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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Gebiet
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wärmespeichertank zum thermischen
Isolieren und Speichern einer Flüssigkeit,
und wird insbesondere auf eine Kühleinrichtung
eines wassergekühlten
Motors angewandt.
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2. Beschreibung der verwandten
Technik
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Herkömmlicherweise
ist ein System, in welchem ein Wärmespeichertank
Hochtemperaturmotorkühlwasser
thermisch isoliert und speichert und dann das thermisch isolierte
Kühlwasser
zur Unterstützung
des Aufwärmens
eines Motors verwendet wird, wenn der Motor das nächste Mal
(im Kaltstart) gestartet wird, indem das thermisch isolierte Kühlwasser
in den Motor zirkuliert wird, oder zum unmittelbaren Heizen eines
Fahrzeugabteils durch Zufuhr des thermisch isolierten Kühlwassers
zu dem Heizerkern einer Heizeinrichtung eines Fahrzeugs verwendet
wird, bekannt (siehe beispielsweise Patent-Dokument 1).
[Patent-Dokument
1]
Japanische ungeprüfte
Patent-Veröffentlichung
(Kokai) Nr. 10-71840.
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Dann
wird die Wärmeisolationsleistung
eines Wärmespeichertanks
insbesondere als ein wichtiger Faktor betrachtet und eine weitere
Verbesserung der Wärmeisolationsleistung
wird erfordert.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Unter
Berücksichtigung
des vorstehend genannten Punkts ist die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, die Wärmeisolationsleistung
eines Wärmespeichertanks
zu verbessern.
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Um
die vorstehend genannte Aufgabe zu erzielen, ist ein Wärmespeichertank
gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung gekennzeichnet durch Umfassen
eines inneren Zylinders (81) mit einem Speicherteilabschnitt
(811) zum Speichern von Flüssigkeit und einer Öffnung (812)
bei einer unteren Position des Speicherteilabschnitts (811),
und einem äußeren Zylinder
(82), welcher den inneren Zylinder (81) darin
aufnimmt, und einen thermisch isolierten Raum (83) zwischen
dem inneren Zylinder (81) und sich selbst ausbildet, und
eines Körpers (84),
in welchem ein Flüssigkeitseinströmkanal (841) und
ein Flüssigkeitsausströmkanal (842)
zum Bewirken, dass der Speicherteilabschnitt (811) mit
dem Äußeren verbunden
ist, ausgebildet sind, und welcher die Öffnung (812) blockiert,
wobei dann, wenn angenommen wird, dass der innere Durchmesser des
inneren Zylinders (81) als ein Tank-Innendurchmesser D
bezeichnet wird, und die Länge
des Speicherteilabschnitts (811) in der Vertikalrichtung
als eine Tankhöhe
H in dem Wärmespeichertank
bezeichnet wird, in welchem der Speicherteilabschnitt (811)
ein säulenförmiger Raum
ist, welcher sich in der Vertikalrichtung erstreckt, D/H 0,5 gilt.
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Demgemäß ist, wie
in 3 gezeigt, in dem Bereich, in welchem D/H 0,5
gilt, die Temperatur des Wassers, nachdem es gespeichert wurde,
hoch und es kann eine hohe Wärmeisolationsleistung
erhalten werden. Dies, weil der Speicherteilabschnitt in der Vertikalrichtung
länglich
ist, und der Abstand zwischen dem Körper, welcher ein Hauptwärmeabstrahlabschnitt
ist, und dem Hochtemperaturwasserbereich (in der Umgebung des oberen
Endes des Speicherteilabschnitts) ver größert ist, und deshalb ist der Hochtemperaturwasserbereich
in der Vertikalrichtung erweitert.
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Wenn
der innere Durchmesser der Öffnung und
die Kapazität
bzw. Aufnahmefähigkeit
des Speicherteilabschnitts konstant gehalten werden, sowie diese
durch H reduziert wird, wird der Tank-Innendurchmesser D reduziert,
und der Unterschied in der Dimension zwischen dem Tank-Innendurchmesser
D und dem Innendurchmesser der Öffnung
wird reduziert, deshalb wird die Streckverformungs-Herstellungsleistung
des inneren Zylinders verbessert und es ist möglich, den inneren Zylinder
durch beispielsweise einen Drückvorgang
einstückig
auszubilden.
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In
einem zweiten Aspekt in Übereinstimmung
mit dem vorstehend beschriebenen ersten Aspekt ist es möglich, einen
Wärmespeichertank
zum Speichern von Kühlwasser,
welches hinsichtlich seiner Temperatur nach dem Kühlen eines
wassergekühlten
Verbrennungsmotors (1) für ein Fahrzeug angestiegen
ist, zu verwenden.
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Die
Symbole in den Klammern, welche zu allen vorstehend beschriebenen
Mitteln angefügt
sind, bezeichnen eine Entsprechung mit einem spezifischen Mittel
in den Ausführungsformen,
welche später
zu beschreiben sind.
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Die
Erfindung kann aus der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung, die nachfolgend ausgeführt wird, zusammen mit den begleitenden
Zeichnungen vollständiger
verstanden werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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In
den Zeichnungen zeigt:
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1 ein
schematisches Diagramm einer Kühleinrichtung
für einen
wassergekühlten
Motor, welcher einen Wärmespeichertank
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet.
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2 eine
Querschnittsansicht des Wärmespeichertanks
in 1.
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3 ein
Diagramm, welches eine Beziehung zwischen dem Verhältnis (D/H)
des Innendurchmessers des Tanks zu der Höhe des Tanks und die Wärmeisolationsleistung
des Wärmespeichertanks
zeigt.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend erläutert. 1 ist ein schematisches
Diagramm einer Kühleinrichtung
für einen
wassergekühlten
Motor, welcher einen Wärmespeichertank
gemäß einer
Ausführungsform
verwendet, und 2 ist eine Querschnittsansicht
des Wämespeichertanks
in 1.
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In 1 kühlt die
Kühleinrichtung
Kühlwasser,
welches in seiner Temperatur angestiegen ist, nachdem es einen wassergekühlten Verbrennungsmotor
(nachfolgend als Motor bezeichnet) 1 eines Fahrzeugs, nicht
gezeigt, durch einen Radiator 2 gekühlt hat, und umfasst einen
Hauptkühlwasserkreislauf 3 zum
Bewirken, dass Kühlwasser
zwischen dem Motor 1 und dem Radiator 2 strömt, und
eine elektrische Wasserpumpe 4 zum Erzeugen einer Kühlwasserströmung.
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Ein
Bypass-Kreislauf 5 zum Bewirken, dass Kühlwasser unter Umgehung des
Radiators 2 strömt, ist
parallel an dem Hauptkühlwasserkreislauf 3 angeschlossen.
Ein Thermostat 6, welches an dem Verbindungspunkt des Hauptkühlwasserkreislaufs 3 mit dem
Bypass-Kreis 5 vorgesehen ist, führt eine Umschaltsteuerung
zwischen einem Fall, in welchem das Kühlwasser zur Strömung durch
den Bypass-Kreislauf 5 veranlasst
wird, und einem Fall, in welchem das Kühlwasser zur Strömung durch
den Radiator 2 veranlasst wird, durch. Im Übrigen wird
ein Umschalten zwischen den Kreisläufen 3 und 5 normalerweise
derart gesteuert, dass das Kühlwasser durch
den Radiator 2 strömt,
wenn die Kühlwassertemperatur
gleich oder höher
als etwa 80 °C
ist, und das Kühlwasser
durch den Bypass-Kreislauf 5 strömt, wenn die Temperatur niedriger
als etwa 80 °C ist.
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Ein
Unterkühlungswasserkreislauf 7 zum Veranlassen,
dass das Kühlwasser
unter Umgehung des Hauptkühlwasserkreislaufs 3 und
des Bypass-Kreislaufs 5 strömt, ist parallel zu dem Hauptkühlwasserkreislauf 3 und
dem Bypass-Kreislauf 5 angeschlossen. Der Unterkühlungswasserkreislauf 7 ist
mit einem Wärmespeichertank 8 zum
thermischen Isolieren (und Speichern) von Wärme von Kühlwasser und einem elektromagnetischen Öffnungs-/Schließ-Ventil 9 zum Öffnen und
Schließen des
Unterkühlungswasserkreislaufs 7 vorgesehen.
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Als
nächstes
wird der Wärmespeichertank 8 unter
Verwendung von 2 erläutert.
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Der
Wärmespeichertank 8 umfasst
einen inneren Zylinder 81 und einen äußeren Zylinder 82, welche
aus einem Material mit exzellenter Korrosionsbeständigkeit,
wie rostfreiem Stahl, hergestellt und in eine Zylinderform mit Boden
ausgebildet sind. Der Wärmespeichertank 8 weist
einen Aufbau auf, in welchem Endabschnitte 8a des inneren
Zylinders 81 und des äußeren Zylinders 82 in
einem Zustand geschweißt
sind, in welchem sich der innere Zylinder 81 innerhalb
des äußeren Zylinders 82 befindet,
und zwischen dem inneren Zylinder 81 und dem äußeren Zylinder 82 ist
ein thermisch isolierter Raum 83 im Wesentlichen in einem
Vakuumzustand ausgebildet. Im Übrigen
wird der innere Zylinder 81 integral bzw. einstückig durch
einen Drückvorgang
ausgebildet.
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Innerhalb
des inneren Zylinders 81 ist ein Speicherteilabschnitt 811 zum
Speichern von Kühlwasser
ausgebildet und der Speicherteilabschnitt 811 bildet einen
säulenförmigen Raum,
welcher sich in der Vertikalrichtung erstreckt. In einer Öffnung 812 kleinen
Durchmessers und einer Öffnung 813 großen Durchmessers
des inneren Zylinders 81, der an dem unteren Abschnitt
des Speicherteilabschnitts 811 angeordnet ist, ist ein
Körper 84,
der aus Kunststoff hergestellt ist, und der sowohl die Öffnung 812 als
auch 813 blockiert, eingesetzt. Im Übrigen sind ein Innengewinde,
welches in der Öffnung 813 großen Durchmessers
des inneren Zylinders 81 ausgebildet ist, und ein Außengewinde,
welches an dem Körper 84 ausgebildet
ist, miteinander verschraubt und dadurch sind der innere Zylinder 81 und
der Körper 84 miteinander
verbunden.
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Zwischen
dem inneren Zylinder 81 und dem Körper 84 ist eine ringförmige Gummipackung 85 zum
Abdichten zwischen dem inneren Zylinder 81 und dem Körper 84 angeordnet.
Genauer ist die Packung 85 an der Grenze zwischen der Öffnung 812 kleinen
Durchmessers und der Öffnung 813 großen Durchmessers
in dem inneren Zylinder 81 angeordnet. Genauer ist die
Packung 85 an der Grenze zwischen der Öffnung 812 kleinen
Durchmessers und der Öffnung 813 großen Durchmessers
in dem inneren Zylinder 81 angeordnet.
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In
dem Körper 84 ist
ein Kühlwassereinströmkanal 841,
welcher veranlasst, dass der Unterkühlungswasserkreislauf 7 auf
der Seite des Öffnungs-/Schließ-Ventils 9 mit
dem Speicherteilabschnitt 811 in kommunizierender Verbindung
steht, ausgebildet. Der Endabschnitt des Kühlwassereinströmkanals 841 auf
der Seite des Speicherteilabschnitts 811 mündet bei
der Position in der Umgebung der Öffnung 812 kleinen
Durchmessers des inneren Zylinders 81, d.h. bei der unteren
Position in dem Speicherteilabschnitt 811. Der Kühlwassereinströmkanal 841 entspricht
dem Flüssigkeitseinströmkanal der
vorliegenden Erfindung.
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An
dem Endabschnitt des Körpers 84 auf
der Seite des Speicherteilabschnitts 811 ist eine Rohrleitung 10 angefügt. Ferner
sind durch einen Kühlwasserausströmkanal 842 im
Körper,
welcher in dem Körper 84 ausgebildet
ist, und einem Kühlwasserausströmkanal 101 in
der Leitung, welcher in der Leitung 10 ausgebildet ist,
der Unterkühlungswasserkreislauf 7 auf
der Seite der Wasserpumpe 4 und der Speicherteilabschnitt 811 miteinander
kommunizierend verbunden. Der Endabschnitt des Kühlwasserausströmkanals 101 in
der Leitung auf der Seite des Speicherteilabschnitts 811 mündet bei
der Position in der Umgebung der oberen Wand des inneren Zylinders 81,
d.h. bei der Position der in der Umgebung des oberen Endes des Speicherteilabschnitts 811. Der
Kühlwasserausströmkanal 842 im
Körper
entspricht dem Flüssigkeitsausströmkanal der
vorliegenden Erfindung.
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An
den Endabschnitt des Körpers 84 auf
der Seite des Speicherteilabschnitts 811 ist eine Mischungsverhinderungsplatte 11 mit
im Wesentlichen becherartiger Form angefügt, um so den Endabschnitt
des Kühlwassereinströmkanals 841 der Seite
des Speicherteilabschnitts 811 einzufassen. In der Mischungsverhinderungsplatte 11 sind
eine Mehrzahl von Ausströmöffnungen 111 ausgebildet und
das Kühlwasser,
welches von dem Kühlwassereinströmkanal 841 eingeströmt ist,
wird dahingehend geführt,
im Wesentlichen gleichmäßig zu der
Seite des Speicherteilabschnitts 811 durch die Ausströmöffnungen 111 zu
strömen.
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Ein
Winkel 12 ist an der Außenoberfläche des äußeren Zylinders 82 angefügt und der
Wärmespeichertank 8 ist
an einem Fahrzeug mittels dieses Winkels 12 befestigt.
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Als
nächstes
wird ein Betrieb der Kühleinrichtung
mit dem vorstehend genannten Aufbau nachfolgend erläutert.
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Wenn
die Temperatur des Kühlwassers
infolge des Betriebs des Motors 1 hoch wird, wird das Öffnungs-/Schließ-Ventil 9 geöffnet und
das Hochtemperaturkühlwasser
wird veranlasst, in den Wärmespeichertank 8 einzuströmen. Nachdem
der Motor gestoppt hat, wird das Hochtemperaturkühlwasser thermisch isoliert
und in dem Wärmespeichertank 8 aufbewahrt.
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Dann
wird, wenn der Motor gestartet wird, die Temperatur des Abschnitts
in der Umgebung der Motorverbrennungskammer durch Zirkulation des Kühlwassers
durch den Motor 1 erhöht,
welches in dem Wärmespeichertank 8 thermisch
isoliert und gespeichert wird.
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Insbesondere
wird unmittelbar bevor der Motor gestartet wird, die Wasserpumpe 4 in
Betrieb gesetzt, und das Öffnungs-/Schließ-Ventil 9 wird
geöffnet.
Infolge dessen strömt
das Niedrigtemperaturkühlwasser
in den Speicherteilabschnitt 811 des Wärmespeichertanks 8 durch
den Unterkühlungswasserkreislauf 7 und
den Kühlwassereinströmkanal 841.
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Das
Kühlwasser,
welches eingeströmt
ist, schiebt das Hochtemperaturkühlwasser,
welches in dem Speicherteilabschnitt 8 thermisch isoliert
und gespeichert ist, nach oben, und das Hochtemperaturkühlwasser
zirkuliert zu dem Motor 1 durch den Kühlwasserausströmkanal 101 in
der Leitung, den Kühlwasserausströmkanal 842 in
dem Körper,
und den Unterkühlungswasserkreislauf 7.
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Während dessen
ist das Niedrigtemperaturkühlwasser,
welches in den Speicherteilabschnitt 811 strömt, dazu
bestimmt, das in dem Speicherteilabschnitt 811 gespeicherte
Hochtemperaturkühlwasser gleichmäßig bezüglich des
Gesamtumfangs infolge der Wirkung der Mischungsverhinderungsplatte 11 nach
oben zu schieben. Deshalb wird das Mischen des einströmenden Niedrigtemperaturkühlwassers und
des gespeicherten Hochtemperaturkühlwassers verhindert und das
Hochtemperaturkühlwasser
veranlasst, zu dem Motor 1 zu zirkulieren.
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Als
nächstes
wird unter Verwendung des Verhältnisses
(D/H) zwischen dem Innendurchmesser D des inneren Zylinders 81 (nachfolgend
als Tank-Innendurchmesser bezeichnet) und der Länge H des Speicherteilabschnitts 811 in
der Vertikalrichtung (nachfolgend als Tankhöhe bezeichnet) als ein Parameter,
die Wärmeisolationsleistung
des Wärmespeichertanks 8 ausgewertet.
Der Abstand von dem oberen Ende des Speicherteilabschnitts 811,
d.h. von der oberen Wand des inneren Zylinders 81 zu der Öffnung 812 kleinen
Durchmessers entspricht der Tankhöhe H.
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3 zeigt
die Ergebnisse einer Untersuchung, wobei die horizontale Achse das
Verhältnis (D/H)
zwischen dem Tank-Innendurchmesser D und der Tankhöhe H darstellt.
Die Vertikalachse in 3 zeigt die Durchschnittstemperatur
des Heißwassers in
dem Wärmespeichertank 8,
nachdem das Heißwasser
bei einer Anfangstemperatur von 90 °C für 24 Stunden in dem Wärmespeichertank 8 thermisch
isoliert wurde.
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Der
Tank-Innendurchmesser D des ausgewerteten Wärmespeichertanks 8 ist
auf einen konstanten Wert gewählt,
d.h. 100 mm, und der Innendurchmesser der Öffnung 812 kleinen
Durchmessers ist ebenfalls auf einen konstanten Wert gewählt, und die
Tankhöhe
H wird geändert.
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Wie
aus 3 offensichtlich wird, ist in dem Bereich, in
welchem D/H 0,5 gilt, die Temperatur des Heißwassers, nachdem es für 24 Stunden
thermisch isoliert wurde, hoch, und es kann eine hohe Wärmeisolationsleistung
erhalten werden. Dies, weil der Speicherteilabschnitt 811 in
der Vertikalrichtung länglich
ist und der Abstand zwischen dem Körper 84, welcher ein
Hauptwärmeabstrahlabschnitt
ist, und dem Heißwasserbereich
(in der Umgebung des oberen Endes des Speicherteilabschnitts 811)
erhöht
ist, und der Heißwasserbereich
in der Vertikalrichtung erweitert ist. Das Verhältnis D/H kann dahingehend
gewählt
werden, verschiedene Anforderungen an den Wärmespeichertank zu erfüllen, wie
eine innere Aufnahmefähigkeit
von Wasser und eine Vertikalhöhe, welche
zur Installation des Speichertanks in Fahrzeugen begrenzt sein kann.
Bei diesem Aspekt kann der Wärmespeichertank
dahingehend ausgelegt sein, dass das Verhältnis D/H gleich oder größer 0,3 ist.
Anstelle dessen kann das Verhältnis
D/H gleich oder größer als
0,35 gewählt
werden. Ferner kann das Verhältnis
D/H gleich oder größer 0,4
gewählt werden,
um eine Anbringungsanforderung zu erfüllen. Andererseits kann das
Verhältnis
D/H gleich oder kleiner 0,45 gewählt
werden. Anstelle dessen kann das Verhältnis D/H gleich oder kleiner
0,4 gewählt werden,
um die Heißwassertemperatur
zu verbessern.
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Während die
Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen beschrieben wurde,
welche für
die Zwecke der Darstellung ausgewählt wurden, sollte ersichtlich
sein, dass vielfältige Modifikationen
an dieser durch Fachleute ausgeführt werden
können,
ohne von dem grundlegenden Konzept und dem Bereich der Erfindung
abzuweichen.