JP2009127888A - Heat exchanger and engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、低温流体と高温流体との熱交換を行う熱交換器及び当該熱交換器を備えるエンジンに関する。 The present invention relates to a heat exchanger that performs heat exchange between a low-temperature fluid and a high-temperature fluid, and an engine including the heat exchanger.
従来、エンジンの冷却装置では、ラジエータで冷却された液体冷媒がウォータポンプにより圧送され、ウォータジャケット内を循環してエンジン各部を冷却する強制循環方式が採用されている。このような冷却方式とは異なる冷却方式として、供給された冷媒の蒸発により冷却部位を冷却するものが特許文献1に開示されている。このような冷媒の蒸発による冷却方式は冷媒が蒸発する際の潜熱を利用するので、冷却部位と冷媒との間の熱交換量が強制循環方式に比べて極めて多く、より少ない冷媒量で同等の冷却効果が得られる。
2. Description of the Related Art Conventionally, an engine cooling device employs a forced circulation system in which liquid refrigerant cooled by a radiator is pumped by a water pump and circulated in a water jacket to cool each part of the engine. As a cooling method different from such a cooling method,
ところで、このような冷却装置には、蒸発した冷媒を凝縮し液化する凝縮器が備えられている。このような凝縮器の容量が小さい場合、冷媒からの放熱量は減少し、凝縮器の容量が大きい場合、冷媒からの放熱量が増加する。すなわち、冷媒からの放熱量は凝縮器の容量に依存する。このため、冷媒から放熱される熱量が凝縮器の放熱量に適する場合、このような凝縮器は良好な冷却状態を維持することができる。ところが、冷媒の温度はエンジンの運転状態により様々に変化するため、冷媒から放熱させる熱量は一定ではない。このため、放熱量が一定の凝縮器では、冷媒の過剰な冷却や冷却不足を生じることがある。 By the way, such a cooling device is provided with a condenser that condenses and liquefies the evaporated refrigerant. When the capacity of such a condenser is small, the amount of heat released from the refrigerant decreases, and when the capacity of the condenser is large, the amount of heat released from the refrigerant increases. That is, the amount of heat released from the refrigerant depends on the capacity of the condenser. For this reason, when the amount of heat radiated from the refrigerant is suitable for the amount of heat released from the condenser, such a condenser can maintain a good cooling state. However, since the temperature of the refrigerant varies depending on the operating state of the engine, the amount of heat radiated from the refrigerant is not constant. For this reason, in a condenser with a constant heat radiation amount, the refrigerant may be excessively cooled or insufficiently cooled.
このような課題を解決する沸騰冷却装置が特許文献2に開示されている。特許文献2に開示された沸騰冷却装置は、凝縮器とは別に放熱器を備え、ウォータジャケット内の冷媒温度が適正値を超える場合には、冷却水の一部をこの放熱器へ供給する。このような沸騰冷却装置では、凝縮器の容量設定が可能であり、凝縮器の能力を過不足なく使用することを目的としている。
A boiling cooling device that solves such a problem is disclosed in
ところで、蒸発によりエンジンを冷却する冷却方式は、冷媒が蒸発する際の潜熱を利用するため、エンジン本体から吸熱し蒸発することのできる状態の冷媒をウォータジャケット内へ供給することが必要である。しかしながら、特許文献2の沸騰冷却装置では、放熱器へ冷媒を導入する場合、放熱器により冷却された冷媒の温度の情報は考慮していないため、蒸発に適した温度以下の冷媒がウォータジャケット内へ供給されることが考えられる。また、上述の通り、冷媒の蒸発によりエンジンを冷却する方式では、冷却に使用される冷媒が凝縮器の容積に対して少量である。このように、凝縮器の容積に対し流通する冷媒が少量であると、冷媒が受ける表面張力の影響が大きくなり、冷媒が凝縮器内に滞留してしまうことがある。これにより、冷媒の循環が滞ることが考えられる。
By the way, since the cooling system that cools the engine by evaporation uses latent heat when the refrigerant evaporates, it is necessary to supply the refrigerant that can absorb heat and evaporate from the engine body into the water jacket. However, in the boiling cooling device of
また、特許文献2の沸騰冷却装置のように、凝縮器とは異なる放熱器を備えると、ウォータジャケット、放熱器等を接続する冷却水の通路の構成が必要になり、エンジン内部が煩雑になるとともに、生産コストが増加する。
In addition, when a radiator different from the condenser is provided as in the boiling cooling device of
そこで、本発明は、導入される流体の状態に関わらず、熱交換後の流体の温度を適温に維持することを課題とする。 Accordingly, an object of the present invention is to maintain the temperature of the fluid after heat exchange at an appropriate temperature regardless of the state of the introduced fluid.
かかる課題を解決する本発明の熱交換器は、第一の流体と第二の流体との間で熱交換を行う熱交換部と、当該熱交換部の使用領域を増減させる制御手段と、を備えたことを特徴とする(請求項1)。このような構成とすることにより、熱交換器は、その時々の第一の流体に必要な熱交換量に応じて、熱交換能力を変化させることができる。例えば、第一の流体がエンジンを冷却する冷媒であるとき、熱交換器は熱交換部の使用領域を変化させることにより、その時々の冷媒に必要な放熱量に応じた冷却能力を発揮することができる。これにより、熱交換器は、冷媒がエンジンの冷却に適した温度となるように冷媒を冷却することができる。また、熱交換部の使用領域を流体の流量に適合させることにより、流体の滞留による循環不良を抑制することができる。 The heat exchanger of the present invention that solves such a problem includes a heat exchange unit that exchanges heat between the first fluid and the second fluid, and a control unit that increases or decreases the use area of the heat exchange unit. (Claim 1). By setting it as such a structure, the heat exchanger can change the heat exchange capability according to the heat exchange amount required for the 1st fluid at that time. For example, when the first fluid is a refrigerant that cools the engine, the heat exchanger can change the usage area of the heat exchange unit to exhibit a cooling capacity corresponding to the amount of heat release required for the refrigerant at that time. Can do. Thereby, the heat exchanger can cool the refrigerant so that the refrigerant has a temperature suitable for cooling the engine. In addition, by adapting the use area of the heat exchange unit to the flow rate of the fluid, poor circulation due to fluid retention can be suppressed.
このような熱交換器において、前記熱交換部は、並列配置され、前記第一の流体が流通する複数の第一流体流通部と、前記第一の流体を前記第一流体流通部へ導入する流体導入部と、を備え、前記制御手段は、前記流体導入部内に配置された開閉弁とした構成とすることができる(請求項2)。このような構成とすることにより、並列した熱交換部の一部にだけ第一の流体を通過させることができる。すなわち、熱交換部の一部を使用領域とすることができる。第一の流体が通過する熱交換部のみ熱交換に使用される。これにより、熱交換器の冷却能力を制御することができる。このような熱交換部は、内部に第一の流体が存在し、外部に第二の流体が存在するように形成された管体、板体などから構成することができる。 In such a heat exchanger, the heat exchange part is arranged in parallel, and introduces the plurality of first fluid circulation parts through which the first fluid flows, and the first fluid into the first fluid circulation part. A fluid introduction part, and the control means may be an on-off valve disposed in the fluid introduction part (claim 2). By setting it as such a structure, a 1st fluid can be allowed to pass through only a part of parallel heat exchange part. That is, a part of the heat exchange part can be used. Only the heat exchange section through which the first fluid passes is used for heat exchange. Thereby, the cooling capacity of the heat exchanger can be controlled. Such a heat exchange part can be comprised from the pipe | tube body, plate body, etc. which were formed so that a 1st fluid might exist inside and a 2nd fluid might exist outside.
さらに、このような熱交換器において、前記熱交換部は、並列配置され、前記第一の流体が流通する複数の第一流体流通部と、前記第一の流体を前記第一流体流通部へ導入する流体導入部と、を備え、前記制御手段は、前記流体導入部内に配置された電磁弁を備え、前記流体導入部内へ流入する第一の流体の流量、圧力、温度の情報の少なくとも一つに基づいて、前記電磁弁の開閉状態を切替える構成とすることができる(請求項3)。このような構成とすることにより、熱交換器に流入する第一の流体を目標の温度とするために必要な熱交換量を算出し、算出された熱交換量となるように熱交換部の使用領域を制御することができる。これにより、熱交換器は、熱交換後の第一の流体を目標の温度とする制御をすることができる。 Furthermore, in such a heat exchanger, the heat exchange part is arranged in parallel, and a plurality of first fluid circulation parts through which the first fluid circulates, and the first fluid to the first fluid circulation part. A fluid introduction part to be introduced, wherein the control means comprises an electromagnetic valve disposed in the fluid introduction part, and at least one of information on the flow rate, pressure, and temperature of the first fluid flowing into the fluid introduction part. The electromagnetic valve can be configured to switch the open / closed state of the electromagnetic valve based on the above (claim 3). By adopting such a configuration, the amount of heat exchange necessary for setting the first fluid flowing into the heat exchanger to the target temperature is calculated, and the heat exchange unit is configured so as to obtain the calculated heat exchange amount. The use area can be controlled. Thereby, the heat exchanger can perform control which makes the 1st fluid after heat exchange the target temperature.
また、本発明の熱交換器において、前記熱交換部は、内部に第一の流体が存在し、外部に第二の流体が存在する管体とし、前記制御手段は、前記管体内に配置され、当該管体に存在する第一の流体の温度情報に基づいて第一の流体の流通経路を切替える切替弁とした構成とすることができる(請求項4)。このような構成とすることにより、管体の一部にだけ冷媒を通過させることができる。すなわち、熱交換器は、熱交換部の一部を使用領域とすることができる。 Further, in the heat exchanger according to the present invention, the heat exchanging section is a tubular body in which the first fluid is present and the second fluid is present outside, and the control means is disposed in the tubular body. The switching valve can be configured to switch the flow path of the first fluid based on the temperature information of the first fluid existing in the tubular body (claim 4). By setting it as such a structure, a refrigerant | coolant can be allowed to pass through only a part of tubular body. That is, in the heat exchanger, a part of the heat exchange part can be used.
さらに、本発明のエンジンは、上記の本発明の熱交換器と、エンジン内に形成され、第一の流体が流通するとともに、エンジンの廃熱により第一の流体が蒸発する蒸発部と、を備え、前記熱交換器は、前記蒸発部で蒸発した前記第一の流体を第二の流体との熱交換により液化することを特徴とする(請求項5)。このような構成とすることにより、エンジンの運転状態に関わらず、エンジン内に供給する冷媒の温度を、エンジンを冷却に適した温度とすることができる。熱交換器はエンジン内に供給する冷媒を、エンジンを冷却するのに適切な温度へ冷却する。これにより、冷媒がエンジン内部で蒸発し、エンジン内部を運転に適した温度へ冷却する。このように、本発明の熱交換器を備えたエンジンは、適温に維持される。 Furthermore, an engine of the present invention includes the heat exchanger of the present invention described above, and an evaporation section that is formed in the engine and in which the first fluid flows and the first fluid evaporates due to the waste heat of the engine. And the heat exchanger liquefies the first fluid evaporated in the evaporation section by heat exchange with a second fluid (Claim 5). By setting it as such a structure, the temperature of the refrigerant | coolant supplied in an engine can be made into the temperature suitable for engine cooling irrespective of the driving | running state of an engine. The heat exchanger cools the refrigerant supplied into the engine to a temperature suitable for cooling the engine. Thereby, the refrigerant evaporates inside the engine, and cools the inside of the engine to a temperature suitable for operation. Thus, the engine provided with the heat exchanger of the present invention is maintained at an appropriate temperature.
本発明の熱交換器は、熱交換後の流体の温度を適温に維持することができる。 The heat exchanger of the present invention can maintain the temperature of the fluid after heat exchange at an appropriate temperature.
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明の実施例1について図面を参照しつつ説明する。図1は、本実施例の熱交換器1の概略構成を示した説明図である。熱交換器1は、高温の冷媒をエアと熱交換させて冷却する装置である。熱交換器1は、複数の管体2と入口側タンク3と出口側タンク4とを備えている。
管体2は本発明の第一流体流通部に相当する。複数の管体2は平行に配置され、それぞれ、入口側タンク3と出口側タンク4とを並列に連通している。管体2の内部は、本発明の第一の流体に相当する冷媒が流通する。冷媒は、入口側タンク3から管体2を通過し、出口側タンク4へ流通する。また、隣り合う管体2の間にはコルゲートフィン(図示しない)が配置されている。このようなコルゲートフィンの隙間、すなわち、管体2の外部を本発明の第二の流体に相当するエアが通過する。これにより、冷媒とエアは管体2を介して熱交換する。
The
入口側タンク3は、本発明の流体導入部に相当する。入口側タンク3内には、第一電磁弁5、第二電磁弁6が備えられている。また、第一電磁弁5は第二電磁弁6よりも入口側タンク3の導入部3a側に配置されている。第一電磁弁5、第二電磁弁6は、ECU(Electronic Control Unit)7と電気的に接続されており、ECU7の信号に基づいて、開閉状態が変更する。第一電磁弁5、第二電磁弁6が開弁状態である場合、入口側タンク3内全体へ冷媒が行きわたることができる。この場合、冷媒は、全ての管体2へ流入することができる。一方、第一電磁弁5が閉弁状態となる場合、入口側タンク3内の導入部3aから第一電磁弁5までの間を冷媒が流通することができる。第二電磁弁6が閉弁状態となる場合、入口側タンク3内の導入部3aから第二電磁弁6までの間を冷媒が流通することができる。これらの電磁弁の開閉状態に応じて、冷媒が流通する管体2と流通しない管体2とが生じる。すなわち、冷媒の熱交換部の使用領域が変更される。このような第一電磁弁5及び第二電磁弁6は本発明の開閉弁に相当する。
The
さらに、入口側タンク3内には、入口側タンク3内へ流入する冷媒の状態に関する情報を取得する流量センサ8、圧力センサ9、温度センサ10が備えられている。これらのセンサはそれぞれECU7と電気的に接続されている。ECU7は、これらのセンサから取得される入口側タンク3内に流入した冷媒の流量及び圧力及び温度の情報に基づいて、第一電磁弁5及び第二電磁弁6の開閉状態を決定する。なお、図1は、第一電磁弁5が開弁状態、第二電磁弁6が閉弁状態の様子を示している。
Further, the
このような構成を有する熱交換器1には、過熱蒸気状態、飽和蒸気状態、液相状態のうちのいずれかの状態、又は、複数の状態が混合した状態の冷媒が導入される。また、熱交換器1は、出口側タンク4の導出部4aから導出される冷媒を液相の状態とし、冷媒の温度が目標温度Ttとなるように冷却する。
The
次に、ECU7が行う第一電磁弁5、第二電磁弁6の制御について詳細に説明する。図2はECU7が行う制御の一例を示すフローである。
Next, the control of the
ECU7はステップS1で流量センサ8、圧力センサ9、温度センサ10から入口側タンク3内へ流入する冷媒の圧力P、温度T、流量Vの各情報を取得する。次に、ECU7は、ステップS2で冷媒が過熱蒸気か否かを判断する。冷媒が過熱蒸気状態、飽和蒸気状態、液相状態のうちのいずれかの状態であるかは、ステップS1で取得した圧力Pと温度Tの情報から算出される。図3は、冷媒の飽和蒸気圧曲線を示した説明図である。図3中に示した実線は飽和蒸気圧曲線を示している。圧力Pと温度Tとの情報が図3中の気相の領域にプロットされる場合、冷媒は主に過熱蒸気の状態である。ECU7はこのような冷媒の飽和蒸気における圧力と温度の関係に基づいて、冷媒の状態を判断する。ステップS2でECU7がYESと判断する場合、すなわち、冷媒が過熱蒸気であると判断された場合、ステップS3へ進む。
In step S1, the
ECU7はステップS3で冷媒を目標温度Ttまで冷却するために必要な放熱量Qを算出する。ここで、熱量Qは以下の式で示される。
In step S3, the
Q=Qa+Qb+Qc (1)
Qa=m・Ca・Δta (2)
Qb=m・Cb (3)
Qc=m・Cc・Δtc (4)
m :冷媒の質量
Ca:気相冷媒の定圧比熱
Cb:冷媒の気相液相間の潜熱
Cc:液相冷媒の比熱
Δta:過熱蒸気の温度と飽和蒸気温度との温度差
Δtc:目標温度と飽和液温度との温度差
Q = Q a + Q b + Q c (1)
Q a = m · C a · Δt a (2)
Q b = m · C b (3)
Q c = m · C c · Δt c (4)
m : Mass of refrigerant
C a : constant pressure specific heat of gas-phase refrigerant
C b : latent heat between gas phase and liquid phase of refrigerant
C c : Specific heat of liquid phase refrigerant
Δt a : temperature difference between superheated steam temperature and saturated steam temperature Δt c : temperature difference between target temperature and saturated liquid temperature
式(2)のQaは、過熱蒸気を飽和蒸気とするために冷媒が放熱する熱量を示している。式(3)のQbは、気相の飽和蒸気を液相の飽和液へ状態変化させる際に冷媒が放熱する熱量を示している。また、式(4)のQcは、飽和液温度の液相冷媒を目標温度の液相冷媒とするために冷媒が放熱する熱量を示している。すなわち、式(1)に示すように、過熱蒸気の状態の冷媒を目標温度Ttの液相冷媒とするために必要な放熱量は、Qa、Qb、Qcの合計となる。図4は、これらの熱量を飽和蒸気圧曲線と対応させて示した説明図である。過熱蒸気は飽和蒸気となるためにQaの熱量を放熱し、飽和蒸気から飽和液への状態変化にQbの熱量を放熱し、目標の温度となるために、Qcの熱量を放熱する。ECU7は、ステップS3で放熱量Qを算出すると、ステップS7へ進む。
Q a in equation (2) indicates the amount of heat that the refrigerant dissipates to make the superheated steam saturated steam. Q b in the equation (3) indicates the amount of heat that the refrigerant dissipates when changing the state of the vapor phase saturated vapor to the liquid phase saturated solution. Further, Q c in the equation (4) indicates the amount of heat that the refrigerant dissipates so that the liquid refrigerant at the saturated liquid temperature becomes the liquid refrigerant at the target temperature. That is, as shown in the equation (1), the amount of heat release required for the refrigerant in the superheated steam state to be the liquid phase refrigerant at the target temperature T t is the sum of Q a , Q b , and Q c . FIG. 4 is an explanatory diagram showing these amounts of heat in correspondence with saturated vapor pressure curves. Superheated steam to dissipate heat of Q a to a saturated vapor, dissipates heat of Q b to a state change from a saturated vapor to saturated liquid, to become the target temperature, radiating heat of Q c . After calculating the heat dissipation amount Q in step S3, the
ところで、ECU7がステップS2でNOと判断する場合、すなわち、冷媒が過熱蒸気でないと判断された場合、ステップS4へ進む。
By the way, when the
ECU7はステップS4で冷媒が飽和蒸気か否かを判断する。ここでは、ステップS2同様、冷媒の状態はステップS1で取得した圧力Pと温度Tの情報から算出される。圧力Pと温度Tの情報が図3中の飽和蒸気圧曲線上にプロットされる場合、冷媒は飽和蒸気である。ステップS4でECU7がYESと判断する場合、すなわち、冷媒が飽和蒸気である場合、ステップS5へ進む。
The
ECU7はステップS5で冷媒を目標温度Ttまで冷却するために必要な放熱量Qを算出する。ここで、放熱量Qは以下の式で示される。
In step S5, the
Q =Qb+Qc (4)
Qb=m・Cb (2)
Qc=m・Cc・Δtc (3)
m :冷媒の質量
Cb:冷媒の気相液相間の潜熱
Cc:液相冷媒の比熱
Δtc:目標温度と飽和液温度との温度差
Q = Q b + Q c (4)
Q b = m · C b (2)
Q c = m · C c · Δt c (3)
m : Mass of refrigerant
C b : latent heat between gas phase and liquid phase of refrigerant
C c : Specific heat of liquid phase refrigerant
Δt c : temperature difference between target temperature and saturated liquid temperature
式(2)のQbは、気相の飽和蒸気を液相の飽和液へ状態変化する際に冷媒が放熱する熱量を示し、式(3)のQcは、飽和液温度の液相冷媒を目標温度の液相冷媒とするために冷媒が放熱する熱量を示している。ここで、飽和蒸気の状態の冷媒を目標温度Ttの液相冷媒とするために必要な放熱量は、式(4)に示すように、QbとQcとの合計となる。ECU7は、ステップS5で放熱量Qを算出すると、ステップS7へ進む。
Q b in equation (2) indicates the amount of heat that the refrigerant dissipates when changing the state of the vapor phase saturated vapor to the liquid phase saturated liquid, and Q c in equation (3) is the liquid phase refrigerant at the saturated liquid temperature. Represents the amount of heat that the refrigerant dissipates to make the liquid phase refrigerant at the target temperature. Here, the heat radiation amount necessary for making the refrigerant in the state of saturated vapor and liquid phase refrigerant of the target temperature T t, as shown in equation (4), the sum of the Q b and Q c. When the
一方、ステップS4でECU7がNOと判断する場合、すなわち、冷媒が飽和蒸気でない場合は、冷媒は液相の状態である。このような場合には、ECU7はステップS6へ進む。
On the other hand, when the
ECU7はステップS6で冷媒を目標温度Ttまで冷却するために必要な放熱量Qを算出する。ここで、放熱量Qは以下の式で示される。
In step S6, the
Q =m・Cc・Δt (5)
m :冷媒の質量
Cc:液相冷媒の比熱
Δt :液相冷媒の温度と目標温度との温度差
Q = M · C c · Δt (5)
m : Mass of refrigerant
C c : Specific heat of liquid phase refrigerant
Δt : Temperature difference between liquid-phase refrigerant temperature and target temperature
式(5)のQは、液相の状態の冷媒を目標温度の液相冷媒とする放熱量を示している。図4は、この熱量について示している。冷媒をΔt℃低下させるために必要なQは、図4に示すとおりである。ECU7は、ステップS5で放熱量Qを算出すると、ステップS7へ進む。
Q in the equation (5) indicates the amount of heat released using the liquid phase refrigerant as the liquid phase refrigerant at the target temperature. FIG. 4 shows this amount of heat. The Q required for lowering the refrigerant by Δt ° C. is as shown in FIG. When the
ECU7はステップS7で、ステップS3、ステップS5、又はステップS6で算出した放熱量QとQ1とを比較し、放熱量QがQ1以下であるか否かを判断する。ここで、Q1は、熱交換器1が第一電磁弁5を閉弁状態とした場合に、冷媒が大気と熱交換を行い、放熱する熱量である。ECU7はステップS7でYESと判断する場合、すなわち、放熱量QがQ1以下である場合、ステップS8へ進む。
ECU7 in step S7, step S3, step S5, or by comparing the heat radiation amount Q and Q 1, calculated in the step S6, the heat radiation amount Q is equal to or is Q 1 or less. Here, Q 1 is the amount of heat that the refrigerant exchanges heat with the atmosphere and dissipates heat when the
ECU7はステップS8で第一電磁弁5を閉弁状態とする。これにより、熱交換器1では、第一電磁弁5よりも導入部3a側に接続した管体2のみへ冷媒が流入することになる。このように、熱交換器1は冷却能力を変化させ、導入された冷媒からQ1に相当する熱量を放熱させる。これにより、熱交換器1の全ての管体2へ冷媒を通す冷却と比較して放熱量を抑えることができるため、冷媒を過度に冷却することなく、目標温度Ttに近づけることができる。また、放熱量Qが少量である場合は、冷媒の流量が少量となる。このとき、熱交換器1の全ての管体2へ冷媒を流通させる場合には、流路の容量に対して冷媒の流量が少量であるため、管体2の途中に冷媒が滞留し、冷媒が循環できなくなる。しかし、このように冷媒の流量が少量であっても、使用する管体2を減らすことにより、流路の容積に対する冷媒の流量を増加させ、管体2内に冷媒が滞留することを抑制し、冷媒の循環を維持することができる。ECU7は、このようなステップS8の処理を終えるとリターンする。
In step S8, the
ところで、ECU7はステップS7でNOと判断する場合、すなわち、放熱量QがQ1よりも大きい場合、ステップS9へ進む。ECU7はステップS9で、ステップS3、ステップS5、又はステップS6で算出した放熱量QとQ2とを比較し、放熱量QがQ2以下であるか否かを判断する。ここで、Q2は、熱交換器1が第一電磁弁5を開弁状態とし、第二電磁弁6を閉弁状態とした場合に、冷媒が大気と熱交換を行い、放熱する熱量である。ECU7はステップS9でYESと判断する場合、すなわち、放熱量QがQ2以下である場合、ステップS10へ進む。
However,
ECU7は、ステップS10で第一電磁弁5を開弁状態とする。続いて、ECU7はステップS11へ進み、ステップS11で第二電磁弁6を閉弁状態とする。これにより、第二電磁弁6よりも導入部3a側の管体2へ冷媒が流入し、冷媒が冷却される。ECU7がステップS10へ到達する場合、目標温度Ttとするための放熱量Qは、Q1より大きくQ2以下であるため、第一電磁弁5を開弁してQ1以上の放熱をする。一方、第二電磁弁6を閉弁してQ2以上の熱量が放熱され、過度に冷却されることを抑制する。これにより、熱交換器1は冷媒を目標温度Ttに近づけることができる。ECU7は、このようなステップS10、ステップS11の処理を終えると、リターンする。
The
一方、ECU7がステップS9でNOと判断する場合、すなわち、放熱量QがQ2より大きい場合、ステップS12へ進む。ECU7はステップS12で第一電磁弁5を開弁状態とする。続いて、ECU7はステップS13へ進み、ステップS13で第二電磁弁6を開弁状態とする。これにより、熱交換器1は、全ての管体2へ冷媒を流通させ、冷媒を冷却する。ECU7がステップS12へ到達する場合は、冷媒の目標温度TtとするためにはQ2以上の放熱を行うことが必要となる。このため、第一電磁弁5と第二電磁弁6とを開弁状態とする。これにより、冷媒は冷却されて、目標温度Ttに近い温度へ冷却される。ECU7は、このようなステップS12、ステップS13の処理を終えると、リターンする。
On the other hand, if the ECU7 determines NO in step S9, i.e., if the heat radiation amount Q is greater than Q 2, the process proceeds to step S12. The
このように、熱交換器1は、冷媒を目標温度Ttへ冷却するための冷却の放熱する熱量を算出し、この熱量に相当する冷却能力となるように第一電磁弁5、第二電磁弁6を制御する。これにより、冷媒は目標温度Ttに近い温度に冷却される。このような熱交換器1において、使用する管体2を細分化するように電磁弁を追加することにより、さらに熱交換後の冷媒の温度を目標温度Ttに近づけることができる。また、このような熱交換器1はいわゆるプレート式熱交換器に電磁弁を備えたものとすることもできる。プレート式熱交換器は、板体を積層し、板体と板体の間に形成した空間内に冷媒と熱交換媒体を交互に流通させる熱交換器である。このような熱交換器の冷媒の通路を遮断する電磁弁を備えることにより、冷媒を適する温度へ冷却することができる。
In this way, the
次に、本発明の実施例2について説明する。図5は本実施例の熱交換器21の概略構成を示した説明図である。熱交換器21は、本発明の熱交換部に相当する冷却管22、導入部23、導出部24を備えている。冷却管22の内部は、本発明の第一の流体に相当する冷媒が流通する。冷媒は導入部23から冷却管22を通過し、導出部24へ流通する構成となっている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the
冷却管22は、直管部221とU字管部222とを組み合わせて蛇行状に形成された金属管であって、内部を冷媒が通過する。この冷却管22の周囲は、本発明の第二の流体に相当する熱交換媒体が覆っている。このような冷媒と熱交換媒体は、冷却管22を介して熱交換する。
The cooling
冷却管22の一部のU字管部222は導出部24内に配置されている。さらに、このように導出部24内に配置されたU字管部222の一部に、導出部24内へ向けて開口する第一開口部22aと第二開口部22bが形成されている。この第一開口部22a、第二開口部22bから導出部24へ冷媒を排出することができる。また、この第一開口部22aは第二開口部22bよりも上流側、すなわち、導入部23に近い側に形成されている。
A part of the
第一開口部22a付近に、第一開口部22aと冷却管22とのどちらか一方を閉塞する切替弁25が配置されている。また、第二開口部22b付近にも、同様に第二開口部22bと冷却管22とのどちらか一方を閉塞する切替弁25が配置されている。図6(a)、(b)は、このような切替弁25の概略構成を示した説明図である。図6(a)は冷媒を冷却管22から導出部24へ排出する経路を形成した状態を示した説明図であり、図6(b)は冷却管22内に冷媒が流通する経路を形成した状態を示した説明図である。
A switching
切替弁25は、いわゆるサーモスタットであり、弁部25a、スプリング25b、ワックス25c、弁体25dを備えている。切替弁25は、低温の場合、図6(a)に示すような状態である。弁部25aはスプリング25bの付勢力により閉弁状態に維持されている。また、ワックス25cは、このとき固体状態である。このワックス25cは、Ts℃で液体状態となり、相変化に伴い膨張し、弁体25dを第一開口部22a側へ押付ける。すなわち、切替弁25は、Ts℃以上となると、図6(b)に示すように、第一開口部22aを閉塞するとともに、弁部25aを開弁状態とし、冷却管22内の流通経路を形成する。このようなワックス25cの温度は切替弁25を通過する冷媒の温度に依存し、冷媒の温度がTs℃以上となると、ワックス25cが液体状態となり、切替弁25の周囲の流路が切り替わる構成となっている。すなわち、切替弁25は、冷媒がTs℃より低い場合に、冷却管22内の流路を閉塞し、冷媒を冷却管22から導出部24へ排出する。一方、切替弁25は、冷媒がTs℃以上となる場合は、第一開口部22a、第二開口部22bを閉塞し、冷却管22内に冷媒を流通させる。ここで、ワックス25cが相変化を起こすような温度Tsは熱交換器21が目標とする冷媒の温度である。
The switching
このような構成をした熱交換器21へ導入される冷媒は、熱交換器が搭載されるエンジンの運転状況により、過熱蒸気状態、飽和蒸気状態、液相状態のうちのいずれかの状態、又は、複数の状態が混合された状態である。熱交換器21は、導出部24から排出される冷媒が液相の状態となるように冷却する。
The refrigerant introduced into the
次に、熱交換器21の冷媒の温度に依存する冷媒の流れについて説明する。冷媒は、導入部23から冷却管22内へ流入する。冷却管22へ流入した冷媒は、冷却管22を通過しながら、放熱し冷却される。このように冷却された冷媒が切替弁25を通過する際にTs℃以下であると、切替弁25は、冷却管22を閉塞し、第一開口部22aを開放する。このように、冷媒がTs℃以下である場合、冷却管22は、導入部23から第一開口部22aが形成された部分までの一部のみが使用される。これにより、冷媒は導出部24へ排出されるため、熱交換が終了し、過度に冷却されることがない。一方、冷媒が切替弁25を通過する際にTs℃より高温の場合には、切替弁25は、第一開口部22aを閉塞し、冷却管22を開放し、冷媒の流路を形成する。これにより、冷媒は冷却管22を通過してさらに放熱し冷却される。このような冷媒が第二開口部22bに配置される切替弁25を通過する際、第二開口部22bの切替弁25も同様な動作を行う。すなわち、通過する冷媒の温度がTs℃以下であれば、冷媒は第二開口部22bから導出部24へ導出される。一方、冷媒はTs℃より高温であれば、続けて冷却管22を流通する。このように、熱交換器21は、切替弁25を通過する際に冷媒が目標温度Tsに冷却されていれば、冷媒の冷却を終了し、導出部24から冷媒を排出する。このため、冷媒は、冷却不足となることも過度に冷却されることもなく、適温に維持される。
Next, the flow of the refrigerant depending on the temperature of the refrigerant in the
次に、本発明の実施例3について説明する。図7は本実施例のエンジン30の概略構成を示した説明図である。エンジン30は、実施例1で説明した熱交換器1を備えている。また、エンジン30は、ウォータジャケット31、タンク32、ウォータポンプ33を備えている。
Next,
ウォータジャケット31はエンジン30内に形成され、冷媒が流通する。この冷媒は、エンジン本体からの廃熱により蒸発する。ウォータジャケット31は、本発明の蒸発部に相当する。
The
ウォータジャケット31内で蒸発した冷媒は、熱交換器1へ流入し、冷却される。熱交換器1内を通過した冷媒は、ウォータジャケット31内で蒸発するのに適した温度となる。このように熱交換器1を通過した冷媒はタンク32に保存される。タンク32は、冷媒を適温に維持する。ウォータポンプ33は、タンク32内の冷媒をウォータジャケット31内へ圧送する。こうして供給された冷媒は、ウォータジャケット31内で廃熱を吸収し蒸発してエンジン本体を運転に適した温度に冷却する。
The refrigerant evaporated in the
このように、熱交換器1を備えたエンジン30は、熱交換器1において冷媒がウォータジャケット31を適温に冷却する温度に維持する。これにより、冷媒はウォータジャケット31内で蒸発し、エンジン本体を冷却することにより、エンジン本体が運転に適した温度に維持される。また、このような熱交換器1は実施例2の熱交換器21とすることができる。
Thus, the
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。 The above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention, and the present invention is not limited thereto. Various modifications of these embodiments are within the scope of the present invention. It is apparent from the above description that various other embodiments are possible within the scope.
1、21 熱交換器
2 管体
3 入口側タンク
4 出口側タンク
5 第一電磁弁
6 第二電磁弁
7 ECU
22 冷却管
23 導入部
24 導出部
25 切替弁
30 エンジン
31 ウォータジャケット
32 タンク
33 ウォータポンプ
DESCRIPTION OF
22
Claims (5)
当該熱交換部の使用領域を増減させる制御手段と、
を備えたことを特徴とする熱交換器。 A heat exchanging section for exchanging heat between the first fluid and the second fluid;
Control means for increasing / decreasing the use area of the heat exchange section;
A heat exchanger characterized by comprising:
前記熱交換部は、並列配置され、前記第一の流体が流通する複数の第一流体流通部と、
前記第一の流体を前記第一流体流通部へ導入する流体導入部と、を備え、
前記制御手段は、前記流体導入部内に配置された開閉弁としたことを特徴とする熱交換器。 The heat exchanger according to claim 1, wherein
The heat exchange section is arranged in parallel, and a plurality of first fluid circulation sections through which the first fluid circulates;
A fluid introduction part for introducing the first fluid into the first fluid circulation part,
The heat exchanger is characterized in that the control means is an on-off valve disposed in the fluid introduction part.
前記熱交換部は、並列配置され、前記第一の流体が流通する複数の第一流体流通部と、
前記第一の流体を前記流体流通部へ導入する流体導入部と、を備え、
前記制御手段は、前記流体導入部内に配置された電磁弁を備え、前記流体導入部内へ流入する前記第一の流体の流量、圧力、温度の情報の少なくとも一つに基づいて、前記電磁弁の開閉状態を切替えることを特徴とした熱交換器。 The heat exchanger according to claim 1, wherein
The heat exchange section is arranged in parallel, and a plurality of first fluid circulation sections through which the first fluid circulates;
A fluid introduction part for introducing the first fluid into the fluid circulation part,
The control means includes an electromagnetic valve disposed in the fluid introduction part, and based on at least one of information on the flow rate, pressure, and temperature of the first fluid flowing into the fluid introduction part, A heat exchanger characterized by switching between open and closed states.
前記熱交換部は、内部に前記第一の流体が存在し、外部に前記第二の流体が存在する管体を備え、
前記制御手段は、前記管体内に配置され、当該管体に存在する前記第一の流体の温度情報に基づいて前記第一の流体の流通経路を切替える切替弁としたことを特徴とする熱交換器。 The heat exchanger according to claim 1, wherein
The heat exchange section includes a tube body in which the first fluid is present inside and the second fluid is present outside.
The control means is a switching valve that is arranged in the tubular body and is a switching valve that switches a flow path of the first fluid based on temperature information of the first fluid existing in the tubular body. vessel.
エンジン内に形成され、前記第一の流体が流通するとともに、エンジンの廃熱により第一の流体が蒸発する蒸発部と、を備え、
前記熱交換器は、前記蒸発部で蒸発した前記第一の流体を第二の流体との熱交換により液化することを特徴としたエンジン。 The heat exchanger according to any one of claims 1 to 4,
An evaporation section formed in the engine, through which the first fluid flows, and the first fluid evaporates due to waste heat of the engine,
The engine is characterized in that the heat exchanger liquefies the first fluid evaporated in the evaporation section by heat exchange with a second fluid.
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