JP2016061260A - Ebullient cooling device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、沸騰冷却装置に関する。 The present invention relates to a boiling cooling device.
従来、例えば特開2012−172617号公報に開示されているように、内燃機関の冷却装置として、機関内部に形成された冷媒通路(例えばウォータージャケット)を流れる冷媒の沸騰気化熱を利用して冷却を行う沸騰冷却装置が知られている。この沸騰冷却装置は、冷媒通路から排出された冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離する気液分離器を備えている。この気液分離器で分離された液相冷媒は、冷媒通路に液相冷媒を送るための第1ウォーターポンプに送られる。一方、気液分離器で分離された気相冷媒は、その熱エネルギーを回収すべくタービン等に供給された後、コンデンサで冷却されて液相冷媒に戻され、第1ウォーターポンプに送られる。このコンデンサは、第1ウォーターポンプのみならず気液分離器にも接続されており、コンデンサからの液相冷媒は、第2ウォーターポンプによって、第1ウォーターポンプと気液分離器に送られる。この第2ウォーターポンプからの冷媒流量は、冷却通路で発生する蒸気量が一定となるように可変とされるので、内燃機関の過度の冷却やオーバーヒートを抑制できる。 Conventionally, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-172617, as a cooling device for an internal combustion engine, cooling is performed by using the boiling vaporization heat of a refrigerant flowing in a refrigerant passage (for example, a water jacket) formed inside the engine. A boiling cooling device for performing the above is known. This boiling cooling device includes a gas-liquid separator that separates the refrigerant discharged from the refrigerant passage into a liquid-phase refrigerant and a gas-phase refrigerant. The liquid phase refrigerant separated by the gas-liquid separator is sent to a first water pump for sending the liquid phase refrigerant to the refrigerant passage. On the other hand, the gas-phase refrigerant separated by the gas-liquid separator is supplied to a turbine or the like to recover its thermal energy, then cooled by a condenser, returned to the liquid-phase refrigerant, and sent to the first water pump. This condenser is connected not only to the first water pump but also to the gas-liquid separator, and the liquid-phase refrigerant from the condenser is sent to the first water pump and the gas-liquid separator by the second water pump. Since the refrigerant flow rate from the second water pump is variable so that the amount of steam generated in the cooling passage is constant, excessive cooling and overheating of the internal combustion engine can be suppressed.
ところで、上記沸騰冷却装置において、気液分離器内が急激に減圧された場合、気液分離器内の液相冷媒に激しい沸騰が発生することがある。ここで、気液分離器と第1ウォーターポンプは接続されていることから、気液分離器内の液相冷媒に激しい沸騰が発生すると、第1ウォーターポンプの直上流部の液相冷媒にも激しい沸騰が発生する。第1ウォーターポンプの直上流部の液相冷媒に激しい沸騰が発生すると、第1ウォーターポンプが空転し、冷媒通路に送られるはずの冷媒流量が減少するので、内燃機関の冷却が不十分となるという問題がある。 By the way, when the inside of a gas-liquid separator is pressure-reduced rapidly in the said boiling cooling device, intense boiling may generate | occur | produce in the liquid phase refrigerant | coolant in a gas-liquid separator. Here, since the gas-liquid separator and the first water pump are connected, if a violent boiling occurs in the liquid-phase refrigerant in the gas-liquid separator, the liquid-phase refrigerant in the immediately upstream portion of the first water pump is also generated. Vigorous boiling occurs. When a severe boiling occurs in the liquid phase refrigerant immediately upstream of the first water pump, the first water pump idles and the flow rate of the refrigerant that should be sent to the refrigerant passage decreases, so that the internal combustion engine is insufficiently cooled. There is a problem.
この点、上記第2ウォーターポンプは、冷媒を常時供給可能であるため、第1ウォーターポンプの直上流部の液相冷媒に激しい沸騰が発生するのを抑制できる。しかし、上記第2ウォーターポンプの駆動は、気液分離器内の液相冷媒量の変動を考慮していないので、気液分離器の液相冷媒量が必要以上に減ったとしても対応することができない。また、第2ウォーターポンプからの冷媒は、第1ウォーターポンプのみならず気液分離器にも送られるので、気液分離器内の液相冷媒量が極端に増加したときにはタービン等の気相冷媒用の通路内に液相冷媒が流入してしまう虞がある。 In this respect, since the second water pump can always supply the refrigerant, it is possible to suppress the occurrence of severe boiling in the liquid-phase refrigerant immediately upstream of the first water pump. However, since the driving of the second water pump does not take into account fluctuations in the amount of liquid phase refrigerant in the gas-liquid separator, it can be handled even if the amount of liquid phase refrigerant in the gas-liquid separator decreases more than necessary. I can't. Further, since the refrigerant from the second water pump is sent not only to the first water pump but also to the gas-liquid separator, when the amount of the liquid-phase refrigerant in the gas-liquid separator is extremely increased, a gas-phase refrigerant such as a turbine is used. There is a risk that the liquid-phase refrigerant will flow into the first passage.
この発明は、上述の課題の少なくとも1つを解決するためになされたものである。即ち、冷媒通路に液相冷媒を送るためのウォーターポンプの直上流部において激しい沸騰が発生するのを抑制し、気液分離器内の液相冷媒量を適切に制御することを目的とする。 The present invention has been made to solve at least one of the above-described problems. That is, an object of the present invention is to control the amount of liquid phase refrigerant in a gas-liquid separator appropriately by suppressing the occurrence of intense boiling in the immediately upstream portion of the water pump for sending the liquid phase refrigerant to the refrigerant passage.
本発明は、沸騰冷却装置であって、
内部に形成された冷媒通路内を流通する冷媒の沸騰により冷却される内燃機関と、
前記内燃機関から排出された冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離する気液分離器と、
前記気液分離器で分離された気相冷媒の熱エネルギーを回収するための回収手段と、
熱エネルギー回収後の気相冷媒を冷却して液相冷媒に戻すためのコンデンサと、
前記コンデンサと前記冷媒通路とを接続する第1通路と、
前記第1通路の途中で分岐して前記気液分離器と接続される第2通路と、
前記第1通路が前記第2通路に接続する接続部と、前記冷媒通路との間に設けられ、前記第1通路内の液相冷媒を前記冷媒通路に送るためのウォーターポンプと、
前記第1通路において前記接続部をバイパスして前記コンデンサと前記ウォーターポンプを接続する第3通路と、
前記回収手段を経由せずに前記気液分離器と前記コンデンサを接続する第4通路と、
前記内燃機関の沸騰冷却中、前記コンデンサからの液相冷媒を、前記第3通路を経由させて前記ウォーターポンプに送る冷媒供給手段と、
前記内燃機関の沸騰冷却中、前記気液分離器の液相冷媒の液面高さが第1基準値未満となった場合、前記コンデンサからの液相冷媒を、前記第2通路を経由させて前記気液分離器に送る冷媒補充手段と、
前記内燃機関の沸騰冷却中、前記気液分離器の液相冷媒の液面高さが前記第1基準値よりも大きい第2基準値以上となった場合、前記気液分離器で分離された液相冷媒を、前記第4通路を経由させて前記コンデンサに送る冷媒リーク手段と、
を備えることを特徴とする。
The present invention is a boiling cooling device comprising:
An internal combustion engine that is cooled by the boiling of the refrigerant flowing in the refrigerant passage formed therein;
A gas-liquid separator that separates the refrigerant discharged from the internal combustion engine into a liquid-phase refrigerant and a gas-phase refrigerant;
Recovery means for recovering thermal energy of the gas-phase refrigerant separated by the gas-liquid separator;
A capacitor for cooling the gas-phase refrigerant after recovery of thermal energy to return it to the liquid-phase refrigerant;
A first passage connecting the capacitor and the refrigerant passage;
A second passage branched in the middle of the first passage and connected to the gas-liquid separator;
A water pump provided between the refrigerant passage and the connection portion where the first passage connects to the second passage, and a liquid pump for sending the liquid-phase refrigerant in the first passage to the refrigerant passage;
A third passage connecting the condenser and the water pump by bypassing the connecting portion in the first passage;
A fourth passage connecting the gas-liquid separator and the condenser without going through the recovery means;
Refrigerant supply means for sending the liquid phase refrigerant from the condenser to the water pump via the third passage during boiling cooling of the internal combustion engine;
During the boiling cooling of the internal combustion engine, when the liquid level of the liquid phase refrigerant of the gas-liquid separator becomes less than the first reference value, the liquid phase refrigerant from the capacitor is caused to pass through the second passage. Refrigerant replenishing means for sending to the gas-liquid separator;
During boiling cooling of the internal combustion engine, when the liquid level of the liquid-phase refrigerant of the gas-liquid separator becomes equal to or higher than a second reference value that is larger than the first reference value, the gas-liquid separator is separated. Refrigerant leakage means for sending liquid phase refrigerant to the capacitor via the fourth passage;
It is characterized by providing.
本発明によれば、内燃機関の沸騰冷却中、コンデンサからの液相冷媒を、第3通路を経由させてウォーターポンプに供給することができる。従って、ウォーターポンプの直上流部において、激しい沸騰が発生するのを抑制することができる。また、内燃機関の沸騰冷却中、気液分離器の液相冷媒の液面高さが第1基準値未満となった場合には、コンデンサからの液相冷媒を、第2通路を経由させて気液分離器に補充することができ、当該液面高さが第2基準値以上となった場合には、気液分離器で分離された液相冷媒を、第4通路を経由させてコンデンサにリークさせることもできる。従って、気液分離器内の液相冷媒量を適切に制御することもできる。 According to the present invention, during the boiling cooling of the internal combustion engine, the liquid phase refrigerant from the condenser can be supplied to the water pump via the third passage. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of intense boiling in the immediately upstream portion of the water pump. Further, during the boiling cooling of the internal combustion engine, when the liquid level of the liquid phase refrigerant of the gas-liquid separator becomes less than the first reference value, the liquid phase refrigerant from the condenser is passed through the second passage. The gas-liquid separator can be replenished, and when the liquid level is equal to or higher than the second reference value, the liquid-phase refrigerant separated by the gas-liquid separator is passed through the fourth passage to the condenser. It can also leak. Therefore, the amount of liquid phase refrigerant in the gas-liquid separator can be appropriately controlled.
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted. The present invention is not limited to the following embodiments.
実施の形態1.
先ず、図1乃至図9を参照しながら、本発明の実施の形態1について説明する。
Embodiment 1 FIG.
First, the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[装置構成の説明]
図1は、実施の形態1の沸騰冷却装置100の構成を説明するための図である。図1に示すように、沸騰冷却装置100は、エンジン10の内部に形成された冷媒通路12を備えている。冷媒通路12内を流通する冷媒がエンジン10の熱を受け取って沸騰することにより、エンジン10が冷却される。冷媒通路12は、エンジン10の気筒周囲に形成されたウォータージャケットであるが、エンジン10の内部に冷媒を流通可能な通路であれば特に限定されない。また、冷媒通路12内を流通させる冷媒は、エンジン10の熱を受け取って沸騰するものであれば特に限定されない。
[Description of device configuration]
FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of the boiling
冷媒通路12は、冷媒通路14を介して気液分離器16に接続されている。冷媒通路14は、高温および高圧に耐えうる管またはホースによって構成されている。気液分離器16は、気液分離器16内に流入した冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離する。気液分離器16は、冷媒通路18,20を介してWP(ウォーターポンプ)22に接続されている。WP22は、エンジン10が備えるクランクシャフトを駆動源とする機械式のポンプであるが、電動式の遠心型ポンプを使用することもできる。気液分離器16で分離された液相冷媒の一部は、冷媒通路18,20を経由してWP22に流入し、WP22の駆動により冷媒通路12に送られる。
The
また、沸騰冷却装置100は、排気熱蒸気発生器24を備えている。排気熱蒸気発生器24は、エンジン10の排気通路(図示しない)に設けられている。気液分離器16で分離された液相冷媒が、冷媒通路18,26を経由して排気熱蒸気発生器24に流入すると、その一部が排気熱により蒸気となる。蒸気が混合した液相冷媒は、排気熱蒸気発生器24から冷媒通路28を経由して気液分離器16に流入する。
In addition, the boiling
また、沸騰冷却装置100は、過熱器30と超音速ノズル32とタービン34を備えている。過熱器30は、上記排気通路の排気熱蒸気発生器24よりも上流側に設けられている。気液分離器16で分離された気相冷媒が冷媒通路36を経由して過熱器30に流入すると、排気熱により過熱蒸気となる。過熱蒸気は冷媒通路38を経由して超音速ノズル32に流入し、タービン34に噴きつけられる。過熱蒸気が噴きつけられることで、タービン34が回転する。タービン34には発電機(図示しない)が接続されているので、タービン34が回転すると発電機において電気が発生する。発生した電気は蓄電池(図示しない)に蓄えられる。なお、タービン34に減速機(図示しない)を接続し、この減速機を介してエンジン10をアシストするように構成してもよい。
Further, the boiling
また、沸騰冷却装置100は、コンデンサ40とキャッチタンク42とWP44と逆止弁46を備えている。コンデンサ40は冷媒通路48を介してタービン34と接続されている。冷媒通路48を経由してタービン34からコンデンサ40に流入した気相冷媒は、コンデンサ40において冷却されて液相冷媒に戻り、キャッチタンク42に一時的に貯留される。WP44は、キャッチタンク42に貯留された液相冷媒を冷媒通路20に送るための電動式のポンプであり、低圧領域(例えば10〜20kPaG)から常圧領域(例えば100kPaG)までの液相冷媒を送液可能に構成されている。WP44の駆動のON・OFFは、気液分離器16の液相冷媒の液面高さを検知するレベルセンサ50からのON・OFF信号に基づいて制御される(詳細は後述)。WP44を駆動すると、キャッチタンク42内の液相冷媒が冷媒通路20を経由してWP22に送られ、同時に冷媒通路18を経由して気液分離器16や排気熱蒸気発生器24にも送られる。逆止弁46を設けることで、WP22側からキャッチタンク42側への液相冷媒の逆流が防止されている。
The boiling
上述の通り、液相冷媒はエンジン10、排気熱蒸気発生器24や過熱器30においてエンジン10からの廃熱を受け取り、高温高圧の気相冷媒となる。タービン34に接続された発電機や蓄電池は、この気相冷媒が受け取った熱エネルギーを電気エネルギーに変換して回収する。タービン34に減速機を接続した場合、この減速機は、気相冷媒の熱エネルギーを機械的動力として回収する。タービン34通過後の気相冷媒はコンデンサ40において再び液相冷媒に戻され、WP22,44の駆動によりエンジン10、排気熱蒸気発生器24や過熱器30に送られる。このように、沸騰冷却装置100は、ランキンサイクルシステムとしても機能している。
As described above, the liquid-phase refrigerant receives waste heat from the
また、沸騰冷却装置100は、気液分離器16の気相中の圧力を減圧するための圧力逃がし弁52を備えている。圧力逃がし弁52は、例えば電磁弁であり、過熱器30、超音速ノズル32やタービン34をバイパスして気液分離器16とコンデンサ40を接続する冷媒通路54に設けられている。圧力逃がし弁52を開くと、気液分離器16の気相冷媒が過熱器30等を経由せずに冷媒通路54を経由してコンデンサ40に流入し、これにより気液分離器16内の圧力が低下する。
In addition, the boiling
また、沸騰冷却装置100は、気液分離器16内の液相冷媒をコンデンサ40にリークするための制御弁56を備えている。制御弁56は、例えば電磁弁であり、気液分離器16とコンデンサ40を接続する冷媒通路58に設けられている。制御弁56の駆動のON・OFFは、レベルセンサ50よりも上方に設けられ、気液分離器16の液相冷媒の液面高さを検知するレベルセンサ60からのON・OFF信号に基づいて制御される(詳細は後述)。制御弁56を開くと、気液分離器16の液相冷媒が冷媒通路58を経由してコンデンサ40に流入する。
In addition, the boiling
また、沸騰冷却装置100は、WP62と逆止弁64を備えている。WP62と逆止弁64は、WP44、逆止弁46や、冷媒通路18と冷媒通路20の接続部66をバイパスしてWP22とキャッチタンク42を接続する冷媒通路68に設けられている。WP62の駆動のON・OFFは、エンジン10の沸騰冷却が行われているか否かに基づいて制御される(詳細は後述)。WP62を駆動すると、キャッチタンク42に貯留された液相冷媒が接続部66等を経由せずに冷媒通路68を経由してWP22に送られる。逆止弁64を設けることで、WP22側からキャッチタンク42側への液相冷媒の逆流が防止されている。
The boiling
沸騰冷却装置100は、更に、ECU(Electronic Control Unit)70を備えている。ECU70は、少なくとも入出力インタフェースとメモリとCPUとを備えている。入出力インタフェースは、各種センサからセンサ信号を取り込むとともに、アクチュエータに対して操作信号を出力するために設けられる。ECU70が信号を取り込むセンサには、レベルセンサ50,60が含まれる。ECU70が操作信号を出すアクチュエータには、WP44,62、圧力逃がし弁52や制御弁56が含まれる。メモリには、各種制御プログラム、各種マップ等が記憶されている。CPUは、制御プログラム等をメモリから読み出して実行し、取り込んだセンサ信号に基づいて操作信号を生成する。
The boiling
[実施の形態1の特徴]
ECU70による制御には、WP44,62の駆動制御、圧力逃がし弁52や制御弁56の開閉制御が含まれる。先ず、WP44の駆動制御について説明する。ECU70によるWP44の駆動制御は、気液分離器16内の液相冷媒が減少した場合に、キャッチタンク42内の液相冷媒を気液分離器16に補充する目的で間欠的に行われるものであり、レベルセンサ50からのON・OFF信号に基づいて行われる。
[Features of Embodiment 1]
The control by the
図2は、WP44の制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、図2に示す制御ルーチンは、エンジン10の始動直後から所定の制御周期ごとに繰り返し実行されるものとする。図2に示すルーチンにおいて、先ず、ECU70は、エンジン10の沸騰冷却が行われているか否かを判定する(ステップS10)。ECU70は、沸騰冷却が行われているか否かを、冷媒通路12内の冷媒温度が所定温度以上であるか否かにより判断する。エンジン10の冷媒温度は、冷媒通路14または気液分離器16に別途設けた温度センサまたは圧力センサから検出してもよく、エンジン10の運転状態から推定してもよい。本ステップにおいて、沸騰冷却が行われていないと判定された場合、ECU70は本ルーチンを終了する。
FIG. 2 is a flowchart showing a control routine of WP44. The control routine shown in FIG. 2 is repeatedly executed every predetermined control cycle immediately after the
ステップS10において、沸騰冷却が行われていると判定された場合、ECU70は、レベルセンサ50がONとされているか否かを判定する(ステップS12)。ECU70は、レベルセンサ50がONとされているか否かをレベルセンサ50からのON・OFF信号に基づいて判断する。図3は、レベルセンサ50のON・OFF機能の概略を示した図である。図3に示すように、気液分離器16の液相冷媒の液面高さがレベルセンサ50の位置よりも低い場合にレベルセンサ50はON信号を発し、液面高さがレベルセンサ50の位置以上となった場合にレベルセンサ50はOFF信号を発する。本ステップにおいて、OFF信号が検出された場合、ECU70はステップS20に進む。
When it is determined in step S10 that boiling cooling is performed, the
ステップS12において、ON信号が検出された場合、ECU70はWP44の駆動を開始し(ステップS14)、レベルセンサ50がOFFとされているか否かを判定する(ステップS16)。ステップS16において、ON信号が検出された場合、ECU70はステップS14に戻る。つまり、気液分離器16の液相冷媒の液面高さがレベルセンサ50の位置以上となるまで、WP44の駆動が継続される。ステップS16においてOFF信号が検出された場合、ECU70はWP44の駆動を停止し(ステップS18)、ステップS20に進む。
If an ON signal is detected in step S12, the
ステップS20において、ECU70は、エンジン10の沸騰冷却が終了したか否かを判定する。ECU70は、沸騰冷却が終了したか否かを、冷媒通路12内の冷媒温度が所定温度以上であるか否かにより判断する。本ステップの処理は、ステップS10の処理と正反対の処理である。本ステップにおいて、沸騰冷却が終了していないと判定された場合、ECU70はステップS12に戻る。本ステップにおいて、沸騰冷却が終了したと判定された場合、ECU70は本ルーチンを終了する。
In step S20, the
次に、圧力逃がし弁52の開閉制御について説明する。ECU70による圧力逃がし弁52の開閉制御は、気液分離器16の気相中の圧力を減圧する目的で行われるものである。この制御では、具体的に、気液分離器16の気相中の圧力が常圧〜高圧領域(例えば100〜200kPaG)を下回る場合は圧力逃がし弁52を閉じ、所定圧力(例えば200kPaG)以上の場合に圧力逃がし弁52を開くものである。なお、気液分離器16の気相中の圧力は、気液分離器16、または、圧力逃がし弁52よりも上流側(気液分離器16側)の冷媒通路54に別途設けた圧力センサから検出される。
Next, opening / closing control of the
次に、WP62の駆動制御について説明する。図4は、冷媒の三相図である。図4に示すように、冷媒の状態は圧力と温度に依存しており、図中に示す液体状態Cを保つためには、圧力一定であれば温度を下げ、温度一定であれば圧力を上げる必要がある。また、図中に示す液体と気体の境界線は、蒸気圧曲線を表しており、圧力に応じて冷媒が沸騰する温度(沸騰温度)が変化することを示している。
Next, drive control of the
ここで、圧力逃がし弁52よりも下流側(コンデンサ40側)の冷媒通路54内の圧力は常圧以下であるため、圧力逃がし弁52を開くと、気液分離器16内が急激に減圧される。気液分離器16内が急激に減圧されると、気液分離器16内の液相冷媒の沸騰温度が急速に低下する。低下後の沸騰温度が気液分離器16内の液相冷媒の温度を下回ると、気液分離器16内の液相冷媒が沸騰し、これらの温度差が大きいと、液相冷媒の沸騰が激しくなる。気液分離器16は冷媒通路18や冷媒通路20に接続されているので、気液分離器16の液相冷媒が激しく沸騰すると、WP22と接続部66の間の冷媒通路20の液相冷媒も激しく沸騰するという問題がある。
Here, since the pressure in the
図5は、圧力逃がし弁52を開いたときの問題点を説明するためのタイミングチャートである。時刻t1において圧力逃がし弁52を開いたとすると、圧力の低下に伴い沸騰温度(点線)が低下する。但し、時刻t1から時刻t2までは、上述したWP44の駆動制御によってWP44が駆動されているため、キャッチタンク42から送られた液相冷媒により、WP22と接続部66の間の冷媒通路20の液相冷媒の温度(WP22前水温)が低下する。故にこの間、沸騰温度がWP22前水温を下回ることはない。
FIG. 5 is a timing chart for explaining problems when the
しかし、時刻t2でWP44の駆動が停止されると、沸騰温度がWP22前水温を下回る場合が出てくる。そして、沸騰温度とWP22前水温の温度差が大きいときには、気液分離器16内の液相冷媒だけでなく、WP22と接続部66の間の冷媒通路20の液相冷媒、つまり、WP22の直上流の液相冷媒も激しく沸騰し、WP22が空転してしまう。そうすると、WP22から冷媒通路12に送られるはずの液相冷媒流量(冷媒通路12入口冷媒流量)が低下してしまう。同様に、時刻t3から時刻t4まではWP44が再び駆動されるが、時刻t4以降はWP44の駆動が停止されるので、沸騰温度がWP22前水温を下回ってしまう。このように、WP22と接続部66の間の冷媒通路20の液相冷媒が激しく沸騰したときには、エンジン10の冷却が不十分となってしまう。
However, when driving at a time t 2 WP44 is stopped, the boiling temperature emerges cases below the water temperature before WP22. When the temperature difference between the boiling temperature and the WP22 pre-water temperature is large, not only the liquid-phase refrigerant in the gas-
WP62の駆動制御は、このような不具合の発生を抑制する目的で行われるものである。図6は、WP62の駆動制御を説明するためのタイミングチャートである。図6に示す各時刻は、図5に示した各時刻に対応している。図6に示すように、WP62は、継続的に駆動される。WP62が継続的に駆動されれば、キャッチタンク42から常に液相冷媒が送られることになる。従って、気液分離器16内の急激な減圧に伴って沸騰温度がWP22前水温を下回るのを未然に防止できる。なお、WP62の駆動制御では、WP22と接続部66の間の冷媒通路20にキャッチタンク42の液相冷媒を常に供給できればよいので、本実施の形態ではWP62からの冷媒流量を微量(一定量)に設定する。
The drive control of the
図7は、WP62の制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、図7に示す制御ルーチンは、エンジン10の始動直後から所定の制御周期ごとに繰り返し実行されるものとする。図7に示すルーチンにおいて、先ず、ECU70は、エンジン10の沸騰冷却が行われているか否かを判定する(ステップS22)。本ステップの処理は、図2のステップS10の処理と同一である。本ステップにおいて、沸騰冷却が行われていないと判定された場合、ECU70は本ルーチンを終了する。
FIG. 7 is a flowchart showing a control routine of WP62. It is assumed that the control routine shown in FIG. 7 is repeatedly executed every predetermined control cycle immediately after the
ステップS22において、沸騰冷却が行われていると判定された場合、ECU70はWP62の駆動を開始し(ステップS24)、エンジン10の沸騰冷却が終了したか否かを判定する(ステップS26)。ステップS26の処理は、ステップS22の処理と正反対の処理である。ステップS26において、沸騰冷却が終了していないと判定された場合、ECU70はステップS24に戻る。つまり、沸騰冷却が終了するまで、WP62の駆動が継続される。ステップS26において、沸騰冷却が終了したと判定された場合、ECU70はWP62の駆動を停止し(ステップS28)、は本ルーチンを終了する。
If it is determined in step S22 that boiling cooling is being performed, the
最後に、制御弁56の開閉制御について説明する。上述したWP62の駆動制御においてWP62からの冷媒流量は微量ではある。しかし、WP62の駆動は気液分離器16の液相冷媒の液面高さに連動したものではなく、また、気液分離器16からコンデンサ40への経路(冷媒通路36,38,48,54)が気相冷媒しか流せないという構造上、WP62の駆動が原因で、気液分離器16を含む常圧系に液相冷媒が溢れる可能性がある。
Finally, opening / closing control of the
制御弁56の開閉制御は、このような不具合の発生を抑制する目的で行われるものである。図8は、制御弁56の開閉制御を説明するためのタイミングチャートである。時刻t5において気液分離器16の液相冷媒の液面高さがレベルセンサ60の位置H1に到達したとする。ここで、レベルセンサ60の仕様は、レベルセンサ50の仕様と同様であるため(図3参照)、レベルセンサ60は時刻t5においてOFF信号を発する。OFF信号を受けて制御弁56を開き、気液分離器16の液相冷媒を冷媒通路58経由でコンデンサ40に送る。これにより、気液分離器16の液相冷媒の液面高さを低下させる。そして、液面高さが位置H1よりも低くなった時刻t6においてレベルセンサ60はON信号を発し、ON信号を受けて制御弁56を閉じる。
The opening / closing control of the
図9は、制御弁56の制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、図9に示す制御ルーチンは、エンジン10の始動直後から所定の制御周期ごとに繰り返し実行されるものとする。図9に示すルーチンにおいて、先ず、ECU70は、エンジン10の沸騰冷却が行われているか否かを判定する(ステップS30)。本ステップの処理は、図2のステップS10の処理と同一である。本ステップにおいて、沸騰冷却が行われていないと判定された場合、ECU70は本ルーチンを終了する。
FIG. 9 is a flowchart showing a control routine of the
ステップS30において、沸騰冷却が行われていると判定された場合、ECU70は、レベルセンサ60がOFFとされているか否かを判定する(ステップS32)。ECU70は、レベルセンサ60がONとされているか否かをレベルセンサ60からのON・OFF信号に基づいて判断する。本ステップにおいて、ON信号が検出された場合、ECU70はステップS40に進む。
If it is determined in step S30 that boiling cooling is performed, the
ステップS32において、OFF信号が検出された場合、ECU70は制御弁56を開き(ステップS34)、レベルセンサ60がONとされているか否かを判定する(ステップS36)。ステップS36において、OFF信号が検出された場合、ECU70はステップS34に戻る。つまり、気液分離器16の液相冷媒の液面高さがレベルセンサ60の位置よりも低くなるまで、WP44の駆動が継続される。ステップS36においてON信号が検出された場合、ECU70は制御弁56を閉じ(ステップS38)、ステップS40に進む。
If an OFF signal is detected in step S32, the
ステップS40において、ECU70は、エンジン10の沸騰冷却が終了したか否かを判定する。ECU70は、沸騰冷却が終了したか否かを、冷媒通路12内の冷媒温度が所定温度以上であるか否かにより判断する。本ステップの処理は、ステップS30の処理と正反対の処理である。本ステップにおいて、沸騰冷却が終了していないと判定された場合、ECU70はステップS32に戻る。本ステップにおいて、沸騰冷却が終了したと判定された場合、ECU70は本ルーチンを終了する。
In step S40, the
以上説明したように、本実施の形態によれば、エンジン10の沸騰冷却中の各種制御により、次のような効果を得ることができる。即ち、WP44の駆動制御により、キャッチタンク42内の液相冷媒を気液分離器16に補充できる。また、圧力逃がし弁52の開閉制御により、気液分離器16の気相中の圧力を減圧できる。また、WP62の駆動制御により、キャッチタンク42内の液相冷媒をWP22の直上流部に供給できるので、気液分離器16内の急激な減圧に伴うWP22の直上流での液相冷媒の激しい沸騰を防止できる。また、制御弁56の開閉制御により、気液分離器16を含む常圧系に液相冷媒が溢れるのを防止できる。
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained by various controls during boiling cooling of the
なお、上記実施の形態1においては、冷媒通路12が本発明の「冷媒通路」に、エンジン10が本発明の「内燃機関」に、気液分離器16が本発明の「気液分離器」に、過熱器30、超音速ノズル32、タービン34、発電機および蓄電池が本発明の「回収手段」に、コンデンサ40が本発明の「コンデンサ」に、冷媒通路20が本発明の「第1通路」に、冷媒通路18が本発明の「第2通路」に、接続部66が本発明の「接続部」に、WP22が本発明の「ウォーターポンプ」に、冷媒通路68が本発明の「第3通路」に、冷媒通路58が本発明の「第4通路」に、それぞれ相当している。
また、上記実施の形態1においては、ECU70が図7に示した一連の処理を実行することにより本発明の「冷媒供給手段」が、ECU70が図2に示した一連の処理を実行することにより本発明の「冷媒補充手段」が、ECU70が図9に示した一連の処理を実行することにより本発明の「冷媒リーク手段」が、それぞれ実現されている。
In the first embodiment, the
In the first embodiment, the
実施の形態2.
次に、図10を参照しながら、本発明の実施の形態2について説明する。
上記実施の形態1では、WP62からの冷媒流量を一定量に設定した。しかし、エンジン10の運転領域によっては、装置内での不具合が懸念される。例えば、冷媒流量が多過ぎる場合、低負荷領域では冷媒通路12で発生する蒸気量が減少してしまう。また、冷媒流量が少な過ぎる場合は、液相冷媒を供給したにも関わらずWP22の直上流で激しい沸騰が発生してしまう。
Embodiment 2. FIG.
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG.
In the first embodiment, the refrigerant flow rate from the
そこで、本実施の形態では、WP62を可変容量式とし、下記式(1)に基づいてWP62の回転数を変更する。
WP62回転数=Xrpm(ポンプ定格回転数)×係数Yn ・・・(1)
式(1)の係数Ynについては、エンジン10の運転領域(回転速度と負荷)に応じて予め定めた上で、ECU70内のメモリに記憶する。図10は、係数Ynの設定例を示した図である(Y1<Y2<Y3)。
Therefore, in the present embodiment, the
WP62 rotational speed = X rpm (pump rated rotational speed) × coefficient Yn (1)
The coefficient Yn of the equation (1) is determined in advance according to the operation region (rotational speed and load) of the
以上、本実施の形態によれば、WP22の直上流部に最適な量の冷媒を送ることができる。 As described above, according to the present embodiment, an optimal amount of refrigerant can be sent to the immediately upstream portion of WP22.
実施の形態3.
次に、図11乃至図12を参照しながら、本発明の実施の形態3について説明する。本実施の形態は、WP62の機能をWP44に集約したことをその特徴とする。
Embodiment 3 FIG.
Next, Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIGS. The present embodiment is characterized in that the functions of the
[装置構成の説明]
図11は、実施の形態3の沸騰冷却装置200の構成を説明するための図である。沸騰冷却装置200は、WP44と逆止弁46の間の冷媒通路20に、制御弁72を備えている。制御弁72はECU70に接続されている。また、沸騰冷却装置200の冷媒通路68は、WP44と制御弁72の間の冷媒通路20から分岐し、逆止弁46、制御弁72や、冷媒通路18と冷媒通路20の接続部66をバイパスしてWP22とキャッチタンク42を接続している。沸騰冷却装置200の他の構成については、図1に示した沸騰冷却装置100の構成と共通する。
[Description of device configuration]
FIG. 11 is a diagram for explaining the configuration of the boiling
[実施の形態3の特徴]
ECU70による制御には、WP44の駆動制御、圧力逃がし弁52や制御弁56,72の開閉制御が含まれる。圧力逃がし弁52と制御弁56の開閉制御については実施の形態1で説明した通りである。以下、WP22の駆動制御と制御弁72の開閉制御について、図12を参照しながら説明する。
[Features of Embodiment 3]
The control by the
図12は、WP44と制御弁72の制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、図12に示す制御ルーチンは、エンジン10の始動直後から所定の制御周期ごとに繰り返し実行されるものとする。図12に示すルーチンにおいて、先ず、ECU70は、エンジン10の沸騰冷却が行われているか否かを判定する(ステップS42)。本ステップの処理は、図2のステップS10の処理と同一である。本ステップにおいて、沸騰冷却が行われていないと判定された場合、ECU70は本ルーチンを終了する。
FIG. 12 is a flowchart showing a control routine for the
ステップS42において、沸騰冷却が行われていると判定された場合、ECU70は制御弁72を閉じ(ステップS44)、WP44の駆動を開始する(ステップS46)。ステップS46においては、WP44からの冷媒流量が少流量(一定量)に設定される。
If it is determined in step S42 that boiling cooling is being performed, the
ステップS46に続いて、ECU70は、レベルセンサ50がONとされているか否かを判定する(ステップS48)。本ステップの処理は、図2のステップS12の処理と同一である。本ステップにおいて、OFF信号が検出された場合、ECU70はステップS44に戻り、少流量での冷媒供給を継続する。一方、本ステップにおいて、ON信号が検出された場合、気液分離器16の液相冷媒の液面高さがレベルセンサ50の位置よりも低いと判断できる。そのため、ECU70は、キャッチタンク42内の液相冷媒を気液分離器16に補充すべく、制御弁72を開き(ステップS50)、WP44からの冷媒流量を変更する(ステップS52)。ステップS52においては、WP44からの冷媒流量が大流量(一定量)に設定される。
Subsequent to step S46, the
ステップS52に続いて、ECU70は、レベルセンサ50がOFFとされているか否かを判定する(ステップS54)。本ステップの処理は、図2のステップS16の処理と同一である。本ステップにおいて、ON信号が検出された場合、ECU70はステップS50に戻る。つまり、気液分離器16の液相冷媒の液面高さがレベルセンサ50の位置以上となるまで、大流量での冷媒供給を継続する。本ステップにおいてOFF信号が検出された場合、制御弁72を閉じ(ステップS56)、WP44からの冷媒流量を変更する(ステップS58)。ステップS58においては、WP44からの冷媒流量が少流量(ステップS46と同流量)に設定される。
Subsequent to step S52, the
ステップS58に続いて、ECU70は、エンジン10の沸騰冷却が終了したか否かを判定する(ステップS60)。本ステップの処理は、ステップS42の処理と正反対の処理である。本ステップにおいて、沸騰冷却が終了していないと判定された場合、ECU70はステップS48に戻る。本ステップにおいて、沸騰冷却が終了したと判定された場合、ECU70はステップS62に進み、WP22の駆動を停止する。
Subsequent to step S58, the
以上説明したように、本実施の形態によれば、WP44の駆動制御と制御弁72の開閉制御を組み合わせることで、WP22の直上流での液相冷媒の激しい沸騰を防止すると共に、キャッチタンク42内の液相冷媒を気液分離器16に補充できる。
As described above, according to the present embodiment, by combining the driving control of the
なお、上記実施の形態3においては、ECU70が図12のステップS48〜S56の処理を実行することにより本発明の「冷媒補充手段」が、ECU70が図12のステップS42〜S46,S58,S60の処理を実行することにより本発明の「冷媒供給手段」が、それぞれ実現されている。
In the third embodiment, the
10 エンジン
12,14,18,20,26,28,36,38,48,54,58,68 冷媒通路
16 気液分離器
22,44,62 WP(ウォーターポンプ)
24 排気熱蒸気発生器
30 過熱器
32 超音速ノズル
34 タービン
40 コンデンサ
42 キャッチタンク
46,64 逆止弁
50,60 レベルセンサ
52 圧力逃がし弁
56,72 制御弁
66 接続部
70 ECU
100,200 沸騰冷却装置
10
24 Exhaust
100,200 Boiling cooler
Claims (1)
前記内燃機関から排出された冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離する気液分離器と、
前記気液分離器で分離された気相冷媒の熱エネルギーを回収するための回収手段と、
熱エネルギー回収後の気相冷媒を冷却して液相冷媒に戻すためのコンデンサと、
前記コンデンサと前記冷媒通路とを接続する第1通路と、
前記第1通路の途中で分岐して前記気液分離器と接続される第2通路と、
前記第1通路が前記第2通路に接続する接続部と、前記冷媒通路との間に設けられ、前記第1通路内の液相冷媒を前記冷媒通路に送るためのウォーターポンプと、
前記第1通路において前記接続部をバイパスして前記コンデンサと前記ウォーターポンプを接続する第3通路と、
前記回収手段を経由せずに前記気液分離器と前記コンデンサを接続する第4通路と、
前記内燃機関の沸騰冷却中、前記コンデンサからの液相冷媒を、前記第3通路を経由させて前記ウォーターポンプに送る冷媒供給手段と、
前記内燃機関の沸騰冷却中、前記気液分離器の液相冷媒の液面高さが第1基準値未満となった場合、前記コンデンサからの液相冷媒を、前記第2通路を経由させて前記気液分離器に送る冷媒補充手段と、
前記内燃機関の沸騰冷却中、前記気液分離器の液相冷媒の液面高さが前記第1基準値よりも大きい第2基準値以上となった場合、前記気液分離器で分離された液相冷媒を、前記第4通路を経由させて前記コンデンサに送る冷媒リーク手段と、
を備えることを特徴とする沸騰冷却装置。 An internal combustion engine that is cooled by the boiling of the refrigerant flowing in the refrigerant passage formed therein;
A gas-liquid separator that separates the refrigerant discharged from the internal combustion engine into a liquid-phase refrigerant and a gas-phase refrigerant;
Recovery means for recovering thermal energy of the gas-phase refrigerant separated by the gas-liquid separator;
A capacitor for cooling the gas-phase refrigerant after recovery of thermal energy to return it to the liquid-phase refrigerant;
A first passage connecting the capacitor and the refrigerant passage;
A second passage branched in the middle of the first passage and connected to the gas-liquid separator;
A water pump provided between the refrigerant passage and the connection portion where the first passage connects to the second passage, and a liquid pump for sending the liquid-phase refrigerant in the first passage to the refrigerant passage;
A third passage connecting the condenser and the water pump by bypassing the connecting portion in the first passage;
A fourth passage connecting the gas-liquid separator and the condenser without going through the recovery means;
Refrigerant supply means for sending the liquid phase refrigerant from the condenser to the water pump via the third passage during boiling cooling of the internal combustion engine;
During the boiling cooling of the internal combustion engine, when the liquid level of the liquid phase refrigerant of the gas-liquid separator becomes less than the first reference value, the liquid phase refrigerant from the capacitor is caused to pass through the second passage. Refrigerant replenishing means for sending to the gas-liquid separator;
During boiling cooling of the internal combustion engine, when the liquid level of the liquid-phase refrigerant of the gas-liquid separator becomes equal to or higher than a second reference value that is larger than the first reference value, the gas-liquid separator is separated. Refrigerant leakage means for sending liquid phase refrigerant to the capacitor via the fourth passage;
A boiling cooling device comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014191408A JP2016061260A (en) | 2014-09-19 | 2014-09-19 | Ebullient cooling device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014191408A JP2016061260A (en) | 2014-09-19 | 2014-09-19 | Ebullient cooling device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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ID=55797328
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
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-
2014
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