JP2019111959A - 車両用の熱交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タンクの大型化を抑えながら散水装置で使用する水を確保することができる車両用の熱交換装置を得る。【解決手段】散水装置３４は、タンク２６から供給された水を用いて熱交換器２２に車両前方側から散水する。熱交換器２２の車両後方側にはファン２８が配置され、ファン２８は、作動することで車両前方側から車両後方側へ流れる空気流を生成する。ファン２８の外周はファンシュラウド３０により覆われている。ファンシュラウド３０には、その内周側でファン２８よりも車両後方側の部位にファンシュラウド３０の周方向に沿って溝状の水路３０Ａが形成されている。ファンシュラウド３０の下端部３０Ｂでファン２８よりも車両後方側の部位とタンク２６とは還流管３６によって繋がれている。還流管３６は、水路３０Ａを下方側に伝った水をタンク２６に導入する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両用の熱交換装置に関する。

車両用の熱交換装置においては、熱交換器に散水する散水装置が設けられた構造が知られている（例えば特許文献１、２参照）。例えば、下記特許文献１には、燃料電池（ＦＣスタック）からの排水の一部を用いて散水装置によってラジエータに散水する構造を備えた熱交換装置が開示されている。このような技術では、散水された水が蒸発することでラジエータの温度を低下させることができる。

特開２００２−３７２３８５号公報 特開２０１７−１２８１９７号公報

しかしながら、上記の先行技術では、散水装置で使用する水を貯留するタンクが小さい場合には散水に必要な水量が確保できない一方で、散水に必要な水量を見越してタンクのサイズを設定すると、タンクが大型化してしまう。

本発明は、上記事実を考慮して、タンクの大型化を抑えながら散水装置で使用する水を確保することができる車両用の熱交換装置を得ることが目的である。

請求項１に記載する本発明の車両用の熱交換装置は、車両に搭載された熱交換器と、前記熱交換器の車両後方側に配置され、作動することで車両前方側から車両後方側へ流れる空気流を生成するファンと、前記ファンの半径方向外側に設けられて前記ファンの外周を囲むように覆うファンシュラウドと、前記熱交換器に車両前方側から散水する散水装置と、前記散水装置に供給する水を貯留するタンクと、を備える車両用の熱交換装置であって、前記ファンシュラウドには、その内周側で前記ファンよりも車両後方側の部位に前記ファンシュラウドの周方向に沿って溝状の水路が形成されており、前記ファンシュラウドの下端部で前記ファンよりも車両後方側の部位と前記タンクとを繋いで前記水路を伝った水を前記タンクに導入する還流管が設けられている。

上記構成によれば、熱交換器の車両後方側に配置されるファンは、作動することで車両前方側から車両後方側へ流れる空気流を生成する。この空気流が熱交換器を通過することで熱交換器の熱交換効率が向上する。また、散水装置は、タンクから供給された水を用いて、熱交換器に車両前方側から散水する。そして、散水された水の一部が熱交換器の表面で蒸発することで熱交換器が冷却される。これによって、熱交換器による冷却能力が向上する。

一方、散水装置によって散水された水の一部は、熱交換器の表面で蒸発せずに熱交換器を通過して飛散する。そのように飛散した水の一部は、ファンに付着する。ファンに付着した水は、ファンの回転に伴う遠心力によって飛ばされてファンシュラウドの内周面に付着した後、ファンが生成した空気流によって車両後方側に流される。ここで、ファンシュラウドには、その内周側でファンよりも車両後方側の部位にファンシュラウドの周方向に沿って溝状の水路が形成されている。このため、ファンによって飛ばされた水が車両後方側に流されてファンシュラウドの水路に達すると、当該水は、重力によってファンシュラウドの水路を伝って下方側に流れ、水路の下端部に集められる。

また、ファンシュラウドの下端部でファンよりも車両後方側の部位とタンクとは還流管によって繋がれており、水路を伝った水は還流管によってタンクに導入される。これにより、散水装置によって散水されて熱交換器を通過してしまった水が散水用の水としてタンクに戻される。

以上説明したように、本発明の車両用の熱交換装置によれば、タンクの大型化を抑えながら散水装置で使用する水を確保することができるという優れた効果を有する。

本発明の第１の実施形態に係る熱交換装置を示す模式的な側面図である。 本発明の第２の実施形態に係る熱交換装置を示す模式的な側面図である。

本発明の第１の実施形態に係る車両用の熱交換装置について図１を用いて説明する。図１には、本実施形態に係る車両用の熱交換装置が模式的な側面図で示されている。なお、図１に示される矢印ＦＲは車両前方側を示しており、矢印ＵＰは車両上方側を示している。

図１に示されるように、熱交換装置２０が搭載された車両（より具体的には自動車）１０には、駆動源として燃料電池１２が搭載されている。燃料電池１２は、水素及び空気が供給されることによって発電する電池とされる。燃料電池１２には冷却水を循環させる冷却水循環路１４が接続されている。なお、図中では、冷却水循環路１４の配管部分を太線で簡略化して示している。但し、冷却水循環路１４の配管部分のうち車両側面視で後述する還流管３６と交差する部分は太線の図示を省略している。冷却水循環路１４には、冷却水を循環させるポンプ１６と、外気との熱交換により冷却水を冷却する熱交換器（より具体的にはラジエータ）２２と、が設けられている。また、燃料電池１２には給水管２４を介して貯水用のタンク２６が接続されている。このタンク２６には、燃料電池１２の発電に伴って生成された水（燃料電池１２からの排水）が貯留されるようになっている。

熱交換装置２０において、熱交換器２２の車両後方側にはファン（「送風ファン」ともいう。）２８が配置されている。ファン２８は、図示しないモータにより回転駆動される回転軸部２８Ａと、回転軸部２８Ａからその半径方向外側に延出された複数の羽根２８Ｂと、を備えている。図中では、ファン２８の回転中心を一点鎖線ＣＬで示す。ファン２８は、作動することで車両前方側から車両後方側へ（矢印Ａ方向へ）流れる空気流を生成するようになっている。ファン２８の半径方向外側にはファンシュラウド３０が設けられており、このファンシュラウド３０は、円筒状とされてファン２８の外周を囲むように覆っている。なお、図１の模式図において、ファンシュラウド３０は、図１の紙面手前側半分を破断した状態で示している。ファンシュラウド３０については後述する。

タンク２６には散水装置３４が接続されている。言い換えれば、タンク２６は、散水装置３４に供給する水を貯留している。散水装置３４は、タンク２６に一端側が接続された配管部３４Ａと、配管部３４Ａの他端側（先端側）に設けられた噴射用のノズル部３４Ｂと、配管部３４Ａの流路途中に設けられた噴射用のポンプ３４Ｃと、を含んで構成されている。ノズル部３４Ｂは、熱交換器２２に対して車両前方側に配置されて熱交換器２２の側を向く噴射口（図示省略）を備えている。ノズル部３４Ｂは、図示を省略するが、一例として、車両幅方向に沿って複数並んで設けられている。また、ポンプ３４Ｃは、作動することで、タンク２６内の水をノズル部３４Ｂに供給するようになっている。これらによって、散水装置３４は、熱交換器２２に車両前方側から散水する（本実施形態では水を噴射する）ように設定されている。なお、図中では、散水装置３４によって散水された水を模式化して符号Ｗ１で示す。

ファンシュラウド３０には、その内周側でファン２８よりも車両後方側の部位にファンシュラウド３０の周方向に沿って溝状の水路３０Ａが形成されている。本実施形態における水路３０Ａは、ファンシュラウド３０の半径方向内側へ向けて開口している。また、ファンシュラウド３０の下端部３０Ｂでファン２８よりも車両後方側の部位とタンク２６とは還流管３６によって繋がれている。還流管３６は、水路３０Ａを下方側に（矢印Ｄ方向参照）伝った水を（矢印Ｅ方向に流して）タンク２６に導入する配管部とされている。本実施形態では還流管３６の上端は、水路３０Ａの下端に直結するように設定されており、水路３０Ａから還流管３６に直接通水できる構造になっている。

なお、ファン２８、水路３０Ａを備えたファンシュラウド３０、還流管３６、タンク２６及び散水装置３４を備える装置部分は、水の蒸発潜熱によって熱交換器２２の温度を低下させる冷却装置としても把握できる要素である。

次に、上記実施形態の作用及び効果について説明する。

本実施形態では、ファン２８は、作動することで車両前方側から車両後方側へ流れる空気流を生成する。この空気流が熱交換器２２を通過することで熱交換器２２の熱交換効率が向上する。また、散水装置３４は、タンク２６から供給された水を用いて、熱交換器２２に車両前方側から散水する。そして、散水された水Ｗ１の一部が熱交換器２２の表面で蒸発することで熱交換器２２が冷却される。これによって、熱交換器２２による冷却能力が向上する。

一方、散水装置３４によって散水された水Ｗ１の一部は、熱交換器２２の表面で蒸発せずに熱交換器２２を通過して飛散する（符号Ｗ２参照）。そのように飛散した水Ｗ２の一部は、ファン２８に付着する（符号Ｗ３参照）。そして、ファン２８に付着した水Ｗ３は、ファン２８の回転に伴う遠心力によって飛ばされて（矢印Ｂ参照）ファンシュラウド３０の内周面に付着した後、ファン２８が生成した空気流（送風）によって車両後方側に（矢印Ｃ参照）流される。ここで、ファンシュラウド３０には、その内周側でファン２８よりも車両後方側の部位にファンシュラウド３０の周方向に沿って溝状の水路３０Ａが形成されている。このため、ファン２８によって飛ばされた水Ｗ３が車両後方側に（矢印Ｃ参照）流されてファンシュラウド３０の水路３０Ａに達すると、当該水Ｗ４は、重力によってファンシュラウド３０の水路３０Ａを伝って下方側に（矢印Ｄ参照）流れ、水路３０Ａの下端部に集められる。以上のように本実施形態では、ファンシュラウド３０で水が捕集される。

また、ファンシュラウド３０の下端部３０Ｂでファン２８よりも車両後方側の部位とタンク２６とは還流管３６によって繋がれており、水路３０Ａを伝った水は還流管３６によってタンク２６に導入される。これにより、散水装置３４によって散水されて熱交換器２２を通過してしまった水が回収されて散水用の水としてタンク２６に戻される。つまり、散水用の水の多くを、蒸発されるまで循環させて再利用することができる。そして、循環された水の一部が順次熱交換器２２の表面で蒸発することになるので、水を蒸発させるための潜熱（言い換えれば放熱）の利用率が高められ、少ない水で冷却性能を向上させることができる。

なお、車両１０の高速高負荷時の走行風（矢印Ｘ参照）及びファン２８の風量が増加すると、散水された水Ｗ１の速度も増し、水Ｗ１が熱交換器２２を通過して飛散する量も増すが、本実施形態では、水路３０Ａによって水を効率的に回収することで、水の再利用率を高めることができる。

以上説明したように、本実施形態の車両用の熱交換装置２０によれば、タンク２６の大型化を抑えながら散水装置３４で使用する水を確保することができる。その結果として、低コストで軽量な熱交換装置２０を得ることができる。また、冷却性能の向上により、熱交換器２２を小型化、軽量化及び低コスト化することも可能となる。

タンク２６の大型化抑制に関して補足説明すると、車両の高速高負荷時に熱交換器（２２）を散水によって冷却するには、散水用に大量の水が必要となるため、従来技術ではタンクを大型化して対応せざるを得なかった。これに対して、本実施形態では、散水用の水を循環させて利用することで、タンク２６の大型化を抑えることが可能となっている。

次に、本発明の第２の実施形態に係る車両用の熱交換装置４０について、図２を用いて説明する。図２には、本実施形態に係る車両用の熱交換装置４０が模式的な側面図で示されている。この図に示されるように、熱交換装置４０は、ファンシュラウド４２が第１の実施形態における水路３０Ａ（図１参照）に代えて、水路４２Ａを備える点で、第１の実施形態の熱交換装置２０（図１参照）とは異なる。他の構成は、第１の実施形態と実質的に同様の構成となっている。よって、第１の実施形態と実質的に同様の構成部については、同一符号を付して説明を省略する。

ファン２８の半径方向外側にはファンシュラウド４２が設けられており、このファンシュラウド４２は、円筒状とされてファン２８の外周を囲むように覆っている。なお、図２の模式図において、ファンシュラウド４２は、図２の紙面手前側半分を破断した状態で示している。ファンシュラウド４２には、その内周側でファン２８よりも車両後方側の端末部位にファンシュラウド４２の周方向に沿って溝状の水路４２Ａが形成されている。すなわち、本実施形態では、ファンシュラウド４２の車両後方側の端末部分はＵ字状に折り返されており、水路４２Ａは、車両前方側へ向けて開口している。

また、ファンシュラウド４２の下端部４２Ｂでファン２８よりも車両後方側の部位とタンク２６とは第１の実施形態と同様に還流管３６によって繋がれており、この還流管３６は、水路４２Ａを下方側に伝った水をタンク２６に導入する配管部とされている。本実施形態では還流管３６の上端は、水路４２Ａの下端に対して車両前方側に若干ずれた位置に設定されている。

上記構成によっても、前述した第１の実施形態と概ね同様の作用及び効果が得られる。

以上、本発明の一例について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

１０ 車両
２０ 熱交換装置
２２ 熱交換器
２６ タンク
２８ ファン
３０ ファンシュラウド
３０Ａ 水路
３０Ｂ ファンシュラウドの下端部
３４ 散水装置
３６ 還流管
４０ 熱交換装置
４２ ファンシュラウド
４２Ａ 水路
４２Ｂ ファンシュラウドの下端部

Claims (1)

1. 車両に搭載された熱交換器と、
   前記熱交換器の車両後方側に配置され、作動することで車両前方側から車両後方側へ流れる空気流を生成するファンと、
   前記ファンの半径方向外側に設けられて前記ファンの外周を囲むように覆うファンシュラウドと、
   前記熱交換器に車両前方側から散水する散水装置と、
   前記散水装置に供給する水を貯留するタンクと、
   を備える車両用の熱交換装置であって、
   前記ファンシュラウドには、その内周側で前記ファンよりも車両後方側の部位に前記ファンシュラウドの周方向に沿って溝状の水路が形成されており、
   前記ファンシュラウドの下端部で前記ファンよりも車両後方側の部位と前記タンクとを繋いで前記水路を伝った水を前記タンクに導入する還流管が設けられている、車両用の熱交換装置。