JPH0519545Y2 - - 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号、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の
気相空間に空気が混在するため、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、空気の介在によりコンデンサの冷媒蒸気の凝
縮がはかどらず、エンジンの冷却を十分に行なえ
ないことがある。

この考案は、沸騰冷却装置におけるこのような
問題点を解決すべく、冷却系内の空気を排除する
機能を備えた沸騰冷却装置を提供することを目的
とする。

（問題点を解決するための手段） この考案は、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、所定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する空気排出通
路を前記コンデンサの下部に接続し、該空気排出
通路に開閉弁を介装するとともに、前記蒸気通路
に圧力検出手段と温度検出手段とを介装し、これ
らの検出圧力と検出温度の少なくとも一方が閉回
路内に空気が混入していないときに生じうる値よ
りも高く設定した所定値以上に達すると開閉弁を
開弁し、検出圧力と検出温度がともにこの所定値
より下がると閉弁する制御手段を備えている。

（作用） エンジンを始動するとウオータジヤケツトの温
度上昇により冷媒が沸騰し、閉回路中に侵入して
いた空気は発生蒸気により押し出されてコンデン
サの中に溜まる。蒸気はコンデンサの中で凝縮液
化されるが、滞留する空気のため冷却効率が低下
しているので凝縮がはかどらず、冷却が蒸気発生
に追いつかないことから、蒸気通路の圧力と温度
は空気が混入していないときには達しないレベル
にまで上昇し設定値を超える。これに伴い、制御
手段によつて開閉弁が開き、コンデンサ内部の空
気は蒸気圧により空気排出通路から補助タンクの
液相中に排出される。空気と一緒に排出される蒸
気は補助タンクの液相中で凝縮し、空気のみが補
助タンクの液相上方の外気の中に放出される。

空気の排出とともににコンデンサの凝縮が盛ん
になり、空気が十分に排除されて蒸気通路の検出
圧力と検出温度がともに一定値を下回ると、制御
手段により開閉弁が閉じ、以後コンデンサは空気
の排除された閉回路中の冷媒蒸気のみを効率良く
冷却する。

（実施例） 第１図及び第２図にこの考案の実施例を示す。

第１図において、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の入口部
（上部）６と連通し、コンデンサ３の出口部（下
部）７が冷媒通路８を介してウオータジヤケツト
２の液相中に連通して閉回路を構成する。

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。また、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を設ける。

一方、閉回路の外に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１
３の液中に開口して前記コンデンサ３の下部７に
接続する空気排出通路１４と、補助タンク１３の
所定の位置（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に接続する吸入通路
１５とが形成される。なお、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する。

空気排出通路１４には逆止弁１６と電磁弁によ
る開閉弁１７を介装し、また吸入通路１５に蒸気
通路５内の圧力が負圧の時に開く負圧応動弁１８
を介装する。

そして、ウオータジヤケツト２近傍の蒸気通路
５に圧力センサー２０と温度センサー２１を設置
する。圧力センサー２０は検出した蒸気通路５の
圧力を信号として開閉弁１７の制御手段であるコ
ントロールユニツト２３に出力し、また同時に冷
却フアン４のフアン制御ユニツト２２にも同じ信
号を出力する。温度センサー２１は検出した蒸気
通路５の温度を信号としてコントロールユニツト
２３に出力する。

コントロールユニツト２３は圧力センサー２０
の検出圧力と温度センサー２１の検出温度のうち
少なくとも一方が設定値を越えると開閉弁１７を
開き、検出圧力、検出温度ともに設定値を下回る
と開閉弁１７を閉じる。なお、この設定値は冷却
系の閉回路内に空気が混入しているときに初めて
到達するレベル、たとえば圧力については大気圧
を0.1〜0.3Kg／cm²上回るところ、温度については
沸点を５〜10℃上回るところに設定する。

また、フアン制御ユニツト２２は圧力センサー
２０の検出圧力が所定値を越えると冷却フアン４
への電源を導通して冷却フアン４を駆動し、所定
値よりも低くなると冷却フアン４を停止する。

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ーで、冷媒液面
がレベルセンサー２４の位置まで下がると、警報
装置２５を作動させる。また、蒸気通路５には閉
回路中の蒸発量が異常に増加した場合に、圧力上
昇によつて閉回路内が損傷するのを防止するた
め、リリーフバルブ２６を設ける。

次に作用を説明する。

エンジンの始動前には閉回路内は所定量の液相
冷媒と空気で満たされ、また補助タンク１３には
吸入通路１５の開口部付近まで冷媒が貯留されて
いる。

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を通つて上方のコンデ
ンサ３へ流入し、コンデンサ３で冷却されて凝縮
液化した後、冷媒通路８を通つてウオータジヤケ
ツト２に戻る。この時、気相空間の空気はウオー
タジヤケツト２から発生する冷媒蒸気により、コ
ンデンサ３の方向へ押しやられるが、そのために
コンデンサ３のかなりのスペースが空気に占領さ
れてコンデンサは本来の凝縮能力を発揮できず、
蒸気の発生量が凝縮量を上回るために蒸気通路５
の蒸気圧力と温度が上昇する。これらの圧力と温
度は蒸気通路５に介装した圧力センサー２０と温
度センサー２１により検出され、コントロールユ
ニツト２３は第２図のようにこの検出圧力と検出
温度をそれぞれの設定値と比較して、どちらか一
方が設定値を越えた時点で開閉弁１７を開く。こ
れにより、コンデンサ３内に溜まつていた空気は
蒸気に押し出されて、空気排出通路１４から補助
タンク１３の液相中に排出される。排出された空
気は貯留液の中を浮上し、空気抜き口１９を介し
て外気と連通する液面上の空気の中に放出され
る。空気排出通路１４から補助タンク１３内へは
空気とともに若干の蒸気も排出されるが、蒸気は
貯溜液の中で凝縮し貯留液中に回収される。

このようにして、コンデンサ３からの空気排出
が進むと、コンデンサ３の凝縮量が増加して、蒸
気通路５の圧力と温度が徐々に低下する。そし
て、空気が十分に排除され、圧力センサー２０と
温度センサー２１の検出した圧力と温度がともに
設定値を下回ると、コントロールユニツト２３を
介して開閉弁１７が閉じ、以後沸騰冷却のサイク
ルが空気の排除された閉回路内で効率良く繰り返
される。

上記の空気排出過程において、開閉弁１７は第
３図に示されるように圧力と温度の少なくとも一
方が設定値を上回れば開動し、また圧力と温度の
両方が設定値を下回らないと閉動しない。したが
つて、空気の存在が漏れなく検知されて早期に空
気排出が開始されるとともに、空気排出も十分に
行なわれる。

このようにして閉回路から空気が排除された状
態で通常の冷却運転が行なわれるが、蒸気量がそ
れほど多くない時には、走行風のみでコンデンサ
３の冷却を行ない、蒸気量が増加して圧力センサ
ー２０の検出圧力がフアン制御ユニツト２２の設
定値を上回ると、電源が導通して冷却フアン４が
駆動され、強制冷却風によつてコンデンサ３内の
蒸気の放熱、凝縮をさらに促進する。したがつ
て、冷却フアン４の駆動のための動力負担を最小
限に抑えながら、エンジンの冷却を応答良く的確
に行なうことができる。

また、コンデンサ３で液化した冷媒は、コンデ
ンサ下部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へと戻されるため、ポンプ等を用いずに冷
媒を循環でき、装置の構造が簡略化するととも
に、ポンプ動力や冷媒循環のための制御も不要で
ある。

エンジンを停止すると、エンジンの発熱が止ま
り、系内の温度が徐々に低下するが、この時、閉
回路内の気相空間が蒸気のみであるため、蒸気の
凝縮により圧力が大きく低下する。その場合には
圧力低下に応じて吸入通路１５の負圧応動弁１８
が開き、吸入通路１５から補助タンク１３内の空
気を吸入することにより系内の負圧化を防止す
る。この時、補助タンク１３の貯留液面は、コン
デンサ３からの空気排出と一緒に補助タンク１３
の液中に排出された蒸気により、僅かに上昇して
いるため、エンジン始動前の貯留液面付近に開口
する吸入通路１５はこの上昇分の冷媒を空気と一
緒に吸入して系内に回収する。これにより系内の
冷媒は常に適性量に保持される。

なお、開閉弁１７の制御に関しては、圧力検出
手段及び温度検出手段として圧力センサー２０と
温度センサー２１の代わりに圧力スイツチと温度
スイツチを使用し、制御手段としてコントロール
ユニツト２２の代わりにリレーを使用しても良
い。

（考案の効果） 以上のようにこの考案は、コンデンサ下部と補
助タンクの液中を連通する空気排出通路に開閉弁
を介装し、蒸気通路の圧力と温度の少なくとも一
方が一定値以上に上昇すると開閉弁を開き、圧
力、温度ともに一定より下がると開閉弁を閉じる
こととしたため、コンデンサ内の滞留空気により
冷媒蒸気の液化が遅れて蒸気通路の圧力または温
度が一定値以上に上昇すると、開閉弁が開いて空
気を補助タンクへ排出する。そして、空気が排出
されて蒸気通路の圧力と温度がともに一定値を下
回ると開閉弁が閉じる。したがつて、閉回路内に
存在する空気はエンジンの始動後早期のうちに一
掃され、以後コンデンサは閉回路中の空気を含ま
ない冷媒蒸気のみを冷却するので、液化能力が向
上して蒸発、凝縮のサイクルがスムーズになり、
エンジンの沸騰冷却をより効率的に行なうことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の実施例を示す沸騰冷却装置
の構成図、第２図は同実施例中の開閉弁の開閉動
作を司るコントロールユニツトの作用を説明した
フローチヤート、第３図は同じくコントロールユ
ニツトに制御された開閉弁の開閉特性を示すグラ
フである。 １……エンジン、２……ウオータジヤケツト、
３……コンデンサ、５……蒸気通路、７……コン
デンサ下部、８……冷媒通路、１３……補助タン
ク、１４……空気排出通路、１７……開閉弁、２
０……圧力センサー、２１……温度センサー、２
３……コントロールユニツト。

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、所定の液
   相冷媒を貯溜した補助タンクを設け、この補助タ
   ンクの液中に開口する空気排出通路を前記コンデ
   ンサの下部に接続し、該空気排出通路に開閉弁を
   介装するとともに、前記蒸気通路に圧力検出手段
   と温度検出手段とを介装し、これらの検出圧力と
   検出温度の少なくとも一方が閉回路内に空気が混
   入していないときに生じうる値よりも高く設定し
   た所定値以上に達すると開閉弁を開弁し、検出圧
   力と検出温度がともにこの所定値より下がると閉
   弁する制御手段を備えたことを特徴とする内燃機
   関の沸騰冷却装置。