JP4600537B2

JP4600537B2 - リザーブタンク

Info

Publication number: JP4600537B2
Application number: JP2008180148A
Authority: JP
Inventors: 尚人越野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-07-10
Filing date: 2008-07-10
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2028-07-10
Also published as: JP2010019157A; US8579143B2; US20100006577A1

Description

本発明は、冷却対象を冷却するための冷却システムに用いられるリザーブタンクの技術に関する。

ハイブリッド自動車、電気自動車等の車輌に設けられるエンジン、モータージェネレータ、インバータ、エアコンプレッサ、エアコンユニット等の補機類は、駆動時に発熱する。ハイブリッド自動車、電気自動車等の車輌等には、発熱する補機類（冷却対象）の温度を適正に保つために、冷却液によって冷却する冷却システムが設けられる。

図５は、一般的な冷却システムの構成を示す模式図である。図５に示すように、冷却システム２は、冷却水を循環させるポンプ５８と、インバータ６０（冷却対象）と、冷却水と外気との熱交換を行う熱交換器としてのラジエータ６２と、リザーブタンク６４と、循環路６６ａ，６６ｂ，６６ｃ，６６ｄとを備える。

冷却システムの詳細については後述するが、ポンプ５８を稼動させることにより、循環路６６ａ，６６ｂ，６６ｃ，６６ｄを循環する冷却水（冷却水の流れは、図５に示す矢印で表している）が、インバータ６０と熱交換することによって、冷却対象であるインバータ６０を冷却させることができる。

上記のように冷却システム２を稼働させると、冷却液中に気体が混入する場合がある。冷却液中に気体が混入すると、冷却システム（実質的にはラジエータ６２）の熱交換率の低下、ポンプ５８からの異音及び損傷の原因となる。そのため、従来から、冷却液中の気体を分離させるために、気液分離性能を有するリザーブタンク６４が使用されている。

図６は、一般的なリザーブタンクの構成を示す側面模式断面図である。図６に示すようにリザーブタンク６４は、タンク本体７０と、入口管７２と、出口管７４と、タンク本体７０内の空気圧を調整する加圧キャップ７６と、を有する。タンク本体７０には、隔壁７８により区画された複数の室を有しており、冷却液をタンク本体７０に流入させる流入口８０が設けられた第１の室８２と、タンク本体７０から冷却液を流出させる流出口８４が設けられた第２の室８６とを有する。第１の室８２には、冷却液を第２の室８６へ流入させる連通部８８が形成されている。連通部８８は、隔壁７８に形成された貫通孔でもある。そして、流入口８０から流入した冷却液が、連通部８８を通過する際に、冷却液中の気体を分離させることができる。

また、例えば、特許文献１には、リザーブタンクの気液分離性能を向上させるために、隔壁の後面に隔壁に形成された貫通孔に隣接して、冷却液の渦の発生を抑制する渦発生抑制手段を設けたリザーブタンクが提案されている。

また、例えば、特許文献２には、リザーブタンクの気液分離性能を向上させるために、流入口よりも低く、かつ、流出口の上端よりも高い位置までの高さ範囲でタンク内を流入口側と流出口側とに区画する隔壁を設け、該隔壁には、流出口の少なくとも上端を含む高さ以上で流入口側と流出口側とを連通する流路を設けたリザーブタンクが提案されている。

特開２００５−１２０９０６号公報特開２００４−３０１０８４号公報

冷却システムにおいて、近年では、冷却対象（インバータ等）の高出力化により、冷却対象の発熱温度が高くなっているため、冷却液の流量を増加させる必要がある。また、冷却システムにおいて、従来の機械式ポンプより性能面（性能、制御性、静粛性）に優れる電動ポンプが採用されることが多くなっている。そのため、冷却システムの動作時には、冷却液中へ多量に気体が混入する虞がある。

また、車両の急発進、急停止等の走行状態、登坂路、降坂路等の路面状態により、リザーブタンク内の冷却液の液面（図６に示す液面９０）が傾斜する場合がある。その際に、リザーブタンク内の冷却液の液面が流入口等より低くなると、冷却液中に存在した流入口等がリザーブタンク内の空気中に露出し、冷却液に気体が混入する場合がある。

そこで、本発明の目的は、冷却液に気体が混入することを抑制することができるリザーブタンクを提供することにある。

本発明は、隔壁により区画された複数の室を有するタンク本体と、前記タンク本体へ冷却液を流入させる流入口と、前記タンク本体から冷却液を流出させる流出口と、を有するリザーブタンクであって、前記複数の室には、前記隔壁により区画された第１の室、第２の室及び前記流入口から前記第１の室に流入すべき冷却液を貯留する第３の室があり、前記第１の室には冷却液を前記第２の室へ流入させる第１連通部が形成され、前記第３の室には、前記貯留した冷却液を前記第１の室へ流入させる第２連通部が形成され、前記第２連通部を通る冷却液の流量は、前記第１連通部を通る冷却液の流量より小さい。

また、前記リザーブタンクにおいて、前記第３の室の容積は、前記第１の室の容積より小さいことが好ましい。

また、前記リザーブタンクにおいて、前記第２連通部は、前記第１の室と前記第３の室とを区画する隔壁と前記タンク本体の側壁との間に形成されることがタンクの成型上好ましい。

本発明によれば、車両の走行状態、路面状態等により冷却液の液面が傾斜しても、冷却液に気体が混入することを抑制することができる。

本発明の実施の形態について以下説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る冷却システムの構成の一例を示す模式断面図である。図１に示すように冷却システム１は、冷却液を循環させるポンプ１０と、冷却対象としてのインバータ１２と、冷却液と外気との熱交換を行う熱交換器としてのラジエータ１４と、冷却液を収容するリザーブタンク１６と、循環路１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄとを備える。

循環路１８ａは、ラジエータ１４の排出口（不図示）とリザーブタンク１６の入口管２０とを接続し、循環路１８ｂは、リザーブタンク１６の出口管２２とポンプ１０の吸引側（不図示）とを接続し、循環路１８ｃは、ポンプ１０の吐出側（不図示）とインバータ１２の供給口（不図示）とを接続し、循環路１８ｄは、インバータ１２の排出口（不図示）とラジエータ１４の供給口（不図示）とを接続するものである。

図１に示す冷却システム１の動作について説明する。リザーブタンク１６内に収容された冷却液は、ポンプ１０の稼動により、リザーブタンク１６の出口管２２から循環路１８ｂ、循環路１８ｃを通り、インバータ１２に供給される。インバータ１２に供給された冷却液は、発熱したインバータ１２と熱交換して、インバータ１２を冷却し、排出される。排出された冷却液は、循環路１８ｄを通り、ラジエータ１４に供給される。供給された冷却液は、ラジエータ１４により外気と熱交換して冷却され、ラジエータ１４から排出される。排出された冷却液は、循環路１８ａを通り、リザーブタンク１６の入口管２０からリザーブタンク１６内に供給される。このように冷却液を循環させることにより、冷却対象（例えば、インバータ１２）が冷却される。

図２（Ａ）は、本実施形態に係るリザーブタンクの上面模式断面図であり、図２（Ｂ）は、本実施形態に係るリザーブタンクの側面模式断面図である。図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、リザーブタンク１６は、タンク本体２４と、入口管２０と、出口管２２と、加圧キャップ２６と、を有する。加圧キャップ２６は、タンク本体２４内の空気圧を調節するものである。

また、タンク本体２４は、隔壁２８ａ，２８ｂにより区画された複数の室を備えるものである。複数の室には、第１の室３２、第２の室３６及び第３の室４２があり、第１の室３２と第２の室３６とは隔壁２８ａにより区画され、第１の室３２と第３の室４２とは隔壁２８ｂにより区画されている。第３の室４２には、タンク本体２４から冷却液を流入させる流入口３０が設けられ、流入口３０から第１の室３２に流入すべき冷却液が貯留される。また、第２の室３６にはタンク本体２４から冷却液を流出させる流出口３４が設けられている。図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、入口管２０は流入口３０と連通し、出口管２２は流出口３４と連通している。

また、本実施形態では、第１の室３２と第２の室３６との間又は第２の室３６以降に複数の室が形成されるように、さらに隔壁をタンク本体に設けても良い。

第１の室３２には、冷却液を第２の室３６へ流入させる第１連通部３８が形成されている。第１連通部３８は、隔壁２８ａに形成された貫通孔でもある。第１の室３２内の冷却液は、第１連通部３８を通り、第２の室３６へ移動する。第１連通部３８の位置、大きさ等は、リザーブタンク１６の大きさ等により適宜設定される。

また、本実施形態において、第３の室４２には、貯留した冷却液を第１の室３２へ流入させる第２連通部４４が形成されている。そして、第２連通部４４を通る冷却液の流量が第１連通部３８を通る冷却液の流量より小さくなるように、第２連通部４４の大きさが規定される。上記構成によって、第１の室３２内の冷却液の圧損と第３の室４２内の冷却液の圧損との差が生じるため、流入口３０からタンク本体２４へ冷却液が流入する際には、第３の室４２の冷却液の水位を他の室の冷却液の水位より上昇させることができる。

上記構成を有するリザーブタンク１６内に、流入口３０を介して導入された冷却液は、隔壁２８ｂにより区画された第３の室４２、第２連通部４４を通過し、第１の室３２へ移動する（図２（Ｂ）に示す矢印Ａ）。ここで、隔壁２８ｂにより区画された第３の室４２が存在せず、流入口３０から導入された冷却液が、直接第１の室３２に供給されると、第１の室３２内の液面が波立ち、気体の巻き込みが発生して、冷却液中に気体が混入し易くなる。しかし、本実施形態では、冷却液は、まず、上記説明した第３の室４２に供給される。冷却液が第３の室４２に供給されると、図２（Ｂ）に示すように、第３の室４２の冷却液の水位は他の室の冷却液の水位より上昇するため、液面４６を安定化させる。その結果、気体の巻き込みを抑制し、冷却液中への気体の混入を抑えることができる。また、車両の急発進、急停止等の走行状態、登坂路、降坂路等の路面状態等により、リザーブタンク１６内の冷却液の液面４６が傾斜しても、第３の室４２内の水位は上昇しているため、流入口３０が第３の室４２内の空気中に露出することを抑制し、冷却液中への気体の混入を抑えることができる。冷却液中への気体の混入を抑えることにより、冷却システムの熱交換率の低下、ポンプ１０からの異音の発生を防止することができる。

第２連通部４４を通る冷却液の流量が第１連通部３８を通る冷却液の流量より小さければ、第３の室４２の容積は特に制限されるものではないが、他室の水位に影響を与えることなく速やかに第３の室４２の水位を上昇させることができる点で、第１の室３２の容積より小さくすることが好ましい。第３の室４２の容積は、例えば、第１の室３２の容積の１／３〜１／５の範囲が好ましい。第３の室４２の容積が、上記範囲より大きいと、他室の水位を低下させ、十分な気液分離性能が発揮されない場合がある。また、上記範囲より小さいと、第３の室４２の水位が急激に上昇し、液面が波立ち、気体の巻き込みが発生する場合がある。さらに、第３の室４２では、第３の室４２内の冷却液の流れの一部が、第３の室４２内の空気中に向かう流れ（図２（Ｂ）に示す矢印Ｂ）になるため、気液分離性能を向上させることができる。

第３の室４２から第１の室３２に流れた冷却液は、第１連通部３８、第２の室３６を通り、流出口３４から排出される。なお、第１の室３２内の冷却液の流れの一部は、第３の室４２ほどではないが、第１の室３２内の空気中に向かう流れとなる。

以下に、本発明の他の実施形態について説明する。

図３は、本実施形態に係るリザーブタンクの構成の他の一例を示す上面模式断面図である。図３に示すリザーブタンク４８において、図２に示すリザーブタンク１６と同様の構成については同一の符合を付し、その説明を省略する。

本実施形態において、第３の室４２には、貯留した冷却液を第１の室３２へ流入させる第２連通部５２が形成されており、第２連通部５２は、隔壁２８ｂとタンク本体２４の側壁との間に形成されている。第２連通部５２は、隔壁２８ｂとタンク本体２４との間の一部に形成されるものであってもよいが、製造が容易である点で、隔壁２８ｂとタンク本体２４との間全体に形成されていることが好ましい。上記同様に、第２連通部５２を通る冷却液の流量が第１連通部３８を通る冷却液の流量より小さくなるように、第２連通部５２の大きさが規定される。

図４（Ａ），（Ｂ）は、本実施形態に係るリザーブタンクの構成の他の一例を示す上面模式断面図である。図４（Ａ）に示すリザーブタンク５４ａにおいて、図３に示すリザーブタンク４８と同様の構成については同一の符合を付し、図４（Ｂ）に示すリザーブタンク５４ｂにおいて、図２に示すリザーブタンク１６と同様の構成については同一の符合を付し、その説明を省略する。

図４（Ａ）に示すように、第１の室３２と第３の室４２とを区画する隔壁２８ｂは、第２連通部５２から第１の室３２側に、円弧状に曲げられたＲ形状部５６を有する。また、図４（Ｂ）に示すように、第２連通部４４の両側から第１の室３２側に一対の上記Ｒ形状部５６が設けられてもよい。このようなＲ形状部５６を設けることにより、第２連通部（４４，５２）を通過した冷却液が層流となり、渦の発生を抑制することができる。このため、渦の発生による気体の巻き込みを抑制することができる。なお、同様に隔壁２８ａにも、第１連通部３８から第２の室３６側に、円弧状に曲げられたＲ形状部を設けてもよい。

本実施形態のリザーブタンクは、冷却対象であるインバータの冷却システムを例として説明をしたが、上記に限定されるものではなく、例えば、エンジン、モータージェネレータ、エアコンプレッサ、エアコンユニット等の補機類の温度を適正に保つための冷却システムに用いられるものであってもよい。本実施形態のポンプ１０は、機械式ポンプ、電動式ポンプ等特に制限されるものではあいない。

以上のように、本実施形態のリザーブタンクにおいて、流入口から第１の室に流入すべき冷却液を貯留する第３の室に、該貯留した冷却液を第１の室へ流入させる第２連通部を形成し、第２連通部を通る冷却液の流量を第１連通部（冷却液を第１の室から第２の室へ流入させるもの）を通る冷却液の流量より小さくすることにより、流入口からタンク本体へ冷却液が流入される際には、第３の室の冷却液の水位を他の室の冷却液の水位より上昇させることができる。その結果、液面を安定化させ、気体の巻き込みを抑制することができる。また、車両の急発進、急停止等の走行状態、登坂路、降坂路等の路面状態等により、リザーブタンク内の冷却液の液面が傾斜しても、第３の室内の冷却液の水位は上昇しているため、流入口が空気中に露出することを抑制し、気体の混入を抑えることができる。さらに、第３の室の容積を第１の室の容積より小さくすることにより、他室の水位に影響を与えることなく速やかに第３の室４２の水位を上昇させることができる。

本発明の実施形態に係る冷却システムの構成の一例を示す模式断面図である。（Ａ）は、本実施形態に係るリザーブタンクの上面模式断面図であり、（Ｂ）は、本実施形態に係るリザーブタンクの側面模式断面図である。本実施形態に係るリザーブタンクの構成の他の一例を示す上面模式断面図である。（Ａ），（Ｂ）は、本実施形態に係るリザーブタンクの構成の他の一例を示す上面模式断面図である。一般的な冷却システムの構成を示す模式図である。一般的なリザーブタンクの構成を示す側面模式断面図である。

符号の説明

１，２冷却システム、１０，５８ポンプ、１２，６０インバータ、１４，６２ラジエータ、１６，４８，５４ａ，５４ｂ，６４リザーブタンク、１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，６６ａ，６６ｂ，６６ｃ，６６ｄ循環路、２０，７２入口管、２２，７４出口管、２４，７０タンク本体、２６，７６加圧キャップ、２８ａ，２８ｂ，７８隔壁、３０，８０流入口、３２，８２第１の室、３４，８４流出口、３６，８６第２の室、３８第１連通部、４２第３の室、４４，５２第２連通部、４６，９０液面、５６Ｒ形状部、８８連通部。

Claims

隔壁により区画された複数の室を有するタンク本体と、前記タンク本体へ冷却液を流入させる流入口と、前記タンク本体から冷却液を流出させる流出口と、を有するリザーブタンクであって、
前記複数の室には、前記隔壁により区画された第１の室、第２の室及び前記流入口から前記第１の室に流入すべき冷却液を貯留する第３の室があり、
前記第１の室には冷却液を前記第２の室へ流入させる第１連通部が形成され、前記第３の室には、前記貯留した冷却液を前記第１の室へ流入させる第２連通部が形成され、
前記第２連通部を通る冷却液の流量は、前記第１連通部を通る冷却液の流量より小さいことを特徴とするリザーブタンク。
請求項１記載のリザーブタンクであって、前記第３の室の容積は、前記第１の室の容積より小さいことを特徴とするリザーブタンク。
請求項１又は２記載のリザーブタンクであって、前記第２連通部は、前記第１の室と前記第３の室とを区画する隔壁と前記タンク本体の側壁との間に形成されることを特徴とするリザーブタンク。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のリザーブタンクであって、前記第１の室と前記第３の室とを区画する隔壁には、前記第２連通部から前記第１の室側に、円弧状に曲げられたＲ形状部が形成されていることを特徴とするリザーブタンク。