JPH0410329Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この考案は、冷媒の気化潜熱を利用した内燃機
関の沸騰冷却装置に関する。

（従来の技術） エンジンウオータジヤケツトとラジエータとの
間で冷却水を循環させる水冷冷却装置は、ラジエ
ータの能率や水の熱容量等の関係上、要求放熱量
を満足させるためには大量の冷却水を循環させる
必要があり、このためにウオータポンプが大きな
駆動損失になつていた。

そこで、冷却水の気化潜熱を利用して少量の冷
却水循環量でエンジン冷却を行えるようにした冷
却装置が提案されている。これはウオータジヤケ
ツトに貯溜した冷却水（液相冷媒）をエンジン発
生熱で沸騰させ、この発生蒸気を放熱器（コンデ
ンサ）で凝縮液化してウオータジヤケツトに戻す
というサイクルで冷却を行うものである（特開昭
56−32027、公表特許公報昭60−500140号等参
照）。

（考案が解決しようとする問題点） しかしながら、このような冷却装置では、ウオ
ータジヤケツトの冷媒液面上方やコンデンサ内が
気相空間であつて、気相空間に空気が存在してい
るため、ウオータジヤケツトで発生した冷媒蒸気
がコンデンサに流入しても、その空気の介在によ
りコンデンサでの蒸気のそれほど良好な放熱、凝
縮作用は得られないという問題がある。

また、コンデンサで凝縮液化した冷媒をポンプ
により循環させるものにあつては、ウオータジヤ
ケツトの適正レベルに液面センサ等を設置し、こ
の検出信号に応じてポンプを駆動制御するが、こ
れだと構造が複雑で、故障や誤動作を起こしやす
くなる。

この考案は、このような問題点を解決し、優れ
た性能を有する沸騰冷却装置を提供することを目
的としている。

また、特にこの考案では冷却系内に混入した空
気を効率よく排出処理することをも目的としてい
る。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するためにこの考案では、大
部分を液相冷媒で満たしたエンジンウオータジヤ
ケツトと内部を気相状に保つたコンデンサとを、
冷媒蒸気を流す蒸気通路と液化冷媒を戻す冷媒通
路とで連通して冷媒が循環する閉回路を形成した
内燃機関の沸騰冷却装置において、前記コンデン
サをウオータジヤケツトの上方に配置し、前記冷
媒通路の途中に逆止弁を介装すると共に、所定量
の液相冷媒を貯溜した補助タンクを設け、この補
助タンクの液中に開口して前記コンデンサ下部に
接続する第１の通路に蒸気圧が所定値以上となつ
たときに閉じる開放弁を、補助タンク内の気相部
分に開口して前記蒸気通路に接続する第２の通路
に負圧が所定値以上となつたときに開く負圧応動
弁をそれぞれ介装し、さらに前記補助タンクに至
る第１の通路の入口部をコンデンサロワタンクの
上方部分に開口させた。

（作用） 上記構成に基づき、ウオータジヤケツト内の冷
媒が沸騰して蒸気が発生し始めると、この蒸気は
蒸気通路を介して上方のコンデンサに流入する
が、この蒸気によつて系内の空気はコンデンサ側
に押しやられると共に、このとき第１の通路の開
放弁が開いているため、系内の空気は第１の通路
を介して補助タンクへと排出される。

そして、蒸気の発生量が増えて蒸気の圧力が高
まると、開放弁が閉じて系内の気相空間は蒸気の
みとなり、このためコンデンサでの高い放熱、凝
縮作用が確保される。

また、コンデンサで凝縮液化された冷媒は冷媒
通路を介して重力によりウオータジヤケツトへと
戻るため、ポンプ等が不要となり、構造が簡略化
すると共に、ポンプ動力等も不要となる。

一方、系内の気相空間が蒸気のみとなると、エ
ンジン停止時等に温度の低下に伴つて系内が負圧
化するが、この場合負圧応動弁が第２の通路を開
く。したがつて、第２の通路から系内に空気が吸
入され、負圧化は防止される。

ところで、冷媒に混入していた空気、あるいは
エンジン停止時に冷却系内に侵入した空気は上述
の通り蒸気の発生に伴つて補助タンクへと排出さ
れるが、その過程で一部の空気は冷却作動時の冷
媒の循環に拘わらずコンデンサロワタンクの上方
部分にあたる流速の低い部分に溜まることが本出
願人による上記冷却装置の実験過程で確認されて
いる。従つて、第１の通路の入口部をこのコンデ
ンサロワタンクの上方部分に開口させた上記構成
によれば、蒸気を含む空気は確実に補助タンクへ
と排出される。また、コンデンサからウオータジ
ヤケツトへと凝縮冷媒を戻す冷媒通路は、自ずと
凝縮冷媒が溜まりやすいロワタンク下方部分に開
口させることになるので、上方に開口した第１の
通路には凝縮冷媒が侵入しにくく、従つて補助タ
ンクへの空気排出が効率よく行なわれる。

（実施例） 第１図は本考案の実施例を示すもので、１はエ
ンジン（本体）、２は大部分が水等の液相冷媒で
満たされるウオータジヤケツト、３はウオータジ
ヤケツト２からの冷媒蒸気を冷却液化するコンデ
ンサ、４はコンデンサ３に冷却風を供給する冷却
フアンである。

ウオータジヤケツト２はエンジン１のシリンダ
及び燃焼室を包囲するようにシリンダブロツクか
らシリンダヘツドにかけて形成され、コンデンサ
３はウオータジヤケツト２よりも上方に配置され
る。

ウオータジヤケツト２はコンデンサ３と閉回路
を形成するように、ウオータジヤケツト２上部の
気相空間に開口する蒸気通路５を介してコンデン
サ３上部の入口部６と連通され、コンデンサ３の
下端部に設けられたロワタンク７が、該ロワタン
ク７の底部に開口した冷媒通路８を介してウオー
タジヤケツト２の液相中に連通される。

蒸気通路５の途中には気液分離用のウオータト
ラツプ９が設置され、ウオータトラツプ９とウオ
ータジヤケツト２の間に逆止弁１０を介装した戻
り通路１１が形成される。

冷媒通路８の途中にはウオータジヤケツト２内
の冷媒液面が冷媒蒸気の圧力により低下すること
のないように逆止弁１２が介装される。

一方、所定量の液相冷媒を貯溜した補助タンク
１３が設けられ、この補助タンク１３の液中に開
口して前記コンデンサ３のロワタンク７に接続す
る第１の通路１４と、補助タンク１３内の気相部
分（この場合液面付近）に開口して前記ウオータ
トラツプ９上方の蒸気通路５に接続する第２の通
路１５とが形成される。

上記第１の通路１４は、第２図または第３図に
も例示したように、その入口部１４Ａがロワタン
ク７の上方部分（図中網線を施した範囲内）に開
口するように設けられる。尚、幅方向で見た入口
部１４Ａの開口位置は、蒸気または凝縮冷媒の流
れの影響を避けるためにコンデンサ３の取付けブ
ラケツト等（図示せず）に干渉しない範囲内でで
きるだけ蒸気通路５または冷媒通路８の開口部位
から離れた位置であることが好ましく、すなわち
第２図ではイ、第３図ではロまたはハの位置が好
ましい。

また、この第１の通路１４には逆止弁１６と電
磁弁からなる開放弁１７とが介装され、開放弁１
７は第１の通路１４を後述のように開閉する。

第２の通路１５には蒸気通路５内の圧力が負圧
のときに負圧に応じて第２の通路１５を開く負圧
応動弁１８が介装される。尚、補助タンク１３は
上部の空気抜き口１９を介して外気と連通され
る。

そして、ウオータジヤケツト２近傍の蒸気通路
５に冷媒蒸気の圧力に応じて導通する圧力スイツ
チ２０，２１が設置される。

圧力スイツチ２０は、蒸気の圧力が設定値に達
すると電源と前記冷却フアン４との間に設けたリ
レー２２を作動させて冷却フアン４を駆動し、同
じく圧力が設定値よりも低くなると冷却フアン４
駆動を停止する。

また、圧力スイツチ２１は、蒸気の圧力が設定
値よりも低いときには前記開放弁１７を開き、設
定値以上のときには、電源と開放弁１７との間に
設けたリレー２３を作動させて開放弁１７を閉じ
るようになつている。

尚、２４はウオータジヤケツト２内の冷媒液面
の下限レベルを検出するレベルセンサで、冷媒液
面がレベルセンサ２４の位置まで下がつたときに
警報ブザー２５等を作動するようになつている。

また、リリーフバルブ２６は異常に蒸発量が増
加した場合、圧力上昇によつて蒸気系内が損傷す
るのを防止する為、蒸気を外部に逃がし、圧力上
昇を防止している。

次に作用を説明する。

エンジンの停止時には、冷却系内は所定量の冷
媒と空気とで満たされており、第１の通路１４の
開放弁１７は開かれた状態にある。

そして、エンジンを始動すると、エンジン発生
熱を受けてウオータジヤケツト２内の冷媒の温度
が上昇し、やがて冷媒が沸騰し始めると、気化潜
熱を奪いながら蒸気を発生する。

この蒸気はウオータジヤケツト２から蒸気通路
５を介して上方のコンデンサ３へと流入するが、
この蒸気に伴つてウオータジヤケツト２及び蒸気
通路５内の空気はコンデンサ３へと押しやられ、
さらにコンデンサ３の下部に位置するロワタンク
７から第１の通路１４を介して補助タンク１３へ
と排出される。このとき、第１の通路１４の入口
部１４Ａは上述した通り蒸気等の流れの影響を受
けにくいロワタンク７の上方部分に開口している
ので、冷媒通路８へと向かう凝縮冷媒が侵入して
補助タンク１３への空気排出が阻害されるような
ことが無く、空気は円滑かつ確実に補助タンク１
３へと排出される。

また、このとき空気と共に若干の蒸気も排出さ
れるが、第１の通路１４が補助タンク１３の貯溜
液中に開口しているため、蒸気は貯溜液により凝
縮しタンク１３内にとどまる。そして、この後蒸
気の発生量が増えて蒸気の圧力がある程度高まる
と、圧力スイツチ２１が導通して第１の通路１４
の開放弁１７が閉じられる。

これにより、系内の気相空間は蒸気のみで満た
されるようになり、このためコンデンサ３では蒸
気のみによる放熱が行なわれるので、コンデンサ
３での高い放熱、凝縮作用が確保される。

なお、冷却開始の当初に蒸気と共に蒸気通路５
を経てコンデンサ３へと導入された系内の空気
は、蒸気よりも重いためコンデンサ下部７に滞留
し、その大部分は第１の通路１４を介して大気側
（補助タンク１３）へと排出されるが、このとき
排出しきれなかつた空気と冷媒通路８内に残つて
いた空気は、コンデンサ３にて冷却されて液化し
た冷媒と共に冷媒通路８を介してウオータジヤケ
ツト２へと導入され、エンジンにて暖められて蒸
気と共に再び蒸気通路５を介してコンデンサ３へ
と導入され、コンデンサ下部７から第１の通路１
４を介して大気側へと排出される。このサイクル
の繰り返しにより系内の気相空間はほぼ蒸気のみ
で満たされることになるため、コンデンサ３では
蒸気のみによる放熱が行われて、効率のよい放
熱、凝縮作用が確保されるのである。

そして、この状態で通常の冷却運転に入るが、
この場合、蒸気量がそれほど多くないときには、
走行風のみによつてコンデンサ３での蒸気の放
熱、凝縮が行なわれる一方、蒸気量が増加し蒸気
の圧力が所定圧に達すると、圧力スイツチ２０の
導通により冷却フアン４が作動し、その強制冷却
風によつて蒸気の放熱、凝縮が促進される。

このため、冷却フアン４の駆動動力が軽減され
ると共に、エンジンの冷却が応答良く的確に行な
われる。

また、コンデンサ３で凝縮液化した冷媒は、コ
ンデンサ３下部のロワタンク７から冷媒通路８を
介して重力により落下し、逆止弁１２を介して下
方のウオータジヤケツト２へと戻される。

このため、ポンプ等を用いずとも冷媒を循環す
ることが可能であり、装置の構造が簡略化すると
共に、ポンプ動力や冷媒循環のための制御が不要
となる。

一方、系内の気相空間が蒸気のみとなるため、
エンジンを停止して系内の温度が低下すると、蒸
気が凝縮して系内の圧力が大きく低下するが、こ
のときその圧力の低下に応じて第２の通路１５の
負圧応動弁１８が開かれる。

したがつて、第２の通路１５から系内に空気が
吸入され、負圧化は防止される。また、この場合
第２の通路１５が補助タンク１３の貯溜液面付近
に開口しているため、エンジンの始動時の空気排
出に伴つて補助タンク１３の液中に排出された蒸
気相当分の冷媒は、その相当分補助タンク１３の
液面を第２の通路１５の開口部位より高めること
で、空気の吸入に伴つて系内に吸入、回収され
る。これにより、系内の冷媒は常に適正量に保持
される。

（考案の効果） 以上のようにこの考案によれば、閉回路内の気
相空間が蒸気のみとなるため、コンデンサでの高
い放熱、凝縮作用が得られ、またポンプ等を用い
ずとも冷媒の循環が可能になると共に、エンジン
停止時に蒸気の凝縮に伴う閉回路の負圧化が防止
されるという優れた性能が確保される。

加えて、この考案では冷却系内に混入した空気
を確実かつ円滑に補助タンクへと排出でき、言い
替えれば補助タンク側への液状冷媒の侵入が空気
の排出を阻害するような不都合を確実に回避しう
るので、エンジン始動から冷却作動開始に至るま
での冷却系の作動安定性をより高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例の概略全体構成図、
第２図と第３図は各々前記実施例における通路開
口部位を例示するためのコンデンサの正面図であ
る。 ２……ウオータジヤケツト、３……コンデン
サ、４……冷却フアン、５……蒸気通路、７……
ロワタンク、８……冷媒通路、１２……逆止弁、
１３……補助タンク、１４……第１の通路、１４
Ａ……同通路の入口部、１５……第２の通路、１
７……開放弁、１８……負圧応動弁。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 大部分を液相冷媒で満たしたエンジンウオータ
   ジヤケツトと内部を気相状に保つたコンデンサと
   を、冷媒蒸気を流す蒸気通路と液化冷媒を戻す冷
   媒通路とで連通して冷媒が循環する閉回路を形成
   した内燃機関の沸騰冷却装置において、前記コン
   デンサをウオータジヤケツトの上方に配置し、前
   記冷媒通路の途中に逆止弁を介装すると共に、所
   定量の液相冷媒を貯溜した補助タンクを設け、こ
   の補助タンクの液中に開口して前記コンデンサ下
   部に接続する第１の通路に蒸気圧が所定値以上と
   なつたときに閉じる開放弁を、補助タンク内の気
   相部分に開口して前記蒸気通路に接続する第２の
   通路に負圧が所定値以上となつたときに開く負圧
   応動弁をそれぞれ介装し、さらに前記補助タンク
   に至る第１の通路の入口部をコンデンサロワタン
   クの上方部分に開口させたこと特徴とする内燃機
   関の沸騰冷却装置。