(57)【要約】【課題】エア抜きが容易に行える構成とし、手動でのエア抜き作業が不要な装置とする。【解決手段】リザーバ３に貯蔵される冷却水をポンプ２によってエンジン９に供給し、エンジン９の発熱温度を低下させる流体冷却装置１において、冷却水が排出されるリザーバ３の出口３７とポンプ２の吸入口を同一とした。【選択図】  図１
2005016433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる流路内に設けられるリザーバに貯蔵される流体を、ポンプによって発熱体に供給して前記発熱体の温度を低下させる流体冷却装置において、
前記流体が排出される前記リザーバの出口に前記ポンプを備えたことを特徴とする流体冷却装置。
【請求項２】
発熱体からの吸熱により温められた流体が貯蔵されるリザーバと、該リザーバに貯蔵された流体をラジエータに循環させると共に、前記流体を発熱体に供給するポンプとを備えた流体冷却装置において、
前記流体が排出される前記リザーバの出口に前記ポンプを備えたことを特徴とする流体冷却装置。
【請求項３】
前記リザーバの出口と前記流体を吸入する前記ポンプの吸入口を連通させたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流体冷却装置。
【請求項４】
前記リザーバと前記ポンプを一体化したことを特徴とする請求項３に記載の流体冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体を発熱体に供給して吸熱を行い、発熱体を冷却する流体冷却装置に関するものであり、特に、リザーバに蓄えられた流体をポンプにより発熱体に対して供給する流体冷却装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両の流体冷却装置は、発熱体であるエンジンに対して冷却用の流体（例えば、冷却水）を供給してエンジンからの吸熱を行い、エンジンで温められた冷却水は配管を介してリザーバに溜める構成が知られている。リザーバに溜められた冷却水はラジエータへと配管により導かれ、ラジエータ内を温まった冷却水が循環することにより、空冷にて熱交換が行われることで冷やされる。これによって、ラジエータ内をエンジンにて温められた冷却水が通過することにより冷却水が冷やされ、それをエンジンに供給することでエンジンの発熱を抑える様になっている。この場合、リザーバ、ラジエータ及びエンジンを冷却水が循環する循環経路への冷却水の循環にはポンプ（ウォータポンプ）が使用され、ポンプの駆動によって冷却水を効率良く循環させている。
【０００３】
この様な循環システムにおいて、循環経路内にエアが存在するとエンジンへの冷却効率が悪くなると共に、ポンプの効率が劣化することから、循環経路内のエアを抜くことが必要になっている。そこで、従来では冷却水の循環経路内のエア抜きを行うために、従来ではラジエータからエンジンに至る循環経路内に、図５に示す如くエア抜き用のバルブを設け、初期のエア抜きやメンテナアンス時のエア抜きの作業が必要になった場合には、エア抜き用のバルブを手動にて解放してエア抜き作業を行わなければならない（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
従来では、循環経路内に冷却水を循環させるポンプは、図６に示す如く、エンジンの出力となるクランクシャフトに設けられたクランクプーリーと、冷却用のポンプ（ウォータポンプ）を駆動するウォータポンププーリー４２、潤滑用のポンプ（オイルポンプ）を駆動するオイルポンププーリー４３、シリンダヘッド内に設けられる吸排気弁を制御するタイミングプーリー４４とをベルト４５により結ぶ構成となっており、エンジン駆動時にはクランクプーリー４１の回転によりベルト４５が駆動されることによってウォータポンププーリー４２が回転し、その結果、エンジン冷却用のポンプが駆動される機械式ポンプとなっている。
【０００５】
一般的に、冷却水を吐出するポンプの吐出口は正圧になるが、冷却水を吸い込む吸入口は負圧となるが、ここでインペラの回転による遠心力を利用して冷却水を吸い込むポンプを使用した場合には、ポンプの吸入口の近傍にエアが溜まり易くなる状態となる。そこで、ポンプの吸入口にエア抜き用のバルブを設けている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２８０１３７号公報（第１頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した如く、エア抜き用のバルブで循環経路内からエアを抜く場合にはエア抜き用のバルブが必要になり、エア抜きが必要になった場合にはバルブを解放して循環経路内のエアを抜き、終了後にバルブを閉めるというエア抜き作業が必要となってくる。
【０００８】
そこで、本発明は上記した問題点に鑑みてなされたものであり、エア抜きが容易に行える構成とすること、また、手動でのエア抜き作業が不要な装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために講じた第１の技術的手段では、流体が流れる流路内に設けられるリザーバに貯蔵される流体をポンプによって発熱体に供給し、前記発熱体の温度を低下させる流体冷却装置において、前記流体が排出される前記リザーバの出口に前記ポンプを備えたことである。
【００１０】
また、第２の技術的手段では、発熱体からの吸熱により暖められた流体が貯蔵されるリザーバと、該リザーバに貯蔵された流体をラジエータに循環させると共に、前記流体を発熱体に供給するポンプとを備えた流体冷却装置において、前記流体が排出される前記リザーバの出口に前記ポンプを備えたことである。
【００１１】
上記した手段によれば、発熱体を冷却する流体を排出するリザーバの出口にポンプを備えたので、循環経路内においてエアが発生しても、リザーバ内部で効率良くエアが排出される。これをポンプにより循環経路内に圧送することが可能となるので、循環経路内にはエアがない冷却水がポンプにより循環される。この構成では、エア抜き用のバルブをあえて設ける必要はなく、冷却水をリザーバを介して循環させるだけで循環経路内のエアを排出することが可能となるため、手動にてエア抜き作業を行わなくても良いことから、手動によるエア抜き作業を廃止することも可能である。
【００１２】
また、リザーバの出口と流体を吸入するポンプの吸入口を連通させることにより、リザーバとポンプの吸入口を結ぶ配管が必要なくなる。
【００１３】
更に、リザーバとポンプを一体化すれば、コンパクト化が可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、流体冷却装置１の構成図である。流体冷却装置１は、発熱体であるエンジン９に対して流体（ここでは、冷却水）を供給し、エンジン９から吸熱を行ってエンジン９を冷やすと共に、エンジン９の吸熱により温められた冷却水をラジエータ５へと送るものであり、ラジエータ５にて空冷してエンジン９へと冷却水を送るため、流体冷却装置１はエンジン９とラジエータ５の間に配設される。
【００１６】
流体冷却装置１は、冷却水を蓄えて、冷却水を循環経路内に供給するためのリザーバ３及び冷却水をリザーバ３から吸入して循環経路内に吐出する電気的駆動を成すポンプ２とを一体で備えたリザーバ付ポンプ４と、冷却水を空冷にて冷却するラジエータ５、エンジン９の発熱を吸熱した冷却水の水温を検出する水温センサ１１、及び、ポンプ２を駆動するコントローラ１０とを備える。
【００１７】
発熱体であるエンジン９は内部に冷却水が流れる水路が複数形成されており、その水路を冷却水が流れる構造となっている。エンジン９の内部を通り、エンジン９を通過した冷却水は、エンジン駆動時にはエンジン９の発熱により温められ、エンジンとリザーバ３との間に配設される配管８を通って、リザーバ３に蓄えられる。
【００１８】
リザーバ３に蓄えられた冷却水は、リザーバ３と一体となったポンプ２の駆動により圧送され、ポンプ２とラジエータ５とを結ぶ配管９を介してラジエータ５へと送られる。エンジン９内に流れる冷却水の水温はエンジン９のマウントに取り付けられた水温センサ１１によって検出され、水温センサ１１により検出された水温の状態によって、コントローラ１０がポンプ２に対してポンプ駆動指令を出し、それを受けてポンプ２が駆動される。この場合、ポンプ２は冷却水の水温が所定温度Ｔ１以上となると、エンジン温度の上昇を抑えるためにコントローラ１０によりポンプ駆動の指示が出され、その後、所定温度Ｔ２（Ｔ１＞Ｔ２）まで低下した場合にポンプ駆動が停止する制御が成される。
【００１９】
ラジエータ５は周知の構造ものを使用しており、ラジエータ内部を冷却水が通る水路が形成され、その水路を冷却水が通ることにより、車両走行には空冷される、若しくは、ラジエータ５に対向配置されるラジエータファンの駆動によって、冷却水が冷やされる。ラジエータ５により冷やされた冷却水は、ラジエータ５とエンジン９を結ぶ配管７を介して、エンジン９へと供給される。この構成によって、リザーバ内に蓄えられた冷却水は、ポンプ２によって配管９を介してラジエータ５へと圧送される。ラジエータ５から配管７を介してエンジン９に供給され、エンジン９により温められた冷却水は配管８を介して再びリザーバ３に戻ってくる循環経路が形成される。
【００２０】
次に、リザーバ付ポンプ４の構成について、図２および図３を参照して説明する。リザーバ付ポンプ４はポンプ２にリザーバ３が一体で形成されたものであり、両者はボルト等の締結部材３１により数箇所（例えば、４箇所）で結合され、一体となっている。
【００２１】
ポンプ２は円盤状のティース部を有する鉄板が何枚も積層されたコア２１にコイル２２が巻かれ、コイル２２が巻かれたコア２１はステータ２０として樹脂により一体成形されている。コア２１の内径は空間が形成されており、その空間内に軸受２３，２４を介してシャフト２５が回転自在に支持されている。シャフト２５は大径部２６と大径部２６の両側にそれぞれ小径部２７，２８を有しており、一方の小径部２７は軸受２３により軸支され、他方の小径部２８は軸受２４により軸支されている。この中で小径部２８からは連続してインペラ取り付け部２９が連続して形成されている。また、シャフト２５の大径部２６には、周囲において複数の円弧状の磁石３０が周方向に所定間隔をおいて取り付けられている。磁石３０はステータ２０と所定間隔離れて対向する。この場合、シャフト２５の大径部２６の外周に対して、形状が円筒状を呈し、周方向においてＮ極とＳ極とが交互に着磁された複数極（例えば、４極）の磁石３０を、接着剤により固定しても良い。
【００２２】
ポンプ２はコイル２２に外部より給電を行うと、ステータ２０と磁石３０との間で電磁力が作用し、磁石３０が周囲に設けられた大径部２６を有するシャフト２５は回転を行うことができる。
【００２３】
一方、シャフト２５のインペラ取り付け部２９には外径には軸方向にフランジを有する傘状のインペラ４０が圧入により取り付けられ、インペラ４０はシャフト２５と一体回転する。また、インペラ４０はインペラ取り付け部２９と反対側（リザーバ側）に、図３に示す様に、複数の渦巻き状の羽根部３９が形成されており、シャフト２５の回転によりインペラ４０の回転に伴って羽根部３９が回転する。
【００２４】
ポンプ２はリザーバ３と一体で固定される場合、両者間には中央にボス部５２を有するプレート部材５１を介して固定される。このプレート部材５１のボス部５２の外径にはリング状の溝部が形成されており、その溝部にシール部材（例えば、Ｏリング）１９が嵌着されて、ポンプ内部でのシール性が確保されている。
【００２５】
図２の如く、リザーバ３がポンプ２に対して固定された状態では、シャフト２５のインペラ取り付け部２９がプレート部材５１の略中央を貫通しており、リザーバ３の内部空間にインペラ４０の羽根部３９が露出するものとなる。
【００２６】
次に、リザーバ３について説明すると、リザーバ３はポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂等から成り立っている有底筒状を呈し、一方の側面がポンプ２を取り付ける取り付け面となっており、上部には冷却水を供給または補給する補給口３２が形成されている。また、底部には配管８が接続されシャフト２５と同方向に冷却水を内部空間３５に導入するため図２に示す水平方向に突出した入口３４と、入口３４と反対側に冷却水の排出を行う出口３７とを有する。また、リザーバの内部空間３５には、底部３８から上方の補給口３２に向けて立設した立壁３６が一体で形成されており、この立壁３６は内部空間３５の略中央の高さまで形成されている。立壁３６はリザーバ３の入口３４からリザーバ内に導入される冷却水が、直接、インペラ４０の羽根部３９に当たらない様、リザーバ３の内部部空間３５内で冷却水の水路をわざと迂回させて、インペラ４０の回転が入口３４から導入される冷却水の水圧により妨げられない機能を有する。
【００２７】
図２に示す構造では、ポンプ２の流体を吸入する吸入口はリザーバ３の出口３７と一致または連通させたものとなるので、ポンプ２の吸入口とリザーバ３の出口との間の配管は必要なくなる。一方、ポンプ２の冷却水を吐出する吐出口３５は、リザーバ３の出口３７と直交する方向にリザーバ３に形成されており、この吐出口３５にラジエータ５に繋がる配管９が接続される。
【００２８】
（冷却水の供給／補給）
リザーバ３の補給口３２は、リザーバ内への異物の混入を防止するため、樹脂状のキャップ３３が嵌着して被せられている。そこで、冷却水を流体冷却装置１の循環経路内に初めて供給する場合や、冷却水を交換または補給する等のメンテナンスを行う場合には、補給口３２に嵌められたチャップ３３を外して、リザーバ内の内部空間３５に冷却水を注入する。注入された冷却水は循環経路内に充填された後で内部空間３５に蓄えられる。この状態では、インペラ４０の羽根部３９は冷却水の中に入った状態となる。
【００２９】
（冷却水の循環）
上記した状態のもとで、コントローラ１０よりポンプ２に対してポンプ駆動信号が出力されると、ポンプ２のコイル２２に通電が成される。コイル２２に通電が成されると、コイル２２に対向配置された磁石３０が電磁力によって、磁気的な吸引／反発力を受け、磁石３０が取り付けられたシャフト２５が軸受２３，２４に両側から軸支された状態で回転を行う。シャフト２５が回転すると、シャフト２５の一端に取り付けられたインペラ４０が回転する。インペラ４０の回転によってインペラ４０のリザーバ側に形成された羽根部３９が、リザーバ３の内部空間内に溜まった冷却水を回転によりかき回わすことにより、リザーバ３の出口３７と一致するポンプ２の吸入口から冷却水を羽根部３９へと吸い込み、インペラ４０の回転により吸い込んだ冷却水を、遠心力を利用して図３に示す吐出口３５より吐出する。吐出口３５より吐出した冷却水は、配管９によりラジエータ５に圧送される。そして、ラジエータ５に圧送された冷却水は、ラジエータ内部に形成された水路を冷却水が通ることにより空冷され、冷やされ冷却水の温度が低下する。ラジエータ５によって熱交換を利用して冷やされた冷却水は、次に、配管７を介してエンジン９へと供給される。その後、エンジン９の発熱により温められた冷却水は、配管８を介して再びリザーバ３へと戻る。
【００３０】
図１に示す構成では、従来例で示した様に、ラジエータ５とエンジン９との間にエア抜き用のバルブを用いることなく、リザーバ３にポンプ２を一体で設けたリザーバ付ポンプ３によりエア抜き性を向上させる構成にした。つまり、図１に示す構成では、ポンプ２は車両のエンジンルームに配設する場合、取り付け部位に制約が少なく循環経路内で最もエアが溜まり難いリザーバ３の出口３７にポンプ２を配置し、しかも、リザーバ３の冷却水の出口３７とポンプ２の吸入口を一致させることによって両者間の配管を無くすことができるので、そこで、エアが混入することが無くなる。よって、この様な構成を採用すれば、従来の様に、エア抜き用のバルブは必要なくなり、更に、手動によるエア抜き作業はあえてしなくても良くなる。また、冷却水を補充または交換するメンテナンス時にも、タンク３に冷却水を注入した場合と同時に、ポンプ２によって冷却水を循環経路に循環させるだけで、エアが循環経路内に入ってもリザーバ３で常に排出されるので、循環経路内のエア抜きを行うことができる。
【００３１】
次に、別の実施形態について、図４を参照して説明する。
【００３２】
図４では、図１の構成に加えて、従来の図５に示すエア抜き用のバルブを廃止した上で、従来からベルト駆動により動作を行う機械式ポンプをラジエータ５とエンジン９との間に設けて、２つのポンプ２，１２を併用しても良い。この構成にすると、冷却水を圧送するパワーが機械式ポンプ１２の吐出量分だけかせぐことができ、循環経路内での冷却水を圧送するポンプ能力を向上させることができる。つまり、図４に示す構成では、電動により動作するポンプ２に加え、機械式ポンプが冷却水の循環経路内に直列で設けられるので、エアが溜まり難いリザーバ３の出口３７に電動により動作するポンプ２を配置し、その後に機械式ポンプ１２を配置することによって、機械式ポンプ１２の入口配管にエアが溜まることが無くなる。よって、この構成にしても、従来のような手動によるエア抜き作業をしなくても良く、メンテナンス時にも、リザーバ３に冷却水を初期に注入した場合と同時、ポンプ２および機械式ポンプ１２の駆動により冷却水を圧送するため、冷却水を循環させるだけでエア抜きが容易に行える。また、エアが循環経路内に入り込んだとしても、リザーバ３の内部空間３５でエアが効率良く排出されるため、常に、ポンプ２の吸入口はエアの無い状態が保たれ、機械式ポンプ１２にもエアの無い冷却水を供給することができる。
【００３３】
尚、本実施形態では、単なる一例として発熱体をエンジン９として説明したが、これに限定されるものではなく、機械的に熱をもつもの（例えば、インバータ、電気回路、駆動回路等）に変えることも可能である。また、流体には水を使用したが、水以外の液体（例えば、冷却用媒体、油等）に変えること可能である。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、冷却水の循環経路内においてエアが発生しても、リザーバ内部で効率良くエアが排出され、このエアは排出された冷却水をポンプにより循環経路内に圧送することができる。つまり、循環経路内にはエアがない冷却水がポンプにより循環される構成とすることができる。この構成では、エア抜き用のバルブをあえて設ける必要はなく、リザーバを介して冷却水を循環させるだけで循環経路内のエアを排出することができるため、手動にてエア抜きの作業を廃止することもできる。
【００３５】
また、リザーバの出口と流体を吸入するポンプの吸入口を連通させることにより、リザーバとポンプの吸入口を結ぶ配管を不要にすることができる。
【００３６】
更に、リザーバとポンプを一体化すれば、コンパクト化することができる校正となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における流体冷却装置の構成図である。
【図２】図１に示すリザーバ付ポンプの構成を示す断面図である。
【図３】図２に示すＡ−Ａ断面でのリザーバ付ポンプの断面図である。
【図４】図１の変形例を示す流体冷却装置の構成図である。
【図５】従来の流体冷却装置の構成図である。
【図６】エンジンにより機械式ポンプがベルトにより駆動される場合の説明図である。
【符号の説明】
１  流体冷却装置
２  ポンプ
４  リザーバ付ポンプ
５  ラジエータ
９  エンジン（発熱体）
１０  コントローラ
１２  機械式ポンプ
３４  入口
３５  吐出口
３７  出口（ポンプの吸入口）
【図１】
2005016433.tif 000003
【図２】
2005016433.tif 000004
【図３】
2005016433.tif 000005
【図４】
2005016433.tif 000006
【図５】
2005016433.tif 000007
【図６】
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