JP2006526098A - 自動車に搭載した空気調和装置に接続する薄板からなる内部構造体を具備する燃料冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関と燃料タンクと空気調和装置とを具備する自動車に於いて、燃料タンクより内燃機関へ送られる燃料が高温度になるという問題があり、これを阻止することが求められている。
【解決手段】外部ハウジング（１）の内部に複数枚の薄い金属板を相互に間隔を取って長手方向に平行に配置して構成した内部小室（３）を配設し、前記小室（３）の金属板と金属板との間に空気調和装置から冷却剤を送り込み、前記外部ハウジング（１）の一方の側面の上方から燃料を導入してこれを他方の側面の下方から内燃機関へと導くようにして、前記燃料が前記外部ハウジング（１）の内部を通過する際に前記内部小室（３）によって燃料を冷却する。

Description

この発明は、燃焼機関、燃料タンク、および空気調和装置を具備する自動車において、前記空気調和装置の冷却剤循環系統に一体にした燃料の導管を接続した熱交換器を具備する燃料冷却装置に関する。この燃料冷却装置は、燃料供給用の導管と排出用の導管と外部ハウジングの内部に配設した導管とを具備している。

自動車の燃料は種々の理由によって加熱する。タンク内の燃料は日射の影響によって加熱され、また燃料導管内の燃料は駆動装置側からの放射熱と排気ガス装置に生ずる放射熱によって加熱する。加熱された燃料は内部に気泡を発生して、エンジンの正常な作動を阻害する。以上に挙げたような些細な支障を技術用語では「不点火」と呼んでいる。この支障は特に高速運転の時に、また燃料消費量が多い圧縮装置とターボ・エンジンの場合に生ずる。このことは、多くの技術者達が長い間、燃料を冷却する装置を開発するのに努力をしてきている理由なのである。それは燃料冷却装置に関連する極めて多くの特許と技術文献とが存在することからも裏付けられる。

ところで燃料を冷却する装置の内部の構成について、記載されている多数の文献を綿密に検討すると、これらの装置は、燃料−熱交換装置として構成されたものが多く、冷却剤の分布を広げるために熱伝達面を大きくすることに努力が集中されている。特に冷却剤を均質にして燃料導管に作用するような改良法に力が入れられている。次に、これらに関する従来技術文献を要約して記載する。

ドイツ特許ＤＥ３４４００６０号 この文献１に記載されている発明の燃料冷却装置は、コイル状にした渦巻き状のホースに冷却しようとする燃料を送り込むものであって、渦巻き状のホースは、ラジエーターのハウジングの内壁で放射方向に支持してあり、冷却剤を円筒形のハウジングに軸方向に放出させるようにしてある。極めて限られたスペースしか利用することができないし、湾曲する危険があるために、この装置では、５種類の部材だけで構成してある。この装置の欠点とするところは、冷却能力が低いことと、コイルを製造する方法が頗る困難なことである。

ドイツ特許ＤＥ４１１０２６４Ａ１号 この特許文献に記載されている発明は、前記特許文献１のドイツ特許ＤＥ３４４００６０Ａ１号に記載してある装置の冷却性能を改善するものである。冷却剤を使用する量が多いにも拘わらず、冷却能力が一定にとどまるという問題を解決するために、コイル状にした部分を大きくしたのである。即ち、この文献２の装置においては、渦巻き状にしたホースの２個の隣接する巻回の間に湾曲板を設けたのである。これによって、ハウジングの内部のコイルを通る流れの横断面を変え、燃料を通すコイルを一段と効果のあるものにしたのである。

ドイツ特許ＤＥ３７４０８１１Ａ１号 この文献３に開示してある発明は、使用する燃料冷却ユニットを円筒形とすることが基本であったものを球形にして、それによって冷却しようとする燃料を冷却剤の流れに対角線をなすように渦巻き状にしてある。この発明によると、冷却剤の流れが、それぞれの巻回部において、新たに熱を奪い、渦巻き状の流れによって燃料を送る導管に効果的に接触する。

ドイツ特許ＤＥ４４３７１６７Ａ１号 この特許文献４は極めて大きな熱伝達面を備える燃料冷却ユニットを開示している。この燃料冷却ユニットの主要構成要素としては、燃料供給導管と燃料排出用導管の両端の間に燃料冷却ユニットの主要構成部分として円筒形の蛇腹を用いている。燃料冷却ユニットは燃料供給管と燃料排出用導管とを具備する中空の円筒部を具備していて、ハウジング・カバーの内部に環状で波形のベローが放射方向に隔てて配置してあり、それと同じ長さの中空円筒形案内部材が固定してある。

この案内部材には、壁部が設けてある。その壁部は、流れの方向に対して傾斜していて、案内部材には、その前端と後端とは冷却剤の流れる方向に関連するようにしてある。案内部材の両側に互いに対向して開口が設けてある。全てのベローのカーブは内側の方に開いていて、燃料はベローの湾曲の方向に移行する。燃料はベローの総ての湾曲を常時押圧して燃料の流れる方向が傾いた方向になるので、このようにして出来た拡大した熱伝達面によって高温度になった燃料を最も適切に冷却させることができる。

極めて複雑な構造であって、燃料または冷却剤をそれぞれのベローの湾曲部に的確に送り込むようにしなければならないことが、この特許文献４に開示されている装置の不都合な点である。

燃料冷却ユニットを空気調和装置の冷却剤循環装置に接続することも既に従来技術として、例えばドイツ特許ＤＥ３７２５６６４Ａ１号に記載してある。その明細書には燃料冷却ユニットの取り付けについて開示しているものの、蒸発装置の前に冷却剤を循環させる手段の内部構造などについては、全く記載がない。また、ドイツ特許ＤＥ３３３０２５０Ａ号は、燃料冷却ユニットの設置に関するものであるが、蒸発装置と圧縮装置との両者については詳述な記載に欠けている。

この発明は、以上に述べた従来の技術の問題点を考慮して、空気調和装置を搭載した自動車に取り付ける燃料冷却ユニットの熱交換面を極めて効率が高く簡単な構造にして、冷却剤を均等に分布させて、処理能力が極めて高い自動車の燃料冷却装置を提供することにある。

前述した課題を解決するために、この発明は、外部ハウジングの内部に小室（３）を配置し、その小室内に薄い板体を流体の流れる方向に並行に配列して成る燃料冷却装置を提供するのである。

この発明は専ら燃料と冷却剤との間に熱交換を行う接触面を作り出して、その接触面に隣接する領域を確実に高速熱交換を行う場所とするのである。つまり、２つのハウジングを相互に合わせて、その内部ハウジングを複数枚の薄い金属板を流体の流れる方向に対して平行になるようにして、それぞれの薄板の間で高速度に熱交換を行うようにし、しかも冷却剤の性質を均等のものにして、各薄板の間の空所で冷却剤を均質のものとするのである。このように冷却が一定の混合体を形成することによって、高速度の熱交換のために資するのである。

この発明について述べた前記の概要からしても、この発明の燃料冷却装置の利点は、極めて大きいものである。燃料を冷却すると蒸気の気泡が発生せず、また燃料に対する添加物の蒸発をも阻止する。以上からして、僅かな燃料で、最良な条件の燃料の燃焼が行われる。つまり、高率なエンジンの作動が行え、燃費が節約できる。さらに、この発明においては、前述したとおり、熱交換によって自動車の内燃機関の作動をその最初から何らの支障なく行うことが出来る。冷却された燃料は、頗る簡単に圧縮することができるものであるから、これまでに述べたこの発明の燃料冷却装置は、圧縮装置やターボ・エンジンについても極めて効果が高い。燃料冷却装置の内部が薄層状になっているので、熱伝達面の両面に対する熱伝達を加速し、外部ハウジング及び内部の金属板からなる部分とに圧力が加わる虞が全くない。

この発明の燃料冷却装置は、二種類の態様とすることができる。その好ましい実施態様としては、外部ハウジングを燃料タンクと燃料ポンプとの間の燃料の導管に一体にするか、或いは、空気調和装置の冷却剤循環システムと一体にするかのいずれかである。この最初の態様を採用するならば、すなわち燃料パイプの外部ハウジング内に配置すれば、内部の小室は、空気調和装置の冷却剤循環システムと一体になるわけである。第二の態様では、内部小室を燃料導管と一体で外部ハウジングを空気調和装置の冷却剤循環システムに接続するものである。（第一の実施態様をテストした結果では、つまり、外部ハウジングを燃料タンクと燃料ポンプとの間に一体とした場合には、内部小室を空気調和装置の冷却剤循環システムに接続した。）第二の実施態様では、空気調和装置の蒸発装置の前方または後方に冷却剤循環システムを一体にすることもできる。

燃料冷却装置を蒸発装置の後方の冷却剤循環システムと一体にすると、燃料の冷却が比較的に制限される結果となる。しかし、燃料冷却装置を蒸発装置の前方の冷却剤循環システムと一体にすれば、燃料の冷却効率が上昇する。

この発明では、燃料冷却装置の内部の燃料の流動方向を冷却剤の流動方向とは、反対の方向にするようにすることが出来る。燃料の流れる方向と、冷却剤の流れる方向とを逆にすると、冷却作用が向上する。

この発明の更に重要な構成としては、外部のハウジングの内部を小室によって占有することなく複数の薄い金属板を流れの方向と平行に配列し、内部小室の内部の薄板を横方向に配した連結部材で、いわば網状に構成してある。この中空の部分を具備する網状構造に薄板を構成したことによって、熱伝達面を拡大し、さらに流体を渦巻き状にすることにより、拡大した両側面をもって均等に流れるようにすることができる。

さらに、この発明における燃料冷却装置は、外部ハウジングと内部小室との各々の縦方向に６個の側面を備えている。長方形の並列をなす中空のハウジングと小室とによって、燃料冷却装置が構成されているわけである。この場合において、内部の小室の長手方向の長さは外部ハウジングのそれと比較して短くなっているので、燃料が充満される２個の中空の部分には、その作動時に燃料と冷却剤とが満たされる。

またこの発明における燃料冷却装置は、長方形の内部小室の外側の高さを外部ハウジングの内側の高さに一致するようにしてあるので、内部小室の頂部と底部とは外部ハウジングの頂部および底部と的確に接していて、両者間に間隙が無い。外部ハウジングの２ヵ所の導管の接続部は、このハウジングのそれぞれの壁部に設けてあって、しかも互いに筋違いになるようにしてあるので、作動時には内部小室は、その少なくとも長手方向の前後左右の側面に燃料または冷却剤が流れる。

この発明においては、その発明の趣旨に応ずるために外部ハウジング内部小室および前記内部小室内に配列する複数個の薄板と、これら薄板の相互を間隔をとるように配列するための連結部材とを、例えばアルミニウムあるいは銅などの熱伝導率の高い金属製とする。アルミニウムを使用する場合には、これら連結部材と薄板とを接続するのにタングステン不活性ガスを利用して溶接する。このようにして溶接すると、サイズの異なる部材で、直径の異なる燃料の導管などの接続に好都合である。その接続部の寸法を変更することは、それぞれの自動車および内燃機関の寸度等に応じて行うのである。

この発明を次に添付図面について詳細に述べるが、その図面によって構成を限定するものではない。

この発明の燃料冷却装置の略図である。外部ハウジング１の内部に内部小室３が配置してある。燃料供給用導管との接続部４ａと燃料排出用導管との４ｂとは前方から見て外部ハウジング１ではなくて、内部小室３に関係するものである。複数枚の金属板５が流動方向に配列してあり、これら金属板５を間隔を取って配列するために横方向連結部材６が用いてある。これら横方向連結部材は、燃料が内部小室３を通過する時に、燃料を混合して熱交換を助長する。外部ハウジング１には、その両側面に上下筋違いに上方に燃料供給用の導管の接続部２ａが、下方に燃料排出用の導管の接続部が設けてある。

符号の説明

１ 外部ハウジング
２ａ 燃料供給用導管の接続部
２ｂ 燃料排出用導管の接続部
３ 内部小室
４ａ 接続部
４ｂ 接続部
５ 金属板
６ 横方向連結部材

Claims (16)

1. 燃料供給用導管の接続部（２ａ）と、燃料排出用導管の接続部（２ｂ）と、外部ハウジング（１）の内部に設けた内部小室（３）とから成り、前記外部ハウジングの内部に設けた内部小室（３）の内部を流体の流れる方向に平行するように複数枚の薄い金属板（５）で区分したことと、前記外部ハウジング（１）の頂部と底部とに筋違いに２個の導管接続部（２ａ）と（２ｂ）とを設けたことを特徴とする自動車に搭載した空気調和装置に接続する薄板からなる内部構造体を具備する燃料冷却装置。
2. 前記外部ハウジング（１）を燃料タンクと燃料導管と一体または空気調和装置の冷却剤循環システムと一体にするようにして成る請求項１に記載の燃料冷却装置。
3. 前記内部小室（３）を前記空気調和装置に一体に、または燃料タンクと燃料ポンプとの間の燃料導管と一体にするようにしてなる請求項１に記載の燃料冷却装置。
4. 前記外部ハウジング（１）を冷却剤循環システム若しくは燃料導管と一体にするようにしてなる前記請求項１乃至４のいずれかの１項に記載の燃料冷却装置。
5. 前記燃料冷却装置の外部ハウジング（１）あるいは、燃料冷却装置の内部小室（３）とを前記空気調和装置の蒸発装置の前方乃至後方に一体となるようにしてなる前記請求項のいずれかの１項に記載の燃料冷却装置。
6. 前記燃料冷却装置の内部における燃料の流動方向を前記冷却剤の流動方向に対して反対の方向にするようにしたことを特徴とする前記請求項のいずれかの１項に記載の燃料冷却装置。
7. 前記外部ハウジング（１）の内部の小室（３）の内部に複数の薄い金属板（５）を流体が流れる方向と平行に配設したことを特徴とする請求項１に記載の燃料冷却装置。
8. 前記外部ハウジング（１）と、内部の小室（３）とに配設した前記複数の薄い金属板（５）を複数個の横方向連結部材（６）を用いて燃料の冷却手段とするようにして成る前記請求項１，６及び７のいずれかの１項に記載の燃料冷却装置。
9. 前記外部ハウジング（１）と前記外部ハウジング（１）の内部に設けた内部小室（３）とを相互に直立する６個の側面を有するものとしたとを特徴とする請求項１，６乃至８項のいずれかの１項に記載する燃料冷却装置。
10. 前記内部小室（３）を長方形で平行して配管した構造体とし、前記内部小室（３）の中心を通る軸線を前記外部ハウジングの中心を通る軸線と一致するようにしてなる請求項１，６乃至９項のいずれかの１項に記載する燃料冷却装置。
11. 前記外部ハウジングに設けた２個の前記燃料導管の接続部（２ａ）と（２ｂ）とを外部ハウジングの頂部側と底部側との側壁に外部ハウジングの側壁について筋違いとなるように設けて成る請求項１，６乃至１０項のいずれかの１項に記載の燃料冷却装置。
12. 前記内部小室（３）を少なくとも２個の長い側面について燃料または冷却剤を通過するようにした請求項１，６乃至１１項のいずれかの１項に記載の燃料冷却装置。
13. 前記内部小室（３）の２個の導管接続部（４ａ）と（４ｂ）とを前記外部ハウジング（１）の頂部側と底部側とに筋違いになるようにそれぞれの壁部に設けて成る請求項１，６乃至１２のいずれかの１項に記載の燃料冷却装置。
14. 前記外部ハウジング（１）と内部小室（３）とを構成する物質を熱伝導率の高い金属製としたことを特徴とする請求項１，６乃至１３のいずれかの１項に記載の燃料冷却装置。
15. 前記外部ハウジング（１）の内部の複数個の金属板（５）と複数個の横方向連結部材（６）とを熱伝導率の高い金属製とする請求項１，６乃至１４のいずれかの１項に記載の燃料冷却装置。
16. 前記複数個の金属板（５）と横方向連結部材（６）とを熱伝導率の高い金属製とする請求項１，６乃至１４のいずれかの１項に記載の燃料冷却装置。

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