JP2005332810A - リザーバタンク - Google Patents

Abstract

【課題】冷却水を貯水して気液分離を行うリザーバタンクにおいて、冷却水に含まれる異物を除去し、且つ圧力損失を最小限に抑える。
【解決手段】タンク本体２の気相部９Ａ付近の側面２ｄに、タンク本体２の横断面における円周の接線方向に沿って冷却水流入口３を設け、またタンク本体２の貯留部９Ｂ付近の側面に、タンク本体２の横断面における円周の接線方向に沿って第一排出口４，第二排出口５を設けるとともに、各排出口に異物を除去するためのフィルタ６，７を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷却媒体を貯水して気液分離を行うリザーバタンク、例えば燃料電池自動車の冷却系に用いるリザーバタンクに関する。

従来のリザーバタンクは、タンク本体を円筒形とし、入口パイプは冷却水のタンク内流入方向が、タンク本体の横断面における円周の接線方向とほぼ一致するように取り付けられている。一方、出口パイプはタンク本体底面に重力方向に設けられている。そして、入口パイプからタンク本体内に流入した冷却水はタンク内面に沿って螺旋状に流れ、貯水部に流れ込む構造となっている（特許文献１参照）。
特開２００２−２５０２３０号公報（図１）

従来のリザーブタンクでは、冷却水内に含まれる異物を取り除く構造がないため、冷却水に異物が含まれている場合や、異物が冷却水系内部品から腐食などで発生した場合は、異物はそのまま冷却水系に流れ込み、冷却水系内を構成する部品等を損傷させるおそれがあった。また、冷却水出口にフィルタを設置した場合は、フィルタに異物が詰まってしまい、冷却水出口が塞がれて通水抵抗が増大し、一定圧力で流すことができる流量が低減するおそれがあった。とくに、大きな異物が詰まった場合には流量が極端に低減する可能性があった。

本発明は、流入した液体を気液分離する気相部、及び液体を貯留する貯留部を有する円筒形状のタンク本体と、前記タンク本体の気相部側面に、前記タンク本体の横断面における円周の接線方向に沿って設けられた液体流入口と、前記タンク本体の貯留部側面に、前記タンク本体の横断面における円周の接線方向に沿って設けられた第一排出口及び第二排出口と、少なくとも前記第一排出口に設けられ、前記液体に混入した異物を除去するための異物除去手段とを備えることを特徴とするリザーバタンクである。

本発明によれば、液体に混入した異物は第一及び第二排出口の設けられた異物除去手段で捕捉されるため、冷却水系への異物の流入を防止することができる。また、一方の排出口が異物で詰まったとしても、他方の排出口から冷却水を排出することができるため、異物により通水抵抗が増大して、一定圧力で流すことができる流量が低減することがなく、通水抵抗の増大による圧力損失を最小限に抑えることができる。また、大きな異物が詰まった場合でも流量が極端に低減することがない。

以下、本発明を実施するための最良の形態として、本発明を燃料電池自動車の冷却系に用いるリザーバタンクとした場合について説明する。

図１（ａ）は、実施例１に係わるリザーバタンクの全体構成図、図１（ｂ）はリザーバタンクの上面図、図２は第一排出口の形状を示す斜視図である。なお、各図において、矢印は冷却水の流れ方向を示している。

リザーバタンク１は、上面２ａ及び底面２ｂにより密閉された円筒形状のタンク本体２で構成されている。このタンク本体２において、内部に貯留した冷却水の水面８より上部は、流入した冷却水を気液分離する気相部９Ａとなり、水面８より下部は、冷却水を貯留する貯留部９Ｂとなっている。

タンク本体２の最上部側面２ｄには、冷却水をタンク内に流入するための冷却水流入口３が設けられている。この冷却水流入口３は、図１（ｂ）に示すように、タンク本体２の横断面における円周の接線方向に沿って設けられている。また、冷却水流入口３の端部は、側面２ｄとの接続部分においてタンク本体２の内面２ｃに沿うように円弧状に形成されている。

一方、タンク本体２の下部側面２ｄには、タンク内の冷却水を外部に排出するための第一排出口４及び第二排出口５が、それぞれ異なる高さで設けられている。すなわち、第一排出口４はタンク本体２の最下部側面２ｄに設けられ、第二排出口５は、その位置よりも上部に設けられている。また、第一排出口４の流路断面積は、第二排出口５の流路断面積よりも大きくなるように構成されている。さらに、第一排出口４及び第二排出口５の内部には、冷却水に混入した異物を除去するためのフィルタ６，７（異物除去手段）が設けられている。このフィルタ６，７は、第一排出口４の例である図２に示すように、円筒形状に形成されたフィルタ本体１１の先端部分に、網状に織り込まれた金属製金網１２を取り付けたもので、この金属製金網１２の部分で異物を捕捉するように構成されている。したがって、フィルタ６，７では網目の大きさ（網目一つ分の大きさ）に応じて液体通過面積が異なる。

本実施例において、第一排出口４に設けられたフィルタ６の網目は、第二排出口５に設けられたフィルタ７の網目よりも大きくなるように設定されている。これにより、第一排出口４の液体通過面積は、第二排出口５の液体通過面積よりも大きくなっている。

なお、第一排出口４及び第二排出口５の端部は、側面２ｄとの接続部分においてタンク本体２の内面２ｃに沿うように円弧状に形成されている。また、これら冷却水流入口３、第一排出口４及び第二排出口５は、冷却水を燃料電池本体等に循環させる図示しない冷却水循環系（以下、冷却水系という）に接続されている。このうち、第一排出口４及び第二排出口５は、下流側の所定位置で合流するように接続されており、上記冷却水系を介して冷却水流入口３とつながっている。

上記構成において、冷却水流入口３からタンク本体２に流れ込んだ冷却水は、タンク本体２の内面２ｃに沿って平面視で時計回りに螺旋状に旋回しながら流れ、気液分離を行いながら、貯留部９Ｂに流れ込む。この冷却水は、貯留部９Ｂを通り遠心力によりタンク内を回りながら第一排出口４、第二排出口５をそれぞれ通過し、図示しない冷却水系に送られる。このとき、冷却水に混入した異物は、図１（ｂ）の矢印に示すように、遠心力によりタンク底面を回りながら各排出口へ導かれ、フィルタ６，７で捕捉され、冷却水から分離される。

本実施例に係わるリザーバタンク１においては、タンク本体２の下部側面２ｄに設けた第一排出口４及び第二排出口５の各フィルタによって、冷却水に混入した異物が捕捉されるため、冷却水系への異物の流入を阻止することができる。また、一方の排出口が異物で詰まったとしても、他方の排出口から冷却水を排出することができるため、異物により通水抵抗が増大して、一定圧力で流すことができる冷却水の流量が低減することがなく、通水抵抗の増大による圧力損失を最小限に抑えることができる。したがって、大きな異物が詰まった場合でも流量が極端に低減することがない。

また、タンク内（貯留部９Ｂ）においては、下方になるにしたがって異物のサイズが大きくなる。本実施例では、第一排出口４をタンク本体２の最下部側面２ｄに設け、第二排出口５をその上部に設けているため、２つの排出口がタンク底面に滞留する大きな異物で両方共に詰まってしまう可能性を低くすることができる。

また、本実施例では、第一排出口４の網目を、第二排出口５の網目よりも大きくしているため、タンク下方にある大きな異物が第一排出口４で捕捉された場合でも、冷却水は第一排出口４の大きな網目を通過することができるので、第一排出口４での流量を確保することができる。

また、本実施例では、第一排出口４の流路断面積を、第二排出口５の流路断面積よりも大きくしているため、タンク下方にある大きな異物が第一排出口４で捕捉された場合でも、第一排出口４の排出流量が多いため、流量を十分に確保することができる。

なお、実施例１では、第一排出口４及び第二排出口５にそれぞれフィルタを設けた例について示したが、冷却水に比べ密度が高い異物の冷却水系への流入防止のみを主目的とする場合には、第一排出口４のみにフィルタを設けた構成としてもよい。

実施例２の構成を図３に示す。図３は、実施例２に係わるタンク本体２の部分断面図（タンク本体最下部での縦断面図）である。実施例１と同等部分には同一符号を付して説明する。

本実施例の第二排出口５では、端部が斜面形状に形成され、その開口面５ａが第一排出口４側に向くように配置されている。すなわち、斜面形状における先端側の端部５ｂが図中の上側となり、反対側の端部５ｃが下側となるように配置されている。また、端部５ｂ、５ｃはタンク本体２の内面２ｃよりもタンク内部側に位置するように配置されている。そして、第二排出口５の開口面５ａには、斜面形状の部分を覆うようにフィルタ７Ａが設けられている。第二排出口５の開口面５ａは第一排出口４側に向いているため、フィルタ７Ａの端面も同様に第一排出口４側、すなわち鉛直下方向に向くことになる。

一方、第一排出口４の内部にはフィルタ６Ａが設けられている。このフィルタ６Ａは、円筒形状で且つ断面略凹形状の金属製金網１３からなり、この開口側端部に取り付けられたフランジ１４により第一排出口４の内部に固定されている。このフィルタ６Ａは、断面略凹形状の開口側が冷却水の流入方向に向くように配置されている。本実施例において、第一排出口４に設けられたフィルタ６Ａの網目は、第二排出口５に設けられたフィルタ７Ａの網目よりも大きくなるように設定されている。これにより、第一排出口４の液体通過面積は、第二排出口５の液体通過面積よりも大きくなっている。

また、フィルタ６Ａは、図４の部分断面図に示すように、円錐形状で且つ断面略凹形状の金属製金網１３を用いたものであってもよい。

上記構成において、冷却水流入口３からタンク本体２に流れ込んだ冷却水は、実施例１に示したように、タンク本体２の内面２ｃに沿って平面視で時計回りに螺旋状に旋回しながら流れる。このとき、冷却水に含まれる異物１０は上方の第二排出口５に設けられたフィルタ７Ａに捕捉され、冷却水が循環している間はフィルタ７Ａに付着したまま保持される。また、第二排出口５のフィルタ７Ａに捕捉されなかった異物は、冷却水とともに螺旋状に旋回しながらタンク底面に向かって流れ、第一排出口４に設けられたフィルタ６に捕捉される。そして、冷却水の循環が止まると、第二排出口５近傍での冷却水の流れが無くなり、フィルタ７Ａに付着していた異物１０はフィルタ７Ａの端面が鉛直下方向に向いているため、フィルタ７Ａの端面から離れてタンク底面に沈殿する。その後、再び冷却水が循環し始めると、タンク底面に沈殿していた異物１０は下方の第一排出口４に設けられたフィルタ６に捕捉される。

このように、冷却水の循環と停止が繰り返されるたびに、上方に配置された第二排出口５のフィルタ７Ａに付着した異物１０はフィルタ７Ａの表面から離れるため、第二排出口５のフィルタ７Ａは異物１０により網目が詰まることがなく、一定圧力で流すことができる冷却水の流量を十分に確保することができ、通水抵抗の増大による圧力損失を最小限に抑えることができる。

また、下方に配置された第一排出口４に設けられたフィルタ６Ａは断面略凹形状となっているため、凹形状の内側に捕捉された異物１０が再びタンク内に戻ってしまうことがなく、異物１０を確実に捕捉することができる。しかも、異物１０が詰まった場合でも、上方の第二排出口５のフィルタ７Ａは交換の必要がなく、下方の第一排出口４のフィルタ６Ａのみを交換すればよいので、上下のフィルタを交換する場合と比べて、フィルタ交換の作業性を向上させることができる。

なお本実施例では、第一排出口４に設けるフィルタ６Ａの構造として、円筒形状（または円錐形状）で且つ断面略凹形状の例を示したが、実施例１と同じ形状のフィルタを用いてもよい。

実施例３の構成を図５に示す。図５は、実施例３に係わる第二排出口２５の形状を示す断面図（タンク本体最上部での横断面図）である。実施例１と同等部分には同一符号を付して説明する。

本実施例の第二排出口２５は、端部が斜面形状に形成され、その開口面２５ａがタンク本体２の内面２ｃに沿うようにタンク内側に向けられて配置されている。すなわち、斜面形状における端部２５ｂ、２５ｃが共にタンク本体２の内面２ｃと接するように設けられている。そして、第二排出口２５には、斜面形状の部分を覆うようにフィルタ７Ａが設けられている。このフィルタ７Ａの構成は実施例２と同じである。

なお、第一排出口４に設けられるフィルタは、実施例１に示すような形状であってもよいし、実施例２に示すような円筒形状（または円錐形状）で且つ断面略凹形状に形成されたものであってもよい。

本実施例の構成によれば、第二排出口２５に流入しようとする、フィルタ７Ａの網目より大きな異物はフィルタ７Ａの表面ではじかれ、螺旋状にタンク底面に向かって冷却水と共に流れることになる。このため、フィルタの網目が小さい第二排出口２５が大きな異物で詰まることがなく、実施例１に比べて冷却水の流量をより確実に確保することができる。とくに、本実施例の構成では、第二排出口２５の開口面２５ａがタンク本体２の内面２ｃに沿うようにタンク内側に向けられているため、実施例２の構成に比べて、タンク内部に乱流を生じさせることがなく、冷却水を速やかに排出することができる。

図６は、実施例４に係わるリザーバタンクの全体構成図である。以下、実施例１、２と同等部分には同一符号を付して説明する。

本実施例では、冷却水流入口３にフィルタ１５（異物除去手段）を設けるとともに、第一排出口４にフィルタ６を設けている。ただし、第二排出口５にフィルタは設けられていない。本実施例において、冷却水流入口３に設けられたフィルタ１５の網目は、第一排出口４に設けられたフィルタ６の網目よりも大きくなるように設定されている。これにより、冷却水流入口３の液体通過面積は、第一排出口４の液体通過面積よりも大きくなり、冷却水流入口３の流路抵抗は小さくなっている。

本実施例の構成において、冷却水流入口３からタンク本体２に冷却水が流れ込むと、冷却水に含まれる比較的大きな異物は冷却水流入口３に設けられたフィルタ１５により捕捉され、その他の比較的小さな異物はタンク内を螺旋状に旋回しながらタンク底面に向かって流れ、第一排出口４に設けられたフィルタ６により捕捉される。

このように、本実施例では冷却水流入口３に設けたフィルタ１５で比較大きな異物を捕捉し、また第一排出口４に設けたフィルタ６で比較的小さな異物を捕捉するようにしたので、冷却水の出口側に一箇所のみ設けたフィルタにより大小の異物を捕捉する従来例と比較して、フィルタの寿命（交換時期）を大幅に伸ばすことができる。

なお、本実施例の構成において、第一排出口４のフィルタ６に替えて、全体が円筒形状（または円錐形状）で且つ内部が断面略凹形状となるように形成された実施例２のフィルタ６Ａを設けてもよい。

図７は、実施例５に係わるリザーバタンクの全体構成図であり、図１と同等部分を同一符号で示している。本実施例のリザーバタンクは、タンク本体２の形状を、角部が曲面で構成された略角柱形状としたものである。本実施例の形状とした場合でも、上記各実施例と同等の効果を得ることができる。

このように、本発明に係わるリザーバタンクのタンク本体は、少なくとも角部が曲面で構成された筒形状であればよく、液体がタンクの側面に沿って螺旋状に旋回しながら流れる形状であれば、円筒形状や本実施例に示す形状以外の形状であってもよい。

上記各実施例においては、発明の実施に必要最小限の例として、２つの排出口を設けた例を示したが、排出口の数は冷却水の流量等に応じてさらに多くしてもよい。

（ａ）は実施例１に係わるリザーバタンクの全体構成図。（ｂ）はリザーバタンクの上面図。 実施例１における第一排出口の形状を示す斜視図。 実施例２における第一、第二排出口の形状を示す部分断面図。 実施例２におけるフィルタの他の形状を示す部分断面図。 実施例３における第二排出口の形状を示す断面図。 実施例４に係わるリザーバタンクの全体構成図。 実施例５に係わるリザーバタンクの全体構成図。

符号の説明

１…リザーバタンク
２…タンク本体
２ａ…上面
２ｂ…底面
２ｃ…内面
２ｄ…側面
３…冷却水流入口
４…第一排出口
５，２５…第二排出口
６，６Ａ，７，７Ａ，１５…フィルタ
８…水面
９Ａ…気相部
９Ｂ…貯留部
１０…異物

Claims (9)

1. 流入した液体を気液分離する気相部、及び液体を貯留する貯留部を有する円筒形状のタンク本体と、
   前記タンク本体の気相部側面に、前記タンク本体の横断面における円周の接線方向に沿って設けられた液体流入口と、
   前記タンク本体の貯留部側面に、前記タンク本体の横断面における円周の接線方向に沿って設けられた第一排出口及び第二排出口と、
   少なくとも前記第一排出口に設けられ、前記液体に混入した異物を除去するための異物除去手段と、
   を備えることを特徴とするリザーバタンク。
2. 前記第一排出口を前記タンク本体の最下部側面に設け、前記第二排出口を前記第一排出口よりも上方に設けたことを特徴とする請求項１に記載のリザーバタンク。
3. 前記第一排出口に設けられた異物除去手段の液体通過面積を、前記第二排出口に設けられた異物除去手段の液体通過面積よりも大きくしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のリザーバタンク。
4. 前記第一排出口の流路断面積を前記第二排出口の流路断面積よりも大きくしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のリザーバタンク。
5. 前記第二排出口の端部を斜面形状とし、その開口面を前記第一排出口側に向けるとともに、前記端部に異物除去手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のリザーバタンク。
6. 前記第二排出口の端部を斜面形状とし、その開口面を前記タンク本体の内壁に沿うようにタンク内側に向けるとともに、前記端部に異物除去手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のリザーバタンク。
7. 前記第一排出口に断面略凹形状の異物除去手段を設けたことを特徴とする請求項５又は６に記載のリザーバタンク。
8. 前記液体流入口と前記第一排出口にそれぞれ異物除去手段を設けるとともに、前記液体流入口に設けられた異物除去手段の液体通過面積を、前記第一排出口に設けられた異物除去手段の液体通過面積よりも大きくしたことを特徴とする請求項１、２、４、７のいずれか一項に記載のリザーバタンク。
9. 前記タンク本体は、少なくとも角部が曲面で構成された筒形状であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のリザーバタンク。
   

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