環経路において、電動ウォータポンプを用いて冷媒を循環させた場合には、経路内に混入する、または発生するエアの混入が問題となる。特に、車両等においては、冷却水循環経路を配置するためのスペースが制約されていることが多く、ウォータポンプ容量を維持したままでの、冷却水循環経路の小型化、冷媒注入口付き配管の小型化、これらにともなう冷却水循環経路の複雑化等により、冷却水循環経路内にエアが混入する可能性が高くなる傾向にある。

冷却経路内にエアが混入した場合には、ウォータポンプでの異音の発生、ウォータポンプの耐久性能の低下、冷却経路内のエア抜き作業サイクルの短縮化等の問題が発生する。また、エアの混入を回避するために、冷却水循環経路の完全密閉化も考えられるが、この場合には、冷媒注入口付き配管を大型化しなければならないことが知られており、冷媒注入口付き配管の小型化の要求に反することとなってしまう。また、冷却水循環経路を見直すことも、他の機器配置との関係から困難な状況にある。
特開２００４−８２９２１号公報

したがって、本発明が解決しようとする課題は、冷却対象物を、冷媒を循環させることにより冷却させる冷却水循環経路を採用した場合に、冷却水循環経路の小型化、冷媒注入口付き配管の小型化、これらにともなう冷却水循環経路の複雑化等により、冷却システム内にエアが混入する可能性が高くなる点にある。よって、本願発明の目的は、冷却水循環経路の経路内に発生したエアを効率良く排除することが可能な構造を備える、冷媒注入口付き配管を提供することにある。

この発明に基づいた冷媒注入口付き配管においては、冷却対象装置を冷却するための冷媒を循環させる冷却水循環経路に組込まれる冷媒注入口付き配管であって、上記冷媒を蓄えるための容積部と、上記容積部に設けられ、上記容積部内の冷媒を上記冷却水循環経路に送出する送出ポートと、上記容積部に設けられ、上記冷却水循環経路を循環した上記冷媒を上記容積部内に戻す戻りポートと、上記容積部内において、上記冷媒の流れ方向を約１８０度転換するＵターン領域を有する流路を規定し、上記流路の一端側に上記送出ポートが配置され、上記流路の他端側に上記戻りポートが配置されるように、上記流路を仕切る仕切り壁と、上記Ｕターン領域に面する上記仕切り壁の端部と、上記Ｕターン領域の一部とを露出し、上記容積部内に冷媒を注入するための注入口と、を備えている。

この発明に基づいた冷媒注入口付き配管によれば、戻りポートから容積部内に戻った冷媒は、容積部内に形成されたＵターン状の流路に沿って、送出ポート側に向かって流れることとなる。まず、戻りポートから容積部内に戻る冷媒には、多くのエアが含まれていると考えられるが、この戻りポートから容積部内に戻る冷媒に含まれるエアの多くは、Ｕターン領域に達する領域において上方に浮き上がってくることとなる。また、Ｕターン領域に面する仕切り壁の端部とＵターン領域の一部とが注入口において露出していることから、上方に浮き上がってきたエアは、この注入口からさらに上方に抜け出て、容積部の外部に放出されることとなる。その後、エア抜きされた冷媒は、送出ポート側に向かって流れ、冷却水循環経路を循環することとなる。

このように、本発明に基づいた冷媒注入口付き配管によれば、冷却水循環経路内に発生したエアを効率良く排除することが可能であり、冷却水循環経路の小型化、冷媒注入口付き配管の小型化、これらにともなう冷却水循環経路の複雑化等の場合であっても、冷却水循環経路内へのエア混入を防止することが可能となる。

以下、本発明に基づいた各実施の形態における冷媒注入口付き配管について、図を参照しながら説明する。なお、各実施の形態において同一または相当部分に関しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さないこととする。また、以下の実施の形態においては、本発明の適用事例として、車両のＰＣＵの冷却に用いられる冷却水循環経路に本発明に基づく冷媒注入口付き配管を適用した場合について説明するが、本発明は、車両のＰＣＵの冷却水循環経路に限定されるものではなく、広く同様の冷却対象物に対して採用される冷却水循環経路に本発明を適用することが可能である。

（実施の形態１）
実施の形態１における冷媒注入口付き配管１００について、図１から図５を参照して説明する。なお、図１は、本実施の形態における冷媒注入口付き配管１００を採用した、車両のＰＣＵ冷却システムの構成を示す図であり、図２は、本実施の形態における冷媒注入口付き配管１００の全体斜視図であり、図３は、図２中ＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図であり、図４は、図２中ＩＶ−ＩＶ線矢視断面図であり、図５は、図２中Ｖ−Ｖ線矢視断面図であり、図６は、図２中ＶＩ−ＶＩ線矢視断面図である。

まず、図１を参照して、ＰＣＵ２００の冷却システムについて説明する。この冷却システムは、冷媒注入口付き配管１００と、車両の前方に設けられたＰＣＵ２００用のラジエター３００と、ＰＣＵ２００の下方に設けられた電動ウォータポンプ４００およびモータ４０１と、冷却対象装置であるＰＣＵ２００と、これらの機器を接続し、冷媒である冷却水を循環させるためのパイプ５００、５０１、５０２、５０３とを有している。

ＰＣＵ２００の冷却水戻りポート２０２には、ラジエター３００のロアタンクパイプ３１４に接続されたパイプ５０２が接続され、ロアタンク３１２から流入された冷却水がＰＣＵ２００に送出される。このラジエター３００はダウンフロー型である。ＰＣＵ２００の冷却水送出ポート２０４には注入口付き配管１００の冷却水戻りポートに連結されるパイプ５０３が接続される。注入口付き配管１００の冷却水送出ポートには、電動ウォータポンプ４００およびモータ４０１に連結されるパイプ５００が接続される。モータ４０１には、ラジエター３００のアッパータンクパイプ３０４に連結されるパイプ５０１が接続される。このアッパータンクパイプ３０４を介して、アッパータンク３０２に冷却水が送出される。

次に、図２から図６を参照して、冷媒注入口付き配管１００の具体的構成について説明する。この冷媒注入口付き配管１００は、冷却水を蓄えるための容積部としてのボディ部１０１を有している。このボディ部１０１は、略円筒形状を有し、円筒形状の胴体部１０１ａと、一端側に胴体部１０１ａの外周と同一に設けられた円形形状の側壁１０１ｂと、他端側に胴体部１０１ａの外周から突出する円形フランジ形状の側壁１０１ｃとを有している。

ボディ部１０１の側壁１０１ｂ側には、冷却水戻りポート２０２を構成するように、ボディ部１０１の内部に通じる連通孔１０２ｈと、この連通孔１０２ｈに戻りパイプ１０２が連結されている。また、この側壁１０１ｂ側には、冷却水送出ポート２０４を構成するように、ボディ部１０１の内部に通じる連通孔１０４ｈと、この連通孔１０４ｈに送出パイプ１０４が連結されている。また、送出パイプ１０４には、送出パイプ１０４から送出される冷却水の流れ方向を返還させるための枝パイプ１０３が連結されている。

連通孔１０２ｈは、側壁１０１ｂにおいて中間位置よりも下方側に開口され、また、戻りパイプ１０２の側壁１０１ｂへの取り付けは、水平面に対して下方に傾斜するように取り付けられている。したがって、図４の断面図によく現れるように、戻りパイプ１０２の軸は下方に向かって傾斜するように側壁１０１ｂに取り付けられる。

ボディ部１０１内においては、連通孔１０２ｈと連通孔１０４ｈとを仕切るように仕切り壁１１０が設けられている。この仕切り壁１１０の一端は、連通孔１０２ｈと連通孔１０４ｈと別け隔てるように側壁１０１ｂの内面に連結され、上下端部も、胴体部１０１ａの内部空間を左右に二分割するように、胴体部１０１ａの内面に連結されている。一方、仕切り壁１１０の他端は、ボディ部１０１の他方端側である側壁１０１ｃ側において、Ｕターン領域１１０Ｕ（図６参照）を形成するよう、側壁１０１ｃには接することなく、端部１１０ｔが現れている。このように、ボディ部１０１内に、仕切り壁１１０を設けることで、タンク１００内において、冷却水の流れ方向を約１８０度転換するＵターン領域１１０Ｕを有する流路Ｒ１が規定され、流路Ｒ１の一端側に冷却水送出ポート２０４が配置され、流路Ｒ１の他端側に冷却水戻りポート２０２が配置されることとなる。

また、胴体部１０１ａの側壁１０１ｃ側の上面には、ボディ部１０１内に冷却水を注入するための注入口１０５ｈが設けられ、この注入口１０５ｈには、注入パイプ１０５および広口パイプ１０６が連結されている。広口パイプ１０６には、広口パイプ１０６を閉じるためのキャップ１０７が着脱可能に取り付けられている。注入口１０５ｈの位置は、Ｕターン領域１１０Ｕに面する仕切り壁１１０の端部１１０ｔと、通路Ｒ１のＵターン領域１１０Ｕの一部とを露出する位置に設けられている。また、仕切り壁１１０の端部１１０ｔの上端部分においては、端部１１０ｔから冷却水戻りポート２０２側に後退する段部１１０ａが設けられている。

図４から図６によく現れるように、仕切り壁１１０の端部１１０ｔが対向する側壁１０１ｃの内面壁は、凹面形状１０１ｒに形成され、本実施の形態においては、一例として半球面形状に形成されている。また、図４および図５によく現れるように、流路Ｒ１の上面には、注入口１０５に向うにしたがって、上方に向かって傾斜する傾斜面１０１ｄが設けられている。

上記構成からなる冷媒注入口付き配管１００によれば、まず、図３から図５に示すように、Ｌ１に示すレベルにまで、冷却水が蓄えられる。その後、冷却水の循環においては、図６中の矢印で示すように、戻りパイプ１０２および連通孔１０２ｈからボディ部１０１内に戻った冷却水は、ボディ部１０１内に形成されたＵターン状の流路Ｒ１に沿って、連通孔１０４ｈおよび送出パイプ１０４に向かって流れることとなる。

戻りパイプ１０２および連通孔１０２ｈからボディ部１０１内に戻る冷却水には、多くのエアが含まれていると考えられるが、連通孔１０２ｈからボディ部１０１に戻る冷却水に含まれるエアの多くは、Ｕターン領域１１０Ｕに達する領域において上方に浮き上がってくることとなる。また、Ｕターン領域１１０Ｕに面する仕切り壁の端部１１０ｔとＵターン領域１１０Ｕの一部とが注入口１０５ｈにおいて露出していることから、上方に浮き上がってきたエアは、この注入口１０５ｈからさらに上方に抜け出て、タンクの外部に放出されることとなる。その後、エア抜きされた冷媒は、送出ポート側に向かって流れ、冷却水循環経路を循環することとなる。

その結果、本実施の形態における冷媒注入口付き配管１００によれば、冷却水循環経路内に発生したエアを効率良く外部に排除することが可能であり、冷却水循環経路の小型化、冷媒注入口付き配管の小型化、これらにともなう冷却水循環経路の複雑化等の場合であっても、冷却水循環経路内へのエア混入を防止することが可能となる。

なお、流路Ｒ１の上面には、注入口１０５に向うにしたがって、上方に向かって傾斜する傾斜面１０１ｄが設けられていることから、より積極的に上方に浮き上がってきたエアを、注入口１０５に導くことが可能であるが、冷媒システムの構成上、エアの発生量が少ないような場合には、傾斜面１０１ｄを設けなくても、十分注入口１０５からエアを排出することが可能である。

また、連通孔１０２ｈを側壁１０１ｂにおいて中間位置よりも略下方側に開口し、さらに、戻りパイプ１０２が水平面に対して下方に傾斜するように側壁１０１ｂに取り付けることで、パイプ１０１内に戻る冷却水を、パイプ１０１内に蓄えられている冷却水の中に戻すことにより、冷却水の衝突に基づくエアの発生を抑制するようにしているが、エアの発生量が問題にならないような場合には、側壁１０１ｂに対する連通孔１０２ｈおよび戻りパイプ１０２の取り付け形態は、特に限定されるものではない。

また、Ｕターン領域１１０Ｕにおける冷却水の流れを良好にし、側壁１０１ｃとの衝突におけるエアの発生を回避するために、側壁１０１ｃの内面壁を半球面形状としたが、流路Ｒ１を流れる冷媒の流速が比較的遅く、側壁１０１ｃとの衝突におけるエアの発生が問題にならない場合には、側壁１０１ｃの内面壁は、平坦でも構わない。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２における冷媒注入口付き配管１００Ａについて、図７を参照して説明する。なお、図７は、本実施の形態における冷媒注入口付き配管１００Ａの構造を示した、図２中ＶＩ−ＶＩ線矢視に対応する断面図である。

上記実施の形態１における冷媒注入口付き配管１０においては、ボディ部１０１の内部の流路Ｒ１において、１つのＵターン領域１１０Ｕを形成するように仕切り壁１１０が設けられていたが、本実施の形態における冷媒注入口付き配管１００Ａのボディ部１０１の内部の流路Ｒ２においては、２つのＵターン領域２１０Ｕ，２１１Ｕを形成するように仕切り壁２１０ａ，２１０ｂが設けられている。

具体的には、側壁１０１ｃに連結され、側壁１０１ｂ側に延びるように設けられる仕切り壁２１０ａと、側壁１０１ｂに連結され、側壁１０１ｃ側に延びるように設けられる仕切り壁２１０ｂとが交互に配置され、冷却水の流れ方向を約１８０度転換する２つのＵターン領域２１０Ｕ，２１１Ｕを有する流路Ｒ２が規定され、流路Ｒ２の一端側に冷却水送出ポート２０４が配置され、流路Ｒ２の他端側に冷却水戻りポート２０２が配置される。したがって、上記実施の形態１においては、冷却水戻りポート２０２および冷却水送出ポート２０４は、ボディ部１０１の同一端面側に配置されていたが、本実施の形態においては、冷却水戻りポート２０２および冷却水送出ポート２０４は、ボディ部１０１の対向する端面側にそれぞれ配置されることとなる。

また、胴体部１０１ａの側壁１０１ｃ側の上面には、ボディ部１０１内に冷却水を注入するための注入口１０５ｈが設けられるが、本実施の形態においては、Ｕターン領域２１０Ｕ，２１１Ｕに面する仕切り壁２１０ａ，２１０ｂのそれぞれの端部２１０ｔと、通路Ｒ２のＵターン領域２１０Ｕ，２１１Ｕの一部とを露出する位置２箇所に設けることが可能である。また、仕切り壁２１０ａ，２１０ｂのそれぞれの端部２１０ｔが対向する側壁１０１ｂ，１０１ｃの内面壁は、凹面形状２１０ｒに形成され、本実施の形態においても、半球面形状に形成されている。その他の形態においては、上記実施の形態１の場合と同様の構成の採用が可能である。

上記構成からなる冷媒注入口付き配管１００Ａによっても、上記冷媒注入口付き配管１００と同様の作用効果が得られるとともに、本実施の形態における冷媒注入口付き配管１００Ａの場合には、流路Ｒ２が長く設けられ、エアを外部に抜くための注入口１０５ｈを２箇所設けることができるため、より効果的に冷却水からエアを除くことが可能となる。

なお、上記実施の形態１および２に示す、冷媒注入口付き配管１００，１００Ａから明らかなように、本発明の本質は、タンクの流路内に冷媒の流れ方向を約１８０度転換するＵターン領域を設け、この領域からエアを外部放出する点にある。したがって、仕切り壁の数は、本願発明の構成に基づき適宜選択可能なものであり、上記実施の形態に限定されるものではない。

したがって、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明に基づいた実施の形態１における冷媒注入口付き配管を採用した、車両のＰＣＵ冷却システムの構成を示す図である。この発明に基づいた実施の形態１における冷媒注入口付き配管の全体斜視図である。図２中ＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。図２中ＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。図２中Ｖ−Ｖ線矢視断面図である。図２中ＶＩ−ＶＩ線矢視断面図である。この発明に基づいた実施の形態２における冷媒注入口付き配管を示した、図２中ＶＩ−ＶＩ線矢視に対応する断面図である。

符号の説明

１００，１００Ａ冷媒注入口付き配管、１０１ボディ部、１０１ａ胴体部、１０１ｂ，１０１ｃ側壁、１０１ｄ傾斜面、１０１ｒ凹面形状、１０２戻りパイプ、１０２ｈ，１０４ｈ連通孔、１０３枝パイプ、１０４送出パイプ、１０５注入パイプ、１０５ｈ注入口、１０６広口パイプ、１０７キャップ、１１０仕切り壁、１１０ａ段部、１１０ｔ端部、１１０Ｕ，２１０Ｕ，２１１ＵＵターン領域、２００ＰＣＵ、２０２冷却水戻りポート、２０４冷却水送出ポート、２１０ａ，２１０ｂ仕切り壁、２１０ｒ凹面形状、２１０ｔ端部、３００ラジエター、３０２アッパータンク、３０４アッパータンクパイプ、３１２ロアタンク、３１４ロアタンクパイプ、４００電動ウォータポンプ、４０１モータ、５００、５０１、５０２、５０３パイプ、Ｒ１，Ｒ２流路。

Claims

冷却対象装置を冷却するための冷媒を循環させる冷却水循環経路に組込まれる冷媒注入口付き配管であって、
前記冷媒を蓄えるための容積部と、
前記容積部に設けられ、前記容積部内の冷媒を前記冷却水循環経路に送出する送出ポートと、
前記容積部に設けられ、前記冷却水循環経路を循環した前記冷媒を前記容積部内に戻す戻りポートと、
前記容積部内において、前記冷媒の流れ方向を約１８０度転換するＵターン領域を有する流路を規定し、前記流路の一端側に前記送出ポートが配置され、前記流路の他端側に前記戻りポートが配置されるように、前記流路を仕切る仕切り壁と、
前記Ｕターン領域に面する前記仕切り壁の端部と、前記Ｕターン領域の一部とを露出し、前記容積部内に冷媒を注入するための注入口と、
を備える、冷媒注入口付き配管。
前記仕切り壁の端部が対向する前記容積部の内面壁は、凹面形状に形成されている、請求項１に記載の冷媒注入口付き配管。
前記流路の上面には、前記注入口に向うにしたがって、上方に向かって傾斜する傾斜面が設けられている、請求項１または２に記載の冷媒注入口付き配管。
前記戻りポートの前記容積部への取り付けは、水平面に対して下方に傾斜するように取り付けられる、請求項１から３のいずれかに記載の冷媒注入口付き配管。
前記容積部は略円筒形状を有し、
前記容積部の一端側に、前記送出ポートと前記戻りポートとが設けられ、
前記容積部内に設けられる前記仕切り壁は、その一端は、前記容積部の一端側において、前記送出ポートと前記戻りポートとを仕切るように前記容積部の内壁に連結され、その他端は、前記容積部の他方端側において前記Ｕターン領域を形成するよう前記端部を規定する、請求項１から４のいずれかに記載の冷媒注入口付き配管。