JP5494535B2 - Water storage tank - Google Patents
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Description
本発明は貯水タンクに関する。詳しくは、本発明は、寒冷時における内容物の凍結に伴う体積膨張に起因する破損を抑制し得る貯水タンクに関する。 The present invention relates to a water storage tank. Specifically, the present invention relates to a water storage tank that can suppress breakage due to volume expansion accompanying freezing of contents during cold weather.
水、又は水を主成分とする液体を貯蔵する貯水タンク等の容器を備える何等かの装置は多く存在する。これらの装置においては、例えば屋外での使用時等、寒冷時における上記液体の凍結に伴う体積膨張に起因する貯水タンクの破損が懸念される。かかる装置の具体例としては、例えば、車両、給湯器、燃料電池等を挙げることができる。 There are many devices including a container such as a water storage tank for storing water or a liquid mainly composed of water. In these devices, there is a concern that the water storage tank may be damaged due to volume expansion accompanying freezing of the liquid during cold weather such as when used outdoors. Specific examples of such devices include vehicles, water heaters, fuel cells, and the like.
上記のような貯水タンクの内部に貯蔵された液体の凍結への対策としては、例えば、装置の停止時に貯水タンクから液体を排出すること(例えば、特許文献1又は2を参照)や、貯水タンクの内部に貯蔵された液体を加熱すること(例えば、特許文献3を参照)等が提案されている。 As countermeasures against freezing of the liquid stored in the water tank as described above, for example, the liquid is discharged from the water tank when the apparatus is stopped (for example, see Patent Document 1 or 2), or the water tank Heating the liquid stored in the interior of the container (for example, see Patent Document 3) has been proposed.
しかしながら、上記のように貯水タンクの内部に貯蔵された液体を加熱するには、液体を加熱するための手段(例えば、温媒、温媒流通路、温媒循環ポンプ、温媒加熱手段等)を新たに設ける必要があり、装置の軽量小型化や製造コスト削減の観点から、必ずしも望ましくない。 However, in order to heat the liquid stored in the water storage tank as described above, means for heating the liquid (for example, a heating medium, a heating medium flow passage, a heating medium circulation pump, a heating medium heating means, etc.) This is not always desirable from the viewpoint of reducing the weight of the apparatus and reducing the manufacturing cost.
更に、貯水タンクを備える装置の種類や用途によっては、貯水タンクの内部に貯蔵された液体を完全に排出してしまうことができない場合がある。例えば、アルゴン循環型水素エンジンにおいては、燃料である水素の燃焼生成物としての水が作動ガスであるアルゴンに含まれ、作動ガスの比熱比を低下させる等の不都合を生ずる虞がある。そこで、かかるエンジンにおいては、燃焼室から排出される既燃ガスの流路に凝縮器を設けて、アルゴン中の水分(水蒸気)を凝縮させ、凝縮水を貯水タンクに分離・貯蔵する。 Furthermore, depending on the type and use of the apparatus provided with the water storage tank, the liquid stored in the water storage tank may not be completely discharged. For example, in an argon circulation type hydrogen engine, water as a combustion product of hydrogen as a fuel is contained in argon as a working gas, and there is a risk of causing problems such as a reduction in the specific heat ratio of the working gas. Therefore, in such an engine, a condenser is provided in the flow path of burned gas discharged from the combustion chamber to condense moisture (water vapor) in argon, and the condensed water is separated and stored in a water storage tank.
上記のような構成においても、貯水タンクの内部に貯蔵された凝縮水が寒冷時に凍結して、例えば貯蔵タンクを破損する等の不都合を生ずる虞がある。しかしながら、この場合、貯水タンクが既燃ガスの流路に設けられた凝縮器に連通している。従って、凝縮水の凍結対策として、貯水タンクの内部に貯蔵された凝縮水を完全に排出してしまうと、作動ガスとして燃焼室に再循環されるべきアルゴンが貯水タンクの排出経路を経由して外部に漏れてしまう。即ち、作動ガスとしてのアルゴンの密閉を維持するためには、貯水タンクの内部に貯蔵された凝縮水を完全には排出せず、所定量の凝縮水を貯水タンクの内部に常に残すようにするべきであることが知られている。 Even in the above-described configuration, there is a possibility that the condensed water stored inside the water storage tank freezes when it is cold, causing problems such as damage to the storage tank. However, in this case, the water storage tank communicates with a condenser provided in the flow path of burned gas. Therefore, as a countermeasure against freezing of condensed water, if condensed water stored inside the storage tank is completely discharged, argon to be recirculated as a working gas to the combustion chamber passes through the discharge path of the storage tank. Leak to the outside. That is, in order to maintain the sealing of argon as a working gas, the condensed water stored inside the water storage tank is not completely discharged, and a predetermined amount of condensed water is always left inside the water storage tank. It is known to be.
以上のように、当該技術分野においては、貯水タンクの内部に貯蔵された水又は水を主成分とする液体の凍結に伴う体積膨張に起因する貯水タンクの破損等の不都合を解消する有効な対策に対する継続的な要求が存在する。 As described above, in this technical field, effective measures to eliminate inconvenience such as breakage of the water storage tank due to volume expansion accompanying freezing of water stored in the water storage tank or a liquid mainly composed of water. There is an ongoing demand for.
前述のように、当該技術分野においては、貯水タンクの内部に貯蔵された水又は水を主成分とする液体の凍結に伴う体積膨張に起因する貯水タンクの破損等の不都合を解消する有効な対策に対する継続的な要求が存在する。 As described above, in this technical field, effective measures to eliminate inconvenience such as breakage of the water storage tank due to volume expansion caused by freezing of water stored in the water storage tank or a liquid mainly composed of water. There is an ongoing demand for.
本発明は、上記のような要求に応えるために為されたものである。より具体的には、本発明は、貯水タンクにおいて、貯水タンクの内部に貯蔵された水又は水を主成分とする液体の凍結に伴う体積膨張に起因する貯水タンクの破損等の不都合を解消する有効な対策を提供することを目的とする。 The present invention has been made to meet the above demands. More specifically, the present invention eliminates inconvenience such as breakage of a water storage tank due to volume expansion accompanying freezing of water stored in the water storage tank or a liquid containing water as a main component. The purpose is to provide effective measures.
本発明の上記目的は、
水又は水を主成分とする液体を内部に貯蔵する貯水タンクであって、
前記貯水タンクの内部に貯蔵される前記液体の液面の高さを検出する水位検出手段、
前記貯水タンクから前記液体を排出する排水手段、及び
前記排水手段を制御して、前記水位検出手段によって検出される前記液体の液面の高さを調整する水位調整手段、
を備えること、並びに
前記貯水タンク及び前記液体を加熱する熱源となる構成要素を有する仕組みにおいて、前記貯水タンクが使用されること、
前記熱源となる構成要素が発熱を停止する際に、前記水位調整手段が、予め定められた第1水位範囲に入るように前記液体の液面の高さを調整すること、及び
前記第1水位範囲に対応する部位においては、前記貯水タンクの内側の壁面が、前記液体に接触している壁面と前記液体の液面とが交わる角度が鋭角となる形状を有すること、
を特徴とする、貯水タンクによって達成される。
The above object of the present invention is to
A water storage tank for storing water or a liquid mainly composed of water inside,
A water level detecting means for detecting a height of a liquid level of the liquid stored in the water storage tank;
Drainage means for discharging the liquid from the water storage tank; and water level adjustment means for controlling the drainage means to adjust the level of the liquid level detected by the water level detection means;
And in the mechanism having a component serving as a heat source for heating the water tank and the liquid, the water tank is used.
When the component serving as the heat source stops generating heat, the water level adjusting means adjusts the height of the liquid level so that it enters a predetermined first water level range; and the first water level In the portion corresponding to the range, the inner wall surface of the water storage tank has a shape in which the angle at which the wall surface in contact with the liquid and the liquid surface of the liquid intersect is an acute angle,
Characterized by a water tank.
上記のように、本発明によれば、貯水タンクを備える仕組みにおける熱源(例えば、車両における主たる熱源であるエンジン)が発熱を停止する際、貯水タンクの内部に貯蔵される液体の液面の高さが、第1水位範囲に入るように調整される。この第1水位範囲に対応する部位においては、液体に接触している貯水タンクの内側の壁面と液体の液面とが交わる角度が鋭角となっている。従って、本発明に係る貯水タンクを備える仕組み(例えば、車両)が寒冷時に屋外に放置される等して、周囲温度が氷点以下となり、液体が凍結しても、液体の凍結に伴う体積膨張に起因する応力が緩和され、液体の凍結に伴う体積膨張に起因するタンクの破損を防止することができる。 As described above, according to the present invention, when a heat source (for example, an engine which is a main heat source in a vehicle) having a water storage tank stops generating heat, the level of the liquid stored in the water storage tank is increased. Is adjusted to fall within the first water level range. In a portion corresponding to the first water level range, the angle at which the inner wall surface of the water storage tank in contact with the liquid and the liquid surface of the liquid intersect is an acute angle. Therefore, even if a mechanism (for example, a vehicle) provided with a water storage tank according to the present invention is left outdoors when it is cold, the ambient temperature becomes below the freezing point, and even if the liquid freezes, volume expansion accompanying freezing of the liquid will occur. The resulting stress is relieved and damage to the tank due to volume expansion associated with freezing of the liquid can be prevented.
前述のように、本発明は、貯水タンクにおいて、貯水タンクの内部に貯蔵された水又は水を主成分とする液体の凍結に伴う体積膨張に起因する貯水タンクの破損等の不都合を解消する有効な対策を提供することを目的とする。 As described above, the present invention is effective in resolving inconveniences such as breakage of a water storage tank caused by volume expansion accompanying freezing of water stored in the water storage tank or a liquid containing water as a main component. The purpose is to provide appropriate measures.
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究の結果、液体に接触している貯水タンクの内側の壁面と液体の液面とが交わる角度が鋭角となるように、貯水タンクの内側の壁面の形状を構成し、且つ液体の液面の高さを調整することにより、液体の凍結に伴う体積膨張に起因する応力を緩和し、貯水タンクの破損を防止することを想到するに至ったものである。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventor has determined that the inner wall surface of the water storage tank has an acute angle so that the angle between the inner wall surface of the water storage tank in contact with the liquid and the liquid surface of the liquid is an acute angle. It was conceived that the shape caused by the liquid and the height of the liquid surface of the liquid was adjusted to relieve the stress caused by volume expansion associated with the freezing of the liquid and prevent the water tank from being damaged. It is.
即ち、本発明の第1態様は、
水又は水を主成分とする液体を内部に貯蔵する貯水タンクであって、
前記貯水タンクの内部に貯蔵される前記液体の液面の高さを検出する水位検出手段、
前記貯水タンクから前記液体を排出する排水手段、及び
前記排水手段を制御して、前記水位検出手段によって検出される前記液体の液面の高さを調整する水位調整手段、
を備えること、並びに
前記貯水タンク及び前記液体を加熱する熱源となる構成要素を有する仕組みにおいて、前記貯水タンクが使用されること、
前記熱源となる構成要素が発熱を停止する際に、前記水位調整手段が、予め定められた第1水位範囲に入るように前記液体の液面の高さを調整すること、及び
前記第1水位範囲に対応する部位においては、前記貯水タンクの内側の壁面が、前記液体に接触している壁面と前記液体の液面とが交わる角度が鋭角となる形状を有すること、
を特徴とする、貯水タンクである。
That is, the first aspect of the present invention is:
A water storage tank for storing water or a liquid mainly composed of water inside,
A water level detecting means for detecting a height of a liquid level of the liquid stored in the water storage tank;
Drainage means for discharging the liquid from the water storage tank; and water level adjustment means for controlling the drainage means to adjust the level of the liquid level detected by the water level detection means;
And in the mechanism having a component serving as a heat source for heating the water tank and the liquid, the water tank is used.
When the component serving as the heat source stops generating heat, the water level adjusting means adjusts the height of the liquid level so that it enters a predetermined first water level range; and the first water level In the portion corresponding to the range, the inner wall surface of the water storage tank has a shape in which the angle at which the wall surface in contact with the liquid and the liquid surface of the liquid intersect is an acute angle,
This is a water storage tank.
上記貯水タンクの材質や構成は、貯蔵しようとする液体に対して不活性であり、想定される用途に耐え得る機械的強度や耐熱性等の性質を有する限り、特に限定されるものではなく、当該技術分野において一般的に知られている種々の材料から作られたものを使用することができる。 The material and configuration of the water storage tank are not particularly limited as long as they are inert to the liquid to be stored and have properties such as mechanical strength and heat resistance that can withstand the intended use. Those made from various materials generally known in the art can be used.
上記水位検出手段としては、貯水タンクの内部に貯蔵される液体の液面の高さを検出することができる限り、当該技術分野において一般的に知られている種々の水位センサから、用途に応じて適切なものを選択することができる。かかる水位センサとしては、例えば、フロートスイッチや静電容量センサ等、液体と接触して水位を検出するタイプのものや、超音波センサ等、液体とは接触せずに液面との距離を検出するタイプのもの等を挙げることができる。尚、水位検出手段は、貯水タンクの内部に貯蔵される液体の液面の高さ(水位)を検出し、検出した水位を表す測定信号(検出信号)を発生するように構成される。 As the water level detection means, various water level sensors generally known in the art can be used according to the application as long as the level of the liquid level stored in the water storage tank can be detected. You can choose the right one. As such a water level sensor, for example, a type that detects the water level by contact with a liquid, such as a float switch or a capacitance sensor, or an ultrasonic sensor, etc., that detects the distance from the liquid level without contact with the liquid. And the like. The water level detection means is configured to detect the height (water level) of the liquid stored in the water storage tank and generate a measurement signal (detection signal) indicating the detected water level.
従って、例えば、上記水位検出手段を電子制御装置に接続して、上記水位調整手段による貯水タンクの内部に貯蔵される液体の液面の高さ(水位)の調整等、同電子制御装置によって行われる種々の制御に利用することができる。因みに、電子制御装置とは、例えば、CPU、ROM、RAM、不揮発性メモリ等の記憶装置、及びインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子装置を指す。但し、水位検出手段及び電子制御装置に関する上記説明はあくまでも例示であって、水位検出手段及び電子制御装置の構成は上記説明に限定されるものではない。 Therefore, for example, the water level detection means is connected to an electronic control device, and the electronic control device performs adjustment of the height (water level) of the liquid stored in the water storage tank by the water level adjustment means. It can be used for various controls. Incidentally, the electronic control device refers to an electronic device mainly composed of a known microcomputer including a storage device such as a CPU, a ROM, a RAM, and a nonvolatile memory, and an interface. However, the above description regarding the water level detection means and the electronic control device is merely an example, and the configurations of the water level detection means and the electronic control device are not limited to the above description.
次に、上記排水手段は、貯水タンクの内部に貯蔵される液体を貯水タンクから排出することが可能である限り、如何なる構成のものであってもよい。例えば、上記排水手段は、上記貯水タンクの底部に設けられた開口部と、同開口部を開閉して液体の排出を開始したり停止したりする弁体とを含んでなる構成とすることができる。あるいは、上記排水手段は、例えば、上記貯水タンクの底部近傍に端部が配設され、同貯水タンクの外部に連接された導管と、同導管に連接されたポンプとを含んでなる構成とすることもできる。尚、同ポンプとしては、特定の構成に限定されるものではなく、液体用ポンプとして一般的に使用される種々のタイプのものを使用することができる。 Next, the drainage means may have any configuration as long as the liquid stored in the water storage tank can be discharged from the water storage tank. For example, the drainage means may include an opening provided at the bottom of the water storage tank and a valve body that opens and closes the opening to start or stop the discharge of liquid. it can. Alternatively, the drainage means includes, for example, an end disposed near the bottom of the water storage tank, a conduit connected to the outside of the water storage tank, and a pump connected to the conduit. You can also The pump is not limited to a specific configuration, and various types of pumps generally used as a liquid pump can be used.
排水手段は、如何なる構成をとるものであるにせよ、水位検出手段によって検出される液体の液面の高さ(水位)に基づいて水位調整手段によって制御され、貯水タンクの内部に貯蔵される液体の排出を開始したり停止したりするように構成される。かかる制御は、例えば、前述の電子制御装置から送出される指示信号(制御信号)によって行うことができる。この場合、上記水位調整手段は、水位検出手段から送出される、貯水タンクの内部に貯蔵されている液体の液面の高さ(水位)を表す測定信号(検出信号)を受け取り、同信号から導出される水位に基づいて貯水タンクの内部に貯蔵されている液体の排出を開始すべきか停止すべきかを判断し、同判断に基づいて排水手段に同液体の排出を開始又は停止させるための指示信号(制御信号)を排水手段に対して送出するように構成され、前述の電子制御装置が備える記憶装置に格納されたプログラムとして実装することができる。但し、水位調整手段及び電子制御装置に関する上記説明はあくまでも例示であって、水位調整手段及び電子制御装置の構成は上記説明に限定されるものではない。 Whatever configuration the drain means takes, the liquid stored in the water storage tank is controlled by the water level adjusting means based on the liquid level (water level) detected by the water level detecting means. It is configured to start and stop the discharge of water. Such control can be performed by, for example, an instruction signal (control signal) sent from the electronic control device described above. In this case, the water level adjustment means receives a measurement signal (detection signal) sent from the water level detection means and indicating the height (water level) of the liquid stored in the water storage tank. Instructions for determining whether to start or stop discharging the liquid stored in the water storage tank based on the derived water level, and for instructing the drainage means to start or stop discharging the liquid based on the determination It is configured to send a signal (control signal) to the drainage means, and can be implemented as a program stored in a storage device included in the electronic control device. However, the above description regarding the water level adjusting means and the electronic control device is merely an example, and the configurations of the water level adjusting means and the electronic control device are not limited to the above description.
前述のように、本発明の第1態様に係る貯水タンクにおいては、貯水タンクを備える仕組みにおける熱源(例えば、車両における主たる熱源であるエンジン)が発熱を停止する際に、水位調整手段が、貯水タンクの内部に貯蔵される液体の液面の高さを予め定められた第1水位範囲に入るように調整する。具体的には、例えば上述のように、水位調整手段が、水位検出手段から送出される、貯水タンクの内部に貯蔵されている液体の液面の高さ(水位)を表す測定信号(検出信号)を受け取る。そして、水位調整手段は、同測定信号(検出信号)から導出される水位に基づいて貯水タンクの内部に貯蔵されている液体の排出を開始すべきか停止すべきかを判断する。更に、水位調整手段は、同判断に基づいて排水手段に同液体の排出を開始又は停止させるための指示信号(制御信号)を排水手段に対して送出する。同指示信号(制御信号)を受け取った排水手段は、同指示信号(制御信号)に従って、同液体の排出を開始又は停止する。このような一連の処理の結果として、貯水タンクの内部に貯蔵される液体の液面の高さ(水位)が、予め定められた第1水位範囲に入るように調整される。 As described above, in the water storage tank according to the first aspect of the present invention, when the heat source in the mechanism including the water storage tank (for example, the engine that is the main heat source in the vehicle) stops generating heat, the water level adjusting means The height of the liquid level stored in the tank is adjusted to fall within a predetermined first water level range. Specifically, as described above, for example, as described above, the water level adjustment means sends out a measurement signal (detection signal) that indicates the height (water level) of the liquid stored in the water storage tank that is sent from the water level detection means. ). And a water level adjustment means judges whether discharge of the liquid stored in the inside of a water storage tank should be started or stopped based on a water level derived from the measurement signal (detection signal). Further, the water level adjusting means sends an instruction signal (control signal) for causing the drainage means to start or stop the discharge of the liquid based on the determination to the drainage means. The drainage means that has received the instruction signal (control signal) starts or stops discharging the liquid in accordance with the instruction signal (control signal). As a result of such a series of processes, the height (water level) of the liquid stored in the water storage tank is adjusted to fall within a predetermined first water level range.
一方、貯水タンクの内側の壁面は、前述のように、第1水位範囲に対応する部位において、貯水タンクの内部に貯蔵される液体に接触している壁面と同液体の液面とが交わる角度が鋭角となる形状を有している。第1水位範囲に対応する部位において貯水タンクの内側の壁面が有する当該形状とは、例えば、貯水タンクの内部に貯蔵される液体の液面の面積が、鉛直方向において上に行くほど大きくなるような形状を指す。より具体的には、貯水タンクの内側の壁面が有する当該形状とは、例えば、第1水位範囲に対応する部位において、鉛直方向において上に向かって広がるテーパ状の形状を指す。 On the other hand, as described above, the inner wall surface of the water storage tank is an angle at which the wall surface in contact with the liquid stored in the water storage tank and the liquid surface of the liquid intersect at the portion corresponding to the first water level range. Has a shape with an acute angle. The shape of the inner wall surface of the water storage tank at the portion corresponding to the first water level range is, for example, such that the area of the liquid level of the liquid stored in the water storage tank increases as it goes upward in the vertical direction. Refers to a simple shape. More specifically, the shape of the inner wall surface of the water storage tank refers to, for example, a tapered shape that spreads upward in the vertical direction at a portion corresponding to the first water level range.
従って、別の言い方をすれば、第1水位範囲は、貯水タンクの内側の壁面が上述のような(例えば、テーパ状の)形状を有する部位の鉛直方向における長さに対応して設定される、貯水タンクの内部に貯蔵される液体の液面の高さ(水位)である。第1水位範囲をこのように設定することにより、貯水タンクの内部に貯蔵される液体の液面の高さ(水位)が第1水位範囲に入る場合は、貯水タンクの内部に貯蔵される液体に接触している貯水タンクの壁面と、貯水タンクの内部に貯蔵される液体の液面とが、鋭角をなして交わる。 Therefore, in other words, the first water level range is set corresponding to the length in the vertical direction of the portion where the inner wall surface of the water storage tank has the above-described shape (for example, a tapered shape). The level (water level) of the liquid stored in the water storage tank. By setting the first water level range in this way, when the liquid level (water level) of the liquid stored inside the water storage tank falls within the first water level range, the liquid stored inside the water storage tank The wall surface of the water storage tank that is in contact with the liquid surface of the liquid stored in the water storage tank intersects at an acute angle.
従って、第1水位範囲の上限は、貯水タンクの内側の壁面が上述のような(例えば、テーパ状の)形状を有する部位の鉛直方向における上限位置、即ち、かかる部位と、かかる部位の鉛直方向において上側に隣接する、上述のような形状を有していない部位との境界に対応して設定される。尚、貯水タンクの内部に貯蔵される液体の凍結が想定される状況において生じ得る上記仕組み(例えば、車両)の傾きやタンクに対する液面の傾き、水位検出手段が配設される位置等を勘案して、第1水位範囲の上限を上記境界より低い(鉛直方向において下の)位置に設定してもよい。 Accordingly, the upper limit of the first water level range is the upper limit position in the vertical direction of the portion where the inner wall surface of the water storage tank has the shape as described above (for example, a tapered shape), that is, the portion and the vertical direction of the portion. Is set in correspondence with the boundary with the portion adjacent to the upper side and not having the shape as described above. In consideration of the above-mentioned mechanism (for example, vehicle) inclination, the inclination of the liquid level with respect to the tank, the position where the water level detection means is disposed, etc., which may occur in a situation where the liquid stored in the water storage tank is assumed to be frozen. Then, the upper limit of the first water level range may be set to a position lower (lower in the vertical direction) than the boundary.
一方、第1水位範囲の下限については、貯水タンクの内部に貯蔵される液体の凍結に伴う体積の膨張を小さくするためには、鉛直方向において、できるだけ低い位置に設定することが望ましい。但し、貯水タンクの用途、貯水タンクが装着される仕組み(例えば、車両)の構成等によっては、第1水位範囲の下限に制約が生ずる場合もある。例えば、本発明に係る貯水タンクを、作動ガス循環型エンジンにおける作動ガスから凝縮・分離される凝縮水を貯蔵するために使用する場合は、前述のように、貯水タンクの排出経路を経由して作動ガスが外部に漏れるのを防止するのに必要な量の凝縮水を貯水タンク内に残しておく必要がある。 On the other hand, the lower limit of the first water level range is desirably set as low as possible in the vertical direction in order to reduce the expansion of the volume accompanying freezing of the liquid stored in the water storage tank. However, the lower limit of the first water level range may be limited depending on the use of the water tank, the structure of the water tank (for example, a vehicle), and the like. For example, when the water storage tank according to the present invention is used for storing condensed water condensed / separated from the working gas in the working gas circulation engine, as described above, it passes through the discharge path of the water storage tank. The amount of condensed water necessary to prevent the working gas from leaking to the outside needs to be left in the water storage tank.
上記のように、本発明の第1態様に係る貯水タンクにおいては、熱源となる構成要素が発熱を停止する際に、水位調整手段が、貯水タンクの内部に貯蔵される液体の液面の高さを予め定められた第1水位範囲に入るように調整する。一方、貯水タンクの内側の壁面は、前述のように、第1水位範囲に対応する部位において、貯水タンクの内部に貯蔵される液体に接触している壁面と同液体の液面とが交わる角度が鋭角となる形状を有している。その結果、本発明の第1態様に係る貯水タンクにおいては、熱源となる構成要素が発熱を停止する際に、貯水タンクの内部に貯蔵される液体に接触している壁面と同液体の液面とが交わる角度が鋭角となる。 As described above, in the water storage tank according to the first aspect of the present invention, when the component serving as the heat source stops generating heat, the water level adjusting means has a high level of the liquid stored in the water storage tank. The height is adjusted so as to fall within a predetermined first water level range. On the other hand, as described above, the inner wall surface of the water storage tank is an angle at which the wall surface in contact with the liquid stored in the water storage tank and the liquid surface of the liquid intersect at the portion corresponding to the first water level range. Has a shape with an acute angle. As a result, in the water storage tank according to the first aspect of the present invention, when the component serving as the heat source stops generating heat, the wall surface in contact with the liquid stored in the water storage tank and the liquid level of the same liquid The angle at which and intersects is an acute angle.
上記により、本発明の第1態様に係る貯水タンクにおいては、熱源となる構成要素が発熱を停止する際に、貯水タンクの内部に貯蔵されている液体は、鉛直方向において上には広く下には狭い、略逆錐形の形状を有することとなる。同液体が凍結すると、液相から固相への変化に伴って体積が膨張し、体積の膨張に伴って貯水タンクの壁面に応力を及ぼすこととなる。しかしながら、上述のように、本発明の第1態様に係る貯水タンクにおいては、熱源となる構成要素が発熱を停止する際に貯水タンクの内部に残留している液体は略逆錐形の形状を有するため、凍結に伴って体積が膨張する際に、貯水タンクの壁面との間で滑りが生じ、体積の膨張分が鉛直方向において上向きに逃げることができるので、体積の膨張に伴って貯水タンクの壁面に及ぼされる応力が緩和される。 As described above, in the water storage tank according to the first aspect of the present invention, when the component serving as the heat source stops generating heat, the liquid stored in the water storage tank is widely downward in the vertical direction. Will have a narrow, generally inverted cone shape. When the liquid freezes, the volume expands with a change from the liquid phase to the solid phase, and stress is applied to the wall surface of the water storage tank as the volume expands. However, as described above, in the water storage tank according to the first aspect of the present invention, the liquid remaining in the water storage tank when the component serving as the heat source stops generating heat has a substantially inverted conical shape. Therefore, when the volume expands due to freezing, slip occurs between the wall surface of the water storage tank and the volume expansion can escape upward in the vertical direction. The stress exerted on the wall surface is relaxed.
上記のように、本発明によれば、熱源となる構成要素が発熱を停止する際、貯水タンクの内部に貯蔵される液体の液面の高さが、第1水位範囲に入るように調整される。この第1水位範囲に対応する部位においては、液体に接触している貯水タンクの内側の壁面と液体の液面とが交わる角度が鋭角となっている。従って、本発明の第1態様に係る貯水タンクを備える仕組み(例えば、車両)が寒冷時に屋外に放置される等して、周囲温度が氷点以下となり、液体が凍結しても、液体の凍結に伴う体積膨張に起因する応力が緩和され、液体の凍結に伴う体積膨張に起因するタンクの破損を防止することができるのである。 As described above, according to the present invention, when the component serving as the heat source stops generating heat, the liquid level of the liquid stored in the water storage tank is adjusted to fall within the first water level range. The In a portion corresponding to the first water level range, the angle at which the inner wall surface of the water storage tank in contact with the liquid and the liquid surface of the liquid intersect is an acute angle. Therefore, even if the mechanism (for example, a vehicle) provided with the water storage tank according to the first aspect of the present invention is left outdoors when it is cold, the ambient temperature becomes below the freezing point and the liquid freezes. The stress caused by the accompanying volume expansion is relieved, and damage to the tank caused by the volume expansion accompanying freezing of the liquid can be prevented.
尚、貯水タンクの内側の壁面が、第1水位範囲に対応する部位において、貯水タンクの内部に貯蔵される液体に接触している壁面と同液体の液面とが交わる角度が鋭角となる形状を有していない場合は、凍結に伴って体積が膨張する際に、貯水タンクの壁面との間で滑りが生じ難く、体積の膨張分が逃げることができない。その結果、体積の膨張に伴って貯水タンクの壁面に及ぼされる応力が緩和されず、タンクの破損等の不都合を回避することができない。 In addition, in the site | part corresponding to a 1st water level range, the shape where the angle which the wall surface in contact with the liquid stored in the inside of a water storage tank and the liquid level of the liquid cross | intersect is an acute angle in the wall surface inside a water storage tank When the volume does not have, when the volume expands due to freezing, slippage hardly occurs between the wall surface of the water storage tank and the volume expansion cannot escape. As a result, the stress exerted on the wall surface of the water storage tank as the volume expands is not relieved, and inconveniences such as damage to the tank cannot be avoided.
ところで、貯水タンクにおいては、何等かの原因によって、貯水タンクを含む仕組みが揺れたり、振動を受けたりすると(例えば、車両が備える貯水タンクの場合、車両の走行に伴う揺れや振動、エンジンの稼働等に起因する振動等を受けたりすると)、これらの揺れや振動が原因となって、タンク内に貯蔵されている液体がタンクの内壁に沿って回り込んだり、液面が乱れて飛沫が跳ね飛んだりして、想定外の通路等に液体が入り込む虞がある。そこで、かかる事態を回避するために、貯水タンクの内部に、例えば消波板等を含んでなる消波手段を設けてもよい。消波手段とは、例えば、液体の液面に浮かべる等して液体の波動に触れる位置に配設され、消波板によって液体の波動を干渉させることによって、又は液体に消波板を通過させる際に、液体の波動に伴う運動エネルギを減衰させ、波動の振幅及び速度の増大を抑制するものである。従って、消波手段は、例えば、複数のフィンを有する等、複雑な形状をしているのが一般的である。尚、消波手段を構成する材料としては、当該技術分野において知られる種々の材料から適宜選択して使用することができ、貯水タンクの内部に貯蔵される液体に対して不活性であり、消波作用を発揮するのに必要な機械的強度や使用環境に耐え得る耐熱性等を備える限り特に限定されるものではない。 By the way, in a water storage tank, if the mechanism including the water storage tank is shaken or vibrated for some reason (for example, in the case of a water storage tank provided in a vehicle, the vibration or vibration associated with the running of the vehicle, engine operation) The liquid stored in the tank wraps around the inner wall of the tank or the liquid level is disturbed and splashes due to these vibrations and vibrations. There is a risk that the liquid may fly and enter into an unexpected passage or the like. Therefore, in order to avoid such a situation, a wave-dissipating means including a wave-dissipating plate or the like may be provided inside the water storage tank. The wave-dissipating means is, for example, disposed at a position where the wave of the liquid is touched by floating on the liquid surface of the liquid, and causing the liquid wave to interfere with the wave-dissipating plate or allowing the liquid to pass through the wave-dissipating plate. At this time, the kinetic energy accompanying the wave of the liquid is attenuated, and the increase in the amplitude and speed of the wave is suppressed. Therefore, the wave-absorbing means generally has a complicated shape such as having a plurality of fins. The material constituting the wave-dissipating means can be appropriately selected from various materials known in the technical field, and is inactive with respect to the liquid stored in the water storage tank. It is not particularly limited as long as it has the mechanical strength necessary to exhibit the wave action and the heat resistance that can withstand the use environment.
しかしながら、上記のように、消波手段を液体の液面に浮かべる等して、液体の波動に消波手段が触れる(例えば、消波手段の一部が液体中に沈み、他の部分が液面上に露出する)位置に配設された状態のままで液体が凍結すると、液体の凍結に伴う体積の膨張に起因する応力が消波手段に作用して、消波手段の破損や変形等の問題を生ずる虞がある。 However, as described above, the wave-dissipating means touches the wave of the liquid by floating the wave-dissipating means on the liquid surface (for example, a part of the wave-dissipating means sinks in the liquid and the other part is liquid If the liquid freezes in the state of being disposed at a position (exposed on the surface), the stress caused by the expansion of the volume accompanying the freezing of the liquid acts on the wave-absorbing means, and the wave-dissipating means is damaged or deformed. There is a risk of causing problems.
従って、上記のような消波手段を備える貯水タンクにおいて、液体の凍結に伴う体積の膨張に起因する消波手段の破損や変形等の問題を回避するためには、液体が凍結する際には消波手段が液体に触れないようにすることが望ましい。 Therefore, in a water storage tank having the above-described wave-dissipating means, in order to avoid problems such as breakage and deformation of the wave-dissipating means due to expansion of the volume due to freezing of the liquid, when the liquid freezes It is desirable to prevent the wave-dissipating means from touching the liquid.
即ち、本発明の第2態様は、
本発明の前記第1態様に係る貯水タンクであって、
前記液体の波動に伴う運動エネルギーを減衰させる消波手段を更に備えること、及び
前記消波手段が、前記第1水位範囲の上限よりも高い位置に配設されていること、
を特徴とする、貯水タンクである。
That is, the second aspect of the present invention is
The water storage tank according to the first aspect of the present invention,
Further comprising a wave-dissipating means for attenuating kinetic energy associated with the wave of the liquid, and the wave-dissipating means being disposed at a position higher than the upper limit of the first water level range;
This is a water storage tank.
前述のように、本発明に係る貯水タンクにおいては、同貯水タンクを含む仕組みにおける熱源となる構成要素が発熱を停止する際に、水位調整手段が、予め定められた第1水位範囲に入るように前記液体の液面の高さを調整する。加えて、本発明の第2態様に係る貯水タンクにおいては、上記のように、第1水位範囲の上限よりも高い(鉛直方向において上側の)位置に消波手段が配設されている。その結果、本発明の第2態様に係る貯水タンクにおいては、貯水タンクの内部に貯蔵される液体の凍結が想定される状況においては、同液体の液面よりも高い(鉛直方向において上側の)位置に消波手段が配設されることになる。従って、同液体が凍結する際には、消波手段に同液体が接触していないので、同液体の凍結に伴う体積の膨張に起因する応力により、消波手段が破損したり変形したりする問題が低減される。尚、貯水タンクの内部に貯蔵される液体の凍結が想定される状況において生じ得る、同貯水タンクを含む仕組み(例えば、車両)の傾きやタンクに対する液面の傾き、消波手段の形状や構造等を勘案して、第1水位範囲の上限と消波手段の配設位置との間に適切なマージンを設けてもよい。 As described above, in the water storage tank according to the present invention, the water level adjusting means enters the predetermined first water level range when the component serving as the heat source in the mechanism including the water storage tank stops generating heat. And adjusting the height of the liquid surface. In addition, in the water storage tank according to the second aspect of the present invention, as described above, the wave-dissipating means is disposed at a position higher (upper in the vertical direction) than the upper limit of the first water level range. As a result, in the water storage tank according to the second aspect of the present invention, in a situation where the liquid stored in the water storage tank is assumed to be frozen, it is higher than the liquid level of the liquid (upper in the vertical direction). The wave-dissipating means is disposed at the position. Therefore, when the liquid freezes, the wave-dissipating means is not in contact with the wave-dissipating means, and therefore the wave-dissipating means is damaged or deformed due to the stress caused by the volume expansion accompanying the freezing of the liquid. The problem is reduced. In addition, the inclination of the mechanism (for example, vehicle) including the water storage tank, the inclination of the liquid surface with respect to the tank, the shape and structure of the wave-dissipating means, which may occur in a situation where the liquid stored in the water storage tank is assumed to be frozen. For example, an appropriate margin may be provided between the upper limit of the first water level range and the position where the wave-dissipating means is disposed.
ところで、本発明に係る貯水タンクが使用される、同貯水タンク及びその内容物を加熱する熱源となる構成要素を有する仕組みとしては、例えば、内燃機関(エンジン)を備える車両等の乗り物や、発電機等を挙げることができる。例えば、上記仕組みが車両である場合を想定すると、車両が運転中(ここでは、車両が走行していなくとも、駆動源等が稼働中であれば運転中とする)である場合は、例えば、エンジン、モータ、ダイナモ等の稼働に伴って発生する熱により、車両が暖機され、貯水タンク内の液体も、氷点よりも高い温度に維持されるのが一般的である。一方、これらの熱源となる構成要素が稼働を停止すると、発熱も停止し、車両や貯水タンクの温度もやがて周囲温度に等しくなる。従って、車両が寒冷時に屋外に放置される等して、周囲温度が氷点以下となる場合は、貯水タンク内の液体が凍結する虞がある。このように、貯水タンクの内部に貯蔵される水又は水を主成分とする液体が凍結するか否かに大きな影響を及ぼす熱源としては、上記のように、エンジン、モータ、ダイナモ等が挙げられるが、これらの中でも最も大きな熱源となるのはエンジンである。 By the way, as a mechanism having a component that serves as a heat source for heating the water storage tank and its contents in which the water storage tank according to the present invention is used, for example, a vehicle such as a vehicle equipped with an internal combustion engine (engine), power generation, etc. Machine. For example, assuming that the mechanism is a vehicle, when the vehicle is in operation (in this case, even if the vehicle is not running, it is assumed that the vehicle is in operation if the drive source is operating). Generally, the vehicle is warmed up by the heat generated by the operation of the engine, motor, dynamo, etc., and the liquid in the water storage tank is also maintained at a temperature higher than the freezing point. On the other hand, when these components serving as heat sources stop operating, heat generation also stops, and the temperature of the vehicle and the water storage tank eventually becomes equal to the ambient temperature. Therefore, if the vehicle is left outside when the vehicle is cold or the ambient temperature falls below the freezing point, the liquid in the water storage tank may freeze. As described above, the heat source that has a great influence on whether or not the water stored in the water storage tank or the liquid containing water as a main component is frozen includes an engine, a motor, a dynamo, and the like. However, the engine is the biggest heat source.
従って、本発明の第3態様は、
本発明の前記第1態様又は前記第2態様の何れかに係る貯水タンクであって、前記熱源となる構成要素がエンジンであることを特徴とする、貯水タンクである。尚、上記エンジンは特定の形式に限定されるものではなく、また、燃料やその燃焼モードについても特に限定されない(より詳しくは後述する)。
Therefore, the third aspect of the present invention is
The water storage tank according to any one of the first aspect and the second aspect of the present invention, wherein the component serving as the heat source is an engine. The engine is not limited to a specific type, and the fuel and its combustion mode are not particularly limited (more details will be described later).
ところで、当該技術分野においては、種々のタイプのエンジンが存在しており、それらの中には、作動ガス循環型エンジンと称されるエンジンも知られている。この作動ガス循環型エンジンは、燃焼室に燃料と酸素と作動ガスとを供給して燃料を燃焼させると共に、燃焼室から排出された既燃ガスを燃焼室に循環経路(循環通路部)を通して循環させる(再供給する)エンジンである。当該エンジンにおいては、循環通路部に介装される凝縮手段に流入する既燃ガス(循環ガス)に含まれる水分が凝縮手段によって凝縮水として分離され、貯水タンクに貯蔵され、系外へ排出される。この水分が除去された既燃ガスは、凝縮手段の出口部から循環通路部へと排出され、燃焼室に再供給(循環)される。 By the way, there are various types of engines in the technical field, and an engine called a working gas circulation engine is also known among them. This working gas circulation type engine supplies fuel, oxygen, and working gas to the combustion chamber to burn the fuel, and circulates the burned gas discharged from the combustion chamber through the circulation path (circulation passage) to the combustion chamber. It is an engine to be resupplied (re-supplied). In the engine, moisture contained in burned gas (circulation gas) flowing into the condensing means interposed in the circulation passage is separated as condensed water by the condensing means, stored in a water storage tank, and discharged out of the system. The The burned gas from which moisture has been removed is discharged from the outlet of the condensing means to the circulation passage and is resupplied (circulated) to the combustion chamber.
当然のことながら、上記作動ガス循環型エンジンにおいて既燃ガスから凝縮・分離される凝縮水を貯蔵する貯水タンクにおいても、寒冷時における凝縮水の凍結が懸念される。従って、作動ガス循環型エンジンは、貯水タンクの内部に貯蔵される水又は水を主成分とする液体の凍結に伴う体積の膨張に起因する応力による貯水タンクの破損等を低減しようとする本発明を適用する対象として望ましいことは明らかである。 Naturally, even in a water storage tank that stores condensed water that is condensed and separated from burned gas in the working gas circulation engine, there is a concern that the condensed water may freeze during cold weather. Therefore, the working gas circulation type engine is intended to reduce the damage of the water storage tank due to the stress caused by the expansion of the volume due to the freezing of the water stored in the water storage tank or the liquid mainly composed of water. It is clear that it is desirable as a target to apply.
即ち、本発明の第3態様は、
本発明の前記第3態様に係る貯水タンクであって、
前記エンジンが、前記エンジンから排出される作動ガスに含まれる水分を凝縮水として凝縮させて作動ガスから分離する凝縮手段を備える作動ガス循環型エンジンであること、及び
前記液体が前記凝縮水であること、
を特徴とする、貯水タンクである。
That is, the third aspect of the present invention is
A water storage tank according to the third aspect of the present invention,
The engine is a working gas circulation engine having a condensing means for condensing moisture contained in the working gas discharged from the engine as condensed water and separating it from the working gas, and the liquid is the condensed water about,
This is a water storage tank.
上記作動ガス循環型エンジンは、上述のように、燃焼室に燃料と酸素と作動ガスとを供給して燃料を燃焼させると共に、燃焼室から排出された既燃ガスを燃焼室に循環経路(循環通路部)を通して循環させる(再供給する)エンジンである。当該エンジンにおいては、循環通路部に介装される凝縮手段に流入する既燃ガス(循環ガス)に含まれる水分が凝縮手段によって凝縮水として分離され、貯水タンクに貯蔵され、系外へ排出される。この水分が除去された既燃ガスは、凝縮手段の出口部から循環通路部へと排出され、燃焼室に再供給(循環)される。 As described above, the working gas circulation engine supplies fuel, oxygen, and working gas to the combustion chamber to burn the fuel, and burns the exhausted gas discharged from the combustion chamber to the combustion chamber (circulation). The engine is circulated (re-supplied) through the passage portion. In the engine, moisture contained in burned gas (circulation gas) flowing into the condensing means interposed in the circulation passage is separated as condensed water by the condensing means, stored in a water storage tank, and discharged out of the system. The The burned gas from which moisture has been removed is discharged from the outlet of the condensing means to the circulation passage and is resupplied (circulated) to the combustion chamber.
上記凝縮手段は、既燃ガスに含まれる水分を分離・除去することが可能である限り、如何なる構成のものであってもよい。例えば、凝縮手段は、循環通路部から流入する既燃ガス(循環ガス)を大気と熱交換させることにより同既燃ガスに含まれる水分を凝縮させて凝縮水となし、同既燃ガスから同熱交換により凝縮水となった水分を分離する凝縮器であってもよい。この凝縮器は冷却水を冷媒として利用した水冷式凝縮器であってもよく、空冷式凝縮器であってもよい。 The condensing means may have any configuration as long as it can separate and remove moisture contained in the burned gas. For example, the condensing means condenses the moisture contained in the burned gas by exchanging heat with the atmosphere of the burned gas (circulated gas) flowing from the circulation passage section to form the condensed water. The condenser which isolate | separates the water | moisture content which became condensed water by heat exchange may be sufficient. This condenser may be a water-cooled condenser using cooling water as a refrigerant or an air-cooled condenser.
また、上記エンジンにおいて使用される燃料としては、例えば、ガソリン、軽油、天然ガス、プロパン、水素等の、種々の燃料を用いることができる。但し、前述のように、本実施態様は、上述のように、作動ガス循環型エンジンにおいて既燃ガスから凝縮・分離される凝縮水を貯蔵する貯水タンクに本発明を適用して、寒冷時における凝縮水の凍結に伴う体積の膨張に起因する応力による貯水タンクの破損等を低減しようとするものである。従って、上記燃料としては、燃焼生成物として、水(H2O)を生ずるものが想定される。 In addition, as the fuel used in the engine, various fuels such as gasoline, light oil, natural gas, propane, and hydrogen can be used. However, as described above, in the present embodiment, as described above, the present invention is applied to a water storage tank that stores condensed water that is condensed and separated from burned gas in a working gas circulation engine. It is intended to reduce the damage of the water storage tank due to the stress caused by the expansion of the volume accompanying the freezing of the condensed water. Accordingly, the fuel is assumed to produce water (H 2 O) as a combustion product.
尚、上記燃料は、上記エンジンの運転状態における燃料の相(例えば、液相、気相等)に応じた構成を有する燃料貯蔵部(例えば、タンク、ボンベ等)に貯蔵することができる。また、上記燃料は、同燃料貯蔵部から、例えば、同エンジンの燃焼室内に直接噴射(所謂「筒内噴射」)しても、又は同エンジンの吸気ポート内に噴射する等して作動ガスと予め混合してもよい。 The fuel can be stored in a fuel storage unit (for example, a tank, a cylinder, etc.) having a configuration corresponding to the phase of the fuel (for example, liquid phase, gas phase, etc.) in the operating state of the engine. In addition, the fuel is injected into the working gas from the fuel storage unit, for example, by direct injection into the combustion chamber of the engine (so-called “in-cylinder injection”) or by injection into the intake port of the engine. You may mix beforehand.
かかる燃料噴射を行う噴射手段は、例えば、前述した電子制御装置からの指示信号に応答して噴射口を弁体により開閉し、同噴射口が同弁体により開かれた際に同噴射手段に供給されている燃料の圧力により燃料を噴射する噴射弁であってよい。更に、燃料の噴射に用いられる圧力は、例えば、燃料が気相にある場合の燃料貯蔵部としての燃料タンク内の燃料ガスの圧力に基づくものであってもよく、例えば、燃料の圧力を高めるための圧縮機(例えば、コンプレッサ、ポンプ等)によって高められた燃料の圧力に基づくものであってもよい。更にまた、燃料の噴射に用いられる圧力は、燃料貯蔵部と噴射手段との間に介装された燃料噴射圧調整手段(例えば、圧力レギュレータ等)により一定の設定圧以上にならないように規制されていてもよい。 The injection means for performing such fuel injection is, for example, opening and closing the injection port by a valve body in response to the instruction signal from the electronic control device described above, and when the injection port is opened by the valve body, It may be an injection valve that injects fuel by the pressure of the supplied fuel. Furthermore, the pressure used for fuel injection may be based on, for example, the pressure of the fuel gas in the fuel tank as the fuel storage when the fuel is in the gas phase, for example, increasing the pressure of the fuel May be based on the fuel pressure raised by the compressor (eg, compressor, pump, etc.). Furthermore, the pressure used for fuel injection is regulated so as not to exceed a predetermined set pressure by a fuel injection pressure adjusting means (for example, a pressure regulator) interposed between the fuel storage section and the injection means. It may be.
また、上記燃料を燃焼させるのに用いられる酸化剤としては、例えば、酸素を使用することができる。酸素は、例えば、ボンベ等の酸素貯蔵部に貯蔵することができ、同酸素貯蔵部から、例えば、同エンジンの燃焼室内に直接噴射しても、又は同エンジンの燃焼室内に供給する前に、作動ガスと予め混合してもよい。 Moreover, as an oxidizing agent used for burning the fuel, for example, oxygen can be used. Oxygen can be stored, for example, in an oxygen storage section such as a cylinder, for example, directly injected into the combustion chamber of the engine or before being supplied into the combustion chamber of the engine. It may be premixed with the working gas.
更に、上記燃料の燃焼モードは、用いられる燃料の性状やエンジンの仕様等に応じて適宜選択することができる。より具体的には、例えば、少なくとも酸素と作動ガスとを含むガスが燃焼室内にて圧縮されている高圧縮状態にある期間内の所定の時期に燃料を燃焼室内に直接噴射(所謂「高圧噴射」)して燃料を拡散燃焼させてもよい。また、前述のように作動ガスと予め混合された燃料を、燃焼室内に設けられた点火手段から発生した火花によって点火して火花点火燃焼させてもよい。 Furthermore, the fuel combustion mode can be appropriately selected according to the properties of the fuel used, engine specifications, and the like. More specifically, for example, fuel is directly injected into the combustion chamber (so-called “high pressure injection”) at a predetermined time within a high compression state in which a gas containing at least oxygen and working gas is compressed in the combustion chamber. ") And the fuel may be subjected to diffusion combustion. Further, as described above, the fuel previously mixed with the working gas may be ignited by the spark generated from the ignition means provided in the combustion chamber, and the spark ignition combustion may be performed.
上記作動ガスとしては、例えば、空気や窒素等の種々のガスを用いることができるが、エンジンの熱効率を高めるという観点からは、例えば、アルゴン、ネオン、ヘリウム等の比熱比が大きい不活性ガスを用いることが望ましい。かかる比熱比が大きいガスを作動ガスとして用いる場合、比較的小さい比熱比を有するガス(例えば、空気、窒素等)を作動ガスとして用いる場合と比較して、より高い熱効率でエンジンを運転することができる。 For example, various gases such as air and nitrogen can be used as the working gas. From the viewpoint of increasing the thermal efficiency of the engine, for example, an inert gas having a large specific heat ratio such as argon, neon, and helium is used. It is desirable to use it. When a gas having such a large specific heat ratio is used as the working gas, the engine can be operated with higher thermal efficiency than when a gas having a relatively small specific heat ratio (for example, air, nitrogen, etc.) is used as the working gas. it can.
作動ガス循環型エンジンにおいては、前述のように、凝縮水を貯蔵する貯水タンクが既燃ガスの流路に設けられた凝縮器に連通している。従って、凝縮水の凍結対策として、貯水タンクの内部に貯蔵された凝縮水を完全に排出してしまうと、燃焼室に再循環されるべき作動ガスが貯水タンクの排出経路を経由して外部に漏れてしまう。即ち、作動ガスの密閉を維持するためには、貯水タンクの内部に貯蔵された凝縮水を完全には排出せず、所定量の凝縮水を貯水タンクの内部に常に残すようにするべきであるので、本実施態様においては、この点に留意して、第1水位範囲の下限を設定する必要がある。 In the working gas circulation engine, as described above, the water storage tank for storing the condensed water communicates with the condenser provided in the flow path of the burned gas. Therefore, if the condensed water stored inside the water storage tank is completely discharged as a countermeasure against freezing of the condensed water, the working gas to be recirculated to the combustion chamber is discharged to the outside via the discharge path of the water storage tank. Leaks. That is, in order to keep the working gas sealed, the condensate stored in the water storage tank should not be completely discharged, and a predetermined amount of condensate should always be left in the water storage tank. Therefore, in this embodiment, it is necessary to set the lower limit of the first water level range with this point in mind.
ところで、前述のように、上記作動ガスとしては、例えば、空気や窒素等の、種々のガスを用いることができるが、エンジンの熱効率を高め、且つ、例えば、窒素酸化物(NOx)のような、環境保護の観点から排出を抑制することが求められている汚染物質を削減するためには、例えば、単原子の不活性ガスを用いることが望ましい。かかる単原子の不活性ガスとしては、希ガス類に属するヘリウム、ネオン、アルゴン等を挙げることができるが、内燃機関の作動ガスとしては、これらの中ではアルゴンが広く用いられている。 By the way, as described above, various gases such as air and nitrogen can be used as the working gas. For example, the thermal efficiency of the engine can be increased and, for example, nitrogen oxide (NOx) can be used. In order to reduce pollutants that are required to suppress emissions from the viewpoint of environmental protection, it is desirable to use, for example, a monoatomic inert gas. Examples of the monoatomic inert gas include helium, neon, and argon, which belong to rare gases. Among them, argon is widely used as the working gas for internal combustion engines.
また、上記燃料としては、前述のように、例えば、ガソリン、軽油、天然ガス、プロパン、水素等の、種々の燃料を用いることができる。しかしながら、ガソリンを始めとする石油燃料を用いる場合は、燃焼生成物として二酸化炭素(CO2)も発生するため、二酸化炭素をも循環ガスから分離・除去する必要が生ずる。また、二酸化炭素の排出は、昨今問題視されている地球温暖化等の観点からも望ましくない。更に、これらの石油燃料は、燃焼生成物として硫黄酸化物(SOx)等の有害物質を発生する虞がある。かかる懸念を伴わない環境に優しい燃料としては、燃焼生成物として水(H2O)のみを生ずる水素を使用することが特に望ましい。 Moreover, as above-mentioned fuel, various fuels, such as gasoline, light oil, natural gas, propane, hydrogen, can be used as mentioned above. However, when petroleum fuel such as gasoline is used, carbon dioxide (CO 2 ) is also generated as a combustion product, so that it is necessary to separate and remove carbon dioxide from the circulating gas. Also, carbon dioxide emission is not desirable from the viewpoint of global warming, which has been regarded as a problem recently. Furthermore, these petroleum fuels may generate harmful substances such as sulfur oxides (SOx) as combustion products. As an environmentally friendly fuel without such concerns, it is particularly desirable to use hydrogen that produces only water (H 2 O) as a combustion product.
従って、本発明の第5態様は、
本発明の前記第4態様に係る貯水タンクであって、
前記作動ガスがアルゴンであること、及び
前記エンジンにおける燃料が水素であること、
を特徴とする、貯水タンクである。
Accordingly, the fifth aspect of the present invention provides
A water storage tank according to the fourth aspect of the present invention,
The working gas is argon, and the fuel in the engine is hydrogen,
This is a water storage tank.
上記のように、本発明の第5態様においては、高い比熱比を有し且つ不活性なアルゴンを作動ガスとして使用し、且つ燃焼生成物として水(H2O)のみを生ずる水素を燃料として使用する作動ガス循環型エンジンにおいて、本発明に係る貯水タンクが使用される。その結果、本実施態様においては、高い熱効率にて運転しつつ、二酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物等の環境汚染物質の排出を抑制することができる作動ガス循環型エンジンを搭載する仕組み(例えば、車両)において、貯水タンク中の凝縮水が凍結しても、凝縮水の凍結に伴う体積膨張に起因する応力を緩和し、凝縮水の凍結に伴う体積膨張に起因する貯水タンクの破損を防止することができる。 As described above, in the fifth aspect of the present invention, hydrogen having a high specific heat ratio and using inert argon as a working gas and producing only water (H 2 O) as a combustion product is used as a fuel. In the working gas circulation engine to be used, the water storage tank according to the present invention is used. As a result, in this embodiment, a mechanism (equipped with a working gas circulation engine that can suppress the discharge of environmental pollutants such as carbon dioxide, nitrogen oxides, sulfur oxides, etc. while operating with high thermal efficiency ( For example, in a vehicle), even if the condensed water in the water storage tank freezes, the stress caused by the volume expansion accompanying the freezing of the condensed water is relieved, and the water tank is damaged due to the volume expansion accompanying the freezing of the condensed water. Can be prevented.
以上のように、本発明によれば、貯水タンクを備える仕組み(例えば、車両)が寒冷時に屋外に放置される等して、周囲温度が氷点以下となり、貯水タンク内の液体が凍結しても、液体に接触している貯水タンクの内側の壁面と液体の液面とが交わる角度が鋭角となっているので、液体の凍結に伴う体積膨張に起因する応力が緩和され、液体の凍結に伴う体積膨張に起因するタンクの破損を防止することができる。 As described above, according to the present invention, even when a mechanism (for example, a vehicle) provided with a water storage tank is left outdoors during cold weather, the ambient temperature becomes below the freezing point and the liquid in the water storage tank is frozen. Since the angle between the inner wall surface of the water storage tank in contact with the liquid and the liquid surface of the liquid is an acute angle, the stress caused by volume expansion associated with the freezing of the liquid is relieved, and the freezing of the liquid Damage to the tank due to volume expansion can be prevented.
以下、本発明の幾つかの実施態様に係る貯水タンクにつき、添付図面を参照しつつ説明する。但し、以下に述べる説明はあくまで例示を目的とするものであり、本発明の範囲が以下の説明に限定されるものと解釈されるべきではない。 Hereinafter, water storage tanks according to some embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the following description is for illustrative purposes only, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following description.
1)貯水タンクを含むシステムの構成
前述のように、図1は、本発明の1つの実施態様に係る貯水タンクを含むシステムの構成を表す概略図である。当該システムは、作動ガス循環型エンジンの本体部110、燃料供給部130、酸素供給部140、循環通路部(作動ガス循環通路部)150、及び凝縮手段160を備えている。このエンジンは、燃焼室に酸素及び作動ガス(例えば、アルゴンガス)を供給し、このガスを圧縮することにより高温高圧となったガス中に燃料(例えば、水素ガス)を噴射することにより燃料を拡散燃焼させる形式のエンジンである。なお、図1はエンジン本体部110の特定気筒の断面のみを示しているが、複数の気筒を含むエンジンの場合は、他の気筒も同様な構成を備えている。
1) Configuration of a system including a water storage tank As described above, FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a system including a water storage tank according to one embodiment of the present invention. The system includes a
エンジン本体部110は、特定の構成に限定されるものではないが、本実施態様においては、シリンダヘッド111と、シリンダブロックが形成するシリンダ112と、シリンダ内において往復運動するピストン113と、クランク軸114と、ピストン113とクランク軸114とを連結しピストン113の往復運動をクランク軸114の回転運動に変換するためのコネクティングロッド115と、シリンダブロックに連接されたオイルパン116とを備えるピストン往復動型エンジンである。
The engine
この場合、ピストン113の側面にはピストンリングが配設され(図示せず)、シリンダヘッド111、シリンダ112及びオイルパン116から形成される空間は、ピストン113により、ピストンの頂面側の燃焼室117と、クランク軸を収容するクランクケース118と、に区画されている。
In this case, a piston ring is disposed on the side surface of the piston 113 (not shown), and a space formed by the
シリンダヘッド111には、燃焼室117に連通した吸気ポートと、燃焼室117に連通した排気ポートと、が形成されている(何れも図示せず)。吸気ポートには吸気ポートを開閉する吸気弁121が配設され、排気ポートには排気ポートを開閉する排気弁122が配設されている(何れも図示せず)。更に、シリンダヘッドには、燃料(例えば、水素ガス)を燃焼室117内に直接噴射する燃料噴射弁123が配設されている。
The
燃料供給部130は、燃料タンク131(例えば、水素ガスタンク)、燃料ガス通路132、燃料ガス圧レギュレータ(図示せず)、燃料ガス流量計(図示せず)、及びサージタンク(図示せず)等を備えることができる。また、酸素供給部140は、酸素タンク141(酸素ガスタンク)、酸素ガス通路142、酸素ガス圧レギュレータ(図示せず)、酸素ガス流量計(図示せず)、及び酸素ガスミキサ(図示せず)を備えることができる。
The
尚、エンジン本体部110、燃料供給部130、及び酸素供給部140の具体的な構成並びに動作については、例えば、作動ガス循環型水素エンジン等に関して当該技術分野において周知であるので、本明細書における詳細な説明は割愛する。
Note that the specific configurations and operations of the engine
循環通路部150は、第1及び第2通路部(第1及び第2流路形成管)151及び152を備え、第1通路部151と第2通路部152との間に、入口部と出口部とを有する凝縮手段160が介装されている。循環通路部150は、排気ポートと吸気ポートとを燃焼室117の外部にて接続する「既燃ガス(循環ガス)の循環経路」を構成している。
The
第1通路部151は、排気ポートと凝縮手段160の入口部とを接続している。第2通路部152は、凝縮手段160の出口部とと吸気ポートとを接続しており、その途中に、酸素ガスミキサ等(図示せず)を介して酸素供給部140が合流している。
The
凝縮手段160は、上述したように既燃ガス(循環ガス)の入口部と出口部とを備える。更に、凝縮手段160は、冷却水導入口161、冷却水排出口162、及び凝縮水排出口163を備え、冷却水導入口と冷却水排出口とを接続する冷却水循環部には、冷却水の冷却に用いられる放熱器(ラジエタ)164が介装されている。
As described above, the condensing
凝縮手段160は、入口部から導入されて出口部から排出される既燃ガス(循環ガス)に含まれる水分(水蒸気)を、冷却水導入口161から導入されると共に凝縮手段160の内部を通過した後に冷却水排出口162から排出される冷却水によって冷却し、凝縮させる。凝縮された水は、一旦、凝縮手段160の底部に溜まり、凝縮水排出口163を開閉する弁体(図示せず)が開かれた際に凝縮水排出口163を通して系外に排出される。即ち、本実施態様においては、凝縮手段160の底部(図1において一点鎖線にて囲まれている部分)が、本発明に係る貯水タンクとしての機能を果たしており、凝縮水排出口163及び上記弁体が排水手段を構成している。加えて、本発明に係る貯水タンクとしての凝縮手段160の底部には、水位検出手段を構成する水位センサが配設されている(図示せず)。一方、水分が除去(分離)されたガスは、凝縮手段160の出口部から循環通路部150(第2通路部152)に排出される。
The condensing means 160 introduces moisture (water vapor) contained in burned gas (circulated gas) introduced from the inlet and discharged from the outlet from the cooling
尚、上記のように、本実施態様においては、凝縮手段160の底部が、本発明に係る貯水タンクとしての機能を果たしているが、例えば、導管等を介して凝縮手段160の底部と連接された別個の貯水タンクを設けてもよい。また、本実施態様においては、凝縮手段160は冷却水を冷媒として使用する水冷式凝縮器を用いているが、凝縮手段160は、水以外の冷媒を使用するものであってもよく、空気(空気の送風)により内部を通過するガスの水分を凝縮させる空冷式凝縮部を備えるものであってもよい。
As described above, in the present embodiment, the bottom of the condensing
また、作動ガスとしては、前述のように、空気や窒素等の、種々のガスを用いることができるが、例えば、アルゴン、ネオン、ヘリウム等の、比熱比が大きい不活性ガスを用いることが望ましい。かかる比熱比が大きいガスを作動ガスとして用いる場合、比較的小さい比熱比を有するガス(例えば、空気、窒素等)を作動ガスとして用いる場合と比較して、より高い熱効率でエンジンを運転することができる。上記に加えて、例えば、窒素酸化物のような汚染物質の排出を削減して環境保護に貢献しようとする観点からも、不活性ガスを用いることが望ましい。これらの不活性ガスの中では、アルゴンが内燃機関の作動ガスとして広く用いられている。 As described above, various gases such as air and nitrogen can be used as the working gas. For example, it is desirable to use an inert gas having a large specific heat ratio such as argon, neon, or helium. . When a gas having such a large specific heat ratio is used as the working gas, the engine can be operated with higher thermal efficiency than when a gas having a relatively small specific heat ratio (for example, air, nitrogen, etc.) is used as the working gas. it can. In addition to the above, it is desirable to use an inert gas from the viewpoint of contributing to environmental protection by reducing discharge of pollutants such as nitrogen oxides. Among these inert gases, argon is widely used as a working gas for internal combustion engines.
更に、燃料としては、前述のように、ガソリン、軽油、天然ガス、プロパン、水素等の種々の燃料を用いることができる。但し、本実施態様は、作動ガス循環型エンジンの燃料の燃焼生成物として生じ、既燃ガスに含まれる水分(水蒸気)を凝縮手段160によって凝縮・分離して得られる凝縮水を貯蔵する貯水タンクにおいて、寒冷時等における凝縮水の凍結に伴う体積の膨張に起因する貯水タンクの破損等を低減しようとするものである。従って、上記燃料としては、燃焼生成物として、水(H2O)を生ずるものが想定され、中でも、二酸化炭素(CO2)を排出せず、地球温暖化の防止に貢献しようとする観点から、水素を燃料として用いることが望ましい。 Further, as described above, various fuels such as gasoline, light oil, natural gas, propane, and hydrogen can be used as the fuel. However, the present embodiment is a water storage tank that stores condensed water produced as a combustion product of fuel of a working gas circulation engine and obtained by condensing and separating moisture (water vapor) contained in burned gas by the condensing means 160. However, it is intended to reduce the damage of the water storage tank caused by the expansion of the volume accompanying the freezing of the condensed water during cold weather. Therefore, the fuel is assumed to produce water (H 2 O) as a combustion product, and in particular, from the viewpoint of contributing to prevention of global warming without discharging carbon dioxide (CO 2 ). It is desirable to use hydrogen as a fuel.
2)貯水タンクの構成
上述のように、本実施態様においては、凝縮手段160の底部が、本発明に係る貯水タンクとしての機能を果たしている。そこで、ここからは、図2を参照しながら、本発明に係る貯水タンクに相当する、凝縮手段160の底部について説明する。尚、図2は、前述のように、図1中の一点鎖線で囲まれた部分の拡大図である。
2) Configuration of water storage tank As described above, in the present embodiment, the bottom of the condensing means 160 functions as a water storage tank according to the present invention. Therefore, the bottom of the condensing means 160 corresponding to the water storage tank according to the present invention will now be described with reference to FIG. Note that FIG. 2 is an enlarged view of a portion surrounded by a one-dot chain line in FIG. 1 as described above.
図2に示すように、本発明に係る貯水タンクに相当する凝縮手段160の底部は、略筒状(例えば、略円筒状)の形状を有する凝縮手段160の側面201と、略逆錐状(例えば、略逆円錐状)の形状を有する凝縮手段160の底面202とが、同じ断面を有する境界面(図2においては、第1水位範囲220の上限221(=上限水位HU)における水平断面に相当する)にて組み合わされて構成されている。図2においては、本発明に係る貯水タンクに相当する凝縮手段160の底部に貯蔵される凝縮水の水位は、破線によって示す水面211の高さにあり、この水位は、一点鎖線によって示す第1水位範囲220の上限221(=上限水位HU)と第1水位範囲220の下限222(=下限水位HL)の間に位置する(即ち、第1水位範囲220に入っている)。その結果、凝縮水の水面211と、鉛直方向において上に向かって広がるテーパ状の形状を有する凝縮手段160の底面202とがなす角(θ)212は鋭角となる。
As shown in FIG. 2, the bottom of the condensing
上記のように、図2に示す状況においては、凝縮手段160の底部(貯水タンク)に貯蔵される凝縮水の水位が第1水位範囲220に入っている。従って、このままの水位を保ったまま凝縮水が凍結した場合、凝縮水の凍結に伴って体積が膨張する際に、貯水タンクの底面202との間で滑りが生じ易くなる。その結果、凝縮水の凍結に伴う体積の膨張分が鉛直方向において上向きに逃げることができるので、体積の膨張に伴って貯水タンクの内壁面(凝縮手段160の底面202)に及ぶ応力が緩和され、貯水タンクの破損等の不都合を回避することができる。
As described above, in the situation shown in FIG. 2, the water level of the condensed water stored in the bottom (water storage tank) of the condensing means 160 is in the first
尚、本実施態様においては、第1水位範囲220の上限221(=上限水位HU)を、略筒状の形状を有する凝縮手段160の側面201と、略逆錐状の形状を有する凝縮手段160の底面202との境界面の高さに設定した。しかしながら、第1水位範囲220の上限221(=上限水位HU)は、前述のように、貯水タンクの内部に貯蔵される液体の凍結が想定される状況において生じ得る、同貯水タンクを素なる仕組み(例えば、車両)の傾きやタンクに対する液面の傾き、水位検出手段が配設される位置等を勘案して、上記境界面よりも低い位置に設定してもよい。
In this embodiment, the upper limit 221 (= the upper limit water level H U ) of the first
一方、第1水位範囲220の下限222(=上限水位HL)については、本実施態様においては、本発明に係る貯水タンクを作動ガス循環型エンジンに適用することを想定しているので、前述のように、作動ガスの密閉を維持するために必要とされる量の凝縮水を貯水タンクの内部に残すように設定する必要がある。
On the other hand, regarding the lower limit 222 (= the upper limit water level H L ) of the first
一方、凝縮手段160の底部(貯水タンク)に貯蔵される凝縮水の水位が第1水位範囲220の上限221を超えており、水面211が凝縮手段160の側面201と交わるような状況においては、凝縮手段160の内壁面との間での滑りが発生し難く、凝縮水の凍結に伴う体積の膨張分が逃げることができない。その結果、体積の膨張に伴って貯水タンクの内壁面(凝縮手段160の側面201や底面202に及ぶ応力が緩和されず、貯水タンクの破損等の不都合を生ずる虞が高いままとなる。
On the other hand, in a situation where the water level of the condensed water stored in the bottom (water storage tank) of the condensing means 160 exceeds the
3)貯水タンク内の水位の制御
前述のように、本発明に係る貯水タンク(本実施態様においては凝縮手段160の底部)においては、同貯水タンクを含む仕組みにおいて同貯水タンク及びその内容物である液体を加熱する熱源となる構成要素(本実施態様においては作動ガス循環型エンジン110)が発熱を停止する際に、水位調整手段が、予め定められた第1水位範囲220に入るように液体の液面(本実施態様においては凝縮水の水面211)の高さを調整する。かかる一連の処理につき、ここで、図3を参照しながら説明する。図3は、前述のように、本発明の1つの実施態様に係る貯水タンクにおいて実行される、貯水タンク内の液体の水位を制御を実行する処理を表すフローチャートである。同フローチャートに示される一連の処理は、例えば、電子制御装置(図示せず)が内蔵するクロックを利用する等して、十分に速い周期で繰り返し実行させることができる。
3) Control of the water level in the water storage tank As described above, in the water storage tank according to the present invention (in this embodiment, the bottom of the condensing means 160), the water storage tank and its contents are contained in a mechanism including the water storage tank. When the component that is a heat source for heating a certain liquid (the working
図3に示すように、本実施態様においては、先ずステップS301において、貯水タンク内の凝縮水の水位(HW)が、水位検出手段(図示せず)によって取得される。次に、ステップS302において、貯水タンクを含む仕組み(本実施態様においては車両)の熱源(本実施態様においてはエンジン)が停止しているか否かが判定される。同判定についての詳細については当業者に周知であるので、本明細書での説明は割愛する。 As shown in FIG. 3, in this embodiment, first, in step S301, the water level (H W ) of the condensed water in the water storage tank is acquired by a water level detection means (not shown). Next, in step S302, it is determined whether or not the heat source (engine in this embodiment) of the mechanism (vehicle in this embodiment) including the water storage tank is stopped. The details of this determination are well known to those skilled in the art, and a description thereof will be omitted.
熱源が停止していると判定される場合は(ステップS302:Yes)、ステップS301において取得された凝縮水の水位(HW)が、第1水位範囲220の上限221(=上限水位HU)を超えるか否かが判定される(ステップS303)。取得された水位HWが上限水位HUを超える(即ち、HW>HU)と判定される場合は(ステップS303:Yes)、凝縮水排出口163を開いて凝縮水の排水を開始する(ステップS305)。一方、上記ステップS303において、凝縮水の水位HWが上限水位HUを超えていない(即ち、HW≦HU)と判定される場合は(ステップS303:No)、凝縮水排出口163を閉じて凝縮水の排水を停止する(ステップS306)。尚、熱源であるエンジンが停止している状態において上記処理が際限なく繰り返し実行されることを回避するため、例えば、エンジンが停止してからの経過時間等に基づいて、上記処理の実行を停止させるように構成してもよい。
When it is determined that the heat source is stopped (step S302: Yes), the condensate water level (H W ) acquired in step S301 is the upper limit 221 (= the upper limit water level H U ) of the first
ところで、本実施態様においては、貯水タンクにおける凝縮水の量は、エンジンを稼働させている限り、徐々に増加して行く。従って、貯水タンク内に凝縮水が溜まるに任せて放置した場合、やがて凝縮手段160の内部が凝縮水で満たされ、既燃ガスから水分を除去することができなくなるばかりか、作動ガスの循環通路に凝縮水が混入して、エンジンに重大なダメージを与える事態を招く虞がある。故に、本発明のように凝縮水の凍結に起因する不都合を回避するという目的ではなく、かかる懸念を解消することを目的として、エンジン稼働中での貯水タンク内での凝縮水の水位を管理することは、作動ガス循環型エンジンにおいて広く行われている。 Incidentally, in the present embodiment, the amount of condensed water in the water storage tank gradually increases as long as the engine is operated. Therefore, if the condensed water is left to accumulate in the water storage tank, the inside of the condensing means 160 will eventually be filled with the condensed water, and it will not be possible to remove moisture from the burned gas. Condensed water may be mixed in and cause serious damage to the engine. Therefore, the water level of the condensed water in the water storage tank during engine operation is managed not for the purpose of avoiding the inconvenience due to the freezing of the condensed water as in the present invention but for the purpose of eliminating such concerns. This is widely done in working gas circulation engines.
即ち、上記ステップS302において、熱源が停止していない(即ち、稼働中)と判定される場合は(ステップS302:No)、ステップS301において取得された凝縮水の水位(HW)が、上述のような懸念を考慮して予め定められる稼働時上限水位(HR)を超えるか否かが判定される(ステップS304)。取得された水位HWが稼働時上限水位HRを超える(即ち、HW>HR)と判定される場合は(ステップS304:Yes)、凝縮水排出口163を開いて凝縮水の排水を開始する(ステップS307)。一方、上記ステップS304において、凝縮水の水位HWが稼働時上限水位HRを超えていない(即ち、HW≦HR)と判定される場合は(ステップS304:No)、凝縮水排出口163を閉じて凝縮水の排水を停止する(ステップS308)。
That is, when it is determined in step S302 that the heat source is not stopped (that is, in operation) (step S302: No), the water level (H W ) of the condensed water obtained in step S301 is the above-described level. In consideration of such a concern, it is determined whether or not a predetermined upper limit water level during operation (H R ) is exceeded (step S304). Obtained the water level H W exceeds the operation time limit level H R (i.e., H W> H R) if it is determined (step S304: Yes), the drainage of condensed water by opening the
上述のように、図3に示すフローチャートによって表される一連の処理は、例えば、電子制御装置(図示せず)が内蔵するクロックを利用する等して、十分に速い周期で繰り返し実行される。従って、熱源であるエンジンが停止している場合は、凝縮水の水位HWが第1水位範囲220の上限221(=上限水位HU)を超えるか否かについての判定が、所定の期間に亘って繰り返し行われ、その判定結果に基づいて、凝縮水の水位が第1水位範囲220に入るように制御される。
As described above, the series of processing represented by the flowchart shown in FIG. 3 is repeatedly executed at a sufficiently fast cycle, for example, using a clock incorporated in an electronic control device (not shown). Therefore, when the engine that is the heat source is stopped, whether or not the water level H W of the condensed water exceeds the upper limit 221 (= the upper limit water level H U ) of the first
その結果、液体の液面(本実施態様においては凝縮水の水面211)が、貯水タンクの内側の壁面(本実施態様においては凝縮手段160の底面202)と鋭角をなして交わる状態が達成される。従って、前述のように、貯水タンクを備える仕組み(例えば、車両)が寒冷時に屋外に放置される等して、周囲温度が氷点以下となり、凝縮水が凍結するような事態に陥っても、凝縮水の凍結に伴う体積の膨張分を鉛直方向において上向きに逃がすことができる。これにより、体積の膨張に伴って貯水タンクの内壁面(凝縮手段160の底面202)に及ぶ応力が緩和され、貯水タンクの破損等の不都合を回避することができる。
As a result, a state in which the liquid surface (the
1)消波手段を有する貯水タンクの構成
次に、本発明のもう1つの実施態様に係る貯水タンクについて、図4を参照しながら説明する。前述のように、図4は、本発明のもう1つの実施態様に係る貯水タンクの構成を表す概略図である。図4に示す貯水タンクにおいては、図2に示す貯水タンクに対して、凝縮液の波動に伴う運動エネルギーを減衰させる消波手段が追加されている。
1) Configuration of Water Storage Tank Having Wave-Dissipating Means Next, a water storage tank according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As described above, FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the configuration of a water storage tank according to another embodiment of the present invention. In the water storage tank shown in FIG. 4, wave-absorbing means for attenuating kinetic energy associated with the wave of the condensate is added to the water storage tank shown in FIG. 2.
即ち、本実施態様においては、貯水タンクとしての凝縮手段160の底部に、凝縮液の波動に伴う運動エネルギーを減衰させる消波手段310が設けられている。本実施態様における消波手段310は、複数枚の消波板311を含んでなる構造物であり、貯水タンクが受ける揺れや振動等に起因する凝縮水の波動に伴う運動エネルギを減衰させ、波動の振幅及び速度の増大を抑制するものである。図4に示すように、消波手段310は、第1水位範囲220の上限221(=上限水位HU)よりも高い位置に配設されている。
That is, in this embodiment, the wave-dissipating
2)貯水タンク内の水位の制御
本実施態様に係る貯水タンクにおいても、前述の実施態様と同様に、図3に示すフローチャートによって表される一連の処理によって、凝集水の水位を制御することができる。即ち、貯水タンクを備える仕組みにおける熱源(例えば、車両における主たる熱源であるエンジン)が停止している際には、凝縮水の水位が第1水位範囲220に入るように水位調整手段によって調整される。
2) Control of the water level in the water storage tank In the water storage tank according to this embodiment , the water level of the condensed water can be controlled by a series of processes represented by the flowchart shown in FIG. it can. That is, when the heat source (for example, the engine that is the main heat source in the vehicle) in the mechanism including the water storage tank is stopped, the water level is adjusted by the water level adjusting means so that the water level of the condensed water falls within the first
また、本実施態様に係る貯水タンクにおいては、上記のように、第1水位範囲220の上限221(=上限水位HU)より高い(鉛直方向において上側の)位置に消波手段310が配設されている。その結果、本実施態様に係る貯水タンクにおいては、貯水タンク内の凝縮水の凍結が想定され得る、熱源であるエンジンが停止している状況においては、凝縮水の水面211よりも高い(鉛直方向において上側の)位置に消波手段310が存在することになる。従って、凝縮水が凍結する際には、消波手段310に凝縮水が接触していないので、凝縮水の凍結に伴う体積の膨張に起因する応力により消波手段310が破損したり変形したりする問題が低減される。
In the water storage tank according to the present embodiment, as described above, the wave-dissipating
尚、前述のように、貯水タンクを含む仕組みにおいて想定される傾きや貯水タンク(本実施態様においては凝縮手段160の底部)に対する凝縮水の傾き、消波手段310の形状や構造等を勘案して、第1水位範囲220の上限221(=上限水位HU)と消波手段310の配設位置との間に適切なマージンを設けてもよい。
As described above, the inclination assumed in the mechanism including the water storage tank, the inclination of the condensed water with respect to the water storage tank (in the present embodiment, the bottom of the condensing means 160), the shape and structure of the wave-absorbing
一方、図3に示すフローチャートによって表される一連の処理によれば、貯水タンクを備える仕組みにおける熱源(例えば、車両における主たる熱源であるエンジン)が停止していない場合は、凝縮水の水位が上述の稼働時上限水位(HR)を超えないように水位調整手段によって調整される。つまり、本実施態様に係る貯水タンクにおいて、貯水タンクを備える仕組みにおける熱源(例えば、車両における主たる熱源であるエンジン)が稼働している間は、凝縮水の水位は、上述の稼働時上限水位(HR)の近傍に維持される(図4中に二点鎖線にて示す水面312)。
On the other hand, according to the series of processes represented by the flowchart shown in FIG. 3, when the heat source (for example, the engine that is the main heat source in the vehicle) in the mechanism including the water storage tank is not stopped, the water level of the condensed water is the above-described level. It is adjusted by the water level adjusting means so as not to exceed the operating upper limit water level (H R ). That is, in the water storage tank according to this embodiment, while the heat source (for example, the engine that is the main heat source in the vehicle) in the mechanism including the water storage tank is operating, the water level of the condensed water is the above-described upper limit water level during operation ( H R ) in the vicinity (
図4からも明らかであるように、凝縮水の水位が稼働時上限水位(HR)の近傍に維持されている状況においては、消波手段の310の一部が凝縮水の水面211よりも下側の水中に沈み、残りの部分がには凝縮水の水面211よりも上側に露出している。つまり、貯水タンクを備える仕組みにおける熱源(例えば、車両における主たる熱源であるエンジン)が稼働している場合は、消波手段310が凝縮水の波動に触れて、凝縮水の波動に伴う運動エネルギを減衰させ、波動の振幅及び速度の増大を抑制するのに望ましい高さに、凝縮水の水位が維持される。
As is clear from FIG. 4, in the situation where the water level of the condensed water is maintained in the vicinity of the operating upper limit water level (H R ), a part of the wave-absorbing
以上のように、消波手段310を備える本実施態様に係る貯水タンクにおいては、貯水タンクを備える仕組みにおける熱源(例えば、車両における主たる熱源であるエンジン)が稼働している場合は、消波手段310が消波効果を発揮することができる高さに凝縮水の水位が維持される。一方、熱源であるエンジンが停止している場合は、消波手段310よりも低い高さに凝縮水の水位が維持される。従って、消波手段310は凝縮水に触れていないので、凝縮水が凍結しても、凝縮水の膨張に起因する応力によって消波手段310が破損したり変形したりする虞が解消される。加えて、この水位においては、凝縮水の水面211と凝縮手段160の底面202とが鋭角をなして交わるので、凝縮水が凍結するような事態に陥っても、凝縮水の凍結に伴う体積の膨張に伴って貯水タンクの内壁面(凝縮手段160の底面202)に及ぶ応力が緩和され、貯水タンクの破損等の不都合を回避することができる。
As described above, in the water storage tank according to this embodiment including the wave-dissipating
以上、本発明を説明することを目的として、特定の構成及び実行手順の組み合わせを有する幾つかの実施例について説明してきたが、本発明の範囲は、これらの例示的な実施態様に限定されるものではなく、特許請求の範囲及び明細書に記載された事項の範囲内で、適宜修正を加えることができる。 In the foregoing, for the purpose of illustrating the present invention, several embodiments having specific configurations and combinations of execution procedures have been described, but the scope of the present invention is limited to these exemplary embodiments. Instead, modifications can be appropriately made within the scope of the matters described in the claims and the specification.
110…エンジン本体部、111…シリンダヘッド、112…シリンダ、113…ピストン、114…クランク軸、115…コネクティングロッド、116…オイルパン、117…燃焼室、118…クランクケース、121…吸気弁、122…排気弁、123…燃料噴射弁、130…燃料供給部、131…燃料タンク、132…燃料ガス通路、140…酸素供給部、141…酸素タンク、142…酸素ガス通路、150…循環通路部、151…第1通路部(第1流路形成管)、152…第2通路部(第2流路形成管)、160…凝縮手段、161…冷却水導入口、162…冷却水排出口、163…凝縮水排出口、164…放熱器(ラジエタ)、201…凝縮手段の側面、202…凝縮手段の底面、211…停止時における凝縮水の水面、212…凝縮水の水面211と凝縮手段の底面202とがなす角(θ)、220…第1水位範囲、221てn第1水位範囲220の上限(=上限水位HU)、222…第1水位範囲220の下限222(=下限水位HL)、310…消波手段、311…消波板、及び312…稼働時における凝縮水の水面
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記貯水タンクの内部に貯蔵される前記液体の液面の高さを検出する水位検出手段、
前記貯水タンクから前記液体を排出する排水手段、及び
前記排水手段を制御して、前記水位検出手段によって検出される前記液体の液面の高さを調整する水位調整手段、
を備えること、並びに
前記貯水タンク及び前記液体を加熱する熱源となる構成要素を有する仕組みにおいて、前記貯水タンクが使用されること、
前記熱源となる構成要素が発熱を停止する際に、前記水位調整手段が、予め定められた第1水位範囲に入るように前記液体の液面の高さを調整すること、及び
前記第1水位範囲に対応する部位においては、前記貯水タンクの内側の壁面が、前記液体に接触している壁面と前記液体の液面とが交わる角度が鋭角となる形状を有すること、
を特徴とする、貯水タンク。 A water storage tank for storing water or a liquid mainly composed of water inside,
A water level detecting means for detecting a height of a liquid level of the liquid stored in the water storage tank;
Drainage means for discharging the liquid from the water storage tank; and water level adjustment means for controlling the drainage means to adjust the level of the liquid level detected by the water level detection means;
And in the mechanism having a component serving as a heat source for heating the water tank and the liquid, the water tank is used.
When the component serving as the heat source stops generating heat, the water level adjusting means adjusts the height of the liquid level so that it enters a predetermined first water level range; and the first water level In the portion corresponding to the range, the inner wall surface of the water storage tank has a shape in which the angle at which the wall surface in contact with the liquid and the liquid surface of the liquid intersect is an acute angle,
Features a water storage tank.
前記液体の波動に伴う運動エネルギーを減衰させる消波手段を更に備えること、及び
前記消波手段が、前記第1水位範囲の上限よりも高い位置に配設されていること、
を特徴とする、貯水タンク。 The water storage tank according to claim 1,
Further comprising a wave-dissipating means for attenuating kinetic energy associated with the wave of the liquid, and the wave-dissipating means being disposed at a position higher than the upper limit of the first water level range;
Features a water storage tank.
前記エンジンが、前記エンジンから排出される作動ガスに含まれる水分を凝縮水として凝縮させて作動ガスから分離する凝縮手段を備える作動ガス循環型エンジンであること、及び
前記液体が前記凝縮水であること、
を特徴とする、貯水タンク。 The water storage tank according to claim 3,
The engine is a working gas circulation engine having a condensing means for condensing moisture contained in the working gas discharged from the engine as condensed water and separating it from the working gas, and the liquid is the condensed water about,
Features a water storage tank.
前記作動ガスがアルゴンであること、及び
前記エンジンにおける燃料が水素であること、
を特徴とする、貯水タンク。 The water storage tank according to claim 4,
The working gas is argon, and the fuel in the engine is hydrogen,
Features a water storage tank.
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