JP5615437B2 - 冷媒回路用のリザーバタンクおよび冷媒回路 - Google Patents

Description

少なくとも１つの流入ポートと、流出ポートと、キャップにより閉止可能な充填口と、を有し、このキャップ内に少なくとも２つの切換え位置を有する差圧制御弁が組み込まれている、冷媒回路用のリザーバタンクに関する。

内燃機関（特に自動車用）の冷媒回路用の、この種のリザーバタンクは、冷媒回路から空気を除去したり、冷媒の昇温時の体積増加を補償したり、冷媒回路を充填したり、冷媒の沸騰を回避するため超過圧力を発生させたりすることに使用される。

特許文献１に、内燃機関の冷却系統におけるブリーザラインが開示されており、このブリーザラインは、ラジエータと、その頂面よりも高いところに位置しているリザーバタンクとを、このリザーバタンクの上側部分にて接続している。このリザーバタンクは、キャップによって閉止可能な充填ノズルを頂面に有しており、このキャップには圧力逃し弁が備えられている。リザーバタンクの上側部分にはブリーザラインの管要素が入り込んでおり、この管要素はタンクの底面付近に開口部を有している。リザーバタンク内での管要素の最高地点領域には、雰囲気に向けて開口可能なポートが備えられていて、このポートは、充填ノズル内においてリザーバタンクの内部空間に対して封止されている空間により形成されており、この空間は、充填ノズルが閉止されている時には、雰囲気に対して遮蔽されている。それによりリザーバタンクおよびラジエータの充填時には、開口空間から排出される空気を、充填ノズルを通して放出できる。走行運転中は、充填ノズルが閉じていることにより、空気がこの空間から遮蔽体に向かって押圧され、圧力が遮蔽体の種類に依存する所定の圧力値を超過すると、遮蔽体が浮き上がって、リザーバタンクから雰囲気に向けてのガス抜きを行うことができる。

このようなリザーバタンクの欠点としては、冷却系統の暖機運転中にはブリーザラインを確実には遮断できないために、冷却系統からリザーバタンク内への望ましくない熱入力が発生しうる、ということがある。さらに、圧力が所定の閾値を上回ると雰囲気に対してガス抜きが行われて超過圧力が軽減されるため、超過圧力下で連続稼働されるべき冷却系統には、こうしたリザーバタンクは不向きである。

独国特許出願公開第４０３９９９３号明細書

以上のことから本発明の課題は、超過圧力にて稼働される冷媒回路用のリザーバタンクについて、冷媒の加熱をできるだけ速やかに行うために効果的なリザーバタンクを提供することである。

この課題は、請求項１および請求項６の各特徴により解決される。
冷媒回路用のリザーバタンクについて、その構造的上方領域にキャップで閉止可能な充填口を設け、このキャップ内に少なくとも２つの切換え位置を有する差圧制御弁を組み込み、かつ、キャップ領域に開口している少なくとも１つの流入ポートと、リザーバタンクの構造的下方領域に流出ポートとを備えさせ、またこの流入ポートが弁によって、第１の切換え位置においては閉止され、少なくとも１つの第２の切換え位置においては解放されて流入ポートからリザーバタンクの内部へとガス抜きを行うことができるようにする。

リザーバタンクのキャップに差圧制御弁を組み込むことによって、流入ポートを第１の切換え位置においては閉止し、第２の切換え位置においては解放することが可能となる。それにより第１の切換え位置においては、リザーバタンクを通過する冷媒流がなくなるために、その期間中には冷媒回路内の冷媒を速やかに加熱することができる。弁が、リザーバタンクの内部と雰囲気との間に十分な差圧が存在する場合にその位置となる第２の切換え位置にある時には、流入ポートは少なくとも部分的に解放され、これにより流入ポートからリザーバタンク内へとガス抜きを行うことができる。そのため冷媒回路を規定の超過圧力下で稼働させることが可能となる上に、これを極めて急速に加熱することも可能となる。第１の切換え位置と第２の切換え位置間の弁の切換えは自動的に行われる。したがって冷媒回路は、作動信頼性にも非常に優れたものとなっている。キャップがねじ合わされていない場合は、弁が流入ポートを遮断し得ないため、リザーバタンクを通して冷媒回路を簡単に充填することができる。さらに、充填の間には常時ガス抜きが行われる。リザーバタンクは、冷媒回路内の構造的最高地点に配置されるのが好ましく、そのようにすると冷媒回路内において上昇する気泡が自動的に流入ポートへと到達し、弁の切換え位置によってはリザーバタンク内まで到達することができる。

好ましい実施形態の一例では、キャップが中間位置または終端位置にねじ合わされることができ、この中間位置において流入ポートは常時解放された状態となる。キャップが中間位置にねじ合わされている場合は、流入ポートが常時解放された状態となっていることにより、冷媒回路から流入ポートを通してのガス抜きを極めて急速に行うことが可能であり、冷媒またはガスが充填口を通って雰囲気中へと漏れ出すことはできないようになっている。この冷媒回路から冷媒が送り込まれる内燃機関は、キャップが中間位置までねじ締めされた時点で既に運転可能となる。キャップがさらに奥の終端位置までねじ締めされた場合は、流入ポートからリザーバタンクの内部へのガス抜きを差圧制御弁が自動的に調整する。

別の好ましい実施形態においては、この弁はリザーバタンクから雰囲気中へのガス抜きを行うことが可能な第３の切換え位置をとることができる。この弁は、この第３の切換え位置により、リザーバタンクと雰囲気間の差圧が非常に高い場合には、リザーバタンクから雰囲気中へのガス抜きを行って、冷媒回路を保護するための圧力補償を実行できる。

また別の好ましい実施形態においては、この弁は、ばね力が付勢されていてかつ軸方向に案内される弁体を有している。これにより、非常に単純な方法で差圧制御弁を作製することができる。ここで、このばね力はリザーバタンクの内圧とは逆向きに作用する。ばね特性を適切に調整することによって、個々の切換え位置への切換えを引き起こすために必要な差圧を予め設定することができる。

さらに別の好ましい実施形態においては、流入ポートは弁体に対して径方向に通じていて、流入ポートは弁体により第１の切換え位置においては完全に閉止され、第２の切換え位置においては解放される。弁体は、第１の切換え位置においては、弁体に対して径方向に導かれている流入ポートの高さ領域に位置しており、これにより流入ポートは弁体によって完全に遮蔽されている。弁体のばねが差圧により圧縮されると、弁体が軸方向に変位することによって、流入ポートは少なくとも部分的に解放されてガス抜きを行うことができる。ここで、流入ポートが弁体に対して径方向に通じていることによって、弁の作動のための力を低く抑えることができる。

本発明に係るリザーバタンクの冷媒回路においては、流入ポートと流出ポートとの間に差圧が発生する。好ましい実施形態の一例においては、流出ポートが冷媒ポンプに流体接続されており、そのためこの冷媒ポンプはリザーバタンクから冷媒を吸い出せる。流入ポートは、気泡を冷媒回路からリザーバタンクへと到達させられるように、冷媒回路に接続されている。

本発明のさらなる詳細や特徴や利点は、以下の、図面を参照した好ましい実施例の説明から明らかにされる。

キャップがねじ合わされていないリザーバタンクを示す図である。 キャップが中間位置までねじ締めされているリザーバタンクを示す図である。 キャップが終端位置までねじ締めされており、弁が第１の切換え位置にあるリザーバタンクを示す図である。 キャップが終端位置までねじ締めされており、弁が第２の切換え位置にあるリザーバタンクを示す図である。 キャップが終端位置までねじ締めされており、弁が第３の切換え位置にあるリザーバタンクを示す図である。

図１から図５の全ての図に共通して、リザーバタンク１には冷媒９が部分的に充填されており、それにより冷媒９の上方にはエアクッションが形成されている。リザーバタンク１の構造的上方領域には、キャップ２によって閉止可能な充填口３を有するキャップ領域１０が設けられている。流入ポート５がリザーバタンク１の内部へと取り廻されて、このキャップ領域１０へと通じている。キャップ領域１０は、キャップ２を受け入れるためのねじ溝を有する囲い状の構造として構成されたものであるのが好ましい。流入ポート５は、図示しない冷媒回路の熱交換器、またはこの冷媒回路に含まれる図示しない内燃機関の熱交換器に流体接続されていて、ガスおよび／または冷媒９がリザーバタンク１内に入り込むことができるようになっている。冷媒９は、リザーバタンク１の構造的下方領域に配設された流出ポート６を通って、図示しない冷媒ポンプへと至ることが可能である。キャップ２内には、三つの切換え位置を有する差圧制御弁４が組み込まれている。この弁４は、キャップ２内を軸方向に案内されて、圧縮コイルばね８によりばね力が付勢された弁体７を備えている。これにより、各切換え位置をとるために必要なリザーバタンク１と雰囲気間の差圧が、この圧縮コイルばね８の特性により決まるようになっている。キャップ２が完全にねじ締めされた状態での第１の切換え位置においては、弁体７に対して径方向に導かれている流入ポート５が弁体７によって閉止されている。第２および第３の切換え位置においては、ばね８が圧縮されることにより弁体７が流入ポート５を解放する。

図１には、キャップ２が取り外されているリザーバタンク１が示されている。このため充填口３は定常的に開いた状態にあり、そのため流入ポート５およびリザーバタンク１から雰囲気へとガス抜きを行うことができる。こうした配置となっている際には、リザーバタンク１およびこれに接続された冷媒回路に冷媒９を充填することができる。

図２には、キャップ２が中間位置Ａにねじ合わされているリザーバタンク１が示されている。流入ポート５はなおも解放されているが、充填口３は気密式に閉止されている、という特徴を、この中間位置Ａは備えている。したがって流入ポート５からリザーバタンク１の内部へと定常的にガス抜きを行うことができて、それにより冷媒回路の極めて速やかなガス抜きが可能となる。

図３には、キャップ２が終端位置Ｂにねじ合わされているリザーバタンク１が示されている。ここではリザーバタンク１と雰囲気間の差圧は僅かなままであって、弁体７は第１の切換え位置にあり、流入ポート５は完全に遮断されている。そのため冷媒回路からリザーバタンク１の内部へのガス抜きを行うことはできず、そして、リザーバタンク１を通過する流れがないので、内燃機関は極めて急速な暖機を行うことができる。

図４には、キャップ２が終端位置Ｂにねじ合わせされているリザーバタンク１が示されている。ここでは、リザーバタンク１と雰囲気間の差圧が上昇して、ばね８が圧縮されて、第２の切換え位置となった弁体７が流入ポート５を少なくとも部分的に解放している。これにより流入ポート５からリザーバタンク１の内部へとガス抜きを行うことができる。

図５には、キャップ２が終端位置Ｂにねじ合わせされているリザーバタンク１が示されている。ここでは、リザーバタンク１と雰囲気間の差圧が著しく上昇して、ばね８がさらに圧縮されて、第３の切換え位置となった弁体７が流入ポート５を完全に解放している。そしてさらにリザーバタンク１から雰囲気に向けてのガス抜きも行うことができる。これにより、超過圧力に起因する冷媒回路の損傷を回避することができる。

Ａ 中間位置
Ｂ 終端位置
１ リザーバタンク
２ キャップ
３ 充填口
４ 弁
５ 流入ポート
６ 流出ポート
７ 弁体
８ ばね
９ 冷媒
１０ キャップ領域

Claims (7)

1. 冷媒回路用のリザーバタンク（１）であって、キャップ（２）により閉止可能な充填口（３）が前記リザーバタンク（１）の構造的上方領域に設けられており、少なくとも２つの切換え位置を有する差圧制御弁（４）が前記キャップ（２）内に組み込まれており、少なくとも１つの流入ポート（５）がキャップ領域（１０）に通じており、前記リザーバタンク（１）の構造的下方領域に流出ポート（６）を備えたリザーバタンク（１）において、
   前記流入ポート（５）が、前記弁（４）によって第１の切換え位置においては閉止され、少なくとも１つの第２の切換え位置においては解放されて前記流入ポート（５）からリザーバタンク（１）内へとガス抜きを行うことができること
   を特徴とするリザーバタンク（１）。
2. キャップ（２）を中間位置（Ａ）または終端位置（Ｂ）にねじ合わすことができ、
   キャップ（２）が前記終端位置（Ｂ）にねじ合わされている場合においては流入ポート（５）からリザーバタンク（１）内へのガス抜きを弁（４）が調整し、
   キャップ（２）が前記中間位置（Ａ）にねじ合わされている場合においては流入ポート（５）が常時解放されること
   を特徴とする請求項１に記載のリザーバタンク。
3. 弁（４）が、リザーバタンク（１）から雰囲気に向けてのガス抜きを行うことが可能な第３の切換え位置をとることができること
   を特徴とする請求項１または２に記載のリザーバタンク。
4. ばね力が付勢され軸方向に案内される弁体（７）が、弁（４）に備えられていること
   を特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のリザーバタンク。
5. 流入ポート（５）が弁体（７）に対して径方向に通じており、
   第１の切換え位置においては、前記弁体（７）が前記流入ポート（５）の高さ領域に位置しており、これにより前記流入ポート（５）が前記弁体（７）によって完全に閉止され、前記弁体（７）が第１の切換え位置から軸方向に変位した第２の切換え位置においては、前記流入ポート（５）が解放されること
   を特徴とする請求項４に記載のリザーバタンク。
6. 流入ポート（５）と流出ポート（６）との間に差圧が生じること
   を特徴とする請求項１に記載のリザーバタンクを具備した冷媒回路。
7. 流出ポート（６）が冷媒ポンプに流体接続されていること
   を特徴とする請求項６に記載の冷媒回路。

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