JP6666794B2 - 冷却液タンク - Google Patents

Description

本発明は、冷却液が循環する循環流路に設けられる冷却液タンクに関する。

例えば、自動車等の車両には、エンジン、モータジェネレータおよびインバータ等の発熱部品を冷却するため、冷却液を循環させて発熱部品を冷却する冷却システムが搭載されている。この冷却システムは、冷却液を圧送するウォータポンプ、冷却液を放熱させるラジエータ、冷却液を貯留する冷却液タンク、これらの構成部品を接続する循環流路等によって構成される（特許文献１〜３参照）。

特開２０１４−１１８８８４号公報 特開平１０−２６６８５６号公報 特開２０１３−１２４６０１号公報

ところで、循環流路上に冷却液タンクを設置した場合には、循環流路に気泡を混入させてしまう虞がある。例えば、冷却性能を確保するために冷却液の流量を増やした場合には、冷却液タンク内で冷却液が勢いよく撹拌されることから、冷却液タンクにおいて冷却液中に気泡が巻き込まれ、この気泡が冷却液タンクから循環流路に流入する虞がある。このような気泡の流入は、冷却システムの性能を低下させる要因であるため、冷却液に対する気泡の巻き込みを抑制することが求められている。

本発明の目的は、冷却液に対する気泡の巻き込みを抑制することにある。

本発明の冷却液タンクは、冷却液が循環する循環流路に設けられる冷却液タンクであって、前記循環流路に連通する流入ポートおよび流出ポートを備え、前記循環流路を流れる冷却液が通過するタンク本体と、前記流入ポートと前記流出ポートとの間に設けられ、前記タンク本体の内部に突出する第１凸部および第２凸部を備える括れ部と、を有し、前記タンク本体は、前記流入ポートが開口する流入室と、前記流出ポートが開口する流出室と、を備え、互いに対向して配置される前記第１凸部および前記第２凸部は、前記流入室側に位置する凹面と、前記流出室側に位置する凸面と、を備え、前記流入ポートは、前記第１凸部と前記第２凸部との双方の前記凹面に対向して配置される。

本発明によれば、第１凸部と第２凸部とは互いに対向して配置され、流入ポートは第１凸部と第２凸部との双方に対向して配置される。これにより、流入ポートから流入する冷却液の流速を下げることができ、冷却液に対する気泡の巻き込みを抑制することができる。

電気自動車等の車両に搭載される冷却システムの構成を示す概略図である。 本発明の一実施の形態である冷却液タンクを示す斜視図である。 （ａ）は図２の矢印Ｘ方向から冷却液タンクを示す側面図であり、（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線に沿って冷却液タンクを示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、冷却液タンク内における冷却液の流れ状況を簡単に示した図である。 比較例として冷却液タンクにおける冷却液の流れ状況を示した図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の他の実施の形態である冷却液タンクを示す断面図である。 （ａ）は本発明の他の実施の形態である冷却液タンクを示す斜視図であり、（ｂ）は冷却液タンクを示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は電気自動車等の車両に搭載される冷却システム１０の構成を示す概略図である。図示する冷却システム１０には、本発明の一実施の形態である冷却液タンク１１が設けられている。なお、冷却液タンク１１は、リザーバタンクとも呼ばれている。また、図１において、白抜きの矢印は冷却液Ｃの流れ方向を示している。

図１に示すように、冷却システム１０は、冷却液Ｃを貯留する冷却液タンク１１、冷却液Ｃを圧送するウォータポンプ１２、発熱部品であるモータジェネレータ１３、熱交換によって冷却液Ｃを冷却するラジエータ１４、および発熱部品であるインバータ１５を備えている。冷却システム１０を構成する冷却液タンク１１、ウォータポンプ１２、モータジェネレータ１３、ラジエータ１４およびインバータ１５は、冷却液Ｃを案内する複数の配管２０〜２４を用いて直列に接続されている。すなわち、冷却システム１０には、複数の配管２０〜２４からなる循環流路２５が設けられている。

冷却システム１０のウォータポンプ１２を駆動することにより、冷却液タンク１１からウォータポンプ１２に冷却液Ｃが吸引され、ウォータポンプ１２からモータジェネレータ１３に向けて冷却液Ｃが吐出される。ウォータポンプ１２からモータジェネレータ１３に供給された冷却液Ｃは、モータジェネレータ１３を冷却した後にラジエータ１４に供給される。そして、ラジエータ１４を通過した冷却液Ｃは、インバータ１５を冷却した後に再び冷却液タンク１１に供給される。このように、ウォータポンプ１２を駆動することにより、循環流路２５に沿って冷却液Ｃを循環させることができ、モータジェネレータ１３やインバータ１５を冷却することができる。なお、モータジェネレータ１３やインバータ１５には、冷却液Ｃが流れる図示しないウォータジャケットが形成される。

図１に示した例では、ラジエータ１４の上流側に発熱部品であるモータジェネレータ１３が設けられており、ラジエータ１４の下流側に発熱部品であるインバータ１５が設けられているが、これに限られることはない。例えば、ラジエータ１４の下流側だけに発熱部品が設けられていても良く、ラジエータ１４の上流側だけに発熱部品が設けられていても良い。

［冷却液タンク構造］
冷却液Ｃが通過する冷却液タンク１１の構造について説明する。図２は冷却液タンク１１を示す斜視図である。図３（ａ）は図２の矢印Ｘ方向から冷却液タンク１１を示す側面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線に沿って冷却液タンク１１を示す断面図である。

図２および図３に示すように、冷却液タンク１１は、内部に冷却液室３０を区画するタンク本体３１を備えている。また、タンク本体３１には後述する括れ部３２が一体に形成されており、冷却液室３０は括れ部３２を介して流入室３３と流出室３４とに区画される。タンク本体３１は、互いに対向する一対の側面壁部３５，３６と、側面壁部３５，３６の一端に設けられる正面壁部３７と、側面壁部３５，３６の他端に設けられる背面壁部３８と、を有している。また、タンク本体３１は、側面壁部３５，３６の上端に設けられる上面壁部３９と、側面壁部３５，３６の下端に設けられる底面壁部４０および湾曲壁部４１と、を有している。

タンク本体３１の正面壁部３７には、上流側の配管２４に接続される一対のインレット５０，５１が形成されている。なお、インレット５０，５１に接続される配管２４は二股に分岐している。管状のインレット５０は、正面壁部３７に開口する流入ポート（第１ポート）５２を介して流入室３３に連通している。また、管状のインレット５１は、正面壁部３７に開口する流入ポート（第２ポート）５３を介して流入室３３に連通している。さらに、タンク本体３１の底面壁部４０には、下流側の配管２０に接続されるアウトレット５４が形成されている。管状のアウトレット５４は、底面壁部４０に開口する流出ポート５５を介して流出室３４に連通している。このように、タンク本体３１には、循環流路２５に連通する流入ポート５２，５３が形成されるとともに、循環流路２５に連通する流出ポート５５が形成されている。

タンク本体３１の一方の側面壁部３５には、タンク本体３１の内部に突出する第１凸部５６が形成されており、タンク本体３１の他方の側面壁部３６には、タンク本体３１の内部に突出する第２凸部５７が形成されている。第１凸部５６および第２凸部５７は、流入室３３側に位置する凹面５６ａ，５７ａと、流出室３４側に位置する凸面５６ｂ，５７ｂと、を有している。また、第１凸部５６と第２凸部５７とは互いに対向しており、対向する凸部５６，５７によって括れ部３２が形成されている。すなわち、括れ部３２は、流入ポート５２，５３からタンク本体３１内に向けて流入する冷却液Ｃの流れ方向に対して直交する流路断面の断面積を縮小するように形成されている。このような括れ部３２は、インレット５０，５１側の流入ポート５２，５３とアウトレット５４側の流出ポート５５との間に配置されている。また、第１凸部５６と第２凸部５７との間には、流入室３３と流出室３４とを互いに連通させる絞り流路５８が形成されている。さらに、図３（ｂ）に示すように、流入ポート５２は第１凸部５６の凹面５６ａに対向して配置されており、流入ポート５３は第２凸部５７の凹面５７ａに対向して配置されている。このように、タンク本体３１に形成される流入ポート５２，５３は、第１凸部５６と第２凸部５７との双方に対向して配置されている。

また、図示する冷却液タンク１１は、合成樹脂材料等をブロー成形することによって一体に形成されている。すなわち、冷却液タンク１１を構成する各部位、つまりタンク本体３１、括れ部３２、インレット５０，５１およびアウトレット５４等は、互いに一体となって形成されている。これにより、冷却液タンク１１の製造コストを下げることができる。

［冷却液タンク内の流れ状況］
冷却液タンク内における冷却液Ｃの流れ状況について説明する。図４（ａ）および（ｂ）は冷却液タンク内における冷却液Ｃの流れ状況を簡単に示した図である。なお、図４（ａ）および（ｂ）には、矢印を用いて冷却液Ｃの流れ方向が示されている。前述したように、タンク本体３１には、流入室３３と流出室３４とを区画する括れ部３２が形成されている。これにより、流入ポート５２，５３から流入室３３に流入した冷却液Ｃは、括れ部３２の絞り流路５８を通過して流出室３４に案内される。このように、冷却液Ｃの流路を絞ることにより、図４（ａ）に符号αで示すように、冷却液Ｃの流れを上下に分散させることができ、冷却液Ｃの流速を下げることができる。

前述したように、流入ポート５２は第１凸部５６に対向して配置されており、流入ポート５３は第２凸部５７に対向して配置されている。これにより、図４（ｂ）に符号βで示すように、流入ポート５２，５３から流れ込んだ冷却液Ｃを、双方の凸部５６，５７に沿ってタンク本体３１の中央に向けることができる。このように、第１凸部５６および第２凸部５７によって冷却液Ｃの流れ方向を変えることにより、冷却液Ｃを互いに衝突させて流速を大きく下げることができる。しかも、冷却液Ｃの流れ方向を凸部５６，５７の凹面５６ａ，５７ａに沿って変化させることにより、乱流の発生を抑制しつつ冷却液Ｃの流れ方向を適切に制御することができる。また、括れ部３２の凸部５６，５７には凸面５６ｂ，５７ｂが形成されることから、絞り流路５８を抜けた冷却液Ｃを凸面５６ｂ，５７ｂに沿って流すことができ、この点からも、乱流の発生を抑制することができる。

このように、タンク本体３１に括れ部３２を形成することにより、タンク本体３１に流入した冷却液Ｃの流速を下げることができるため、冷却液Ｃの液面を安定させることができる。これにより、冷却液Ｃに対する気泡の巻き込みを抑制することができ、流出ポート５５から循環流路２５に対する気泡の流出を抑制することができる。特に、括れ部３２によって冷却液Ｃの流速を下げることにより、冷却液Ｃが勢い良く背面壁部３８に衝突することがないため、図４（ａ）に符号γで示すように、流出室３４内における液面近傍の流速を抑えて液面を安定させることができ、冷却液Ｃに対する気泡の巻き込みを抑制することができる。

図５は比較例として冷却液タンク１００における冷却液Ｃの流れ状況を示した図である。図５に示すように、括れ部３２を備えていない冷却液タンク１００を用いた場合には、流入ポート５２，５３から流れ込んだ冷却液Ｃは、大きく減速することなく冷却液タンク１００の背面壁部３８に向けて直線的に移動する。そして、冷却液Ｃは背面壁部３８に堰き止められるため、背面壁部３８に沿って上下に大きく分かれることになる。このように、冷却液Ｃを背面壁部３８において堰き止めることは、冷却液Ｃの液面を暴れさせる要因であることから、冷却液Ｃに対して気泡Ａを巻き込む要因となっていた。このような冷却液Ｃに対する気泡Ａの巻き込みは、流出ポート５５から気泡Ａを流出させてしまう要因であるが、前述したように、括れ部３２によって冷却液Ｃの流速を下げることにより、冷却液Ｃに対する気泡の巻き込みを抑制することができ、循環流路２５に対する気泡の流入を抑制することができる。

また、タンク本体３１の正面壁部３７には流入ポート５２，５３が形成されており、タンク本体３１の底面壁部４０には流出ポート５５が形成されている。このように、流入ポート５２，５３と流出ポート５５とを互いに対向させずに配置することにより、流出ポート５５に対する気泡の流入を抑制することができる。また、流入ポート５２，５３よりも下方に流出ポート５５が設けられており、この点からも、流出ポート５５に対する気泡の流入を抑制することができる。さらに、タンク本体３１の底面壁部４０に流出ポート５５を形成したので、流出ポート５５からウォータポンプ１２には真下に向けて冷却液Ｃが案内される。これにより、空の冷却液タンク１１に対して上面壁部３９の注入口５９から冷却液Ｃを注入する場合であっても、冷却液タンク１１とウォータポンプ１２とを接続する配管２０から、簡単に空気を排出することができる。

［他の実施の形態］
前述の説明では、括れ部３２を構成する凸部５６，５７に対し、凹面５６ａ，５７ａおよび凸面５６ｂ，５７ｂを形成しているが、これに限られることはなく、他の形状の凸部によって括れ部を構成しても良い。また、前述の説明では、タンク本体３１に１つの括れ部３２を形成しているが、これに限られることはなく、タンク本体に複数の括れ部を形成しても良い。ここで、図６（ａ）〜（ｃ）は、本発明の他の実施の形態である冷却液タンク６０，７０，８０を示す断面図である。なお、図６（ａ）〜（ｃ）には、図３（ｂ）に示した断面図と同様の部位が示されている。また、図６（ａ）〜（ｃ）において、図３（ｂ）に示す部位と同様の部位については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図６（ａ）に示すように、冷却液タンク６０のタンク本体６１には、互いに対向する第１凸部６２および第２凸部６３によって括れ部６４が形成されている。双方の凸部６２，６３は、流入ポート５２，５３から流入する冷却液Ｃの流れ方向に対して傾斜する傾斜面６２ａ，６３ａを有している。このように、括れ部６４の凸部６２，６３が傾斜面６２ａ，６３ａを有する場合であっても、前述した冷却液タンク１１と同様に、冷却液Ｃの流速を下げて冷却液Ｃの液面を安定させることができ、冷却液Ｃに対する気泡の巻き込みを抑制することができる。

図６（ｂ）に示すように、冷却液タンク７０のタンク本体７１には、互いに対向する第１凸部７２および第２凸部７３によって括れ部７４が形成されている。双方の凸部７２，７３は、流入ポート５２，５３から流入する冷却液Ｃの流れ方向に対して直交する直交面７２ａ，７３ａを有している。このように、括れ部７４の凸部７２，７３が直交面７２ａ，７３ａを有する場合であっても、前述した冷却液タンク１１と同様に、冷却液Ｃの流速を下げて冷却液Ｃの液面を安定させることができ、冷却液Ｃに対する気泡の巻き込みを抑制することができる。

図６（ｃ）に示すように、冷却液タンク８０のタンク本体８１には、互いに対向する第１凸部５６および第２凸部５７によって括れ部３２が形成されるとともに、互いに対向する第３凸部８２および第４凸部８３によって括れ部８４が形成されている。このように、タンク本体８１に対して複数の括れ部３２，８４が形成される場合であっても、前述した冷却液タンク１１と同様に、冷却液Ｃの流速を下げて冷却液Ｃの液面を安定させることができ、冷却液Ｃに対する気泡の巻き込みを抑制することができる。

前述の説明では、タンク本体３１に対して一対の流入ポート５２，５３を形成しているが、これに限られることはなく、タンク本体に対して１つの流入ポートを形成しても良い。ここで、図７（ａ）は本発明の他の実施の形態である冷却液タンク９０を示す斜視図であり、図７（ｂ）は冷却液タンク９０を示す断面図である。なお、図７（ｂ）には、図３（ｂ）に示した断面図と同様の部位が示されている。また、図７（ａ）および（ｂ）において、図２および図３（ｂ）に示す部位と同様の部位については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図７（ａ）および（ｂ）に示すように、冷却液タンク９０を構成するタンク本体９１の正面壁部３７には、上流側の配管２４に接続される１つのインレット９２が形成されている。中空形状のインレット９２は、正面壁部３７に開口する流入ポート９３を介して流入室３３に連通している。図７（ｂ）に示すように、長孔形状の流入ポート９３は、第１凸部５６の凹面５６ａに対向するとともに、第２凸部５７の凹面５７ａに対向している。このように、タンク本体９１に形成される流入ポート９３は、第１凸部５６と第２凸部５７との双方に対向して配置されている。このように、タンク本体９１に対して１つの流入ポート９３を形成する場合であっても、前述した冷却液タンク１１と同様に、冷却液Ｃの流速を下げて冷却液Ｃの液面を安定させることができ、冷却液Ｃに対する気泡の巻き込みを抑制することができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。前述の説明では、冷却するための発熱部品として、モータジェネレータ１３やインバータ１５を挙げているが、これに限られることはない。例えば、エンジンを冷却する冷却システムや、自動車部品以外の発熱部品を冷却する冷却システムに、本発明の実施形態である冷却液タンク１１，６０，７０，８０，９０を適用しても良い。

図示する例では、流入ポート５２の全てを第１凸部５６，６２，７２に対向させているが、流入ポート５２の少なくとも一部を第１凸部５６，６２，７２に対向させていれば良い。同様に、流入ポート５３の全てを第２凸部５７，６３，７３に対向させているが、流入ポート５３の少なくとも一部を第２凸部５７，６３，７３に対向させていれば良い。また、図示する例では、タンク本体３１，６１，７１，８１に２つの流入ポート５２，５３を形成しているが、これに限られることはなく、タンク本体に３つ以上の流入ポートを形成しても良い。

１１ 冷却液タンク
２５ 循環流路
３１ タンク本体
３２ 括れ部
５２ 流入ポート（第１ポート）
５３ 流入ポート（第２ポート）
５５ 流出ポート
５６ 第１凸部
５６ａ 凹面
５７ 第２凸部
５７ａ 凹面
６０ 冷却液タンク
６１ タンク本体
６２ 第１凸部
６３ 第２凸部
６４ 括れ部
７０ 冷却液タンク
７１ タンク本体
７２ 第１凸部
７３ 第２凸部
７４ 括れ部
８０ 冷却液タンク
８１ タンク本体
９０ 冷却液タンク
９１ タンク本体
９３ 流入ポート
Ｃ 冷却液

Claims (3)

1. 冷却液が循環する循環流路に設けられる冷却液タンクであって、
   前記循環流路に連通する流入ポートおよび流出ポートを備え、前記循環流路を流れる冷却液が通過するタンク本体と、
   前記流入ポートと前記流出ポートとの間に設けられ、前記タンク本体の内部に突出する第１凸部および第２凸部を備える括れ部と、
   を有し、
   前記タンク本体は、前記流入ポートが開口する流入室と、前記流出ポートが開口する流出室と、を備え、
   互いに対向して配置される前記第１凸部および前記第２凸部は、前記流入室側に位置する凹面と、前記流出室側に位置する凸面と、を備え、
   前記流入ポートは、前記第１凸部と前記第２凸部との双方の前記凹面に対向して配置される、
   冷却液タンク。
2. 請求項１記載の冷却液タンクにおいて、
   前記流入ポートとして、前記第１凸部に対向する第１ポートと、前記第２凸部に対向する第２ポートと、を備える、
   冷却液タンク。
3. 請求項１または２に記載の冷却液タンクにおいて、
   前記タンク本体と前記括れ部とは、互いに一体に形成される、
   冷却液タンク。

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