(57)【要約】【課題】冷媒通路内の温度を均一の状態に近づけることができる沸騰冷却装置を提供する。【解決手段】沸騰冷却装置（１０）は、内燃機関（２０）に形成され、冷媒供給ポンプ（４０）により供給される冷媒が導入される複数の冷媒供給口（２４）を有する冷媒通路（２２）と、冷媒供給口の各々に対応させて配置された複数の温度取得手段（１１０）と、冷媒通路における冷媒の液面傾斜角度を取得する傾斜角度取得手段（１１２，１２０）と、傾斜角度取得手段の取得結果と温度取得手段の取得結果とに基づいて、温度取得手段の配置箇所における冷却不足率を算出する冷却不足率算出手段（１２０）と、冷却不足率算出手段の算出した冷却不足率に基づいて、冷媒供給ポンプから各々の冷媒供給口へ導入される冷媒量を調整する冷媒量調整手段（５０，１２０）と、を備えることを特徴とするものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に形成され、冷媒供給ポンプにより供給される冷媒が導入される複数の冷媒供給口を有する冷媒通路と、
前記冷媒供給口の各々に対応させて配置された複数の温度取得手段と、
前記冷媒通路における前記冷媒の液面傾斜角度を取得する傾斜角度取得手段と、
前記傾斜角度取得手段の取得結果と前記温度取得手段の取得結果とに基づいて、前記温度取得手段の配置箇所における冷却不足率を算出する冷却不足率算出手段と、
前記冷却不足率算出手段の算出した前記冷却不足率に基づいて、前記冷媒供給ポンプから前記各々の冷媒供給口へ導入される冷媒量を調整する冷媒量調整手段と、を備えることを特徴とする沸騰冷却装置。
【請求項２】
前記冷媒通路を流動した前記冷媒を前記内燃機関の廃熱で過熱する過熱器と、
前記過熱器を経由した前記冷媒によって駆動されるタービンと、を備える請求項１記載の沸騰冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸騰冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の冷却装置として、内燃機関が有する冷媒通路（例えばウォータジャケット）を流動す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。このような沸騰冷却装置においては、冷媒通路内が液体の冷媒で満たされていない。そのため、例えば車両の加速度が変化した場合、冷媒が冷媒通路内で偏るおそれがある。その結果、冷媒通路内に局所的に冷媒不足が生じている箇所が生じるおそれがある。
【０００３】
特許文献１には、車両の揺動状態を取得する加速度センサに基づいて冷媒通路への冷媒供給量を制限することによって、冷媒通路内に過度に冷却水が供給されることを抑制する沸騰冷却装置が開示されている。この技術は、冷却通路内に過度の冷却水が供給されることを抑制することによって、冷却通路内の温度の均一化を図ろうとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６１−１２８３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術では、冷媒通路内において局所的に冷媒不足が生じた場合に、これを解消することができない。そのため、冷媒通路内の温度の均一化を図ることは困難である。
【０００６】
本発明は、冷媒通路内の温度を均一の状態に近づけることができる沸騰冷却装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る沸騰冷却装置は、内燃機関に形成され、冷媒供給ポンプにより供給される冷媒が導入される複数の冷媒供給口を有する冷媒通路と、前記冷媒供給口の各々に対応させて配置された複数の温度取得手段と、前記冷媒通路における前記冷媒の液面傾斜角度を取得する傾斜角度取得手段と、前記傾斜角度取得手段の取得結果と前記温度取得手段の取得結果とに基づいて、前記温度取得手段の配置箇所における冷却不足率を算出する冷却不足率算出手段と、前記冷却不足率算出手段の算出した前記冷却不足率に基づいて、前記冷媒供給ポンプから前記各々の冷媒供給口へ導入される冷媒量を調整する冷媒量調整手段と、を備えることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明に係る沸騰冷却装置によれば、冷媒量調整手段は、冷却不足率が大きい箇所の冷媒供給口には多量の冷媒を導入し、冷却不足率の小さい箇所の冷媒供給口には少量の冷媒を導入することができる。それにより、冷媒通路内の温度を均一の状態に近づけることができる。また、冷媒の液面傾斜角度および冷媒供給口近傍の温度が冷却不足率に反映されていることから、いずれか一方のみが冷却不足率に反映されている場合に比較して、冷却不足率の算出精度は良い。それにより、いずれか一方のみが反映されている冷却不足率に基づいて各々の冷媒供給口への冷媒量を調整する場合に比較して、精度良く冷媒通路内の温度を均一の状態に近づけることができる。
【０００９】
上記構成は、前記冷媒通路を流動した前記冷媒を前記内燃機関の廃熱で過熱する過熱器と、前記過熱器を経由した前記冷媒によって駆動されるタービンと、を備えていてもよい。
【００１０】
この構成によれば、内燃機関の廃熱で過熱された冷媒によってタービンを駆動させることができる。それにより、内燃機関の動力を回収することができる。その結果、内燃機関の燃費を向上させることができる。また、内燃機関を搭載した車両が登坂状態、加速状態にある場合のように、冷媒の液面が傾斜して局所的な冷却不足が生じ易い場合においても、タービンの動力を回収することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、冷媒通路内の温度を均一の状態に近づけることができる沸騰冷却装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、沸騰冷却装置の構成を示す模式図である。
【図２】図２（ａ）は、温度センサの配置状態を示す模式図である。図２（ｂ）は、直方体を示す模式図である。
【図３】図３は、ＥＣＵのフローチャートの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態を説明する。
【実施例１】
【００１４】
本発明の実施例１に係る沸騰冷却装置１０について説明する。図１は、沸騰冷却装置１０の構成を示す模式図である。沸騰冷却装置１０は、内燃機関２０に形成された冷媒通路２２と、気液分離器３０と、第１ポンプ４０と、冷媒分配器５０と、過熱器６０と、タービン７０と、復水器８０と、冷媒タンク９０と、第２ポンプ１００と、複数の温度センサ１１０と、加速度センサ１１２と、ＥＣＵ１２０と、を備える。なお、これらの構成要素は、ランキンサイクルを形成している。
【００１５】
冷媒通路２２は、冷媒が流動するための通路である。冷媒通路２２内の冷媒によって、内燃機関２０は冷却される。例えば、冷媒通路２２内の冷媒は、内燃機関２０の熱を吸熱して沸騰する。それにより、内燃機関２０は冷却される。冷媒通路２２としては、冷媒通路２２内の冷媒によって内燃機関２０を冷却することができるものであれば特に限定されない。本実施例において、冷媒通路２２は、内燃機関２０の気筒周囲に形成されたウォータジャケットである。なお、冷媒としては、内燃機関２０の熱を吸熱して沸騰する流体であれば特に限定されない。
【００１６】
冷媒通路２２には、複数の冷媒供給口２４が形成されている。冷媒供給口２４には、冷媒分配器５０を流動した冷媒が導入される。冷媒供給口２４に導入された冷媒は、冷媒通路２２に供給される。冷媒通路２２に供給された冷媒は、冷媒通路２２を流動した後、冷媒排出口から排出されて気液分離器３０に流入する。
【００１７】
気液分離器３０は、流入した流体を気体成分と液体成分とに分離する装置である。液体成分は第１ポンプ４０に流入する。気体成分は、過熱器６０に流入する。
【００１８】
第１ポンプ４０は、気液分離器３０から流入した液体冷媒を、冷媒分配器５０に圧送する。第１ポンプ４０としては、例えばウォータポンプを用いることができる。
【００１９】
冷媒分配器５０は、ＥＣＵ１２０からの指示を受けて、第１ポンプ４０から圧送された冷媒を分配して、各々の冷媒供給口２４に導入させる。それにより、第１ポンプ４０から各々の冷媒供給口２４へ導入される冷媒量が調整される。その結果、冷媒供給口２４から冷媒通路２２に供給される冷媒量が調整される。すなわち、冷媒分配器５０およびＥＣＵ１２０は、冷媒量調整手段としての機能を有する。なお、冷媒分配器５０としては、ＥＣＵ１２０からの指示を受けて各々の冷媒供給口２４に導入される冷媒量を調整することができるものであれば特に限定されない。例えば、ＥＣＵ１２０からの指示を受けて第１ポンプ４０と各々の冷媒供給口２４との連通率を調整する流量調整弁を複数備えた冷媒分配器等を用いることができる。
【００２０】
過熱器６０は、気液分離器３０から流入した気体冷媒を、内燃機関２０の廃熱を利用して過熱蒸気にする。過熱器６０を経由した冷媒は、タービン７０に流入する。
【００２１】
タービン７０は、過熱器６０を経由した冷媒によって駆動される。タービン７０には、例えばタービン７０の駆動力を利用して発電を行う発電機が接続されている。この場合、内燃機関２０の廃熱で過熱された冷媒によってタービン７０を駆動させることによって発電をすることができる。それにより、内燃機関２０の動力を回収することができる。
【００２２】
復水器８０は、タービン７０を経由した冷媒を液体に戻す装置である。復水器８０としては、例えばラジエータを用いることができる。復水器８０を経由した冷媒は、冷媒タンク９０に貯留される。
【００２３】
第２ポンプ１００は、冷媒タンク９０の冷媒を気液分離器３０へ圧送するポンプである。第２ポンプ１００としては、例えばウォータポンプを用いることができる。
【００２４】
温度センサ１１０は、内燃機関２０における冷媒供給口２４の近傍に配置されている。すなわち、温度センサ１１０は、冷媒供給口２４に対応させて配置されている。温度センサ１１０は、配置箇所の温度（本実施例では、内燃機関２０のウォータジャケットの壁部の温度）を取得して、取得結果をＥＣＵ１２０に伝える。
【００２５】
温度センサ１１０は、内燃機関２０の温度変化を迅速に取得することができるように、内燃機関２０に配置されていることが好ましい。図２（ａ）は、温度センサ１１０の配置状態を示す模式図である。例えば、冷媒通路２２を区画する内燃機関２０の壁部２６に突出した突出部２７を設ける。ここで、突出部２７の熱容量が突出部２７以外の部分の熱容量に比較して小さいことから、突出部２７の温度は冷媒通路２２の温度変化に敏感に反応する。そこで、突出部２７に温度センサ１１０の温感部を配置する。それにより、温度センサ１１０は、内燃機関２０の温度変化を迅速に取得することができる。
【００２６】
加速度センサ１１２は、内燃機関２０が搭載された車両の加速度を取得し、取得結果をＥＣＵ１２０に伝える。本実施例において、ＥＣＵ１２０は加速度センサ１１２の取得結果を用いて冷媒通路２２の冷媒の液面の傾斜角度を算出する。すなわち、本実施例において加速度センサ１１２およびＥＣＵ１２０は、冷媒通路２２における冷媒の液面の傾斜角度を取得する傾斜取得手段として機能する。なお、冷媒通路２２における冷媒の液面の傾斜角度を取得できるものであれば、加速度センサ１１２およびＥＣＵ１２０に限られない。
【００２７】
ＥＣＵ１２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを有するマイクロコンピュータである。本実施例において、ＥＣＵ１２０は、温度センサ１１０および加速度センサ１１２の取得結果を受けて、後述する温度センサ１１０の配置箇所における冷却不足率を算出する。そして、ＥＣＵ１２０は、冷却不足率に基づいて冷媒分配器５０を制御する。すなわち、本実施例において、ＥＣＵ１２０は、前述した傾斜角度取得手段および冷媒量調整手段としての機能に加えて、冷却不足率算出手段としての機能を有する。
【００２８】
続いて、冷却不足率について説明する。本実施例においては、冷却不足率の算出に当たり、冷媒通路２２（ウォータジャケット）と同等の容積および高さ（Ｈｊ）を有する直方体２００を冷却不足率算出モデルとして用いる。図２（ｂ）は、直方体２００を示す模式図である。直方体２００内には、液体の冷媒が貯留されている。直方体２００の上部には、温度センサ１１０が配置されている。直方体２００の基準面からｉ番面の温度センサ１１０を温度センサｉと称する（温度センサ１１０の個数をｎｓｅｎとした場合、ｉは１以上ｎｓｅｎ以下の自然数である）。
【００２９】
直方体２００の基準面からの距離である代表幅をＷｊとし、直方体２００の基準底面からの高さである代表高さをＨｊとする。温度センサｉの直方体２００の配置位置をＷｓｅｎ_ｉとする。冷媒の液面の傾きが０度の場合における冷媒の液面の高さをＨｗとする。ここで、例えば車両の加速度が変化した場合、車両が登坂状態になった場合等において、冷媒の液面がθ度傾いたとする。このときの温度センサｉから仮想液面までの距離Ｈｓｅｎ_ｉは、以下の数１のようになる。
【数１】
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【００３０】
ここで、Ｈｓｅｎ_ｉが大きいほど、温度センサｉ近傍の冷媒量の不足度合いが大きいことになる。すなわち、Ｈｓｅｎ_ｉは、各々の温度センサ１１０が配置された箇所における液面の傾斜角度に基づいた冷媒量不足度合いを示す指標である。
【００３１】
次いで、各々の温度センサ１１０が配置された箇所の温度に基づく冷却不足度合いを示す指標Ｇｉとして、以下の数２を定義する。数２においてＫｔｈ_ｉは、係数である。Ｔｄｅｓ_ｉは、温度センサｉの目標温度である。Ｔｉは、温度センサｉが取得した温度である。Ｇｉが大きいほど、温度センサｉが取得した温度の目標温度からのズレが大きくなる。すなわち、Ｇｉが大きいほど、温度センサｉが配置された箇所の冷却不足度合いは大きい。
【数２】
2010285896.tif 000004
【００３２】
以上の数１および数２を用いて、冷却不足率αｉを、冷却不足が生じている箇所の率が相対的に多くなり、冷却不足が生じていない箇所の率が相対的に小さくなるように定義する。本実施例においては、αｉを、数３のように定義する。数３の分母は、内燃機関２０の温度センサ１１０が配置された箇所全体の冷却不足度合いを示す指標である。数３の分子は、内燃機関２０の各々の温度センサ１１０が配置された箇所の冷却不足度合いを示す指標である。よって、αｉは、内燃機関２０における各々の温度センサ１１０が配置された箇所の温度センサ１１０が配置された箇所全体の中における冷却不足度合いを示す指標といえる。
【数３】
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【００３３】
本実施例に係るＥＣＵ１２０は、加速度センサ１１２の検出結果に基づいて、Ｈｓｅｎ_ｉを算出し、温度センサ１１０の検出結果に基づいて、Ｇｉを算出する。次いで、ＥＣＵ１２０は、Ｈｓｅｎ_ｉおよびＧｉを用いてαｉを算出する。次いで、ＥＣＵ１２０は、αｉに基づいて、冷媒分配器５０を制御する。具体的には、ＥＣＵ１２０は、冷却不足率αｉを冷媒分配率として用いることにより、冷媒分配器５０を制御する。より具体的には、ＥＣＵ１２０は、各々の温度センサ１１０のうち、αｉが小さい温度センサ１１０の近傍の冷媒供給口２４には多量の冷媒が導入され、αｉが大きい温度センサ１１０の近傍の冷媒供給口２４には少量の冷媒が導入されるように冷媒分配器５０を制御する。
【００３４】
図３は、ＥＣＵ１２０のフローチャートの一例を示す図である。ＥＣＵ１２０は、所定周期毎に図３のフローチャートを繰り返し実行する。ステップＳ１０においてＥＣＵ１２０は、加速度センサ１１２の取得結果に基づいて、冷媒の液面の傾斜角度（θ）を取得する。また、ＥＣＵ１２０は、温度センサ１１０の取得結果（Ｔｉ）を取得する。
【００３５】
次いでＥＣＵ１２０は、αｉを算出する（ステップＳ２０）。具体的には、ＥＣＵ１２０は、傾斜角度（θ）を用いてＨｓｅｎ_ｉを算出し、温度センサ１１０の取得した温度（Ｔｉ）を用いてＧｉを算出する。そしてＥＣＵ１２０は、Ｈｓｅｎ_ｉおよびＧｉを用いてαｉを算出する。
【００３６】
次いでＥＣＵ１２０は、αｉに基づいて、冷媒分配器５０を制御する（ステップＳ３０）。次いで、ＥＣＵ１２０は、フローチャートの実行を終了する。
【００３７】
本実施例に係る沸騰冷却装置１０によれば、ＥＣＵ１２０は、各々の温度センサ１１０近傍の冷媒供給口２４に冷却不足率αｉに基づいた冷媒量を導入させることができる。それにより、例えば冷媒通路２２のうち冷却不足率の高い箇所には多量の冷媒を供給し、冷却不足率の低い箇所には少量の冷媒を供給することができる。その結果、冷媒通路２２の温度を均一の状態に近づけることができる。また、局所的な冷却不足が生じることを抑制できる。その結果、局所的な冷却不足による内燃機関２０の破損が抑制される。
【００３８】
また、冷却不足率αｉの算出に、液面の傾斜角度（θ）に基づいた指標であるＨｓｅｎ_ｉと、温度（Ｔｉ）に基づいた指標であるＧｉと、を用いている。それにより、冷却不足率は、液面の傾斜に起因する冷媒量不足（Ｈｓｅｎ_ｉ）と、液面の傾斜以外の要因（例えば冷媒蒸気の淀み等）に起因する冷却不足（Ｇｉ）と、を反映することができる。その結果、冷却不足率に液面の傾斜角度（θ）および温度（Ｔｉ）のいずれか一方のみが反映されている場合に比較して、精度良く冷媒通路２２の温度を均一の状態に近づけることができる。
【００３９】
なお、沸騰冷却装置１０はランキンサイクルを構成しているが、これに限られない。例えば、図１の沸騰冷却装置１０は、過熱器６０およびタービン７０を備えていなくてもよい。この場合、沸騰冷却装置１０の構造を簡素化することができる。
【００４０】
一方、図１に示すように沸騰冷却装置１０がランキンサイクルを構成している場合は、内燃機関２０の動力を回収することができることから、内燃機関２０の燃費を向上させることができる。また、本実施例に係る沸騰冷却装置１０においては冷媒通路２２内の冷媒の液面が傾斜した場合であっても、冷媒通路２２の温度を均一の状態に近づけることができる。したがって、車両が登坂状態、加速状態等にある場合のように冷媒の液面が傾斜して局所的な冷却不足が生じ易い状況においても、タービン７０の動力を回収することができる。
【００４１】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  沸騰冷却装置
２０  内燃機関
２２  冷媒通路
２４  冷媒供給口
２６  壁部
２７  突出部
３０  気液分離器
４０  第１ポンプ
５０  冷媒分配器
６０  過熱器
７０  タービン
８０  復水器
９０  冷媒タンク
１００  第２ポンプ
１１０  温度センサ
１１２  加速度センサ
１２０  ＥＣＵ
２００  直方体
【図１】
2010285896.tif 000006
【図２】
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【図３】
2010285896.tif 000008