(57)【要約】【課題】        ガスの排出と冷却液の供給とを自動的に行うことができるガス排出装置及びそれを用いたガスヒートポンプを提供すること。【解決手段】    気液分離器８を用いてクーラントＣ中のガスＧを排出するガス排出装置１１であって、気液分離器８の内壁を略円筒状に形成し、内壁の側壁８ｂ上部に接線方向にクーラントＣを流入させる流入口１３を接設するとともに、内壁の下面８ＣにクーラントＣを流出させる流出口１４を設ける一方、気液分離器８の上方に連通管１０を介して、大気に開口するリザーバタンク９を連設し、連通管１０を通して、気液分離器８からリザーバタンク９にガスＧを排出するとともに、リザーバタンク９から気液分離器８にクーラントＣを供給するようにしたこと。【選択図】      図１
2005240661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気液分離器を用いて液体中のガスを排出するガス排出装置であって、
前記気液分離器の内壁を略円筒状に形成し、前記内壁の側壁上部に接線方向に液体を流入させる液体流入口を接続するとともに、前記内壁の下部に前記液体を流出させる液体流出口を設ける一方、
前記気液分離器の上方に連通手段を介して、大気に開口するリザーバタンクを連設し、
前記連通手段を通して、前記気液分離器から前記リザーバタンクにガスを排出するとともに、前記リザーバタンクから前記気液分離器に液体を供給するようにした
ことを特徴とするガス排出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガス排出装置において、
前記連通手段は前記気液分離器の上面の略中央部と前記リザーバタンクの下面とに連通される
ことを特徴とするガス排出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のガス排出装置において、
前記連通手段は配管である
ことを特徴とするガス排出装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のガス排出装置において、
前記液体流出口は前記気液分離器の下面の外周近傍に開口される
ことを特徴とするガス排出装置。
【請求項５】
駆動装置にポンプの駆動力で冷却液を循環させたのち、前記駆動装置の熱によって温められた冷却液を冷却装置に通し、再び前記駆動装置に戻す冷却系回路を備えたガスヒートポンプ装置であって、
前記冷却系回路の経路上に、請求項１乃至４のいずれかに記載のガス排出装置を設け、
冷却液を前記液体流入口から流入させて前記液体流出口から流出させることで、冷却液中のガスを排出させる
ことを特徴とするガスヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却液中のガスを排出するガス排出装置及びそれを用いたガスヒートポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
冷却液を用いた冷却系回路は、基本的に閉回路で構成されているが、メンテナンス時や漏れ等により冷却液が減少した場合にリザーバタンク等から冷却液を追加注入するときに、冷却系回路内の冷却液や注入される冷却液にガス（空気）が混入してしまうことがある。ガスが冷却液に混ざってしまうと冷却性能が低下し、その結果、冷却系回路の経路上に設置され、冷却液をその内部に循環させているエンジンの温度は上昇してしまい、エンジンの各部材が膨張して変形を起こしたり、隙間を狂わせたりするほか、油膜切れで潤滑不良を起こしてしまう。これにより、エンジンの出力低下に繋がってしまうおそれがある。そこで、冷却系回路内で循環する冷却液中のガスを排出する一手法として、冷却系回路の経路上にガス排出装置を設置する構成がとられている。
【０００３】
冷却系回路に設置されるガス排出装置は、これまでも数多くのものが提供されてきている。その概略構成としては、冷却系回路の最上部あるいは、一般的にラジエータの上部に大気と連通するバイパス通路を形成させ、このバイパス通路に設けられるバルブの開閉により、ガスを排出させている。
【０００４】
他の構成のものとしては、ポンプから供給された冷却液をエンジン本体に形成させた循環通路に循環させ、この循環通路に連通する冷却用通路に冷却液からガスを分離する気液分離器を配置させるものがある。これは、気液分離器の上部に、所定の内圧で開弁する圧力制御弁を内蔵した圧力キャップを設けることで、ガスの排出を行っている。このようなガス排出装置は、例えば、特開２００３−３８４７号公報に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３８４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来のガス排出装置においては、ガスの排出を効率よく行うために冷却系回路内の最上部に設けなければならず、ガス排出部や気液分離器の位置的制約があり、冷却系回路を構成する各種装置の設置位置の自由度に限界があった。または、ガスの排出と冷却液の供給とが運転中に連続的に行われないので、冷却効果が低下するおそれがあった。
【０００７】
従って、本発明は、上記課題を解決するものであり、ガスの排出と冷却液の供給とを自動的に行うことができるガス排出装置及びそれを用いたガスヒートポンプ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】
【０００８】
上記課題を解決する第１の本発明に係るガス排出装置は、
気液分離器を用いて液体中のガスを排出するガス排出装置であって、
前記気液分離器の内壁を略円筒状に形成し、前記内壁の側壁上部に接線方向に液体を流入させる液体流入口を接続するとともに、前記内壁の下部に前記液体を流出させる液体流出口を設ける一方、
前記気液分離器の上方に連通手段を介して、大気に開口するリザーバタンクを連設し、
前記連通手段を通して、前記気液分離器から前記リザーバタンクにガスを排出するとともに、前記リザーバタンクから前記気液分離器に液体を供給するようにした
ことを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決する第２の本発明に係るガス排出装置は、第１の発明に係るガス排出装置において、
前記連通手段は前記気液分離器の上面の略中央部と前記リザーバタンクの下面とに連通される
ことを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する第３の本発明に係るガス排出装置は、第１または２の発明に係るガス排出装置において、
前記連通手段は配管である
ことを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する第４の本発明に係るガス排出装置は、第１乃至３のいずれかの発明に係るガス排出装置において、
前記液体流出口は前記気液分離器の下面の外周近傍に開口される
ことを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する第５の本発明に係るガスヒートポンプは、
駆動装置にポンプの駆動力で冷却液を循環させたのち、前記駆動装置の熱によって温められた冷却液を冷却装置に通し、再び前記駆動装置に戻す冷却系回路を備えたガスヒートポンプ装置であって、
前記冷却系回路の経路上に、請求項１乃至４のいずれかに記載のガス排出装置を設け、
冷却液を前記液体流入口から流入させて前記液体流出口から流出させることで、冷却液中のガスを排出させる
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明に係るガス排出装置によれば、気液分離器を用いて液体中のガスを排出するガス排出装置であって、前記気液分離器の内壁を略円筒状に形成し、前記内壁の側壁上部に接線方向に液体を流入させる液体流入口を接続するとともに、前記内壁の下部に前記液体を流出させる液体流出口を設ける一方、前記気液分離器の上方に連通手段を介して、大気に開口するリザーバタンクを連設し、前記連通手段を通して、前記気液分離器から前記リザーバタンクにガスを排出するとともに、前記リザーバタンクから前記気液分離器に液体を供給するようにしたことにより、ガスの排出と液体の供給とを自動的に行うことができる。
【００１４】
第２の発明に係るガス排出装置によれば、第１の発明において、前記連通手段は前記気液分離器の上面の略中央部と前記リザーバタンクの下面とに連通されることにより、前記気液分離器から前記リザーバタンクにガスを確実に排出することができるとともに、前記リザーバタンクから前記気液分離器に液体を確実に供給することができる。
【００１５】
第３の発明に係るガス排出装置によれば、第１または２の発明において、前記連通手段を配管にすることにより、液体の供給通路とガスの排出通路とを兼用にするので、ガスの排出量に相当する液体を即座に供給することができる。また、前記配管で連通させることにより、前記リザーバタンクと前記気液分離器との距離を十分に確保できるので、前記リザーバタンクは温度上昇した液体によって温められた前記気液分離器からの熱が伝達されにくく、前記リザーバタンクに貯留する液体を所定の温度に保つことができる。
【００１６】
第４の発明に係るガス排出装置によれば、第１乃至３のいずれかの発明において、前記液体流出口は前記気液分離器の下面の外周近傍に開口されることにより、ガスが液体の流出側に混入しにくいので、液体とガスとを確実に分離し、液体だけを流出させることができる。
【００１７】
第５の発明に係るガスヒートポンプ装置によれば、駆動装置にポンプの駆動力で冷却液を循環させたのち、前記駆動装置の熱によって温められた冷却液を冷却装置に通し、再び前記駆動装置に戻す冷却系回路を備えたガスヒートポンプ装置であって、前記冷却系回路の経路上に、請求項１乃至４のいずれかに記載のガス排出装置を設け、冷却液を前記液体流入口から流入させて前記液体流出口から流出させることで、冷却液中のガスを排出させることにより、冷却液が前記冷却系回路を循環すると、ガスの排出と冷却液の供給とを自動的に行うことができる。また、前記気液分離器の上方にガスを排出させる前記リザーバタンクを配置させているので、前記気液分離器が位置的制約を受けることがなく、前記冷却系回路を構成する各種装置の設置位置の自由度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は本発明の一実施例に係るガス排出装置の概略図を示す。図２は本発明の一実施例に係るガスヒートポンプ装置の冷却系回路を示す。
【００１９】
図２に示すように、冷却系回路１には、ポンプ２の駆動により冷却水であるクーラントＣが図２の矢印の方向に循環されている。ポンプ２の下流側にはエンジン３が配置され、その下流には、三方弁４と三方弁５と順に配置されている。三方弁４の一方の弁は三方弁５と連通するとともに、他方の弁は回路１ａに連通している。また、三方弁５の下流には、回路１ｂに設置される水熱交換器６と回路１ｃに設置されるラジエータ７とが配置されており、回路１ａ，１ｂは気液分離器８に連通している。
【００２０】
気液分離器８の上方には、配管である連通管１０を介して冷却系回路１にクーラントＣを供給するリザーバタンク９が配置されている。気液分離器８，リザーバタンク９及び連通管１０は本発明のガス排出装置１１を構成するものである。気液分離器８から流出したクーラントＣはポンプ２に戻され、再び冷却系回路１を循環する。
【００２１】
ここで、三方弁４はエンジン３から流れてきたクーラントＣを三方弁５と回路１ａを通って気液分離器８とに流れる流量を調節できる流量制御弁であり、同様に、三方弁５は三方弁４から流れてきたクーラントＣを水熱交換器６とラジエータ７とに流れる流量を調節できる流量制御弁になっている。このような回路にすることによって、水熱交換器６及びラジエータ７だけにクーラントＣを通過させるよりも、クーラントＣを適温に保持することが容易に行うことができる。
【００２２】
図１に示すように、ガス排出装置１１は気液分離器８の上方に連通管１０を介してリザーバタンク９が配置されたものである。気液分離器８は円筒状に形成されており、上面８ａの中央部に形成する連通口１２に連通管１０が接続されている。そして、気液分離器８には、側壁８ｂの上部に接線方向に開口する流入口１３が形成されるとともに、下面８ｃの外周近傍に開口する流出口１４が形成されている。流入口１３は、エンジン３，水熱交換器６及びラジエータ７から流されたクーラントＣを気液分離器８内に取り込むための流入管１５を介して、１ａ，１ｂ及び１ｃ側の回路と連通している。また、流出口１４は、気液分離器８内からポンプ２にクーラントＣを流すための流出管１６に接続部材１６ａを介して接続しており、その流出管１６を介してポンプ２側の回路と連通している。このとき、流入口１３と流出口１４とに直接回路を接続してもよく、また、流出管１６が接続部材１６ａを介さずに流出口１４に直接接続しても構わない。
【００２３】
一方、リザーバタンク９においては、上面９ａに大気と連通するとともに、クーラントＣを供給するための供給口１７が形成され、下面９ｂに形成される連通口１８に連通管１０が接続されている。つまり、リザーバタンク９に供給されたクーラントＣは、連通管１０を通って気液分離器８に入り込み、そこから冷却系回路１に流れ出ることになる。
【００２４】
従って、ガス排出装置１１を上述した構成になすことにより、１ａ，１ｂ及び１ｃ側の回路から流れてきたクーラントＣは、流入管１５を通り流入口１３から気液分離器８に供給される。このとき、流入口１３は気液分離器８の側壁８ｂに接線方向に開口されているため、図１の矢印で示すように、クーラントＣは気液分離器８の内壁に沿って流れようとするため、旋回流が発生する。これにより、気液分離器８に供給されたクーラントＣは、気液分離器８の半径方向に作用する遠心力の働きにより、すり鉢状に形成されながら流出口１４から流出する。流出したクーラントＣは流出管１６を通り、ポンプ２に流されていく。
【００２５】
このとき、クーラントＣに混ざっているガスＧは、旋回しながらすり鉢状に形成されたクーラントＣの中心部付近、即ち、気液分離器８の中心部付近に移動される。中心部付近に移動したガスＧは、その後上昇して、上面８ａの中央部に形成する連通口１２に達し、連通管１０を通ってリザーバタンク９から大気に排出される。更に、ガスＧが気液分離８から連通管１０に排出されるときは、リザーバタンク９から供給されて連通管１０に貯留しているクーラントＣが、連通管１０から気液分離器８にガスＧの排出量に相当する分だけ供給されることになる。このとき、リザーバタンク９から連通管１０を介して気液分離器８に供給されたクーラントＣは微量であるため旋回流を乱すことなく合流される。
【００２６】
このように、気液分離器８が円筒状に形成されるとともに、流入口１３が側壁８ｂに接線方向に開口されることで、気液分離器８に供給されるクーラントＣに容易に旋回流を発生させることができる。また、流入口１３が側壁８ｂの上部に形成され、流出口１４が下面８ｃに形成されることにより、排出するまでの距離と時間とが確保できるので、十分にクーラントＣとガスＧとを分離させることができる。しかも、流出口１４が下面８ｃの外周近傍に形成されることにより、ガスＧがクーラントＣの流出側に混入することがないので、クーラントＣだけを流出させることができる。
【００２７】
更に、連通管１０が上面８ａの中央部に形成する連通口１２に連通しているので、気液分離器８の中心部付近に集められて、その後上昇したガスＧを全て排出することが可能である。即ち、ガスＧをリザーバタンク９に排出するとともに、クーラントＣを気液分離器８に供給する連通管１０を備えることにより、ガスＧの排出とガスＧの排出量に相当するクーラントＣ量の供給とを自動的に行うことができる。
【００２８】
連通管１０の長さは自由に設定可能である。リザーバタンク９に貯留されているクーラントＣは大気に接しているので比較的常温に近いが、気液分離器８に供給されるクーラントＣはエンジン３を通過したものなので比較的高温になっている。従って、連通管１０の長さをある程度確保することで、気液分離器８の熱に影響されない位置にリザーバタンク９を配置することができるので、リザーバタンク９に貯留されるクーラントＣを適温に保持し、これにより、リザーバタンク内のクーラント蒸発を防止することができる。また、スペースの都合から連通管１０の長さを十分に確保できない場合は、気液分離器８とリザーバタンク９との間に断熱材などを介在させたり、気液分離器８を断熱材で覆ったりしてもよい。
【００２９】
なお、本実施例のように連通管１０を設けるのではなく、気液分離器８の連通口１２とリザーバタンク９の連通口１８とを接続させ、オリフィスを用いたものでも構わない。この場合、上述したように気液分離器８の上面８ａとリザーバタンクの下面９ｂとの間に断熱材を介在させるとリザーバタンク内のクーラント蒸発を防止できる。また、気液分離器８，リザーバタンク９及び連通路１１を一体に形成させても構わない。
【００３０】
従って、冷却系回路１が上述した構成となすことにより、ガスヒートポンプ装置を運転させるためにエンジン３が駆動すると、ポンプ２が駆動するとともに、クーラントＣをエンジン３に供給する。エンジン３に供給されたクーラントＣは、エンジン３内を循環しながら冷却をして排出され、三方弁４によって、回路１ａを通り気液分離器８に供給されるものと、三方弁５に供給されるものとに流量が調整されて流される。
【００３１】
また、三方弁５に供給されたクーラントＣは、更に、回路１ｂを通り水熱交換器６に供給されるものと、回路１ｃを通りラジエータ７に供給されるものとに流量が調整されて流される。水熱交換器６ではエンジン排熱で温められたクーラントＣを利用してヒータなどの熱源とされるとともに、ラジエータ７では温度上昇したクーラントＣを放熱させている。
【００３２】
回路１ａ，１ｂ，１ｃから流されたクーラントＣは、気液分離器８の上流側で合流し、所定の温度になされて気液分離器８に供給される。流入口１３から流入したクーラントＣは、気液分離器８の内壁に沿って旋回流を発生する。これにより、クーラントＣに混ざっているガスＧは気液分離器８の中心部に集められ、ガスＧを含まないクーラントＣはそのまま旋回しながら流出口１４へと流出される。
【００３３】
一方、気液分離器８の中心部に集められたガスＧは次第に上昇し、連通口１２から連通管１０を通ってリザーバタンク９に排出される。これと同時に、ガスＧの排出量に相当するクーラントＣがリザーバタンク９から連通管１０を通って気液分離器８に供給される。供給されたクーラントＣは旋回流に合流し、同様に、ガスＧが分離されることになる。
【００３４】
流出口１４から流出したクーラントＣはポンプ２に送られ、再びエンジン３に送られるが、ガスＧを含んでいないので、冷却効率を低下させることなく再循環させることができる。しかも、気液分離器８の上方に連通管１０を介して配置したリザーバタンク９からガスＧを排出しているので、従来のように、ガス排出部や気液分離器を回路内の最上部に設ける必要がなく、冷却系回路１を構成する各種装置の設置位置の自由度を高めることができる。
【００３５】
従って、本発明によれば、気液分離器８の上方に連通管１０を介してリザーバタンク９を配置したガス排出装置１１としたことにより、ガスＧの排出とクーラントＣの供給を自動的に行うことができる。また、連通管１０はリザーバタンク９の下面９ｂに形成する連通口１８と気液分離器８の上面８ａに形成する連通口１２とに接続されることにより、気液分離器８の上方に残留するガスＧを確実にリザーバタンク９に排出することができるとともに、リザーバタンク９から気液分離器８にクーラントＣが確実に供給することができる。更に、連通管１０はクーラントＣの供給通路とガスＧの排出通路とを兼用にしているので、ガスＧの排出量に相当するクーラントＣを即座に供給することができる。そして、連通管１０を設けることにより、気液分離器８とリザーバタンク９との距離を十分に確保できるので、リザーバタンク９は温度上昇したクーラントＣによって温められた気液分離器８からの熱が伝達されにくく、リザーバタンク９に貯留するクーラントＣを所定の温度に保つことができる。
【００３６】
また、気液分離器８は円筒状に形成さるとともに、側壁８ｂの上部に接線方向に開口する流入口１３と下面８ｃの外周近傍に開口される流出口１４とを形成されることにより、気液分離器８に供給されるクーラントＣに容易に旋回流を発生させることができ、排出するまでの距離と時間とが確保できるので、十分にクーラントＣとガスＧとを分離させることができる。また、ガスＧがクーラントＣの流出側に混入することがないので、クーラントＣだけを流出させることができる。
【００３７】
そして、このようなガス排出装置１０をガスヒートポンプの冷却系回路１に用いることにより、従来のように、ガス排出部や気液分離器を回路内の最上部に設ける必要がないので、冷却系回路１を構成する各種装置の設置位置の自由度を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、クーラントを用いた冷却系回路に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施例に係るガス排出装置の概略図である。
【図２】本発明の一実施例に係るガスヒートポンプ装置の冷却系回路図である。
【符号の説明】
【００４０】
１          冷却系回路
１ａ，１ｂ，１ｃ      回路
２          ポンプ
３          エンジン
４，５      三方弁
６          水熱交換器
７          ラジエータ
８          気液分離器
８ａ        上面
８ｂ        側壁
８ｃ        下面
９          リザーバタンク
９ａ        上面
９ｂ        下面
１０        連通管
１１        ガス排出装置
１２        連通口
１３        流入口
１４        流出口
１５        流入管
１６        流出管
１６ａ      接続部材
１７        供給口
１８        連通口
【図１】
2005240661.tif 000003
【図２】
2005240661.tif 000004