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TECHNISCHES FELD
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem und insbesondere ein Kühlsystem mit einem Verbrennungsmotor und einem Stirlingmotor.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Es ist eine Technologie bekannt, nach der ein gemeinsames Kühlmedium durch einen Verbrennungsmotor und einen Stirlingmotor strömt. Die veröffentlichte japanische Patentanmeldung
JP 2005-90376 A offenbart eine mit einem wassergekühlten Verbrennungsmotor mit einem Kühlkreislauf versehene Leistungseinheit und einen Stirlingmotor mit einer Kühlvorrichtung, welche ein Arbeitsgas durch ein Kühlmittel kühlt, welches durch den Kühlkreislauf zirkuliert. Ferner offenbaren die veröffentlichte japanischen Patentanmeldungen
JP 2007-120312 A ,
JP 2005-248932 A und
JP 2000-73763 A relevante Technologien hinsichtlich der Struktur der vorliegenden Erfindung.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDEN AUFGABEN
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Wenn ein gemeinsames Kühlmedium durch einen Verbrennungsmotor und einen Stirlingmotor geleitet wird, können eine Pumpe zum Pumpen des Kühlmediums und eine Kühlvorrichtung, welche das Kühlmedium kühlt, gemeinsam verwendet werden. Dadurch kann aus Kostensicht eine vorteilhafte Struktur realisiert werden. Der Durchgang des gemeinsamen Kühlmediums kann durch Bereitstellen eines Verzweigungsdurchgangsabschnitts, welcher sich von einem Hauptdurchgangsabschnitt, durch welchen das Kühlmittel geleitet wird, verzweigt beziehungsweise abzweigt und sich dann dem Hauptdurchgangsabschnitt anschließt beziehungsweise in diesen mündet, und durch Anordnen des Stirlingmotors in dem Verzweigungsdurchgangsabschnitt realisiert werden.
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Jedoch ist in diesem Fall für das Kühlmedium ein Strömen durch den Verzweigungsdurchgangsabschnitt schwierig bzw. problematisch, wenn ein Teil des Hauptdurchgangsabschnitts, der sich nach der Abzweigung des Verzweigungsdurchgangsabschnitts und vor der Einmündung des Verzweigungsdurchgangsabschnitts in den Hauptdurchgangsabschnitt befindet, einen kleinen Strömungswiderstand für das Kühlmittel aufweist. Folglich kann ein effektives Kühlen des Stirlingmotors nicht sichergestellt werden. In dem Stirlingmotor ist eine umso größere Leistung verfügbar, je größer die Temperaturdifferenz zwischen der Niedrigtemperatur-Wärmequelle und der Hochtemperatur-Wärmequelle ist. Jedoch ist es nicht immer einfach, eine große Leistung herauszubekommen. Folglich ist es wünschenswert, das Kühlmedium so kalt wie möglich durch den Stirlingmotor zu leiten, um die effektive Kühlung sicherzustellen. Unter diesen Gesichtspunkten ist es wünschenswert, eine Technologie bereitzustellen, welche in der Lage ist, das dem Verbrennungsmotor und dem Stirlingmotor gemeinsame Kühlmedium auf geeignete Weise durch diese Motoren zu leiten.
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Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der obigen Probleme gemacht und hat die Aufgabe, eine Kühlsystem bereitzustellen, welches in der Lage ist, das dem Verbrennungsmotor und dem Stirlingmotor gemeinsame Kühlmedium auf geeignete Weise durch diese Motoren zu leiten.
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MITTEL ZUR LÖSUNG DER PROBLEME
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Die vorliegende Erfindung ist ein Kühlsystem, welches aufweist: einen Verbrennungsmotor, durch welchen ein Kühlmedium strömt; eine Pumpe, welche das Kühlmedium zu dem Verbrennungsmotor pumpt; eine Kühlvorrichtung, welche das durch den Verbrennungsmotor strömende Kühlmedium kühlt; einen Hauptdurchgangsabschnitt, welcher das Kühlmedium von der Kühlvorrichtung über die Pumpe durch den Verbrennungsmotor leitet; einen Stirlingmotor, durch welchen das Kühlmedium geleitet wird; einen Verzweigungsdurchgangsabschnitt, der sich an einem ersten Verbindungspunkt vom Hauptdurchgangsabschnitt verzweigt und an einem zweiten Verbindungspunkt in einen vom ersten Verbindungspunkt aus stromabwärtigen Teil des Hauptdurchgangsabschnitts mündet; und einem Widerstandsteil, welches als ein Strömungswiderstand des durch den Hauptdurchgangsabschnitt strömenden Kühlmediums fungiert; wobei der erste Verbindungspunkt und der zweite Verbindungspunkt in einem Teil des Hauptdurchgangsabschnitts zwischen der Kühlvorrichtung und der Pumpe vorgesehen sind und das Widerstandsteil in einem anderen Teil des Hauptdurchgangsabschnitts zwischen dem ersten Verbindungspunkt und dem zweiten Verbindungspunkt vorgesehen ist.
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Die vorliegende Erfindung kann so ausgebildet sein, dass sie ferner einen Bypassdurchgangsabschnitt aufweist, durch welchen das durch den Verbrennungsmotor strömende Kühlmedium geleitet wird, um die Kühlvorrichtung zu umgehen, wobei das Widerstandsteil ein Thermostat mit einem Bypassventil ist, welches zum Einstellen einer Temperatur des durch den Verbrennungsmotor geleiteten Kühlmediums durch Einstellen eines Verhältnisses einer Durchflussmenge des Kühlmediums zwischen einem Fall, in dem das Kühlmedium durch die Kühlvorrichtung geleitet wird, und einem weiteren Fall, in dem das Kühlmedium durch den Bypassdurchgangsabschnitt geleitet wird, geeignet ist.
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Die vorliegende Erfindung kann so ausgebildet sein, dass das Widerstandsteil ein variables Drosselventil ist, welches zum Ändern eines Reduzierungsgrads der Durchflussmenge des durchströmenden Kühlmediums geeignet ist.
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Die vorliegende Erfindung kann so ausgebildet sein, dass eine Querschnittsfläche eines durch den Verzweigungsdurchgangsabschnitt ausgebildeten Durchgangs kleiner als eine Querschnittsfläche eines durch den Hauptdurchgangsabschnitt gebildeten Durchgangs eingestellt ist.
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Die vorliegende Erfindung kann ausgebildet sein, dass sie ferner ein Durchflussmengenverhältnisänderungsteil aufweist, welches das Widerstandsteil aufweist und geeignet ist, das Verhältnis der Durchflussmenge des durch den Verbrennungsmotor geleiteten Kühlmediums und die Durchflussmenge des durch den Stirlingmotor geleiteten Kühlmediums einzustellen.
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WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das gemeinsame Kühlmedium durch den Verbrennungsmotor und den Stirlingmotor auf geeignete Weise geleitet werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Struktur eines Kühlsystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
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2 eine schematische Darstellung einer Struktur eines Kühlsystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
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3 eine schematische Darstellung einer Struktur eines Kühlsystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
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4 eine schematische Darstellung eines ersten Strömungsmodus eines Kühlmittels;
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5 eine schematische Darstellung eines zweiten Strömungsmodus eines Kühlmittels;
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6 eine schematische Darstellung eines dritten Strömungsmodus eines Kühlmittels; und
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7 eine Ansicht einer Beziehung zwischen einer Kühlmitteltemperatur an einem Einlass eines Stirlingmotors und einer Last eines Verbrennungsmotors.
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AUSFÜHRUNGSARTEN DER ERFINDUNG
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Ausführungsbeispiele werden nachfolgend in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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1 ist eine schematische Darstellung einer Struktur eines Kühlsystems 1A. Das Kühlsystem 1A weist einen Verbrennungsmotor 10, einen Stirlingmotor 20, eine Pumpe 31, eine Kühlvorrichtung 32 und ein Thermostat 33 auf. Ferner weist das Kühlsystem 1A einen Hauptdurchgangsabschnitt 41, einen Bypassdurchgangsabschnitt 42 und einen Verzweigungsdurchgangsabschnitt 43 auf. Die Durchgangsabschnitte 41, 42 und 43 können Rohre sein und Durchgänge bzw. Kanäle ausbilden, durch welche ein Kühlmittel, welches ein Kühlmedium ist, geleitet wird. Pfeile entlang der Durchgangsabschnitte 41, 42 und 43 stellen Strömungsrichtungen des Kühlmittels dar.
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Der Verbrennungsmotor 10 ist ein wassergekühlter Verbrennungsmotor und leitet das Kühlmittel durch diese Motoren. Die Pumpe 31 pumpt das Kühlmittel. Die Kühlvorrichtung 32 führt einen Wärmeaustausch zwischen dem strömenden Kühlmittel und Luft aus und kühlt auf diese Weise das Kühlmittel. Das Thermostat 33 stellt die Temperatur des durch den Verbrennungsmotor 10 geleiteten Kühlmittels ein. Das Thermostat 33 ist ein mechanisches Ventil, das in Übereinstimmung mit der Temperatur des Kühlmittels arbeitet.
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Der Verbrennungsmotor 10, die Pumpe 31, die Kühlvorrichtung 32 und das Thermostat 33 sind in dem Hauptdurchgangsabschnitt 41 vorgesehen. Der Hauptdurchgangsabschnitt 41 bildet einen Zirkulationsdurchgang, welcher das durch die Pumpe 31 gepumpte Kühlmittel durch den Verbrennungsmotor 10, die Kühlvorrichtung 32 und das Thermostat 33 in dieser Reihenfolge leitet, bevor es wieder zu der Pumpe 31 gelangt.
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Folglich pumpt die Pumpe 31 das Kühlmittel zum Verbrennungsmotor 10. Die Kühlvorrichtung 32 kühlt das Kühlmittel, das durch den Verbrennungsmotor 10 geleitet wurde. Der Hauptdurchgangsabschnitt 41 leitet das Kühlmittel von der Kühlvorrichtung 32 durch die Pumpe 31 zum Verbrennungsmotor 10. Die Pumpe 31 ist in dem Verbrennungsmotor 10 vorgesehen und ist eine durch Leistung des Verbrennungsmotors 10 angetriebene mechanische Pumpe. Die Pumpe 31 kann eine elektrische Pumpe sein.
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Der Bypassdurchgangsabschnitt 42 ist an dem Hauptdurchgangsabschnitt 41 vorgesehen. Der Bypassdurchgangsabschnitt 42 ist ein Durchgang, welcher die Kühlvorrichtung 32 umgeht. Folglich leitet der Bypassdurchgangsabschnitt 42 das Kühlmittel, welches durch den Verbrennungsmotor 10 geleitet wurde, um die Kühlvorrichtung 32 zu umgehen.
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Das Thermostat 33 ist an einem Verbindungspunkt, an welchem der Hauptdurchgangsabschnitt 41 und der Bypassdurchgangsabschnitt 42 miteinander verbunden sind, vorgesehen. Insbesondere ist das Thermostat 33 ein Thermostat mit einem Bypassventil, welches zum Einstellen der Temperatur des durch den Verbrennungsmotor 10 geleiteten Kühlmittels durch Einstellen des Verhältnisses der Durchflussmenge des Kühlmittels zwischen einem Fall, in dem das Kühlmittel durch die Kühlvorrichtung 32 geleitet wird, und einem weiteren Fall, in dem das Kühlmittel durch den Bypassdurchgangsabschnitt 42 geleitet wird, geeignet ist.
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Beim Einstellen des Verhältnisses der Durchflussmenge des Kühlmittels ist das Thermostat 33 in Betrieb beziehungsweise wird es betätigt, um zu verhindern, dass das Kühlmittel durch die Kühlvorrichtung 32 geleitet wird, bis das Aufwärmen des Verbrennungsmotors 10 nach einem Kaltstart beendet ist, d. h., bis die Temperatur des Kühlmittels auf eine geeignete Temperatur (beispielsweise 80°C) nach dem Kaltstart ansteigt. Nach Beendigung des Aufwärmens wird das Thermostat 33 betätigt, um das Verhältnis der Durchflussmenge des durch die Kühlvorrichtung 32 geleiteten Kühlmittels zu erhöhen, wenn die Temperatur des durch den Verbrennungsmotor 10 geleiteten Kühlmittels ansteigt (wenn beispielsweise die Last auf den Verbrennungsmotor 10 höher wird). Das Thermostat 33 kann betrieben werden, um nur eine kleine Menge an Kühlmittel durch die Kühlvorrichtung 32 zu leiten, bis das Aufwärmen des Verbrennungsmotors 10 nach dem Kaltstart beendet ist.
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Der Verzweigungsdurchgangsabschnitt 43 ist am Hauptdurchgangsabschnitt 41 vorgesehen. Der Verzweigungsdurchgangsabschnitt 43 ist so vorgesehen, dass der Stirlingmotor 20 in dem Verzweigungsdurchgangsabschnitt 43 vorgesehen ist. Der Querschnitt des durch den Verzweigungsdurchgangsabschnitt 43 gebildeten Durchgangs ist kleiner als der des durch den Hauptdurchgangsabschnitt 41 gebildeten Durchgangs. Insbesondere ist der Durchmesser des durch den Verzweigungsdurchgangsabschnitt 43 gebildeten Durchgangs kleiner als der des durch den Hauptdurchgangsabschnitt 41 gebildeten Durchgangs.
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Der Verzweigungsdurchgangsabschnitt 43 zweigt von dem Hauptdurchgangsabschnitt 41 an einem ersten Verbindungspunkt P1 in dem Hauptdurchgangsabschnitt 41 ab und mündet in den Hauptdurchgangsabschnitt 41 an einem zweiten Verbindungspunkt P2, welcher ein von dem ersten Verbindungspunkt P1 aus stromabwärtiger Teil des Hauptdurchgangsabschnitts 41 ist. Der Verzweigungsdurchgangsabschnitt 43 ist von dem Hauptdurchgangsabschnitt 41 an dem ersten Verbindungspunkt P1 abgezweigt, derart, dass das durch die Kühlvorrichtung 32 gekühlte Kühlmittel direkt durchgeleitet werden kann.
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Die Verbindungspunkte P1 und P2 sind in einem Abschnitt des Hauptverbindungsabschnitts 41 zwischen der Kühlvorrichtung 32 und der Pumpe 31 vorgesehen. Das Thermostat 33 ist in dem Hauptdurchgangsabschnitt 41 vorgesehen, um zwischen den Verbindungspunkten P1 und P2 eingesetzt zu sein. Das wie oben beschriebene Thermostat 33 entspricht einem Widerstandsteil, welches als ein Strömungswiderstand des durch den Hauptdurchgangsabschnitt 41 strömenden Kühlmittels fungiert.
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Der Stirlingmotor 20 ist mit einer Kühlvorrichtung 20a und einer Heizvorrichtung 20b ausgestattet. Der Stirlingmotor 20 leitet das Kühlmittel weiter. Insbesondere wird das Kühlmittel durch die Kühlvorrichtung 20a geleitet. Die Kühlvorrichtung 20a tauscht Wärme zwischen dem Kühlmittel und dem Arbeitsfluid aus und kühlt das Arbeitsfluid. Die Heizvorrichtung 20b tauscht Wärme zwischen dem Arbeitsfluid und Abgas des Verbrennungsmotors 10 aus und erwärmt das Arbeitsfluid.
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In dem Stirlingmotor 20 dient das Kühlmittel als eine Niedrigtemperatur-Wärmequelle des Stirlingmotors 20 und das Abgas dient als eine Hochtemperatur-Wärmequelle des Stirlingmotors 20. Wenn die Temperatur des Kühlmittels, welches durch die Kühlvorrichtung 20a strömt, verringert wird, wird die Temperaturdifferenz zwischen der Niedrigtemperatur-Wärmequelle und der Hochtemperatur-Wärmequelle erhöht. Folglich kann die Ausgangsleistung des Stirlingmotors 20 durch Verringern der Temperatur des Kühlmittels, welches durch die Kühlvorrichtung 20a strömt, erhöht werden.
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Im Folgenden werden Funktionen und Wirkungen des Kühlsystems 1A dargestellt. Das Kühlsystem 1A ist ausgebildet, um die Verbindungspunkte P1 und P2 in dem Abschnitt des Hauptdurchgangsabschnitts 41 zwischen der Kühlvorrichtung 32 und der Pumpe 31 aufzuweisen. Das Thermostat 33 fungiert als der Strömungswiderstand in dem Abschnitt des Hauptdurchgangsabschnitts 41 zwischen den Verbindungspunkten P1 und P2. Der Verzweigungsdurchgangsabschnitt 43 ist am Verbindungspunkt P1 abgezweigt.
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Auf diese Weise ist das Kühlsystem 1A dazu geeignet, eine Druckdifferenz zwischen den Verbindungspunkte P1 und P2 lediglich durch Betreiben der Pumpe 31 herzustellen. Folglich kann das Kühlmittel durch den Verzweigungsdurchgangsabschnitt 43 geleitet werden. Das Kühlsystem 1A ist geeignet, das Kühlmittel mit der niedrigsten Temperatur des durch das Kühlsystem 1A strömenden Kühlmittels durch den Stirlingmotor 20 zu leiten. Da das Kühlsystem 1A zum Sicherstellen einer effektiven Kühlung des Stirlingmotors 20 geeignet ist, ist das Kühlsystem 1A dazu geeignet, das gemeinsame Kühlmittel durch den Verbrennungsmotor 10 und den Stirlingmotor 20 auf geeignete Weise zu leiten.
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Das Kühlsystem 1A verwendet als ein Widerstandsteil das Thermostat 33, welches im Allgemeinen zum Einstellen des durch den Verbrennungsmotor 10 geströmten Kühlmittels verwendet wird. Folglich hat das Kühlsystem 1A aus Kostensicht eine vorteilhafte Struktur, so dass das Kühlsystem 1A das Kühlmittel auf geeignete Weise leiten kann.
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In dem Kühlsystem 1A wird das Verhältnis der Durchflussmenge des Kühlmittels zwischen dem Fall, in dem das Thermostat 33 das Kühlmittel durch die Kühlvorrichtung 32, und dem Fall, in dem das Kühlmittel zum Umgehen der Kühlvorrichtung 32 veranlasst wird, einstellen. In dieser Hinsicht verhindert das Thermostat 33, dass das Kühlmittel durch die Kühlvorrichtung 32 strömt, bis das Aufwärmen des Verbrennungsmotors 10 beendet ist. Auf diese Weise ist die Kühlvorrichtung dazu geeignet, das Kühlmittel auf geeignete Weise zu leiten, weil das Kühlsystem 1A zum Sicherstellen der effektiven Kühlung des Stirlingmotors 20 und Beschleunigen des Aufwärmens des Verbrennungsmotors 10 geeignet ist.
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In dem Kühlsystem 1A wird das Verhältnis der Durchflussmenge des durch die Kühlvorrichtung 32 geströmten Kühlmittels erhöht, wenn die Temperatur des durch den Verbrennungsmotor 10 geströmten Kühlmittels nach Abschluss des Aufwärmens ansteigt. Auf diese Weise fungiert das Thermostat 33 als ein vergleichsweise kleiner Strömungswiderstand.
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Auf diese Weise ist das Kühlsystem 1A dazu geeignet, den Verbrennungsmotor 10 auf geeignete Weise zu kühlen, wenn eine hohe beziehungsweise dringende Notwendigkeit zum Kühlen des Verbrennungsmotors 10 besteht. Ferner kühlt eine Reservekapazität den Stirlingmotor 20. Wenn folglich eine hohe Notwendigkeit zum Kühlen des Verbrennungsmotors 10 besteht, ist das Kühlsystem 1A dazu geeignet, das Kühlmittel zum sicheren Kühlen des Verbrennungsmotors 10 und simultanen Kühlen des Stirlingmotors 20 auf geeignete Weise zu leiten.
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In dem Kühlsystem 1A ist die Querschnittsfläche des durch den Verzweigungsdurchgangsabschnitt 43 gebildeten Durchgangs kleiner als die Querschnittsfläche des durch den Hauptdurchgangsabschnitt 41 gebildeten Durchgangs gestaltet. Auf diese Weise ist das Kühlsystem 1A dazu geeignet, vorzugsweise das Kühlmittel unter der Bedingung durch den Verbrennungsmotor 10 zu leiten, dass das Kühlmittel durch den Verbrennungsmotor 10 und den Stirlingmotor 20 geleitet wird. Wenn eine hohe Notwendigkeit zum Kühlen des Verbrennungsmotors 10 besteht, ist das Kühlsystem 1A auf diese Weise geeignet, das Kühlmittel auf geeignete Weise zu leiten, um das Kühlen des Verbrennungsmotors 10 sicherzustellen.
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Das Thermostat 33 kann ein elektrisch gesteuertes Ventil sein. In diesem Fall ist ferner eine elektronische Steuerungseinheit, welche den Betrieb des Thermostats 33 auf ähnliche Weise wie oben beschrieben auf der Basis von beispielsweise der Kühlmitteltemperatur und der Last des Verbrennungsmotors 10 steuert, vorgesehen, und ähnliche Funktionen und Wirkungen können erhalten werden. Dies gilt ebenso für die folgenden Ausführungsbeispiele.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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2 ist eine schematische Darstellung einer Struktur eines Kühlsystems 1B. Das Kühlsystem 1B ist im Wesentlichen das gleiche wie das Kühlsystem 1A, außer dass ferner ein Drosselventil 34 vorgesehen ist. Das Drosselventil 34 ist in dem Verzweigungsdurchgangsabschnitt 43 vorgesehen. Das Drosselventil 34 ist insbesondere in einem an der stromaufwärtigen Seite des Stirlingmotors 20 angeordneten Teil des Verzweigungsdurchgangsabschnitts 43 vorgesehen. Das Drosselventil 34 reduziert die Durchflussmenge des Kühlmittels, welches durch den Verzweigungsdurchgangsabschnitt 43 strömt, im Vergleich zu einem Fall, in dem das Drosselventil 34 nicht vorgesehen, durch Reduzierung der Durchflussmenge des Kühlmittels, welches durch das Drosselventil 34 strömt.
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Funktionen und Wirkungen des Kühlsystems 1B werden nachfolgend beschrieben. In einem beispielhaften Fall, in welchem der Verbrennungsmotor 10 nach Beendigung des Aufwärmens mit einer kleine beziehungsweise niedrigen Last betrieben wird, kann der Verbrennungsmotor 10 auf geeignete Weise, wie unten beschrieben, durch Veranlassen des Thermostats 33, um als ein vergleichsweise großer Strömungswiderstand zu fungieren, gekühlt werden. D. h., dass das Verhältnis der Durchflussmenge des Kühlmittels, welches durch die Kühlvorrichtung 32 strömt, vergleichsweise reduziert wird, um das Kühlmittel, welches durch die Kühlvorrichtung 32 strömt, und das Kühlmittel, welches durch den Bypassdurchgangsabschnitt 42 strömt, zu mischen, wobei der Verbrennungsmotor 10 auf geeignete Weise gekühlt werden kann.
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Wenn jedoch in diesem Fall der Verzweigungsdurchgangsabschnitt 43 einen kleinen Strömungswiderstand hat, kann das Kühlmittel durch die Kühlvorrichtung 32 mit einer Durchflussmenge strömen, welche höher als die durch das Thermostat 33 limitierte Durchflussmenge ist, und kann in den Verzweigungsdurchgangsabschnitt 43 strömen. Dann erreicht das in dem Verzweigungsdurchgangsabschnitt 43 strömende Kühlmittel den Verbrennungsmotor 10, welcher sehr stark gekühlt werden kann.
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Im Gegensatz dazu ist das Kühlsystem 16 ausgebildet, um die Durchflussmenge des Kühlmittels, welches durch den Verzweigungsdurchgangsabschnitt 43 strömt, durch das Drosselventil 34 zu reduzieren. Dadurch kann ein übermäßiges Kühlen des Verbrennungsmotors selbst dann, wenn das Thermostat 33 als ein vergleichsweise hoher Strömungswiderstand fungiert, verhindert werden. Auf diese Weise ist das Kühlsystem 16, verglichen mit dem Kühlsystem 1A, geeignet, das Kühlmittel auf geeignete Weise durch den Verbrennungsmotor 10 und den Stirlingmotor 20 zu leiten, um den Verbrennungsmotor 10 auf geeignete Weise zu kühlen, wenn das Thermostat 33 als ein vergleichsweise großer Strömungswiderstand fungiert.
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Drittes Ausführungsbeispiel
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3 ist eine schematische Darstellung einer Anordnung eines Kühlsystems 1C. Das Kühlsystem 1C ist im Wesentlichen das gleiche wie das Kühlsystem 16, außer dass ein variables Drosselventil 35 anstelle des Drosselventils 34 eingesetzt ist. Das variable Drosselventil 35 ist wie das Drosselventil 34 in dem Verzweigungsdurchgangsabschnitt 43 vorgesehen. Das variable Drosselventil 35 ändert den Grad der Reduzierung der Durchflussmenge des strömenden Kühlmittels. In dieser Hinsicht ist das variable Drosselventil 35 ein mechanisches Ventil, welches in Abhängigkeit des Drucks des Kühlmittels betrieben wird. Das variable Drosselventil 35 kann ein mechanisches Ventil sein, welches in Abhängigkeit der Temperatur des Kühlmittels arbeitet.
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Das variable Drosselventil 35 wird betrieben, um den Grad der Reduzierung der Durchflussmenge des strömenden Kühlmittels durch Erhöhung der Öffnungsmenge zu ändern, wenn das Thermostat 33 als ein vergleichsweise geringer Strömungswiderstand fungiert.
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4 ist eine schematische Darstellung eines ersten Strömungsmodus des Kühlmittels. 5 ist eine schematische Darstellung eines zweiten Strömungsmodus des Kühlmittels. 6 ist eine schematische Darstellung eines dritten Strömungsmodus des Kühlmittels. 4 zeigt einen Kühlmodus für den Fall, wenn der Motor kalt ist, und 5 zeigt einen Kühlmodus für den Fall, wenn der Verbrennungsmotor 10 mit niedriger/mittlerer Last betrieben wird. 6 zeigt einen Strömungsmodus für den Fall, wenn der Verbrennungsmotor 10 mit hoher Last betrieben wird. In den 4, 5 und 6 zeigen die dargestellten Pfeile, die jeweils über den Hauptdurchgangsabschnitten 41, Bypassdurchgangsabschnitten 42 beziehungsweise Verzweigungsdurchgangsabschnitten 43 liegen, die Strömungsrichtungen beziehungsweise Ströme des Kühlmittels an. Die Dicke jedes Pfeils stellt die Größe der Durchflussmenge dar. Gestrichelte Linien, welche jeweils die Hauptdurchgangsabschnitte 41, die Bypassdurchgangsabschnitte 42 und die Verzweigungsdurchgangsabschnitte 43 zeigen, stellen jeweils Zustände dar, in welchen das Kühlmittel nicht strömt.
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Wie es in 4 gezeigt ist, durchströmt das von der Pumpe 31 in dem Motorkaltzustand ausgestoßene Kühlmittel den Verbrennungsmotor 10 und strömt in den Hauptdurchgangsabschnitt 41. Das gesamte Kühlmittel, welches den Hauptdurchgangsabschnitt 41 durchströmt, strömt in den Bypassdurchgangsabschnitt 42. Das Kühlmittel, welches in den Bypassdurchgangsabschnitt 42 geströmt ist, strömt über das Thermostat 33 wieder in den Hauptdurchgangsabschnitt 41 und kehrt zur Pumpe 31 zurück. Folglich strömt das Kühlmittel zu dieser Zeit nicht durch die Kühlvorrichtung 32. Ferner strömt das Kühlmittel nicht durch den Verzweigungsdurchgangsabschnitt 43 und den Stirlingmotor 20. Wie oben beschrieben wurde, kann zu dieser Zeit nur eine kleine Kühlmittelmenge durch die Kühlvorrichtung 32 geleitet werden.
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Wie es in 5 gezeigt ist, wenn der Verbrennungsmotor mit niedriger/mittlerer Last betrieben wird, strömt das von der Pumpe 31 ausgestoßene Kühlmittel durch den Verbrennungsmotor 10 und dann durch den Hauptdurchgangsabschnitt 41. Dann strömt ein Teil des durch den Hauptdurchgangsabschnitt 41 strömenden Kühlmittels in den Bypassdurchgangsabschnitt 42. Das in den Bypassdurchgangsabschnitt 42 strömende Kühlmittel strömt über das Thermostat 33 wieder in den Hauptdurchgangsabschnitt 41 und kehrt zur Pumpe 31 zurück.
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Unterdessen strömt das Kühlmittel, welches nicht in den Bypassdurchgangsabschnitt 42 strömt, durch die Kühlvorrichtung 32. Danach strömt ein Teil des Kühlmittels separat in den Verzweigungsdurchgangsabschnitt 43. Das Kühlmittel, welches nicht separat in den Verzweigungsdurchgangsabschnitt 43 strömt, kehrt über das Thermostat 33 zur Pumpe 31 zurück. Im Gegensatz dazu strömt das Kühlmittel, welches in den Verzweigungsdurchgangsabschnitt 43 fließt, separat durch das variable Drosselventil 35 und den Stirlingmotor 20 und kehrt zum Hauptdurchgangsabschnitt 41 zurück, bevor es zur Pumpe 31 zurückkehrt. Zu dieser Zeit öffnet das variable Drosselventil 35 das Ventil mit einer vergleichsweise kleinen Öffnungsmenge, um zu verhindern, dass das Kühlmittel übermäßig durch den Stirlingmotor 20 strömt.
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Wie es in 6 dargestellt ist, wenn der Verbrennungsmotor 10 mit hohen Lasten wie beispielsweise Volllast betrieben wird, strömt das von der Pumpe 31 ausgestoßene Kühlmittel durch den Verbrennungsmotor 10 und strömt dann durch den Hauptdurchgangsabschnitt 41. Das gesamte Kühlmittel strömt in die Kühlvorrichtung 32, ohne separat in den Bypassdurchgangsabschnitt 42 zu strömen. Nach dem Durchströmen der Kühlvorrichtung 32 strömt das Kühlmittel separat in den Verzweigungsdurchgangsabschnitt 43 und kehrt über das Thermostat 33 oder den Verzweigungsdurchgangsabschnitt 43 zur Pumpe 31 zurück. Zu dieser Zeit wird das variable Drosselventil 35 mit einer vergleichsweise großen Öffnungsmenge (zum Beispiel vollständiges Öffnen) geöffnet.
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Das Thermostat 33 und das variable Drosselventil 35 entsprechen einer Durchflussmengenverhältnis-Änderungseinheit, welche geeignet ist, das Verhältnis der Durchflussmenge des durch den Verbrennungsmotor 10 strömenden Kühlmittels und die Durchflussmenge des durch den Stirlingmotor 20 strömenden Kühlmittels zu ändern.
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Nachfolgend werden Funktionen und Wirkungen des Kühlsystems 1C beschrieben. 7 ist eine Ansicht einer Beziehung zwischen der Temperatur Ts_in des Kühlmittels an einem Einlass des Stirlingmotors 20 und der Last des Verbrennungsmotors 10. In 7 ist eine Temperatur T1 die Kühlmitteltemperatur an einem Einlass der Kühlvorrichtung 32, eine Temperatur T2 die Kühlmitteltemperatur an einem Einlass des Verbrennungsmotors 10 und eine Temperatur T3 die Umgebungstemperatur. Die Temperaturen T1, T2 und T3 betragen beispielsweise jeweils 100°C, 80°C und 40°C.
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Wenn der Verbrennungsmotor 10 mit niedriger/mittlerer Last betrieben wird, bewirkt das Thermostat 33 in dem Kühlsystem 1C, dass das Kühlmittel teilweise separat in den Bypassdurchgangsabschnitt 42 strömt, und reduziert auf diese Weise die Durchflussmenge des durch die Kühlvorrichtung 32 strömenden Kühlmittels. Zu dieser Zeit wird das variable Drosselventil 35 mit einer vergleichsweise kleinen Öffnungsmenge geöffnet, selbst wenn das Thermostat 33 als ein vergleichsweisweise großer Strömungswiderstand fungiert.
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Wenn der Verbrennungsmotor 10 mit einer niedrigen/mittleren Last betrieben wird, ist auf diese Weise das Kühlsystem 1C zum Kühlen des Kühlmittels geeignet, so dass dieses eine große Reservekapazität für das Kühlen des Verbrennungsmotors 10 hat. Ferner kann das Kühlmittel, nachdem es durch die Kühlvorrichtung 32 gekühlt wurde, zum Verbrennungsmotor 10 und Stirlingmotor 20 geleitet werden.
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Auf diese Weise werden das durch die Kühlvorrichtung 32 gekühlte Kühlmittel und das zum Umgehen der Kühlvorrichtung 32 veranlasste Kühlmittel miteinander vermischt und anschließend durch den Verbrennungsmotor 10 geleitet, derart, dass die Temperatur T2 auf eine geeignete Temperatur eingestellt werden kann. Ebenso wird das Kühlmittel, welches gekühlt wurde, um für das Kühlen des Verbrennungsmotors 10 eine große Reservekapazität zu haben, durch den Stirlingmotor 20 geleitet, damit die Temperatur Ts_in verglichen mit der Temperatur T2 in hohem Maße gesenkt werden kann.
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Wenn der Verbrennungsmotor 10 mit hoher Last betrieben wird, leitet das Thermostat 33 in dem Kühlsystem 1C das gesamte Kühlmittel durch die Kühlvorrichtung 32. Zu dieser Zeit wird das variable Drosselventil 35 mit einer vergleichsweise großen Öffnungsmenge geöffnet, selbst wenn das Thermostat 33 als ein vergleichsweise kleiner Strömungswiderstand fungiert.
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Auf diese Weise ist das Kühlsystem 1C geeignet, das Kühlmittel durch den Stirlingmotor 20 mit einer Durchflussmenge zu leiten, welche höher als die Durchflussmenge ist, wenn der Verbrennungsmotor 10 mit niedriger/mittlerer Last betrieben wird, wobei vorzugsweise das durch die Kühlvorrichtung 32 gekühlte Kühlmittel durch den Verbrennungsmotor 10 geleitet wird. Auf diese Weise kann der Stirlingmotor 20 gekühlt werden, während vorzugsweise der Verbrennungsmotor 10 gekühlt wird.
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Wie oben beschrieben, ist das Kühlsystem 1C dazu geeignet, das Kühlmittel auf geeignete Weise durch den Verbrennungsmotor 10 und den Stirlingmotor 20 in Übereinstimmung mit den Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 10 zu leiten und ist folglich dazu geeignet, das Kühlmittel im Vergleich zum Kühlsystem 1B auf geeignete Weise zu leiten.
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Das variable Drosselventil 35 kann ein elektronisches Steuerungsventil sein. In diesem Fall ist ferner eine elektronische Steuerungseinheit bereitgestellt, welche den Betrieb des variablen Drosselventils 35 auf der Basis der Kühlmitteltemperatur und der Last des Verbrennungsmotors 10 auf die gleiche wie die oben beschriebene Weise steuert, derart, dass ähnliche Funktionen und Wirkungen erhalten werden können.
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Während beispielhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Es können verschiedene Variationen und Modifikationen innerhalb des Anwendungsbereichs der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden.
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Beispielsweise kann das Widerstandsteil ein variables Drosselventil sein. Selbst in diesem Fall kann ein effektives Kühlen des Stirlingmotors sichergestellt werden. Wenn die Temperatur des durch den Verbrennungsmotor geströmten Kühlmittels höher ist, wird die Öffnungsmenge geändert, um eine höhere Durchflussmenge des strömenden Kühlmittels zu erhalten, damit der Stirlingmotor unter Sicherstellung der Kühlung des Verbrennungsmotors bei hoher Notwendigkeit des Kühlens des Verbrennungsmotors gekühlt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1A, 1B, 1C
- Kühlsystem
- 31
- Pumpe
- 32
- Kühlvorrichtung
- 33
- Thermostat
- 41
- Hauptdurchgang
- 42
- Bypassdurchgang
- 43
- Verzweigungsdurchgang
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2005-90376 A [0002]
- JP 2007-120312 A [0002]
- JP 2005-248932 A [0002]
- JP 2000-73763 A [0002]
