JPH10299480A

JPH10299480A - 沸騰冷却式エンジン

Info

Publication number: JPH10299480A
Application number: JP11199997A
Authority: JP
Inventors: Masaru Hayashida; 大林田
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1997-04-30
Filing date: 1997-04-30
Publication date: 1998-11-10

Abstract

(57)【要約】【課題】放熱器の冷却効率を高め当該放熱器を極力小
型化する。【解決手段】液冷ジャケット１と循環往路３ａと冷却
ファン４を有する放熱器２と循環帰路３ｂと液冷ジャケ
ット１とを順に連通して冷媒循環経路３を構成し、液冷
ジャケット１内での沸騰によって生じた冷媒液５の蒸気
を循環往路３ａを介して放熱器２内に導入し、放熱器２
内で凝縮した冷媒液５を循環帰路３ｂを介して液冷ジャ
ケット１内に還流させるように構成する。上記放熱器２
は、放熱フィン２７を有する凝縮放熱部２６を循環往路
３ａに連通する空気溜まり部２１の上側に配置して成
り、凝縮放熱部２６で凝縮した冷媒液５を空気溜まり部
２１から循環往路３ａに流下させるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は沸騰冷却式エンジン
に関し、特に放熱器の液冷効果を高める技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】沸騰冷却式エンジンの従来技術として
は、例えば特開昭６０−９８１１８号公報に開示された
ものがある。これは図３に示すように、液冷ジャケット
１０１と循環往路１０３ａと冷却ファン１０４を有する
放熱器１０２と循環帰路１０３ｂと液冷ジャケット１０
１とを順に連通して冷媒循環経路１０３を構成し、上記
液冷ジャケット１０１内での沸騰によって生じた冷媒液
１０５の蒸気を循環往路１０３ａを介して放熱器１０２
内に導入し、上記放熱器１０２内で凝縮した冷媒液１０
５を循環帰路１０３ｂを介して上記液冷ジャケット１０
１内に還流させるように構成されている。

【０００３】この従来技術では、液冷ジャケット１０１
内に液温を検出する温度検出手段１１０と液面高さを検
出する液面検出手段１２８とを設け、放熱器１０２の下
部タンク１２４に第２液面検出手段１２９を設け、循環
帰路１０３ｂの途中にポンプ１２８を設け、リザーバタ
ンク１０８を連通路１１０６を介してシリンダジャケッ
ト１０１ｂに連通し、この連通路１０６の途中に電磁弁
１０９を設け、上記液冷ジャケット１０１内の液温と液
面高さの検出に基づいて、電磁弁１０９とポンプ１２８
とを制御し、第２液面検出手段１２９による液面高さの
検出に基づいて冷却ファン１０４を起動するように構成
されている。なお、図３（Ａ）中の符号５０は制御装置
を示す。

【０００４】ところで、放熱器１０２の放熱チューブ１
２２ａの流路断面積はＳ＝πｒ² 、単位長さ当たりの内
壁面積はＡ＝２πｒで規定されるので、半径ｒの変化に
対して流路断面積Ｓはｒの二乗で変化するが、内壁面積
Ａは一乗で変化することから、放熱チューブ１２２ａの
半径ｒを大きくすると単位流路断面積あたりの内壁面積
が減少し、その流路断面の半径ｒを大きくすればするほ
ど放熱器１０２の放熱効率は低下する。従って、従来で
は放熱チューブ１２２ａの流路断面の半径を小さくした
まま、その本数を増やして所要の流路断面積を確保して
いた。このため放熱器全体が大きくなるのは避けられな
かった。

【０００５】また、沸騰冷却式エンジンでは、冷却すべ
き熱量に見合う冷媒蒸気が液冷ジャケット１０１内で発
生するが、沸騰が激しくなると、冷媒蒸気とミスト状の
冷媒液との混在流が放熱器１０２の上部タンク１２１内
に流入する。流路断面が細い放熱チューブ１２２ａ内に
ミスト状の冷媒液が流入すると、その壁面に冷媒液が付
着して流路を狭め冷媒蒸気の流下を妨げる。そこで従来
では、図３(Ｂ)(Ｃ)に示すように、上記放熱チューブ１
２２ａとは別の大径の冷媒液逃がしチューブ１２２ｂを
放熱器１０２の入口１０２ａの下側に設け、ミスト状の
冷媒液を冷媒液逃がしチューブ１２２ｂで流下させてい
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、沸騰冷
却式エンジンでは、閉ループを構成する冷媒循環経路１
０３の液冷ジャケット１０１内から空気を完全に排除す
ることはできないので、実際には冷媒蒸気とミスト状の
冷媒液と空気との混在流が放熱器１０２の上部タンク１
０２ａ内に流入する。特に空気は冷媒蒸気よりも比重が
大きいため、流路断面が細い放熱チューブ１２２ａ内に
も流下する。そして冷媒蒸気と混在している空気は、冷
却されてもその体積が大きくは変化しないうえ、相変化
して冷媒循環経路１０３内を循環することもないので、
放熱チューブ１２２ａ内に侵入した空気は常に放熱チュ
ーブ１２２ａ内の一定容積を占める。このためその容積
相当分の冷媒蒸気が放熱チューブ１２２ａ内に進入でき
なくなり、放熱器の冷却効率を低下させる。本発明はこ
のような従来技術の難点を解消するためになされたもの
で、放熱器の冷却効率を高め、当該放熱器を極力小型化
することを技術課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、本発明は以下のように構成される。請求項１に記載
の発明は、例えば図１に示すように、液冷ジャケット１
と循環往路３ａと放熱器２と循環帰路３ｂと液冷ジャケ
ット１とを順に連通して冷媒循環経路３を構成し、上記
液冷ジャケット１内での沸騰によって生じた冷媒液５の
蒸気を循環往路３ａを介して放熱器２内に導入し、上記
放熱器２内で凝縮した冷媒液５を循環帰路３ｂを介して
上記液冷ジャケット１内に還流させるように構成した沸
騰冷却式エンジンにおいて、上記放熱器２は、放熱フィ
ン２７を有する凝縮放熱部２６を上記循環往路３ａに連
通する空気溜まり部２１の上側に配置して成り、上記凝
縮放熱部２６で凝縮した冷媒液５を空気溜まり部２１か
ら循環往路３ａに流下させるように構成したことを特徴
とするものである。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
した沸騰冷却式エンジンにおいて、例えば図２に示すよ
うに、前記空気溜まり部２１の下側に放熱チューブ２２
を有する液冷部２５を付設したことを特徴とするもので
ある。

【０００９】請求項３に記載の発明は、請求項１又は請
求項２に記載した沸騰冷却式エンジンにおいて、例えば
図１又は図２に示すように、前記放熱部２に冷却ファン
４を設け、冷却風を吹き当てるように構成したことを特
徴とするものである。

【００１０】

【発明の作用・効果】本発明によれば次の作用効果を奏
する（図１参照）。（イ）請求項１に記載の発明では、従来例と同様の基本
構成を有する沸騰冷却式エンジンにおいて、放熱フィン
２７を有する凝縮放熱部２６が、循環往路３ａに連通す
る空気溜まり部２１の上側に配置されていることから、
冷媒蒸気とミスト状の冷媒液と空気との混在流が放熱器
２を構成する空気溜まり部２１内に流入すると、冷媒蒸
気よりも比重が大きい空気は、当該空気溜まり部２１内
に停留し、冷媒蒸気のみが空気溜まり部２１の上側に配
置した凝縮放熱部２６内に上昇し、当該凝縮放熱部２６
内で凝縮して復水する。そして凝縮復水した冷媒液５は
空気溜まり部２１から循環往路３ａに流下する。つま
り、空気溜まり部２１内では冷媒蒸気と空気との比重差
による分離がなされ、凝縮放熱部２６内では空気による
放熱の妨げがないので、冷媒蒸気は効率良く凝縮して復
水する。

【００１１】（ロ）請求項２に記載の発明では、請求項
１に記載した沸騰冷却式エンジンにおいて、図２に示す
ように、空気溜まり部２１の下側に放熱チューブ２２を
有する液冷部２５を付設したことから、ほとんどの空気
は空気溜まり部２１内に停留し、液冷部２５の放熱チュ
ーブ２２内には侵入しないので、液冷部２５内に流下し
た冷媒液５が効果的に冷却される。なお、冷媒蒸気は復
水によりその体積が略１０００分の１になるので、液冷
部２５の放熱チューブ２２の径は十分小さくできる。こ
れにより上記作用・効果（イ）の他に、液冷部２５は従
来の放熱器と比較して一層小型化できる。

【００１２】（ハ）請求項３に記載の発明では、請求項
１又は請求項２に記載した沸騰冷却式エンジンにおい
て、図１又は図２に示すように、放熱部２に冷却ファン
４を設け、冷却風を吹き当てるように構成したことか
ら、上記作用・効果（イ）（ロ）に加えて冷却効率を一
層高めることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係る沸
騰冷却式エンジンを示し、その放熱器のみを斜視図で示
し、その他の部分を縦断面図で示してある。この沸騰冷
却式エンジンは、図１に示すように、縦形単気筒の火花
点火式汎用エンジンで、クランクケース３１とシリンダ
３２とを一体化したシリンダブロック３３を備え、シリ
ンダ３２の上部にシリンダヘッド３０を組み付け、シリ
ンダヘッド３０の上部にロッカアームケース３４を組付
けて構成されている。クランクケース３１の内底部には
潤滑油３５を溜めている。

【００１４】この沸騰冷却式エンジンは、従来例と同様
の基本構成を備える。即ち、図１に示すように、液冷ジ
ャケット１と循環往路３ａと冷却ファン４を有する放熱
器２と循環帰路３ｂと液冷ジャケット１とを順に連通し
て冷媒循環経路３を構成し、上記液冷ジャケット１内で
の沸騰によって生じた冷媒液５の蒸気を循環往路３ａを
介して放熱部２内に導入し、上記放熱部２内で凝縮した
冷媒液５を循環帰路３ｂを介して上記液冷ジャケット１
内に還流させる。なお、循環帰路３ｂの途中にはポンプ
２８が設けられ、放熱器２で凝縮した冷媒液５はポンプ
２８で液冷ジャケット１に圧送するように構成されてい
る。また、液冷ジャケット１は、シリンダヘッド３０に
のみ設け、シリンダ３２には設けていない。

【００１５】以下、本発明に係る放熱器２の特徴構成に
ついて説明する。上記放熱器２は、循環往路３ａに連通
する空気溜まり部２１の上側に大径の３つの円筒状の凝
縮放熱部２６を立設配置し、多数の放熱フィン２７を有
するこの凝縮放熱部２６に冷却ファン４による冷却風を
吹き当て、当該凝縮放熱部２６で凝縮した冷媒液５を空
気溜まり部２１の流出口２ｂから循環往路３ａに流下さ
せるように構成されている。

【００１６】上記放熱器２によれば、冷媒蒸気とミスト
状の冷媒液と空気との混在流が流入口２ａより空気溜ま
り部２１内に流入すると、冷媒蒸気よりも比重が大きい
空気は、当該空気溜まり部２１内に停留し、冷媒蒸気の
みが空気溜まり部２１の上側に立設配置した各凝縮放熱
部２６内に上昇し、当該凝縮放熱部２６内で凝縮して復
水する。そして凝縮復水した冷媒液５は空気溜まり部２
１の流出口２ｂから循環往路３ａに流下する。つまり、
空気溜まり部２１内では冷媒蒸気と空気との比重差によ
る分離がなされ、凝縮放熱部２６内では空気による放熱
の妨げがないので、冷媒蒸気は効率良く凝縮して復水す
る。

【００１７】また、この実施形態では、アキュムレータ
７の冷媒溜め室８を冷媒往復通路６を介して循環帰路３
ｂの途中（液相部分）に気密に連通している。このアキ
ュムレータ７は、冷媒溜め室８と調圧室４２とを金属製
ダイヤフラム４３で区画して構成し、冷媒循環経路３の
内圧変動を吸収してその内圧をほぼ一定に維持し、冷媒
液５の沸点がほぼ一定になるように構成されている。

【００１８】図２は本発明の第２の実施形態に係る沸騰
冷却式エンジンの縦断面図である。この実施形態では、
上記空気溜まり部２１の下側に液冷部２５を付設した点
が第１の実施形態とは異なり、その他の点は図１と同様
に構成されている。上記液冷部２５は、空気溜まり部２
１の下側に多数の放熱フィン２３を有する複数の放熱チ
ューブ２２を垂下付設し、これらの放熱チューブ２２の
下端部を下部連通管２４を介して循環帰路３ｂに連通し
て成り、前記凝縮放熱部２６と液冷部２５とを一回り大
きな冷却ファン４で同時に冷却するように構成されてい
る。

【００１９】上記第２の実施形態によれば、ほとんどの
空気は空気溜まり部２１内に停留し、液冷部２５の放熱
チューブ２２内には侵入しないので、液冷部２５内に流
下した冷媒液５が効果的に冷却される。また、冷媒蒸気
は復水によりその体積が略１０００分の１になるので、
液冷部２５の放熱チューブ２２の径は十分小さくでき
る。これにより、液冷部２５は従来の放熱器と比較して
一層小型化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る沸騰冷却式エン
ジンを示し、その放熱器のみを斜視図で示し、その他の
部分を縦断面図で示した図である。

【図２】本発明の第２の実施形態に係る沸騰冷却式エン
ジンの縦断面図である。

【図３】従来技術に係る沸騰冷却式エンジンを示し、図
３（Ａ）はその縦断面図、図３（Ｂ）はその放熱器の正
面図、図３（Ｃ）はその放熱器のＢ−Ｂ線矢視断面図で
ある。

【符号の説明】

１…液冷ジャケット、２…放熱器、３…冷媒循環経路、
３ａ…循環往路、３ｂ…循環帰路、４…冷却ファン、５
…冷媒液、２１…空気溜まり部、２２…放熱チューブ、
２５…液冷部、２６…凝縮放熱部、２７…放熱フィン。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液冷ジャケット（１）と循環往路（３
ａ）と放熱器（２）と循環帰路（３ｂ）と液冷ジャケッ
ト（１）とを順に連通して冷媒循環経路（３）を構成
し、上記液冷ジャケット（１）内での沸騰によって生じ
た冷媒液（５）の蒸気を循環往路（３ａ）を介して放熱
器（２）内に導入し、上記放熱器（２）内で凝縮した冷
媒液（５）を循環帰路（３ｂ）を介して上記液冷ジャケ
ット（１）内に還流させるように構成した、沸騰冷却式
エンジンにおいて、上記放熱器（２）は、放熱フィン（２７）を有する凝縮
放熱部（２６）を上記循環往路（３ａ）に連通する空気
溜まり部（２１）の上側に配置して成り、上記凝縮放熱
部（２６）で凝縮した冷媒液（５）を空気溜まり部（２
１）から循環往路（３ａ）に流下させるように構成した
ことを特徴とする沸騰冷却式エンジン。
【請求項２】請求項１に記載した沸騰冷却式エンジン
において、前記空気溜まり部（２１）の下側に放熱チューブ（２
２）を有する液冷部（２５）を付設した、ことを特徴と
する沸騰冷却式エンジン。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載した沸騰冷
却式エンジンにおいて、前記放熱器（２）に冷却ファン
（４）を設け、冷却風を吹き当てるように構成した、こ
とを特徴とする沸騰冷却式エンジン。