JP6237486B2 - Boiling cooler - Google Patents
Boiling cooler Download PDFInfo
- Publication number
- JP6237486B2 JP6237486B2 JP2014123552A JP2014123552A JP6237486B2 JP 6237486 B2 JP6237486 B2 JP 6237486B2 JP 2014123552 A JP2014123552 A JP 2014123552A JP 2014123552 A JP2014123552 A JP 2014123552A JP 6237486 B2 JP6237486 B2 JP 6237486B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid
- refrigerant
- phase refrigerant
- gas
- liquid level
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Description
本発明は、沸騰冷却装置に関する。 The present invention relates to a boiling cooling device.
内燃機関の冷却装置として、内燃機関の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。沸騰冷却装置では、例えば冷媒通路に気液分離器が接続されている。気液分離器は、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。気液分離器で分離された液相冷媒は、ウォーターポンプによって冷却対象である内燃機関に送られる。このような沸騰冷却装置をランキンサイクルと組み合わせた提案として、例えば特許文献1が知られている。
As a cooling device for an internal combustion engine, a boiling cooling device that performs cooling by using the boiling vaporization heat of a refrigerant flowing in a refrigerant passage (for example, a water jacket) formed inside the internal combustion engine is known. In the boiling cooling device, for example, a gas-liquid separator is connected to the refrigerant passage. The gas-liquid separator 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 the internal combustion engine to be cooled by the water pump. For example,
ところで、内燃機関に組み込まれる沸騰冷却装置によって発生した蒸気をランキンサイクルで利用しようした場合、気液分離器を通過した後の気相冷媒によってタービン等の膨張器が駆動される。このため、気液分離器を通過した後の気相冷媒に液相冷媒が含まれていると、膨張器が損傷する可能性がある。気液分離器内の液相冷媒の量が適切に管理されていないと、気液分離器を通過した後の気相冷媒に液相冷媒が混入してしまう可能性が高まると考えられる。 By the way, when steam generated by the boiling cooling device incorporated in the internal combustion engine is used in the Rankine cycle, an expander such as a turbine is driven by the gas-phase refrigerant after passing through the gas-liquid separator. For this reason, if the liquid-phase refrigerant is contained in the gas-phase refrigerant after passing through the gas-liquid separator, the expander may be damaged. If the amount of the liquid-phase refrigerant in the gas-liquid separator is not properly managed, it is considered that the possibility that the liquid-phase refrigerant is mixed into the gas-phase refrigerant after passing through the gas-liquid separator is increased.
そこで、本明細書開示の沸騰冷却装置は、気液分離器内の液相冷媒の量を適切に制御することを課題とする。 Therefore, an object of the boiling cooling device disclosed in this specification is to appropriately control the amount of the liquid-phase refrigerant in the gas-liquid separator.
かかる課題を解決するために、本明細書に開示された沸騰冷却装置は、内部に形成された冷媒通路内を流通する冷媒が沸騰することにより冷却される内燃機関と、前記内燃機関と膨張器との間に配置され、前記内燃機関から排出された前記冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離する気液分離器と、前記気液分離器内の液面高さを計測する液面センサと、前記膨張器の下流側に配置され、前記膨張器を通過した前記気相冷媒を冷却して液相冷媒にするコンデンサと、前記コンデンサによって冷却された液相冷媒を貯留するキャッチタンクと、前記気液分離器内の液相冷媒を前記キャッチタンクへ放出する冷媒放出通路と、前記冷媒放出通路に設けられた制御弁と、前記液面センサの計測値に基づいて前記制御弁の開閉制御を行う制御部と、を備える。これにより、気液分離器内の液相冷媒の量を制御し、膨張器に供給される蒸気、すなわち、気相冷媒に液相冷媒が混入することを抑制することができる。 In order to solve such a problem, a boiling cooling device disclosed in the present specification includes an internal combustion engine that is cooled by boiling a refrigerant flowing in a refrigerant passage formed therein, and the internal combustion engine and an expander. And a gas-liquid separator that separates the refrigerant discharged from the internal combustion engine into a liquid-phase refrigerant and a gas-phase refrigerant, and a liquid level that measures the liquid level in the gas-liquid separator A sensor, a condenser disposed downstream of the expander and cooling the gas-phase refrigerant that has passed through the expander to form a liquid-phase refrigerant; and a catch tank that stores the liquid-phase refrigerant cooled by the capacitor; , A refrigerant discharge passage for discharging the liquid phase refrigerant in the gas-liquid separator to the catch tank, a control valve provided in the refrigerant discharge passage, and opening / closing of the control valve based on a measured value of the liquid level sensor A control unit for performing control . Thereby, the quantity of the liquid phase refrigerant | coolant in a gas-liquid separator can be controlled, and it can suppress that a liquid phase refrigerant mixes with the vapor | steam supplied to an expander, ie, a gaseous-phase refrigerant | coolant.
本明細書に開示された沸騰冷却装置は、前記キャッチタンク内の液相冷媒を前記気液分離器へ供給する冷媒供給通路と、前記冷媒供給通路に設けられ、前記液面センサの計測値に基づき前記制御部によって駆動制御されるウォーターポンプと、をさらに備えるようにしてもよい。より適切に気液分離器内の液相冷媒量を制御することができる。 The boiling cooling device disclosed in the present specification is provided in a refrigerant supply passage for supplying the liquid-phase refrigerant in the catch tank to the gas-liquid separator, and in the refrigerant supply passage, and the measured value of the liquid level sensor. And a water pump that is driven and controlled by the control unit. The amount of liquid phase refrigerant in the gas-liquid separator can be controlled more appropriately.
また、前記キャッチタンクは、負圧系統に接続するようにしてもよい。これにより、迅速にキャッチタンク内の圧力を低下させ、気液分離器内との圧力差によって、気液分離器内の液相冷媒をキャッチタンクへ排出することができる。 The catch tank may be connected to a negative pressure system. Thereby, the pressure in the catch tank can be quickly reduced, and the liquid-phase refrigerant in the gas-liquid separator can be discharged to the catch tank due to the pressure difference from the gas-liquid separator.
本明細書開示の沸騰冷却装置によれば、気液分離器内の液相冷媒の量を適切に制御することができる。 According to the boiling cooling device disclosed in this specification, the amount of the liquid-phase refrigerant in the gas-liquid separator can be appropriately controlled.
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, in the drawings, the dimensions, ratios, and the like of each part may not be shown so as to completely match the actual ones. In some cases, details are omitted in some drawings.
(実施形態)
まず、図1を参照しつつ、実施形態の内燃機関の制御装置について説明する。図1は、実施形態の沸騰冷却装置100の概略構成を示す説明図である。沸騰冷却装置100は、内燃機関10の内部に形成された冷媒通路12を備える。冷媒通路12は、例えば内燃機関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、冷媒通路12内の冷媒によって内燃機関10を冷却することが可能であればその他の形態でもよい。冷媒通路12内を流通する冷媒が内燃機関10の熱を吸熱して沸騰することにより、内燃機関10が冷却される。冷媒通路12内を流れる冷媒は、内燃機関10の熱を吸熱して沸騰する液体であれば特に限定されない。本実施形態では、水とエチレングリコールを混合した冷媒を用いている。
(Embodiment)
First, an internal combustion engine control apparatus according to an embodiment will be described with reference to FIG.
冷媒通路12は、内燃機関10が備えるシリンダヘッドに出口12aが設けられており、この出口12aには、第1蒸気通路13が接続されている。第1蒸気通路13には第1温度センサ13aが設けられている。第1温度センサ13aは、第1蒸気通路13内を流通する冷媒の温度を計測する。第1蒸気通路13の他端は、気液分離器14に接続されている。第1蒸気通路13内を流通する冷媒は、主として冷媒通路12で蒸気化した気相冷媒であるが、液相冷媒が混在することもある。気液分離器14は、蒸気出口14aを備える。蒸気出口14aには、第2蒸気通路15が接続されている。第2蒸気通路15の他端には、膨張器の一例であるタービン17が配置されている。気液分離器14とタービン17との間の第2蒸気通路15には、過熱器16が設けられている。過熱器16は、後に説明する排気熱蒸気発生器20を通過した後の排気ガスが供給されることにより、気液分離器14を通過した後の蒸気にさらに熱を付与する。タービン17は、過熱器16から流入した過熱蒸気によって、駆動される。タービン17には、例えばタービン17の駆動力を利用して発電を行う発電機が接続される。これにより、内燃機関10の廃熱を回収することができる。タービン17の駆動力は、内燃機関10の駆動力の補助として用いてもよい。このように、本実施形態の沸騰冷却装置100は、ランキンサイクルとしても機能する。
The
このように、内燃機関10とタービン17との間に配置された気液分離器14は、内燃機関10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14は、下側に分離された液相冷媒が貯留される。気液分離器14の蒸気出口14aと過熱器16との間には、第1開閉弁15aが設けられている。第1開閉弁15aは、電磁弁であり制御部に相当するECU28に電気的に接続されている。第1開閉弁15aが閉弁状態とされると、気液分離器14からの蒸気の排出が停止する。気液分離器14の下端には、第1液相冷媒出口14bと第2液相冷媒出口14cが設けられている。第1液相冷媒出口14bには、第1液相冷媒通路19が接続されている。第1液相冷媒通路19には、第1ウォーターポンプ(WP)19aが設けられている。第1ウォーターポンプ19aは、内燃機関10内に形成された冷媒通路12に液相冷媒を供給する。第2液相冷媒出口14cには、第2液相冷媒通路21が接続されている。第2液相冷媒通路21の他端は、排気熱蒸気発生器20に接続されており、排気熱蒸気発生器20に液相冷媒を供給する。気液分離器14は、内部の液面高さ、すなわち、貯留された液相冷媒の高さを計測する液面センサ14dを備える。液面センサ14dは、ECU28に電気的に接続されている。
As described above, the gas-
気液分離器14には、液相の冷媒を排出する排出口14eが設けられている。排出口14eには、後に説明するように、冷媒放出通路26が接続される。排出口14eの直径及びその設置箇所は、液面センサ14dを用いて制御される液面高さに対応させて設けられている。すなわち、排出口14eの諸言は、液面センサ14dを用いて制御される液面高さ、換言すれば、上限液面及び下限液面を実現できるように設定されている。排出口14eの高さは、液面センサ14dより上方で、液面が排出口14eと同じ高さとなっても液相冷媒が膨張器であるタービン17に流入することがない高さに設定されている。ただし、仮に、排出口14eが、所望の液面よりも非常に高い位置に設定されると、気液分離器14内の液相冷媒を適切に排出できず、この結果、気液分離器14の容積を大きく設定しなければならなくなる。これとは逆に、排出口14eが、所望の液面よりも非常に低い位置に設定されると液相冷媒を排出しすぎることになり、内燃機関10に供給する液相冷媒が不足して、内燃機関10の冷却不足を招く可能性がある。排出口14eの諸言は、少なくともこれらの条件を考慮して決定される。
The gas-
上述のように本実施形態の沸騰冷却装置100は、排気熱蒸気発生器20を備える。排気熱蒸気発生器20は、内燃機関10が備えるエキゾーストマニホールド10aに接続された排気管18の周囲に設けられている。排気熱蒸気発生器20は、排気管18を通じて排出される排気ガスを介して内燃機関10の廃熱を利用し、蒸気を発生させる。これにより、内燃機関10の廃熱が有効利用される。排気熱蒸気発生器20は、内燃機関10を冷却するために必須ではないが、これを備えることにより、装置全体として廃熱回収の効率を向上させることができる。
As described above, the boiling
排気熱蒸気発生器20は、出口20aを備える。この出口20aには、第2蒸気通路22が接続されている。第2蒸気通路22には第2温度センサ22aが設けられている。第2温度センサ22aは、第2蒸気通路22内を流通する冷媒の温度を計測する。第2蒸気通路22の他端は、気液分離器14に接続されている。第2蒸気通路22内を流通する冷媒は、主として排気熱蒸気発生器20で蒸気化した気相冷媒であるが、液相冷媒が混在することがある。このように、気液分離器14は、内燃機関10で沸騰した冷媒だけでなく、排気熱蒸気発生器20から排出された冷媒も液相冷媒と気相冷媒とに分離する。
The exhaust
沸騰冷却装置100は、タービン17の下流側にタービン17を通過した気相冷媒を冷却して液相冷媒にするコンデンサ24を備える。コンデンサ24には、タービン17の下流側に設けられた第3蒸気通路23の他端が接続されている。コンデンサ24は、熱交換器であり、冷媒と熱交換を行い、冷媒を冷却することにより、気相冷媒を液相冷媒に戻す。第3蒸気通路23には、一方弁23aが設けられており、蒸気がコンデンサ24側からタービン17側へ逆流しないようになっている。
The boiling
沸騰冷却装置100は、コンデンサ24によって冷却された液相冷媒、すなわち、気相冷媒から液相冷媒に戻された冷媒を貯留するキャッチタンク25を備える。キャッチタンク25は、上側に冷媒入口25aを備え、下側に冷媒出口25bを備える。冷媒入口25aには、気液分離器14内の液相冷媒をキャッチタンク25へ放出する冷媒放出通路26が接続されている。すなわち、冷媒放出通路26は、気液分離器14が備える排出口14eに接続されている。この冷媒放出通路26には、制御弁に相当する第2開閉弁26aが設けられている。第2開閉弁26aは、電磁弁でありECU28に電気的に接続されている。冷媒出口25bには、キャッチタンク25内の液相冷媒を気液分離器14へ供給する冷媒供給通路27が接続されている。この、冷媒供給通路27は、第2ウォーターポンプ(WP)27aが設けられている。第2ウォーターポンプ27aは電気式であり、ECU28に電気的に接続されており、液面センサ14dの計測値に基づきECU28によって駆動制御される。第2ウォーターポンプ27aには容積型ポンプが採用されている。
The boiling
コンデンサ24の上端側には、第1接続パイプ30を介してリザーブタンク29と接続されている。リザーブタンク29は、液相冷媒を貯留する。リザーブタンク29の下端は、第2接続パイプ31により、キャッチタンク25と接続されている。第2接続パイプ31には、第3開閉弁31aが設けられている。第3開閉弁31aは、電磁弁であり、ECU28と電気的に接続されている。第3開閉弁31aを開弁すると、リザーブタンク29内の液相冷媒をキャッチタンク25内に補充することができる。すなわち、リザーブタンク29内の液相冷媒は、キャッチタンク25や、キャッチタンク25と接続された他の箇所における冷媒量が不足しているときに、補充される。沸騰冷却が行われていない状態の沸騰冷却装置100では、液相冷媒を循環させることがある。このように液相冷媒を循環させるときに、コンデンサ24は、ラジエータとして機能することができる。コンデンサ24をラジエータとして機能させる場合に、リザーブタンク29からコンデンサ24に液相冷媒を供給できるようになっている。
An upper end side of the
リザーブタンク29は、第3接続パイプ32を介して負圧部33へ接続されている。ここで、本実施形態における負圧部33は、内燃機関10の吸気系統で負圧発生する箇所である。なお、負圧部33として排気ポンプ等、負圧を利用する箇所を選定し、これらにリザーブタンク29を接続するようにしてもよい。第3接続パイプ32には、第4開閉弁32aが設けられている。第4開閉弁32aは、電磁弁であり、ECU28と電気的に接続されている。第4開閉弁32aが開弁すると、コンデンサ24からキャッチタンク25にかけての領域の圧力が低下する。この状態で第2開閉弁26aを開弁すると、気液分離器14内の圧力とキャッチタンク25内の圧力との差によって気液分離器14内の液相冷媒が、キャッチタンク25へ排出される。なお、ランキンサイクルを形成する沸騰冷却装置100において、タービン17の下流側に位置するコンデンサ24やキャッチタンク25は、その上流側と比較して低圧状態となるが、負圧部33と接続することにより、コンデンサ24やキャッチタンク25をより圧力が低い状態とすることができる。
The
沸騰冷却装置100は、制御部としてのECU28を備える。ECU28は、上述のように、各種センサ、各種開閉弁等に接続されており、各部の動作を制御する。ECU28の制御は、CPU(Central Processing Unit)等のハードウエアとROM(Read Only Memory)等に記憶されたソフトウエアとの協働によって実行される。ECU28は、計時部28aを備える。計時部28aは、後に説明する制御の一例において、時間の計測を行う。
The boiling
つぎに、図2及び図3を参照しつつ、沸騰冷却装置100において実施される制御の一例について説明する。図2は実施形態の沸騰冷却装置100の制御の一例を示すフロー図である。図3は内燃機関の負荷を示すマップの一例である。
Next, an example of control performed in the boiling
沸騰冷却装置100における制御は、内燃機関10が始動することによって開始される。内燃機関10が始動したら、まず、第4開閉弁32aを開弁しておく(ステップS0)。これにより、負圧部33と連通されたリザーブタンク29、コンデンサ24及びキャッチタンク25内を低圧にする。なお、第4開閉弁32aの開弁は、内燃機関10が完全に始動した後でなく、例えば、イグニションがオンとされたタイミングで行ってもよい。また、このタイミングと同時に、または、多少前後するタイミングで内燃機関10各部の温度を計測しておく。ステップS0に引き続き、また、これと同時に行われるテップS1では、内燃機関10が冷間始動状態であるか否かを判断する。本実施形態では、冷媒通路12に設置された温度センサの計測値に基づいて判定しているが、第1温度センサ13aや第2温度センサ22aによる計測値を用いて判断してもよい。要は、内燃機関10の暖機状態を判断することができれば、どのような手段を採用してもよい。暖機完了か否かは、冷媒が所定の閾値を超えたか否かによって判断する。ステップS1でYESと判断したとき、すなわち、内燃機関10が冷間始動であるときは、ステップS2において、第2温度センサ22aの計測値が閾値T1以下であるか否かを判断する。ステップS2でYESと判断したときはステップS3へ進む。ステップS3では、第1温度センサ13aの計測値が閾値T1以下であるか否かを判断する。ステップS3でYESと判断したときは、ステップS4へ進む。ステップS4では、第1開閉弁15a及び第2開閉弁26aを共に閉弁状態とする。ステップS4の措置を行った後は、再び、ステップS2からの措置を繰り返す。これは、内燃機関10の暖機が完了し、液相冷媒が気相冷媒に変化できる状態になるのを待機するためである。
Control in the boiling
一方、ステップS2でNOと判断した場合とステップS3でNOと判断したときは、いずれもステップS5へ進む。ステップS5では、第1開閉弁15aの閉弁状態を維持しつつ、第2開閉弁26aを開弁する。これにより、圧力が低い状態となっているキャッチタンク25と気液分離器14とが連通された状態となる。この結果、気液分離器14と第1蒸気通路13で接続された冷媒通路12や、気液分離器14と第2蒸気通路22で接続された排気熱蒸気発生器20における液相冷媒の沸騰が開始される。これは、内燃機関10や排気熱蒸気発生器20内の液相冷媒は、温度が上昇している状態で、冷媒通路12や排気熱蒸気発生器20の圧力を低下させると、沸騰しやすくなるためである。なお、内燃機関10と排気熱蒸気発生器20とを比較すると、高温の排気ガスと接し、かつ、熱容量が小さい排気熱蒸気発生器20の方が、温度上昇が早い傾向がある。このため、本実施形態では、排気熱蒸気発生器20側の第2温度センサ22aの計測値に基づく暖機判断(ステップS2)を第1温度センサ13aの計測値に基づく暖機判断(ステップS3)に先行して行っている。
On the other hand, if NO is determined in step S2 and NO is determined in step S3, the process proceeds to step S5. In step S5, the second on-off
ステップS5において、第2開閉弁26aが開弁され、冷媒通路12や排気熱蒸気発生器20において、沸騰が開始されると、沸騰により押された液相冷媒が排出口14eを通じて冷媒放出通路26へ押し出される。押し出された液相冷媒は、キャッチタンク25へ送られる。
In step S5, when the second on-off
ステップS5に引き続き行われるステップS6では、液面センサ14dにより下限液面に到達したことが検出されたか否かを判断する。ステップS6でNOと判断したときは、ステップS6でYESと判断するまでその処理を繰り返す。すなわち。下限液面に到達したか否かを監視する。
In step S6 performed subsequent to step S5, it is determined whether or not the
ステップS6でYESと判断したときは、ステップS7へ進む。ステップS7では、第1開閉弁15aを開弁し、第2開閉弁26aを閉弁する。第1開閉弁15aが開弁されることにより、気液分離器14、過熱器16、さらにはタービン17が連通する状態となり、気相冷媒、すなわち、蒸気によりタービン17が駆動されるようになる。このとき、気液分離器14内の液面高さは、下限液面に制御されている。このため、液相冷媒が過熱器16やタービン17側に流出することが抑制される。仮に、排気ガスが導入されて高温となっている過熱器16に液相冷媒が流入すると、過熱器16が蒸発潜熱により急激に冷却され、過熱器16を構成する部材に大きな温度分布が生じ、熱歪で過熱器16が破損する可能性がある。過熱器16への液体冷媒の流入が回避されれば、このような事態が抑制される。また、仮に、液相冷媒がタービン17に流入すると、高速で回転するタービンに液相冷媒が衝突し、タービン17の出力が低下したり、翼が破損したりする可能性がある。タービン17への液体冷媒の流入が回避されれば、このような事態が抑制される。
If YES is determined in the step S6, the process proceeds to a step S7. In step S7, the first on-off
過熱器16やタービン17への液相冷媒の流入を抑制するために、仮に、冷間始動後において冷媒通路12や排気熱蒸気発生器20内で沸騰が発生する前に予め液相冷媒の量を減らしておくことが考えられる。しかしながら、このように事前に液相冷媒の量を減らしてしまうと、冷媒通路12や排気熱蒸気発生器20の構成壁の一部が液相冷媒から露出する。この結果、温度分布が発生して、熱歪等に起因する各部の破損の可能性がある。このため、事前に液相冷媒の量を減らしておく措置を採用することはできない。そこで、沸騰が開始されたタイミングで気液分離器14に設けた排出口14eから液相冷媒を排出することで、過熱器16やタービン17への液相冷媒の流入や、液相冷媒の不足による冷媒通路12や排気熱蒸気発生器20の露出を回避できる。
In order to suppress the inflow of the liquid phase refrigerant to the
なお、ステップS7において、第2開閉弁26aを閉弁するのは、気相冷媒である蒸気がキャッチタンク25側へ流出することを回避するためである。
In step S7, the second on-off
ステップS7に引き続き、ステップS8では、計時部28aによるカウントを開始し、ステップS9において、第2ウォーターポンプ27aの駆動を開始する。計時部28aは、第2ウォーターポンプ27aの駆動時間を計測する。ステップS9に引き続き行われるステップS10では、液面センサ14dにより上限液面を検出したか否かを判断する。ステップS10でNOと判断したときは、ステップS9からの処理を繰り返す。すなわち、第2ウォーターポンプ27aの駆動を継続する。ステップS10でYESと判断したときは、ステップS11へ進む。ステップS11では、第2ウォーターポンプ27aを停止するとともに、計時部28aによるカウントを停止する。このように、第2ウォーターポンプ27aを駆動するのは、沸騰で減少した液相冷媒を補うためである。すなわち、気液分離器14は、第1液相冷媒通路19を介して冷媒通路12と連通し、第2液相冷媒通路21を介して排気熱蒸気発生器20と連通している。そして、冷媒通路12や排気熱蒸気発生器20に液相冷媒を供給する。このため、気液分離器14内の液相冷媒は減少する。第2ウォーターポンプ27aを駆動することにより、この減少分を補うことができる。
Subsequent to step S7, in step S8, counting by the
ステップS12では、下限液面から上限液面までの到達時間が基準送水時間t1よりも短いか否かを判断する。基準送水時間t1は、予め、ECU28内に記憶されている。ここで、基準送水時間t1とは、第2ウォーターポンプ27aを駆動することによって下限液面から上限液面に到達する量の液相冷媒を供給したときに、必要となる時間である。従って、液面の変化が第2ウォーターポンプ27aによる液相冷媒の供給によってのみ起こると仮定すると、基準送水時間t1が経過することにより液面は下限液面から上限液面に到達することになる。従って、下限液面から上限液面までの到達時間が基準送水時間t1よりも短かった場合は、液相冷媒を増やす他の原因があることが考えられる。ここで、液相冷媒を増やす原因として考えられるのは、冷媒通路12や排気熱蒸気発生器20からの液相冷媒の流入である。例えば、液相冷媒の温度が低く、実際には冷媒通路12や排気熱蒸気発生器20内で沸騰していなかったが、ステップS7において第1開閉弁15aを開弁し、気液分離器14内の圧力がさらに下がることで沸騰が開始された場合が想定される。そこで、本実施形態では、ステップS12でYESと判断したときは、ステップS13において第1開閉弁15aとともに第2開閉弁26aを開弁する。これにより、気液分離器14内の液相冷媒をキャッチタンク25側へ排出することができる。なお、第2ウォーターポンプ27aが駆動されていない状態で気液分離器14内の液相冷媒が増加した場合も同様の現象が生じていると判断して、第2開閉弁26aを開弁する措置を取ることができる。
In step S12, it is determined whether the arrival time from the lower limit liquid level to the upper limit liquid level is shorter than the reference water supply time t1. The reference water supply time t1 is stored in the
一方、ステップS12でNOと判断したときは、ステップS13の処置をスキップしてステップS14へ進む。 On the other hand, if NO is determined in step S12, the process of step S13 is skipped and the process proceeds to step S14.
ステップS12又はステップS13に引き続き行われるステップS14では、再び、液面センサ14dにより下限液面を検出したか否かを判断する。ステップS14でNOと判断したときは、ステップS11からの処理を繰り返す。一方、ステップS14でYESと判断したときは、ステップS15においてイグニションがオフとされたか否かを判断する。これは、一連の制御を終了させるか否かを判断するための措置であり、ステップS15でYESと判断したときは、一連の処置は終了となる(エンド)。一方、ステップS15でNOと判断したときは、ステップS8からの処理を繰り返す。
In step S14 performed subsequent to step S12 or step S13, it is determined again whether or not the lower limit liquid level is detected by the
このように、気液分離器14内の液相冷媒の液面高さを制御することにより、液面高さを上限液面と下限液面との間の適正範囲内に収まるようにすることができる。
In this way, by controlling the liquid level height of the liquid-phase refrigerant in the gas-
つぎに、ステップS1でNOと判断したとき、すなわち、内燃機関10の暖機が完了した状態であるときについて説明する。ステップS1でNOと判断したときは、ステップS16へ進む。ステップS16〜S24の措置は、内燃機関10がどのような状態であっても、気液分離器14内の液相冷媒の量が適切に制御されるように、優先的に行われる割り込み制御について規定している。ステップS16では、第1開閉弁15aを開弁し、第2開閉弁26aを閉弁しておく。すなわち、内燃機関10は、すでに暖機が完了しており、気相冷媒をタービン17に供給可能な状態になっている。そこで、第1開閉弁15aを開弁し、蒸気をタービン17に供給する状態とする。このとき、蒸気がキャッチタンク25側に流出しないように第2開閉弁26aは閉弁しておく。
Next, the case where NO is determined in step S1, that is, the case where the warm-up of the
ステップS16に引き続き行われるステップS17では、内燃機関10の稼働状態の変化について判断する。具体的に、急激な高負荷への変化があったか否かを判断する。図3を参照すると、例えば、アイドリング状態を含む低負荷領域と高負荷領域が規定されている。ECU28は、低負荷領域から高負荷領域への変化があったときに、その変化が予め定められた閾値t2よりも短かったか否かを判断する。変化時間が閾値t2よりも短かった場合は、急激な高負荷への変化があったとしてステップS17においてYESと判断する。ステップS17でYESと判断したときは、ステップS18へ進む。なお、ステップS17でNOと判断したときは、ステップS8以降の措置に移行する。
In step S17, which is performed subsequent to step S16, a change in the operating state of the
ステップS18では、計時部28aによるカウントを開始し、これと同時にまたは、これに引き続いて第2ウォーターポンプ27aを停止する(ステップS19)。そして、ステップS20で液面センサ14dにより上限液面を検出したか否かを判断する。ステップS20でYESと判断したときは、ステップS21でカウントを停止する。ステップS21でカウントを停止した後は、ステップS22において、閾値t3以内で上限液面に到達したか否かを判断する。ここで、閾値t3は、内燃機関10が図3に示す低負荷領域にあるときの液面高さから上限液面に到達するまでの標準的な時間として予め適合により定められた値である。ステップS22でYESと判断したときは、その後、ステップS8以降の措置に移行する。
In step S18, counting by the
ステップS22でYESと判断したときは、ステップS23へ進む。ステップS23では、第1開閉弁15aとともに第2開閉弁26aを開弁する。ステップS13の場合と同様に、気液分離器14内の液相冷媒をキャッチタンク25側へ排出することができる。ステップS3に引き続き行われるステップS24では、液面センサ14dが下限液面を検出したか否かを判断する。ステップS24でNOと判断したときは、ステップS23からの措置を繰り返す。ステップS24でYESと判断したときは、内燃機関10が急激に高負荷領域に変化したことに起因する現象が終息したと考えることができるため、その後、ステップS8以降の措置に移行する。
If YES is determined in the step S22, the process proceeds to a step S23. In step S23, the second on-off
ここで、第2ウォーターポンプ27aを停止しているにも関わらず、気液分離器14内の液面が上昇する理由について説明する。内燃機関10の暖機後であっても、内燃機関10がアイドル状態等の極低負荷の状態であると、蒸気発生量が極端に減少する。このため、冷媒通路12や排気熱蒸気発生器20の圧力が低下する。この結果、気液分離器14から冷媒通路12や排気熱蒸気発生器20へ液相冷媒が流れ込み、冷媒通路12や排気熱蒸気発生器20は、液相冷媒で満たされてしまう。一方、冷媒通路12や排気熱蒸気発生器20に液相冷媒を送り込んだ気液分離器14内の液相冷媒は減少する。この結果、液面センサ14dの検出値に基づいて第2ウォーターポンプ27aが駆動され、キャッチタンク25内の液相冷媒が気液分離器14内に供給されるため、冷媒通路12や排気熱蒸気発生器20が含まれる系の液相冷媒量が増えてしまう。このような状態から、内燃機関10が急激に高負荷状態となると、発生した蒸気とともに液相冷媒も気液分離器14内へ押し出され、ひいては、液相冷媒が過熱器16やタービン17に流入する可能性が高くなる。液相冷媒は、蒸発により、徐々に減少するが、気液分離器14内の液相冷媒を急激に減少させることは困難である。そこで、ステップS23において第2開閉弁26aを開弁することにより気液分離器14内の液相冷媒をキャッチタンク25へ排出する。
Here, the reason why the liquid level in the gas-
内燃機関10が車両搭載用である場合、負荷の急激な変化は頻繁に生じうるが、ステップS16からステップS24までの制御を割り込ませることにより、気液分離器14内の液相冷媒の量を適切に制御することができる。
When the
上記実施形態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、更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 to these. Various modifications of these embodiments are within the scope of the present invention, and It is apparent from the above description that various other embodiments are possible within the scope.
10 内燃機関
12 冷媒通路(ウォータージャケット)
13 第1蒸気通路
14 気液分離器
14a 蒸気出口
14b 第1液相冷媒出口
14c 第2液相冷媒出口
14d 液面センサ
14e 排出口
15 第2蒸気通路
15a 第1開閉弁
16 過熱器
17 タービン(膨張器)
20 排気熱蒸気発生器
24 コンデンサ
25 キャッチタンク
27a 第2ウォーターポンプ
28 ECU
28a 計時部
10
13
20 Exhaust
28a Timekeeping section
Claims (2)
前記内燃機関と膨張器との間に配置され、前記内燃機関から排出された前記冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離する気液分離器と、
前記気液分離器内の液面高さを計測する液面センサと、
前記膨張器の下流側に配置され、前記膨張器を通過した前記気相冷媒を冷却して液相冷媒にするコンデンサと、
前記コンデンサによって冷却された液相冷媒を貯留するキャッチタンクと、
前記気液分離器内の液相冷媒を前記キャッチタンクへ放出する冷媒放出通路と、
前記冷媒放出通路に設けられた制御弁と、
前記液面センサの計測値に基づいて前記制御弁の開閉制御を行う制御部と、
前記キャッチタンク内の液相冷媒を前記気液分離器へ供給する冷媒供給通路と、
前記冷媒供給通路に設けられ、前記液面センサの計測値に基づき前記制御部によって駆動制御されるウォーターポンプと、を備え、
前記制御部は、前記内燃機関の暖機が完了したと判断したときに、前記制御弁を開弁し、その後、前記液面センサの計測値に基づいて、前記液面高さが下限液面に達したと判断したときに、前記制御弁を閉弁しつつ前記ウォーターポンプを駆動し、その後、前記液面センサの計測値に基づいて、前記液面高さが上限液面に達したと判断したときに、前記ウォーターポンプの駆動を停止する制御を行う沸騰冷却装置。 An internal combustion engine that is cooled by boiling the refrigerant flowing in the refrigerant passage formed therein;
A gas-liquid separator that is disposed between the internal combustion engine and the expander and separates the refrigerant discharged from the internal combustion engine into a liquid-phase refrigerant and a gas-phase refrigerant;
A liquid level sensor for measuring the liquid level in the gas-liquid separator;
A condenser that is disposed downstream of the expander and cools the gas-phase refrigerant that has passed through the expander to form a liquid-phase refrigerant;
A catch tank for storing the liquid-phase refrigerant cooled by the condenser;
A refrigerant discharge passage for discharging the liquid-phase refrigerant in the gas-liquid separator to the catch tank;
A control valve provided in the refrigerant discharge passage;
A control unit that performs opening / closing control of the control valve based on the measurement value of the liquid level sensor;
A refrigerant supply passage for supplying the liquid-phase refrigerant in the catch tank to the gas-liquid separator;
A water pump provided in the refrigerant supply passage and driven and controlled by the control unit based on a measurement value of the liquid level sensor;
The control unit opens the control valve when it is determined that the warm-up of the internal combustion engine is completed, and then the liquid level height is a lower limit liquid level based on the measurement value of the liquid level sensor. When the water pump is driven while the control valve is closed, the liquid level height reaches the upper limit liquid level based on the measured value of the liquid level sensor. A boiling cooling device that performs control to stop driving of the water pump when it is determined .
The boiling cooling apparatus according to claim 1, wherein the catch tank is connected to a negative pressure system.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014123552A JP6237486B2 (en) | 2014-06-16 | 2014-06-16 | Boiling cooler |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014123552A JP6237486B2 (en) | 2014-06-16 | 2014-06-16 | Boiling cooler |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016003599A JP2016003599A (en) | 2016-01-12 |
JP6237486B2 true JP6237486B2 (en) | 2017-11-29 |
Family
ID=55223070
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014123552A Active JP6237486B2 (en) | 2014-06-16 | 2014-06-16 | Boiling cooler |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6237486B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5967171B2 (en) | 2014-10-27 | 2016-08-10 | トヨタ自動車株式会社 | Boiling cooler |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08135411A (en) * | 1994-11-10 | 1996-05-28 | Toshiba Corp | Control device of exhaust heat using power plant |
JP4659503B2 (en) * | 2005-03-31 | 2011-03-30 | 株式会社荏原製作所 | Power generation device and lubricating oil recovery method |
JP4557793B2 (en) * | 2005-05-16 | 2010-10-06 | 株式会社荏原製作所 | Waste heat power generator |
JP2010133299A (en) * | 2008-12-03 | 2010-06-17 | Toyota Motor Corp | Waste heat recovering device and internal combustion engine |
JP2010242516A (en) * | 2009-04-01 | 2010-10-28 | Toyota Motor Corp | Gas-liquid separator and gas-liquid separation system |
JP5195653B2 (en) * | 2009-06-09 | 2013-05-08 | トヨタ自動車株式会社 | Waste heat recovery device and engine |
JP5310622B2 (en) * | 2010-03-25 | 2013-10-09 | トヨタ自動車株式会社 | Rankine cycle system |
JP5494514B2 (en) * | 2011-02-02 | 2014-05-14 | トヨタ自動車株式会社 | Rankine cycle system |
-
2014
- 2014-06-16 JP JP2014123552A patent/JP6237486B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016003599A (en) | 2016-01-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8713939B2 (en) | Exhaust heat recovery system | |
JP6658063B2 (en) | Rankine cycle system | |
JP2009097391A (en) | Waste heat recovery device and engine provided with same | |
JPWO2011118000A1 (en) | Rankine cycle system | |
JPWO2015064347A1 (en) | Steam generating apparatus and steam generating heat pump | |
JP4983777B2 (en) | Engine waste heat recovery system | |
JP2014092042A (en) | Rankine cycle system | |
JP6237486B2 (en) | Boiling cooler | |
JP2009191625A (en) | Waste heat recovery device | |
JP5929974B2 (en) | Boiling cooler | |
JP6610145B2 (en) | Power generation device and method for controlling power generation device | |
JP5310622B2 (en) | Rankine cycle system | |
JP2009203903A (en) | External combustion engine | |
JP2008196379A (en) | Exhaust heat recovering device and engine | |
JP5516433B2 (en) | Rankine cycle system equipment | |
JP5003725B2 (en) | Boiling cooler | |
JP2015094271A (en) | Rankine cycle system | |
JP2004278961A (en) | Refrigerating machine | |
JP5724891B2 (en) | Vehicle control device | |
JP5609707B2 (en) | Rankine cycle system controller | |
JP2016156327A (en) | Rankine cycle system | |
JP5967171B2 (en) | Boiling cooler | |
JP2011132922A (en) | Waste heat recovery device | |
US10240512B2 (en) | Rankine cycle system | |
JP5494515B2 (en) | Control device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160825 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170523 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170525 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170712 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20171003 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20171016 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6237486 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |