(57)【要約】【課題】導入される流体の状態に関わらず、熱交換後の流体の温度を適温に維持することを課題とする。【解決手段】熱交換器１は、並列して配置された複数の管体２と、この複数の管体２によって連通された入口側タンク３と出口側タンク４と、管体２の使用領域を変更させる第一電磁弁５、第二電磁弁６と、前記入口側タンク３へ流入する第一の流体の流量、圧力、温度の情報に基づいて、第一電磁弁５、第二電磁弁６の開閉状態を制御するＥＣＵ７とを備えている。【選択図】図１
2009127888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の流体と第二の流体との間で熱交換を行う熱交換部と、
当該熱交換部の使用領域を増減させる制御手段と、
を備えたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
請求項１記載の熱交換器において、
前記熱交換部は、並列配置され、前記第一の流体が流通する複数の第一流体流通部と、
前記第一の流体を前記第一流体流通部へ導入する流体導入部と、を備え、
前記制御手段は、前記流体導入部内に配置された開閉弁としたことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
請求項１記載の熱交換器において、
前記熱交換部は、並列配置され、前記第一の流体が流通する複数の第一流体流通部と、
前記第一の流体を前記流体流通部へ導入する流体導入部と、を備え、
前記制御手段は、前記流体導入部内に配置された電磁弁を備え、前記流体導入部内へ流入する前記第一の流体の流量、圧力、温度の情報の少なくとも一つに基づいて、前記電磁弁の開閉状態を切替えることを特徴とした熱交換器。
【請求項４】
請求項１記載の熱交換器において、
前記熱交換部は、内部に前記第一の流体が存在し、外部に前記第二の流体が存在する管体を備え、
前記制御手段は、前記管体内に配置され、当該管体に存在する前記第一の流体の温度情報に基づいて前記第一の流体の流通経路を切替える切替弁としたことを特徴とする熱交換器。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項記載の熱交換器と、
エンジン内に形成され、前記第一の流体が流通するとともに、エンジンの廃熱により第一の流体が蒸発する蒸発部と、を備え、
前記熱交換器は、前記蒸発部で蒸発した前記第一の流体を第二の流体との熱交換により液化することを特徴としたエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温流体と高温流体との熱交換を行う熱交換器及び当該熱交換器を備えるエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの冷却装置では、ラジエータで冷却された液体冷媒がウォータポンプにより圧送され、ウォータジャケット内を循環してエンジン各部を冷却する強制循環方式が採用されている。このような冷却方式とは異なる冷却方式として、供給された冷媒の蒸発により冷却部位を冷却するものが特許文献１に開示されている。このような冷媒の蒸発による冷却方式は冷媒が蒸発する際の潜熱を利用するので、冷却部位と冷媒との間の熱交換量が強制循環方式に比べて極めて多く、より少ない冷媒量で同等の冷却効果が得られる。
【０００３】
ところで、このような冷却装置には、蒸発した冷媒を凝縮し液化する凝縮器が備えられている。このような凝縮器の容量が小さい場合、冷媒からの放熱量は減少し、凝縮器の容量が大きい場合、冷媒からの放熱量が増加する。すなわち、冷媒からの放熱量は凝縮器の容量に依存する。このため、冷媒から放熱される熱量が凝縮器の放熱量に適する場合、このような凝縮器は良好な冷却状態を維持することができる。ところが、冷媒の温度はエンジンの運転状態により様々に変化するため、冷媒から放熱させる熱量は一定ではない。このため、放熱量が一定の凝縮器では、冷媒の過剰な冷却や冷却不足を生じることがある。
【０００４】
このような課題を解決する沸騰冷却装置が特許文献２に開示されている。特許文献２に開示された沸騰冷却装置は、凝縮器とは別に放熱器を備え、ウォータジャケット内の冷媒温度が適正値を超える場合には、冷却水の一部をこの放熱器へ供給する。このような沸騰冷却装置では、凝縮器の容量設定が可能であり、凝縮器の能力を過不足なく使用することを目的としている。
【０００５】
【特許文献１】実開昭５７−１８７１４号公報
【特許文献１】実公平３−２４８２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、蒸発によりエンジンを冷却する冷却方式は、冷媒が蒸発する際の潜熱を利用するため、エンジン本体から吸熱し蒸発することのできる状態の冷媒をウォータジャケット内へ供給することが必要である。しかしながら、特許文献２の沸騰冷却装置では、放熱器へ冷媒を導入する場合、放熱器により冷却された冷媒の温度の情報は考慮していないため、蒸発に適した温度以下の冷媒がウォータジャケット内へ供給されることが考えられる。また、上述の通り、冷媒の蒸発によりエンジンを冷却する方式では、冷却に使用される冷媒が凝縮器の容積に対して少量である。このように、凝縮器の容積に対し流通する冷媒が少量であると、冷媒が受ける表面張力の影響が大きくなり、冷媒が凝縮器内に滞留してしまうことがある。これにより、冷媒の循環が滞ることが考えられる。
【０００７】
また、特許文献２の沸騰冷却装置のように、凝縮器とは異なる放熱器を備えると、ウォータジャケット、放熱器等を接続する冷却水の通路の構成が必要になり、エンジン内部が煩雑になるとともに、生産コストが増加する。
【０００８】
そこで、本発明は、導入される流体の状態に関わらず、熱交換後の流体の温度を適温に維持することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる課題を解決する本発明の熱交換器は、第一の流体と第二の流体との間で熱交換を行う熱交換部と、当該熱交換部の使用領域を増減させる制御手段と、を備えたことを特徴とする（請求項１）。このような構成とすることにより、熱交換器は、その時々の第一の流体に必要な熱交換量に応じて、熱交換能力を変化させることができる。例えば、第一の流体がエンジンを冷却する冷媒であるとき、熱交換器は熱交換部の使用領域を変化させることにより、その時々の冷媒に必要な放熱量に応じた冷却能力を発揮することができる。これにより、熱交換器は、冷媒がエンジンの冷却に適した温度となるように冷媒を冷却することができる。また、熱交換部の使用領域を流体の流量に適合させることにより、流体の滞留による循環不良を抑制することができる。
【００１０】
このような熱交換器において、前記熱交換部は、並列配置され、前記第一の流体が流通する複数の第一流体流通部と、前記第一の流体を前記第一流体流通部へ導入する流体導入部と、を備え、前記制御手段は、前記流体導入部内に配置された開閉弁とした構成とすることができる（請求項２）。このような構成とすることにより、並列した熱交換部の一部にだけ第一の流体を通過させることができる。すなわち、熱交換部の一部を使用領域とすることができる。第一の流体が通過する熱交換部のみ熱交換に使用される。これにより、熱交換器の冷却能力を制御することができる。このような熱交換部は、内部に第一の流体が存在し、外部に第二の流体が存在するように形成された管体、板体などから構成することができる。
【００１１】
さらに、このような熱交換器において、前記熱交換部は、並列配置され、前記第一の流体が流通する複数の第一流体流通部と、前記第一の流体を前記第一流体流通部へ導入する流体導入部と、を備え、前記制御手段は、前記流体導入部内に配置された電磁弁を備え、前記流体導入部内へ流入する第一の流体の流量、圧力、温度の情報の少なくとも一つに基づいて、前記電磁弁の開閉状態を切替える構成とすることができる（請求項３）。このような構成とすることにより、熱交換器に流入する第一の流体を目標の温度とするために必要な熱交換量を算出し、算出された熱交換量となるように熱交換部の使用領域を制御することができる。これにより、熱交換器は、熱交換後の第一の流体を目標の温度とする制御をすることができる。
【００１２】
また、本発明の熱交換器において、前記熱交換部は、内部に第一の流体が存在し、外部に第二の流体が存在する管体とし、前記制御手段は、前記管体内に配置され、当該管体に存在する第一の流体の温度情報に基づいて第一の流体の流通経路を切替える切替弁とした構成とすることができる（請求項４）。このような構成とすることにより、管体の一部にだけ冷媒を通過させることができる。すなわち、熱交換器は、熱交換部の一部を使用領域とすることができる。
【００１３】
さらに、本発明のエンジンは、上記の本発明の熱交換器と、エンジン内に形成され、第一の流体が流通するとともに、エンジンの廃熱により第一の流体が蒸発する蒸発部と、を備え、前記熱交換器は、前記蒸発部で蒸発した前記第一の流体を第二の流体との熱交換により液化することを特徴とする（請求項５）。このような構成とすることにより、エンジンの運転状態に関わらず、エンジン内に供給する冷媒の温度を、エンジンを冷却に適した温度とすることができる。熱交換器はエンジン内に供給する冷媒を、エンジンを冷却するのに適切な温度へ冷却する。これにより、冷媒がエンジン内部で蒸発し、エンジン内部を運転に適した温度へ冷却する。このように、本発明の熱交換器を備えたエンジンは、適温に維持される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の熱交換器は、熱交換後の流体の温度を適温に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
本発明の実施例１について図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施例の熱交換器１の概略構成を示した説明図である。熱交換器１は、高温の冷媒をエアと熱交換させて冷却する装置である。熱交換器１は、複数の管体２と入口側タンク３と出口側タンク４とを備えている。
【００１７】
管体２は本発明の第一流体流通部に相当する。複数の管体２は平行に配置され、それぞれ、入口側タンク３と出口側タンク４とを並列に連通している。管体２の内部は、本発明の第一の流体に相当する冷媒が流通する。冷媒は、入口側タンク３から管体２を通過し、出口側タンク４へ流通する。また、隣り合う管体２の間にはコルゲートフィン（図示しない）が配置されている。このようなコルゲートフィンの隙間、すなわち、管体２の外部を本発明の第二の流体に相当するエアが通過する。これにより、冷媒とエアは管体２を介して熱交換する。
【００１８】
入口側タンク３は、本発明の流体導入部に相当する。入口側タンク３内には、第一電磁弁５、第二電磁弁６が備えられている。また、第一電磁弁５は第二電磁弁６よりも入口側タンク３の導入部３ａ側に配置されている。第一電磁弁５、第二電磁弁６は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）７と電気的に接続されており、ＥＣＵ７の信号に基づいて、開閉状態が変更する。第一電磁弁５、第二電磁弁６が開弁状態である場合、入口側タンク３内全体へ冷媒が行きわたることができる。この場合、冷媒は、全ての管体２へ流入することができる。一方、第一電磁弁５が閉弁状態となる場合、入口側タンク３内の導入部３ａから第一電磁弁５までの間を冷媒が流通することができる。第二電磁弁６が閉弁状態となる場合、入口側タンク３内の導入部３ａから第二電磁弁６までの間を冷媒が流通することができる。これらの電磁弁の開閉状態に応じて、冷媒が流通する管体２と流通しない管体２とが生じる。すなわち、冷媒の熱交換部の使用領域が変更される。このような第一電磁弁５及び第二電磁弁６は本発明の開閉弁に相当する。
【００１９】
さらに、入口側タンク３内には、入口側タンク３内へ流入する冷媒の状態に関する情報を取得する流量センサ８、圧力センサ９、温度センサ１０が備えられている。これらのセンサはそれぞれＥＣＵ７と電気的に接続されている。ＥＣＵ７は、これらのセンサから取得される入口側タンク３内に流入した冷媒の流量及び圧力及び温度の情報に基づいて、第一電磁弁５及び第二電磁弁６の開閉状態を決定する。なお、図１は、第一電磁弁５が開弁状態、第二電磁弁６が閉弁状態の様子を示している。
【００２０】
このような構成を有する熱交換器１には、過熱蒸気状態、飽和蒸気状態、液相状態のうちのいずれかの状態、又は、複数の状態が混合した状態の冷媒が導入される。また、熱交換器１は、出口側タンク４の導出部４ａから導出される冷媒を液相の状態とし、冷媒の温度が目標温度Ｔｔとなるように冷却する。
【００２１】
次に、ＥＣＵ７が行う第一電磁弁５、第二電磁弁６の制御について詳細に説明する。図２はＥＣＵ７が行う制御の一例を示すフローである。
【００２２】
ＥＣＵ７はステップＳ１で流量センサ８、圧力センサ９、温度センサ１０から入口側タンク３内へ流入する冷媒の圧力Ｐ、温度Ｔ、流量Ｖの各情報を取得する。次に、ＥＣＵ７は、ステップＳ２で冷媒が過熱蒸気か否かを判断する。冷媒が過熱蒸気状態、飽和蒸気状態、液相状態のうちのいずれかの状態であるかは、ステップＳ１で取得した圧力Ｐと温度Ｔの情報から算出される。図３は、冷媒の飽和蒸気圧曲線を示した説明図である。図３中に示した実線は飽和蒸気圧曲線を示している。圧力Ｐと温度Ｔとの情報が図３中の気相の領域にプロットされる場合、冷媒は主に過熱蒸気の状態である。ＥＣＵ７はこのような冷媒の飽和蒸気における圧力と温度の関係に基づいて、冷媒の状態を判断する。ステップＳ２でＥＣＵ７がＹＥＳと判断する場合、すなわち、冷媒が過熱蒸気であると判断された場合、ステップＳ３へ進む。
【００２３】
ＥＣＵ７はステップＳ３で冷媒を目標温度Ｔｔまで冷却するために必要な放熱量Ｑを算出する。ここで、熱量Ｑは以下の式で示される。
【００２４】
Ｑ＝Ｑａ＋Ｑｂ＋Ｑｃ                      （１）
Ｑａ＝ｍ・Ｃａ・Δｔａ                    （２）
Ｑｂ＝ｍ・Ｃｂ                            （３）
Ｑｃ＝ｍ・Ｃｃ・Δｔｃ                    （４）
ｍ ：冷媒の質量                            
Ｃａ：気相冷媒の定圧比熱                    
Ｃｂ：冷媒の気相液相間の潜熱                
Ｃｃ：液相冷媒の比熱                        
Δｔａ：過熱蒸気の温度と飽和蒸気温度との温度差
Δｔｃ：目標温度と飽和液温度との温度差        
【００２５】
式（２）のＱａは、過熱蒸気を飽和蒸気とするために冷媒が放熱する熱量を示している。式（３）のＱｂは、気相の飽和蒸気を液相の飽和液へ状態変化させる際に冷媒が放熱する熱量を示している。また、式（４）のＱｃは、飽和液温度の液相冷媒を目標温度の液相冷媒とするために冷媒が放熱する熱量を示している。すなわち、式（１）に示すように、過熱蒸気の状態の冷媒を目標温度Ｔｔの液相冷媒とするために必要な放熱量は、Ｑａ、Ｑｂ、Ｑｃの合計となる。図４は、これらの熱量を飽和蒸気圧曲線と対応させて示した説明図である。過熱蒸気は飽和蒸気となるためにＱａの熱量を放熱し、飽和蒸気から飽和液への状態変化にＱｂの熱量を放熱し、目標の温度となるために、Ｑｃの熱量を放熱する。ＥＣＵ７は、ステップＳ３で放熱量Ｑを算出すると、ステップＳ７へ進む。
【００２６】
ところで、ＥＣＵ７がステップＳ２でＮＯと判断する場合、すなわち、冷媒が過熱蒸気でないと判断された場合、ステップＳ４へ進む。
【００２７】
ＥＣＵ７はステップＳ４で冷媒が飽和蒸気か否かを判断する。ここでは、ステップＳ２同様、冷媒の状態はステップＳ１で取得した圧力Ｐと温度Ｔの情報から算出される。圧力Ｐと温度Ｔの情報が図３中の飽和蒸気圧曲線上にプロットされる場合、冷媒は飽和蒸気である。ステップＳ４でＥＣＵ７がＹＥＳと判断する場合、すなわち、冷媒が飽和蒸気である場合、ステップＳ５へ進む。
【００２８】
ＥＣＵ７はステップＳ５で冷媒を目標温度Ｔｔまで冷却するために必要な放熱量Ｑを算出する。ここで、放熱量Ｑは以下の式で示される。
【００２９】
Ｑ ＝Ｑｂ＋Ｑｃ                          （４）
Ｑｂ＝ｍ・Ｃｂ                            （２）
Ｑｃ＝ｍ・Ｃｃ・Δｔｃ                    （３）
ｍ ：冷媒の質量                            
Ｃｂ：冷媒の気相液相間の潜熱                
Ｃｃ：液相冷媒の比熱                        
Δｔｃ：目標温度と飽和液温度との温度差        
【００３０】
式（２）のＱｂは、気相の飽和蒸気を液相の飽和液へ状態変化する際に冷媒が放熱する熱量を示し、式（３）のＱｃは、飽和液温度の液相冷媒を目標温度の液相冷媒とするために冷媒が放熱する熱量を示している。ここで、飽和蒸気の状態の冷媒を目標温度Ｔｔの液相冷媒とするために必要な放熱量は、式（４）に示すように、ＱｂとＱｃとの合計となる。ＥＣＵ７は、ステップＳ５で放熱量Ｑを算出すると、ステップＳ７へ進む。
【００３１】
一方、ステップＳ４でＥＣＵ７がＮＯと判断する場合、すなわち、冷媒が飽和蒸気でない場合は、冷媒は液相の状態である。このような場合には、ＥＣＵ７はステップＳ６へ進む。
【００３２】
ＥＣＵ７はステップＳ６で冷媒を目標温度Ｔｔまで冷却するために必要な放熱量Ｑを算出する。ここで、放熱量Ｑは以下の式で示される。
【００３３】
Ｑ ＝ｍ・Ｃｃ・Δｔ                    （５）
ｍ ：冷媒の質量                            
Ｃｃ：液相冷媒の比熱                        
Δｔ ：液相冷媒の温度と目標温度との温度差    
【００３４】
式（５）のＱは、液相の状態の冷媒を目標温度の液相冷媒とする放熱量を示している。図４は、この熱量について示している。冷媒をΔｔ℃低下させるために必要なＱは、図４に示すとおりである。ＥＣＵ７は、ステップＳ５で放熱量Ｑを算出すると、ステップＳ７へ進む。
【００３５】
ＥＣＵ７はステップＳ７で、ステップＳ３、ステップＳ５、又はステップＳ６で算出した放熱量ＱとＱ１とを比較し、放熱量ＱがＱ１以下であるか否かを判断する。ここで、Ｑ１は、熱交換器１が第一電磁弁５を閉弁状態とした場合に、冷媒が大気と熱交換を行い、放熱する熱量である。ＥＣＵ７はステップＳ７でＹＥＳと判断する場合、すなわち、放熱量ＱがＱ１以下である場合、ステップＳ８へ進む。
【００３６】
ＥＣＵ７はステップＳ８で第一電磁弁５を閉弁状態とする。これにより、熱交換器１では、第一電磁弁５よりも導入部３ａ側に接続した管体２のみへ冷媒が流入することになる。このように、熱交換器１は冷却能力を変化させ、導入された冷媒からＱ１に相当する熱量を放熱させる。これにより、熱交換器１の全ての管体２へ冷媒を通す冷却と比較して放熱量を抑えることができるため、冷媒を過度に冷却することなく、目標温度Ｔｔに近づけることができる。また、放熱量Ｑが少量である場合は、冷媒の流量が少量となる。このとき、熱交換器１の全ての管体２へ冷媒を流通させる場合には、流路の容量に対して冷媒の流量が少量であるため、管体２の途中に冷媒が滞留し、冷媒が循環できなくなる。しかし、このように冷媒の流量が少量であっても、使用する管体２を減らすことにより、流路の容積に対する冷媒の流量を増加させ、管体２内に冷媒が滞留することを抑制し、冷媒の循環を維持することができる。ＥＣＵ７は、このようなステップＳ８の処理を終えるとリターンする。
【００３７】
ところで、ＥＣＵ７はステップＳ７でＮＯと判断する場合、すなわち、放熱量ＱがＱ１よりも大きい場合、ステップＳ９へ進む。ＥＣＵ７はステップＳ９で、ステップＳ３、ステップＳ５、又はステップＳ６で算出した放熱量ＱとＱ２とを比較し、放熱量ＱがＱ２以下であるか否かを判断する。ここで、Ｑ２は、熱交換器１が第一電磁弁５を開弁状態とし、第二電磁弁６を閉弁状態とした場合に、冷媒が大気と熱交換を行い、放熱する熱量である。ＥＣＵ７はステップＳ９でＹＥＳと判断する場合、すなわち、放熱量ＱがＱ２以下である場合、ステップＳ１０へ進む。
【００３８】
ＥＣＵ７は、ステップＳ１０で第一電磁弁５を開弁状態とする。続いて、ＥＣＵ７はステップＳ１１へ進み、ステップＳ１１で第二電磁弁６を閉弁状態とする。これにより、第二電磁弁６よりも導入部３ａ側の管体２へ冷媒が流入し、冷媒が冷却される。ＥＣＵ７がステップＳ１０へ到達する場合、目標温度Ｔｔとするための放熱量Ｑは、Ｑ１より大きくＱ２以下であるため、第一電磁弁５を開弁してＱ１以上の放熱をする。一方、第二電磁弁６を閉弁してＱ２以上の熱量が放熱され、過度に冷却されることを抑制する。これにより、熱交換器１は冷媒を目標温度Ｔｔに近づけることができる。ＥＣＵ７は、このようなステップＳ１０、ステップＳ１１の処理を終えると、リターンする。
【００３９】
一方、ＥＣＵ７がステップＳ９でＮＯと判断する場合、すなわち、放熱量ＱがＱ２より大きい場合、ステップＳ１２へ進む。ＥＣＵ７はステップＳ１２で第一電磁弁５を開弁状態とする。続いて、ＥＣＵ７はステップＳ１３へ進み、ステップＳ１３で第二電磁弁６を開弁状態とする。これにより、熱交換器１は、全ての管体２へ冷媒を流通させ、冷媒を冷却する。ＥＣＵ７がステップＳ１２へ到達する場合は、冷媒の目標温度ＴｔとするためにはＱ２以上の放熱を行うことが必要となる。このため、第一電磁弁５と第二電磁弁６とを開弁状態とする。これにより、冷媒は冷却されて、目標温度Ｔｔに近い温度へ冷却される。ＥＣＵ７は、このようなステップＳ１２、ステップＳ１３の処理を終えると、リターンする。
【００４０】
このように、熱交換器１は、冷媒を目標温度Ｔｔへ冷却するための冷却の放熱する熱量を算出し、この熱量に相当する冷却能力となるように第一電磁弁５、第二電磁弁６を制御する。これにより、冷媒は目標温度Ｔｔに近い温度に冷却される。このような熱交換器１において、使用する管体２を細分化するように電磁弁を追加することにより、さらに熱交換後の冷媒の温度を目標温度Ｔｔに近づけることができる。また、このような熱交換器１はいわゆるプレート式熱交換器に電磁弁を備えたものとすることもできる。プレート式熱交換器は、板体を積層し、板体と板体の間に形成した空間内に冷媒と熱交換媒体を交互に流通させる熱交換器である。このような熱交換器の冷媒の通路を遮断する電磁弁を備えることにより、冷媒を適する温度へ冷却することができる。
【実施例２】
【００４１】
次に、本発明の実施例２について説明する。図５は本実施例の熱交換器２１の概略構成を示した説明図である。熱交換器２１は、本発明の熱交換部に相当する冷却管２２、導入部２３、導出部２４を備えている。冷却管２２の内部は、本発明の第一の流体に相当する冷媒が流通する。冷媒は導入部２３から冷却管２２を通過し、導出部２４へ流通する構成となっている。
【００４２】
冷却管２２は、直管部２２１とＵ字管部２２２とを組み合わせて蛇行状に形成された金属管であって、内部を冷媒が通過する。この冷却管２２の周囲は、本発明の第二の流体に相当する熱交換媒体が覆っている。このような冷媒と熱交換媒体は、冷却管２２を介して熱交換する。
【００４３】
冷却管２２の一部のＵ字管部２２２は導出部２４内に配置されている。さらに、このように導出部２４内に配置されたＵ字管部２２２の一部に、導出部２４内へ向けて開口する第一開口部２２ａと第二開口部２２ｂが形成されている。この第一開口部２２ａ、第二開口部２２ｂから導出部２４へ冷媒を排出することができる。また、この第一開口部２２ａは第二開口部２２ｂよりも上流側、すなわち、導入部２３に近い側に形成されている。
【００４４】
第一開口部２２ａ付近に、第一開口部２２ａと冷却管２２とのどちらか一方を閉塞する切替弁２５が配置されている。また、第二開口部２２ｂ付近にも、同様に第二開口部２２ｂと冷却管２２とのどちらか一方を閉塞する切替弁２５が配置されている。図６（ａ）、（ｂ）は、このような切替弁２５の概略構成を示した説明図である。図６（ａ）は冷媒を冷却管２２から導出部２４へ排出する経路を形成した状態を示した説明図であり、図６（ｂ）は冷却管２２内に冷媒が流通する経路を形成した状態を示した説明図である。
【００４５】
切替弁２５は、いわゆるサーモスタットであり、弁部２５ａ、スプリング２５ｂ、ワックス２５ｃ、弁体２５ｄを備えている。切替弁２５は、低温の場合、図６（ａ）に示すような状態である。弁部２５ａはスプリング２５ｂの付勢力により閉弁状態に維持されている。また、ワックス２５ｃは、このとき固体状態である。このワックス２５ｃは、Ｔｓ℃で液体状態となり、相変化に伴い膨張し、弁体２５ｄを第一開口部２２ａ側へ押付ける。すなわち、切替弁２５は、Ｔｓ℃以上となると、図６（ｂ）に示すように、第一開口部２２ａを閉塞するとともに、弁部２５ａを開弁状態とし、冷却管２２内の流通経路を形成する。このようなワックス２５ｃの温度は切替弁２５を通過する冷媒の温度に依存し、冷媒の温度がＴｓ℃以上となると、ワックス２５ｃが液体状態となり、切替弁２５の周囲の流路が切り替わる構成となっている。すなわち、切替弁２５は、冷媒がＴｓ℃より低い場合に、冷却管２２内の流路を閉塞し、冷媒を冷却管２２から導出部２４へ排出する。一方、切替弁２５は、冷媒がＴｓ℃以上となる場合は、第一開口部２２ａ、第二開口部２２ｂを閉塞し、冷却管２２内に冷媒を流通させる。ここで、ワックス２５ｃが相変化を起こすような温度Ｔｓは熱交換器２１が目標とする冷媒の温度である。
【００４６】
このような構成をした熱交換器２１へ導入される冷媒は、熱交換器が搭載されるエンジンの運転状況により、過熱蒸気状態、飽和蒸気状態、液相状態のうちのいずれかの状態、又は、複数の状態が混合された状態である。熱交換器２１は、導出部２４から排出される冷媒が液相の状態となるように冷却する。
【００４７】
次に、熱交換器２１の冷媒の温度に依存する冷媒の流れについて説明する。冷媒は、導入部２３から冷却管２２内へ流入する。冷却管２２へ流入した冷媒は、冷却管２２を通過しながら、放熱し冷却される。このように冷却された冷媒が切替弁２５を通過する際にＴｓ℃以下であると、切替弁２５は、冷却管２２を閉塞し、第一開口部２２ａを開放する。このように、冷媒がＴｓ℃以下である場合、冷却管２２は、導入部２３から第一開口部２２ａが形成された部分までの一部のみが使用される。これにより、冷媒は導出部２４へ排出されるため、熱交換が終了し、過度に冷却されることがない。一方、冷媒が切替弁２５を通過する際にＴｓ℃より高温の場合には、切替弁２５は、第一開口部２２ａを閉塞し、冷却管２２を開放し、冷媒の流路を形成する。これにより、冷媒は冷却管２２を通過してさらに放熱し冷却される。このような冷媒が第二開口部２２ｂに配置される切替弁２５を通過する際、第二開口部２２ｂの切替弁２５も同様な動作を行う。すなわち、通過する冷媒の温度がＴｓ℃以下であれば、冷媒は第二開口部２２ｂから導出部２４へ導出される。一方、冷媒はＴｓ℃より高温であれば、続けて冷却管２２を流通する。このように、熱交換器２１は、切替弁２５を通過する際に冷媒が目標温度Ｔｓに冷却されていれば、冷媒の冷却を終了し、導出部２４から冷媒を排出する。このため、冷媒は、冷却不足となることも過度に冷却されることもなく、適温に維持される。
【実施例３】
【００４８】
次に、本発明の実施例３について説明する。図７は本実施例のエンジン３０の概略構成を示した説明図である。エンジン３０は、実施例１で説明した熱交換器１を備えている。また、エンジン３０は、ウォータジャケット３１、タンク３２、ウォータポンプ３３を備えている。
【００４９】
ウォータジャケット３１はエンジン３０内に形成され、冷媒が流通する。この冷媒は、エンジン本体からの廃熱により蒸発する。ウォータジャケット３１は、本発明の蒸発部に相当する。
【００５０】
ウォータジャケット３１内で蒸発した冷媒は、熱交換器１へ流入し、冷却される。熱交換器１内を通過した冷媒は、ウォータジャケット３１内で蒸発するのに適した温度となる。このように熱交換器１を通過した冷媒はタンク３２に保存される。タンク３２は、冷媒を適温に維持する。ウォータポンプ３３は、タンク３２内の冷媒をウォータジャケット３１内へ圧送する。こうして供給された冷媒は、ウォータジャケット３１内で廃熱を吸収し蒸発してエンジン本体を運転に適した温度に冷却する。
【００５１】
このように、熱交換器１を備えたエンジン３０は、熱交換器１において冷媒がウォータジャケット３１を適温に冷却する温度に維持する。これにより、冷媒はウォータジャケット３１内で蒸発し、エンジン本体を冷却することにより、エンジン本体が運転に適した温度に維持される。また、このような熱交換器１は実施例２の熱交換器２１とすることができる。
【００５２】
上記実施例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、さら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。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】実施例１の熱交換器の概略構成を示した説明図である。
【図２】ＥＣＵが行う制御のフローの一例である。
【図３】冷媒の飽和蒸気圧曲線を示した説明図である。
【図４】冷媒の放熱量を飽和蒸気圧曲線に対応させて示した説明図である。
【図５】実施例２の熱交換器の概略構成を示した説明図である。
【図６】切替弁の概略構成を示した説明図であって、（ａ）は冷媒を冷却管から導出部へ流通させる経路を形成した状態を示した説明図であり、（ｂ）は冷却管内に冷媒が流通する経路を形成した状態を示した説明図である。
【図７】実施例３のエンジンの概略構成を示した説明図である。
【符号の説明】
【００５４】
１、２１  熱交換器
２  管体
３  入口側タンク
４  出口側タンク
５  第一電磁弁
６  第二電磁弁
７  ＥＣＵ
２２  冷却管
２３  導入部
２４  導出部
２５  切替弁
３０  エンジン
３１  ウォータジャケット
３２  タンク
３３  ウォータポンプ
【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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