(57)【要約】【課題】冷媒通路に液相冷媒を送るためのウォーターポンプの直上流部において激しい沸騰が発生するのを抑制し、気液分離器内の液相冷媒量を適切に制御する。【解決手段】エンジン１０の沸騰冷却中、ＷＰ６２を継続的に駆動するので、キャッチタンク４２内の液相冷媒をＷＰ２２の直上流部に供給でき、気液分離器１６内の急激な減圧に伴うＷＰ２２の直上流での液相冷媒の激しい沸騰を防止できる。また、気液分離器１６の液相冷媒の液面高さがレベルセンサ５０の位置よりも低い場合にＷＰ２２を駆動するので、キャッチタンク４２内の液相冷媒を気液分離器１６に補充できる。また、気液分離器１６の液相冷媒の液面高さがレベルセンサ６０の位置に到達した場合に制御弁５６を開くので、気液分離器１６を含む常圧系に液相冷媒が溢れるのを防止できる。【選択図】図１
2016061260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に形成された冷媒通路内を流通する冷媒の沸騰により冷却される内燃機関と、
前記内燃機関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と、
前記気液分離器で分離された気相冷媒の熱エネルギーを回収するための回収手段と、
熱エネルギー回収後の気相冷媒を冷却して液相冷媒に戻すためのコンデンサと、
前記コンデンサと前記冷媒通路とを接続する第１通路と、
前記第１通路の途中で分岐して前記気液分離器と接続される第２通路と、
前記第１通路が前記第２通路に接続する接続部と、前記冷媒通路との間に設けられ、前記第１通路内の液相冷媒を前記冷媒通路に送るためのウォーターポンプと、
前記第１通路において前記接続部をバイパスして前記コンデンサと前記ウォーターポンプを接続する第３通路と、
前記回収手段を経由せずに前記気液分離器と前記コンデンサを接続する第４通路と、
前記内燃機関の沸騰冷却中、前記コンデンサからの液相冷媒を、前記第３通路を経由させて前記ウォーターポンプに送る冷媒供給手段と、
前記内燃機関の沸騰冷却中、前記気液分離器の液相冷媒の液面高さが第１基準値未満となった場合、前記コンデンサからの液相冷媒を、前記第２通路を経由させて前記気液分離器に送る冷媒補充手段と、
前記内燃機関の沸騰冷却中、前記気液分離器の液相冷媒の液面高さが前記第１基準値よりも大きい第２基準値以上となった場合、前記気液分離器で分離された液相冷媒を、前記第４通路を経由させて前記コンデンサに送る冷媒リーク手段と、
を備えることを特徴とする沸騰冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、沸騰冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特開２０１２−１７２６１７号公報に開示されているように、内燃機関の冷却装置として、機関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。この沸騰冷却装置は、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を備えている。この気液分離器で分離された液相冷媒は、冷媒通路に液相冷媒を送るための第１ウォーターポンプに送られる。一方、気液分離器で分離された気相冷媒は、その熱エネルギーを回収すべくタービン等に供給された後、コンデンサで冷却されて液相冷媒に戻され、第１ウォーターポンプに送られる。このコンデンサは、第１ウォーターポンプのみならず気液分離器にも接続されており、コンデンサからの液相冷媒は、第２ウォーターポンプによって、第１ウォーターポンプと気液分離器に送られる。この第２ウォーターポンプからの冷媒流量は、冷却通路で発生する蒸気量が一定となるように可変とされるので、内燃機関の過度の冷却やオーバーヒートを抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１７２６１７号公報
【特許文献２】特開昭５９−１１９０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記沸騰冷却装置において、気液分離器内が急激に減圧された場合、気液分離器内の液相冷媒に激しい沸騰が発生することがある。ここで、気液分離器と第１ウォーターポンプは接続されていることから、気液分離器内の液相冷媒に激しい沸騰が発生すると、第１ウォーターポンプの直上流部の液相冷媒にも激しい沸騰が発生する。第１ウォーターポンプの直上流部の液相冷媒に激しい沸騰が発生すると、第１ウォーターポンプが空転し、冷媒通路に送られるはずの冷媒流量が減少するので、内燃機関の冷却が不十分となるという問題がある。
【０００５】
この点、上記第２ウォーターポンプは、冷媒を常時供給可能であるため、第１ウォーターポンプの直上流部の液相冷媒に激しい沸騰が発生するのを抑制できる。しかし、上記第２ウォーターポンプの駆動は、気液分離器内の液相冷媒量の変動を考慮していないので、気液分離器の液相冷媒量が必要以上に減ったとしても対応することができない。また、第２ウォーターポンプからの冷媒は、第１ウォーターポンプのみならず気液分離器にも送られるので、気液分離器内の液相冷媒量が極端に増加したときにはタービン等の気相冷媒用の通路内に液相冷媒が流入してしまう虞がある。
【０００６】
この発明は、上述の課題の少なくとも１つを解決するためになされたものである。即ち、冷媒通路に液相冷媒を送るためのウォーターポンプの直上流部において激しい沸騰が発生するのを抑制し、気液分離器内の液相冷媒量を適切に制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、沸騰冷却装置であって、
内部に形成された冷媒通路内を流通する冷媒の沸騰により冷却される内燃機関と、
前記内燃機関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と、
前記気液分離器で分離された気相冷媒の熱エネルギーを回収するための回収手段と、
熱エネルギー回収後の気相冷媒を冷却して液相冷媒に戻すためのコンデンサと、
前記コンデンサと前記冷媒通路とを接続する第１通路と、
前記第１通路の途中で分岐して前記気液分離器と接続される第２通路と、
前記第１通路が前記第２通路に接続する接続部と、前記冷媒通路との間に設けられ、前記第１通路内の液相冷媒を前記冷媒通路に送るためのウォーターポンプと、
前記第１通路において前記接続部をバイパスして前記コンデンサと前記ウォーターポンプを接続する第３通路と、
前記回収手段を経由せずに前記気液分離器と前記コンデンサを接続する第４通路と、
前記内燃機関の沸騰冷却中、前記コンデンサからの液相冷媒を、前記第３通路を経由させて前記ウォーターポンプに送る冷媒供給手段と、
前記内燃機関の沸騰冷却中、前記気液分離器の液相冷媒の液面高さが第１基準値未満となった場合、前記コンデンサからの液相冷媒を、前記第２通路を経由させて前記気液分離器に送る冷媒補充手段と、
前記内燃機関の沸騰冷却中、前記気液分離器の液相冷媒の液面高さが前記第１基準値よりも大きい第２基準値以上となった場合、前記気液分離器で分離された液相冷媒を、前記第４通路を経由させて前記コンデンサに送る冷媒リーク手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、内燃機関の沸騰冷却中、コンデンサからの液相冷媒を、第３通路を経由させてウォーターポンプに供給することができる。従って、ウォーターポンプの直上流部において、激しい沸騰が発生するのを抑制することができる。また、内燃機関の沸騰冷却中、気液分離器の液相冷媒の液面高さが第１基準値未満となった場合には、コンデンサからの液相冷媒を、第２通路を経由させて気液分離器に補充することができ、当該液面高さが第２基準値以上となった場合には、気液分離器で分離された液相冷媒を、第４通路を経由させてコンデンサにリークさせることもできる。従って、気液分離器内の液相冷媒量を適切に制御することもできる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１の沸騰冷却装置１００の構成を説明するための図である。
【図２】ＷＰ４４の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】レベルセンサ５０のＯＮ・ＯＦＦ機能の概略を示した図である。
【図４】冷媒の三相図である。
【図５】圧力逃がし弁５２を開いたときの問題点を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】ＷＰ６２の駆動制御を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】ＷＰ６２の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】制御弁５６の開閉制御を説明するためのタイミングチャートである。
【図９】制御弁５６の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】係数Ｙｎの設定例を示した図である。
【図１１】実施の形態３の沸騰冷却装置２００の構成を説明するための図である。
【図１２】ＷＰ４４と制御弁７２の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
先ず、図１乃至図９を参照しながら、本発明の実施の形態１について説明する。
【００１２】
［装置構成の説明］
図１は、実施の形態１の沸騰冷却装置１００の構成を説明するための図である。図１に示すように、沸騰冷却装置１００は、エンジン１０の内部に形成された冷媒通路１２を備えている。冷媒通路１２内を流通する冷媒がエンジン１０の熱を受け取って沸騰することにより、エンジン１０が冷却される。冷媒通路１２は、エンジン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、エンジン１０の内部に冷媒を流通可能な通路であれば特に限定されない。また、冷媒通路１２内を流通させる冷媒は、エンジン１０の熱を受け取って沸騰するものであれば特に限定されない。
【００１３】
冷媒通路１２は、冷媒通路１４を介して気液分離器１６に接続されている。冷媒通路１４は、高温および高圧に耐えうる管またはホースによって構成されている。気液分離器１６は、気液分離器１６内に流入した冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離する。気液分離器１６は、冷媒通路１８，２０を介してＷＰ（ウォーターポンプ）２２に接続されている。ＷＰ２２は、エンジン１０が備えるクランクシャフトを駆動源とする機械式のポンプであるが、電動式の遠心型ポンプを使用することもできる。気液分離器１６で分離された液相冷媒の一部は、冷媒通路１８，２０を経由してＷＰ２２に流入し、ＷＰ２２の駆動により冷媒通路１２に送られる。
【００１４】
また、沸騰冷却装置１００は、排気熱蒸気発生器２４を備えている。排気熱蒸気発生器２４は、エンジン１０の排気通路（図示しない）に設けられている。気液分離器１６で分離された液相冷媒が、冷媒通路１８，２６を経由して排気熱蒸気発生器２４に流入すると、その一部が排気熱により蒸気となる。蒸気が混合した液相冷媒は、排気熱蒸気発生器２４から冷媒通路２８を経由して気液分離器１６に流入する。
【００１５】
また、沸騰冷却装置１００は、過熱器３０と超音速ノズル３２とタービン３４を備えている。過熱器３０は、上記排気通路の排気熱蒸気発生器２４よりも上流側に設けられている。気液分離器１６で分離された気相冷媒が冷媒通路３６を経由して過熱器３０に流入すると、排気熱により過熱蒸気となる。過熱蒸気は冷媒通路３８を経由して超音速ノズル３２に流入し、タービン３４に噴きつけられる。過熱蒸気が噴きつけられることで、タービン３４が回転する。タービン３４には発電機（図示しない）が接続されているので、タービン３４が回転すると発電機において電気が発生する。発生した電気は蓄電池（図示しない）に蓄えられる。なお、タービン３４に減速機（図示しない）を接続し、この減速機を介してエンジン１０をアシストするように構成してもよい。
【００１６】
また、沸騰冷却装置１００は、コンデンサ４０とキャッチタンク４２とＷＰ４４と逆止弁４６を備えている。コンデンサ４０は冷媒通路４８を介してタービン３４と接続されている。冷媒通路４８を経由してタービン３４からコンデンサ４０に流入した気相冷媒は、コンデンサ４０において冷却されて液相冷媒に戻り、キャッチタンク４２に一時的に貯留される。ＷＰ４４は、キャッチタンク４２に貯留された液相冷媒を冷媒通路２０に送るための電動式のポンプであり、低圧領域（例えば１０〜２０ｋＰａＧ）から常圧領域（例えば１００ｋＰａＧ）までの液相冷媒を送液可能に構成されている。ＷＰ４４の駆動のＯＮ・ＯＦＦは、気液分離器１６の液相冷媒の液面高さを検知するレベルセンサ５０からのＯＮ・ＯＦＦ信号に基づいて制御される（詳細は後述）。ＷＰ４４を駆動すると、キャッチタンク４２内の液相冷媒が冷媒通路２０を経由してＷＰ２２に送られ、同時に冷媒通路１８を経由して気液分離器１６や排気熱蒸気発生器２４にも送られる。逆止弁４６を設けることで、ＷＰ２２側からキャッチタンク４２側への液相冷媒の逆流が防止されている。
【００１７】
上述の通り、液相冷媒はエンジン１０、排気熱蒸気発生器２４や過熱器３０においてエンジン１０からの廃熱を受け取り、高温高圧の気相冷媒となる。タービン３４に接続された発電機や蓄電池は、この気相冷媒が受け取った熱エネルギーを電気エネルギーに変換して回収する。タービン３４に減速機を接続した場合、この減速機は、気相冷媒の熱エネルギーを機械的動力として回収する。タービン３４通過後の気相冷媒はコンデンサ４０において再び液相冷媒に戻され、ＷＰ２２，４４の駆動によりエンジン１０、排気熱蒸気発生器２４や過熱器３０に送られる。このように、沸騰冷却装置１００は、ランキンサイクルシステムとしても機能している。
【００１８】
また、沸騰冷却装置１００は、気液分離器１６の気相中の圧力を減圧するための圧力逃がし弁５２を備えている。圧力逃がし弁５２は、例えば電磁弁であり、過熱器３０、超音速ノズル３２やタービン３４をバイパスして気液分離器１６とコンデンサ４０を接続する冷媒通路５４に設けられている。圧力逃がし弁５２を開くと、気液分離器１６の気相冷媒が過熱器３０等を経由せずに冷媒通路５４を経由してコンデンサ４０に流入し、これにより気液分離器１６内の圧力が低下する。
【００１９】
また、沸騰冷却装置１００は、気液分離器１６内の液相冷媒をコンデンサ４０にリークするための制御弁５６を備えている。制御弁５６は、例えば電磁弁であり、気液分離器１６とコンデンサ４０を接続する冷媒通路５８に設けられている。制御弁５６の駆動のＯＮ・ＯＦＦは、レベルセンサ５０よりも上方に設けられ、気液分離器１６の液相冷媒の液面高さを検知するレベルセンサ６０からのＯＮ・ＯＦＦ信号に基づいて制御される（詳細は後述）。制御弁５６を開くと、気液分離器１６の液相冷媒が冷媒通路５８を経由してコンデンサ４０に流入する。
【００２０】
また、沸騰冷却装置１００は、ＷＰ６２と逆止弁６４を備えている。ＷＰ６２と逆止弁６４は、ＷＰ４４、逆止弁４６や、冷媒通路１８と冷媒通路２０の接続部６６をバイパスしてＷＰ２２とキャッチタンク４２を接続する冷媒通路６８に設けられている。ＷＰ６２の駆動のＯＮ・ＯＦＦは、エンジン１０の沸騰冷却が行われているか否かに基づいて制御される（詳細は後述）。ＷＰ６２を駆動すると、キャッチタンク４２に貯留された液相冷媒が接続部６６等を経由せずに冷媒通路６８を経由してＷＰ２２に送られる。逆止弁６４を設けることで、ＷＰ２２側からキャッチタンク４２側への液相冷媒の逆流が防止されている。
【００２１】
沸騰冷却装置１００は、更に、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）７０を備えている。ＥＣＵ７０は、少なくとも入出力インタフェースとメモリとＣＰＵとを備えている。入出力インタフェースは、各種センサからセンサ信号を取り込むとともに、アクチュエータに対して操作信号を出力するために設けられる。ＥＣＵ７０が信号を取り込むセンサには、レベルセンサ５０，６０が含まれる。ＥＣＵ７０が操作信号を出すアクチュエータには、ＷＰ４４，６２、圧力逃がし弁５２や制御弁５６が含まれる。メモリには、各種制御プログラム、各種マップ等が記憶されている。ＣＰＵは、制御プログラム等をメモリから読み出して実行し、取り込んだセンサ信号に基づいて操作信号を生成する。
【００２２】
［実施の形態１の特徴］
ＥＣＵ７０による制御には、ＷＰ４４，６２の駆動制御、圧力逃がし弁５２や制御弁５６の開閉制御が含まれる。先ず、ＷＰ４４の駆動制御について説明する。ＥＣＵ７０によるＷＰ４４の駆動制御は、気液分離器１６内の液相冷媒が減少した場合に、キャッチタンク４２内の液相冷媒を気液分離器１６に補充する目的で間欠的に行われるものであり、レベルセンサ５０からのＯＮ・ＯＦＦ信号に基づいて行われる。
【００２３】
図２は、ＷＰ４４の制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、図２に示す制御ルーチンは、エンジン１０の始動直後から所定の制御周期ごとに繰り返し実行されるものとする。図２に示すルーチンにおいて、先ず、ＥＣＵ７０は、エンジン１０の沸騰冷却が行われているか否かを判定する（ステップＳ１０）。ＥＣＵ７０は、沸騰冷却が行われているか否かを、冷媒通路１２内の冷媒温度が所定温度以上であるか否かにより判断する。エンジン１０の冷媒温度は、冷媒通路１４または気液分離器１６に別途設けた温度センサまたは圧力センサから検出してもよく、エンジン１０の運転状態から推定してもよい。本ステップにおいて、沸騰冷却が行われていないと判定された場合、ＥＣＵ７０は本ルーチンを終了する。
【００２４】
ステップＳ１０において、沸騰冷却が行われていると判定された場合、ＥＣＵ７０は、レベルセンサ５０がＯＮとされているか否かを判定する（ステップＳ１２）。ＥＣＵ７０は、レベルセンサ５０がＯＮとされているか否かをレベルセンサ５０からのＯＮ・ＯＦＦ信号に基づいて判断する。図３は、レベルセンサ５０のＯＮ・ＯＦＦ機能の概略を示した図である。図３に示すように、気液分離器１６の液相冷媒の液面高さがレベルセンサ５０の位置よりも低い場合にレベルセンサ５０はＯＮ信号を発し、液面高さがレベルセンサ５０の位置以上となった場合にレベルセンサ５０はＯＦＦ信号を発する。本ステップにおいて、ＯＦＦ信号が検出された場合、ＥＣＵ７０はステップＳ２０に進む。
【００２５】
ステップＳ１２において、ＯＮ信号が検出された場合、ＥＣＵ７０はＷＰ４４の駆動を開始し（ステップＳ１４）、レベルセンサ５０がＯＦＦとされているか否かを判定する（ステップＳ１６）。ステップＳ１６において、ＯＮ信号が検出された場合、ＥＣＵ７０はステップＳ１４に戻る。つまり、気液分離器１６の液相冷媒の液面高さがレベルセンサ５０の位置以上となるまで、ＷＰ４４の駆動が継続される。ステップＳ１６においてＯＦＦ信号が検出された場合、ＥＣＵ７０はＷＰ４４の駆動を停止し（ステップＳ１８）、ステップＳ２０に進む。
【００２６】
ステップＳ２０において、ＥＣＵ７０は、エンジン１０の沸騰冷却が終了したか否かを判定する。ＥＣＵ７０は、沸騰冷却が終了したか否かを、冷媒通路１２内の冷媒温度が所定温度以上であるか否かにより判断する。本ステップの処理は、ステップＳ１０の処理と正反対の処理である。本ステップにおいて、沸騰冷却が終了していないと判定された場合、ＥＣＵ７０はステップＳ１２に戻る。本ステップにおいて、沸騰冷却が終了したと判定された場合、ＥＣＵ７０は本ルーチンを終了する。
【００２７】
次に、圧力逃がし弁５２の開閉制御について説明する。ＥＣＵ７０による圧力逃がし弁５２の開閉制御は、気液分離器１６の気相中の圧力を減圧する目的で行われるものである。この制御では、具体的に、気液分離器１６の気相中の圧力が常圧〜高圧領域（例えば１００〜２００ｋＰａＧ）を下回る場合は圧力逃がし弁５２を閉じ、所定圧力（例えば２００ｋＰａＧ）以上の場合に圧力逃がし弁５２を開くものである。なお、気液分離器１６の気相中の圧力は、気液分離器１６、または、圧力逃がし弁５２よりも上流側（気液分離器１６側）の冷媒通路５４に別途設けた圧力センサから検出される。
【００２８】
次に、ＷＰ６２の駆動制御について説明する。図４は、冷媒の三相図である。図４に示すように、冷媒の状態は圧力と温度に依存しており、図中に示す液体状態Ｃを保つためには、圧力一定であれば温度を下げ、温度一定であれば圧力を上げる必要がある。また、図中に示す液体と気体の境界線は、蒸気圧曲線を表しており、圧力に応じて冷媒が沸騰する温度（沸騰温度）が変化することを示している。
【００２９】
ここで、圧力逃がし弁５２よりも下流側（コンデンサ４０側）の冷媒通路５４内の圧力は常圧以下であるため、圧力逃がし弁５２を開くと、気液分離器１６内が急激に減圧される。気液分離器１６内が急激に減圧されると、気液分離器１６内の液相冷媒の沸騰温度が急速に低下する。低下後の沸騰温度が気液分離器１６内の液相冷媒の温度を下回ると、気液分離器１６内の液相冷媒が沸騰し、これらの温度差が大きいと、液相冷媒の沸騰が激しくなる。気液分離器１６は冷媒通路１８や冷媒通路２０に接続されているので、気液分離器１６の液相冷媒が激しく沸騰すると、ＷＰ２２と接続部６６の間の冷媒通路２０の液相冷媒も激しく沸騰するという問題がある。
【００３０】
図５は、圧力逃がし弁５２を開いたときの問題点を説明するためのタイミングチャートである。時刻ｔ１において圧力逃がし弁５２を開いたとすると、圧力の低下に伴い沸騰温度（点線）が低下する。但し、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは、上述したＷＰ４４の駆動制御によってＷＰ４４が駆動されているため、キャッチタンク４２から送られた液相冷媒により、ＷＰ２２と接続部６６の間の冷媒通路２０の液相冷媒の温度（ＷＰ２２前水温）が低下する。故にこの間、沸騰温度がＷＰ２２前水温を下回ることはない。
【００３１】
しかし、時刻ｔ２でＷＰ４４の駆動が停止されると、沸騰温度がＷＰ２２前水温を下回る場合が出てくる。そして、沸騰温度とＷＰ２２前水温の温度差が大きいときには、気液分離器１６内の液相冷媒だけでなく、ＷＰ２２と接続部６６の間の冷媒通路２０の液相冷媒、つまり、ＷＰ２２の直上流の液相冷媒も激しく沸騰し、ＷＰ２２が空転してしまう。そうすると、ＷＰ２２から冷媒通路１２に送られるはずの液相冷媒流量（冷媒通路１２入口冷媒流量）が低下してしまう。同様に、時刻ｔ３から時刻ｔ４まではＷＰ４４が再び駆動されるが、時刻ｔ４以降はＷＰ４４の駆動が停止されるので、沸騰温度がＷＰ２２前水温を下回ってしまう。このように、ＷＰ２２と接続部６６の間の冷媒通路２０の液相冷媒が激しく沸騰したときには、エンジン１０の冷却が不十分となってしまう。
【００３２】
ＷＰ６２の駆動制御は、このような不具合の発生を抑制する目的で行われるものである。図６は、ＷＰ６２の駆動制御を説明するためのタイミングチャートである。図６に示す各時刻は、図５に示した各時刻に対応している。図６に示すように、ＷＰ６２は、継続的に駆動される。ＷＰ６２が継続的に駆動されれば、キャッチタンク４２から常に液相冷媒が送られることになる。従って、気液分離器１６内の急激な減圧に伴って沸騰温度がＷＰ２２前水温を下回るのを未然に防止できる。なお、ＷＰ６２の駆動制御では、ＷＰ２２と接続部６６の間の冷媒通路２０にキャッチタンク４２の液相冷媒を常に供給できればよいので、本実施の形態ではＷＰ６２からの冷媒流量を微量（一定量）に設定する。
【００３３】
図７は、ＷＰ６２の制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、図７に示す制御ルーチンは、エンジン１０の始動直後から所定の制御周期ごとに繰り返し実行されるものとする。図７に示すルーチンにおいて、先ず、ＥＣＵ７０は、エンジン１０の沸騰冷却が行われているか否かを判定する（ステップＳ２２）。本ステップの処理は、図２のステップＳ１０の処理と同一である。本ステップにおいて、沸騰冷却が行われていないと判定された場合、ＥＣＵ７０は本ルーチンを終了する。
【００３４】
ステップＳ２２において、沸騰冷却が行われていると判定された場合、ＥＣＵ７０はＷＰ６２の駆動を開始し（ステップＳ２４）、エンジン１０の沸騰冷却が終了したか否かを判定する（ステップＳ２６）。ステップＳ２６の処理は、ステップＳ２２の処理と正反対の処理である。ステップＳ２６において、沸騰冷却が終了していないと判定された場合、ＥＣＵ７０はステップＳ２４に戻る。つまり、沸騰冷却が終了するまで、ＷＰ６２の駆動が継続される。ステップＳ２６において、沸騰冷却が終了したと判定された場合、ＥＣＵ７０はＷＰ６２の駆動を停止し（ステップＳ２８）、は本ルーチンを終了する。
【００３５】
最後に、制御弁５６の開閉制御について説明する。上述したＷＰ６２の駆動制御においてＷＰ６２からの冷媒流量は微量ではある。しかし、ＷＰ６２の駆動は気液分離器１６の液相冷媒の液面高さに連動したものではなく、また、気液分離器１６からコンデンサ４０への経路（冷媒通路３６，３８，４８，５４）が気相冷媒しか流せないという構造上、ＷＰ６２の駆動が原因で、気液分離器１６を含む常圧系に液相冷媒が溢れる可能性がある。
【００３６】
制御弁５６の開閉制御は、このような不具合の発生を抑制する目的で行われるものである。図８は、制御弁５６の開閉制御を説明するためのタイミングチャートである。時刻ｔ５において気液分離器１６の液相冷媒の液面高さがレベルセンサ６０の位置Ｈ１に到達したとする。ここで、レベルセンサ６０の仕様は、レベルセンサ５０の仕様と同様であるため（図３参照）、レベルセンサ６０は時刻ｔ５においてＯＦＦ信号を発する。ＯＦＦ信号を受けて制御弁５６を開き、気液分離器１６の液相冷媒を冷媒通路５８経由でコンデンサ４０に送る。これにより、気液分離器１６の液相冷媒の液面高さを低下させる。そして、液面高さが位置Ｈ１よりも低くなった時刻ｔ６においてレベルセンサ６０はＯＮ信号を発し、ＯＮ信号を受けて制御弁５６を閉じる。
【００３７】
図９は、制御弁５６の制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、図９に示す制御ルーチンは、エンジン１０の始動直後から所定の制御周期ごとに繰り返し実行されるものとする。図９に示すルーチンにおいて、先ず、ＥＣＵ７０は、エンジン１０の沸騰冷却が行われているか否かを判定する（ステップＳ３０）。本ステップの処理は、図２のステップＳ１０の処理と同一である。本ステップにおいて、沸騰冷却が行われていないと判定された場合、ＥＣＵ７０は本ルーチンを終了する。
【００３８】
ステップＳ３０において、沸騰冷却が行われていると判定された場合、ＥＣＵ７０は、レベルセンサ６０がＯＦＦとされているか否かを判定する（ステップＳ３２）。ＥＣＵ７０は、レベルセンサ６０がＯＮとされているか否かをレベルセンサ６０からのＯＮ・ＯＦＦ信号に基づいて判断する。本ステップにおいて、ＯＮ信号が検出された場合、ＥＣＵ７０はステップＳ４０に進む。
【００３９】
ステップＳ３２において、ＯＦＦ信号が検出された場合、ＥＣＵ７０は制御弁５６を開き（ステップＳ３４）、レベルセンサ６０がＯＮとされているか否かを判定する（ステップＳ３６）。ステップＳ３６において、ＯＦＦ信号が検出された場合、ＥＣＵ７０はステップＳ３４に戻る。つまり、気液分離器１６の液相冷媒の液面高さがレベルセンサ６０の位置よりも低くなるまで、ＷＰ４４の駆動が継続される。ステップＳ３６においてＯＮ信号が検出された場合、ＥＣＵ７０は制御弁５６を閉じ（ステップＳ３８）、ステップＳ４０に進む。
【００４０】
ステップＳ４０において、ＥＣＵ７０は、エンジン１０の沸騰冷却が終了したか否かを判定する。ＥＣＵ７０は、沸騰冷却が終了したか否かを、冷媒通路１２内の冷媒温度が所定温度以上であるか否かにより判断する。本ステップの処理は、ステップＳ３０の処理と正反対の処理である。本ステップにおいて、沸騰冷却が終了していないと判定された場合、ＥＣＵ７０はステップＳ３２に戻る。本ステップにおいて、沸騰冷却が終了したと判定された場合、ＥＣＵ７０は本ルーチンを終了する。
【００４１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、エンジン１０の沸騰冷却中の各種制御により、次のような効果を得ることができる。即ち、ＷＰ４４の駆動制御により、キャッチタンク４２内の液相冷媒を気液分離器１６に補充できる。また、圧力逃がし弁５２の開閉制御により、気液分離器１６の気相中の圧力を減圧できる。また、ＷＰ６２の駆動制御により、キャッチタンク４２内の液相冷媒をＷＰ２２の直上流部に供給できるので、気液分離器１６内の急激な減圧に伴うＷＰ２２の直上流での液相冷媒の激しい沸騰を防止できる。また、制御弁５６の開閉制御により、気液分離器１６を含む常圧系に液相冷媒が溢れるのを防止できる。
【００４２】
なお、上記実施の形態１においては、冷媒通路１２が本発明の「冷媒通路」に、エンジン１０が本発明の「内燃機関」に、気液分離器１６が本発明の「気液分離器」に、過熱器３０、超音速ノズル３２、タービン３４、発電機および蓄電池が本発明の「回収手段」に、コンデンサ４０が本発明の「コンデンサ」に、冷媒通路２０が本発明の「第１通路」に、冷媒通路１８が本発明の「第２通路」に、接続部６６が本発明の「接続部」に、ＷＰ２２が本発明の「ウォーターポンプ」に、冷媒通路６８が本発明の「第３通路」に、冷媒通路５８が本発明の「第４通路」に、それぞれ相当している。
また、上記実施の形態１においては、ＥＣＵ７０が図７に示した一連の処理を実行することにより本発明の「冷媒供給手段」が、ＥＣＵ７０が図２に示した一連の処理を実行することにより本発明の「冷媒補充手段」が、ＥＣＵ７０が図９に示した一連の処理を実行することにより本発明の「冷媒リーク手段」が、それぞれ実現されている。
【００４３】
実施の形態２．
次に、図１０を参照しながら、本発明の実施の形態２について説明する。
上記実施の形態１では、ＷＰ６２からの冷媒流量を一定量に設定した。しかし、エンジン１０の運転領域によっては、装置内での不具合が懸念される。例えば、冷媒流量が多過ぎる場合、低負荷領域では冷媒通路１２で発生する蒸気量が減少してしまう。また、冷媒流量が少な過ぎる場合は、液相冷媒を供給したにも関わらずＷＰ２２の直上流で激しい沸騰が発生してしまう。
【００４４】
そこで、本実施の形態では、ＷＰ６２を可変容量式とし、下記式（１）に基づいてＷＰ６２の回転数を変更する。
ＷＰ６２回転数＝Ｘｒｐｍ（ポンプ定格回転数）×係数Ｙｎ  ・・・（１）
式（１）の係数Ｙｎについては、エンジン１０の運転領域（回転速度と負荷）に応じて予め定めた上で、ＥＣＵ７０内のメモリに記憶する。図１０は、係数Ｙｎの設定例を示した図である（Ｙ１＜Ｙ２＜Ｙ３）。
【００４５】
以上、本実施の形態によれば、ＷＰ２２の直上流部に最適な量の冷媒を送ることができる。
【００４６】
実施の形態３．
次に、図１１乃至図１２を参照しながら、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態は、ＷＰ６２の機能をＷＰ４４に集約したことをその特徴とする。
【００４７】
［装置構成の説明］
図１１は、実施の形態３の沸騰冷却装置２００の構成を説明するための図である。沸騰冷却装置２００は、ＷＰ４４と逆止弁４６の間の冷媒通路２０に、制御弁７２を備えている。制御弁７２はＥＣＵ７０に接続されている。また、沸騰冷却装置２００の冷媒通路６８は、ＷＰ４４と制御弁７２の間の冷媒通路２０から分岐し、逆止弁４６、制御弁７２や、冷媒通路１８と冷媒通路２０の接続部６６をバイパスしてＷＰ２２とキャッチタンク４２を接続している。沸騰冷却装置２００の他の構成については、図１に示した沸騰冷却装置１００の構成と共通する。
【００４８】
［実施の形態３の特徴］
ＥＣＵ７０による制御には、ＷＰ４４の駆動制御、圧力逃がし弁５２や制御弁５６，７２の開閉制御が含まれる。圧力逃がし弁５２と制御弁５６の開閉制御については実施の形態１で説明した通りである。以下、ＷＰ２２の駆動制御と制御弁７２の開閉制御について、図１２を参照しながら説明する。
【００４９】
図１２は、ＷＰ４４と制御弁７２の制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、図１２に示す制御ルーチンは、エンジン１０の始動直後から所定の制御周期ごとに繰り返し実行されるものとする。図１２に示すルーチンにおいて、先ず、ＥＣＵ７０は、エンジン１０の沸騰冷却が行われているか否かを判定する（ステップＳ４２）。本ステップの処理は、図２のステップＳ１０の処理と同一である。本ステップにおいて、沸騰冷却が行われていないと判定された場合、ＥＣＵ７０は本ルーチンを終了する。
【００５０】
ステップＳ４２において、沸騰冷却が行われていると判定された場合、ＥＣＵ７０は制御弁７２を閉じ（ステップＳ４４）、ＷＰ４４の駆動を開始する（ステップＳ４６）。ステップＳ４６においては、ＷＰ４４からの冷媒流量が少流量（一定量）に設定される。
【００５１】
ステップＳ４６に続いて、ＥＣＵ７０は、レベルセンサ５０がＯＮとされているか否かを判定する（ステップＳ４８）。本ステップの処理は、図２のステップＳ１２の処理と同一である。本ステップにおいて、ＯＦＦ信号が検出された場合、ＥＣＵ７０はステップＳ４４に戻り、少流量での冷媒供給を継続する。一方、本ステップにおいて、ＯＮ信号が検出された場合、気液分離器１６の液相冷媒の液面高さがレベルセンサ５０の位置よりも低いと判断できる。そのため、ＥＣＵ７０は、キャッチタンク４２内の液相冷媒を気液分離器１６に補充すべく、制御弁７２を開き（ステップＳ５０）、ＷＰ４４からの冷媒流量を変更する（ステップＳ５２）。ステップＳ５２においては、ＷＰ４４からの冷媒流量が大流量（一定量）に設定される。
【００５２】
ステップＳ５２に続いて、ＥＣＵ７０は、レベルセンサ５０がＯＦＦとされているか否かを判定する（ステップＳ５４）。本ステップの処理は、図２のステップＳ１６の処理と同一である。本ステップにおいて、ＯＮ信号が検出された場合、ＥＣＵ７０はステップＳ５０に戻る。つまり、気液分離器１６の液相冷媒の液面高さがレベルセンサ５０の位置以上となるまで、大流量での冷媒供給を継続する。本ステップにおいてＯＦＦ信号が検出された場合、制御弁７２を閉じ（ステップＳ５６）、ＷＰ４４からの冷媒流量を変更する（ステップＳ５８）。ステップＳ５８においては、ＷＰ４４からの冷媒流量が少流量（ステップＳ４６と同流量）に設定される。
【００５３】
ステップＳ５８に続いて、ＥＣＵ７０は、エンジン１０の沸騰冷却が終了したか否かを判定する（ステップＳ６０）。本ステップの処理は、ステップＳ４２の処理と正反対の処理である。本ステップにおいて、沸騰冷却が終了していないと判定された場合、ＥＣＵ７０はステップＳ４８に戻る。本ステップにおいて、沸騰冷却が終了したと判定された場合、ＥＣＵ７０はステップＳ６２に進み、ＷＰ２２の駆動を停止する。
【００５４】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ＷＰ４４の駆動制御と制御弁７２の開閉制御を組み合わせることで、ＷＰ２２の直上流での液相冷媒の激しい沸騰を防止すると共に、キャッチタンク４２内の液相冷媒を気液分離器１６に補充できる。
【００５５】
なお、上記実施の形態３においては、ＥＣＵ７０が図１２のステップＳ４８〜Ｓ５６の処理を実行することにより本発明の「冷媒補充手段」が、ＥＣＵ７０が図１２のステップＳ４２〜Ｓ４６，Ｓ５８，Ｓ６０の処理を実行することにより本発明の「冷媒供給手段」が、それぞれ実現されている。
【符号の説明】
【００５６】
１０  エンジン
１２，１４，１８，２０，２６，２８，３６，３８，４８，５４，５８，６８  冷媒通路
１６  気液分離器
２２，４４，６２  ＷＰ（ウォーターポンプ）
２４  排気熱蒸気発生器
３０  過熱器
３２  超音速ノズル
３４  タービン
４０  コンデンサ
４２  キャッチタンク
４６，６４  逆止弁
５０，６０  レベルセンサ
５２  圧力逃がし弁
５６，７２  制御弁
６６  接続部
７０  ＥＣＵ
１００，２００  沸騰冷却装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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