JP2022022624A

JP2022022624A - 水散布冷却装置

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Publication number: JP2022022624A
Application number: JP2020112572A
Authority: JP
Inventors: 善仁嘉田; Yoshihito Kata
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2020-06-30
Filing date: 2020-06-30
Publication date: 2022-02-07
Also published as: WO2022004157A1

Abstract

【課題】熱交換器に水を散布して熱交換器の冷却能力を向上させる水散布冷却装置において、通風抵抗の増大を抑制しつつ熱交換器に広範囲に水を散布する。【解決手段】水散布冷却装置は、供給部３０１とガイド部３０３とを備える。供給部は、放熱部に散布される水を貯蔵する。ガイド部は、供給部に接続され、供給部から供給される水を供給部から離れた位置まで誘導して熱交換器の放熱部に散布する。放熱部は、送風方向に流れる空気が通過可能になっている。供給部は、送風方向において、放熱部と重ならない位置に設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、熱交換器に水を散布することによって、熱交換器の冷却能力を向上させる水散布冷却装置に関する。

従来、燃料電池システム等においては、燃料電池を冷却するための熱交換器（例えば、ラジエータ）に水を散布し、熱交換器の冷却能力を向上させることが提案されている。例えば、特許文献１に記載された散布装置では、熱交換器における他の領域よりも風速が小さくなる領域に水を散布し、水の蒸発潜熱を利用して熱交換器の冷却能力を向上させている。

特開２０１７－１２９０４８号公報

しかしながら、特許文献１の散布装置では、熱交換器の放熱部と離れた位置から放熱部に向かって水を散布しているため、放熱部での通風抵抗の増大を抑制できるものの、放熱部に広範囲に水を散布することが困難である。

本発明は上記点に鑑み、熱交換器に水を散布して熱交換器の冷却能力を向上させる水散布冷却装置において、通風抵抗の増大を抑制しつつ熱交換器に広範囲に水を散布することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の水散布冷却装置は、供給部（３０１）とガイド部（３０３）とを備える。供給部は、放熱部に散布される水を貯蔵する。ガイド部は、供給部に接続され、供給部から供給される水を供給部から離れた位置まで誘導して熱交換器の放熱部に散布する。放熱部は、送風方向に流れる空気が通過可能になっている。供給部は、送風方向において、放熱部と重ならない位置に設けられている。

これにより、水散布冷却装置の供給部によって放熱部を通過する空気の通風抵抗が増大することを抑制できる。さらに、ガイド部によって、供給部から供給される水を供給部から離れた位置まで誘導して放熱部に散布することで、放熱部に水を広範囲に散布することができる。

なお、上記各構成要素の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態の燃料電池システムの構成図である。第１実施形態の熱交換器と水散布冷却装置の側面図である。第１実施形態の熱交換器と水散布冷却装置の正面図である。第１実施形態の水散布冷却装置の斜視図である。第１実施形態および比較例の熱交換器を通過する空気の通風抵抗と風速ととの関係を示すグラフである。第１実施形態および比較例の熱交換器の冷却性能と熱交換器を通過する空気の風速との関係を示すグラフである。第２実施形態の熱交換器と水散布冷却装置の正面図である。第３実施形態の熱交換器と水散布冷却装置の側面図である。第３実施形態の熱交換器と水散布冷却装置の正面図である。第４実施形態の熱交換器と水散布冷却装置の側面図である。第４実施形態の熱交換器と水散布冷却装置の正面図である。第５実施形態の熱交換器と水散布冷却装置の側面図である。第５実施形態の熱交換器と水散布冷却装置の正面図である。第６実施形態の熱交換器と水散布冷却装置の側面図である。第６実施形態の熱交換器と水散布冷却装置の正面図である。

以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を図面を用いて説明する。本第１実施形態では、本発明の水散布冷却装置を燃料電池システムに適用している。なお、各図における上下、左右、前後を示す矢印は、車両シートに座った乗員からの視点を基準として示している。

図１に示すように、本第１実施形態の燃料電池システム１は図示しない車両に搭載されている。車両は、燃料電池１０を電源として走行する電気自動車（燃料電池車両）である。燃料電池１０にて生じた電力は、図示しないインバータを介して、走行用モータ等の車載機器等に供給される。

燃料電池システム１は、燃料電池１０と、冷却水回路２０とを有している。本第１実施形態では、燃料電池１０として、固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ）を用いている。燃料電池１０は、多数のセルが積層されたスタック構造となっている。各セルは、電解質膜を一対の電極で挟み込んで形成されている。

燃料電池１０は、水素と酸素との化学反応を利用して電力を発生する。具体的に説明すると、燃料電池１０には、空気通路１１を介して、酸素を含む空気が供給される。この空気通路１１には、図示しないエアポンプが配置されており、エアポンプの作動によって空気を圧送して、燃料電池１０に供給している。また、燃料電池１０には、水素通路１２を介して水素が供給される。

燃料電池１０では、以下の水素と酸素の電気化学反応が起こり、電気エネルギが発生する。この電気化学反応に用いられなかった未反応の酸素及び水素は、排気ガス及び排気水素として燃料電池１０から排出される。
（負極側）Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-
（正極側）２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ
電気化学反応では、燃料電池１０内の電解質膜は、水分を含んだ湿潤状態となっている必要がある。燃料電池システム１は、燃料電池１０に供給される空気及び水素、若しくは何れか一方に加湿を行い、これらの加湿されたガスを燃料電池１０に供給することで、燃料電池１０内の電解質膜を加湿するように構成されている。

また、燃料電池１０では、発電の際の電気化学反応により熱及び水分が発生する。燃料電池１０内部で生じた生成水は、排気ガスに含まれた状態で、燃料電池１０の外部に排出される。

燃料電池１０の発電効率を考慮すると、燃料電池１０は、燃料電池システム１が作動している間、一定温度（例えば８０℃程度）に維持されている必要がある。また、燃料電池１０内部の電解質膜は、所定の許容上限温度を超えると、高温により破壊されてしまう。このため、燃料電池１０の温度が許容温度以下となるようにしておく必要がある。

図１に示すように、燃料電池システム１には、燃料電池１０の温度を一定の許容範囲内に維持するために、冷却水回路２０が配置されている。冷却水回路２０は、熱媒体としての冷却水を用いて燃料電池１０を冷却し、燃料電池１０の温度を制御している。冷却水としては、低温時における凍結を防止するために、例えばエチレングリコールと水の混合溶液を用いることができる。

冷却水回路２０には、冷却水循環流路２１と、ウォータポンプ２２と、熱交換器２３と、送風機２４とが設けられている。冷却水回路２０は、燃料電池１０と熱交換器２３の間で冷却水を循環させることで、燃料電池１０で発生した熱を系外へ放出する。

冷却水循環流路２１は、熱媒体である冷却水が流れる流路であり、燃料電池１０と熱交換器２３とを経由して循環するように構成されている。そして、ウォータポンプ２２は、冷却水循環流路２１に配置されており、冷却水を圧送することで、冷却水循環流路２１の内部において冷却水を循環させている。

熱交換器２３は、燃料電池１０で発生した熱を系外に放熱し、燃料電池１０を冷却するラジエータである。熱交換器２３は、所定の送風方向Ｗに流れる空気と内部を流通する冷却水とを熱交換する。所定の送風方向Ｗは、車両の前方から後方へ向かう方向である。熱交換器２３の構成は、後で説明する。

冷却水回路２０の冷却水は、燃料電池１０を流れる過程で、電気化学反応で発生した熱を吸熱して流出し、冷却水循環流路２１を介して、熱交換器２３へ流入する。熱交換器２３では、冷却水と送風空気との熱交換が行われ、冷却水の熱が送風空気に放熱される。その後、冷却水は、熱交換器２３から燃料電池１０へ向かって流れ、冷却水回路２０の冷却水循環流路２１を循環する。

熱交換器２３の後方側には、送風機２４が配置されており、送風方向Ｗへ向かう空気流れをつくりだしている。送風機２４の周囲には、ファンシュラウド２５が配置されており、送風機２４の送風性能を向上させている。

熱交換器２３を通過する送風方向Ｗの空気流れは、送風機２４の作動による流れに限定されるものではなく、車両走行時に生じる走行風を利用することも可能であるし、両者を併用することもできる。

燃料電池システム１では、冷却水回路２０における冷却水の温度制御は、後述する制御装置４０によって、ウォータポンプ２２による流量制御、送風機２４の送風量制御を行うことで実現される。

燃料電池システム１において、燃料電池１０による発電の際に発生した生成水は、燃料電池１０から空気通路１１を介して、空気に含まれた状態（即ち、気液二相状態）で排出される。このため、空気通路１１における燃料電池１０の下流側には、気液分離器１３が配置されている。

気液分離器１３は、燃料電池１０での発電の際に発生した生成水を、空気通路１１から排出された空気と共に回収し、水蒸気と水に分離する。そして、気液分離器１３で分離された水蒸気は、燃料電池システム１の外部に排出される。

一方、気液分離器１３で分離された水は、凝縮により温度が下げられた状態で気液分離器１３の内部に回収されて蓄えられる。気液分離器１３の内部に蓄えられた水は、燃料電池１０の電解質膜に対する加湿と、熱交換器２３の冷却に用いられる。

気液分離器１３には、加湿用流路２６と散布用流路２７が接続されている。加湿用流路２６は、気液分離器１３に蓄えられた水を燃料電池１０の電解質膜の加湿に用いるための流路である。加湿用流路２６は、空気通路１１及び水素通路１２における燃料電池１０の上流側に伸びており、燃料電池１０に供給される空気及び水素の加湿に用いられる。

燃料電池システム１は、空気通路１１及び水素通路１２を介して、燃料電池１０の電解質膜を加湿して湿潤状態とすることで、燃料電池１０における電気化学反応を安定させることができる。

散布用流路２７は、気液分離器１３に蓄えられた水を熱交換器２３の冷却に用いるための流路である。散布用流路２７は、電気自動車における熱交換器２３の前方側まで伸びている。

散布用流路２７には、散布用ポンプ２８と水散布冷却装置３０が配置されている。水散布冷却装置３０は、散布用流路２７の先端部に接続されており、気液分離器１３に蓄えられた水を熱交換器２３に散布する。

水散布冷却装置３０は、送風方向Ｗにおける熱交換器２３の上流側に配置されている。熱交換器２３と水散布冷却装置３０との間には、所定の隙間が設けられている。水散布冷却装置３０は、熱交換器２３や図示しない車体等に固定することができる。水散布冷却装置３０の具体的な構成については後述する。

水散布冷却装置３０による熱交換器２３への水の散布により、水の蒸発潜熱を利用して熱交換器２３の冷却能力を向上させることができる。そして、熱交換器２３の冷却能力を向上させることで、燃料電池１０による発電能力を向上させることができる。

散布用ポンプ２８は、散布用流路２７にて気液分離器１３と水散布冷却装置３０との間に配置された電動式ポンプであり、気液分離器１３内に蓄えられた水を吸込み、水散布冷却装置３０へ向かって圧送する。

燃料電池システム１には、制御装置４０が設けられている。制御装置４０は、燃料電池システム１を構成する各制御対象機器の作動を制御する制御部である。制御装置４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されている。制御装置４０は、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムに基づいて、燃料電池システム１の作動を制御することができる。

制御装置４０の入力側には、燃料電池１０及び図示しない水温センサが接続されている。制御装置４０は、燃料電池１０の出力や水温センサで検出された冷却水温度を取得することができる。制御装置４０の出力側には、ウォータポンプ２２、送風機２４、散布用ポンプ２８等の各制御対象機器が接続されている。

次に、熱交換器２３を図２、図３を用いて説明する。図２、図３に示すように、熱交換器２３は、放熱部２３１、タンク部２３２、インサート２３３を備えている。タンク部２３２およびインサート２３３は、非放熱部である。

放熱部２３１は、熱交換器２３において、空気が通過可能な部位であり、送風方向Ｗの空気流れを妨げない。タンク部２３２およびインサート２３３は、熱交換器２３において、空気が通過可能になっていない部位であり、送風方向Ｗの空気流れを妨げる。

放熱部２３１は、空気と内部を流通する冷却水との間で熱交換を行い、冷却水の熱を放熱する熱交換部である。放熱部２３１は、複数本のチューブ２３１ａとフィン２３１ｂによって形成された略矩形状の部位である。

放熱部２３１では、所定の送風方向Ｗに空気が通過する。本第１実施形態では、送風方向Ｗは、放熱部２３１の板面に交差する方向である。放熱部２３１では、隣接するチューブ２３１ａの隙間を空気が通過する。

複数本のチューブ２３１ａは、長手方向が鉛直方向に一致するように並列に積層配置されている。図２では紙面垂直方向がチューブ２３１ａの積層方向であり、図３では紙面左右方向がチューブ２３１ａの積層方向である。フィン２３１ｂは、隣接するチューブ２３１ａに接合されており、空気との伝熱面積を増大させて冷却水と空気との熱交換を促進する。放熱部２３１では、各チューブ２３１ａの間を空気が通過可能となっている。

タンク部２３２は、放熱部２３１におけるチューブ２３１ａの長手方向の両端部に設けられている。本第１実施形態では、タンク部２３２は、放熱部２３１の上下方向の両端部に設けられている。

タンク部２３２は、放熱部２３１の上側に設けられた上側タンク部と、放熱部２３１の下側に設けられた下側タンク部とからなる。タンク部２３２は、複数本のチューブ２３１ａの端部に接続されており、チューブ２３１ａと連通している。

タンク部２３２は、放熱部２３１を流通する冷却水の分配または集合の少なくとも一方を行う。本第１実施形態では、上側に設けられたタンク部２３２が放熱部２３１の各チューブ２３１ａに冷却水を分配し、下側に設けられたタンク部２３２が放熱部２３１の各チューブ２３１ａを流通した冷却水を集合させる。

インサート２３３は、放熱部２３１におけるチューブ２３１ａの積層方向の両端部に設けられている。本第１実施形態では、インサート２３３は、放熱部２３１の水平方向の両端部に設けられている。

インサート２３３は、放熱部２３１を補強する補強部材である。インサート２３３は、２つのタンク部２３２を結ぶ方向（つまり、上下方向）に配置されている。

次に、水散布冷却装置３０を図２～図４を用いて説明する。水散布冷却装置３０は、例えば樹脂材料や金属材料によって構成することができる。図２、図３に示すように、水散布冷却装置３０は、供給部３０１、フレーム部３０２、ガイド部３０３を備えている。

供給部３０１は、散布用流路２７から供給された水を熱交換器２３に供給する。供給部３０１は、中空状部材であり、散布用流路２７から供給された水を内部に貯蔵可能となっている。本第１実施形態では、供給部３０１を円筒形状としているが、中空状部材であればよく、形状は任意である。供給部３０１は、長手方向が水平となるように配置されている。

供給部３０１は、内部の水を熱交換器２３に供給するための供給孔３０１ａが設けられている。供給部３０１の内部の水は、供給孔３０１ａから外部に流出可能となっている。供給孔３０１ａは複数設けられている。複数の供給孔３０１ａは、供給部３０１の長手方向に沿って所定間隔で配置されている。供給孔３０１ａは、送風方向Ｗにおいて、放熱部２３１と重ならない位置に設けられている。

本第１実施形態では、供給孔３０１ａは供給部３０１における送風方向Ｗの下流側に設けられている。このため、供給孔３０１ａは、供給部３０１における熱交換器２３に対向する側に設けられている。

フレーム部３０２は、供給部３０１を支持する支持部材である。フレーム部３０２は、車体または熱交換器２３に固定されている。フレーム部３０２は、車体側からの振動等の入力を吸収し、供給部３０１への振動等の入力を抑制している。

フレーム部３０２は、供給部３０１と一体成型してもよく、あるいは供給部３０１と別部材として供給部３０１に組み付けてもよい。供給部３０１およびフレーム部３０２を別部材とする場合は、これらを異種材料から構成してもよい。

供給部３０１には、ガイド部３０３が設けられている。ガイド部３０３は、供給部３０１の供給孔３０１ａから供給される水を供給部３０１から離れた位置まで誘導し、放熱部２３１に散布する。供給部３０１から供給される水は、ガイド部３０３から液体の状態で放熱部２３１に散布される。

ガイド部３０３は、供給部３０１の供給孔３０１ａから重力が作用する方向の下方に向かって延びるように設けられている。このため、ガイド部３０３の先端部３０３ａは、供給孔３０１ａよりも重力方向下方に位置している。

ガイド部３０３は、複数の供給孔３０１ａのそれぞれに対応して設けられている。複数のガイド部３０３は互いに交わらないように並列して配置されており、複数のガイド部３０３が櫛状に配置されている。

図４に示すように、ガイド部３０３は板状部材である。ガイド部３０３は、板面が送風方向Ｗと平行となるように配置されている。

ガイド部３０３には、溝部３０３ｂが設けられている。溝部３０３ｂは、ガイド部３０３の長手方向に沿って設けられている。本第１実施形態では、溝部３０３ｂは、ガイド部３０３における送風方向Ｗの下流側に設けられている。

溝部３０３ｂは、一端側が供給孔３０１ａに接続しており、他端側がガイド部３０３の先端部３０３ａまで設けられている。つまり、溝部３０３ｂは、ガイド部３０３の上端から下端まで設けられている。本第１実施形態では、溝部３０３ｂの断面形状はＵ字状となっているが、これに限定されるものではなく、溝部３０３ｂの断面形状は任意に設定することができる。

供給孔３０１ａから供給される水は、重力と溝部３０３ｂによって生じる表面張力によって、ガイド部３０３を伝って下方に移動し、ガイド部３０３の先端部３０３ａまで誘導される。ガイド部３０３の先端部３０３ａまで移動した水は、液滴に成長する前に熱交換器２３の放熱部２３１を通過する空気流れによって先端部３０３ａから離脱する。ガイド部３０３の先端部３０３ａから離脱した水は、落下しながら送風方向Ｗに移動して熱交換器２３の表面に散布される。

供給部３０１から供給された水は、ガイド部３０３によって供給部３０１から離れた位置まで誘導され、熱交換器２３の表面に広範囲に散布される。ガイド部３０３から散布される水は、液滴に成長する前にガイド部３０３から離脱することから、熱交換器２３の表面に均一に散布される。水散布冷却装置３０から散布された水は、熱交換器２３の表面で蒸発し、蒸発潜熱によって熱交換器２３の冷却能力を向上させる。

水散布冷却装置３０において、供給部３０１およびフレーム部３０２は、送風方向Ｗにおける投影面積が大きい部位である。供給部３０１およびフレーム部３０２は、送風方向Ｗにおいて、熱交換器２３の放熱部２３１と重ならない位置に設けられている。本第１実施形態では、供給部３０１およびフレーム部３０２は、送風方向Ｗにおいて、熱交換器２３の上側に設けられたタンク部２３２と重なる位置に設けられている。これにより、供給部３０１およびフレーム部３０２が放熱部２３１の空気流れに影響を与えることを抑制でき、放熱部２３１を流れる空気の通風抵抗が増大することを抑制できる。

ガイド部３０３は、供給部３０１から熱交換器２３の放熱部２３１に向かって伸びるように設けられており、ガイド部３０３の先端部３０３ａは放熱部２３１と重なる位置に設けられている。このため、ガイド部３０３の一端側はタンク部２３２と重なる位置にあり、ガイド部３０３の他端側は放熱部２３１と重なる位置にある。

ガイド部３０３は、供給部３０１およびフレーム部３０２と比べて、送風方向Ｗにおける投影面積が小さい部位である。このため、ガイド部３０３が放熱部２３１の空気流れに影響を与えることを抑制でき、放熱部２３１を流れる空気の通風抵抗が増大することを抑制できる。

ここで、本第１実施形態の水散布冷却装置３０を用いた場合の熱交換器２３の通風抵抗および冷却性能を図５、図６を用いて説明する。図５、図６では、実線が本第１実施形態を示し、破線が比較例を示している。図５の一点鎖線は、本第１実施形態の送風機２４の特性を示している。

本第１実施形態では、送風方向Ｗにおいて、水散布冷却装置３０のうち供給部３０１とフレーム部３０２が放熱部２３１と重ならないように配置されている。これに対し、送風方向Ｗにおいて、水散布冷却装置３０の全体が放熱部２３１と重なるように配置された構成を比較例としている。つまり、比較例では、送風方向Ｗにおいて、供給部３０１とフレーム部３０２が放熱部２３１と重なるように配置されている。

図５に示すように、第１実施形態では、比較例よりも、放熱部２３１を通過する空気の通風抵抗が小さくなっており、風速が大きくなっている。つまり、本第１実施形態によれば、水散布冷却装置３０を設けた場合であっても、放熱部２３１を通過する空気の通風抵抗の増大を抑制でき、風速の低下を抑制できている。

図６に示すように、第１実施形態では、比較例よりも、熱交換器２３の冷却性能が高くなっている。つまり、本第１実施形態によれば、水散布冷却装置３０を設けた場合であっても、熱交換器２３の冷却性能の低下を抑制できている。

以上説明した本第１実施形態の水散布冷却装置３０では、送風方向Ｗにおいて、投影面積が大きい供給部３０１およびフレーム部３０２を熱交換器２３の放熱部２３１と重ならない位置に配置している。このため、水散布冷却装置３０は、供給部３０１およびフレーム部３０２によって放熱部２３１を通過する空気の通風抵抗が増大することを抑制できる。

また、本第１実施形態の水散布冷却装置３０では、ガイド部３０３を供給部３０１から熱交換器２３の放熱部２３１に向かって伸びるように設けている。このガイド部３０３によって、供給部３０１から供給される水を供給部３０１から離れた位置まで誘導し、放熱部２３１に水を広範囲に散布することができる。

また、本第１実施形態の水散布冷却装置３０では、ガイド部３０３を設けることで、供給孔３０１ａから供給される水が大きな液滴に成長する前に熱交換器２３に水を散布することができる。これにより、供給部３０１の供給孔３０１ａから直接水を散布する場合よりも、水を放熱部２３１に均一に散布することができる。

ガイド部３０３は、供給部３０１およびフレーム部３０２よりも送風方向Ｗにおける投影面積が小さい。このため、ガイド部３０３が送風方向Ｗからみて放熱部２３１と重なる位置に設けられていても、放熱部２３１を通過する空気の通風抵抗が増大することを抑制できる。

また、本第１実施形態のガイド部３０３は、板面が送風方向Ｗと平行になるように設けられている。これにより、ガイド部３０３の送風方向Ｗにおける投影面積をできるだけ小さくすることができ、ガイド部３０３によって放熱部２３１を通過する空気の通風抵抗が増大することを効果的に抑制できる。

また、本第１実施形態では、ガイド部３０３に溝部３０３ｂが設けられている。このため、供給部３０１の供給孔３０１ａから供給される水は、重力と溝部３０３ｂによって生じる表面張力によって、供給孔３０１ａに留まることなくガイド部３０３の先端まで移動しやすくなる。これにより、供給孔３０１ａから供給される水が大きな液滴に成長する前に熱交換器２３に水を散布することができ、熱交換器２３の放熱部２３１に水を均一に散布できる。

また、本第１実施形態では、ガイド部３０３における送風方向Ｗの下流側に溝部３０３ｂを設けている。これにより、供給孔３０１ａから供給された水が溝部３０３ｂを移動する際に、送風方向Ｗに流れる風の影響を受けにくくすることができる。このため、供給孔３０１ａから供給された水をガイド部３０３の先端部３０３ａまで確実に移動させることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図７を用いて説明する。以下、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。なお、図７では、紙面垂直方向が送風方向Ｗとなっている。

図７に示すように、本第２実施形態の熱交換器２３は、チューブ２３１ａの長手方向が水平方向に一致するように配置されている。このため、タンク部２３２が放熱部２３１の水平方向の両端部に配置されており、インサート２３３が放熱部２３１の上下方向の両端部に配置されている。

供給部３０１およびフレーム部３０２は、送風方向Ｗからみて熱交換器２３の放熱部２３１と重ならない位置に設けられている。本第２実施形態では、供給部３０１およびフレーム部３０２は、送風方向Ｗにおいて、インサート２３３と重なる位置に設けられている。図７に示す例では、供給部３０１およびフレーム部３０２は、送風方向Ｗにおいて、一部がインサート２３３と重なる位置に設けられており、他の部分が熱交換器２３自体と重ならない位置に設けられている。

以上説明した本第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様、放熱部２３１を通過する空気の通風抵抗が増大することを抑制でき、さらに放熱部２３１に水を広範囲に散布することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を図８、図９を用いて説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図８、図９に示すように、熱交換器２３の放熱部２３１は、高風速領域２３１ｃと低風速領域２３１ｄとを含んでいる。低風速領域２３１ｄは、送風方向Ｗに放熱部２３１を通過する空気の風速が高風速領域２３１ｃよりも遅い領域である。

高風速領域２３１ｃは、送風方向Ｗにおいて、放熱部２３１における送風機２４と重なる領域である。低風速領域２３１ｄは、送風方向Ｗにおいて、放熱部２３１における送風機２４と重ならない領域である。

高風速領域２３１ｃは、送風機２４で生成する空気流れの影響を直接受けるため、通過する空気の風速が高くなる。一方、低風速領域２３１ｄは、送風機２４で生成する空気流れの影響を受けにくく、通過する空気の風速が高くなりにくい。つまり、高風速領域２３１ｃは、低風速領域２３１ｄよりも通過する空気の風速が高く、冷却性能が高い領域である。低風速領域２３１ｄは、高風速領域２３１ｃよりも空気の風速が低く、冷却性能が低い領域である。

図８、図９に示すように、水散布冷却装置３０の供給部３０１は、送風方向Ｗにおいて、全体が放熱部２３１と重なるように設けられている。水散布冷却装置３０の供給部３０１は、放熱部２３１における低風速領域２３１ｄに対応して設けられている。

水散布冷却装置３０のフレーム部３０２は、送風方向Ｗにおいて、一部が放熱部２３１と重なるように設けられており、残りの部位がタンク部２３２と重なるように設けられている。送風方向Ｗにおいて、フレーム部３０２が放熱部２３１と重なっている部位は、低風速領域２３１ｄに対応して設けられている。

水散布冷却装置３０のガイド部３０３は、送風方向Ｗにおいて、放熱部２３１と重なる領域に設けられている。ガイド部３０３の先端部３０３ａは、送風方向Ｗにおいて、放熱部２３１の高風速領域２３１ｃあるいは低風速領域２３１ｄに対応して設けられている。

以上説明した本第３実施形態の水散布冷却装置３０では、供給部３０１を放熱部２３１の中で風速が低く、冷却性能が低い領域である低風速領域２３１ｄに対応する位置に設けている。このため、供給部３０１によって、放熱部２３１を通過する空気の通風抵抗が増大することを抑制でき、放熱部２３１の冷却性能が低下することを抑制できる。

また、本第３実施形態の水散布冷却装置３０では、フレーム部３０２の一部のみを放熱部２３１に対応する位置に設けている。このため、フレーム部３０２によって放熱部２３１を通過する空気の通風抵抗が増大することを抑制でき、フレーム部３０２が放熱部２３１の冷却性能に影響を与えることを抑制できる。

また、本第３実施形態の水散布冷却装置３０では、供給部３０１から離れた位置に水を誘導するガイド部３０３を設けている。これにより、供給部３０１から供給される水を放熱部２３１に広範囲に散布することができる。さらに、ガイド部３０３によって、供給部３０１から供給される水を放熱部２３１に均一に散布することができる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態を図１０、図１１を用いて説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図１０、図１１に示すように、本第４実施形態では、水散布冷却装置３０の供給部３０１は、車両のバンパー３と熱交換器２３の間に設けられている。バンパー３は、熱交換器２３よりも送風方向Ｗの上流側に設けられ、かつ、送風方向Ｗの空気流れを妨げる風上側部材である。風上側部材は、放熱部２３１を流れる空気の通風抵抗を増大させる。なお、風上側部材は、バンパー３に限らず、図示しないフロントグリル等であってもよい。

送風方向Ｗにおいて、放熱部２３１におけるバンパー３と重なる領域は、バンパー３によって空気流れが妨げられ、通過する空気の風速が低くなる。一方、送風方向Ｗにおいて、放熱部２３１におけるバンパー３と重ならない領域は、高風速領域２３１ｃは、バンパー３の影響が小さく、通過する空気の風速が低くなりにくい。つまり、送風方向Ｗにおいて、放熱部２３１におけるバンパー３と重なる領域は低風速領域２３１ｄであり、放熱部２３１におけるバンパー３と重ならない領域は高風速領域２３１ｃである。

図１０、図１１に示すように、水散布冷却装置３０の供給部３０１は、送風方向Ｗにおいて、全体が放熱部２３１と重なるように設けられている。水散布冷却装置３０の供給部３０１は、放熱部２３１における低風速領域２３１ｄに対応して設けられている。

水散布冷却装置３０のフレーム部３０２は、送風方向Ｗにおいて、一部が放熱部２３１と重なるように設けられており、残りの部位がタンク部２３２と重なるように設けられている。送風方向Ｗにおいて、フレーム部３０２が放熱部２３１と重なっている部位は、大部分が高風速領域２３１ｃに対応して設けられている。

以上説明した本第４実施形態の水散布冷却装置３０では、上記第３実施形態と同様の効果を得ることができる。つまり、供給部３０１やフレーム部３０２によって、放熱部２３１を通過する空気の通風抵抗が増大することを抑制でき、放熱部２３１の冷却性能が低下することを抑制できる。さらに、ガイド部３０３によって、供給部３０１から供給される水を放熱部２３１に広範囲に散布することができ、さらに供給部３０１から供給される水を放熱部２３１に均一に散布することができる。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態を図１２、図１３を用いて説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図１２、図１３に示すように、本第５実施形態では、水散布冷却装置３０の供給部３０１は、熱交換器２３と燃料電池１０の間に設けられている。燃料電池１０は、熱交換器２３よりも送風方向Ｗの空気流れ下流側に設けられ、かつ、送風方向Ｗの空気流れを妨げる風下側部材である。風下側部材は、放熱部２３１を流れる空気の通風抵抗を増大させる。なお、風下側部材は、燃料電池１０に限らず、図示しないインバータ等であってもよい。

送風方向Ｗにおいて、放熱部２３１における燃料電池１０と重なる領域は、燃料電池１０によって空気流れが妨げられ、通過する空気の風速が低くなる。一方、送風方向Ｗにおいて、放熱部２３１における燃料電池１０と重ならない領域は、高風速領域２３１ｃは、バンパー３の影響が小さく、通過する空気の風速が低くなりにくい。つまり、送風方向Ｗにおいて、放熱部２３１における燃料電池１０と重なる領域は低風速領域２３１ｄであり、放熱部２３１における燃料電池１０と重ならない領域は高風速領域２３１ｃである。

図１２、図１３に示すように、水散布冷却装置３０の供給部３０１は、送風方向Ｗにおいて、全体が放熱部２３１と重なるように設けられている。水散布冷却装置３０の供給部３０１は、放熱部２３１における低風速領域２３１ｄに対応して設けられている。

以上説明した本第５実施形態の水散布冷却装置３０では、上記第３実施形態と同様の効果を得ることができる。つまり、供給部３０１やフレーム部３０２によって、放熱部２３１を通過する空気の通風抵抗が増大することを抑制でき、放熱部２３１の冷却性能が低下することを抑制できる。さらに、ガイド部３０３によって、供給部３０１から供給される水を放熱部２３１に広範囲に散布することができ、さらに供給部３０１から供給される水を放熱部２３１に均一に散布することができる。

（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態を図１４、図１５を用いて説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。なお、本第６実施形態では、上記各実施形態の熱交換器２３を第１熱交換器２３としている。

図１４、図１５に示すように、本第６実施形態では、第１熱交換器２３とは異なる第２熱交換器２９が設けられている。第１熱交換器２３および第２熱交換器２９は、送風方向Ｗに並んで配置されている。図１４、図１５に示す例では、送風方向Ｗにおいて、第１熱交換器２３の空気流れ上流側に第２熱交換器２９が設けられている。第２熱交換器２９は、第１熱交換器２３よりも小型であり、第１熱交換器２３よりも上下方向の長さが短くなっている。

本第６実施形態では、２つの熱交換器２３、２９は、それぞれ異なる冷却水回路に設けられている。第１熱交換器２３は、冷却水回路２０に設けられており、燃料電池１０を冷却する。第２熱交換器２９は、図示しない冷却水回路に設けられており、例えば図示しない２次電池等を冷却する。

第１熱交換器２３と第２熱交換器２９は同様の構成を備えている。第１熱交換器２３には、第１熱交換器放熱部２３１、第１熱交換器タンク部２３２、第１熱交換器インサート２３３が設けられている。第２熱交換器２９には、第２熱交換器放熱部２９１、第２熱交換器タンク部２９２、第２熱交換器インサート２９３が設けられている。第２熱交換器放熱部２９１は空気が通過可能な部位であり、送風方向Ｗの空気流れを妨げない。第２熱交換器タンク部２９２および第２熱交換器インサート２９３は、空気が通過可能になっていない部位であり、送風方向Ｗの空気流れを妨げる。

本第６実施形態では、送風方向Ｗにおいて、第１熱交換器放熱部２３１の一部と上側に配置された第２熱交換器タンク部２９２とが重なり合っている。送風方向Ｗにおいて、第１熱交換器放熱部２３１における第２熱交換器タンク部２９２と重なる領域は、第２熱交換器タンク部２９２によって空気流れが妨げられ、通過する空気の風速が低くなる。一方、送風方向Ｗにおいて、第１熱交換器放熱部２３１における第２熱交換器タンク部２９２と重ならない領域は、第２熱交換器タンク部２９２の影響が小さく、通過する空気の風速が低くなりにくい。

つまり、送風方向Ｗにおいて、第１熱交換器放熱部２３１における第２熱交換器タンク部２９２と重なる領域は低風速領域２３１ｄである。送風方向Ｗにおいて、第１熱交換器放熱部２３１における第２熱交換器タンク部２９２と重ならない領域は高風速領域２３１ｃである。

本第６実施形態では、水散布冷却装置３０は、第１熱交換器２３と第２熱交換器２９の間に設けられている。つまり、送風方向Ｗの上流側から第２熱交換器２９、水散布冷却装置３０、第１熱交換器２３の順に配置されている。水散布冷却装置３０は、送風方向Ｗの空気流れ下流側の第１熱交換器２３に水を散布する。

図１４、図１５に示すように、水散布冷却装置３０の供給部３０１は、送風方向Ｗにおいて、全体が第１熱交換器放熱部２３１と重なるように設けられている。水散布冷却装置３０の供給部３０１は、第１熱交換器放熱部２３１における低風速領域２３１ｄに対応して設けられている。

水散布冷却装置３０のフレーム部３０２は、送風方向Ｗにおいて、一部が第１熱交換器放熱部２３１と重なるように設けられており、残りの部位が第１熱交換器タンク部２３２と重なるように設けられている。送風方向Ｗにおいて、フレーム部３０２が第１熱交換器放熱部２３１と重なっている部位は、大部分が高風速領域２３１ｃに対応して設けられている。

水散布冷却装置３０のガイド部３０３は、送風方向Ｗにおいて、第１熱交換器放熱部２３１と重なる領域に設けられている。ガイド部３０３は、送風方向Ｗにおいて、第１熱交換器放熱部２３１の高風速領域２３１ｃおよび低風速領域２３１ｄに対応して設けられている。

以上説明した本第６実施形態の水散布冷却装置３０では、上記第３実施形態と同様の効果を得ることができる。つまり、供給部３０１やフレーム部３０２によって、第１熱交換器放熱部２３１を通過する空気の通風抵抗が増大することを抑制でき、第１熱交換器放熱部２３１の冷却性能が低下することを抑制できる。さらに、ガイド部３０３によって、供給部３０１から供給される水を第１熱交換器放熱部２３１に広範囲に散布することができ、さらに供給部３０１から供給される水を第１熱交換器放熱部２３１に均一に散布することができる。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。

例えば、上記各実施形態では、本発明の水散布冷却システムを燃料電池車両に適用した例について説明したが、本発明の水散布冷却システムを内燃機関を駆動源とする車両に適用してもよい。

また、上記各実施形態では、本発明の水散布冷却システムでラジエータとしての熱交換器２３に水を散布するように構成したが、本発明の水散布冷却システムをラジエータ以外の熱交換器（例えばコンデンサ）に水を散布するにしてもよい。

また、上記各実施形態では、供給部３０１の供給孔３０１ａを送風方向Ｗの下流側に設けたが、供給孔３０１ａを送風方向Ｗの下流側以外の部位に設けてもよい。

また、上記各実施形態では、ガイド部３０３を板状に形成したが、ガイド部３０３を板状以外の形状としてもよい。

また、上記各実施形態では、ガイド部３０３の溝部３０３ｂを送風方向Ｗの下流側に設けたが、ガイド部３０３の溝部３０３ｂを送風方向の下流側以外に設けてもよい。

また、上記各実施形態では、複数のガイド部３０３をすべて同じ長さとしたが、これに限らず、長さが異なる複数種類のガイド部３０３を設けてもよい。例えば、長さが異なる２種類のガイド部３０３を交互に設けることができる。このように、隣接するガイド部３０３は長さが異なる構成は、隣接するガイド部３０３の長さが同じである構成に比べて、隣接するガイド部３０３の先端部３０３ａの間隔が大きくなる。このため、隣接するガイド部３０３が近接配置された場合であっても、隣接するガイド部３０３から散布される水が結合しにくい。このため、供給部３０１の供給孔３０１ａの間隔を狭くすることができ、熱交換器２３の放熱部２３１に水を均一に散布しやすくなる。

また、上記各実施形態では、供給部３０１の複数の供給孔３０１ａのすべてにガイド部３０３を設けたが、これに限らず、少なくとも一部の供給孔３０１ａにガイド部３０３が設けられていればよい。つまり、ガイド部３０３が設けられていない供給孔３０１ａが存在してもよい。

また、上記第６実施形態では、第２熱交換器２９を第１熱交換器２３よりも送風方向Ｗの上流側に設けたが、第２熱交換器２９を第１熱交換器２３よりも送風方向Ｗの下流側に設けてもよい。この場合には、送風方向Ｗの上流側から水散布冷却装置３０、第１熱交換器２３、第２熱交換器２９の順に配置される。

３バンパー（風上側部材）
１０燃料電池（風下側部材）
２３熱交換器、第１熱交換器
２３１放熱部、第１熱交換器放熱部
２３１ｃ高風速領域
２３１ｄ低風速領域
２３２タンク部、第１熱交換器タンク部
２３３インサート、第１熱交換器インサート
２４送風機
２９第２熱交換器
２９１第２熱交換器放熱部
２９２第２熱交換器タンク部
３０水散布冷却装置
３０１供給部
３０３ガイド部

Claims

所定の送風方向（Ｗ）に流れる空気と内部を流通する熱媒体との間で熱交換を行う放熱部（２３１）を有する熱交換器（２３）に対し、前記送風方向の上流側から水を散布して前記熱交換器を冷却する水散布冷却装置であって、
前記放熱部に散布される水を貯蔵する供給部（３０１）と、
前記供給部に接続され、前記供給部から供給される水を前記供給部から離れた位置まで誘導して前記放熱部に散布するガイド部（３０３）と、
を備え、
前記放熱部は、前記送風方向に流れる空気が通過可能になっており、
前記供給部は、前記送風方向において、前記放熱部と重ならない位置に設けられている水散布冷却装置。
前記熱交換器は、前記放熱部と内部が連通し、前記放熱部を流通する熱媒体の分配または集合の少なくとも一方を行うタンク部（２３２）を備え、
前記供給部は、前記送風方向において、前記タンク部と重なる位置に設けられている請求項１に記載の水散布冷却装置。
前記熱交換器は、前記放熱部の端部に沿って設けられ、前記放熱部を補強するインサート（２３３）を備え、
前記供給部は、前記送風方向において、前記インサートと重なる位置に設けられている請求項１に記載の水散布冷却装置。
所定の送風方向（Ｗ）に流れる空気と内部を流通する熱媒体との間で熱交換を行う放熱部（２３１）を有する熱交換器（２３）に対し、前記送風方向の上流側から水を散布して前記熱交換器を冷却する水散布冷却装置であって、
前記放熱部に散布される水を貯蔵する供給部（３０１）と、
前記供給部から供給される水を前記供給部から離れた位置に誘導して前記放熱部に散布するガイド部（３０３）と、
を備え、
前記放熱部は、前記送風方向に流れる空気が通過可能になっており、
前記放熱部は、高風速領域（２３１ｃ）と、前記送風方向に流れる空気の風速が前記高風速領域よりも遅い低風速領域（２３１ｄ）とを含んでおり、
前記供給部は、前記送風方向において、前記放熱部の前記低風速領域と重なる位置に設けられている水散布冷却装置。
前記放熱部は、送風機（２４）によって送風される空気が通過可能となっており、
前記低風速領域は、前記送風方向において、前記放熱部における前記送風機と重なる領域である請求項４に記載に水散布冷却装置。
前記熱交換器の前記送風方向における上流側に空気流れを妨げる風上側部材（３）が設けられており、
前記低風速領域は、前記送風方向において、前記放熱部における前記風上側部材と重なる領域である請求項４に記載に水散布冷却装置。
前記熱交換器の前記送風方向における下流側に空気流れを妨げる風下側部材（１０）が設けられており、
前記低風速領域は、前記送風方向において、前記放熱部における前記風下側部材と重なる領域である請求項４に記載に水散布冷却装置。
前記熱交換器を第１熱交換器とし、前記放熱部を第１熱交換器放熱部とした場合に、前記第１熱交換器とは異なる第２熱交換器（２９）が設けられており、
前記第２熱交換器は、前記送風方向に流れる空気と内部を流通する熱媒体との間で熱交換を行う第２熱交換器放熱部（２９１）と、前記第２熱交換器放熱部と内部が連通し、前記第２熱交換器放熱部を流通する熱媒体の分配または集合の少なくとも一方を行う第２熱交換器タンク部（２９２）とを有しており、
前記低風速領域は、前記送風方向において、前記第１熱交換器放熱部における前記第２熱交換器タンク部と重なる領域である請求項４に記載の水散布冷却装置。