(57)【要約】【課題】ゴムホースのつぶれを防止しつつ、ポンプ効率を向上させることができる冷却システムを提供する。【解決手段】ケーシング１３の内部において、回転軸１４に平行な方向にて吸入口１１からインペラ１５に冷却液が吸入され、回転軸１４に交差する方向へインペラ１５から冷却液が吐出されるポンプ２と、ケーシング１３の吸入口１１に接続され、内部を冷却液が流れるゴムホース７とを備える冷却システム１において、ゴムホース７の内周面に接するようにゴムホース７の内部に、線状部材をらせん状に巻いたコイル２１を配置する。【選択図】図１
2015172362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却液を吸入する吸入口（１１）および前記冷却液を吐出する吐出口（１２）が形成されたケーシング（１３）と、前記ケーシングの内部に収容され、回転軸（１４）とともに回転することにより、前記冷却液を吸入し、吸入した前記冷却液を前記回転軸に交差する方向へ吐出するインペラ（１５）とを有するポンプ（２）と、
前記ケーシングの吸入口に接続され、内部を前記冷却液が流れるゴムホース（７）と、
前記ゴムホースの内周面に接するように前記ゴムホースの内部に配置され、線状部材をらせん状に巻いたコイル（２１、２２）とを備えることを特徴とする冷却システム。
【請求項２】
前記コイル（２１）は、冷却液流れ上流側から見たときの巻き方向（Ｄ１）が、前記インペラの回転方向（Ｄ２）とは逆方向であることを特徴とする請求項１に記載の冷却システム。
【請求項３】
前記ポンプおよび前記ゴムホースは、車両に搭載されるものであり、
前記冷却液は、車両に搭載される発熱体（３）を冷却するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却液を用いて冷却対象物を冷却する冷却システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、インペラの回転軸に平行な方向からインペラに冷却液が吸入され、インペラの回転軸に直交する方向へインペラから冷却液が吐出される遠心式のポンプが記載されている。このポンプには、インペラを収容するケーシングのうち吸入口からインペラに至るまでの流路に、ケーシングの内部を流れる冷却液に旋回流れを発生させるための機構が設けられている。
【０００３】
これによれば、インペラに吸入される冷却液に旋回流れを形成することで、冷却液がインペラに吸入される際に生じる流れ損失を低減でき、ポンプ効率の向上を図ることができる。なお、特許文献１の従来技術では、インペラの回転方向と同じ方向に旋回する旋回流れを発生させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−９２６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、車両用冷却システムでは、ポンプの吸入口に接続される配管としてゴムホースが用いられている。この理由としては、曲げ変形させながら車両に搭載することができ、車両搭載性が良いことや、車両搭載時の配管レイアウトの自由度が高いことや、配管接続部に複雑なシール構造が不要であることや、軽量であるため、ゴムホースよりも重い配管を採用する場合と比較して、車両燃費を向上できること等が挙げられる。
【０００６】
そして、ゴムホースを用いる車両用冷却システムにおいて、上述の特許文献１の従来技術を適用して、ポンプのケーシングのうち吸入口からインペラに至るまでの流路に冷却水の旋回流れを形成する機構を設けることで、ポンプ効率を向上させてポンプの大出力化を図ることが考えられる。
【０００７】
しかし、このようにしてポンプの大出力化を図っても、実際にポンプを大出力で運転した際には、ケーシングの吸入口側の圧力が低下して負圧となり、冷却液の温度条件によってはゴムホースがつぶれてしまい、必要な流量の冷却液を送り出すことができなくなるという問題が生じる。
【０００８】
本発明は上記点に鑑みて、ゴムホースのつぶれを防止しつつ、ポンプ効率を向上させることができる冷却システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
冷却液を吸入する吸入口（１１）および冷却液を吐出する吐出口（１２）が形成されたケーシング（１３）と、ケーシングの内部に収容され、回転軸（１４）とともに回転することにより、前記冷却液を吸入し、吸入した前記冷却液を前記回転軸に交差する方向へ吐出するインペラ（１５）とを有するポンプ（２）と、
ケーシングの吸入口に接続され、内部を冷却液が流れるゴムホース（７）と、
ゴムホースの内周面に接するようにゴムホースの内部に配置され、線状部材をらせん状に巻いたコイル（２１、２２）とを備えることを特徴としている。
【００１０】
本発明では、ケーシングの吸入口に接続されるゴムホースの内部にコイルを配置することで、ゴムホースを補強するだけでなく、コイルの形状特性によってゴムホースの内部を流れる冷却液に旋回流れを発生さ．せることができる。これにより、ケーシングの吸入口側の圧力低下によるゴムホースのつぶれを防止しつつ、冷却液がインペラに吸入される際に生じる流れ損失を低減して、ポンプ効率を向上させることができる。
【００１１】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態におけるポンプの断面構成および冷却システムを示す図である。
【図２】第１実施形態におけるポンプ内部のインペラとゴムホース内部のコイルの斜視図である。
【図３】第１、第２実施形態および比較例１の冷却システムにおけるポンプ効率の測定結果である。
【図４】第２実施形態におけるポンプ内部のインペラとゴムホース内部のコイルの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【００１４】
（第１実施形態）
本実施形態は、車両に搭載され、車両用エンジンを冷却水によって冷却する車両用冷却システムに本発明の冷却システムを適用したものである。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態の車両用冷却システム１は、電動式のウォータポンプ２と、エンジン３と、ラジエータ４と、これらを接続する配管５、６、７とを備えている。ウォータポンプ２、エンジン３およびラジエータ４は、配管５、６、７によって接続されることで、ウォータポンプ２→エンジン３→ラジエータ４の順に冷却水が循環する冷却水回路を構成している。本実施形態では、冷却水として、エチレングリコール水溶液を用いている。また、本実施形態のウォータポンプ２、エンジン３、冷却水が、それぞれ、特許請求の範囲に記載のポンプ、車両に搭載される発熱体、冷却液に対応する。
【００１６】
ウォータポンプ２は、冷却水の流れを形成するものである。具体的には、ウォータポンプ２は、冷却水を吸入する吸入口１１および冷却水を吐出する吐出口１２を有するケーシング１３と、ケーシング１３の内部に収容され、回転軸１４とともに回転するインペラ（羽根車）１５と、インペラ１５を回転駆動する電動モータ１６とを有している。本実施形態では、ウォータポンプ２として遠心ポンプを採用している。
【００１７】
ケーシング１３は、樹脂で構成されている。ケーシング１３の吸入口１１は、筒部で構成されており、回転軸１４の軸心Ｘ１と吸入口１１の軸心Ｘ２とが一致するように配置されている。これにより、回転軸１４に平行な方向にて吸入口１１からインペラ１５に冷却水が吸入されるようになっている。ケーシング１３は、インペラ１５の径方向外側に渦巻き状の冷却水通路を構成するスクロール部１７を有している。スクロール部１７の終端部が吐出口１２である。
【００１８】
インペラ１５は、樹脂で構成されている。インペラ１５は、２枚の円盤部１５ａ、１５ｂと、この２枚の円盤部１５ａ、１５ｂの間に配置された複数枚の羽根部１５ｃとを有するクローズ型構造である。なお、回転軸１４は、金属で構成されており、ケーシング１３の内部において、メカニカルシール１８でシールされている。
【００１９】
エンジン３は、車両に搭載された内燃機関であり、冷却水によって冷却される冷却対象物である。エンジン３は、内部に冷却水を流入させる冷却水入口３ａと、外部に冷却水を流出する冷却水出口３ｂとを有している。エンジン３の冷却水入口３ａは、配管５を介して、ウォータポンプ２の吐出口１２と接続されている。
【００２０】
ラジエータ４は、冷却水と空気とを熱交換させて、冷却水を放熱させる熱交換器である。ラジエータ４は、内部に冷却水を流入させる冷却水入口４ａと、外部に冷却水を流出する冷却水出口４ｂとを有している。ラジエータ４の冷却水入口４ａは、配管６を介して、エンジン３の冷却水出口３ｂと接続されている。ラジエータ４の冷却水出口４ｂは、配管としてのゴムホース７を介して、ウォータポンプ２の吸入口１１に接続されている。
【００２１】
ゴムホース７は、自由に曲がるゴム製のホース（配管）である。ゴムホース７としては、車両用冷却システムに用いられる一般的なゴムホースを採用することができる。ゴムホース７は、一端がウォータポンプ２の吸入口１１に接続され、他端がラジエータ４の冷却水出口４ｂに接続されており、ゴムホース７の内部をラジエータ４からウォータポンプ２に向かって冷却水が流れる。ゴムホース７の内部には、ゴムホース７の内周面に接するようにコイル２１が挿入されている。
【００２２】
コイル２１は、ステンレス等の耐腐食性が高い金属製の線状部材をらせん状に巻いたものである。コイル２１は、ゴムホース７を補強するとともに、ゴムホース７の内部を流れる冷却水に旋回流れを発生させるためのものである。
【００２３】
このため、コイル２１は、コイル径方向における圧縮力に対する強度がゴムホース７よりも高くなるように、線状部材の太さ等が設定されている。また、コイル２１の長さは、ゴムホース７のつぶれを防止できれば、ウォータポンプ２の吸入口１１からラジエータ４の冷却水出口４ｂまでの長さと同じでなくてもよく、それよりも短くてもよい。また、コイル２１のらせん角度は、ポンプ効率を向上させることができる旋回流れを発生できるように、ウォータポンプ２の性能や回転数に応じて適宜設定される。
【００２４】
コイル２１は、ケーシング１３およびゴムホース７に対して溶着等による固定はされていないが、コイル外径がケーシング１３の吸入口１１を構成する筒部の内径よりも大きいため、ケーシング１３の吸入口１１に突き当たることで、ゴムホース７内部の位置決めがされている。また、コイル２１は、ゴムホース７の内部に圧入された状態であり、ゴムホース７の弾性力によって、ゴムホース７に保持されている。
【００２５】
図２に示すように、本実施形態のコイル２１は、冷却水流れ上流側から見たときの巻き方向Ｄ１が、インペラ１５の回転方向Ｄ２とは逆方向である。具体的には、冷却水流れ上流側からインペラ１５およびコイル２１を見たとき、インペラ１５の回転方向Ｄ２は反時計回り（左回り）であるのに対して、コイル２１の巻き方向Ｄ１は時計回り（右回り）である。
【００２６】
次に、本実施形態の作用および効果について説明する。
【００２７】
ウォータポンプ２において、電動モータ１６によりインペラ１５が回転駆動すると、吸入口１１からケーシング１３の内部に冷却水が吸入され、回転軸１４に平行な方向からインペラ１５に冷却水が吸入され、回転軸１４に直交する方向へインペラ１５から冷却水が吐出される。このとき、冷却水がインペラ１５の羽根部１５ｃにかき込まれ、羽根部１５ｃに沿って流れることで、冷却水の流れ方向が変換される。そして、インペラ１５から吐出された冷却水は、スクロール部１７を通過して吐出口１２から吐出される。なお、インペラ１５に冷却水が吸入されるとは、羽根部１５ｃと羽根部１５ｃとの間に冷却水が流入することを意味し、インペラ１５から冷却水が吐出されるとは、羽根部１５ｃと羽根部１５ｃとの間から冷却水が吐き出されることを意味する。
【００２８】
ウォータポンプ２の吐出口１２から吐出された冷却水は、エンジン３の内部を通過して、エンジン３を冷却した後、ラジエータ４で放熱される。そして、ラジエータ４で放熱された冷却水が、ゴムホース７の内部を流れて、ウォータポンプ２の吸入口１１から吸入される。
【００２９】
このとき、本実施形態では、ゴムホース７の内部にコイル２１を配置しているので、ゴムホース７の内部を流れる冷却水はコイル２１に沿って流れる。このため、ゴムホース７の内部に、コイル２１に沿って旋回する旋回流れが生じる。本実施形態では、コイル２１の巻方向Ｄ１が、インペラ１５の回転方向Ｄ２とは逆方向であるため、旋回流れの旋回方向は、インペラ１５の回転方向とは逆方向となる。
【００３０】
ここで、特許文献１の従来技術では、ポンプ効率の向上のために、インペラに吸入される冷却水に対して、インペラの回転方向と同じ方向に旋回する旋回流れを発生させていたが、図３に示す実験結果からわかるように、インペラ１５に吸入される冷却水に対して、インペラ１５の回転方向Ｄ２と逆方向に旋回する旋回流れを発生させることによっても、ポンプ効率を向上させることができる。
【００３１】
なお、図３は、ウォータポンプ２として、回転数５０００ｒｐｍで流量が２００Ｌ／ｍｉｎ（ポンプ出力５００Ｗ）程度の試作機を用いて、管路抵抗を変化させて流量を制御してポンプ効率を計測した実験結果である。この実験では、冷却水温度を常温とした。図３の縦軸のポンプ効率（％）は、水仕事（Ｗ）／動力（Ｗ）×１００で算出したものである。本実施形態のウォータポンプ２は電動式であるため、動力（Ｗ）は入力電圧（Ｖ）×駆動電力（Ａ）である。また、図３の横軸のポンプ出力（Ｗ）は、水仕事（Ｗ）である。
【００３２】
図３中の比較例１は、本実施形態の冷却システム１に対して、ゴムホース７の内部のコイル２１を省略したものである。図３より、ポンプ出力が４００Ｗ以上の大出力での運転領域では、本実施形態の方が比較例よりもポンプ効率が高いことがわかる。このことから、本実施形態のように、インペラ１５に吸入される冷却水に対して、インペラ１５の回転方向Ｄ２と逆方向に旋回する旋回流れを発生させることによっても、冷却水がインペラ１５の羽根部１５ｃにかき込まれ、羽根部１５ｃに沿って流れることで方向変換される際に、流れ損失が少ない羽根部１５ｃに沿った流れを作ることができることが推測される。
【００３３】
また、ウォータポンプ２を大出力で運転した際には、ラジエータ４からウォータポンプ２の間の配管内部の圧力が低下するため、本実施形態と異なり、ゴムホース７の内部にコイル２１を挿入しない場合では、ゴムホース７の強度が不十分となり、つぶれてしまう。このため、冷却水の流路有効断面積が小さくなり、必要な流量の冷却液を送り出すことができなくなるという問題が生じる。なお、このゴムホース７がつぶれる現象は、冷却水の飽和蒸気圧が下がる温度が高い場合に起き易く、同様に、大気圧が下がる高地で使用した場合に起き易い。
【００３４】
これに対して、本実施形態では、ゴムホース７の内部に配置されたコイル２１により、ゴムホース７が補強されているので、ケーシング１３の吸入口１１側の圧力低下によるゴムホース７のつぶれを防止でき、冷却水の流路有効断面積を必要な大きさに保持することができる。
【００３５】
ところで、ゴムホース７のつぶれ防止の方法として、ゴムホース７の肉厚化や、繊維状補強材の使用によって、ゴムホース７の強度を向上させる方法が考えられるが、この場合、重量やコストが増加してしまう。さらに、肉厚化等によってゴムホース７が太くなると、ゴムホース７の曲げ部における曲率半径Ｒが大きくなるため、ゴムホース７を車両に搭載する際のレイアウトの自由度が低くなってしまうという問題が生じる。
【００３６】
また、ゴムホース７のつぶれ防止の別の方法として、配管の材質を樹脂や金属等に変更することも考えられるが、この場合、配管を曲げ変形させながら車両に搭載することができず、搭載性が悪化してしまったり、配管接続部のシール継ぎ手の構造が複雑となってしまったりという問題が生じる。
【００３７】
これに対して、本実施形態によれば、ゴムホース７として既存の一般的なゴムホースを採用でき、既存のゴムホース７に対してゴムホース７自体の構造や材質を変更しなくても済むので、上述のゴムホース７自体の構造や材質を変更することによる問題を回避できる。
【００３８】
また、本実施形態では、ゴムホース７の内部にコイル２１を配置する構成を採用するので、特許文献１の従来技術のように、ケーシングに旋回流れを発生させるための機構を設ける必要が無く、ケーシング１３の形状を簡素化できる。
【００３９】
また、本実施形態では、ゴムホース７の内部にコイル２１を挿入するだけであり、ゴムホース７にコイル２１を容易に組み付けることができる。
【００４０】
（第２実施形態）
本実施形態の冷却システム１は、第１実施形態の冷却システム１におけるコイル２１を図４に示すコイル２２に変更したものであり、他の構成は、第１実施形態と同じである。
【００４１】
図４に示すように、本実施形態のコイル２２は、冷却水流れ上流側から見たときの巻き方向Ｄ１が、インペラ１５の回転方向Ｄ２と同じ方向である。具体的には、冷却水流れ上流側からインペラ１５およびコイル２２を見たとき、コイル２２の巻き方向Ｄ１およびインペラ１５の回転方向Ｄ２は、反時計回りである。このため、ゴムホース７の内部に、インペラ１５の回転方向と同じ方向に旋回する旋回流れが生じる。
【００４２】
これにより、図３に示す実験結果からわかるように、本実施形態によっても、旋回流れを形成しない比較例１と比較して、ポンプ出力が大出力での運転領域で、ポンプ効率を向上させることができる。
【００４３】
なお、図３に示す実験結果からわかるように、第１実施形態と第２実施形態とを比較すると、第１実施形態の方がポンプ効率をより向上できる。したがって、ポンプ効率を高くするためには、ゴムホース７の内部に配置するコイルの巻き方向Ｄ１は、インペラ１５の回転方向Ｄ２と逆方向であることが好ましい。
【００４４】
（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、下記のように、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
【００４５】
（１）上記した各実施形態では、コイル２１、２２は金属製であったが、樹脂製であってもよい。
【００４６】
（２）上記した各実施形態では、ウォータポンプ２のケーシング１３に、冷却水に旋回流れを発生させるための機構を設けていないが、旋回流れを増強させるために、ケーシング１３に従来技術と同様の機構を設けても良い。
【００４７】
（３）上記した各実施形態では、冷却システム１は、ウォータポンプ２→エンジン３→ラジエータ４の順に冷却水が循環する冷却水回路を構成していたが、ウォータポンプ２→ラジエータ４→エンジン３の順に冷却水が循環する冷却水回路を構成してもよい。
【００４８】
（４）上記した各実施形態では、冷却対象物が車両用エンジン３である車両用冷却システムに本発明の冷却システムを適用したが、冷却対象物は車両用エンジン３に限られず、車両に搭載される発熱体を冷却する冷却システムに本発明の冷却システムを適用できる。車両に搭載される発熱体としては、例えば、電気自動車やハイブリッド車のインバータや、燃料電池車の燃料電池等が挙げられる。また、本発明の冷却システムは、車両に搭載される発熱体以外の発熱体を冷却する冷却システムにも適用可能である。
【００４９】
（５）上記した各実施形態では、冷却水としてエチレングリコール水溶液を用いたが、他の水溶液を用いてもよく、冷却液として水溶液以外のものを用いてもよい。
【００５０】
（６）上記した各実施形態では、ウォータポンプ２として遠心ポンプを採用したが、斜流ポンプを採用してもよい。この場合、ケーシングの内部において、回転軸に平行な方向からインペラに冷却水が吸入され、回転軸に対して斜めの方向へインペラから冷却水が吐出される。要するに、本発明は、インペラに吸入された冷却水を、回転軸に交差する方向へインペラから吐出するポンプを採用することができる。なお、インペラに吸入される冷却水の流れ方向は、回転軸に平行な方向でなくてもよく、回転軸に沿った方向であればよい。
【００５１】
（７）上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５２】
１      冷却システム
２      ウォータポンプ
７      ゴムホース
１１    吸入口
１２    排出口
１３    ケーシング
１４    回転軸
１５    インペラ
２１    コイル
２２    コイル
【図１】
2015172362.tif 000003
【図２】
2015172362.tif 000004
【図３】
2015172362.tif 000005
【図４】
2015172362.tif 000006