JPS6183448A - 沸騰冷却式エンジンのコンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ウォータジャケットの所定レベルまで液相冷
媒を貯留しておき、その沸騰気化により効率の良い冷却
を行うようにした沸騰冷却式エンジンにおいて、発生蒸
気（気相冷媒）の凝縮に用いられるコンデンサに関する
。

〈従来の技術〉 エンジン冷却装置として、従前の水冷式冷却装置に代え
て、冷媒（冷却水）の沸騰・凝縮のサイクルを利用した
沸騰冷却装置が、例えば特開昭５７−６２９１２号公報
等において提案されており、更には本出願人も既に種々
の出願（特願昭５８−１４５４７０号等）を行っている
。これは基本的には、シリンダブロックとシリンダヘッ
ドとに亘って形成されたウォータジャケット内の所定レ
ベルまで液相冷媒を貯留しておき、この液相冷媒の沸騰
気化により各部を冷却すると共に、発生した蒸気をウォ
ータジャケットの上部から取り出して外部のコンデンサ
に導き、ここで凝縮液化させた後に再度ウォータジャケ
ット内に循環供給するものである。

ところで、この種の沸騰冷却装置における気相冷媒凝縮
用のコンデンサは、基本的には従前の水冷式冷却装置の
ラジェータと同じ構造であり、例えば第８図及び第９図
（昭和５７年９月２０日１日本自動車整備振興会連合会
発行「二級自動車ガソリン・エンジン」第４４頁参照）
に示すようになっていた。尚、図中５１はアッパタンク
、５２は座板、５３はコア部の冷媒チューブ、５４はコ
ア部の冷却フィンである。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、このような従来のコンデンサにあっでは
、アッパタンク５１の底壁部を形成する座板５２上に冷
媒チューブ５３の上端が突出しており、水冷式エンジン
のラジェータとして用いる場合は流速が遅いので問題は
ないが、沸騰冷却式エンジンでは蒸気の流速が速いため
、アッパタンク５１内に流入した蒸気が多数の冷媒チュ
ーブ５３内に分岐する際に第９図に示すような渦流を生
じ易く、ここで圧力損失を生じ、これがため、ウォータ
ジャケット内で発生した蒸気がウォータジャケット内に
滞留し易くなって冷却効率の低下を招いたり、冷媒循環
用のポンプの効率が悪化し、更には制御の応答性も悪化
するという問題点があった。

そこで本発明は、冷媒蒸気がアッパタンクから多数の冷
媒チューブに分岐する際の圧力損失を低減できる沸騰冷
却式エンジンに好適な構造のコンデンサを提供すること
を目的とする。

く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、本発明に係る沸騰冷却式エ
ンジンのコンデンサは、蒸気入口を有する上方のアッパ
タンクと、液化冷媒出口を存する下方のロアタンクと、
両タンクを連通ずる複数の上下方向の冷媒チューブから
なるコア部とを備えて構成され、かつ上記アッパタンク
の底壁部に接続した上記冷媒チューブの上端が、上記ア
ッパタンク内の空間に対し非突出状態に形成されている
。

く作用〉 従って、アッパタンクに流入した蒸気が冷媒チューブ内
に渦流等を生じることなく整流状態で流入し、ここでの
圧力損失を低減できる。

〈実施例〉 以下に本発明の詳細な説明する。

第１図〜第３図は本発明に係るコンデンサの一実施例を
示し、また第４図、更に第５図及び第６図は他の実施例
を示しているが、先ず第７図によってこのコンデンサが
用いられる沸騰冷却式エンジンの冷却系統の一例を説明
する。

第７図において、１はウォータジャケット２を備えてな
るエンジン、３は気相冷媒を凝縮するためのコンデンサ
、４は電動式の冷媒供給ポンプを夫々示しｔいる。

上記ウォータジャケット２は、エンジン１のシリンダ及
び燃焼室の外周部を包囲するようにシリンダプロ・／り
５及びシリンダヘッド６の両者に亘って形成されたもの
で、その上部の適宜な位置に蒸気比ロアが設けられてい
る。この蒸気比ロアは、接続管８及び蒸気通路９を介し
てコンデンサ３の後述するアッパタンク３１に連通して
おり、かつ上記接続管８には、冷媒循環系の最上部とな
る排出管取付部１０が上方に立上がった形で形成されて
いると共に、その上端開口をキャップ１）が密閉してい
る。

上記コンデンサ３は、例えば車両前部など車両走行風を
受は得る位置に設置され、更にその前面あるいは背面に
、強制冷却用の電動式冷却ファン１２を備えている。そ
して、このコンデンサ３の後述するロアタンク３２には
、その比較的下部に冷媒循環通路１３が接続され、この
冷媒循環通路１３は後述する第２電磁弁２１と上記冷媒
供給ポンプ４とを介して上記ウォータジャケット２の冷
媒人口１４に接続されている。

以上のウォータジャケット２−コンデンサ３→冷媒供給
ポンプ４−ウォータジャケット２の経路によって冷媒の
循環系が構成される。

次に１５はリザーバタンクを示し、このリザーバタンク
１５は上記循環系の系外に設けられて予備液相冷媒を貯
留するものであって、通気機能を有するキャップ１６を
介して大気に開放されていると共に、上記循環系の最上
端つまり接続管８の排出管取付部１０よりも高位置に液
面を確保し得るように車両の比較的高所に設置されてい
る。そして、排出管取付部１０には、系内の空気を排出
するため、第１電磁弁１７を介して空気排出通路１８が
接続されており、かつ空気排出時に同時に溢れ出た液相
冷媒を回収するために、上記空気排出通路１８の先端部
はリザーバタンク１５内に挿入され、その比較的上部に
開口している。

また、リザーバタンク１５の底部に、第１補助冷媒通路
１９と第２補助冷媒通路２０とが接続されている。上記
第１補助冷媒通路１９は三方弁である第２電磁弁２１を
介して上記冷媒循環通路１３の冷媒供給ポンプ４上流側
（吸入側）に接続されている。上記第２補助冷媒通路２
０は第３電磁弁２２を介してロアタンク３２の比較的上
部に接続されている。

上記各電磁弁１７．２１．２２．冷媒供給ポンプ４及び
冷却ファン１２は、マイクロコンピュータを用いた制御
装置２３によって駆動制御されるもので、具体的にはウ
ォータジャケット２に設けた第１液面センサ２４、温度
センサ２５、ロアタンク３２に設けた第２液面センサ２
６、及び循環系最上部に設けた負圧スイッチ２７の各検
出信号に基づいて後述する制御が行われる。

即ち、運転開始時には、第１電磁弁１７が開、第２電磁
弁２１が流路Ａ、第３電磁弁２２が閉となって冷媒供給
ポンプ４が一定時間駆動され、系外のりザーバタンク１
５から第１補助冷媒通路１９を通じて系内に液相冷媒が
導入され、系内の空気を空気排出通路１８を通じて系外
のりザーバタンク１５に排出する。そして、一旦満水と
なって後は、第１電磁弁１７が閉、第２電磁弁２１が流
路Ｂ、第３電磁弁２２が開となって、ウォータジャケッ
ト２内での沸騰開始による発生蒸気圧を利用して、系内
の余剰液相冷媒を第２補助冷媒通路２０を通じて系外の
りザーハクンク１５に排出し、このとき第１及び第２液
面センサ２４．２６の信号に基づいて第３電磁弁２２の
開閉制御と冷媒供給ポンプ４のＯＮ、ＯＦＦ制御とを行
ってウォータジャケット２内液面およびロアタンク３２
内液面が夫々所定のレベルになるようにし、系内の封入
液媒量を規定する。

その後の通常運転時には、第１電磁弁１７が閉、第２電
磁弁２１が流路Ｂ、第３電磁弁２２が閉となって、上記
循環系が密閉状態となり、この状態でウォータジャケッ
ト２での液相冷媒の沸騰気化によりエンジン１を冷却す
る。そして、発生した蒸気はコンデンサ３に送られ、こ
こで走行風及び温度センサ２５の信号に基づいて作動す
る冷却ファン１２の強制冷却風を受けて凝縮液化する。

液化した冷媒は、コンデンサ３下部のロアタンク３２に
一時的に貯留され、ここから第１及び第２液面センサ２
４゜２６の信号に基づく冷媒供給ポンプ４の作動により
ウォータジャケット２内の液面レベルを一定に保つよう
に循環供給される。また同時に封入冷媒の過不足の監視
や負圧スイッチ２７の信号に基づ（系内の負圧状態の監
視が行われ、冷媒過少回避、過多回避、更には負圧防止
制御が行われる。尚、制御の詳細は特願昭５９−１００
１５７号等に記載されている。

本発明に係るコンデンサ３は、第１図〜第３図に示すよ
うに、上方のアッパタンク３１と、下方のロアタンク３
２と、両者の間のコア部３３とから大略構成されている
。

上記アッパタンク３１及びロアタンク３２は銅あるいは
アルミニウム等の金属又は樹脂により作られており、ア
ッパタンク３１の底壁部及びロアタンク３２の上壁部は
別体の金属製座板３４．３５により形成しである。そし
て、アッパタンク３１の一端部側面でかつ土壁部近傍に
上記蒸気通路９が接続される蒸気入口３６が設けられ、
これとほぼ対角線上に位置するロアタンク３２の一端部
側面に上記冷媒循環通路１３が接続される液化冷媒出口
３７が設けられている。尚、第７図のシステムに適用す
る場合、口アタンク３２に更に第２補助冷媒通路２０の
接続口と第２液面センサ２６の取付口が設けられること
は言うまでもない。

上記コア部３３は、銅あるいはアルミニウム等の熱伝導
率の良い金属からなる上下方向に沿った多数の偏平な冷
媒チューブ３８と、この冷媒チューブ３８の間に設けら
れたコルゲート形若しくはプレート形等の冷却フィン３
９とからなり、アッパタンク３１及びロアタンク３２に
夫々上下端を接続した上記冷媒チューブ３８によって両
タンク３１．３２が連通されている。

ここで、上記冷媒チューブ３８の上端３８ａは、アッパ
タンク３１の底壁部を構成する座板３４のボス部３４ａ
に挿入されてろう付けにより接合され、更にボス部３４
ａよりも上方に突出しているが、この突出部を覆うよう
に座板３４上にガイド板４０が配置されている。このガ
イド板４０は、第３図に示すように嵌合穴４０ａを所定
の間隔で有しており、各嵌合穴４０ａの下部が冷媒チュ
ーブ３８の上端３８ａに嵌合される。また各嵌合穴４０
ａの下部にはボス部３４ａを逃げるための切欠きも設け
られている。更に、各嵌合穴４０８の上部即ち冷媒チェ
ーブ３８の端面より上方の部分はベルマウス状に拡開形
成されている。そして、このガイド板４０はアッパタン
ク３１の内側面に固定した断面り字状の押え具４１によ
り抜止めされている。尚、この押え具４１に代えて、第
４図に示すようにアッパタンク３１に一体に突出部３１
ａを形成するようにしてもよい。

上記のように構成されたコンデンサ３においては、冷媒
蒸気はアッパタンク３１の蒸気入口３６から流入し、各
冷媒チューブ３８を通過する間に冷却されて凝縮し、ロ
アタンク３２に集められた後に液化冷媒出口３７から液
相冷媒として取り出されるが、ガイド板４０により各冷
媒チューブ３８の上端３８ａがアッパタンク３１内の空
間に対し非突出状態に形成されているため、アッパタン
ク３１内から各冷媒チューブ３８への蒸気の流入がスム
ーズとなり、ここでの圧力損失を低減できる。

また、座板３４上にガイド板４０を配置して、その嵌合
穴４０ａを冷媒チューブ３８の上端３８ａに被せるだけ
でよく、製作が容易なチューブ突出型でも簡単な処理で
アッパタンク３１の底壁面を平にすることができる。更
にガイド板４０の嵌合穴４０ａを冷媒チューブ３８の端
面より上方にてベルマウス状に形成しであるので、これ
によって更に蒸気の流れを整流化することができる。

次に第５図及び第６図に示す実施例は、ガイド板４０の
上面に蒸気人口３６から遠ざかるに従ってアッパタンク
３１内の有効空間を小さくするように傾斜を付したもの
で、これによれば蒸気の各冷媒チューブ３８への分配の
均一化を計ることができる。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明に係る沸騰冷却式エンジンの
コンデンサによれば、アッパタンクからコア部の冷媒チ
ューブへの蒸気の流入がスムーズになって、圧力損失を
低減することができ、これにより冷却効率等を向上させ
ることができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すコンデンサの正面及び
側面の要部断面図、第２図は同上のコンデンサの全体図
、第３図は同上コンデンサに用いられるガイド板の斜視
図、第４図は第１図Ａ部の変形態様を示す断面図、第５
図は他の実施例を示すコンデンサの要部断面図、第６図
は同上コンデンサの全体図、第７図は本発明に係るコン
デンサが用いられる沸騰冷却式エンジンの冷却系統の一
例を示す構成図、第８図は従来のコンデンサの一例を示
す斜視図、第９図はその断面図である。 ３・・・コンデンサ　　３１・・・アッパタンク３２・
・・ロアタンク　　３３・・・コア部　　３６・・・蒸
気人口３７・・・液化冷媒出口　　３８・・・冷媒チュ
ーブ　　３８ａ・・・上端　　３９・・・冷却フィン　
　４０・・・ガイド板４０ａ・・・嵌合穴 特許出願人　　日産自動車株式会社 代理人　弁理士　笹　島　　冨二雄 ヘ　　　　、 第２図 第３図 第４図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）蒸気入口を有する上方のアッパタンクと、液化冷
   媒出口を有する下方のロアタンクと、両タンクを連通す
   る複数の上下方向の冷媒チューブからなるコア部とを備
   えて構成され、かつ上記アッパタンクの底壁部に接続し
   た上記冷媒チューブの上端が、上記アッパタンク内の空
   間に対し非突出状態に形成されていることを特徴とする
   沸騰冷却式エンジンのコンデンサ。
2. （２）上記アッパタンクの底壁面上に該面から突出する
   上記冷媒チューブの上端と嵌合する嵌合穴を有するガイ
   ド板が配置され、このガイド板により上記冷媒チューブ
   の上端が上記アッパタンク内の空間に対し非突出状態を
   なす特許請求の範囲第１項記載の沸騰冷却式エンジンの
   コンデンサ。
3. （３）上記ガイド板の嵌合穴が上記冷媒チューブの端面
   より上方にてベルマウス状に形成されている特許請求の
   範囲第２項記載の沸騰冷却式エンジンのコンデンサ。
4. （４）上記ガイド板の上面に上記蒸気入口から遠ざかる
   に従って上記アッパタンク内の空間を小さくするように
   傾斜が付されている特許請求の範囲第２項又は第３項記
   載の沸騰冷却式エンジンのコンデンサ。