(57)【要約】【課題】冷媒中のエチレングリコールの熱分解を抑制することができる内燃機関の冷却装置を提供する。【解決手段】内燃機関の冷却装置（１）は、沸騰冷却システム（１０）とランキンサイクルシステム（２０）とを備え、ランキンサイクルシステムは、第２気液分離器（４０）と、蒸気発生器（５０）と、第１気液分離器と蒸気発生器の冷媒供給口（５１）とを連通する第１通路（１１０ｈ）、第２気液分離器と冷媒供給口（５１）とを連通する第２通路（１１０ｇ）および蒸気発生器の冷媒排出口（５２）と第１気液分離器とを連通する第３通路（１１０ｉ）と、内燃機関の始動後において蒸気発生器内の冷媒の温度が所定値以上になった場合に第１通路を開にし、第２通路および第３通路を閉にする第１処理を実行し、第１処理の実行後に第１通路を閉にし、第２通路および第３通路を開にする第２処理を実行する通路開閉装置（２００）とをさらに備えている。【選択図】図２
2015229965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エチレングリコールと水とを含む冷媒が内燃機関において沸騰することで前記内燃機関を冷却する沸騰冷却システムと、前記内燃機関から排出された冷媒が供給される第１気液分離器と前記第１気液分離器から排出された気相の冷媒を過熱する過熱器と前記過熱器によって過熱された冷媒が供給される膨張機と前記膨張機から排出された冷媒を凝縮して液相の冷媒にする凝縮器とを有するランキンサイクルシステムと、を備える冷却装置であって、
前記ランキンサイクルシステムは、
前記凝縮器から排出された液相の冷媒が供給される第２気液分離器と、
冷媒供給口から供給された液相の冷媒を前記内燃機関の廃熱によって蒸気にして冷媒排出口から排出する蒸気発生器と、
前記第１気液分離器と前記冷媒供給口とを連通する第１通路、前記第２気液分離器と前記冷媒供給口とを連通する第２通路、および前記冷媒排出口と前記第１気液分離器とを連通する第３通路と、
前記内燃機関の始動後において前記蒸気発生器内の冷媒の温度が所定値以上になった場合に、前記第１通路を開にし、前記第２通路および前記第３通路を閉にする第１処理を実行し、前記第１処理の実行後に、前記第１通路を閉にし、前記第２通路および前記第３通路を開にする第２処理を実行する通路開閉装置と、をさらに備えることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
【請求項２】
前記第２気液分離器は、前記第１気液分離器の内部に配置されていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項３】
前記第１気液分離器の内部のうち前記第２気液分離器の内部を除く部分である主内部領域と、前記第２気液分離器の内部である副内部領域とは連通しており、
前記副内部領域に貯留された液相の冷媒の液面の面積は、前記主内部領域に貯留された液相の冷媒の液面の面積よりも大きいことを特徴とする請求項２記載の内燃機関の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関の冷却装置として、例えば特許文献１には、冷媒が内燃機関において沸騰することで内燃機関を冷却する沸騰冷却システムと、内燃機関から排出された冷媒が供給されるランキンサイクルシステムとを備える冷却装置が開示されている。また特許文献１に係るランキンサイクルシステムは、内燃機関から排出された冷媒が供給される気液分離器と、気液分離器から排出された気相の冷媒を過熱する過熱器と、過熱器によって過熱された冷媒が供給される膨張機（特許文献１では膨張機としてタービンが用いられている）と、膨張機から排出された冷媒を凝縮して液相の冷媒にする凝縮器（特許文献１では復水器と称されている）とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２２３１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
冷媒の凍結を抑制するために、特許文献１に係る冷却装置の冷媒として、エチレングリコールと水とを含む冷媒を用いることが考えられる。また、内燃機関の廃熱を有効利用するために、気液分離器から排出された液相の冷媒を内燃機関の廃熱によって蒸気にする蒸気発生器をさらに設け、蒸気発生器から排出された冷媒を気液分離器に供給するように、特許文献１に係るランキンサイクルシステムを改良することが考えられる。
【０００５】
しかしながら、上述したようにエチレングリコールと水とを含む冷媒を用いた場合、水はエチレングリコールよりも沸点が低いため、水の方がエチレングリコールよりも優先的に蒸発する。そのため、例えば蒸気発生器内の冷媒の温度が高温となった場合に、蒸気発生器内の冷媒中の水が優先的に蒸発して、蒸気発生器内の冷媒のエチレングリコール濃度が高くなる可能性がある。この場合、蒸気発生器内においてエチレングリコールが熱分解する可能性がある。
【０００６】
本発明は、冷媒中のエチレングリコールの熱分解を抑制することができる内燃機関の冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る内燃機関の冷却装置は、エチレングリコールと水とを含む冷媒が内燃機関において沸騰することで前記内燃機関を冷却する沸騰冷却システムと、前記内燃機関から排出された冷媒が供給される第１気液分離器と前記第１気液分離器から排出された気相の冷媒を過熱する過熱器と前記過熱器によって過熱された冷媒が供給される膨張機と前記膨張機から排出された冷媒を凝縮して液相の冷媒にする凝縮器とを有するランキンサイクルシステムと、を備える冷却装置であって、前記ランキンサイクルシステムは、前記凝縮器から排出された液相の冷媒が供給される第２気液分離器と、冷媒供給口から供給された液相の冷媒を前記内燃機関の廃熱によって蒸気にして冷媒排出口から排出する蒸気発生器と、前記第１気液分離器と前記冷媒供給口とを連通する第１通路、前記第２気液分離器と前記冷媒供給口とを連通する第２通路、および前記冷媒排出口と前記第１気液分離器とを連通する第３通路と、前記内燃機関の始動後において前記蒸気発生器内の冷媒の温度が所定値以上になった場合に、前記第１通路を開にし、前記第２通路および前記第３通路を閉にする第１処理を実行し、前記第１処理の実行後に、前記第１通路を閉にし、前記第２通路および前記第３通路を開にする第２処理を実行する通路開閉装置と、をさらに備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る内燃機関の冷却装置によれば、内燃機関の始動後において蒸気発生器内の冷媒の温度が所定値以上になった場合に第１処理が実行されることで、蒸気発生器から第１気液分離器への蒸気の供給を停止させることができる。それにより、蒸気発生器の内圧を上昇させて、蒸気発生器内に存在する冷媒を第１通路を介して第１気液分離器に供給することができる。そして、第１処理の実行後に第２処理が実行されることで、蒸気発生器の内圧を低下させて、第２気液分離器から、液相の冷媒を、第２通路を介して蒸気発生器に供給することができる。ここで、冷媒中の水はエチレングリコールよりも優先的に蒸発するため、第１気液分離器から過熱器に供給される気相の冷媒中のエチレングリコール濃度は極めて低い。そのため、凝縮器から排出されて第２気液分離器に供給された液相の冷媒のエチレングリコール濃度も極めて低い。その結果、第２処理において第２気液分離器から蒸気発生器に供給されるエチレングリコール濃度も極めて低いものとなっている。したがって、第２処理が実行されることで、蒸気発生器内のエチレングリコール濃度を低下させることができる。その結果、蒸気発生器内においてエチレングリコールが熱分解することを抑制できる。
【０００９】
上記構成において、前記第２気液分離器は、前記第１気液分離器の内部に配置されていてもよい。この構成によれば、第２気液分離器が第１気液分離器の外部に配置されている場合に比較して、内燃機関の冷却装置の全体の容積を小さく抑えることができる。それにより、内燃機関の冷却装置の車両への搭載を容易にすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記第１気液分離器の内部のうち前記第２気液分離器の内部を除く部分である主内部領域と、前記第２気液分離器の内部である副内部領域とは連通しており、前記副内部領域に貯留された液相の冷媒の液面の面積は、前記主内部領域に貯留された液相の冷媒の液面の面積よりも大きい構成としてもよい。この構成によれば、主内部領域に貯留された冷媒の液面が低下する速度を副内部領域に貯留された冷媒の液面が低下する速度に比較して、大きくすることができる。それにより、主内部領域に貯留された冷媒が副内部領域に逆流することを抑制できる。その結果、主内部領域に貯留された冷媒のエチレングリコールの濃度が高い場合であっても、このエチレングリコール濃度の高い冷媒が副内部領域の冷媒に混ざることを抑制できる。それにより、副内部領域の冷媒のエチレングリコール濃度が上昇することを抑制できる。その結果、第２処理において、エチレングリコールの濃度の高い冷媒が蒸気発生器に供給されることを抑制できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、冷媒中のエチレングリコールの熱分解を抑制することができる内燃機関の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は実施例に係る内燃機関の冷却装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】図２は冷却装置の主気液分離器、副気液分離器および蒸気発生器を拡大して示す模式図である。
【図３】図３は内燃機関の始動後における制御装置の冷却装置の制御を説明するためのフローチャートの一例である。
【図４】図４は内燃機関の運転停止後における制御装置の冷却装置の制御を説明するためのフローチャートの一例である。
【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】
【００１４】
本発明の実施例に係る内燃機関の冷却装置１について説明する。図１は冷却装置１の全体構成を示す模式図である。冷却装置１は車両に搭載されている。冷却装置１は、沸騰冷却システム１０とランキンサイクルシステム２０とを備えている。沸騰冷却システム１０は、冷媒が内燃機関１１において沸騰することで、内燃機関１１を冷却するシステムである。具体的には本実施例に係る沸騰冷却システム１０は、ポンプ１２（Ｐａ）と、内燃機関１１の内部（具体的にはシリンダブロックおよびシリンダヘッド）に形成されたウォータジャケット１３（Ｗ／Ｊ）と、を備えている。ポンプ１２は冷媒を圧送する冷媒圧送装置としての機能を有する部材である。ポンプ１２の具体的な構成は特に限定されるものではなく、内燃機関１１のクランクシャフトの動力によって駆動する機械式のウォータポンプ、あるいはモータによって駆動される電動式のウォータポンプ等、種々のウォータポンプを用いることができる。本実施例においてはポンプ１２の一例として、機械式のウォータポンプを用いる。この場合、ポンプ１２は、内燃機関１１の始動開始とともに冷媒の圧送を開始する。
【００１５】
ポンプ１２から圧送された液相の冷媒は内燃機関１１のウォータジャケット１３を流通して、内燃機関１１から排出される。冷媒はウォータジャケット１３を流通する際に、内燃機関１１の熱によって沸騰する。また冷媒は、この沸騰の際に、潜熱として内燃機関１１の熱をさらに吸収する。このようにして本実施例に係る沸騰冷却システム１０は、内燃機関１１を効果的に冷却している。
【００１６】
本実施例においては、冷媒として、エチレングリコールと水とを含む冷媒を用いる。具体的には本実施例においては、冷媒としてＬＬＣ（ロングライフクーラント）を用いている。冷媒が水の他にエチレングリコールを含むことで、冷媒が水のみからなる場合に比較して、冷媒の凝固点を低下させて、冷媒の凍結を抑制することができる。なお、ウォータジャケット１３内に存在する冷媒に含まれる水およびエチレングリコールの重量％は特に限定されるものではないが、本実施例においては、水が７０重量％でエチレングリコールが３０重量％である。
【００１７】
ランキンサイクルシステム２０は、主気液分離器３０（ｍＧＬＳ）と、主気液分離器３０の内部に配置された副気液分離器４０（ｓＧＬＳ）とを備えている。また、ランキンサイクルシステム２０は、蒸気発生器５０（ＥＳＧ）と、過熱器６０（ＳＨ）と、タービン７０（ＴＢ）と、凝縮器８０（ＣＮＤ）と、キャッチタンク９０（ＣＴ）と、ポンプ１００（Ｐｂ）と、冷媒が通過する各種通路（通路１１０ａ〜通路１１０ｊ）と、制御装置１２０とを備えている。
【００１８】
図２は、冷却装置１の主気液分離器３０、副気液分離器４０および蒸気発生器５０を拡大して示す模式図である。なお図２には、制御装置１２０も併せて図示されている。図１および図２を参照して、通路１１０ａは、内燃機関１１の冷媒排出口と、主気液分離器３０の冷媒供給口３１ａとを連通している。通路１１０ｂは、主気液分離器３０の冷媒排出口３２ａと、過熱器６０の冷媒供給口とを連通している。図１を参照して、通路１１０ｃは、過熱器６０の冷媒排出口と、タービン７０の冷媒供給口とを連通している。通路１１０ｄは、タービン７０の冷媒排出口と、凝縮器８０の冷媒供給口とを連通している。通路１１０ｅは、凝縮器８０の冷媒排出口と、キャッチタンク９０の冷媒供給口とを連通している。
【００１９】
図１および図２を参照して、通路１１０ｆは、キャッチタンク９０の冷媒供給口と、副気液分離器４０の冷媒供給口４１とを連通している。なお、ポンプ１００は、通路１１０ｆに配置されている。通路１１０ｇは、副気液分離器４０の冷媒排出口４２と、蒸気発生器５０の冷媒供給口５１とを連通している。通路１１０ｈは、主気液分離器３０の冷媒排出口３２ｃと、蒸気発生器５０の冷媒供給口５１とを連通している。なお、本実施例において、通路１１０ｇおよび通路１１０ｈは、下流側が合流して冷媒供給口５１に連通している。但し、通路１１０ｇおよび通路１１０ｈの構成はこれに限定されるものではない。他の例を挙げると、例えば蒸気発生器５０は、通路１１０ｇが接続する第１の冷媒供給口と、通路１１０ｈが接続する第２の冷媒供給口とを備え、通路１１０ｇおよび通路１１０ｈは合流することなく、それぞれ第１の冷媒供給口および第２の冷媒供給口に接続していてもよい。
【００２０】
図１および図２を参照して、通路１１０ｉは、蒸気発生器５０の冷媒排出口５２と、主気液分離器３０の冷媒供給口３１ｂとを連通している。通路１１０ｊは、主気液分離器３０の冷媒排出口３２ｂと、ポンプ１２の冷媒供給口とを連通している。
【００２１】
図２を参照して、主気液分離器３０の冷媒排出口３２ａは気相の冷媒用の供給口である。そのため、冷媒排出口３２ａは、主気液分離器３０の液相の冷媒が貯留される部位（以下、液相冷媒貯留部と証する）よりも上方側に設けられている。具体的には本実施例に係る冷媒排出口３２ａは、主気液分離器３０の上面に設けられている。また、冷媒排出口３２ｂおよび冷媒排出口３２ｃは液相の冷媒用の排出口である。そのため、冷媒排出口３２ｂおよび冷媒排出口３２ｃは、主気液分離器３０の液相冷媒貯留部に設けられている。具体的には本実施例に係る冷媒排出口３２ｂおよび冷媒排出口３２ｃは、主気液分離器３０の液相冷媒貯留部の下面に設けられている。また、主気液分離器３０の冷媒供給口３１ａおよび冷媒供給口３１ｂは気相の冷媒用の供給口である。そのため、冷媒供給口３１ａおよび冷媒供給口３１ｂは、主気液分離器３０の液相冷媒貯留部よりも上方側、具体的には本実施例では主気液分離器３０の上面と下面とを接続する側面に設けられている。
【００２２】
なお、本実施例において、主気液分離器３０は特許請求の範囲に記載の第１気液分離器に相当し、副気液分離器４０は第２気液分離器に相当する。また、通路１１０ｈは、主気液分離器３０（第１気液分離器）と蒸気発生器５０の冷媒供給口５１とを連通する第１通路に相当する。通路１１０ｇは、副気液分離器４０（第２気液分離器）と蒸気発生器５０の冷媒供給口５１とを連通する第２通路に相当する。通路１１０ｉは、蒸気発生器５０の冷媒排出口５２と主気液分離器３０（第１気液分離器）とを連通する第３通路に相当する。
【００２３】
また図１および図２を参照して、ランキンサイクルシステム２０は、副気液分離器４０に貯留された液相の冷媒の液面（これは冷媒の上面である）を検出する液面センサ１３０を備えている。液面センサ１３０は検出結果を制御装置１２０に伝える。またランキンサイクルシステム２０は、蒸気発生器５０内の冷媒の温度を検出する温度センサ１３１を備えている。温度センサ１３１は検出結果を制御装置１２０に伝える。なお、本実施例において、蒸気発生器５０内の冷媒の温度は、通路１１０ｉの冷媒の温度と略等しい。したがって、温度センサ１３１は通路１１０ｉの冷媒の温度を検出してもよい。この場合、制御装置１２０は、温度センサ１３１が検出した通路１１０ｉの冷媒の温度を蒸気発生器５０内の冷媒の温度として用いればよい。
【００２４】
また図１および図２を参照して、ランキンサイクルシステム２０は、通路１１０ｉを開閉する開閉弁１４０ａ（Ｖａ）と、通路１１０ｂを開閉する開閉弁１４０ｂ（Ｖｂ）と、通路１１０ｃを開閉する開閉弁１４０ｃ（Ｖｃ）と、通路１１０ｈを開閉する開閉弁１４０ｄ（Ｖｄ）とを備えている。なお、開閉弁１４０ａ〜開閉弁１４０ｄは、制御装置１２０からの指示を受けて各々が配置された通路を開閉する。
【００２５】
図１を参照して、内燃機関１１のウォータジャケット１３から排出された冷媒（気相）は、通路１１０ａを通過して主気液分離器３０に供給される。図２を参照して、主気液分離器３０および副気液分離器４０は、供給された冷媒を気相と液相とに分離する装置である。本実施例に係る主気液分離器３０は、下面および上面を有する円筒形状の容器である。副気液分離器４０は、上面および下面を有するリング形状の容器である。本実施例に係る副気液分離器４０は、主気液分離器３０の下面との間に所定の空間を有し且つ主気液分離器３０の上面との間にも所定の空間を有するように、主気液分離器３０の内部に配置されている。これ以降の説明において、主気液分離器３０の内部のうち、副気液分離器４０の内部を除く領域を主内部領域３３と称する。また、副気液分離器４０の内部を副内部領域４３と称する。
【００２６】
図２に示すように、副気液分離器４０の液相冷媒貯留部には、開口部４４ａが設けられている。副気液分離器４０の液相冷媒貯留部よりも上方側には、開口部４４ｂが設けられている。具体的には、本実施例に係る開口部４４ａは、リング形状の副気液分離器４０の内側の側面の下部に設けられている。また、開口部４４ｂは、副気液分離器４０の上面に設けられている。開口部４４ａによって、主内部領域３３の液相冷媒貯留部と副内部領域４３の液相冷媒貯留部とは連通している。また、開口部４４ｂによって、主内部領域３３の気相の冷媒が存在する空間（冷媒の液面よりも上方側の空間）と、副内部領域４３の気相の冷媒が存在する空間とは連通している。このように、本実施例に係る主内部領域３３と副内部領域４３とは、開口部４４ａおよび開口部４４ｂによって連通している。それにより、通常時においては、主内部領域３３に貯留された液相の冷媒の液面と副内部領域４３に貯留された液相の冷媒の液面とは、略同一の高さとなっている。
【００２７】
また、本実施例において、副内部領域４３に貯留された液相の冷媒の液面の面積は、主内部領域３３に貯留された液相の冷媒の液面の面積（図２において、ｍで図示された領域の面積）よりも大きくなっている。具体的には、本実施例に係る副気液分離器４０は、リング形状を有する副気液分離器４０の内部面積（副内部領域４３の面積）が、副気液分離器４０のリングの内側部分の面積（ここが、主内部領域３３に貯留された液相冷媒の液面面積となる）よりも大きくなるような形状を有している。
【００２８】
主内部領域３３の気相の冷媒は、開閉弁１４０ｂが開の場合、通路１１０ｂを通過して過熱器６０に供給される。図１を参照して、過熱器６０は、内燃機関１１の廃熱によって冷媒を過熱して、過熱蒸気にする装置である。なお、本実施例では、この内燃機関１１の廃熱の一例として、内燃機関１１の排気通路の排気の熱を用いている。具体的には本実施例に係る過熱器６０は、内燃機関１１の排気通路のうち、蒸気発生器５０よりも排気流動方向で上流側の部分に設けられている。
【００２９】
過熱器６０によって過熱された冷媒（過熱蒸気）は、通路１１０ｃを通過してタービン７０に供給される。タービン７０は、供給された過熱蒸気の力を受けて回転する。本実施例に係るタービン７０には、発電機（図示せず）が接続されている。タービン７０が回転することで発電機は発電する。このようにして、本実施例に係るランキンサイクルシステム２０は、内燃機関１１の廃熱を発電機の電力として回収している。なお、過熱蒸気としての冷媒はタービン７０を回転させることで、膨張する。したがって、本実施例に係るタービン７０は、ランキンサイクルシステム２０の膨張機としての機能を有する部材に相当する。
【００３０】
タービン７０から排出された冷媒（気相）は、通路１１０ｄを通過して凝縮器８０に供給される。凝縮器８０は、気相の冷媒を凝縮して液相の冷媒にする装置である。本実施例に係る凝縮器８０は、いわゆるラジエータである。凝縮器８０から排出された液相の冷媒は、通路１１０ｅを通過してキャッチタンク９０に供給される。キャッチタンク９０は、凝縮器８０から排出された冷媒を一時的に貯留するためのタンクである。ポンプ１００は制御装置１２０からの指示を受けて稼動する冷媒圧送装置である。通路１１０ｆに配置されたポンプ１００が稼動した場合、キャッチタンク９０の冷媒は通路１１０ｆを圧送されて、副気液分離器４０に供給される。なお、ポンプ１００の具体的な種類は特に限定されるものではないが、本実施例においては、一例として、電動式の容積型ウォータポンプ、具体的には電動式の容積型ベーンポンプを用いる。
【００３１】
図２を参照して、副内部領域４３に貯留された液相の冷媒は、開閉弁１４０ｃが開の場合、通路１１０ｇを通過して蒸気発生器５０に供給される。また、開閉弁１４０ｃが閉の場合であっても、開閉弁１４０ｄが開の場合には、主内部領域３３に貯留された液相の冷媒を、通路１１０ｈを通過させて蒸気発生器５０に供給することができる。蒸気発生器５０は、冷媒供給口５１から供給された液相の冷媒を内燃機関１１の廃熱によって加熱して蒸気にして冷媒排出口５２から排出する。なお、本実施例においては、この内燃機関１１の廃熱の一例として、内燃機関１１の排気通路の排気の熱を用いている。具体的には本実施例に係る蒸気発生器５０は、内燃機関１１の排気通路のうち、過熱器６０よりも排気流動方向で下流側に配置されている。そのため、蒸気発生器５０を通過する排気の温度は、過熱器６０を通過する排気の温度よりも低温である。したがって、蒸気発生器５０によって生成される蒸気は、過熱器６０によって生成される過熱蒸気よりも低温である。
【００３２】
開閉弁１４０ａが開の場合、蒸気発生器５０から排出された冷媒（蒸気）は、通路１１０ｉを通過して、主気液分離器３０の主内部領域３３に供給される。図１を参照して、主気液分離器３０の主内部領域３３に貯留された液相の冷媒は、通路１１０ｊを通過してポンプ１２に供給されて、その後、内燃機関１１のウォータジャケット１３に供給される。
【００３３】
また、図１および図２を参照して、本実施例において、主気液分離器３０および副気液分離器４０は、蒸気発生器５０よりも、重力方向で高い位置（すなわち上方側）に配置されている。そのため、副気液分離器４０に貯留された液相の冷媒は、重力を主に利用して、通路１１０ｇおよび通路１１０ｈを通過して、蒸気発生器５０に供給される。
【００３４】
制御装置１２０は、開閉弁１４０ａ〜開閉弁１４０ｄを制御する。それにより、開閉弁１４０ａ〜開閉弁１４０ｄが配置されている各通路は開閉される。すなわち、本実施例に係る開閉弁１４０ａ〜開閉弁１４０ｄおよびこれを制御する制御装置１２０は、通路１１０ｉ（第３通路）、通路１１０ｂ、通路１１０ｇ（第２通路）および通路１１０ｈ（第１通路）を開閉する通路開閉装置２００（図２に図示されている）に相当する。また、本実施例に係る制御装置１２０はポンプ１００も制御する。さらに制御装置１２０は、内燃機関１１の燃料噴射量、燃料噴射時期等を制御することで、内燃機関１１の運転状態も制御している。すなわち、本実施例においては、車両の動作を統合的に制御する制御装置が冷却装置１の制御装置１２０としての機能を兼務している。
【００３５】
本実施例においては、制御装置１２０の一例として、電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）を用いる。この電子制御装置は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１２１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）１２２およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）１２３を有するマイクロコンピュータを備えている。なお、ＣＰＵ１２１は各種の演算処理や制御処理を行う制御部としての機能を有する装置である。後述するフローチャートの各ステップはＣＰＵ１２１が実行する。ＲＯＭ１２２およびＲＡＭ１２３は、ＣＰＵ１２１の動作に必要な情報を記憶する記憶部としての機能を有する装置である。
【００３６】
続いて制御装置１２０による冷却装置１の制御の詳細について、フローチャートを用いて説明する。図３は、内燃機関１１の始動後（すなわち、内燃機関１１が運転中の場合）における制御装置１２０の冷却装置１の制御を説明するためのフローチャートの一例である。なお、制御装置１２０の制御部（ＣＰＵ１２１）は、内燃機関１１を始動させるとの始動要求を受けた場合（一例を挙げると、イグニションスイッチがＯＮになった場合）に、図３のフローチャートを実行する。また、図３のスタート時点において、開閉弁１４０ａ、開閉弁１４０ｂおよび開閉弁１４０ｄは開になっており、開閉弁１４０ｃは閉になっているものとする。また、図３のスタート時点において、少なくとも主気液分離器３０の主内部領域３３には、エチレングリコールと水とが混合された冷媒（液相）が所定量、貯留されているものとする。
【００３７】
ステップＳ１において、制御部は、開閉弁１４０ｄを閉にし、開閉弁１４０ｃを開にする。それにより、副気液分離器４０の副内部領域４３に貯留された冷媒は、通路１１０ｇを通過して蒸気発生器５０に供給される。
【００３８】
次いで制御部は、温度センサ１３１の検出結果に基づいて取得した冷媒温度（蒸気発生器５０内の冷媒の温度）が所定値より低いか否かを判定する（ステップＳ２）。本実施例においては、ステップＳ２の所定値の一例として、この所定値の温度の冷媒が主気液分離器３０に供給され、その後過熱器６０を経由してタービン７０に供給された場合に、タービン７０が稼動できるような、蒸気発生器５０内の冷媒の温度を用いる。この所定値の具体的な値の一例として、本実施例では８０℃を用いる。なお、ステップＳ２の所定値は予め記憶部（ＲＯＭ１２２）が記憶しておき、制御部は、温度センサ１３１の検出結果に基づいて取得した冷媒温度と記憶部の所定値とを比較することで、ステップＳ２を実行する。なお、ステップＳ２でＹｅｓと判定される場合とは、ランキンサイクルシステム２０の暖機が未完了の場合（すなわち、暖機運転中の場合）に相当し、ステップＳ２でＮｏと判定される場合とは、ランキンサイクルシステム２０の暖機完了後の場合に相当する。
【００３９】
ステップＳ２でＹｅｓと判定された場合、制御部は開閉弁１４０ａを開にし、開閉弁１４０ｂを閉にする（ステップＳ３）。ステップＳ３で開閉弁１４０ｂが閉にされることで、過熱器６０への冷媒供給が停止される。なお、この場合、タービン７０は稼動しない。一方、ステップＳ３で開閉弁１４０ａが開にされることで、蒸気発生器５０から排出された冷媒（蒸気）は主気液分離器３０の主内部領域３３に供給される。したがって、ステップＳ３が実行されることで、主気液分離器３０および副気液分離器４０と蒸気発生器５０との間を、冷媒は循環する。ステップＳ３は、ステップＳ２でＮｏと判定されるまで、すなわち、蒸気発生器５０内の冷媒の温度が所定値以上になるまで実行される。
【００４０】
ステップＳ２でＮｏと判定された場合、制御部は、開閉弁１４０ａおよび開閉弁１４０ｂを開にする（ステップＳ４）。ステップＳ４が実行されることで、主内部領域３３から排出された冷媒の過熱器６０への供給が行われる。それにより、過熱器６０による過熱蒸気の生成が開始され、過熱蒸気のタービン７０への供給も開始される。その結果、タービン７０は稼動する。また、ステップＳ４が実行されることで、主気液分離器３０の主内部領域３３の圧力（内圧）は低下する。それにより、主内部領域３３に通路１１０ｉを介して連通した蒸気発生器５０の内圧も低下する。その結果、蒸気発生器５０の内部において、冷媒は容易に沸騰することができるようになる。実際、本実施例に係るステップＳ４が実行されることで、蒸気発生器５０に供給された冷媒は蒸気発生器５０の内部において沸騰する。
【００４１】
ステップＳ４の後に制御部は、ステップＳ５に係る優先割り込み処理を実行する。具体的には制御部は、液面センサ１３０の検出結果に基づいて副気液分離器４０の副内部領域４３に貯留された冷媒の液面の位置を取得し、取得された液面の位置が所定の下限位置にまで減少したか否かを判定する。そして、制御部は、液面の位置が所定の下限位置まで減少したと判定した場合、ポンプ１００を稼動させる。ポンプ１００が稼動することで、キャッチタンク９０に貯留されていた液相の冷媒が通路１１０ｆを介して副内部領域４３に供給される。そして、制御部は、液面センサ１３０の検出結果に基づいて取得した副内部領域４３の冷媒の液面が所定の上限位置になった場合、ポンプ１００を停止させる。以上の処理を、制御部はステップＳ５にかかる優先割り込み処理において実行している。制御部は、一度ステップＳ５を実行した場合、内燃機関１１が運転している間、ステップＳ５に係るポンプ１００の制御を優先的に割り込み実行する。具体的には制御部は、液面センサ１３０の検出結果を逐次取得しておき、副内部領域４３の冷媒の液面が下限位置にまで減少したと判定した場合、例えばステップＳ６〜ステップＳ１１を実行している間であっても、液面が上限位置になるまでポンプ１００を稼動させる制御を割り込み実行する。
【００４２】
ここで、水の沸点はエチレングリコールの沸点よりも低いため、冷媒中の水はエチレングリコールよりも優先的に蒸発する。したがって、本実施例において、主気液分離器３０から過熱器６０に供給される気相の冷媒中のエチレングリコール濃度は極めて低い。そのため、本実施例において、凝縮器８０から排出された冷媒、具体的にはキャッチタンク９０に貯留されている液相の冷媒のエチレングリコール濃度も極めて低く、実質的には水がキャッチタンク９０に貯留されていると考えてよい。その結果、ポンプ１００が稼動することで、通路１１０ｆを介して副気液分離器４０の副内部領域４３に供給される冷媒のエチレングリコール濃度も極めて低く、実質的には水が副内部領域４３に供給される。したがって、冷却装置１の稼動時間の経過とともに、副内部領域４３に貯留される冷媒中のエチレングリコール濃度は低下していく。
【００４３】
ステップＳ５の後に制御部は、温度センサ１３１の検出結果に基づいて取得した冷媒温度（蒸気発生器５０内の冷媒の温度）が所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ６）。本実施例においては、ステップＳ６の所定値の一例として、蒸気発生器５０内の冷媒の温度がこの所定値以上の状態が所定時間以上継続した場合において、仮に後述するステップＳ７が実行されない場合に、蒸気発生器５０内においてエチレングリコールが熱分解してしまうと考えられる温度（具体的には、蒸気発生器５０内において冷媒中の水が蒸発して蒸気発生器５０内のエチレングリコールが高くなり、その結果、エチレングリコールが熱分解してしまうと考えられる温度）を用いる。この所定値の具体的な値の一例として、８０℃以上１００℃以下の値を用いることができる。そこで、本実施例においては、ステップＳ６の所定値の具体的な値の一例として、９０℃を用いる。なお、ステップＳ６の所定値は、予め記憶部（ＲＯＭ１２２）が記憶しておく。制御部は、温度センサ１３１の検出結果に基づいて取得した冷媒温度と記憶部の所定値とを比較することで、ステップＳ６を実行する。ステップＳ６でＮｏと判定された場合、制御部はステップＳ４を実行する。すなわち、ステップＳ４は、ステップＳ６でＹｅｓと判定されるまで実行される。
【００４４】
ステップＳ６でＹｅｓと判定された場合、制御部は、開閉弁１４０ｄを開にすることで通路１１０ｈを開にし、開閉弁１４０ｃを閉にすることで通路１１０ｇを閉にし、開閉弁１４０ａを閉にすることで通路１１０ｉを閉にする（ステップＳ７）。すなわち、制御部は、蒸気発生器５０内の冷媒の温度が所定値以上になった場合（ステップＳ６でＹｅｓの場合）に、通路１１０ｈ（第１通路）を開にし、通路１１０ｇ（第２通路）および通路１１０ｉ（第３通路）を閉にする第１処理を実行している。
【００４５】
ステップＳ７に係る第１処理が実行されることで、蒸気発生器５０から主気液分離器３０への蒸気の供給が停止される。それにより、蒸気発生器５０の内圧は上昇し、その結果、蒸気発生器５０内に存在する冷媒は、通路１１０ｈを介して主気液分離器３０に供給される。これを換言すると、蒸気発生器５０の内圧によって、蒸気発生器５０内の冷媒は、通路１１０ｈを通過して主気液分離器３０に押し戻される。
【００４６】
ステップＳ７の後に制御部は、ステップＳ７が実行されてから所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ８）。なお、ステップＳ８はＹｅｓと判定されるまで繰り返し実行される。ステップＳ８の所定時間は、特に限定されるものではないが、本実施例においては一例として、ステップＳ７が実行される前の状態において蒸気発生器５０内に存在していた冷媒が全て主気液分離器３０に供給されると考えられる時間を用いる。このステップＳ８に係る所定時間の具体的な値の一例として、本実施例では、１５秒を用いる。なお、ステップＳ８の所定時間は予め記憶部（ＲＯＭ１２２）が記憶しておく。
【００４７】
ステップＳ８でＹｅｓと判定された場合、制御部はステップＳ８でＹｅｓと判定されてからさらに所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ９）。ステップＳ９はＹｅｓと判定されるまで繰り返し実行される。ステップＳ９の所定時間は、特に限定されるものではないが、本実施例においては一例として、副気液分離器４０内の冷媒のエチレングリコール濃度が、キャッチタンク９０から通路１１０ｆを介して副気液分離器４０に供給される冷媒（水）によって薄められて、約０％になると考えられる時間を用いる。このステップＳ８の所定時間の具体的な値の一例として、本実施例では、６０秒を用いる。なお、ステップＳ９の所定値は予め記憶部（ＲＯＭ１２２）が記憶しておく。
【００４８】
ステップＳ９でＹｅｓと判定された場合、制御部は、ステップＳ１０を実行する。ステップＳ１０において制御部は、開閉弁１４０ｄを閉にすることで通路１１０ｈを閉にし、開閉弁１４０ｃを開にすることで通路１１０ｇを開にし、開閉弁１４０ａを徐々に開にすることで、通路１１０ｉを徐々に開にする。すなわち、制御部は、ステップＳ７に係る第１処理が所定時間（ステップＳ８の所定時間とステップＳ９の所定時間との合計時間であり、本実施例では７５秒）実行された後に、通路１１０ｈ（第１通路）を閉にし、通路１１０ｇ（第２通路）および通路１１０ｉ（第３通路）を開にする第２処理を実行している。
【００４９】
ステップＳ１０に係る第２処理が実行されることで、蒸気発生器５０の内圧が低下し、副気液分離器４０（第２気液分離器）に貯留されていた液相の冷媒（水）は、通路１１０ｆを介して蒸気発生器５０に供給される。それにより、ステップＳ９の実行後において仮に蒸気発生器５０内にエチレングリコールが残存していたとしても、蒸気発生器５０内のエチレングリコール濃度を低下させることができる。その結果、蒸気発生器５０内においてエチレングリコールが熱分解することを抑制できる。
【００５０】
また、本実施例においては、上述したようにステップＳ１０において開閉弁１４０ａが徐々に開になることから、副気液分離器４０の冷媒を徐々に蒸気発生器５０に供給することができる。ここで、仮に、ステップＳ１０において開閉弁１４０ａが急激に全開の状態になった場合、副気液分離器４０の冷媒が急激に蒸気発生器５０に供給されるため、供給された冷媒によって蒸気発生器５０の内部が急激に冷却される可能性がある。この場合、蒸気発生器５０の内部に亀裂や破損等が発生する可能性がある。これに対して、本実施例の場合、副気液分離器４０の冷媒が徐々に蒸気発生器５０に供給されることから、蒸気発生器５０の内部における亀裂や破損等の発生は抑制されている。
【００５１】
なおステップＳ１０において開閉弁１４０ａを徐々に開にする具体的な手法は特に限定されるものではないが、例えば次の手法を用いることができる。具体的には、例えば開閉弁１４０ａの開度を０％（全閉）の状態から１００％（全開）の状態まで１０段階で変化させる場合、まず制御部は、開閉弁１４０ａの開度を１０％にし、次いで、所定時間（短時間）、１０％の状態を維持する。次いで制御部は、開閉弁１４０ａの開度を２０％にし、また所定時間（短時間）、２０％の状態を維持する。制御部は、これを開閉弁１４０ａの開度が１００％になるまで繰り返し実行する（合計、１０回繰り返す）。このように制御部は、開閉弁１４０ａの開度をパルス的に上昇させていくことで、開閉弁１４０ａを徐々に開にすることができる。なお、本実施例に係る制御部は、実際にこのような手法を用いて開閉弁１４０ａを徐々に開にしている。
【００５２】
また、ステップＳ１０に係る第２処理が実行される時間（第２処理の実行継続時間）は、特に限定されるものではないが、本実施例においては、一例として、６０秒を用いる。この場合、具体的には制御部は、上述した開閉弁１４０ａを徐々に開にする制御を６０秒かけて実行する。より具体的には制御部は、開閉弁１４０ａの開度を０％から１００％まで１０段階に分けて開にする動作を６０秒かけて実行する。
【００５３】
ステップＳ１０の後に制御部は、開閉弁１４０ａの開度を１００％の状態に維持する（ステップＳ１１）。次いで制御部は、フローチャートの実行を終了する。
【００５４】
また、本実施例に係る制御装置１２０は、内燃機関１１の運転が停止した後においても、次に説明するように冷却装置１を制御している。図４は、内燃機関１１の運転停止後における制御装置１２０の冷却装置１の制御を説明するためのフローチャートの一例である。制御装置１２０の制御部は、内燃機関１１の運転を停止させるとの停止指令を受けた場合（一例を挙げると、イグニションスイッチがＯＦＦにされた場合）、図４のフローチャートを実行する。
【００５５】
ステップＳ２０において、制御部は、ポンプ１００を所定時間稼動させる。ステップＳ２０が実行されることで、キャッチタンク９０の冷媒が副気液分離器４０に所定時間、供給される。ステップＳ２０の所定時間の一例として、本実施例においては、キャッチタンク９０に貯留されている冷媒量が略ゼロになると考えられる時間を用いる。この所定時間の具体的な値の一例として、本実施例においては１５秒を用いる。なお、ステップＳ２０の所定時間は予め記憶部（ＲＯＭ１２２）が記憶しておく。このステップＳ２０が実行されることで、キャッチタンク９０内の冷媒の貯留量を略ゼロにすることができることから、キャッチタンク９０内の冷媒が凍結することを抑制できる。
【００５６】
なお、ステップＳ２０の所定時間の具体例は、０以上の値であればよく、上述したような時間に限定されるものではない。ステップＳ２０においてポンプ１００が稼動すれば、キャッチタンク９０に貯留されている冷媒量は減少するため、ステップＳ２０が実行されない場合に比較して、キャッチタンク９０内の冷媒の凍結をある程度は抑制できるからである。但し本実施例のように、ステップＳ２０の所定時間として、キャッチタンク９０に貯留されている冷媒量が略ゼロになると考えられる時間を用いる場合の方が、キャッチタンク９０内の冷媒の凍結をより確実に抑制できる点で好ましい。
【００５７】
ステップＳ２０の後に制御部は、開閉弁１４０ｄを開にすることで通路１１０ｈを開にし、開閉弁１４０ｃを閉にすることで通路１１０ｇを閉にする（ステップＳ２１）。ステップＳ２１が実行されることで、主気液分離器３０の主内部領域３３に貯留されていた液相の冷媒は、自然対流することによって、通路１１０ｈを通過して蒸気発生器５０に供給される。ここで、主内部領域３３に貯留されている冷媒のエチレングリコール濃度は、副内部領域４３に貯留されている冷媒のエチレングリコール濃度よりも高い。したがって、ステップＳ２１が実行されることで、このエチレングリコール濃度の高い冷媒を蒸気発生器５０に供給することができる。それにより、内燃機関１１の運転停止後に蒸気発生器５０内の冷媒が凍結することを抑制できる。ステップＳ２１の後に制御部は、フローチャートの実行を終了する。
【００５８】
以上説明した冷却装置１の作用効果をまとめると次のようになる。まず、冷却装置１によれば、図３のステップＳ７で前述したように、内燃機関１１が運転中の場合において蒸気発生器５０内の冷媒の温度が所定値以上になった場合にステップＳ７に係る第１処理が実行されることから、蒸気発生器５０の内圧を上昇させて、蒸気発生器５０内に存在する冷媒を主気液分離器３０に供給することができる。そして、第１処理の実行後においてステップＳ１０に係る第２処理が実行されることで、蒸気発生器５０の内圧を低下させて、副気液分離器４０（第２気液分離器）から、エチレングリコール濃度の極めて低い液相の冷媒を蒸気発生器５０に供給することができる。それにより、蒸気発生器５０内のエチレングリコール濃度を低下させることができることから、蒸気発生器５０内においてエチレングリコールが熱分解することを抑制できる。
【００５９】
また冷却装置１によれば、図２において説明したように、副内部領域４３に貯留された液相の冷媒の液面の面積が主内部領域３３に貯留された液相の冷媒の液面の面積よりも大きくなっている。これにより、主内部領域３３に貯留された冷媒の液面が低下する速度を、副内部領域４３に貯留された冷媒の液面が低下する速度に比較して、大きくすることができる。その結果、主内部領域３３に貯留された冷媒が副内部領域４３に逆流することを抑制できる。それにより、主内部領域３３に貯留された冷媒のエチレングリコール濃度が高い場合であっても、このエチレングリコール濃度の高い冷媒が副内部領域４３の冷媒に混ざることを抑制できる。その結果、副内部領域４３の冷媒のエチレングリコール濃度が上昇することを抑制できることから、ステップＳ１０に係る第２処理において、エチレングリコールの濃度の高い冷媒が蒸気発生器５０に供給されることを抑制できる。
【００６０】
また冷却装置１によれば、内燃機関１１の運転停止後において図４に係るステップＳ２０が実行されることから、キャッチタンク９０内の冷媒の凍結を抑制できる。また、ステップＳ２１が実行されることから、蒸気発生器５０内の冷媒の凍結も抑制できる。
【００６１】
なお、本実施例において、副気液分離器４０は主気液分離器３０の内部に配置されているが、冷却装置１の構成はこれに限定されるものではない。例えば、副気液分離器４０は主気液分離器３０の外部に配置されていてもよい。この場合においても、第１処理および第２処理が実行されれば、蒸気発生器５０内のエチレングリコール濃度を低下させることは可能であり、その結果、蒸気発生器５０内においてエチレングリコールが熱分解することを抑制できる。但し、本実施例のように副気液分離器４０が主気液分離器３０の内部に配置されることで、冷却装置１の全体の容積を小さく抑えることができる。それにより、冷却装置１の車両への搭載を容易にすることができる。したがって、副気液分離器４０は主気液分離器３０の内部に配置されていることが好ましい。
【００６２】
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】
【００６３】
１  内燃機関の冷却装置
１０  沸騰冷却システム
２０  ランキンサイクルシステム
３０  主気液分離器
４０  副気液分離器
５０  蒸気発生器
６０  過熱器
８０  凝縮器
１１０ａ〜１１０ｊ  通路
１２０  制御装置
２００  通路開閉装置
【図１】
2015229965.tif 000003
【図２】
2015229965.tif 000004
【図３】
2015229965.tif 000005
【図４】
2015229965.tif 000006