JP3687228B2

JP3687228B2 - エンジン冷却装置

Info

Publication number: JP3687228B2
Application number: JP29537396A
Authority: JP
Inventors: 誠司井上
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-11-07
Filing date: 1996-11-07
Publication date: 2005-08-24
Anticipated expiration: 2016-11-07
Also published as: JPH10141058A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水冷式エンジンのエンジン冷却水をラジエータで放熱させるエンジン冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の水冷式エンジン冷却装置は、エンジン冷却水を放熱させるラジエータを備え、冷却水の温度変化により生じる冷却水の体積変化を吸収するリザーブタンクが、ラジエータとは独立に設けてある。具体的に、冷却水の温度が上がって体積が膨張すると、その分の空気や冷却水がリザーブタンクへ排出され、冷却水の温度が下がって体積が収縮すると、ラジエータ内の圧力が低下することにより、リザーブタンク内の冷却水がラジエータに吸い戻される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ラジエータとリザーブタンクとが独立して設けられているため、このエンジン冷却装置は必然的に大型となり、エンジンルーム内への搭載性が悪化する、という問題があった。
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、独立のリザーブタンクを廃止して、エンジン冷却装置を小型化することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明者は、冷却水と同種の液体を用いて熱交換を行なう熱交換器（７、８、９、３００）を備えた冷凍装置（１００）が、水冷式エンジン（Ｅ）周辺に設けられ、この熱交換器（７、８、９、３００）には、上記液体が流れるタンク部（７１、７２、９１、９２、３００）が設けられていることに着目して、このタンク部（７１、７２、９１、９２、３００）に、リザーブタンクの機能を兼ねさせることを見いだした。
【０００５】
具体的に、請求項１ないし４に記載の発明では、下方内部に上記液体が流れる液体部（Ｌ）、上方内部に空間部（Ｃ）を形成するような大きさのタンク部（７２、９２、３００）を構成し、上記液体部（Ｌ）とラジエータ（１７）の上方部とを連通させることにより、ラジエータ（１７）内の空気およびエンジン冷却水を液体部（Ｌ）に排出するとともに、液体部（Ｌ）の液体をラジエータ（１７）へ戻すことを特徴としている。
【０００６】
これによれば、熱交換器（７、８、９、３００）のタンク部（７２、９２、３００）にリザーブタンクの機能を兼ねさせることができ、独立のリザーブタンクを廃止できるので、エンジン冷却装置を小型化できる。よって、エンジンルーム内への搭載性を向上できる。
また、請求項２に記載の発明では、上記熱交換器（７、８、９、３００）には、上記タンク部（７２、９２、３００）の他に、このタンク部（７２、９２、３００）と所定距離を隔ててもう１つのタンク部（７１、９１）を設け、ラジエータ（１７）の上方部と液体部（Ｌ）とを、連通ホース（１８）にて連通し、タンク部（７２、９２、３００）および液タンク部（７１、９１）を長尺箱形状とし、この長手方向が天地方向に向くように配置したことを特徴としている。
【０００７】
これによれば、タンク部（７２、９２、３００）の長手方向が水平方向に向くように配置した場合に比べて、タンク部（７２、９２、３００）の高さ、ひいては、液体部（Ｌ）の高さを高くできる。ここで、エンジン冷却装置を例えば車両に搭載した場合、この車両が大きく振動して、液体部（Ｌ）の液面が大きく変動するが、連通ホース（１８）が常に確実に液体部（Ｌ）に連通できる。よって、液体部（Ｌ）の液体のみを常に確実にラジエータ（１７）へ戻すことができ、ラジエータ（１７）内への空気の存在を防止できるので、ラジエータ（１７）における冷却水の放熱性能、および、エンジン（Ｅ）の冷却性能を良好に保つことができる。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明では、内部を流れる液体と室外空気とを熱交換する室外熱交換器（７、９）にて、上記熱交換器（７、８、９、３００）を構成しているので、エンジン冷却水の熱が直接室内に放出されることはなく、冷凍装置（１００）の冷却能力に及ぼす影響を小さくできる。
また、請求項４に記載の発明では、空間部（Ｃ）の上方部に、この空間部（Ｃ）とタンク部（７２、９２、３００）外部とを連通する連通部（７ｂ、９ｂ）を設けているので、ラジエータ（１７）内の空気や冷却水が液体部（Ｌ）に流入するとき、その流入した分だけ、空間部（Ｃ）の空気を連通部（７ｂ、９ｂ）を経て外部へ排出できる。また、液体部（Ｌ）からラジエータ（１７）内へ冷却水を戻すとき、その戻した分だけ、外部の空気を連通部（７ｂ、９ｂ）を経て空間部（Ｃ）へ供給できる。このようにして、タンク部（７２、９２、３００）の変形を防止できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１に示す本実施形態のエンジン冷却装置２００は、エンジンルーム内に配置され、車両用の水冷式エンジンＥを冷却する役割を果たす。このエンジン冷却装置２００は、エンジンＥの周囲に設けられ、エンジン冷却水（以下、冷却水という）が流れるウォータジャケット１０と、冷却水を放熱させるラジエータ１７とを備えている。
【００１０】
また、図２に示す本実施形態の吸着式冷凍装置１００は、車両に搭載されて空調装置の一部として機能する。この吸着式冷凍装置１００は、第１、第２吸着コア１、２と、凝縮器および蒸発器の役割を果たす第１、第２凝縮蒸発器３、４とを備えている。第１吸着コア１および第１凝縮蒸発器３は１つの密閉容器５内に収納され、第２吸着コア２および第２凝縮蒸発器４は１つの密閉容器６内に収納されている。第１、第２凝縮蒸発器３、４は、一方が蒸発器としてはたらくとき、他方が凝縮器としてはたらくようになっている。
【００１１】
そして、室外熱交換器（放熱器）７、四方切替弁１１、第１、第２凝縮蒸発器３、４、四方切替弁１２、および、電動ポンプ１９は、この順に直列に接続されて、各部位で吸熱や放熱を行なう熱交換用液体（以下、液体という）が循環するようになっている。また、室外熱交換器７、四方切換弁１３、第１、第２吸着コア１、２、四方切替弁１４、および、電動ポンプ１９は、この順に直列に接続されて、液体が循環するようになっている。
【００１２】
また、室内熱交換器８、電動ポンプ１５、四方切換弁１１、第１、第２凝縮蒸発器３、４、および、四方切替弁１２は、この順に直列に接続されて、液体が循環するようになっている。なお、室外熱交換器７および室内熱交換器８近傍には、室外空気および室内空気を送風する送風ファン７０、８０が設けられている。そして、吸着式冷凍装置１００のうち室内熱交換器８以外は、車両のエンジンルーム内で、エンジン冷却装置２００の周辺に配置され、室内熱交換器８は室内に配置されている。
【００１３】
そして、図２に示すように、ウォータジャケット１０、四方切替弁１３、第１、第２吸着コア１、２、四方切替弁１４、および、電動ポンプ１６は、この順に直列に接続されて、冷却水が循環するようになっている。
また、図１に示すように、ウォータジャケット１０とラジエータ１７との間にも、冷却水が循環するようになっている。なお、上記流体および冷却水としては、水にエチレングリコールを混入させたいわゆる不凍液を用いている。そして、冷却水の温度が設定温度以下のときは、サーモスタット（図示しない）のはたらきにより、ラジエータ１７をバイパスするバイパス回路（図示しない）へ、ウォータジャケット１０からのエンジン冷却水を流すようにしている。そして、冷却水の温度が設定温度以上になると、上記サーモスタットのはたらきにより、ラジエータ１７へエンジン冷却水を循環させるようにし、エンジン冷却水を冷却している。
【００１４】
また、室外熱交換器７は、長尺箱形状の入口タンク（もう１つのタンク部）７１および出口タンク（タンク部）７２と、これら両タンク７１、７２間を連通するように設けられた複数の液体配管７３と、液体配管７３間に設けられたコルゲートフィン（伝熱フィン）７４とを備えている。そして、両タンク７１、７２の長手方向が天地方向に向くように、室外熱交換器７は配置されている。また、入口タンク７１、液体配管７３、出口タンク７２の順に流体が流れるようになっている。
【００１５】
なお、液体配管７３およびコルゲートフィン７４は熱伝導性に優れる材料、例えばアルミニウム合金からなり、液体配管７３内を流れる液体と、液体配管７３およびフィン７４近傍の空気との熱交換を良好に行なうようにしてある。
そして、出口タンク７２の上方部には、下方部よりも幅広で、内部に空間部Ｃを形成する空間形成部７ａが備えられている。この出口タンク７２は、入口タンク７１に比べて、この空間形成部７ａの分だけ大きく構成されている。そして、出口タンク７２のうち空間形成部７ａ以外の部位と、入口タンク７１との間に、複数の液体配管７３が配置されている。
【００１６】
そして、空間形成部７ａの上方部（本実施形態では上端部）には、空間部Ｃと空間形成部７ａ外（大気）とを連通する連通チューブ（連通部）７ｂが設けられている。連通チューブ７ｂは、細い筒形状であり、その開口部７ｃは下方へ向いている。なお、空間部Ｃの下方には、液体が流れる液体部Ｌが形成される。
そして、ラジエータ１７も、上記室外熱交換器７と同様に、入口、出口タンク１７１、１７２と、この入口、出口タンク１７１、１７２の間を繋ぐように設けられる多数の液体配管１７３およびフィン１７４とを備えている。そして、入口タンク１７１の上方部には、筒状に突出するとともに、突出端が開口した突出部１７５が一体に形成されている。この突出部１７５の突出端部は、ラジエータキャップ１７ａにて閉塞されている。このラジエータキャップ１７ａにより、ラジエータ１７内の圧力を大気圧よりもやや高めに設定し、冷却水の沸騰を防ぐようになっている。
【００１７】
また、突出部１７５の上方部には、ラジエータ１７内部と出口タンク７２の液体部Ｌとを連通するホース１８の一端１８ｂが連通し、出口タンク７２の高さ（図１中上下方向の寸法）の半分程度の部分に配置されている。このホース１８は、内径５ｍｍ程度のゴムホースからなる。
また、ラジエータキャップ１７ａは、図示しないプレッシャバルブ（圧力弁）およびバキュームバルブ（負圧弁）を備え、ラジエータ１７内の圧力（内圧）が規定値の範囲にあるときは、両バルブとも閉じている。これらバルブは、上記ホース１８よりも下方に配置されている。そして、エンジンＥの運転中に冷却水温度が上昇して体積が大きくなることにより、上記内圧が規定値よりも大きくなったとき、プレッシャバルブが自動的に開き、最初にラジエータ１７内の空気を、その後エンジン冷却水を、ホース１８を経て室内熱交換器７の出口タンク７２内へ流出させている。
【００１８】
このとき、出口タンク７２内にラジエータ１７内の空気が排出されると、出口タンク７２においてその空気は気泡として上昇し、空気溜め部７ａに溜められる。そして、この気泡は、空気溜め部７ａの連通チューブ７ｂを経て外部へ排出される。
また、エンジンＥの運転停止後、冷却水温度が低下して体積が小さくなることにより、上記内圧が規定値よりも小さくなったとき、バキュームバルブが自動的に開き、出口タンク７２内の流体のみをホース１８を経てラジエータ１７内へ流入させている。このようにして、冷却水温度の変化によるラジエータ１７の変形を防止できる。
【００１９】
ここで、エンジンＥ停止時（ラジエータ１７から室外熱交換器７の出口タンク７２へエンジン冷却水が流入しない状態）において、上記空間形成部７ａの下面に相当する位置に、液体部Ｌの液面がくるように（空間形成部７ａに空気のみが存在するように）、室外熱交換器７に係わる液体回路中に液体が充填されている。
【００２０】
なお、図１には、エンジンＥ停止時における流体の存在場所を部分的に斜線で示してある。そして、エンジンＥ作動時において、エンジン冷却水が出口タンク７２へ流入する最大量よりも、空間形成部７ａの容積は大きく構成してある。
このような構成において、上記弁１２、１３、１４、１５が実線で示す状態にあるときには、第１吸着コア２が脱着工程、第２吸着コア３が吸着工程、第１凝縮蒸発器３が凝縮工程、第２凝縮蒸発器４が蒸発工程を実行している。このとき、ウォータジャケット１０の冷却水は、弁１４を経て第１吸着コア１に供給され、さらに弁１３を経て、ウォータジャケット１０へ戻る。このとき、冷却水（加熱流体）により、第１吸着コア１内の吸着剤（図示せず）が加熱されて、吸着剤から気体冷媒が脱着され、この気体冷媒が第１凝縮蒸発器３側へ供給される。
【００２１】
そして、室外熱交換器７の液体は、弁１１を経て第１凝縮蒸発器３に供給され、さらに弁１２を経て、室外熱交換器７へ戻る。この液体は、第１凝縮蒸発器３において、冷媒の凝縮による凝縮熱を奪い、室外熱交換器７において、上記凝縮熱を室外へ放出する。
また、室外熱交換器７の液体は、弁１３を経て、第２吸着コア２に供給され、さらに弁１４を経て、室外熱交換器７へ戻る。このとき、液体（冷却流体）により、第２吸着コア２内の吸着剤が冷却されて、吸着剤に気体冷媒が吸着される。これにより、密閉容器６内の圧力が下がり、第２凝縮蒸発器４側における冷媒の蒸発が促進される。
【００２２】
ここで、第２凝縮蒸発器４には、室内熱交換器８の液体が、弁１１を経て供給され、さらに、弁１２を経て室内熱交換器８へ戻る。この液体は、第２凝縮蒸発器３において、冷媒の蒸発による蒸発熱を奪われて冷却され、室内熱交換器８において、冷却された液体と室内空気とを熱交換して、室内を冷却する。
そして、上記弁１１、１２、１３、１４が図１に破線で示す状態に切り替えられた場合には、逆に、第１吸着コア１が吸着工程、第２吸着コア２が脱着工程を行い、かつ、第１凝縮蒸発器が蒸発工程、第２凝縮蒸発器が凝縮工程を行なう。このときの上記熱交換流体の流れ方の詳細な説明は省略する。
【００２３】
本実施形態によれば、ラジエータ１７内の空気およびエンジン冷却水を、室外熱交換器７のタンク部７２の液体部Ｌに排出するとともに、この液体部Ｌの液体をラジエータ１７へ戻すようになっているので、室外熱交換器７のタンク部７２にリザーブタンクの機能を兼ねさせることができる。よって、独立のリザーブタンクを廃止でき、エンジン冷却装置２００を小型化できるので、このエンジン冷却装置２００のエンジンルーム内への搭載性を向上できる。
【００２４】
また、タンク部７２が長尺箱形状で、この長手方向が天地方向に向くように配置してあるので、タンク部７２の高さ、ひいては、液体部Ｌの高さを高くできる。よって、車両が大きく振動して、液体部（Ｌ）の液面が大きく変動しても、連通ホース１８の他端１８ａが常に確実に液体部Ｌに配置され、液体部Ｌの液体のみを常に確実にラジエータ１７へ戻すことができる。
【００２５】
また、ラジエータ１７からのエンジン冷却水が、室外熱交換器７に排出されるため、エンジン冷却水の熱が直接室内に放出されることはなく、冷凍装置１００の冷却能力に及ぼす影響を小さくできる。実際に、室外熱交換器７における放熱量が約６０００〜１００００Ｗであるのに対して、ラジエータ１７からのエンジン冷却水の流入により加わる熱量は２０Ｗ程度と非常に小さいため、このエンジン冷却水の流入による、室外熱交換器７内の流体温度の上昇は無視できる。
【００２６】
また、空間形成部７ａの上方部に連通チューブ７ｂを設けているので、タンク部７２内部の圧力の変動によるタンク部７２（空間形成部７ａ）の変形を防止できる。
また、上記熱交換流体内の空気を空間部Ｃに溜めることができるので、吸着コア１、２における吸着性能や、凝縮蒸発器３、４における凝縮性能を良好に保つことができる。
【００２７】
（第２の実施形態）
本実施形態の冷凍装置１００は、図３に示すように、圧縮機５０、凝縮器３０、膨張弁６０、および、蒸発器４０をこの順に接続してなり、圧縮機５０で圧縮した冷媒を凝縮器３０に送って液化した後、膨張弁６０にて膨張させて蒸発器４０で蒸発させるものである。そして、凝縮器３０には、冷媒の凝縮による凝縮熱を奪う流体が流れる密閉箱状のジャケット３００が設けられており、この凝縮熱を奪って加熱された流体を、室外熱交換器９に循環させて、この流体から熱を放出させている。
【００２８】
ここで、室外熱交換器９は、上記室外熱交換器７（図１参照）と同様に、入口、出口タンク９１、９２と、液体配管９３と、フィン９４とを備えている。そして、入口タンク９１が上方、出口タンク９２が下方に配置され、入口タンク９１の最上方部には、略円筒状の空間形成部９ａが一体に形成されている。この空間形成部９ａの上方部には、空間形成部９ａ内部の空間Ｃと外部とを連通する連通チューブ９ｂが設けられている。なお、空間Ｃの下方液体が流れる液体部Ｌが形成されている。
【００２９】
このようにしても、上記第１の実施形態と同様の効果が得られる。
（他の実施形態）
上記第１の実施形態では、室外熱交換器７の出口タンク７２を、液体部Ｌおよび空間部Ｃを形成する大きさとしてリザーブタンクの機能を兼ねさせていたが、室外熱交換器７の入口タンク７１を上記大きさとしてもよいし、室内熱交換器８の図示しないタンク部を上記大きさとしてもよい。なお、室内熱交換器８も、室外熱交換器７と同様の構造であり、入口、出口タンク、液体配管、およびフィンを備えている。
【００３０】
ここで、室内熱交換器８のタンク部にリザーブタンクの機能を兼ねさせた場合、室内熱交換器８における冷房能力が約３０００〜６０００Ｗであるのに対して、ラジエータ１７からの冷却水の流入により加わる熱量は４０Ｗ程度と非常に小さいため、この冷却水の流入による、室内熱交換器８内の液体温度の上昇は無視できる。
【００３１】
また、上記第１の実施形態では、空間形成部７ａの幅を、その下方部の幅よりも広くしていたが、同じにしてもよい。要は、エンジンＥ作動時において、エンジン冷却水が出口タンク７２へ流入する量よりも大きな容積の空間部Ｃが、エンジンＥ停止状態に、出口タンク７２の上方内部（液体部Ｌの上方）に形成されていればよい。
【００３２】
また、上記第２の実施形態における凝縮器３０のジャケット３００を上記大きさとして、このジャケット３００にリザーブタンクの機能を兼ねさせてもよい。なお、ジャケット３００内のうち、液体の流れ速度のゆるやかな部位、具体的には、流体出入口から離れた部位に、ホース１８の先端部１８ａを配置させるのがよい。これにより、先端部１８ａから排出される空気を容易に空間部Ｃに溜めることができる。
【００３３】
また、上記第２の実施形態における圧縮機５０の代わりに、吸収器および発生器を設けたものであってもよい。具体的に、吸収器において、この吸収器内の吸収剤（例えばＬｉＢｒ）に、蒸発器４０を出た気体冷媒（例えば水蒸気）を吸収させる。そして、気体冷媒を含んだ吸収剤を、ポンプにより発生器に送り、この発生器において、吸着剤と冷媒とを分離させ、冷媒を高温、高圧にして凝縮器３０へ送る。
【００３４】
また、上記第１および第２の実施形態において、連通チューブ７ｂ、９ｂを廃止してもよい。
また、上記第１、第２の実施形態では、本発明を車両用のエンジン冷却装置２００に適用していたが、他の種々のエンジン冷却装置に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わるエンジン冷却装置および冷凍装置の概略的な全体構成図である。
【図２】第１の実施形態に係わる冷凍装置の概略的な全体構成図である。
【図３】第２の実施形態に係わるエンジン冷却装置および冷凍装置の概略的な全体構成図である。
【符号の説明】
Ｅ…水冷式エンジン、１７…ラジエータ、
１００…冷凍装置、７…室外熱交換器（熱交換器）、
７２…出口タンク（タンク部）、Ｌ…液体部、Ｃ…空間部。

Claims

水冷式エンジン（Ｅ）のエンジン冷却水をラジエータ（１７）で放熱させるエンジン冷却装置であって、
前記エンジン冷却水と同種の液体を用いて熱交換を行なう熱交換器（７、８、９、３００）を備えた冷凍装置（１００）が、前記水冷式エンジン（Ｅ）周辺に設けられており、
前記熱交換器（７、８、９、３００）には、下方内部に前記液体が流れる液体部（Ｌ）、上方内部に空間部（Ｃ）を形成するような大きさのタンク部（７２、９２、３００）が設けられており、
前記ラジエータ（１７）の上方部と、前記タンク部（７２、９２、３００）の前記液体部（Ｌ）とは連通しており、
前記エンジン冷却水の温度が上昇して体積が膨張したときは、前記ラジエータ（１７）内の空気および前記エンジン冷却水を前記液体部（Ｌ）に排出し、前記エンジン冷却水の温度が低下して体積が収縮したときは、前記液体部（Ｌ）の前記液体を前記ラジエータ（１７）へ戻すことを特徴とするエンジン冷却装置。
前記熱交換器（７、８、９、３００）は、
前記タンク部（７２、９２、３００）と、
前記タンク部（７２、９２、３００）と所定距離を隔てて配置され、内部に液体が流れるもう１つのタンク部（７１、９１）と、
前記両タンク部（７２、９２、３００）、（７１、９１）とを連通するとともに、内部に液体が流れる複数の液体配管（７３）とを備え、
一端が前記液体部（Ｌ）に、他端が前記ラジエータ（１７）の上方部に連通する連通ホース（１８）により、前記液体部（Ｌ）と前記ラジエータ（１７）の上方部とが連通されており、
前記両タンク部（７２、９２、３００）、（７１、９１）は、長尺箱形状であり、この長手方向が天地方向に向くように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジン冷却装置。
前記熱交換器（７、８、９、３００）は、内部を流れる前記液体と室外空気とを熱交換する室外熱交換器（７、９）からなることを特徴とする請求項１または２に記載のエンジン冷却装置。
前記空間部（Ｃ）の上方部には、この空間部（Ｃ）と前記タンク部（７２、９２、３００）外部とを連通する連通部（７ｂ、９ｂ）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のエンジン冷却装置。