JP2551983Y2 - 内燃機関の沸騰冷却装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、冷媒の沸騰熱伝達によ
り内燃機関の冷却を効率良く行うと共に安全性の高い沸
騰冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷却を行う必要のある高温箇所に液相の
冷媒を供給し、この冷媒の沸騰により高温箇所から熱を
奪う沸騰熱伝達は、高温箇所と液相の冷媒との間で熱対
流を起こさせ、この高温箇所から熱を奪う強制対流熱伝
達よりも冷媒の相変態を伴うために格段に熱伝達率が良
く、冷媒の流量を大幅に低下させることができる上、温
度が高い部分ほど効率良く熱を奪うことが可能である
他、強制対流熱伝達に対して非常に優れた利点が多々あ
ることが知られている。そこで、この沸騰熱伝達の原理
を利用した沸騰冷却装置が発電機等の定置設備に組み込
まれた内燃機関等の冷却装置として従来より採用されて
いる。

【０００３】近年、これを自動車に搭載された内燃機関
（以下、機関と略称する）の冷却装置として利用するこ
とが、特開昭６０−２４３３２１号公報等で既に提案さ
れており、その概念を表す図５に示すように、機関Ｅに
は冷却ジャケットであるウォータジャケットＪが形成さ
れている。このウォータジャケットＪは、シリンダブロ
ックＢ内の図示しないシリンダライナを囲むライナジャ
ケットＪ_Lと、このライナジャケットＪ_Lに連通するシリ
ンダヘッドＨ内のヘッドジャケットＪ_Hとで主要部が構
成されている。

【０００４】この機関Ｅを冷却する沸騰冷却装置101
は、冷媒である冷却水をウォータジャケットＪを通じて
循環させるための循環通路102を具えており、この循環
通路102の一端がウォータジャケットＪの入口、即ちラ
イナジャケットＪ_Lの入口に連通する一方、この循環通
路102の他端がヘッドジャケットＪ_Hに連通している。

【０００５】この循環通路102のウォータジャケットＪ_L
側には、循環ポンプ103が介装され、又、循環通路102の
ウォータジャケットＪ_H側には、サーモスタット弁104が
介装されている。サーモスタット弁104は、機関Ｅを基
準として循環通路102の上流側に接続する第一ポート104
a、及び循環通路102の下流側に接続する第二ポート104
b、及び循環ポンプ103の入口にバイパス通路105を介し
て直接に接続する第三ポート104cを有する３ポート２位
置の方向制御弁と、この方向制御弁の切換位置を循環通
路102内を流れる冷却水の温度に基づいて切り換えるた
めのサーモスタット型駆動部とで主要部が構成されてい
る。

【０００６】ここで、機関Ｅからの冷却水が設定温度以
下の場合、サーモスタット弁104は第一ポート104aと第
三ポート104cとを接続する一方、第一ポート104aと第二
ポート104bとの間を遮断する第一切換位置にあるが、冷
却水が設定温度以上の場合には、サーモスタット弁104
は第一ポート104aと第二ポート104bとを接続する一方、
第一ポート104aと第三ポート104cとを遮断する第二切換
位置に切換作動するようになっている。

【０００７】一方、サーモスタット弁104の第二ポート1
04bと循環ポンプ103とを接続する循環通路102の途中に
は、凝縮冷却手段106が設けられている。この凝縮冷却
手段106は、蒸気用冷却器109を組み込んだ気液分離器10
7と飽和水用冷却器108とで主要部が構成され、気液分離
器107は飽和水用冷却器108とサーモスタット弁104との
間の循環通路102の途中に配置されている。

【０００８】従って、気液分離器107に気相及び液相の
冷却水が供給されると、気液分離器107は、液相の冷却
水から気相の冷却水（以下、これを水蒸気と呼称する）
を分離し、この水蒸気のみが蒸気通路110を介して蒸気
用冷却器109に供給される。これに対し、気液分離器107
からは水蒸気を含まない液相の冷却水が飽和水用冷却器
108に供給されるが、この飽和水用冷却器108には蒸気用
冷却器109にて水蒸気を凝縮して得た液相の冷却水も同
時に供給される。

【０００９】前記蒸気用冷却器109には、水蒸気の冷却
凝縮を促進させるための電動ファン111が付設されてお
り、同様に飽和水用冷却器108にも電動ファン112が組み
込まれている。これら電動ファン111,112の駆動は、飽
和水用冷却器108から循環ポンプ103に戻される冷却水温
が所定の温度となるように制御される。このため、循環
ポンプ103の入口には、冷却水の温度を検出する温度セ
ンサ113が配置されている。

【００１０】更に、飽和水用冷却器108と循環ポンプ103
との間の循環通路102の途中から分岐する通路114は、冷
却水を補給する補給タンク115の底壁の部分に接続して
いる。この補給タンク115は、循環通路102内を流れる冷
却水の水位よりも高い位置に配置されており、その内部
には冷却水が蓄えられている。又、補給タンク115の上
壁には調圧弁116が取り付けられており、この調圧弁116
は補給タンク115内の圧力である循環通路102内の圧力が
正の所定圧力以上になった時や、逆に負の所定圧力以下
となった時にそれぞれ開弁し、補給タンク115内を一定
圧力の範囲に保持するようになっている。

【００１１】従って、この沸騰冷却装置101における冷
却水温度とその蒸気圧（ゲージ圧）との関係を表す図６
に示すにように、機関Ｅが始動前で冷えた状態にある
時、一点鎖線で示す循環ポンプ入口Ｉ_P及び実線で示す
ライナジャケット入口Ｉ_L及び破線で示すヘッドジャケ
ットＩ_H及び二点鎖線で示す蒸気用冷却器出口Ｏ_Rでの冷
却水のそれぞれ圧力及び温度は、の点にあると仮定す
る。このの点での圧力は、調圧弁106により大気圧よ
りもＰ_Lだけ低い負圧の設定値となっている。

【００１２】このような状態で機関Ｅを始動すると、循
環ポンプ103も同時に駆動され、これに伴って循環ポン
プ103から送り出される冷却水は、図５中、破線の矢印
で示すように循環する。即ち、循環ポンプ103からの冷
却水は、ライナジャケットＪ_Lに供給されてヘッドジャ
ケットＪ_Hに到り、このヘッドジャケットＪ_Hからサーモ
スタット弁104及びバイパス通路105を通って循環ポンプ
入口Ｉ_Pに戻るようになっており、この時のサーモスタ
ット弁104は第一切換位置にある。

【００１３】上述した状態における循環ポンプ103の出
口側の圧力であるライナジャケット入口Ｉ_Lでの冷却水
の圧力は、図６中、実線で示すように徐々に上昇し、そ
の温度も機関Ｅからの加熱により徐々に上昇する。同様
に、循環ポンプ入口Ｉ_P及びヘッドジャケットＩ_Hでの冷
却水の圧力も、図６中、一点鎖線及び破線でそれぞれ示
すように、それらの温度と共に上昇することになる。

【００１４】ここで、圧力Ｐ_L1は循環ポンプ103での入
口と出口との間の圧力差を示しており、圧力Ｐ_L2は機関
Ｅの内部での流れ抵抗に起因した圧力損失を示す。そし
て、ヘッドジャケットＩ_H内での冷却水は、図６中、Ｔ_a
で示すようにライナジャケットＩ_Lを冷却水が通過する
際の流れ抵抗に起因し、の点からの圧力上昇に遅れが
生じ、又、その温度も流れ抵抗に起因して上昇する。

【００１５】更に、循環ポンプ入口Ｉ_Pでの冷却水の圧
力が上昇しての点に達すると、これ以後の循環ポンプ
入口Ｉ_Pでの圧力は、調圧弁116により設定された正圧の
設定値Ｐ_Hに保持され、この設定値Ｐ_Hよりも上昇するこ
とがない。即ち、循環ポンプ入口Ｉ_Pでの圧力がＰ_H以上
に上昇しようとしても、調圧弁116が開弁することで補
給タンク115内の空気が大気開放され、これによって循
環通路102内の圧力がＰ_H以上には加圧されない。

【００１６】このように、循環ポンプ入口Ｉ_Pでの冷却
水の圧力上昇が停止すると、ライナジャケット入口Ｉ_L
での冷却水の圧力上昇も図６中のの点で停止するが、
この時のライナジャケット入口Ｉ_Lでの冷却水の圧力
は、設定値Ｐ_Hよりも所定の圧力差を有して高くなって
おり、又、ヘッドジャケットＩ_Hでの冷却水の圧力上昇
が停止するの点では、循環ポンプ入口Ｉ_P及びライナ
ジャケットＩ_Lでの冷却水の温度よりも、ライナジャケ
ットＩ_L内の通過で加熱される分だけ高温となってい
る。

【００１７】その後、ライナジャケット入口Ｉ_L及び循
環ポンプ入口Ｉ_P及びヘッドジャケットＩ_Hでのそれぞれ
の冷却水は、それらの圧力を一定に保持した状態での
点からの点に向かい、その温度のみが上昇することと
なる。

【００１８】ヘッドジャケットＩ_Hでの冷却水温度Ｔが
前述したサーモスタット弁104での設定温度Ｔ₁に達する
と、この時点で、サーモスタット弁104は第一切換位置
から第二切換位置に切換作動する。このサーモスタット
弁104の切換作動により、サーモスタット弁104からバイ
パス通路105を介して循環ポンプ103に戻る冷却水の流れ
が阻止され、代わりにヘッドジャケットＪ_Hから排出さ
れた冷却水は、サーモスタット弁104を介して気液分離
器107に流れ、この気液分離器107から飽和水冷却器108
を通じて循環ポンプ103の入口に戻る。

【００１９】この時、ヘッドジャケットＪ_H内の冷却水
の温度は、飽和蒸気圧線Ｓで規定される温度に達してお
らず、気液分離器107に供給される冷却水は全て液相と
なる。このため、気液分離器107から蒸気通路110を介し
て蒸気用冷却器109に供給される水蒸気はない。

【００２０】ヘッドジャケットＪ_H内での冷却水の温度
が機関Ｅからの熱を受け、更に上昇して飽和蒸気圧線Ｓ
で規定される温度、即ち、の点に達すると、この時点
から、ヘッドジャケットＪ_H内の冷却水は沸騰し始め、
この沸騰による気化熱により、機関Ｅを効果的に冷却す
ることができる。上述した冷却水の沸騰により、ヘッド
ジャケットＪ_Hからサーモスタット弁104を通って気液分
離器107に到る冷却水には、水蒸気が含まれているが、
この水蒸気は気液分離器107において液相の冷却水から
分離され、蒸気通路110を通じて蒸気用冷却器109に供給
される。この蒸気用冷却器109内において、水蒸気は電
動ファン111により冷却されて凝縮し、気液分離器107か
らの冷却水と合流して飽和水用冷却器108に供給され
る。

【００２１】ここで、蒸気用冷却器出口Ｏ_Rでの冷却水
は、図６中、二点鎖線で示すようにの点から設定値Ｐ
_Hで示すの点に到り、そして、このの点からの点
に移行する。このの点は飽和蒸気圧線Ｓ上にあり、蒸
気用冷却器109から飽和水用冷却器108に供給される冷却
水は、飽和水となっている。

【００２２】上述したように、ヘッドジャケットＪ_H及
び蒸気用冷却器出口Ｏ_Rでの冷却水の状態がの点に達
すると、機関Ｅは定常運転となり、この時、ライナジャ
ケット入口Ｊ_L及び循環ポンプ入口Ｉ_Pにおける冷却水も
それぞれの点に到る。

【００２３】ここで、機関Ｅが定常運転となった時、ラ
イナジャケット入口Ｊ_Hでの冷却水の温度をＴ₂、ヘッド
ジャケットＪ_Hでの冷却水の沸騰温度をＴ₃とすると、こ
の沸騰温度Ｔ₃と温度Ｔ₂との間には、ΔＴの温度差が設
定されている。つまり、循環ポンプ入口Ｉ_Pに戻る冷却
水の温度がＴ₂となるように、電動ファン111,112 の駆
動制御される。

【００２４】この後、機関Ｅの駆動が停止すると、ヘッ
ドジャケットＪ_H内及び蒸気用冷却器出口Ｏ_Rでの冷却水
の圧力及び温度は、の点から飽和蒸気圧線Ｓに沿って
それぞれ低下し、又、ライナジャケット入口Ｉ_L及び循
環ポンプ入口Ｉ_Pでの冷却水の圧力及び温度も、それぞ
れの点から徐々に低下する。

【００２５】なお、ヘッドジャケットＪ_Hでの冷却水の
温度がＴ₁以下になると、サーモスタット弁104は第二切
換位置から第一切換位置に戻され、又、循環通路102内
の圧力が設定値Ｐ_H以下になった時、調圧弁116は閉じら
れる。

【００２６】そして、ヘッドジャケットＪ_H及び蒸気用
冷却器Ｏ_R及びライナジャケットＩ_L及び循環ポンプ入口
Ｉ_Pでの冷却水の状態がぞれぞれの点に達し、この
の点での圧力が前述した負の設定値Ｐ_Lに達すると、調
圧弁116が再び開弁状態となる。この場合、補給タンク1
15内に空気が吸い込まれ、ヘッドジャケットＪ_H及び蒸
気用冷却器Ｏ_R及びライナジャケットＩ_L及び循環ポンプ
入口Ｉ_Pの冷却水は、それぞれの点の状態に復帰す
る。

【００２７】

【考案が解決しようとする課題】図５及び図６に示す機
関の沸騰冷却装置において、電動ファン111,112 の故障
や機関Ｅの異常発熱等による蒸気用冷却器106の冷却能
力に不足が発生した場合、沸騰冷却装置101内の水蒸気
の体積が正常な範囲を越えてしまい、補給タンク115の
調圧弁116を介して冷却水の一部が外部に流出する結
果、機関ＥのウォータジャケットＪ内の水位が低下し、
機関Ｅが焼き付く等の不具合を発生する虞がある。

【００２８】又、上述した原因等で蒸気用冷却器106の
冷却能力に不足が発生した場合、循環ポンプ入口Ｉ_Pで
の冷却水温が飽和蒸気圧線Ｓに接近し、循環ポンプ103
にキャビテーションが発生して送水能力が低下する結
果、機関ＥのウォータジャケットＪ内の水位が低下し、
機関Ｅが焼き付く等の不具合を発生する虞がある。

【００２９】何れにしても、蒸気用冷却器106の冷却能
力が低下した場合には機関Ｅが損傷する可能性があり、
蒸気用冷却器106の冷却能力の低下に伴う安全性が不充
分であった。

【００３０】更に、先に説明した機関の沸騰冷却装置で
は、実際に沸騰冷却の効果が発生するのは図６における
蒸気圧の高いの領域であり、これよりも温度の低い大
気圧近傍での沸騰冷却が不可能である。

【００３１】

【考案の目的】本考案は、何らかの原因で蒸気用冷却器
の冷却能力に不足が発生した場合でも、機関の損傷を未
然に防止し得ると共に大気圧近傍での沸騰冷却が可能な
効率の良い内燃機関の沸騰冷却装置を提供することを目
的とする。

【００３２】本考案による内燃機関の沸騰冷却装置は、
一端が内燃機関の冷却ジャケットの入口に接続すると共
に他端がこの冷却ジャケットの出口に接続する冷却液の
循環通路と、この循環通路の前記冷却ジャケットの入口
側に設けられて当該循環通路内の沸騰可能な冷却液を循
環させる循環ポンプと、この循環ポンプと前記冷却ジャ
ケットの出口との間の前記循環通路の途中に設けられて
前記冷却ジャケットからの沸騰した前記冷却液を気相と
液相とに分離する気液分離器と、この気液分離器と前記
循環ポンプとの間の前記循環通路の途中に設けられて前
記冷却液を冷却する飽和水用冷却器と、この飽和水用冷
却器と前記循環ポンプとの間の前記循環通路と前記気液
分離器とを接続するバイパス通路と、このバイパス通路
と前記循環通路との接続部分に設けられ且つ前記冷却液
の温度に基づいて当該バイパス通路の開閉を切り換える
切換弁と、一端が前記気液分離器に蒸気通路を介して連
通され且つ他端が前記気液分離器と前記飽和水用冷却器
との間の前記循環路に連通されると共に前記気液分離器
により分離された気相を冷却することによって液相に凝
縮して前記飽和水用冷却器に供給する蒸気用冷却器と、
前記気液分離器の下流且つ前記切換弁の上流の前記循環
路内に連通し且つ前記冷却液が蓄えられた補給タンク
と、この補給タンクの上端部に設けられて前記冷却液の
圧力がその飽和蒸気圧とほぼ等しくなった時点で当該補
給タンク内を密封し得る開閉弁と、前記蒸気通路若しく
は前記蒸気用冷却器に付設されて前記冷却液の蒸気のみ
を外部に排出し得るリリーフ弁とを具えたものである。

【００３３】

【作用】機関の始動により循環ポンプが作動して冷却水
温が上昇し、これに伴って補給タンク内の冷却水の水位
も上昇するが、この場合には冷却水が気液分離器からバ
イパス通路を経由して切換弁を通り、循環ポンプに戻る
こととなる。

【００３４】そして、循環通路内を流れる冷却水がその
沸点に達した時点で沸騰冷却が始まり、これとほぼ同時
に補給タンク内が開閉弁により密閉され、循環通路内の
圧力が上昇して機関の正常な冷却が行われる。この時点
では、切換弁がバイパス通路を塞いだ状態となり、冷却
液は気液分離器から凝縮冷却手段を経由して切換弁を通
り、循環ポンプに戻ることとなる。つまり、機関により
加熱された冷却液は気液分離器により気相と液相とに分
離され、これらが凝縮冷却手段によって冷却され、循環
ポンプ側へは液相の冷却水のみ供給される。そして、こ
の凝縮冷却手段によって凝縮した冷却液が再び循環ポン
プにより機関の冷却ジャケットに供給される。

【００３５】ここで、何らかの原因で凝縮冷却手段の冷
却能力に不足が発生すると、循環通路内の冷却水温及び
圧力が上昇し、これが予め設定した圧力を越えるとリリ
ーフ弁が開弁して冷却水の蒸気が外部に排出される。こ
の間、補給タンク内は開閉弁により密閉されたままとな
っている。

【００３６】

【実施例】本考案による内燃機関の沸騰冷却装置の一実
施例の概念を表す図１に示すように、機関Ｅには冷却ジ
ャケットであるウォータジャケットＪが形成されてお
り、このウォータジャケットＪは、シリンダブロックＢ
内の図示しないシリンダライナを囲むライナジャケット
Ｊ_Lと、このライナジャケットＪ_Lに連通するシリンダヘ
ッドＨ内のヘッドジャケットＪ_Hとで主要部が構成され
ている。

【００３７】この機関Ｅを冷却する沸騰冷却装置１１
は、冷媒である冷却水１２をウォータジャケットＪを通
じて循環させるための循環通路１３を具えており、この
循環通路１３の一端がウォータジャケットＪの入口、即
ちライナジャケットＪ_Lの入口に連通する一方、この循
環通路１３の他端がヘッドジャケットＪ_Hに連通してい
る。

【００３８】この循環通路１３のウォータジャケットＪ
_L側には、循環ポンプ１４が介装され、又、循環通路１
３のウォータジャケットＪ_H側には、凝縮冷却手段１５
と気液分離器１６とが設けられている。凝縮冷却手段１
５は、蒸気用冷却器１７と飽和水用冷却器１８とで主要
部が構成され、気液分離器１６は機関Ｅと飽和水用冷却
器１８との間の循環通路１３の途中に配置されている。

【００３９】従って、気液分離器１５に気相及び液相の
冷却水１２が供給されると、気液分離器１５は、液相の
冷却水１２から気相の冷却水１２（以下、これを水蒸気
と呼称する）を分離し、この水蒸気のみが蒸気通路１９
を介して蒸気用冷却器１７に供給される。そして、気液
分離器１６からの水蒸気を含まない液相の冷却水１２
は、循環通路１３を介して飽和水用冷却器１８に供給さ
れるが、この飽和水用冷却器１８には蒸気用冷却器１７
にて水蒸気を凝縮して得た液相の冷却水１２も同時に供
給される。

【００４０】前記蒸気用冷却器１７には、水蒸気の冷却
凝縮を促進させるための電動ファン２０が付設されてお
り、同様に飽和水用冷却器１８にも電動ファン２１が組
み込まれている。これら電動ファン２０,２１の駆動
は、飽和水用冷却器１８から循環通路１３を介して循環
ポンプ１４に戻される冷却水温が所定の温度となるよう
に制御される。このため、循環ポンプ１４の入口には、
冷却水１２の温度を検出する温度センサ２２が配置され
ている。

【００４１】又、この沸騰冷却装置１１の最上端に位置
する蒸気用冷却器１７と気液分離器１６とを接続する蒸
気通路１９の途中には、この蒸気通路１９内が予め設定
した危険圧力を越えた場合に、当該蒸気通路１９内を大
気開放して蒸気通路１９内の圧力による沸騰冷却装置１
１自体の破損を防ぐ圧力逃がし弁２３が介装されてい
る。

【００４２】一方、前記気液分離器１６と、飽和水用冷
却器１８と循環ポンプ１４との間の循環通路１３とは、
バイパス通路２４を介して連通しており、このバイパス
通路２４と循環通路１３との接続部分には、サーモスタ
ット弁２５が介装されている。このサーモスタット弁２
５は、飽和水用冷却器１８側の循環通路１３に接続する
第一ポート25aと、循環ポンプ１４側の循環通路１３に
接続する第二ポート25bと、バイパス通路２４に接続す
る第三ポート25cとを有する３ポート２位置の方向制御
弁であり、循環通路１３内を流れる冷却水温に基づいて
このサーモスタット弁２５の図示しないスプールの位置
を切り換えるサーモスタット型スプール駆動部が組み付
けられている。

【００４３】ここで、機関Ｅからの冷却水１２が予め設
定したサーモスタット開弁温度Ｔ_C2以下の場合、サーモ
スタット弁２５は第一ポート25aを遮断して第二ポート2
5bと第三ポート25cとを接続する第一切換位置にある
が、冷却水１２がサーモスタット開弁温度Ｔ_C2以上の場
合には、サーモスタット弁２５は第一ポート25aと第二
ポート25bとを接続して第三ポート25cを遮断する第二切
換位置に切換作動するようになっている。

【００４４】なお、前記気液分離器１６と飽和水用冷却
器１８との間の循環通路１３の途中には、冷却水供給通
路２６を介して循環通路１３内に冷却水１２を補給する
補給タンク２７の底部が接続しており、この補給タンク
２７内には冷却水１２が蓄えられている。

【００４５】図１及び補給タンク２７の部分の拡大断面
構造を表す図２に示すように、この補給タンク２７の上
壁部には図３に示す如き開閉弁２８が取り付けられてお
り、この開閉弁２８は補給タンク２７にねじ込まれ且つ
補給タンク２７内と外部とを連通する通気孔28aが形成
された本体28bと、この本体28b内に収納されて補給タン
ク２７内の冷却水１２の水位に応じて上下動する弁体
（以下、フロートと呼称する）28cと、このフロート28c
の上昇端にて当該フロート28cに密着して通気孔28aを塞
ぎ得るシールパッキング28dとで主要部が形成されてい
る。

【００４６】前記補給タンク２７の冷却水容積は、蒸気
用冷却器１７内が全て水蒸気となった場合に、フロート
28cが通気孔28aを塞ぐ水位となるように、機関Ｅの冷態
時における補給タンク２７内の水位とフロート28cが通
気孔28aを塞ぐ状態の水位との差Ｗ_Hに対応して設定され
ている。

【００４７】従って、この沸騰冷却装置１１における冷
却水温度と冷却水圧力（ゲージ圧）との関係を表す図４
に示すにように、機関Ｅが始動前で冷えた状態にある
時、一点鎖線で示す循環ポンプ入口Ｉ_P及び実線で示す
ライナジャケット入口Ｉ_L及び破線で示すヘッドジャケ
ットＩ_H及び二点鎖線で示す蒸気用冷却器出口Ｏ_R及び波
線で示す蒸気通路内Ｉ_Sでの冷却水のそれぞれ圧力及び
温度は、循環ポンプ入口Ｉ_Pとライナジャケット入口Ｉ_L
との差圧や循環通路１３内の圧損によりの点に分布す
る。

【００４８】このような状態で機関Ｅを始動すると、機
関Ｅにおける冷却水受熱により循環ポンプ入口Ｉ_P及び
ライナジャケット入口Ｉ_L及びヘッドジャケットＩ_Hでの
冷却水温が上昇しての点に達する。この間の冷却水温
はサーモスタット開弁温度Ｔ_C2よりも低いので、サーモ
スタット弁２５が第一ポート25aを遮断すると共に第二
ポート25bと第三ポート25cとを接続する第一切換位置に
あり、冷却水１２は図１中、実線の矢印で示す如く循環
通路１３内を循環し、凝縮冷却手段１５の蒸気用冷却器
１７及び飽和水用冷却器１８側へは供給されない。

【００４９】この場合、補給タンク２７内の冷却水１２
の水位がほとんど上昇しないため、フロート28cは開閉
弁２８の通気孔28aを塞ぐには至らず、循環通路１３内
の冷却水の圧力は大気圧とほぼ等しくなっている。又、
補給タンク２７内の冷たい冷却水１２が機関Ｅ側に供給
されないため、機関Ｅの暖機を促進することができる。

【００５０】そして、前記の点にまで冷却水温が上昇
すると、サーモスタット弁２５は第一ポート25aと第二
ポート25bとを接続すると共に第三ポート25cを遮断する
第二切換位置に切換作動し、冷却水１２は図１中、破線
の矢印で示す如く循環通路１３内を循環し、バイパス通
路２４を通らずに気液分離器１６から凝縮冷却手段１５
側に供給されて蒸気用冷却器出口Ｏ_R及び蒸気通路内Ｉ_S
内の冷却水温もの点に達する。この場合、ライナジャ
ケット入口Ｉ_Lの冷却水温は、その沸点Ｔ_A2に達してい
ないものの、ライナジャケットＪ_Lからヘッドジャケッ
トＪ_Hを通過する間に沸点Ｔ_A2に達し、冷却水１２の一
部が気化する。

【００５１】これにより、循環通路１３内の蒸気圧が次
第に増大して補給タンク２７内の冷却水１２の水位も上
昇し、蒸気用冷却器１７内が全て水蒸気となる最高水位
となった時点でフロート28cが開閉弁２８の通気孔28aを
塞ぐ閉弁状態となる。このように、ヘッドジャケットＪ
_Hから循環通路１３内に送り出される冷却水１２の一部
が気化して水蒸気となるが、気液分離器１６にて蒸気通
路１９から蒸気用冷却器１７側に供給され、液相の冷却
水１２のみが飽和水用冷却器１８側に送り出される。

【００５２】この状態で更に冷却水温が上昇すると、開
閉弁２８が閉弁状態を保っているため、冷却水の圧力は
図４中、実線で示す飽和蒸気圧線Ｓに沿って上昇し、機
関Ｅの正常な運転に対応するの点に達する。このの
点における制御目標温度Ｔ_C3は、冷却水１２の作動沸点
Ｔ_A3に対して適切なサブクール度（Ｔ_A3−Ｔ_C3）が設定
されているため、循環ポンプ１４にキャビテーションが
発生せず、循環ポンプ１４は正常に作動する。又、循環
ポンプ入口Ｉ_Pの冷却水温が制御目標温度Ｔ_C3を越える
と、電動ファン２０,２１が作動して冷却水温が制御目
標温度Ｔ_C3を保持するように機能する。

【００５３】ここで、電動ファン２０,２１の故障や機
関Ｅの異常発熱による蒸気用冷却器１７の能力不足等の
何らかの原因で、の点から更に温度上昇が起こると、
蒸気用冷却器１７における水蒸気と冷却水との温度差が
拡大してその冷却能力が向上するため、冷却水１２はそ
の温度及び圧力がの点との点との間で安定状態とな
る。

【００５４】ここで、の点での最高許容沸点Ｔ_A4は、
機関Ｅの正常な運転を継続するに当たって越えてはなら
ない温度であり、蒸気通路内Ｉ_S内の圧力がリリーフ弁
開弁圧Ｐ_E4を越えた場合にはリリーフ弁２３が開弁する
ため、冷却水温及び圧力はの点を越えて上昇すること
はない。

【００５５】なお、このの点でも安定状態とならない
場合には、リリーフ弁２３から水蒸気が噴出し、図５に
示す従来のように補給タンク115からの冷却水の流出が
生じないため、機関Ｅが破損してしまうような虞はな
い。

【００５６】この後、機関Ｅの駆動が停止すると、ヘッ
ドジャケットＪ_H内及び蒸気用冷却器出口Ｏ_Rでの冷却水
の圧力及び温度は、の点から飽和蒸気圧線Ｓに沿って
それぞれ低下し、又、ライナジャケット入口Ｉ_L及び循
環ポンプ入口Ｉ_Pでの冷却水の圧力及び温度も、それぞ
れの点から徐々に低下する。

【００５７】そして、ヘッドジャケットＪ_Hでの冷却水
の温度がサーモスタット開弁温度Ｔ_C2以下になると、サ
ーモスタット弁２５は第二切換位置から第一切換位置に
戻され、これとほぼ並行して補給タンク２７内の冷却水
１２の水位が下降し、これに伴ってフロート28cが下降
し、通気孔28aが大気開放されて開閉弁２８が開弁状態
となる。

【００５８】このようにして、最終的に循環ポンプ入口
Ｉ_P及びライナジャケット入口Ｉ_L及びヘッドジャケット
Ｉ_H及び蒸気用冷却器出口Ｏ_R及び蒸気通路内Ｉ_Sでの冷
却水は、それぞれの点の状態に復帰する。

【００５９】なお、本実施例では蒸気用冷却器１７と飽
和水用冷却器１８とを別々に設けたが、これらを一体化
させることも可能である。この場合、これらの電動ファ
ン２０,２１の代わりに、機関Ｅ自体により駆動される
ファンを使用するようにしても良い。又、補給タンク２
７を飽和水用冷却器１８とサーモスタット弁２５との間
の循環通路１３に連通させるようにしても、上述した実
施例と全く同様な効果を得ることができる。

【００６０】

【考案の効果】本考案の内燃機関の沸騰冷却装置による
と、冷却液が沸騰するまでは補給タンク内を大気開放
し、この冷却液が沸騰し始めた時点で補給タンク内を密
閉するようにしたので、冷却液の沸騰温度が図５及び図
６に示すものよりも低く、早い時期から沸騰冷却を行う
ことができる。又、機関の暖機中には補給タンク内の冷
却水が機関側には供給されないので、機関の暖機を促進
することができる上、機関の暖機中でも冷却液を気液分
離器を経由させるようにしたので、水蒸気が循環ポンプ
側に流れて循環ポンプでキャビテーションが発生するよ
うな虞が全くない。

【００６１】又、循環通路内の圧力が異常に高圧となっ
ても補給タンク内は密閉状態のままであり、リリーフ弁
から冷却液の蒸気のみが排出されるため、冷却水が補給
タンクから大量に流出するような不具合を未然に防止す
ることができる。

【００６２】このように、循環ポンプにより冷却ジャケ
ットに供給した冷却水を沸騰させて機関を沸騰冷却する
一方、この機関から送り出される冷却液中の蒸気を凝縮
して全て液相の冷却液とした後、この冷却液を所定の温
度にまで冷却して循環ポンプに戻すようにしているた
め、流動沸騰型の冷却装置とすることができる。この流
動沸騰型の冷却装置の場合、機関のシリンダヘッド内に
大容量の冷却ジャケットを形成する必要がないので、機
関の大型化を招くようなことはない。しかも、冷却ジャ
ケット内で沸騰した冷却液は、凝縮されて再び循環ポン
プに戻されるため、冷却液の消失量を従来のプール沸騰
型の冷却装置に比べて非常に少なくすることができる。

【００６３】従って、冷却水を蓄えておく大容量の補給
タンクが不要であり、冷却液の補給のために冷却ジャケ
ット内での沸騰状態にある冷却水の液面レベルを検出す
る必要もない。又、冷却ジャケット内での沸騰冷却を機
関の姿勢に係わらず、安定して行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案による内燃機関の沸騰冷却装置の一実施
例のシステムを表す概念図である。

【図２】その調圧タンクの部分の概略構造を表す断面図
である。

【図３】そのフロート弁の部分の外観を表す斜視図であ
る。

【図４】その冷却水温度と蒸気圧との関係を表すグラフ
である。

【図５】本考案の対象となった背景となる内燃機関の沸
騰冷却装置の一例のシステムを表す概念図である。

【図６】その冷却水温度と蒸気圧との関係を表すグラフ
である。

【符号の説明】

１１は沸騰冷却装置、１２は冷却水、１３は循環通路、
１４は循環ポンプ、１５は凝縮冷却手段、１６は気液分
離器、１７は蒸気用冷却器、１８は飽和水用冷却器、１
９は蒸気通路、２０,２１は電動ファン、２２は温度セ
ンサ、２３は圧力逃がし弁、２４はバイパス通路、２５
はサーモスタット弁、25aは第一ポート、25bは第二ポー
ト、25cは第三ポート、２６は冷却水供給通路、２７は
補給タンク、２８は開閉弁、28aは通気孔、28bは本体、
28cはフロート弁、28dはシールパッキング、Ｂはシリン
ダブロック、Ｅは機関、Ｈはシリンダヘッド、Ｉ_Hはヘ
ッドジャケット、Ｉ_Lはライナジャケット入口、Ｉ_Pは循
環ポンプ入口、Ｉ_Sは蒸気通路内、Ｊはウォータジャケ
ット、Ｊ_Hはヘッドジャケット、Ｊ_Lはライナジャケッ
ト、Ｏ_Rは蒸気用冷却器出口、Ｓは飽和蒸気圧線、Ｔ_A2
は沸点、Ｔ_A3は作動沸点、Ｔ_A4は最高許容沸点、Ｔ_C2は
サーモスタット開弁温度、Ｔ_C3は制御目標温度、Ｐ_E4は
リリーフ弁開弁圧、Ｗ_Hは水位差である。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端が内燃機関の冷却ジャケットの入口
   に接続すると共に他端がこの冷却ジャケットの出口に接
   続する冷却液の循環通路と、この循環通路の前記冷却ジ
   ャケットの入口側に設けられて当該循環通路内の沸騰可
   能な冷却液を循環させる循環ポンプと、この循環ポンプ
   と前記冷却ジャケットの出口との間の前記循環通路の途
   中に設けられて前記冷却ジャケットからの沸騰した前記
   冷却液を気相と液相とに分離する気液分離器と、この気
   液分離器と前記循環ポンプとの間の前記循環通路の途中
   に設けられて前記冷却液を冷却する飽和水用冷却器と、
   この飽和水用冷却器と前記循環ポンプとの間の前記循環
   通路と前記気液分離器とを接続するバイパス通路と、こ
   のバイパス通路と前記循環通路との接続部分に設けられ
   且つ前記冷却液の温度に基づいて当該バイパス通路の開
   閉を切り換える切換弁と、一端が前記気液分離器に蒸気
   通路を介して連通され且つ他端が前記気液分離器と前記
   飽和水用冷却器との間の前記循環路に連通されると共に
   前記気液分離器により分離された気相を冷却することに
   よって液相に凝縮して前記飽和水用冷却器に供給する蒸
   気用冷却器と、前記気液分離器の下流且つ前記切換弁の
   上流の前記循環路内に連通し且つ前記冷却液が蓄えられ
   た補給タンクと、この補給タンクの上端部に設けられて
   前記冷却液の圧力がその飽和蒸気圧とほぼ等しくなった
   時点で当該補給タンク内を密封し得る開閉弁と、前記蒸
   気通路若しくは前記蒸気用冷却器に付設されて前記冷却
   液の蒸気のみを外部に排出し得るリリーフ弁とを具えた
   内燃機関の沸騰冷却装置。