JP3573478B2

JP3573478B2 - 燃料冷却装置

Info

Publication number: JP3573478B2
Application number: JP03917594A
Authority: JP
Inventors: 正佳臼井; 勝志梅沢
Original assignee: Usui Co Ltd
Current assignee: Usui Co Ltd
Priority date: 1994-02-14
Filing date: 1994-02-14
Publication date: 2004-10-06
Anticipated expiration: 2019-10-06
Also published as: JPH07224731A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、車両のエンジンに供給するガソリン、軽油等の液体燃料を冷却する燃料冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料噴射装置を備えた自動車では、燃料は常時燃料ポンプにより燃料タンクからエンジンに送られて噴射され、エンジンに噴射されなかった燃料は燃料タンクに還流され、またこの燃料を使用して噴射用インジェクタのソレノイドコイル等を冷却することもある。しかし、燃料が燃料タンクとエンジンとを常時循環してエンジンへの燃料の供給が行われているために、燃料の温度はエンジンルーム内の熱等によって上昇し、例えばガソリンエンジンの場合、燃料の温度が５５℃を越えると、燃料の揮発が激しくなり、燃費が悪化すると共に環境汚染などの問題が生じ易い。
【０００３】
また、燃料の沸騰によって燃料配管中に気体が発生することにより、燃料の供給が不安定となり、エンジンの運転に円滑性を欠く等制御の信頼性が低下したり、エンジン停止後の高温状態でのエンジンの再起動が困難になるという問題も発生する。
【０００４】
これらの問題を解決するためには、エンジンに供給又はタンクに還流される燃料を冷却することが必要であり、従来はカーエアコンの冷気を利用したり、冷媒により燃料配管を冷却することにより燃料の温度上昇を抑えている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
カーエアコンの冷気を利用して燃料を冷却する方法では、車両の燃費が悪化すると共に、渋滞時などで車速が低下しエンジンの回転数が低くなると、燃料の温度が上昇し易くなるが、この状態ではカーエアコンの冷却効率が低下し、燃料冷却の効率が悪化するという問題がある。また、冷媒により燃料を冷却する方法では、冷却効率を高めるためには冷媒の維持コスト上で問題が生じると共に、使用中や装置廃棄時に冷媒が漏洩、放出されて近年問題となっている環境汚染が発生するものである。
【０００６】
本発明は、前述したようなこの種の燃料冷却の現状に鑑みてなされたものであり、その目的は、ゼオライトの吸湿発熱特性を利用することにより車速に依存されずに安定した冷却効果を有し、維持コストも低減可能な燃料冷却装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、Ｘタイプ、Ｙタイプ、Ａタイプ等のゼオライトを有する複数のゼオライト反応槽と潜熱熱交換器とを備え、車両のエンジンに供給する燃料と、乾燥活性化されたゼオライト反応槽の吸湿発熱反応で得られる高温乾燥空気とを、前記潜熱熱交換器に供給し、該潜熱熱交換器内の水分が前記乾燥空気に吸湿されて気化熱を奪うことにより前記燃料を間接的に冷却する燃料冷却装置であり、
第１のゼオライト反応槽で高温化された乾燥空気が第１の熱交換器で温度調整され、この温度調整された空気と前記燃料とが、前記潜熱熱交換器に供給されて前記燃料が冷却され、前記潜熱熱交換器を通過した空気が、前記第１のゼオライト反応槽に戻されるように、前記第１のゼオライト反応槽、前記第１の熱交換器及び前記潜熱熱交換器が、互いに直列に接続されて形成された燃料冷却循環流路と、
第２のゼオライト反応槽に第２の熱交換器で温度調整した外気を流入させて、前記第２のゼオライト反応槽を乾燥する活性化流路と、
前記活性化流路で乾燥活性化されたゼオライト反応槽を、前記第１のゼオライト反応槽として、前記燃料冷却循環流路に切換挿入し、前記燃料冷却循環流路で使用されて加湿されたゼオライト反応槽を、前記第２のゼオライト反応槽として前記活性化流路に切換挿入するように、前記複数のゼオライト反応槽を選択して切換制御を行う切換制御手段とを有することを特徴とするものである。
【０００８】
【作用】
この構成では、第１のゼオライト反応槽、第１の熱交換器及び潜熱熱交換器が、互いに直列に接続されて形成される燃料冷却循環流路において、第１のゼオライト反応槽でゼオライトの吸湿発熱作用により空気中の水分がゼオライトに吸収されると共に、その反応熱により加熱されて高温化された乾燥空気が、第１の熱交換器でほぼ大気温度近くまで温度（低下）調整され、このように温度調整されたほぼ大気温度の乾燥空気と、エンジンに供給する燃料とが潜熱熱交換器に供給され、潜熱熱交換器で該潜熱熱交換器内の水分が乾燥空気に吸湿され、その際気化熱が奪われることによって燃料が間接的に冷却され、冷却された燃料がエンジンに供給或いはタンクに還流され、潜熱熱交換器を通過して温度は低いが加湿された空気は第１のゼオライト反応槽に戻されて燃料冷却循環流路内を循環する。
【０００９】
また、第２のゼオライト反応槽に第２の熱交換器でエンジンの排気ガス熱等を利用して高い温度に温度（上昇）調整した外気を流入させて、第２のゼオライト反応槽内のゼオライトを脱水乾燥する活性化流路により、加湿されていた第２のゼオライト反応槽は乾燥活性化される。
【００１０】
この場合、切換制御手段によって、活性化流路で乾燥活性化されたゼオライト反応槽を、第１のゼオライト反応槽として燃料冷却循環流路に切換挿入し、燃料冷却循環流路で使用されて加湿されていたゼオライト反応槽を、第２のゼオライト反応槽として活性化流路に切換挿入するように、複数のゼオライト反応槽を選択して切換制御が行われる。
【００１１】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【００１２】
先ず、第１の実施例を図１及び図２を参照して説明する。ここで、図１は本実施例の動作時の構成を示す説明図、図２は本実施例の停止時の構成を示す説明図である。
【００１３】
これらの図に示すように、エンジン１からの排気ガスが配管２ａにより第２の熱交換器３に供給され、熱交換されて温度の低下した排気ガスが第２の熱交換器３から配管２ｂによって大気に放出されており、この第２の熱交換器３には外気がブロワ４を介し、配管５ａによって流入され、熱交換器３で熱交換されて高温となった空気を導く配管５ｂは切換弁６、７に接続してある。また、切換弁６、７はそれぞれゼオライトを内装したゼオライト反応槽８ａ、８ｂの入口側に接続してあり、ゼオライト反応槽８ａ、８ｂの出口側には、それぞれ切換弁９、１０の入口側が接続してある。なお、使用されるゼオライトとしてはＡタイプ、Ｘタイプ、Ｙタイプ等が使用できるが、最大の多孔質開口と吸水性を有するＸタイプのゼオライトが好ましく、これを球状ペレット又は棒状体として使用する。切換弁９、１０の出口側は配管２５で大気に開放されると共に、配管１１、１２を介して第１の熱交換器１３の入口側に接続してあり、第１の熱交換器１３の出口側は配管１４ａを介して、潜熱熱交換器１５の入口側に接続してあり、潜熱熱交換器１５の出口側は配管１４ｂ及びブロワ１９を介して、配管１４ｃにより切換弁６及び切換弁７の入口側に接続してある。また、潜熱熱交換器１５には、水１６が充填してあり、この水１６から先端を突出させて、底部より毛細管現象を利用して吸水し上部で気化する吸水筒１７が配置してあり、この吸水筒１７には燃料の供給管１８が巻装されている。
【００１４】
そして、図１に示す装置の動作時には、切換弁６は配管１４ｃをゼオライト反応槽８ａに接続するように切り換えられ、切換弁７は配管５ｂをゼオライト反応槽８ｂに接続するように切り換えられている。同様に、装置の動作時には、切換弁９はゼオライト反応槽８ａを配管１１に接続するように切り換えられ、切換弁１０はゼオライト反応槽８ｂを配管２５に接続するように切り換えられている。この状態で、ゼオライト反応槽８ａ、切換弁９、配管１１、１２、第１の熱交換器１３、配管１４ａ、潜熱熱交換器１５、配管１４ｂ、ブロワ１９、配管１４ｃ、切換弁６及びゼオライト反応槽８ａで燃料冷却循環流路が形成され、大気、ブロワ４、配管５ａ、第２の熱交換器３、配管５ｂ、切換弁７、ゼオライト反応槽８ｂ、切換弁１０、配管２５及び大気で活性化流路が形成されている。また、装置の停止時には、図２に示すように、切換弁６、７と切換弁９、１０とは閉じられている。
【００１５】
このような構成の第１の実施例の動作を説明する。
【００１６】
図１はゼオライト反応槽８ａが、第１のゼオライト反応槽として燃料冷却循環流路に挿入され、ゼオライト反応槽８ｂが第２のゼオライト反応槽として活性化流路に挿入された状態である。外気がブロワ４を介して配管５ａから第２の熱交換器３に流入され、配管２ａから熱交換器３に流入するエンジン１の排気ガスとの間で熱交換が行われ、排気ガスで加熱された高温の空気が配管５ｂ及び切換弁７を介してゼオライト反応槽８ｂを通過し、切換弁１０及び配管２５を介して大気に放出される。この状態では、ゼオライト反応槽８ｂ内のゼオライトは高温空気で加熱脱水（除湿）され、ゼオライト反応槽８ｂの活性化が行われる。
【００１７】
一方、潜熱熱交換器１５から送り出され、配管１４ｂ、ブロワ１９、配管１４ｃ及び切換弁６を介してゼオライト反応槽８ａに送り込まれた潜熱を奪われ、高湿度で低温の空気は、活性化されているゼオライト反応槽８ａでの吸湿発熱反応で高温の乾燥空気となり、切換弁９及び配管１１、１２を介して熱交換器１３に送り込まれる。熱交換器１３で外気と熱交換され温度がほぼ外気温度近くまで（低下）調整された乾燥空気は、配管１４ａを介して潜熱熱交換器１５に流入され、潜熱熱交換器１５の水１６を、特に毛細管現象により吸水している吸水筒１７の上部で気化することにより気化熱を吸収しながら水１６を冷却し、吸水筒１７に巻装された燃料管１８に流される燃料も、気化する水により気化熱を奪われて冷却された水により間接冷却される。潜熱熱交換器１５を通過して温度が低下した加湿空気は、配管１４ｂ、ブロワ１９及び配管１４ｃを介してゼオライト反応槽８ａに流入され、以下同様にして燃料冷却循環流路を循環する。そして、潜熱
熱交換器１５で冷却された燃料がエンジンに供給される。
【００１８】
このようにして燃料の冷却が行われる過程で、ゼオライト反応槽８ａが流入空気の水分を吸収し続け、その湿度が予め設定した所定値を越えると、図示せぬ検出器がこれを検出し、図示せぬ切換制御手段によって切換弁６が、配管５ｂをゼオライト反応槽８ａに接続するように切り換えられ、切換弁７が、配管１４ｃをゼオライト反応槽８ｂに接続するように切り換えられる。同時に、切換弁９がゼオライト反応槽８ａを配管２５に接続するように切り換えられ、切換弁１０がゼオライト反応槽８ｂを配管１１に接続するように切り換えられる。この切換によって、ゼオライト反応槽８ａが第２のゼオライト反応槽として活性化流路に挿入され、ゼオライト反応槽８ｂが第１のゼオライト反応槽として燃料冷却循環流路に挿入される。そして、すでに活性化されているゼオライト反応槽８ｂによって、潜熱熱交換器１５における燃料冷却動作が継続され、過度に加湿されたゼオライト反応槽８ａに対しては、活性化処理が開始される。
【００１８】
以下、同様にして、ゼオライト反応槽８ａ、８ｂが交互に切り換えられて、活性化処理が行われ、常に活性化されたゼオライト反応槽による燃料の冷却が実行される。装置を停止する場合には、ゼオライト反応槽８ａ、８ｂの加湿を防止するために、図２に示すように、切換制御手段によって切換弁６、７、９、１０は閉じ状態に設定される。
【００１９】
このようにして、第１の実施例によると、ゼオライト反応槽８ａ、８ｂを交互に活性化流路に挿入して活性化処理を行い、活性化処理されたゼオライト反応槽を燃料冷却循環流路に挿入して、燃料の冷却を継続して且つ効果的に行うことができる。また燃料の冷却効果が車速に依存せずに行われ、高価な冷媒を使用しないので装置の維持コストを大幅に低減することが可能である。
【００２０】
次に、本発明の第２の実施例を図３を参照して説明する。ここで、図３は第２の実施例の動作時の構成を示す説明図である。
【００２１】
本実施例では図３に示すように、潜熱熱交換器１５の出口側に接続された配管１４ｂを第１の熱交換器１３ａを介してブロワ１９に接続してあり、本実施例では、第１のゼオライト反応槽から流出する空気の温度調整を、潜熱熱交換器１５から流出する低温空気との熱交換により行うようにしてある。本実施例のその他の部分の構成は、すでに説明した第１の実施例と同一である。
【００２２】
本実施例では、ゼオライト反応槽から流出する空気の温度調整が、潜熱熱交換器１５から流出する低温空気との熱交換により行われるので、潜熱熱交換器１５の動作状態に対応した温度調整が実施され、潜熱熱交換器１５での燃料の冷却動作をより効果的に行うことができる。本実施例のその他の動作及び効果は、すでに説明した第１の実施例の効果と同一である。
【００２３】
更に、本発明の第３の実施例を図４を参照して説明する。ここで、図４は第３の実施例の動作時の構成を示す説明図である。
【００２４】
本実施例では図４に示すように、潜熱熱交換器１５内の水１６をポンプ２２により、配管２１ａを介して第１の熱交換器１３Ｂに流入し、第１の熱交換器１３Ｂから配管２１ｂにより潜熱熱交換器１５に戻すようにしてあり、第１の熱交換器１３Ｂでは、第１のゼオライト反応槽から流出する空気が、潜熱熱交換器１５内の水１６と熱交換されるようにしてある。本実施例のその他の部分の構成は、すでに説明した第１の実施例と同一である。
【００２５】
本実施例では、第１のゼオライト反応槽から流出する空気の温度調整が、潜熱熱交換器１５内の水１６との熱交換により行われるので、潜熱熱交換器１５の動作状態に対応した温度調整が実施され、潜熱熱交換器１５での燃料の冷却動作をより効果的に行うことができる。本実施例のその他の動作及び効果は、すでに説明した第１の実施例の効果と同一である。
【００２６】
また、本発明の第４の実施例を図５を参照して説明する。ここで、図５は第４の実施例の動作時の構成を示す説明図である。
【００２７】
本実施例では図５に示すように、第１の熱交換器１３ａを、図３に示した熱交換器１３Ａと図１に示した熱交換器１３とを直列に接続した構成にしてある。
【００２８】
本実施例では、第１のゼオライト反応槽から流出する空気の温度調整が、先ず熱交換器１３により外気との熱交換で行われ、次いで熱交換器１３Ａにより潜熱熱交換器１５から流出する空気との熱交換で行われるので、潜熱熱交換器１５の動作状態に対応したきめの細かい温度調整が実施され、潜熱熱交換器１５での燃料の冷却動作をより効果的に且つきめ細かく行うことができる。本実施例のその他の動作及び効果は、すでに説明した第１の実施例の効果と同一である。
【００２９】
次に、本発明の第５の実施例を図６を参照して説明する。ここで、図６は第５の実施例の動作時の構成を示す説明図である。
【００３０】
本実施例では図６に示すように、第１の熱交換器１３ｂを、図４に示した熱交換器１３Ｂと図１に示した熱交換器１３とを直列に接続した構成にしてある。
【００３１】
本実施例では、第１のゼオライト反応槽から流出する空気の温度調整が、先ず熱交換器１３により外気との熱交換で行われ、次いで熱交換器１３Ｂにより潜熱熱交換器１５内の水１６との熱交換で行われるので、潜熱熱交換器１５の動作状態に対応したきめの細かい温度調整が実施され、潜熱熱交換器１５での燃料の冷却動作をより効果的に且つきめ細かく行うことができる。本実施例のその他の動作及び効果は、すでに説明した第１の実施例の効果と同一である。
【００３２】
以上の実施例では吸水筒１７に燃料管１８を巻装した潜熱熱交換器１５を示したが、図７に示すように配管１４ａの端部に多数の孔１４ａ′を穿設して該端部を水１６中に浸漬すると共に、燃料管１８をコイル状に形成してコイル部分も水１６中に浸漬して燃料管１８中を流れる燃料を間接冷却することもできる。
【００３３】
なお、各実施例では第１のゼオライト反応槽の湿度が所定値を越えると、切換制御手段によって第１のゼオライト反応槽と第２のゼオライト反応槽との切換を行う構成のものを説明したが、本発明は実施例に限定されるものでなく、第１のゼオライト反応槽の温度が所定値以下になると、切換制御手段によって第１のゼオライト反応槽と第２のゼオライト反応槽との切換を行うことも可能である。また、各実施例では説明していないが、本発明には、第１のゼオライト反応槽で発生する水蒸気を凝縮し、加湿度装置に回収する回収手段や、潜熱熱交換器の水量を一定に保持する給水手段を設けることが可能であり、さらに長期間に亘りエンジンが停止していた場合等、第１と第２のゼオライト槽内のゼオライトが吸湿している時の対策としてゼオライト反応槽８ａ、８ｂに外部又は内部の加熱装置９ａ、９ｂを設けることも可能である。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によると、切換制御手段によって、活性化流路で乾燥活性化されたゼオライト反応槽を、第１のゼオライト反応槽として燃料冷却循環流路に切換挿入し、燃料冷却循環流路で使用されて加湿されたゼオライト反応槽を、第２のゼオライト反応槽として活性化流路に切換挿入するように、複数のゼオライト反応槽を切換選択して燃料の冷却が行われるので、燃料の冷却を継続して且つ効果的に行うことができ、燃料の冷却効果が車速に依存しないので、安定した冷却効果が得られ、高価な冷媒を使用しないので装置の維持コストを大幅に低減することが可能である。
【００３５】
さらに、使用中や装置の廃棄時に冷媒の漏洩や放出がないので、オゾン層の破壊等の環境汚染の可能性もない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の動作時の構成を示す説明図である。
【図２】本発明の第１の実施例の停止時の構成を示す説明図である。
【図３】本発明の第２の実施例の動作時の構成を示す説明図である。
【図４】本発明の第３の実施例の動作時の構成を示す説明図である。
【図５】本発明の第４の実施例の動作時の構成を示す説明図である。
【図６】本発明の第５の実施例の動作時の構成を示す説明図である。
【図７】本発明に係る潜熱熱交換器の他の実施例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１エンジン
３第２の熱交換器
６、７、９、１０切換弁
８ａ、８ｂゼオライト反応槽
９ａ、９ｂ加熱装置
１３、１３ａ、１３ｂ第１の熱交換器
１５潜熱熱交換器

Claims

複数のゼオライト反応槽と潜熱熱交換器とを備え、車両のエンジンに供給する燃料と、乾燥活性化されたゼオライト反応槽の吸湿発熱反応で得られる乾燥空気とを、前記潜熱熱交換器に供給し、該潜熱熱交換器内の水分が前記乾燥空気に吸湿されて気化熱を奪うことにより前記燃料を間接的に冷却する燃料冷却装置であり、
第１のゼオライト反応槽で高温化された乾燥空気が第１の熱交換器で温度調整され、この温度調整された空気と前記燃料とが、前記潜熱熱交換器に供給されて前記燃料が冷却され、前記潜熱熱交換器を通過した空気が、前記第１のゼオライト反応槽に戻されるように、前記第１のゼオライト反応槽、前記第１の熱交換器及び前記潜熱熱交換器が、互いに直列に接続されて形成された燃料冷却循環流路と、
第２のゼオライト反応槽に第２の熱交換器で温度調整した外気を流入させて、前記第２のゼオライト反応槽を乾燥する活性化流路と、
前記活性化流路で乾燥活性化されたゼオライト反応槽を、前記第１のゼオライト反応槽として、前記燃料冷却循環流路に切換挿入し、前記燃料冷却循環流路で使用されて加湿されたゼオライト反応槽を、前記第２のゼオライト反応槽として前記活性化流路に切換挿入するように、前記複数のゼオライト反応槽を選択して切換制御を行う切換制御手段とを有することを特徴とする燃料冷却装置。
前記切換制御手段は、前記第１のゼオライト反応槽の湿度が所定値を越えると、前記第１のゼオライト反応槽を前記活性化循環路に挿入するように切換制御することを特徴とする請求項１記載の燃料冷却装置。
前記切換制御手段は、前記第１のゼオライト反応槽の温度が所定値より低下すると、前記第１のゼオライト反応槽を前記活性化循環路に挿入するように切換制御することを特徴とする請求項１記載の燃料冷却装置。
前記第２のゼオライト反応槽で発生する水蒸気を凝縮し、前記潜熱熱交換器に回収する回収手段をさらに有することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の燃料冷却装置。
前記潜熱熱交換器の水量を一定に保持する給水手段をさらに有することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の燃料冷却装置。
前記潜熱熱交換器は吸水筒に燃料配管が巻き付けられた構造であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の燃料冷却装置。