JP7227865B2 - リザーバタンク - Google Patents

Description

本発明は、リザーバタンクに関する。特に液冷式冷却システムの冷却水経路に設けられるリザーバタンクに関する。

液冷式冷却システムは、内燃機関や電気素子、電子基板等の冷却に活用されている。液冷式の冷却システムでは、冷却液を循環させて、冷却対象部材から熱を集めて、熱放出器から熱を放散して、冷却対象部材を冷却する。液冷式の冷却システムにおいて、冷却液を循環させる冷却液経路中に、冷却液のタンク、すなわちリザーバタンクを設けることがある。リザーバタンクは、冷却液の気化等による減少を補ったり、冷却液の温度変化による体積変化を吸収したりする。また、冷却液中に気泡が生じると、冷却効率が低下することがあるため、リザーブタンクにより冷却液中の気泡を分離する、すなわち気液分離を行うことがある。

例えば、特許文献１には、リザーブタンク本体の中に、矩形状のバッフルプレートを、特定の向きの風車状となるように配置する技術が開示されている。当該リザーブタンクによれば、通水抵抗の増加や構造の複雑化を招かずに冷却液から気泡を分離できることが開示されている。

特開２００５－２４８７５３号公報

近年、冷却システムをより高性能化するために、特許文献１のようなリザーブタンクを通過する冷却液の流量をより増加させたいとの要請が生じてきている。しかしながら、特許文献１のようなリザーブタンクにおいてリザーブタンクを通過する冷却液の流量が増加すると、タンク本体内部に流れ込んだ冷却液が波打つように暴れやすく、タンク内の空気を巻き込んでしまい、期待するレベルの気液分離効果が得られにくいことが判明した。

本発明の目的は、タンク本体内部の液面のあばれを抑制しつつ、気液分離処理が行えるリザーブタンクを提供することにある。

発明者は、鋭意検討の結果、リザーバタンク内で冷却液の主流が流れる気液分離室と、タンク室とを隔壁により上下方向に間仕切りして配置し、気液分離室内で気泡が集まりやすい部分に、上記隔壁を貫通する連通穴を設ける一方で、タンク室と排出口を直接もしくは間接的に吸出し穴で連通させると、上記課題が解決できることを着想し、本発明を完成させた。

本発明は、液冷式冷却システムの冷却液経路に設けられるリザーバタンクであって、冷却液を貯留するタンク室と、タンク室の鉛直方向下側に隣接して設けられた気液分離室と、タンク室と気液分離室の間を仕切る隔壁と、リザーバタンクに冷却液を送り込む流入管と、リザーバタンクから冷却液を排出する排出管を有しており、前記流入管と前記排出管は気液分離室に接続されており、前記隔壁には、タンク室と気液分離室を連通する連通穴が設けられ、かつ、リザーバタンクには、タンク室と排出管を連通する吸出し穴もしくは、タンク室と気液分離室の排出管近傍を連通する吸出し穴が設けられており、吸出し穴が設けられた位置での排出管内もしくは気液分離室内の冷却液の流速が、連通穴が設けられた位置での気液分離室内の冷却液の流速よりも、速くなるようにされており、かつ、気液分離室が円筒状の壁を有し、冷却液を壁に沿って円弧状に湾曲させて流すことにより、円弧の半径方向内側に冷却液中の気泡を集めるよう、気液分離室が構成され、連通穴が円弧の半径方向内側に設けられたリザーバタンクである（第１発明）。

第１発明において、好ましくは、気液分離室において、前記円筒状の壁に沿って円弧状に湾曲して流れた冷却水が、排出管に導かれる（第２発明）。また、第１発明において、好ましくは、冷却液の流れ方向に直交する断面で測って、吸出し穴が設けられた位置での排出管もしくは気液分離室の流路の断面積が、連通穴が設けられた位置での気液分離室の断面積よりも小さくされる（第３発明）。また、第１発明において、好ましくは、吸出し穴が設けられる位置における排出管もしくは気液分離室の流路の断面積が、吸出し穴の断面積よりも大きくされる（第４発明）。また、第１発明において、好ましくは、吸出し穴の断面積が、連通穴の断面積よりも小さくされる（第５発明）。

第１発明または第２発明のリザーバタンクによれば、タンク本体内部の液面のあばれを抑制しつつ、気液分離処理が行えるという効果が得られる。これら発明では、気液分離室内での気泡の分離が促進され、気液分離効果がより高められる。また、さらに、第３発明や第４発明、第５発明のリザーバタンクとした場合には、より液面のあばれを抑制しながら、気液分離効果がより高められる。

第１実施形態のリザーバタンクの構造を示す分解斜視図である。 第１実施形態のリザーバタンクの構造を示すＸ－Ｘ断面図である。 第１実施形態のリザーバタンクの構造を示すＹ－Ｙ断面図である。 第１実施形態のリザーバタンクの作用を示すＹ－Ｙ断面図である。 第１実施形態のリザーバタンクの作用を示すＡ－Ａ断面図である。 第１実施形態のリザーバタンクの作用を示すＹ－Ｙ断面図である。 第２実施形態のリザーバタンクの構造を示す分解斜視図である。 第２実施形態のリザーバタンクの作用を示すＹ－Ｙ断面図である。 第２実施形態のリザーバタンクの作用を示すＸ－Ｘ断面図である。 第３実施形態のリザーバタンクの構造及び作用を示すＸ－Ｘ断面図である。 第４実施形態のリザーバタンクの構造及び作用を示すＸ－Ｘ断面図である。 第５実施形態のリザーバタンクの構造を示すＸ－Ｘ断面図である。 第６実施形態のリザーバタンクの構造を示すＸ－Ｘ断面図である。 第６実施形態のリザーバタンクの構造と作用を示すＡ－Ａ断面図である。

以下図面を参照しながら、自動車の内燃機関の液冷式冷却システムに設けられるリザーバタンクを例として、発明の実施形態について説明する。発明は以下に示す個別の実施形態に限定されるものではなく、その形態を変更して実施することもできる。液冷式冷却システムの用途は、内燃機関に限定されず、パワー素子やインバータなどの電気素子や電子回路基板等の電気部品を冷却する用途であってもよく、他の用途であってもよい。

図１、図２、図３に第１実施形態のリザーバタンク１０の構造を示す。図１では、リザーバタンク１０の主要部材を分解したように斜視図で示している。リザーバタンク１０は、中空のタンクに流入管１５と排出管１６が接続されて構成されている。液冷式冷却システムの冷却液経路の中で、リザーバタンク１０は、流入管１５から中空のタンク内に冷却液が流れこみ、中空のタンクから排出管１６に冷却液が流れ出ていくように、冷却液経路中に配置・接続されて使用される。

図２に、図１のＸ－Ｘ軸を含む鉛直面でリザーバタンク１０の断面を取った断面図を示し図２の上側が鉛直方向上側を示している。また、図３に、図２のＹ－Ｙ軸を含む水平面でリザーバタンク１０の断面を取った断面図を示す。本実施形態では、下側ケース１１と上側ケース１２と隔壁１３が一体化されて、リザーバタンク１０が構成されている。下側ケース１１と上側ケース１２とが一体化されることにより、中空のタンクが構成され、かかるタンクが隔壁１３により間仕切りされる。本実施形態では、隔壁１３は平板状に形成され、ほぼ水平に延在して中空のタンクを間仕切りしている。

隔壁１３により間仕切りされた中空のタンクの上側の部屋（空間）をタンク室１７と呼ぶ。タンク室１７には、冷却液が貯留される。タンク室は、上側ケース１２と隔壁１３により囲われている。また、隔壁１３により間仕切りされた中空のタンクの下側の部屋（空間）を気液分離室１８と呼ぶ。気液分離室１８は、下側ケース１１と隔壁１３により囲われている。気液分離室１８は、タンク室１７に隔壁１３を介して隣接するよう、タンク室１７の鉛直方向下側に設けられている。

リザーバタンク１０が使用される際には、気液分離室１８は冷却液により実質的に満たされる。また、使用時には、タンク室１７は、大部分が冷却液に満たされるとともに、タンク室１７の上部に空気が貯留される。すなわち、使用時は隔壁１３は全体が冷却液中に浸漬されるよう配置される。必須ではないが、隔壁１３の外周部分と上側ケース１２や下側ケース１１との間は、冷却液が行き来しないよう接合されることが好ましい。

即ち、液冷式冷却システムの冷却水経路に設けられるリザーバタンク１０は、冷却液を貯留するタンク室１７と、タンク室１７の鉛直方向下側に隣接して設けられた気液分離室１８と、タンク室１７と気液分離室１８の間を仕切る隔壁１３と、リザーバタンク１０に冷却液を送り込む流入管１５と、リザーバタンク１０から冷却液を排出する排出管１６を有している。このリザーバタンクの構造が実現されるよう、下側ケース１１と上側ケース１２と隔壁１３などが組み立てられる。

なお、リザーバタンク１０のタンク室１７や気液分離室１８が構成できる限りにおいて、どのように部材を分割してかかる構造を実現するかは特に限定されない。本実施形態では、下側ケース１１と上側ケース１２と隔壁１３の３つに分割して組み立て、かかる構成を実現したが、別の部材構成によりこうした構造を実現してもよい。たとえば、タンク室と気液分離室の部分が鉛直面で２分割されるようにして構成部材を形成し、それらを組み立ててかかる構成を実現してもよい。

流入管１５と排出管１６は気液分離室１８に接続されている。すなわち、リザーバタンク１０において、冷却液は、流入管１５から気液分離室１８内に流れ込み、気液分離室１８から排出管１６に流れ出すようにされている。好ましくは、本実施形態のように、下側ケース１１に流入管１５と排出管１６が一体成型されている。また、流入管や排出管が気液分離室１８から離れた位置に設けられる場合であっても、リザーバタンクの中や外周に管路やガイド板を形成するなどして、流入管と排出管を気液分離室１８に接続し、冷却液が、流入管から気液分離室１８内に流れ込み、気液分離室１８から排出管に流れ出すようにしてもよい。なお、流入管１５や排出管１６と気液分離室１８の接続は、冷却液流れの主流が実質的に流入管から気液分離室を経て排出管に至るように接続されていればよく、冷却液の一部が他の部位に流れるものであってもよい。

気液分離室では、重力等の作用によって、冷却液中の気泡が所定の箇所に集められる。気液分離室での気泡の分離は、遠心力など他の原理によるものであってもよい。また、気液分離室での気泡と冷却液の分離は、完全な分離である必要はなく、気液分離室の中に他の部分よりも気泡が多く集まる部位ができる程度の分離であればよい。後述するように、本実施形態では、気液分離室１８で重力と遠心力を併用して気泡と冷却液の分離が行われ、気液分離室１８の鉛直方向上側や鉛直方向に見た際の中央部に気泡が多く集まる。

隔壁１３には、タンク室１７と気液分離室１８を連通する連通穴１４が設けられている。すなわち、タンク室１７と気液分離室１８の間で、連通穴１４を通じて冷却液や気泡、空気が上下方向に行き来可能にされている。

更に、リザーバタンク１０には、気液分離室１８の排出管近傍１８ａとタンク室１７とを連通する吸出し穴４１が設けられている。本実施形態では、吸出し穴４１は隔壁１３を貫通する貫通穴として設けられている。吸出し穴の形状は特に限定されず、本実施形態のように円形の吸出し穴であってもよく、後述する他の実施形態における吸出し穴のように矩形状の吸出し穴であってもよい。あるいは、後述する他の実施形態における吸出し穴のように、吸出し穴を管状に設けてもよい。

また、本実施形態では、気液分離室１８の排出管近傍１８ａとタンク室１７とを連通するように吸出し穴４１が設けられるが、この構成に替えて、後述する他の実施形態のように、タンク室１７と排出管１６を直接連通する吸出し穴を設けてもよい。
こうした構成であれば、流入管から気液分離室を経て排出管に至る冷却液流れの主流に沿って、吸出し管４１は、連通穴１４よりも排出管１６の近くに、即ち、吸出し管４１の方が下流側となるように、配置されることになる。

さらに、本実施形態のリザーバタンク１０では、吸出し穴４１が設けられた位置（１８ａ）での気液分離室１８内の冷却液の流速Ｖ１が、連通穴１４が設けられた位置での気液分離室１８内の冷却液の流速Ｖ２よりも、速くなるようにされている（図４）。
後述する他の実施形態のように、タンク室１７と排出管１６を連通する吸出し穴を設ける場合には、排出管１６内の冷却液の流速Ｖ１が、連通穴１４が設けられた位置での気液分離室１８内の冷却液の流速Ｖ２よりも、速くなるようにされる。

吸出し穴４１が設けられた位置での冷却液の流速Ｖ１が、連通穴１４が設けられた位置での冷却液の流速Ｖ２よりも大きくなるようにするための、気液分離室１８や排出管１６の具体的構造は特に限定されない。たとえば、そのような速度差を生じさせるために、気液分離室や排出管の断面積（流れに直交する方向での断面積）を調整し、気液分離室の断面積が排出管の断面積よりも大きくなるようにしてもよい。また、そのような速度差を生じさせるために、排出管１６に近接する部分で気液分離室が絞られるように構成してもよい。また、そのような速度差を生じさせるために、気液分離室内部に整流板や邪魔板などを設けて流れの遅い部分を作り、その部分に連通穴を設けるようにしてもよい。また、そのような速度差を生じさせるために、気液分離室内部に渦を生じさせ、渦の中心部の近くに連通穴１４を設けるようにしてもよい。本実施形態では、気液分離室１８の内部に渦が生じるように、気液分離室１８の形状や流入管１５、排出管１６の配置が決定されている。

必須ではないが、第１実施形態のリザーバタンク１０のように、気液分離室１８が円筒状の壁（１１ａ）を有し、冷却液を壁（１１ａ）に沿って円弧状に湾曲させて流すことにより、円弧の半径方向内側に冷却液中の気泡を集めるよう、気液分離室が構成されることが好ましい。すなわち、本実施形態のリザーバタンク１０のように、気液分離室１８は円筒状の外周壁１１ａを有していることが好ましい。円筒の中心線が略鉛直方向に延在するように、この円筒状の外周壁１１ａは形成されている。円筒状の外周壁１１ａは厳密な意味での円筒である必要はなく、円錐面の一部であったり、トーラス面の一部であったりしてもよく、その周方向での曲率半径が一定であってもよいが、曲率半径が変化していてもよい。

この場合、流入管１５から気液分離室１８に送り込まれた冷却液が、円筒状の外周壁１１ａに沿って、鉛直軸周りに回転するように、円弧状に湾曲して流れて、排出管１６に導かれるように、気液分離室１８が構成されることが好ましい。本実施形態では、図２や図３に断面が示されるように、気液分離室１８は、略水平方向に延在する扁平な室（空間）とされていて、図３のように鉛直方向に沿って見て、略Ｄの字状の外周壁に囲まれている。必須ではないが、本実施形態では、前記円筒状の外周壁１１ａは、図３では気液分離室１８の右側半分を囲っている。気液分離室１８の中で、冷却液は、略水平面に沿うように円弧状に湾曲して流れる。

気液分離室１８の具体的形状や、流入管１５や排出管１６の具体的配置は、特に限定されない。たとえば、鉛直方向に見た気液分離室の断面形状は、円形状であってもよい。また、本実施形態では流入管１５から流れ込んだ冷却水が約１８０度向きを変えて排出管１６から流れ出る形態を説明したが、気液分離室内での冷却液の流れは特に限定されない。また、実施形態のリザーバタンク１０では、気液分離室の外周壁が円弧状に設けられた例を示したが、円弧状の壁は必ずしも外周壁とする必要はなく、気液分離室の内部に円弧状の壁が設けられていてもよい。

気液分離室が円筒状の壁を有し、冷却液を壁に沿って円弧状に湾曲させて流すことにより、円弧の半径方向内側に冷却液中の気泡を集めるよう構成される場合には、連通穴１４は、円弧状の流れの半径方向内側に設けられることが好ましい。すなわち、図３に示すように、鉛直方向に見て、円筒状の外周壁１１ａよりも、円筒状の外周壁の中心軸ｍに近い位置に、連通穴１４は設けられている。なお、図３では円筒状の外周壁１１ａの中心軸ｍを重心マークで示している。鉛直方向に見て、連通穴１４の中に、円筒状の外周壁の中心軸ｍが含まれていることが好ましい。

連通穴１４が、鉛直方向に見て、円弧状の流れの半径方向内側に設けられることにより、円筒状の外周壁１１ａに近接する部分では、連通穴１４は開口しておらず、隔壁１３が気液分離室１８とタンク室１７の間を間仕切りしているとともに、円筒状の外周壁１１ａから離れた、円筒状の外周壁１１ａの中心軸ｍ近傍の部分では、隔壁１３に連通穴１４が設けられて、気液分離室１８とタンク室１７の間で冷却液や気泡が行き来できるようにされていることが好ましい。この構成により、気液分離室１８内で半径方向内側に集められた気泡をタンク室１７内に導きやすくなる。連通穴１４は１つの穴であってもいが、連通穴１４が複数の穴の集合であってもよい。

好ましくは、連通穴１４が、気液分離室１８において、流れに沿う方向で下流側に偏在するように設けられる。図３に示された気液分離室１８では、気液分離室１８の左上側に接続された流入管１５から冷却液が流れ込むので、この部分が気液分離室１８の上流部となる。また、気液分離室１８の左下側に接続された排出管１６から冷却液が流れ出すので、この部分が気液分離室１８の下流部となる。そして、冷却液が円筒状の外周壁１１ａに沿って流れる部分が、気液分離室１８の中流部となる。このように、気液分離室１８の内部を上流部、中流部、下流部が連続するものと考えた場合に、連通穴１４は、流れに沿う方向で下流側に偏在するように設けられることが好ましい。すなわち、連通管１４が、上流側よりも中流側により多く開口し、中流側よりも下流側により多く開口するように、偏在して設けられることが好ましい。必須ではないが、本実施形態では、図３に示されるように、円形の連通穴１４の中心Ｏが、円筒状の外周壁１１ａの中心軸ｍよりも下側かつ左側に配置されることで、気液分離室１８において、流れに沿う方向で下流側に偏在するように、連通穴１４が設けられている。

上記実施形態のリザーバタンク１０を構成する材料や、リザーバタンク１０の製造方法は特に限定されず、公知の材料や公知の製造方法により、リザーバタンク１０を製造できる。典型的には、リザーバタンク１０は、ポリアミド樹脂などの熱可塑性樹脂により構成される。使用される冷却液の種類や温度、圧力などに応じて、リザーバタンクの材料や補強構造等が決定される。また、典型的には、リザーバタンク１０は、上記下側ケース１１、上側ケース１２、および隔壁１３に相当する部材を、それぞれ射出成型により形成し、これら部材を振動溶着や熱板溶着などにより一体化して製造することができる。

上記第１実施形態のリザーバタンク１０の作用および効果について説明する。上記第１実施形態のリザーバタンク１０によれば、タンク本体内部の液面のあばれを抑制しつつ、効率的に気液分離処理が行える。

上記第１実施形態のリザーバタンク１０では、図２に示したように、冷却液を貯留するタンク室１７と、タンク室の鉛直方向下側に隣接して設けられた気液分離室１８が、隔壁１３によって仕切られていて、流入管１５と排出管１６は気液分離室１８に接続されている。そのため、流入管１５から流れ込む冷却液はもっぱら気液分離室１８の内部を流れて排出管１６に向かう。従って、リザーバタンク１０では流入管１５からの強い流れがタンク室１７に流れ込みにくく、流入管１５から流れ込む冷却液流量が増加しても、冷却液と空気が貯留されるタンク室１７内の液面あばれが抑制できる。液面あばれが少なくなれば、タンク室内で気泡を巻き込みにくくなり、気液分離性能も向上する。

また、図４に示すように、上記第１実施形態のリザーバタンク１０では、隔壁１３には、タンク室と気液分離室を連通する連通穴１４が設けられ、かつ、リザーバタンク１０には、気液分離室１８の排出管近傍１８ａとタンク室１７とを連通する吸出し穴４１が設けられており、吸出し穴４１が設けられた位置での気液分離室内の冷却液の流速Ｖ１が、連通穴１４が設けられた位置での気液分離室内の冷却液の流速Ｖ２よりも、速くなるようにされている。

特に、本実施形態のリザーバタンク１０では、気液分離室１８が円筒状の壁１１ａを有し、冷却液を壁に沿って円弧状に湾曲させて流す構成となっているため、気液分離室の排出口近傍では、冷却液の主流が直接流れ込んで流速Ｖ１が大きくなる。一方、連通穴１４は気液分離室の円筒状の壁１１ａの半径方向内側に設けられているため、連通穴が存在する部分では、冷却液の流れが渦状によどんで流れることとなり、流速Ｖ２が小さくなる。

気液分離室１８内部で、連通穴１４の部分と吸出し穴４１の部分の間にこのような流速差があると、いわゆるベンチュリ効果により、吸出し穴４１の部分の圧力が連通穴１４の部分よりも低くなる。そして、図５に示すような、連通穴１４からタンク室１７に向かうとともに、吸出し穴４１から排出管１６へと吸い出されるような、冷却液の流れが副次的に生じる。この副次的な流れにより、気液分離室１８内で連通穴１４付近に集められた気泡を多く含む冷却液が、タンク室１７に流れ、タンク室１７内で重力の作用等によって気泡が分離されて、気泡が少なくなった冷却液が吸出し穴４１を通じて排出管１６へと排出されることになる。従って、連通穴１４と吸出し穴４１を冷却液の流速差がある部位に設けることにより、気液分離室内の気泡を多く含む冷却液をタンク室１７に流しつつ、気泡が除去された冷却液を吸出し穴４１から排出管１６へと還流させることができ、効率的に気液分離を行うことができる。

リザーバタンク１０において、タンク室１７の鉛直方向下側に隣接して気液分離室１８が設けられ、タンク室１７と気液分離室１８の間を仕切る隔壁１３に連通穴１４が設けられていることも、重力を活用して気液分離室１８内の気泡を隔壁１３や連通穴１４の側に集め、タンク室１７に移動しやすくしており、効率的な気液分離に貢献する。

また、必須ではないが、第１実施形態のリザーバタンク１０のように、気液分離室１８が円筒状の壁１１ａを有し、冷却液を壁１１ａに沿って円弧状に湾曲させて流すことにより、円弧の半径方向内側に冷却液中の気泡を集めるよう、気液分離室１８が構成され、連通穴１４が円弧の半径方向内側に設けられている場合には、遠心力の作用により気液分離室内での気泡の分離が促進され、気液分離効果がより高められる。

即ち、気液分離室１８内で、冷却液を壁１１ａに沿って円弧状に湾曲させて流すことにより、冷却液に遠心力が作用する。気泡を含む冷却液に遠心力が作用すると、円筒状の壁１１ａに対し半径方向内側の部分に気泡Ｂ，Ｂが集まり、半径方向外側の部分に冷却液のみが集まるようになる。すなわち、気液分離室１８の中で円筒状の壁１１ａに沿う流れは、下流側に向かうにしたがって、円筒状の外周壁の中心軸ｍに近い部分に気泡Ｂ，Ｂが多くなる一方で、円筒状の外周壁１１ａに隣接する部分では気泡Ｂ，Ｂが少なくなる。その結果、気液分離室１８では、円弧の半径方向内側に冷却液中の気泡が集められる。

そして、図６に示されるように、隔壁１３上の連通穴１４は、上記円弧の半径方向内側に設けられているため、遠心力により円弧の半径方向内側に集められた気泡Ｂ，Ｂを含む冷却液は、連通穴１４を通じてタンク室１７に導かれる。特に、連通穴１４が円弧の中心軸ｍ付近に設けられていることが好ましい。
そして、気液分離室１８内で、円筒状の壁１１ａに隣接する部分には気泡Ｂ，Ｂが少なくなった冷却液が流れ、この流れが排出管１６から排出されていく。

すなわち、上記第１実施形態のリザーバタンク１０では、遠心力により気液分離する機能を有する気液分離室によって、冷却液中の気泡Ｂ，Ｂを集め、気泡の多い冷却液が連通穴１４からタンク室１７に流れてタンク室内で気泡を分離される一方、気泡が少なくなった冷却液が排出管１６から外部に排出されるので、リザーバタンクの気液分離効率が特に高められる。

必須ではないが、タンク室内部の液面のあばれを抑制しつつ気液分離効果を高めるとの観点からは、本実施形態のリザーバタンク１０のように、吸出し穴４１が設けられる位置における排出管１６や気液分離室１８の流路の断面積が、吸出し穴４１の断面積よりも大きいことが好ましい。このようにされていると、タンク室１７から吸出し穴４１を経て気液分離室１８や排出管１６に向かう冷却液の副流が確実に生じ、リザーバタンクへの流量が変化してもこの流れが逆流したりしにくいからである。また、吸出し穴４１の断面積が相対的に小さくされることにより、連通穴１４からタンク室１７に流れ込んで吸出し穴４１から戻っていく冷却液の副流が穏やかなものとなるので、流入管１５からリザーバタンクへ流れ込む流量が大きくなっても、タンク室１７内部の液面あばれがより抑制される。

また、必須ではないが、タンク室内部の液面のあばれを抑制しつつ気液分離効果を高めるとの観点からは、本実施形態のリザーバタンク１０のように、吸出し穴４１の断面積が、連通穴１４の断面積よりも小さいことが好ましい。このようにされていると、連通穴１４からタンク室１７に流れ込んで吸出し穴４１から戻っていく冷却液の副流が、連通穴１４からタンク室１７に流れ込む際の流速がより低いものにできる。これにより、リザーバタンクに流れ込む流量が大きくなっても、タンク室１７内部の液面あばれもより抑制される。また、連通穴１４が大きく開口されていると、気液分離室１８の上部に集まった気泡Ｂをタンク室１７に導きやすくなり、気液分離性能を高める観点でも効果的である。

発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の改変をして実施することができる。以下に発明の他の実施形態について説明するが、以下の説明においては、上記実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様である部分については同じ番号を付して説明し、その詳細な説明を省略する。また、これら実施形態は、その一部を互いに組み合わせて、あるいは、その一部を置き換えて実施できる。

図７、図８、図９には第２実施形態のリザーバタンク３０を示す。図７は分解斜視図、図８は鉛直方向に見た気液分離室のＹ－Ｙ断面図、図９はリザーバタンク３０のＸ－Ｘ断面図である。
第２実施形態のリザーバタンク３０は、第１実施形態のリザーバタンク１０と比べ、気液分離室３８の構造や、排出管１６の配置、吸出し穴４１周辺の構造が異なっているが、他の構成は、第１実施形態のリザーバタンク１０と同様である。

図８に示されるように、第２実施形態のリザーバタンク３０では、気液分離室３８は直方体状である。本実施形態では、気液分離室３８は円筒状の壁を有していない。また、本実施形態では、気液分離室３８を鉛直方向に見て、対角線となる配置に、流入管１５と排出管１６が設けられている。

また、気液分離室３８が排出管１６に接続される部分には、仕切り壁１９が設けられていて、排出管１６が実質的に気液分離室３８の内側に延長されたような構造となっている。また、本実施形状における吸出し穴４２は、隔壁１３のコーナー部を切り欠くような形態に設けられている。本実施形態では、吸出し穴４２は、実質的に、タンク室１７と排出管１６とを連通している。

本実施形態のように、吸出し穴４２は、タンク室１７と排出管１６とを連通するものであってもよく、第１実施形態のリザーバタンク１０と同様に、タンク室内部の液面のあばれを抑制しつつ気液分離効果を高めることができる。すなわち、図８に示すように、本実施形態においては、流入管１５から気液分離室内部に流れ込む冷却液は、気液分離室が直方体状に拡幅、拡径しているため、気液分離室内での流れが拡散して遅くなり、連通穴１４付近の流れも流速Ｖ２が低くなる。一方、吸出し穴４２が設けられた部分では、仕切り壁１９によって、実質的に排出管１６と同程度まで流路が絞られているため、この部分の流速Ｖ１が比較的高くなる。

このような連通穴１４の部分と吸出し穴４２の部分との流速の差により、ベンチュリ効果による圧力差が生じ、図９に示すような、連通穴１４からタンク室１７を経て吸出し穴４２から排出管１６に至る冷却液の副流が生じる。気液分離室３８の内部では、主に重力の作用によって気泡が気液分離室の上部に集まるが、上記副流によって、連通穴付近の気泡がタンク室１７に導かれて、タンク室内で気泡が冷却液と分離される。従って、第２実施形態のリザーバタンク３０であっても、タンク室内部の液面のあばれを抑制しつつ気液分離効果を高めることができる。

第２実施形態のリザーバタンク３０のように、気液分離室３８における気泡の分離がもっぱら重力の作用によるものである場合には、隔壁（１３）を、隔壁（１３）の外周部から連通穴１４に向かうにしたがって鉛直方向上側に向かうような円錐面状に設けることが好ましい。このような構成とすれば、気液分離室３８内の気泡を効率的に連通穴１４の周囲に集めることができ、気液分離効果がより高められる。

図１０には第３実施形態のリザーバタンク４０を示す。図１０はリザーバタンク４０の縦断面図（Ｘ－Ｘ断面図）であり、第２実施形態における図９に対応している。
第３実施形態のリザーバタンク４０は、第２実施形態のリザーバタンク３０と比べ、気液分離室３８の構造や、吸出し穴４１周辺の構造が異なっているが、他の構成は、第２実施形態のリザーバタンク３０と同様である。

本実施形態のリザーバタンク４０では、吸出し穴４３により、タンク室１７と排出管１６が連通している。このように、吸出し穴４３により、タンク室１７と排出管１６が直に連通していてもよいし、第１実施形態のリザーバタンクのように、吸出し穴４１により、タンク室１７と気液分離室の排出管近傍が連通していてもよい。本実施形態の構成であっても、吸出し穴が設けられた位置での排出管内もしくは気液分離室内の冷却液の流速（Ｖ１）が、連通穴が設けられた位置での気液分離室内の冷却液の流速（Ｖ２）よりも、速くなるようにされていれば、連通穴１４からタンク室１７、吸出し穴を経て排出管１６に至る冷却液の副流が生じて、効率的な気液分離が行われる。

必須ではないが、本実施形態のリザーバタンク４０では、吸出し穴４３が管状すなわちパイプ状に設けられている。このような管状の吸出し穴であっても、同様に、気液分離効果の向上に貢献する。また、管状、パイプ状の吸出し穴４３の具体的構成は特に限定されず、樹脂製や金属製のパイプを用いて管状の吸出し穴４３を実現してもよいし、リザーバタンクのタンク壁面と隔壁によって管状の吸出し穴４３を実現してもよい。

図１１には第４実施形態のリザーバタンク５０を示す。図１１はリザーバタンク５０の縦断面図（Ｘ－Ｘ断面図）であり、第２実施形態における図９に対応している。
第４実施形態のリザーバタンク５０は、第２実施形態のリザーバタンク３０と比べ、気液分離室とタンク室を隔てる隔壁５３の構造や、吸出し穴４４周辺の構造が異なっているが、他の構成は、第２実施形態のリザーバタンク３０と同様である。

必須ではないが、第４実施形態のリザーバタンク５０では、気液分離室５８の高さが連通穴１４付近で高くなり、吸出し穴４４付近で低くなるように、隔壁５３が凹凸を有する形状に設けられている。凹凸を有する隔壁５３は、気液分離室５８の高さが排出管１６の直前で絞られるように設けられ、気液分離室が絞られた部位に、吸出し穴４４が設けられている。これにより、冷却液の流れ方向に直交する断面で測って、吸出し穴４４が設けられた位置での排出管１６もしくは気液分離室５８の流路の断面積ＦＳ１が、連通穴１４が設けられた位置での気液分離室５８の断面積ＦＳ２よりも小さくなっている。

冷却液の流れ方向に直交する断面で測って、吸出し穴４４が設けられた位置での排出管１６もしくは気液分離室５８の流路の断面積ＦＳ１が、連通穴１４が設けられた位置での気液分離室５８の断面積ＦＳ２よりも小さくなっていれば、吸出し穴４４が設けられた位置での排出管内もしくは気液分離室内の冷却液の流速Ｖ１が、連通穴１４が設けられた位置での気液分離室内の冷却液の流速Ｖ２よりも、確実に速くなるようにでき、より効果的に気泡が冷却液から分離される。

第１実施形態ないし第４実施形態に見られるように、吸出し穴の具体的形態は、隔壁に穴を設けたものであってもよいし、管状のものであってもよく、特に限定されない。また、吸出し穴は、タンク室と排出管１６を直接連通させるものであってもよいし、気液分離室の排出管近傍とタンク室とを連通させるものであってもよい。いずれの吸出し穴の形態であっても、タンク本体内部の液面のあばれを抑制しつつ、気液分離処理が行える。

気液分離の効率を高める観点からは、いずれの実施形態のリザーバタンクにおいても、隔壁（１３）が、隔壁の外周部から連通穴（１４）に向かうにしたがって鉛直方向上側に向かうような円錐面状に設けられることが好ましい。かかる構成により、気液分離室（１８）内で重力の作用によって鉛直方向上方に向かう気泡が、連通穴（１４）やタンク室（１７）に導かれ、冷却液から分離されやすくなる。

また、上記実施形態の説明では、連通穴１４は、板状の隔壁１３に設けられた貫通穴状のものを例として説明したが、連通穴の具体的形状は特に限定されない。タンク室と排出管を連通できるものであれば、連通穴１４は管路状に形成されたものであってもよい。

図１２には、第５実施形態のリザーバタンク６０を示す。図１２には、他の実施形態の図２や図９、図１０、図１１に対応するＸ－Ｘ断面図によって、リザーバタンク６０の断面構造が示されている。第５実施形態のリザーバタンク６０は、第１実施形態のリザーバタンク１０と比べて、さらに、タンク室１７内に制御面６５や支持部６６を有している。他の点は、第１実施形態のリザーバタンク１０と同様に構成されている。

本実施形態のリザーバタンク６０では、タンク室１７の内部に、連通穴１４に所定の間隔を隔てて対向するように、制御面６５が設けられている。制御面６５は、連通穴１４を通じて気液分離室１８からタンク室１７に流れ込む冷却液の流れを、タンクの上側に向かう流れが横方向に向かう流れとするように設けられている。制御面６５を構成する材料は、金属や樹脂のような液体を透過しない材料や板、ブロックであってもよいが、メッシュ状の素材、不織布、発泡体などであってもよい。本実施形態では、熱可塑性樹脂製の板材によって、液体を透過しない制御面６５が設けられている。

連通穴１４からタンク室１７に流れ込む流れが横方向に向かうように、好ましくは、制御面６５は、連通穴１４全体を覆うように、鉛直方向に見て、連通穴１４と同程度の大きさに、もしくは連通穴１４よりも大きくなるように設けられる。制御面６５の形状は特に限定されないが、本実施形態のように略水平方向に延在する平板状の制御面とすることが好ましい。

制御面６５は、支持部６６によって、タンク室１７を構成する上側ケース１２に対し支持されている。制御面６５を的確に支持できる限りにおいて、支持部６６の具体的形状は特に限定されない。本実施形態では、円筒状に支持部６６が形成され、支持部６６により制御面６５の外周部が支持されている。このような形態は、上側ケース１２を射出成型する際に有利である。支持部６６は、制御面６５を上側ケース１２の上面（天面）に対して支持してもよいし、制御面６５を上側ケース１２の側面（外周面）に対して支持してもよい。また、制御面６５を隔壁１３に対して支持するように支持部を設け、隔壁１３と制御面６５を一体成型してもよい。また、リザーバタンクにキャップや弁体が設けられる場合には、キャップや弁体に制御面６５を設けるようにして、支持部６６を省略してもよい。

本実施形態のリザーバタンク６０では、タンク室１７の内部に、連通穴１４に所定の間隔を隔てて対向するように、制御面６５が設けられ、連通穴を通じて気液分離室からタンク室に流れ込む冷却液の流れを、タンクの上側に向かう流れが横方向に向かう流れとなるようにしたことにより、冷却液の流量が多くなって、冷却液が連通穴１４からタンク室１７に勢いよく流れ込むような場合であっても、タンク室１７内部の液面あばれが抑制され、気泡の巻き込みが予防される。すなわち、連通穴１４を通じて冷却液がタンク室１７に流れ込む冷却液は、タンク室１７では直接上方に向かうことなく、一旦、制御面６５によって横方向に拡散して流れることになる。そのため、タンク室１７内部に流れ込んだ冷却液の流れは、横向きに拡散されて弱められ、タンク室１７における液面のあばれを誘発しにくくなる。従って、本実施形態のリザーバタンク６０では、タンク室内の冷却液液面あばれの抑制効果が特に高められる。

第５実施形態のリザーバタンク６０のようにタンク室１７の内部に制御面６５を設ける場合には、制御面６５から横方向に向かう冷却液の流れが、吸出し穴４１の方向に向かわないようにすることが好ましい。特に、制御面６５から横方向に向かう冷却液の流れが、吸出し穴４１とは反対の方向に向かうようにすることが好ましい。これにより、気液分離性能がより向上する。

図１３、図１４には、第６実施形態のリザーバタンク７０を示す。第６実施形態のリザーバタンク７０は、図１ないし図６で説明された第１実施形態のリザーバタンク１０と比べて、連通穴７４がパイプ７７を含むように構成されており、気液分離室１８の高さが高く、排出管１６が設けられる位置が高くされている。他の点は、第１実施形態のリザーバタンク１０と同様に構成されている。図１３は、他の実施形態の図２や図９、図１０、図１１、図１２に対応するＸ－Ｘ断面図であり、リザーバタンク７０の縦断面構造が示されている。また、図１４は、第１実施形態の図５に対応するＡ－Ａ断面図である。

本実施形態のリザーバタンク７０では、隔壁１３に設けられる連通穴７４が、パイプ７７を含むように設けられている。すなわち、連通穴７４は、板状の隔壁に設けられた貫通穴の内側に、中空管状のパイプ７７が、略鉛直方向に、気液分離室１８の内側に向かって突き出すように設けられた構成となっている。必須ではないが、本実施形態では、パイプ７７は、リブ等により、隔壁１３に一体化されている。また、本実施形態ではパイプ７７が貫通穴の略中央に設けられているが、パイプ７７が貫通穴の周縁部に設けられていてもよく、パイプ７７と貫通穴が並ぶように連通穴７４が設けられていてもよい。

この連通穴７４の構成により、隔壁１３とパイプ７７の間の貫通穴の部分が、気液分離室の隔壁付近の部分とタンク室１７を連通する一方で、パイプ７７の管路は、隔壁１３よりも下方に隔たった気液分離室の中央部とタンク室１７を連通する。

本実施形態のリザーバタンク７０に冷却液が流されると、図１４に示されるように、連通穴７４を通じて気液分離室１８からタンク室１７に向かうとともに、吸出し穴４１を通じてタンク室１７から気液分離室１８に向かう副流が生ずる。そして、連通穴７４における貫通穴の部分からは、気液分離室の上側（隔壁１３付近）に集まった気泡を多く含む冷却液をタンク室１７に導くことができる一方で、パイプ７７により、隔壁１３よりも下方に隔たった位置から、冷却液をタンク室１７に導くことができる。

本実施形態のリザーバタンク７０のように、遠心力と重力を併用して気泡の分離を図る気液分離室（１８）を備える場合、気泡は、気液分離室１８に生ずる円弧状の流れの中心部や渦の中心部に集まり、上方に移動していくが、気泡径が小さい場合には上方に気泡が移動しにくく、気液分離室内の円弧状の流れの中心部や渦の中心部に竜巻状に細かな気泡が残りやすい。パイプ７７が設けられていると、隔壁１３から離れた位置で、こうした細かい気泡が多く集まった冷却液を効果的にタンク室１７に送り込むことができ、タンク室１７内で細かい気泡を分離することができる。すなわち、本実施形態のように、隔壁１３に設けられる連通穴７４が、パイプ７７を含むように設けられていると、気液分離室１８内で気泡が残りやすい部分から冷却液をタンク室１７に導くことができて、リザーバタンクの気液分離性能がより高められる。

本発明のリザーバタンクは、更に他の構成を有していてもよい。たとえば、リザーバタンクには、取り外し可能なキャップが設けられていてもよい。このようなキャップを通じてタンクや冷却液経路内部に冷却液を満たすことができる。また、リザーバタンクには、必要に応じ、車体等に取り付けるためのステーやボス部材などが一体化されていてもよい。また、リザーバタンクに要求される耐圧性等に応じて、リザーバタンクには、リブ等の補強構造が設けられていてもよい。

上記リザーバタンクは冷却システムの冷却液経路中に使用でき、冷却液中の気泡を分離できて産業上の利用価値が高い。

１０ リザーバタンク
１１ 下側ケース
１２ 上側ケース
１３ 隔壁
１４ 連通穴
４１ 吸出し穴
１５ 流入管
１６ 排出管
１７ タンク室
１８ 気液分離室
１１ａ 円筒状の壁
ｍ 円筒状の壁の中心軸

Claims (5)

1. 液冷式冷却システムの冷却液経路に設けられるリザーバタンクであって、
   冷却液を貯留するタンク室と、
   タンク室の鉛直方向下側に隣接して設けられた気液分離室と、
   タンク室と気液分離室の間を仕切る隔壁と、
   リザーバタンクに冷却液を送り込む流入管と、
   リザーバタンクから冷却液を排出する排出管を有しており、
   前記流入管と前記排出管は気液分離室に接続されており、
   前記隔壁には、タンク室と気液分離室を連通する連通穴が設けられ、
   かつ、リザーバタンクには、タンク室と排出管を連通する吸出し穴もしくは、タンク室と気液分離室の排出管近傍を連通する吸出し穴が設けられており、
   吸出し穴が設けられた位置での排出管内もしくは気液分離室内の冷却液の流速が、連通穴が設けられた位置での気液分離室内の冷却液の流速よりも、速くなるようにされており、かつ、気液分離室が円筒状の壁を有し、冷却液を壁に沿って円弧状に湾曲させて流すことにより、円弧の半径方向内側に冷却液中の気泡を集めるよう、気液分離室が構成され、
   連通穴が円弧の半径方向内側に設けられた
   リザーバタンク。
2. 気液分離室において、冷却水が、前記円筒状の壁に沿って円弧状に湾曲して流れて排出管に導かれる、
   請求項１に記載のリザーバタンク。
3. 冷却液の流れ方向に直交する断面で測って、吸出し穴が設けられた位置での排出管もしくは気液分離室の流路の断面積が、連通穴が設けられた位置での気液分離室の断面積よりも小さい
   請求項１または請求項２に記載のリザーバタンク。
4. 吸出し穴が設けられる位置における排出管もしくは気液分離室の流路の断面積が、吸出し穴の断面積よりも大きい
   請求項１または請求項２に記載のリザーバタンク。
5. 吸出し穴の断面積が、連通穴の断面積よりも小さい
   請求項１または請求項２に記載のリザーバタンク。

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