JP5233954B2 - 冷却液のリザーブタンク - Google Patents

Description

本発明は、自動車に用いられる冷却液のリザーブタンクに関するものである。

ハイブリッド自動車あるいは電気自動車には、直流を交流に変換するとともに周波数を可変してモータの回転数を制御するためにインバータが配置されている。このインバータのパワーモジュールは発熱量が大きいため冷却する必要があり、これらの自動車にはそのための専用の冷却液回路が形成されているのが一般的である。そして冷却液回路を循環する冷却液量を適切にするために、また冷却液中に含まれるエアを除去するために、冷却液回路にはリザーブタンクが配置されている。冷却液中にエアが含まれていると、その断熱作用によって熱交換機能が低下してしまう。

このリザーブタンクは、一般に密閉型とされ、流入開口と流出開口を備えた容器形状のものである。そして、リザーブタンク内における気液分離を効率よく行うために各種の提案がある。例えば特開2002−250230号公報には、タンク本体を円筒型とし、冷却水のタンク内流入方向を円形断面の接線方向としたリザーブタンクが記載されている。このようにすることで、タンク内に流入する冷却水中に新たにエアが巻き込まれるのを防止することができ、気液分離を効率よく行うことができる。しかしこの提案は、円筒型以外のタンク本体に適用することができず、狭いエンジンルームに配置されるリザーブタンクとしては実用的でない。

また特開2006−329052号公報には、流出開口をタンク本体の下部とし、流出開口に近接して隔壁と装着部材を配置したリザーブタンクが記載されている。この提案によれば、タンク内で液面が波打ちしたとしても、タンク内のエアが流出開口に侵入するのを防止できるので、冷却液中に新たにエアが巻き込まれるのを防止することができ、気液分離を効率よく行うことができる。

さらに本願出願人が検討していた従来のリザーブタンクを図６に示す。このリザーブタンクは、タンク本体100の内部に複数の隔壁101を立設している。このようにすることで、流入開口102と流出開口103を結ぶ流路長を大きくすることができ、また冷却液は膜状になって隔壁101を流下するので、気液分離を効率よく行うことができる。

特開2002−250230号公報 特開2006−329052号公報

ところで近年のハイブリッド自動車や電気自動車は、きわめて静粛であるために、これまでは問題とされなかった小さな騒音までさらなる低減が求められている。冷却液のリザーブタンクも例外ではないが、上記した特許文献に記載されたリザーブタンクには騒音低減の工夫は無い。

また本願出願人が検討していた従来のリザーブタンクにおいては、図６に矢印で示すように、流入開口102から流入した冷却液が隔壁101に衝突することによる騒音や、隔壁101に衝突した冷却液が跳ね上がってタンク本体100の内壁面に付着しそれが滴り落ちる騒音などが耳障りとなっていた。また冷却液の流量が約13Ｌ／分と多いために、隔壁101で区画された両側の液面に高低差が生じたり、跳ね上がった冷却液が液面に滴り落ちたりすることで、液面のレベルが分かりにくいという不具合もあった。隔壁101を除去したとしても、流入開口102から流入した冷却液がタンク本体100の内壁面に衝突し、同様の騒音が生じてしまう。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、気液分離を効率よく行うとともに、騒音をさらに低減することを解決すべき課題とする。

上記課題を解決する本発明のリザーブタンクの特徴は、流入開口と流出開口を有する密閉型のタンク本体と、タンク本体の内部に配置され流入開口に連通する筒状部材と、を備え、筒状部材は円筒形状をなしてタンク本体の側壁の内側から直線状に延びて一端が流入開口に連通し、他端に形成された閉塞部と、流入開口と閉塞部との間で筒状部材の側壁が切り欠かれて形成された第三開口と、を有し、第三開口の開口方向は下方に向かい、流入開口から流入した冷却液は筒状部材に流入し、閉塞部に衝突し、第三開口から下方へ向かって吐出されるように構成されたことにある。

本発明のリザーブタンクによれば、流入開口から流入した冷却液は筒状部材に流入し、閉塞部に衝突する。したがって閉塞部で跳ね返った冷却液の流れ方向が流入開口から流入する冷却液の流れ方向と逆向きとなるため、干渉によって第三開口から吐出される冷却液の運動エネルギーが低くなる。そして第三開口から吐出される冷却液の流れ方向は下向きとなるので、タンク本体の天井や壁に冷却液飛沫が付着するのが抑制される。したがって液滴が滴り落ちることによる騒音を抑制することができる。

また第三開口の開口方向（開口の軸方向）を、第三開口から下方に向かって遠い位置にあるタンク本体の内壁に向かう方向とすれば、第三開口からの冷却液の吐出方向が斜め方向となるため、第三開口から吐出された冷却液はタンク本体内に貯溜されている冷却液の液面に対して斜め方向に衝突することになる。したがってエアの巻き込みが抑制されるとともに、衝突時の騒音が抑制される。すなわち本発明のリザーブタンクによれば、従来に比べて騒音を低減でき、かつエアの巻き込みが抑制されるため気液分離性が向上する。

そして第三開口が、筒状部材の軸中心に対して直交する仮想直線の両側各45°以上の範囲で開口している構成とすれば、第三開口から吐出される冷却液の流速を低下させることができ、騒音をさらに低減できるとともに気液分離性がさらに向上する。

また第三開口の開口面積を流入開口の開口面積より大きくしても、第三開口から吐出される冷却液の流速を低下させることができ、騒音をさらに低減できるとともに気液分離性がさらに向上する。

本発明の一実施例に係るリザーブタンクの部品構成を示す分解斜視図である。 本発明の一実施例に係るリザーブタンクの断面図である。 本発明の一実施例に係るリザーブタンクに用いた筒状部材の斜視図である。 本発明の一実施例に係るリザーブタンクの断面図である。 本発明の第２の実施例に係るリザーブタンクに用いた筒状部材の斜視図である。 本願出願人が検討していた従来のリザーブタンクの断面図である。

本発明のリザーブタンクは、密閉型のタンク本体と、筒状部材とを備えている。タンク本体は密閉型であるが、成形の事情からアッパー部材とロア部材とからなる分割形状にそれぞれ成形し、その後に溶着あるいは螺合によって一体化して密閉型とすることが望ましい。

タンク本体には冷却液が流入する流入開口と、タンク本体から冷却液が流出する流出開口が形成されている。流入開口及び流出開口には、通常、タンク本体と一体のニップルが形成され、ホースがニップルに結合されて用いられる。流出開口から延びるホースは一般にポンプに連通され、冷却液はポンプからの吸引によって冷却液回路を循環する。

本発明の最大の特徴をなす筒状部材は、タンク本体の内側から流入開口に連通し、冷却液は流入開口から筒状部材に流入した後に筒状部材に形成された第三開口から吐出される。ここで筒状部材の内径が流入開口の径より小さいと、圧損が大きくなるため好ましくない。したがって筒状部材の内径は、流入開口の直径と同等以上とすることが望ましい。

筒状部材は先端が閉塞部によって閉塞され、流入開口と閉塞部との間に第三開口が形成されている。したがって流入開口から筒状部材に流入した冷却液は、大部分が閉塞部に衝突した後に第三開口から吐出される。閉塞部に衝突した冷却液は閉塞部で跳ね返るため、流入開口から流入して来る冷却液と干渉し、冷却液の運動エネルギーが低下する。そして第三開口から吐出される冷却液の流れ方向は下向きとなるので、タンク本体の天井や壁に冷却液飛沫が付着するのが抑制され、液滴が滴り落ちることによる騒音を抑制することができるとともに、エアの巻き込みが抑制される。

第三開口の開口方向は、第三開口から下方に向かって遠い位置にあるタンク本体の内壁に向かう方向とすることが望ましい。このようにすれば、冷却液の流れ方向が斜め方向となるため、第三開口から吐出された冷却液はタンク本体内に貯溜されている冷却液の液面に対して斜め方向に衝突することになる。したがってエアの巻き込みが抑制されるとともに、衝突時の騒音が抑制される。

第三開口の開口面積が流入開口の開口面積より小さくなると、第三開口から流出する冷却液の流速が大きくなるため、騒音が大きくなるとともに、エアを巻き込み易くなる。したがって第三開口の開口面積は、流入開口の開口面積以上であることが望ましい。

第三開口は、筒状部材の軸中心に対して直交する仮想直線の両側各45°以上の範囲で開口していることが望ましい。開口角度が筒状部材の軸中心に対して直交する仮想直線の両側各45°未満では、第三開口の開口面積が流入開口の開口面積より小さくなる場合がある。また第三開口は、筒状部材の軸中心に対して直交する仮想直線の両側各90°以下の範囲で開口していることが望ましい。この角度が90°を超えると、第三開口から流出する冷却液の一部が上方へ向かうため、タンク本体の天井や壁に冷却液飛沫が付着し、液滴が滴り落ちる際の騒音を防止することが困難となる。

第三開口の開口方向は、第三開口から下方に向かって最も遠い位置にあるタンク本体の内壁に向かう方向とすることが望ましい。このようにすることで、第三開口から吐出される冷却液がタンク本体内に貯溜されている冷却液の液面に対して衝突する角度を最も小さくすることができる。したがって衝突時の騒音がさらに低減されるとともにエアの巻き込みをさらに抑制することができる。

またタンク本体の内部には隔壁を形成し、その隔壁を冷却液が乗り越えるように構成することが望ましい。このようにすることで、隔壁を乗り越えた冷却液が隔壁表面を膜状に流下するので、気液分離性が向上する。この隔壁には、第三開口から下方に向かって最も遠い位置にあるタンク本体の内壁に連続し冷却液が通過する空隙を形成することが好ましい。このようにすれば、冷却液の流れが整流されるため気液分離性が向上し流動の際の騒音も低減される。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

図１に本実施例に係るリザーブタンクの分解斜視図を、図２にその断面図を示す。このリザーブタンクはハイブリッド自動車のインバータを冷却する冷却液用のものであり、共にＰＰから形成されたロア部材１とアッパー部材２とから構成され、ロア部材１とアッパー部材２とが互いに溶着されることで密閉型のタンク本体が形成されている。

ロア部材１は上面に開口する容器形状をなし、その内部は略中央部に立設された隔壁10によって第１区画室11と第２区画室12とに区画されている。第１区画室11の側壁には、内外を連通するインレットニップル13が一体に形成され、インレットニップル13が流入開口を構成している。また第２区画室12の側壁には、内外を連通するアウトレットニップル14が一体に形成され、アウトレットニップル14が流出開口を構成している。アウトレットニップル14には、図示しない吸引ポンプが連結される。なおロア部材１の側面には、冷却液の液面レベルの最高位置(MAX)と最低位置(MIN)とが表示されている。

インレットニップル13が形成されている第１区画室11の側壁の内側には、図３に拡大斜視図を示す筒状部材３が溶着により一体的に固着されている。この筒状部材３はＰＰから形成され、板状の座部30と、座部30から突出し略円筒形状の筒状部31とからなる。座部30には図示しない貫通孔が形成され、その貫通孔に筒状部31の中心孔が連通するとともに、その貫通孔及び筒状部31がインレットニップル13と連通するように、座部30が第１区画室11の側壁に溶着されている。座部30の図示しない貫通孔の直径と筒状部31の内径とは、インレットニップル13の内径と略等しくされている。ロア部材１の内部側における筒状部31の先端には閉塞部32が形成され、筒状部31の閉塞部32と座部30との間には、筒状部31の側壁が切り欠かれた長孔形状の第三開口33が形成されている。

第三開口33の開口方向は、図４に示すように、筒状部31の軸中心に対して直交する仮想直線の両側各90°の範囲で開口し、斜め下方に向かい遠い位置にあるロア部材１の底壁に向かって開口している。また第三開口33の開口面積は、インレットニップル13及び筒状部31の流路断面の面積（流入開口の開口面積）の1.5倍とされている。

またロア部材１には、筒状部31の閉塞部32に対向する位置にロア部材１の底壁からロア部材１の開口まで立ち上がる隔壁10が形成されている。隔壁10には、第三開口33から最も遠い位置でロア部材１の底壁から上方へ切欠かれて上下方向に延びる縦孔（空隙）15と、縦孔15に連通して横方向に延びる窓部16が形成されている。窓部16は隔壁10の途中まで延びている。

アッパー部材２は浅い容器形状をなし、その上底壁には内外を連通する注入口20が形成されている。注入口20には、空気抜き孔をもつ図示しないキャップが螺合され、冷却液が不足の際には注入口20から冷却液が補充される。このアッパー部材２は、その周縁部がロア部材１の開口周縁部と溶着されることで密閉型のタンク本体が形成され、その状態では、図４に示すように隔壁10とアッパー部材２の上底面との間に空隙21が形成されている。

本実施例のリザーブタンクによれば、インレットニップル13から筒状部31に流入した冷却液は、先ず閉塞部32に衝突して跳ね返り、筒状部31に流入する冷却液と衝突する。これにより互いの運動エネルギーが打ち消され、第三開口33から吐出される冷却液の流速が低下する。そして第三開口33の開口面積はインレットニップル13及び筒状部31の開口面積より大きいため、第三開口33から吐出される冷却液の流速はインレットニップル13へ流入する冷却液の流速より小さくなる。したがって冷却液は第三開口33から流速が低下した状態で、第１区画室11に貯溜されている冷却液の液面へ吐出されるため、冷却液どうしの衝突エネルギーが減少し、騒音が低減されるとともにエアの巻き込みが防止される。

そして第三開口33は、斜め下方に向かい遠い位置にあるロア部材１の底壁に向かって開口しているため、第３開口33から吐出された冷却液は第１区画室11に貯溜されている冷却液に対して斜め方向から衝突する（図４の矢印参照）。したがってエアの巻き込みが抑制されるとともに、衝突時の騒音が抑制される。また第３開口33から吐出された冷却液は隔壁10の縦孔15から速やかに第２区画室12へ流入する（図２の矢印参照）ので、第１区画室11と第２区画室12との液面の高低差が小さくなり、液面レベルを確実に視認することができる。

また液面レベルがある程度高い位置にある場合には、第１区画室11に貯溜された冷却液は先ず窓部16を乗り越え、第２区画室12側で隔壁10の表面に沿って膜状に流下する。さらに液面レベルが上昇した場合には、第１区画室11に貯溜された冷却液は空隙21を通過し、第２区画室12側で隔壁10の表面に沿って膜状に流下する。したがって隔壁10の表面に沿って流下する際に、冷却液に含まれている気泡が抜け、気液分離が促進される。また膜状に流下することで、冷却液どうしの衝突による騒音も低減される。

（騒音試験）
筒状部材３を除いたこと以外は実施例１と同様のリザーブタンクを比較例とし、実施例１と比較例のリザーブタンクをインバータの冷却液回路を模擬した試験装置にそれぞれ配置した。そしてインレットニップル13からタンク本体内に流入する冷却液の流量が13Ｌ／分の条件で冷却液をそれぞれ循環させ、３分間循環させて安定した後に、騒音計を用いそれぞれのリザーブタンクで発生する騒音を測定した。その結果、実施例１のリザーブタンクは比較例のリザーブタンクに比べて騒音が１／５に低減されていた。これは筒状部材３による効果であることが明らかである。

本実施例のリザーブタンクは、筒状部材３の形状が異なること以外は実施例１と同様であるので、実施例１と異なる部分についてのみ説明する。

図５に示すように、筒状部材３の筒状部31の先端には、実施例１と同様の閉塞部32が形成されている。そして筒状部31の閉塞部32と座部30との間には、筒状部31の側壁が格子状に切り欠かれてなる複数の格子状開口からなる第三開口34が形成されている。

第三開口34の開口方向は、全体として実施例１と同様に、筒状部31の軸中心に対して直交する仮想直線の両側各90°の範囲で開口し、斜め下方に向かい遠い位置にあるロア部材１の底壁に向かって開口している。また第三開口34の開口面積は、すなわち複数の格子状開口の開口面積の合計値は、インレットニップル13及び筒状部31の流路断面の面積（流入開口の開口面積）の1.5倍とされている。

本実施例のリザーブタンクによっても、実施例１と同様の作用効果が奏され、騒音を抑制できるとともにエアの巻き込みを抑制することができる。

本発明のリザーブタンクは、電気自動車などのインバータの冷却液回路に用いる場合に特に有効であるが、エンジン冷却水用のリザーブタンクに用いることも可能である。また自動車用ばかりでなく、工場設備などで利用されるインバータの冷却液回路に用いてもよい。

１：ロア部材 ２：アッパー部材
３：筒状部材 10：隔壁
13：インレットニップル
14：アウトレットニップル
30：座部 31：筒状部
32：閉塞部 33：第三開口

Claims (6)

1. 流入開口と流出開口を有する密閉型のタンク本体と、該タンク本体の内部に配置され該流入開口に連通する筒状部材と、を備え、
   該筒状部材は円筒形状をなして該タンク本体の側壁の内側から直線状に延びて一端が該流入開口に連通し、他端に形成された閉塞部と、該流入開口と該閉塞部との間で該筒状部材の側壁が切り欠かれて形成された第三開口と、を有し、
   該第三開口の開口方向は下方に向かい、該流入開口から流入した冷却液は該筒状部材に流入し、該閉塞部に衝突し、該第三開口から下方へ向かって吐出されるように構成されたことを特徴とする冷却液のリザーブタンク。
2. 前記第三開口は、前記筒状部材の軸中心に対して直交する仮想直線の両側各45°以上の範囲で開口している請求項１に記載の冷却液のリザーブタンク。
3. 前記第三開口は、前記筒状部材の軸中心に対して直交する仮想直線の両側各90°以下の範囲で開口している請求項１又は請求項２に記載の冷却液のリザーブタンク。
4. 前記第三開口の開口面積は前記流入開口の開口面積以上である請求項１〜３のいずれかに記載の冷却液のリザーブタンク。
5. 前記タンク本体の内部には隔壁が形成され、該隔壁には前記タンク本体の内壁に連続し冷却液が通過する空隙が形成されている請求項１〜４のいずれかに記載の冷却液のリザーブタンク。
6. 前記隔壁には、前記空隙に連通し前記タンク本体の底面より高く略水平に延びる下辺をもつ窓部が形成されている請求項５に記載の冷却液のリザーブタンク。

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