WO2021210283A1 - リザーブタンク - Google Patents

Abstract

リザーブタンク（１０）は、気液分離部（１００）と、流入部（１２０）と、流出部（１３０）と、筒状の突出部（１１０）と、を備える。気液分離部は、所定の軸線を中心に有底筒状に形成される。流入部は、気液分離部の内部に冷却水を流入させる。流出部は、気液分離部の内部から冷却水を流出させる。突出部は、気液分離部の内部において底壁部（１０１）から所定の軸線に沿って延びるように形成される。突出部の先端部において突出部の内部空間が気液分離部の内部空間に開口している。

Description

リザーブタンク 関連出願の相互参照

　本出願は、２０２０年４月１５日に出願された日本国特許出願２０２０－０７２８３９号と、２０２０年１１月２４日に出願された日本国特許出願２０２０－１９４２５２号と、に基づくものであって、その優先権の利益を主張するものであり、その特許出願の全ての内容が、参照により本明細書に組み込まれる。

　本開示は、リザーブタンクに関する。

　車両には、冷却水を循環させることにより車両の各部を冷却するための冷却システムが設けられている。冷却システムの冷却対象としてはエンジンやインタークーラ等の補機類が挙げられる。冷却システムにおいて冷却水が循環する経路には、冷却対象となる機器の他、冷却水を圧送するウォーターポンプや、冷却水の一部を貯留するリザーブタンク等が設けられている。何らかの原因で冷却水が減少した際には、リザーブタンクから冷却水が補われる。これにより、冷却水の減少に伴う冷却性能の低下を抑制することができる。このようなリザーブタンクとしては、例えば下記の特許文献１に記載のリザーブタンクがある。

　特許文献１に記載のリザーブタンクには、冷却水から気泡を分離するための空間である気液分離室が設けられている。気液分離室は概ね円柱形状の空間となっている。気液分離室の下方側部分には、冷却水の入口である流入口と、冷却水の出口である流出口とが形成されている。流入口から流入した冷却水は、気液分離室を旋回しながら上昇する。これにより、大きな気泡だけでなく、浮力の小さい気泡も旋回流によって上昇し、液面に到達して消滅する。また、流入口及び流出口のいずれもが液面よりも下方側に設けられているため、冷却水の流入に伴って新たな気泡が発生することを抑制できる。

特開２０１５－２８３３６号公報

　特許文献１に記載のリザーブタンクでは、気液分離室の内部に流入する冷却水の流速が遅い場合、気液分離室の内部で冷却水が十分に旋回して流れない可能性がある。仮に気液分離室の内部で冷却水の十分な旋回流が形成されない場合、冷却水と気泡とを分離する機能が低下するおそれがある。また、十分な旋回流が形成されないことに起因して冷却水の流れに乱れが生じると、気液分離室の内部で新たな気泡が発生する懸念もある。このように、特許文献１に記載のリザーブタンクは、気泡の発生及び除去に関して改良の余地を残すものとなっている。

　本開示の目的は、気泡の発生の抑制機能及び気泡の除去機能のそれぞれを安定的に発揮することが可能なリザーブタンクを提供することにある。

　本開示の一態様によるリザーブタンクは、気液分離部と、流入部と、流出部と、筒状の突出部と、を備える。気液分離部は、所定の軸線を中心に有底筒状に形成される。流入部は、気液分離部に設けられ、気液分離部の内部に冷却水を流入させる。流出部は、気液分離部に設けられ、気液分離部の内部から冷却水を流出させる。突出部は、気液分離部の内部において底壁部から所定の軸線に沿って延びるように形成される。気液分離部の内周面と突出部の外周面との間に形成される隙間により環状流路が形成されている。気液分離部の内面において流入部に連通される開口部を流入開口部とし、気液分離部の内面において流出部に連通される開口部を流出開口部とするとき、流出開口部は、所定の軸線に沿った方向において流入開口部よりも気液分離部の底壁部側に配置され、流入開口部は、所定の軸線に沿った方向において突出部の先端部よりも気液分離部の底壁部側に配置されている。突出部の先端部において突出部の内部空間が気液分離部の内部空間に開口している。

　この構成によれば、流入開口部から環状流路に流入した冷却水は、環状流路に沿って旋回するように流れる。そのため、気液分離部の内部には冷却水の旋回流が形成される。これにより、旋回して流れる冷却水は遠心力により外側に向かって流れる一方、冷却水に含まれる気泡は、冷却水よりも軽量であるため、冷却水の旋回流の中央付近に集められる。冷却水の旋回流の中央付近に集められた気泡は冷却水の液面に達することにより、気液分離部の上方の空間に集められる。このような過程を経て、冷却水に含まれる気泡を除去することができる。

　また、発明者らの実験によると、気液分離部の内部に突出部を形成することにより、冷却水の流れに乱れが生じることなく冷却水の流れが安定する流速範囲が、突出部が形成されていない場合と比較すると広くなることが確認されている。
　さらに、突出部の内部には冷却水が滞留している。この冷却水の滞留部分は、気液分離部内に形成される冷却水の旋回流を減衰させるように作用する。これにより、冷却水の旋回流の流速が過度に上昇することが抑制されるため、冷却水の旋回流を安定させることができる。結果的に、気泡の発生を抑制することができる。

　このように、上記構成によれば気泡の発生の抑制機能及び気泡の除去機能のそれぞれを安定的に発揮することが可能となる。

図１は、第１実施形態のリザーブタンクの断面構造を示す断面図である。 図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面構造を示す断面図である。 図３は、第１実施形態のリザーブタンクの断面斜視構造を示す斜視図である。 図４は、第１実施形態の変形例のリザーブタンクの断面構造を示す断面図である。 図５は、第２実施形態のリザーブタンクの断面構造を示す断面図である。 図６は、第２実施形態のリザーブタンクの断面斜視構造を示す斜視図である。 図７は、第２実施形態の変形例のリザーブタンクの断面構造を示す断面図である。 図８は、発明者らにより求められたリザーブタンクの界面深さＤｍと気泡巻き込み量Ｂａとの関係を示すグラフである。 図９は、発明者らにより求められたリザーブタンクの冷却水の旋回流速ｖと界面深さＤｍとの関係を示すグラフである。 図１０は、発明者らにより求められたリザーブタンクの流路幅Ｗと冷却水の旋回流速ｖとの関係を示すグラフである。

　以下、リザーブタンクの一実施形態について図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
　＜第１実施形態＞
　はじめに、図１及び図２を参照して、第１実施形態のリザーブタンク１０について説明する。リザーブタンク１０は、車両に搭載される冷却システムに用いられる。冷却システムは、車両の各部、具体的には内燃機関や補機類に冷却水を循環させることにより、それらを冷却するシステムである。冷却システムでは、ウォーターポンプにより圧送される冷却水が内燃機関等の冷却対象に供給され、冷却対象を冷却する。冷却対象を通過して高温となった冷却水は、ラジエータにおいて冷却されてウォーターポンプに戻り、再びウォーターポンプから送り出される。尚、このような冷却システムの構成としては公知のものを採用することができるため、その具体的な図示や説明については省略する。

　リザーブタンク１０は、このような冷却システムのうち、冷却水が循環する経路の途中の位置、例えばウォーターポンプの上流側となる位置に設けられている。尚、「冷却水が循環する経路の途中」とは、常に冷却水が流れている経路の途中である必要は無く、例えばバイパス流路のように一時的に冷却水が流れる経路の途中であってもよい。

　図１及び図２に示されるように、リザーブタンク１０は、気液分離部１００と、流入部１２０と、流出部１３０とを備えている。
　気液分離部１００は、供給される冷却水を一時的に貯留しながら、冷却水に含まれる気泡を除去するための容器である。気液分離部１００は、所定の第１軸線ｍ１０を中心に有底円筒状に形成されている。気液分離部１００は、その中心軸ｍ１０が鉛直方向と平行となるように配置されている。

　気液分離部１００の内側には内部空間ＳＰが形成されている。内部空間ＳＰは、冷却水を一時的に貯留するための空間であると同時に、冷却水の気液を分離して気泡を除去するための空間でもある。
　なお、気液分離部１００の上端の開口部分は、図示しないキャップにより閉塞される。キャップには弁が設けられている。内部空間ＳＰの圧力が低い通常時においては、キャップの弁は閉じられており、内部空間ＳＰと外気との間は遮断された状態となっている。内部空間ＳＰの圧力が上昇し所定値を超えると、キャップの弁が開いて、内部空間ＳＰの空気を外部に逃がすことができるようになっている。

　気液分離部１００の内部には突出部１１０が形成されている。突出部１１０は、気液分離部１００の内部において底壁部１０１から第１軸線ｍ１０に沿って延びるように円筒状に形成されている。気液分離部１００及び突出部１１０は、第１軸線ｍ１０を中心とする同心円状に配置されている。突出部１１０の外径を「ｄ」とし、気液分離部１００の内径を「Ｄ」とするとき、それらは「Ｄ＞ｄ」なる関係を有している。突出部１１０の先端部の開口部分は気液分離部１００の内部空間ＳＰに開口している。

　気液分離部１００の側壁部１０２の内周面と突出部１１０の外周面との間に形成される隙間は、第１軸線ｍ１０を中心に円環状に形成される流路ＦＰとなっている。以下では、この流路ＦＰを「環状流路ＦＰ」と称する。
　図１に示される二点鎖線ＤＬ２は、気液分離部１００における下限水位を示す線である。リザーブタンク１０への冷却水の注水が行われる際には、冷却水の水位が下限水位以上となるように注水量が調整される。突出部１１０の先端部は、二点鎖線ＤＬ２で示される下限水位の位置よりも更に低い位置となっている。このため、突出部１１０の上端が、冷却水の液面よりも上方に突出することはない。このように、気液分離部１００の内部空間ＳＰには、その突出部１１０よりも上方に位置する部分まで冷却水が貯留される。以下では、気液分離部１００の内部空間ＳＰにおいて突出部１１０よりも上方に位置する部分を「貯留部ＳＳ」と称する。

　流入部１２０は、冷却システムを循環する冷却水を気液分離部１００の内部に流入させる部分である。図２に示されるように、気液分離部１００の側壁部１０２には、その内面から外面に貫通するように流入開口部１０３が形成されている。流入開口部１０３は、気液分離部１００の内面において流入部１２０に連通される開口部である。流入部１２０は、第１軸線ｍ１０に対して垂直な第２軸線ｍ２０を中心に筒状に形成されている。流入部１２０は、流入開口部１０３から気液分離部１００の外側に向かって延びるように配置されている。流入部１２０の中心軸ｍ２０は、第１軸線ｍ１０に対して矢印Ａで示される方向にオフセットしている。矢印Ａで示される方向は、第１軸線ｍ１０及び第２軸線ｍ２０の両方に直交する方向である。

　図１に示されるように、流入開口部１０３は、第１軸線ｍ１０に沿った方向において突出部１１０の先端部よりも気液分離部１００の底壁部１０１側に配置されている。したがって、第１軸線ｍ１０に沿った方向において気液分離部１００の底壁部１０１の内面から突出部１１０の先端部までの距離を「ｈ１」とし、気液分離部１００の底壁部１０１の内面から流入部１２０の中心軸ｍ２０までの距離を「ｈ２」とするとき、それらは「ｈ１＞ｈ２」なる関係を有している。

　図２に示されるように流入部１２０の中心軸ｍ２０が気液分離部１００の中心軸ｍ１０に対して矢印Ａで示される方向にオフセットしていることで、流入部１２０から流入開口部１０３を介して気液分離部１００の内部に流入する冷却水は、図２に矢印ＡＲ２で示されるように流れる。すなわち、流入開口部１０３から気液分離部１００の内部に流入した冷却水は突出部１１０の外壁部に沿って矢印ＡＲ２で示される方向に流れる。そのため、第１軸線ｍ１０を中心とする反時計回りの方向に旋回するような冷却水の流れが形成され易くなる。

　図２に示されるように、気液分離部１００の底壁部１０１には、環状流路ＦＰの一部を仕切るように仕切壁１０５が更に形成されている。仕切壁１０５は、環状流路ＦＰにおいて、流入開口部１０３よりも、環状流路ＦＰ内の冷却水の旋回方向の上流に位置する部分に配置されている。図１に示されるように、第１軸線ｍ１０に沿った方向における仕切壁１０５の上壁面の位置は突出部１１０の先端部の位置よりも低い。図２に示されるように、仕切壁１０５は、流入部１２０から気液分離部１００の内部に流入する矢印ＡＲ１で示される方向に流れる冷却水の流れと、気液分離部１００の内部を矢印ＡＲ２で示される方向に旋回する冷却水の流れとの干渉を抑制するために設けられている。

　図１に示される流出部１３０は、気液分離部１００の内部の冷却水を外部に流出させる部分である。気液分離部１００の底壁部１０１において環状流路ＦＰの内壁を形成する部分には、その内面から外面に貫通するように流出開口部１０４が形成されている。流出開口部１０４は、気液分離部１００の内面において流出部１３０に連通される開口部である。流出開口部１０４は、第１軸線ｍ１０に沿った方向において流入開口部１０３よりも気液分離部１００の底壁部１０１側に配置されている。流出部１３０は、流出開口部１０４から気液分離部１００の下方に向かって延びるように配置されている。流出部１３０は、第３軸線ｍ３０を中心に円筒状に形成されている。

　次に、本実施形態のリザーブタンク１０の動作例について説明する。
　図２に示されるように、このリザーブタンク１０では、流入部１２０に流入した冷却水が矢印ＡＲ１で示されるように流入開口部１０３を通じて気液分離部１００の内部に流れる。気液分離部１００の内部に流入した冷却水は、環状流路ＦＰに沿って流れることにより、矢印ＡＲ２で示されるような旋回流を形成する。旋回流となった冷却水は気液分離部１００の内部を上方に向かって流れる。これにより、気液分離部１００の貯留部ＳＳには、図１に示されるような冷却水の渦が形成される。また、気液分離部１００の内部を流れる冷却水の一部は流出部１３０を通じて外部に排出される。

　図１に示されるような冷却水の渦が貯留部ＳＳに形成されることで、貯留部ＳＳの冷却水は遠心力により外側に向かって、すなわち気液分離部１００の側壁部１０２の内周面に向かって流れる一方、冷却水に含まれる気泡は、冷却水よりも軽量であるため、冷却水の旋回流の中央付近に集められる。その気泡は、冷却水の液面ＳＷ１０に達することにより、気液分離部１００の上方の空間に集められる。このような過程を経て、冷却水に含まれる気泡を除去することができる。

　なお、第１軸線ｍ１０に沿った方向において気液分離部１００の底壁部１０１の内面から冷却水の液面ＳＷ１０までの距離を「Ｈ」とし、気液分離部１００の底壁部１０１の内面から突出部１１０の先端部までの距離を「ｈ１」とするとき、それらは「Ｈ＞ｈ１」なる関係を有している。

　また、発明者らの実験によると、気液分離部１００の内部に突出部１１０を形成することにより、冷却水の流れに乱れが生じることなく冷却水の旋回流が安定する流速範囲が、突出部１１０が形成されていない場合と比較すると広くなることが確認されている。
　さらに、突出部１１０の内部にも冷却水が存在する。突出部１１０の内部に存在する冷却水は、貯留部ＳＳの内部に形成される旋回流の影響を受けることなく、突出部１１０の内部で滞留している。貯留部ＳＳの冷却水は、気液分離部１００の内部に形成される冷却水の流れの影響を受けて連れ回りするため、気液分離部１００の側壁部１０２の内周面に沿って旋回する。その一方、突出部１１０の内部で滞留する冷却水は、貯留部ＳＳを流れる冷却水の旋回流の中央付近の流速を減衰させるように作用する。そのため、図１に示されるように、冷却水の液面ＳＷ１０に形成される旋回流の界面ＳＷ２０は、中央が平坦な浅い皿状になる。これにより、仮に流入部１２０から気液分離部１００に流入する冷却水の流量が増加することで環状流路ＦＰを流れる冷却水の旋回速度が速くなった場合であっても、貯留部ＳＳの内部に貯留される冷却水の旋回速度が上昇し難くなる。結果として、冷却水の旋回流を安定させることができるため、旋回流の界面ＳＷ２０が波打つことにより冷却水が空気を巻き込む現象等が生じ難くなる。よって、冷却水における新たな気泡の発生を抑制することができる。

　一方、貯留部ＳＳ内の冷却水の旋回速度が上昇するほど、すり鉢状をなす旋回流の界面ＳＷ２０の底部が深くなるため、旋回流の界面ＳＷ２０が突出部１１０の先端部に接触する可能性がある。仮に旋回流の界面ＳＷ２０が突出部１１０の先端部に接触するようなことがあると、旋回流の界面ＳＷ２０が乱れて空気を巻き込むおそれがある。この点、本実施形態のリザーブタンク１０では、突出部１１０の内部に滞留する冷却水により貯留部ＳＳの内の冷却水の旋回速度の上昇を抑制できるため、冷却水の旋回流を安定させることができる。結果的に、旋回流の界面ＳＷ２０が突出部１１０の先端部に接触するような現象が生じ難くなるため、旋回流の界面ＳＷ２０の乱れに起因する気泡の発生を抑制することができる。

　以上説明した本実施形態のリザーブタンク１０によれば、以下の（１）～（４）に示される作用及び効果を得ることができる。
　（１）本実施形態のリザーブタンク１０によれば、気液分離部１００の内部に冷却水の旋回流が形成されることにより、冷却水に含まれる気泡を除去することができる。また、突出部１１０の内部に滞留する冷却水により、冷却水の旋回速度の上昇を抑制することができる。これにより、冷却水の旋回流を安定させることができるため、冷却水における新たな気泡の発生を抑制することができる。このように、本実施形態のリザーブタンク１０によれば、気泡の発生の抑制機能及び気泡の除去機能のそれぞれを安定的に発揮することができる。

　（２）図２に示されるように、突出部１１０は、第１軸線ｍ１０を中心に筒状に形成されている。流入部１２０の中心軸ｍ２０は第１軸線ｍ１０に対して矢印Ａで示される方向にオフセットしている。この構成によれば、流入部１２０から気液分離部１００の内部に流入する冷却水が旋回流を形成し易くなる。

　（３）図２に示されるように、環状流路ＦＰにおいて、流入開口部１０３よりも、環状流路ＦＰを旋回する冷却水の流れ方向ＡＲ２の上流に位置する部分には、環状流路ＦＰを仕切るように仕切壁１０５が設けられている。この構成によれば、流入開口部１０３から環状流路ＦＰに流入する冷却水と、環状流路ＦＰを旋回するように流れる冷却水との干渉を仕切壁１０５により回避することができる。結果的に、冷却水の旋回流を形成し易くなる。

　（４）流出開口部１０４は、気液分離部１００の底壁部１０１において環状流路ＦＰの内壁を形成する部分に形成されている。この構成によれば、流出開口部１０４の位置を、例えば図２に二点鎖線で示される位置Ｐ１や位置Ｐ２等に変更可能であるため、設計の自由度を向上させることができる。なお、図３は、流出開口部１０４が位置Ｐ２に形成されている場合におけるリザーブタンク１０の断面斜視構造を示したものである。

　（変形例）
　次に、第１実施形態のリザーブタンク１０の変形例について説明する。
　図４に示されるように、本変形例のリザーブタンク１０では、流出部１３０が、流出開口部１０４から、第１軸線ｍ１０に垂直な方向であって、且つ気液分離部１００の外側に向かう方向に延びるように配置されている。この構成によれば、第１実施形態のリザーブタンク１０と比較すると、第１軸線ｍ１０に沿った方向におけるリザーブタンク１０の大型化を回避することができる。

　＜第２実施形態＞
　次に、リザーブタンク１０の第２実施形態について説明する。以下、第１実施形態のリザーブタンク１０との相違点を中心に説明する。
　図５及び図６に示されるように、本実施形態のリザーブタンク１０では、気液分離部１００の底壁部１０１において環状流路ＦＰの内壁を形成する部分に凹部１０６が形成されている。凹部１０６の底部１０６ａは気液分離部１００の底壁部１０１よりも下方に突出するように位置している。凹部１０６の側壁部には、その内面から外面に貫通するように流出開口部１０４が形成されている。流出開口部１０４には流出部１３０が接続されている。流出部１３０は、流出開口部１０４から気液分離部１００の底壁部１０１の外面に沿って延びるように形成されている。

　以上説明した本実施形態のリザーブタンク１０によれば、上記の（１）～（４）に示される作用及び効果に加え、以下の（５）に示される作用及び効果を得ることができる。
　（５）気液分離部１００の底壁部１０１の外面に沿うように流出部１３０を配置することができるため、第１実施形態のリザーブタンク１０と比較すると、第１軸線ｍ１０に沿った方向におけるリザーブタンク１０の大型化を回避することができる。

　（変形例）
　次に、第２実施形態のリザーブタンク１０の変形例について説明する。
　図７に示されるように、本変形例のリザーブタンク１０では、流出部１３０が、流出開口部１０４から、第１軸線ｍ１０に垂直な方向であって、且つ気液分離部１００の外側に向かう方向に延びるように配置されている。この構成によれば、流入部１２０とは反対側の位置に流出部１３０を配置することが可能となる。

　＜第３実施形態＞
　次に、リザーブタンク１０の第３実施形態について説明する。以下、第１実施形態のリザーブタンク１０との相違点を中心に説明する。
　図１に示されるように、リザーブタンク１０では、気液分離部１００の内部を冷却水が旋回することにより、すり鉢状をなす冷却水の旋回流が形成される。冷却水の液面ＳＷ１０から、すり鉢状の旋回流の底面までの長さを「界面深さＤｍ」とすると、界面深さＤｍが長くなるほど、界面ＳＷ２０の上方に存在する空気が、旋回する冷却水に巻き込まれる現象が発生し易くなることがわかっている。このような空気の巻き込み現象が発生すると、リザーブタンク１０における気液分離機能を担保できないおそれがある。そこで、発明者らは、界面深さＤｍと気泡巻き込み量Ｂａとの関係を実験的に求めることとした。

　図８は、その実験により得られた測定結果を丸の点で示したものである。図８に示される全ての点の関係を示す近似式を求めることにより、以下の式ｆ１を得ることができる。
　Ｂａ＝０．０００６Ｄｍ^３－０．０７０７Ｄｍ^２＋２．７６４４Ｄｍ－３４．６１２　（ｆ１）
　図８に示される曲線ｍ１１は、この式ｆ１を表している。

　図８に示されるように、界面深さＤｍが徐々に長くなって所定深さＤｍ１０に達すると、気泡巻き込み量Ｂａが零よりも大きくなる。すなわち気泡の巻き込み現象が発生する。そして、界面深さＤｍが「Ｄｍ１０＜Ｄｍ」を満たす領域では、界面深さＤｍが長くなると、気泡巻き込み量Ｂａが一旦増加した後に飽和して再び増加するといった変化傾向を示す。よって、界面深さＤｍの変化に対して気泡巻き込み量Ｂａは変曲点を有する。図８では、気泡巻き込み量Ｂａの変曲点に対応する界面深さＤｍが「Ｄｍ１１」で示されている。このように気泡巻き込み量Ｂａが変化する理由は以下の通りであると考えられる。

　まず、界面深さＤｍが長くなると、冷却水の界面ＳＷ２０が突出部１１０の上端面に近づくことにより、突出部１１０の内部に滞留する冷却水による旋回流速の抑制効果が小さくなる。結果的に、冷却水の界面ＳＷ２０が不安定になり、界面ＳＷ２０の上方に存在する空気が、旋回する冷却水に巻き込まれる現象が発生し易くなる。図８に示されるように、界面深さＤｍが所定深さＤｍ１０に達することにより、このような空気の巻き込み現象が発生して、気泡巻き込み量Ｂａが増加し始める。

　界面深さＤｍが更に長くなると、冷却水の旋回流に巻き込まれる空気が多くなるため、気泡巻き込み量Ｂａが増加する。このとき、冷却水に巻き込まれる空気は、旋回する冷却水の内部で撹拌されてマイクロバブルと呼ばれる微少な気泡となる。この微少な気泡の浮力は小さいため、その液中の滞在時間が長めであるが、気泡同士が結合することにより大きな気泡となる。大きな気泡となることにより、その気泡は大きな浮力を得て浮上して液面ＳＷ１０の上方の空気層に取り込まれる。このようにマイクロバブルが形成されている状況では、気泡同士が結合して大きな気泡が形成されることにより、冷却水と空気とを分離することが可能であるため、リザーブタンク１０における気液分離機能を担保することができる。

　一方、微少気泡として冷却水が取り込み可能な空気量には限界がある。そのため、界面深さＤｍが所定深さＤｍ１１に達した時点で気泡巻き込み量Ｂａは一旦飽和する。なお、実験環境では、所定深さＤｍ１１は、図１に示される突出部１１０の上端面から冷却水の液面ＳＷ１０までの長さである液面高さｈ３に略等しかった。

　界面深さＤｍが所定深さＤｍ１１よりも更に長くなると、冷却水の界面ＳＷ２０が突出部１１０よりも低くなる、すなわち冷却水の界面ＳＷ２０が突出部１１０に接触するため、気液分離部１００の内部に形成される冷却水の流れを整流することが難しくなる。すなわち、冷却水の界面ＳＷ２０が極めて不安定になるため、冷却水は、界面ＳＷ２０の上方に存在する空気を、マイクロバブルという形だけでなく、より大きな形で巻き込むようになる。これにより、界面深さＤｍが所定深さＤｍ１１よりも更に長くなると、気泡巻き込み量Ｂａが急増する。

　界面深さＤｍと気泡巻き込み量Ｂａとが図８に示されるような関係を有していることを考慮すると、界面深さＤｍが「Ｄｍ＜Ｄｍ１１」なる関係を満たしていれば、リザーブタンク１０の気液分離機能を担保することができる。気泡巻き込み量Ｂａが変曲点となる界面深さＤｍ１１は上記の式ｆ１から「３９．３［ｍｍ］」と求めることができる。よって、リザーブタンク１０の気液分離機能を担保するためには、界面深さＤｍが以下の式ｆ２を満たせばよい。

　Ｄｍ＜３９．３［ｍｍ］　（ｆ２）
　一方、界面深さＤｍは、気液分離部１００の内部を旋回する冷却水の旋回流速に依存する。具体的には、冷却水の旋回流速が速くなるほど界面深さＤｍは長くなる。発明者らは、界面深さＤｍと冷却水の旋回流速ｖとの関係をシミュレーション解析により求めた。図９は、そのシミュレーション解析により得られた測定結果を丸の点で示したものである。図９に示される全ての点の関係を示す近似式を求めることにより、以下の式ｆ３を得ることができる。

　Ｄｍ＝３９．２２３ｖ　（ｆ３）
　図９に示される直線ｍ１２は、この式ｆ３を表している。
　ここで、上記の式ｆ２を満たす旋回流速ｖを式ｆ３により求めれば、リザーブタンク１０の気液分離機能を担保可能な旋回流速ｖを求めることができる。具体的には、旋回流速ｖが以下の式ｆ４を満足すればよい。

　ｖ＜１．０［ｍ／ｓ］　（ｆ４）
　次に、発明者らは、この式ｆ４を満足することが可能な気液分離部１００の形状を求めることとした。具体的には以下の通りである。
　図１に示されるように、流入部１２０から気液分離部１００の内部に流入した冷却水は、気液分離部１００の内周面と突出部１１０の外周面との間の隙間を旋回しながら流れる。よって、気液分離部１００と突出部１１０との間に形成される隙間の幅Ｗは冷却水の旋回流速に影響を及ぼすと考えられる。そこで、発明者らは、気液分離部１００と突出部１１０との間に形成される隙間の幅Ｗと、気液分離部１００の内部の冷却水の旋回流速ｖとの関係をシミュレーション解析により求めた。なお、以下では、隙間の幅Ｗを「流路幅Ｗ」と称する。流路幅Ｗは、気液分離部１００の内径Ｄ及び突出部１１０の外径ｄに対して、「Ｗ＝（Ｄ－ｄ）／２」なる関係を有している。

　具体的には、発明者らは、気液分離部１００の内径Ｄが「４５［ｍｍ］」である場合に流路幅Ｗを変化させた際の旋回流速ｖをシミュレーション解析により求めた。また、発明者らは、気液分離部１００の内径Ｄが「５５［ｍｍ］」である場合、及び気液分離部１００の内径Ｄが「６５［ｍｍ］」である場合に関しても同様に流路幅Ｗ及び旋回流速ｖの関係をシミュレーション解析によりも求めた。

　なお、シミュレーション解析では、図１に示される突出部１１０の高さｈ１を「３０［ｍｍ］」、突出部１１０の厚さｔを「２．５［ｍｍ］」、流入部１２０の内径φを「１０［ｍｍ］」にそれぞれ設定した。さらに、気液分離部１００の内部を旋回する冷却水として、ＬＬＣ（Long Life Coolant）濃度が「５０％」の冷却水を用いた。この冷却水の物性値に関しては、具体的には、粘度が「０．００１３７［ｋｇ／ｍ・ｓ］」、密度が「１０５３．６２［ｋｇ／ｍ^３］」、温度が「６０［℃］」に設定されている。なお、こうした条件でシミュレーション解析により気液分離部１００の内部に冷却水の旋回流を形成した場合、図１に示される距離Ｈは「７０［ｍｍ］」程度であった。

　図１０は、発明者らにより行われたシミュレーション解析の結果をグラフ化したものである。図１０では、気液分離部１００の内径Ｄが「４５［ｍｍ］」であるときの実験結果が丸の点で、気液分離部１００の内径Ｄが「５５［ｍｍ］」であるときの実験結果が三角の点で、気液分離部１００の内径Ｄが「６５［ｍｍ］」であるときの実験結果が四角の点でそれぞれ示されている。

　図１０に示されるように、気液分離部１００の内径Ｄの大きさに関わらず、流路幅Ｗ及び旋回流速ｖは類似の相関関係を有している。図１０に示される全ての点の関係を示す近似式を求めることにより、以下の式ｆ５を得ることができる。
　ｖ＝０．０１７９Ｗ^２－０．２８８１Ｗ＋１．５２７２　（ｆ５）
　図１０に示される曲線ｍ１３は、この式ｆ５を表している。

　式ｆ５に示されるように、旋回流速ｖは流路幅Ｗに対して二次関数的に変化する。旋回流速ｖが最小値ｖ_ｍｉｎとなる流路幅Ｗを「Ｗａ」とすると、流路幅Ｗが「Ｗ＜Ｗａ」を満たしている場合、流路幅Ｗが狭くなるほど旋回流速ｖが上昇するため、旋回流の界面ＳＷ２０が不安定になり易い。そして、流路幅Ｗが「Ｗ＝Ｗａ」であるとき、旋回流速ｖが最小値ｖ_ｍｉｎとなるため、旋回流の界面ＳＷ２０が最も安定する。さらに、流路幅Ｗが「Ｗａ＜Ｗ」を満たしている場合、流路幅Ｗが広くなるほど、突出部１１０の内部に滞留する冷却水による旋回速度の抑制効果が相対的に小さくなるため、旋回流の界面ＳＷ２０が不安定になり易い。

　上記の式ｆ５を用いれば、上記の式ｆ４を満足する流路幅Ｗは以下の式ｆ６により求めることができる。なお、図１０に示される破線は上記の式ｆ４を表している。
　１＞０．０１７９Ｗ^２－０．２８８１Ｗ＋１．５２７２　（ｆ６）
　この式ｆ６を満たす流路幅Ｗは以下の式ｆ７に示される通りである。

　２．１［ｍｍ］＜Ｗ（＝（Ｄ－ｄ）／２）＜１３．９［ｍｍ］　（ｆ７）
　よって、この式ｆ７を満たすように気液分離部１００の内径Ｄ及び突出部１１０の外径ｄを設定することにより、リザーブタンク１０の気液分離機能を担保することが可能となる。

　＜他の実施形態＞
　なお、上記実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
　・各実施形態の気液分離部１００には仕切壁１０５が設けられていなくてもよい。

　・気液分離部１００の貯留部ＳＳは、第１軸線ｍ１０に沿った方向において同一の直径を有する形状に限らず、第１軸線ｍ１０に沿った方向において直径が変化する形状を有するものであってもよい。
　・気液分離部１００において液面ＳＷ１０よりも上方の部分は、第１軸線ｍ１０を中心とする円筒状に限らず、例えば矩形筒状に形成されていてもよい。

　・本開示は上記の具体例に限定されるものではない。上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素、及びその配置、条件、形状等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

Claims (9)

1. 　所定の軸線を中心に有底筒状に形成される気液分離部（１００）と、
   　前記気液分離部に設けられ、前記気液分離部の内部に冷却水を流入させる流入部（１２０）と、
   　前記気液分離部に設けられ、前記気液分離部の内部から冷却水を流出させる流出部（１３０）と、
   　前記気液分離部の内部において底壁部（１０１）から前記所定の軸線に沿って延びるように形成される筒状の突出部（１１０）と、を備え、
   　前記気液分離部の内周面と前記突出部の外周面との間に形成される隙間により環状流路（ＦＰ）が形成されており、
   　前記気液分離部の内面において前記流入部に連通される開口部を流入開口部（１０３）とし、前記気液分離部の内面において前記流出部に連通される開口部を流出開口部（１０４）とするとき、
   　前記流出開口部は、前記所定の軸線に沿った方向において前記流入開口部よりも前記気液分離部の底壁部側に配置され、
   　前記流入開口部は、前記所定の軸線に沿った方向において前記突出部の先端部よりも前記気液分離部の底壁部側に配置され、
   　前記突出部の先端部において前記突出部の内部空間が前記気液分離部の内部空間に開口している
   　リザーブタンク。
2. 　前記所定の軸線を第１軸線とするとき、
   　前記流入部は、前記第１軸線に対して垂直な第２軸線を中心に筒状に形成されており、
   　前記第２軸線は、前記第１軸線に対して、前記第１軸線及び前記第２軸線の両方に直交する方向にオフセットしている
   　請求項１に記載のリザーブタンク。
3. 　前記環状流路において、前記流入開口部よりも、前記環状流路を旋回する冷却水の流れ方向の上流に位置する部分には、前記環状流路を仕切るように仕切壁（１０５）が設けられている
   　請求項１又は２に記載のリザーブタンク。
4. 　前記気液分離部の底壁部には、凹部（１０６）が形成され、
   　前記流出部は、前記凹部から延びるように形成されている
   　請求項１～３のいずれか一項に記載のリザーブタンク。
5. 　前記流出部は、前記凹部から前記気液分離部の底壁部の外面に沿って延びるように形成されている
   　請求項４に記載のリザーブタンク。
6. 　前記流出部は、前記凹部から前記気液分離部の外側に向かって延びるように形成されている
   　請求項４に記載のリザーブタンク。
7. 　前記流出開口部は、前記気液分離部の底壁部において前記環状流路の内壁を形成する部分に設けられている
   　請求項１～３のいずれか一項に記載のリザーブタンク。
8. 　前記気液分離部の内径を「Ｄ」とし、前記突出部の外径を「ｄ」とするとき、前記気液分離部の内径Ｄ、及び前記突出部の外径ｄが、次式
   　（Ｄ－ｄ）／２＜１３．９［ｍｍ］
   を満たしている
   　請求項１～７のいずれか一項に記載のリザーブタンク。
9. 　前記気液分離部の内径Ｄ、及び前記突出部の外径ｄが、次式
   　２．１［ｍｍ］＜（Ｄ－ｄ）／２
   を更に満たしている
   　請求項８に記載のリザーブタンク。

Images