JP7015284B2 - 水散布冷却装置 - Google Patents

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為の熱交換器（例えば、ラジエータ）に水を散布する水散布冷却装置が用いられている。例えば特許文献１に記載された水散布冷却装置では、散布装置から熱交換器に水を散布することで、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２００２－３７２３８５号公報

しかしながら、従来の水散布冷却装置では、隣接する供給孔から流出した水同士が表面張力によって合体して大きな水滴にならなければ、散布装置から離脱しない。このため、散布装置からラジエータ放熱面の偏った箇所に水が過剰に供給される。

ラジエータ放熱面の偏った箇所に過剰に供給された水がラジエータ背面に移動すると、ラジエータ背面では多量の水が同じ高さから同時期に流れ落ちるため、厚い水膜が成形されやすくなる。ラジエータ背面で厚い水膜が成形されると、ラジエータを通過する風の妨げとなり、ラジエータ背面の水が風によって後方へ吹飛ばされる。この結果、散布装置からラジエータ放熱面に散布された水の多くが、蒸発することなく風で吹飛ばされ、水散布冷却装置による冷却効率が低下する。

本発明は上記点に鑑み、熱交換器に水を散布し、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、熱交換器に均一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に記載の発明では、予め定められた送風方向へ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熱交換器（１３）に対し、送風方向の上流側から水を散布する散布装置（２０）を備え、散布装置は、熱交換器に散布される水を供給する供給孔（２０６）と、供給孔から重力方向下側に延びるように形成され、供給孔から供給される水を誘導するガイド部（２０７、２０８）とを含んでおり、供給孔は複数設けられており、ガイド部は複数の供給孔のそれぞれに対応して設けられており、隣接するガイド部は、それぞれ長さが異なっていることを特徴とする。

本発明によれば、ガイド部を設けることで、供給孔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に水を散布することができる。これにより、熱交換器に水を均一に散布でき、熱交換器の背面で厚い水膜が形成されにくくなる。このため、熱交換器の背面から後方へ吹飛ばされる水の量を低減させることができ、熱交換器の冷却能力を向上させることができる
さらに、本発明では、ガイド部が複数の供給孔のそれぞれに対応して設けられている。これにより、ガイド部の大きさをできるだけ小さくすることができ、ガイド部による通風抵抗をできるだけ小さくすることができる。

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実施形態の散布装置の正面図である。 第１実施形態の散布装置の斜視図である。 第１実施形態の散布装置の一部を拡大した斜視図である。 第１実施形態の散布装置の一部を拡大した側面図である。 図５のＶＩ－ＶＩ断面図である。 第１実施形態のラジエータ及び散布装置の側面図である。 第２実施形態のラジエータ及び散布装置の側面図である。 第３実施形態の散布装置の一部を拡大した側面図である。 第３実施形態のラジエータ及び散布装置の側面図である。 ラジエータの冷却性能を示すグラフである。 第４実施形態のラジエータ及び散布装置の側面図である。 第５実施形態の散布装置を部分的に拡大した正面図である。 図１３のＸＩＶ－ＸＩＶ断面図である。 溝部の変形例を示すガイド部の断面図である。 溝部の変形例を示すガイド部の断面図である。 溝部の変形例を示すガイド部の断面図である。 溝部の変形例を示すガイド部の断面図である。 溝部の変形例を示すガイド部の断面図である。 溝部の変形例を示すガイド部の断面図である。 溝部の変形例を示すガイド部の断面図である。 溝部の変形例を示すガイド部の断面図である。 溝部の変形例を示すガイド部の断面図である。

以下、実施形態について図に基づいて説明する。以下の実施形態において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本第１実施形態においては、本発明に係る水散布冷却装置を、燃料電池システム１の散布装置２０に適用している。第１実施形態に係る燃料電池システム１は、燃料電池２を電源として走行する電気自動車（燃料電池車両）に搭載されており、燃料電池２にて生じた電力を、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するように構成されている。

以下の各図における上下、左右、前後を示す矢印は、電気自動車の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、燃料電池システム１は、燃料電池２と、冷却水回路１０とを有している。燃料電池２は、固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ）である。燃料電池２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２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２には、空気通路３を介して、酸素を含む空気が供給される。この空気通路３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２に供給している。また、燃料電池２には、水素通路４を介して水素が供給される。

そして、燃料電池２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２から排出される。
（負極側）Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-
（正極側）２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ
電気化学反応の為には、燃料電池２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２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２に供給することで、燃料電池２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２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２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２の外部に排出される。

燃料電池２の発電効率を考慮すると、燃料電池２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２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。この為、燃料電池２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２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１０が配置されており、熱媒体としての冷却水を用いて、燃料電池２を冷却して燃料電池２の温度を制御している。

尚、この熱媒体である冷却水としては、低温時における凍結を防止する為に、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１０は、冷却水循環流路１１と、ウォータポンプ１２と、ラジエータ１３と、送風ファン１４とを有して構成されており、燃料電池２とラジエータ１３の間で冷却水を循環させることで、燃料電池２で発生した熱を系外へ放出するように構成されている。

冷却水循環流路１１は、熱媒体である冷却水が流れる流路であり、燃料電池２とラジエータ１３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１２は、冷却水循環流路１１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１１の内部において冷却水を循環させている。

ラジエータ１３は、燃料電池２で発生した熱を系外に放熱するように構成されており、本発明における熱交換器として機能する。ラジエータ１３は、熱交換部と、上部タンクと、下部タンクとを有して構成されている。

ラジエータ１３の熱交換部は、冷却水循環流路１１に接続された上部タンク及び下部タンクの間に配置された複数のチューブ及びフィンによって構成されている。ラジエータ１３の熱交換部は、各チューブの内部を流通する冷却水と電気自動車の前方から後方へ向かう送風方向Ｗに流れる空気とを熱交換させる。

燃料電池システム１においては、冷却水回路１０の冷却水は、燃料電池２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１１を介して、ラジエータ１３へ流入する。ラジエータ１３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、ラジエータ１３から燃料電池２へ向かって流れ、冷却水回路１０の冷却水循環流路１１を循環する。

即ち、ラジエータ１３は、熱媒体としての冷却水との熱交換によって、燃料電池２の電気化学反応で生じた熱を放熱して、燃料電池２を冷却している。

また、ラジエータ１３の後方側には、送風ファン１４が配置されており、送風方向Ｗへ向かう空気の流れをつくりだしている。従って、送風ファン１４は、ラジエータ１３における熱交換を補助している。送風ファン１４の周囲には、ファンシュラウド１５が配置されており、送風ファン１４の送風性能を向上させている。

尚、ラジエータ１３を通過する送風方向Ｗの空気の流れは、送風ファン１４の作動による流れに限定されるものではなく、電気自動車の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１０における冷却水の温度制御は、後述する制御装置３０によって、ウォータポンプ１２による流量制御、送風ファン１４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２による発電の際に発生した生成水は、燃料電池２から空気通路３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。この為、空気通路３における燃料電池２の下流側には、気液分離器５が配置されている。

気液分離器５は、燃料電池２での発電の際に発生した生成水を、空気通路３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５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５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５の内部に回収されて蓄えられる。気液分離器５の内部に蓄えられた水は、燃料電池２の電解質膜に対する加湿と、ラジエータ１３の冷却に用いられる。

気液分離器５には、加湿用流路１６と散布用流路１７が接続されている。加湿用流路１６は、気液分離器５に蓄えられた水を燃料電池２の電解質膜の加湿に用いる為の流路である。加湿用流路１６は、空気通路３及び水素通路４における燃料電池２の上流側に伸びており、燃料電池２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３及び水素通路４を介して、燃料電池２の電解質膜を加湿して湿潤状態とすることで、燃料電池２における電気化学反応を安定させることができる。

そして、散布用流路１７は、気液分離器５に蓄えられた水をラジエータ１３の冷却に用いる為の流路である。散布用流路１７は、電気自動車におけるラジエータ１３の前方側まで伸びている。

散布用流路１７には、散布用ポンプ１８と散布装置２０が配置されている。散布装置２０は、ラジエータ１３に対して送風方向Ｗの上流側において、散布用流路１７の先端部に接続されており、気液分離器５に蓄えられた水をラジエータ１３に散布する。即ち、散布装置２０は、本発明に係る水散布冷却装置の散布装置として機能する。

散布装置２０は、電気自動車におけるラジエータ１３の前方側（即ち、送風方向Ｗにおけるラジエータ１３の上流側）に配置されている。ラジエータ１３と散布装置２０との間には、所定の隙間が設けられている。散布装置２０は、ラジエータ１３や図示しない車体等に固定することができる。散布装置２０の具体的な構成については後述する。

散布装置２０による水の散布により、水の蒸発潜熱を利用してラジエータ１３の冷却能力を向上させることができる。そして、ラジエータ１３の冷却能力を向上させることで、燃料電池２による発電能力を向上させることができる。

そして、散布用ポンプ１８は、散布用流路１７にて気液分離器５と散布装置２０との間に配置された電動式ポンプであり、気液分離器５内に蓄えられた水を吸込み、散布装置２０へ向かって圧送する。

図１に示すように、燃料電池システム１には、制御装置３０が配置されている。制御装置３０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３０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３０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３０の入力側には、燃料電池２及び図示しない水温センサが接続されている。従って、制御装置３０は、燃料電池２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。また、制御装置３０の出力側には、ウォータポンプ１２、送風ファン１４、散布用ポンプ１８等の各制御対象機器が接続されている。

続いて、第１実施形態に係る散布装置２０の具体的構成について、図２～図７を参照しつつ詳細に説明する。上述したように、散布装置２０は、散布用流路１７の端部に接続されており、ラジエータ１３に対する送風方向Ｗの上流側にて、ラジエータ１３の上部と対向するように配置されている。散布装置２０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、散布装置２０には、複数の水供給管２０１、２０２が設けられている。水供給管２０１、２０２は、中空状部材として構成されている。複数の水供給管２０１、２０２は、並列して水平方向に配置されている。複数の水供給管２０１、２０２は、重力方向上側に配置される第１水供給管２０１と、重力方向下側に配置される第２水供給管２０２からなる。

２本の水供給管２０１、２０２は、連結管２０３によって連結されている。連結管２０３は、中空状部材として構成されている。連結管２０３は、重力が作用する方向に沿って配置されている。２本の水供給管２０１、２０２の内部は、連結管２０３によって連通している。また、２本の水供給管２０１、２０２の両端部は、それぞれ水供給管２０１、２０２の破損や変形を抑制する連結板２０４で連結されている。

第１水供給管２０１には、内部に水を流入させる流入口２０５が設けられている。流入口２０５は散布用流路１７の端部に接続されている。流入口２０５から第１水供給管２０１に流入した水は、第１水供給管２０１の端部に向かって流れる。また、流入口２０５から連結管２０３を介して第２水供給管２０２に流入した水は、第２水供給管２０２の端部に向かって流れる。

水供給管２０１、２０２には、内部の水を外部に供給するための供給孔２０６が設けられている。水供給管２０１、２０２には、複数の供給孔２０６が所定間隔で配置されている。供給孔２０６の孔径は、水供給管２０１、２０２から水を均一に噴出できる大きさに設定されている。

水供給管２０１、２０２には、ガイド部２０７、２０８が設けられている。ガイド部２０７、２０８は、供給孔２０６から供給される水を供給孔２０６から離れた位置まで誘導する。

ガイド部２０７、２０８は、供給孔２０６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２０７、２０８の先端部２０７ａ、２０８ａは、供給孔２０６よりも重力方向下方に位置している。ガイド部２０７、２０８は、複数の供給孔２０６のそれぞれに対応して設けられている。複数のガイド部２０７、２０８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２０７、２０８が櫛状に配置されている。

図４～図６に示すように、ガイド部２０７、２０８は、板面が送風方向Ｗに沿って配置された板状部材となっている。図６に示すように、ガイド部２０７、２０８の断面形状は、長方形となっている。

ガイド部２０７、２０８には、溝部２０７ｂ、２０８ｂが設けられている。溝部２０７ｂ、２０８ｂは、ガイド部２０７、２０８における送風方向Ｗの下流側に設けられている。

溝部２０７ｂ、２０８ｂの一端側は、供給孔２０６に接続して設けられており、供給孔２０６から供給された水をガイド部２０７、２０８に誘導する。溝部２０７ｂ、２０８ｂの他端側は、ガイド部２０７、２０８の先端部２０７ａ、２０８ａまで設けられている。つまり、溝部２０７ｂ、２０８ｂは、ガイド部２０７、２０８の最下端まで設けられている。

図６に示すように、本実施形態の溝部２０７ｂ、２０８ｂは、ガイド部２０７、２０８の延設方向に直交する断面形状がＵ字状となっている。ガイド部２０７、２０８の延設方向は、ガイド部２０７、２０８における供給孔２０６との接続部と、ガイド部２０７、２０８の先端部２０７ａ、２０８ａとを結ぶ方向であり、図６の紙面垂直方向である。

図７に示すように、供給孔２０６から供給される水は、重力と溝部２０７ｂ、２０８ｂによって生じる表面張力によって、ガイド部２０７、２０８を伝って下方に移動し、ガイド部２０７、２０８の先端部２０７ａ、２０８ａまで誘導される。ガイド部２０７、２０８の先端部２０７ａ、２０８ａまで移動した水は、液滴に成長する前に走行風によってガイド部２０７、２０８から離脱し、ラジエータ１３の表面に散布される。

ガイド部２０７、２０８からラジエータ１３の表面に水を均一に散布するためには、隣接するガイド部２０７、２０８をできるだけ近づけて配置することが望ましい。一方、隣接するガイド部２０７、２０８が近すぎると、隣接するガイド部２０７、２０８から散布される水が結合して大きな液滴になりやすい。このため、隣接するガイド部２０７、２０８の間隔は、隣接するガイド部２０７、２０８から供給される水同士が結合しない距離に設定することが望ましい。

本実施形態では、長さが異なる複数種類のガイド部２０７、２０８が設けられている。ガイド部２０７、２０８には、第１ガイド部２０７と、第１ガイド部２０７よりも長い第２ガイド部２０８とが含まれている。本実施形態では、第１ガイド部２０７の長さＡ１を５ｍｍとし、第２ガイド部２０８の長さＡ２を２５ｍｍとしている。

第１ガイド部２０７と第２ガイド部２０８は交互に設けられているため、隣接するガイド部２０７、２０８は長さが異なっている。隣接するガイド部２０７、２０８は長さが異なる構成は、隣接するガイド部２０７、２０８の長さが同じである構成に比べて、隣接するガイド部２０７、２０８の先端部２０７ａ、２０８ａの間隔が大きくなる。このため、隣接するガイド部２０７、２０８が近接配置された場合であっても、隣接するガイド部２０７、２０８から散布される水が結合しにくい。

続いて、上述のように構成された燃料電池システム１の作動を説明する。まず、空気通路３及び水素通路４を介して、燃料電池２に空気及び水素が供給されることにより、燃料電池２では電気エネルギが発生する。燃料電池２にて発生した電力は、走行用モータ等に供給される。

燃料電池２では、発電に伴って電気化学反応による熱が生じる。燃料電池２にて発生した熱は、冷却水循環流路１１内を循環する冷却水に伝えられ、冷却水はラジエータ１３にて、送風方向Ｗへ流れる空気と熱交換することで冷却される。ラジエータ１３にて冷却された冷却水は、燃料電池２に再循環し、燃料電池２が冷却される。これにより、燃料電池２は発電に適した一定温度（例えば、８０℃程度）に維持される。

図１に示すように、燃料電池２に供給された空気及び水素のうち、電気化学反応に用いられなかった未反応ガスは、排気ガスとして燃料電池２から排出される。燃料電池２内にて電気化学反応で生じた生成水は、排気ガス中に含まれた状態で燃料電池２から排出される。燃料電池２の空気通路３より排出された排気ガスは、気液分離器５に導入される。排気ガス中に含まれる水分は、気液分離器５にて分離されて貯留される。

気液分離器５に貯留された回収水の一部は、加湿用流路１６を介して空気通路３及び水素通路４に供給され、空気及び水素の加湿に用いられる。これにより、燃料電池システム１は、燃料電池２に加湿された空気及び水素を供給することができ、燃料電池２内部の電解質膜を加湿して電気化学反応を促進することができる。

また、気液分離器５に貯蔵された回収水の一部は、散布用ポンプ１８により予め定められた供給圧で圧送され、散布用流路１７を介して散布装置２０に供給される。図７に示すように、散布装置２０では、水供給管２０１、２０２の供給孔２０６から供給された水がガイド部２０７、２０８によって誘導され、ガイド部２０７、２０８の先端部２０７ａ、２０８ａから離脱する。ガイド部２０７、２０８の先端部２０７ａ、２０８ａから離脱した水は、落下しながら送風方向Ｗの下流側に移動してラジエータ１３の熱交換部に散布される。

ラジエータ１３に散布された水はラジエータ１３の表面で蒸発し、蒸発潜熱によりラジエータ１３が冷却される。これにより、ラジエータ１３の冷却能力を向上させることができる。

以上説明した本実施形態の散布装置２０によれば、供給孔２０６から供給される水を供給孔２０６から離れた位置まで誘導するガイド部２０７、２０８を設けることで、供給孔２０６から供給される水が大きな液滴に成長する前にラジエータ１３に水を散布することができる。

これにより、ラジエータ１３の熱交換部に水を均一に散布でき、ラジエータ１３の背面で厚い水膜が形成されにくくなる。このため、ラジエータ１３の背面の水がラジエータ１３を通過する風の妨げとなることを抑制でき、ラジエータ１３の背面から後方へ吹飛ばされる水の量を低減させることができる。この結果、散布装置２０から散布された水をできるだけラジエータ１３の表面で蒸発させることができ、ラジエータ１３の冷却能力を向上させることができる。

また、本実施形態では、ガイド部２０７、２０８が複数の供給孔２０６のそれぞれに対応して設けられている。これにより、ガイド部２０７、２０８の大きさをできるだけ小さくすることができ、ガイド部２０７、２０８による通風抵抗をできるだけ小さくすることができる。

また、本実施形態では、ガイド部２０７、２０８には、溝部２０７ｂ、２０８ｂが設けられている。このため、水供給管２０１、２０２の供給孔２０６から供給される水は、重力と溝部２０７ｂ、２０８ｂによって生じる表面張力によって、供給孔２０６に留まることなくガイド部２０７、２０８の先端まで移動しやすくなる。これにより、供給孔２０６から供給される水が大きな液滴に成長する前にラジエータ１３に水を散布することができ、ラジエータ１３の熱交換部に水を均一に散布できる。

また、本実施形態では、隣接するガイド部２０７、２０８の長さが異なっている。これにより、隣接するガイド部２０７、２０８の先端部２０７ａ、２０８ａから離脱する水が重なり合いにくい。このため、水供給管２０１、２０２における供給孔２０６の間隔を狭くすることができ、ラジエータ１３の熱交換部に水を均一に散布しやすくなる。

また、本実施形態では、ガイド部２０７、２０８における送風方向Ｗの下流側に溝部２０７ｂ、２０８ｂを設けている。これにより、供給孔２０６から供給された水が溝部２０７ｂ、２０８ｂ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２０６から供給された水をガイド部２０７、２０８の先端部２０７ａ、２０８ａ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実施形態について説明する。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。

図８に示すように、本第２実施形態では、上記第１実施形態に比較して、第２ガイド部２０８の長さを長くしている。本第２実施形態では、第１ガイド部２０７の長さＡ１を５ｍｍとし、第２ガイド部２０８の長さＡ２を４５ｍｍとしている。このため、上記第１実施形態よりも、ガイド部２０７、２０８の長さの差が大きくなっている。

本第２実施形態によれば、第１ガイド部２０７の先端部２０７ａと第２ガイド部２０８の先端部２０８ａとの間隔が大きくなる。このため、隣接するガイド部２０７、２０８の先端部２０７ａ、２０８ａから離脱する水が重なりにくくなり、ガイド部２０７、２０８の先端部２０７ａ、２０８ａで大きな液滴が形成されることを効果的に抑制できる。

また、本第２実施形態によれば、第１ガイド部２０７から散布された水がラジエータ１３に付着する位置と、第２ガイド部２０８から散布された水がラジエータ１３に付着する位置の間隔が大きくなる。これにより、ラジエータ１３の熱交換部に水をより均一に散布でき、ラジエータ１３の背面で厚い水膜が形成されることを効果的に抑制できる。このため、ラジエータ１３の背面から後方へ吹飛ばされる水の量を低減させることができ、ラジエータ１３の冷却能力を向上させることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。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。本第３実施形態では、ガイド部２０７、２０８の長さは上記第２実施形態と同一になっている。

図９、図１０に示すように、本第３実施形態では、ガイド部２０７、２０８の先端部２０７ａ、２０８ａが鋭利な形状となっている。ガイド部２０７、２０８の先端部２０７ａ、２０８ａは、延設方向に交わる断面の面積が先端に向かって小さくなっている。つまり、ガイド部２０７、２０８は、延設方向に交わる断面の面積が先端部２０７ａ、２０８ａで最も小さくなっている。

本第３実施形態では、ガイド部２０７、２０８の先端部２０７ａ、２０８ａにおける送風方向Ｗの下流側の角部が鋭角になっている。このため、ガイド部２０７、２０８の先端部２０７ａ、２０８ａにおける溝部２０７ｂ、２０８ｂが設けられている側の角が鋭角になっている。また、ガイド部２０７、２０８における溝部２０７ｂ、２０８ｂが設けられている側の角がガイド部２０７、２０８の最下端部になる。つまり、ガイド部２０７、２０８の延設方向に交わる断面の面積は、先端部２０７ａ、２０８ａにおける溝部２０７ｂ、２０８ｂが設けられている部位で最も小さくなっている。

本第３実施形態によれば、ガイド部２０７、２０８の先端部２０７ａ、２０８ａを鋭利な形状とすることで、先端部２０７ａ、２０８ａの面積を小さくすることができ、ガイド部２０７、２０８の最下端部の面積を最も小さくすることができる。このため、供給孔２０６から供給された水がガイド部２０７、２０８の先端部２０７ａ、２０８ａに移動した際に、ガイド部２０７、２０８の先端部２０７ａ、２０８ａで発生する表面張力が小さくなり、水が離脱しやすくなる。これにより、散布装置２０からラジエータ１３の熱交換部に水をより均一に散布することができる。

図１１は、第１～第３実施形態の散布装置２０を用いた場合のラジエータ１３の冷却性能を示している。図１１では、散布装置２０にガイド部を設けていない構成を比較例として示している。

図１１に示すように、散布装置２０にガイド部を設けていない比較例に対し、散布装置２０にガイド部２０７、２０８を設けた第１～第３実施形態は、ラジエータ１３の冷却性能が大幅に向上している。また、第２ガイド部２０８を長くした第２、第３実施形態ででは、ラジエータ１３の冷却性能がより向上している。また、ガイド部２０７、２０８の先端部２０７ａ、２０８ａが鋭角形状となっている第３実施形態では、水の噴射量が少ない領域でラジエータ１３の冷却性能が高くなっている。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。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。本第４実施形態では、ガイド部２０７、２０８の長さは上記第１実施形態と同一になっている。

図１２に示すように、本第４実施形態では、第１ガイド部２０７の先端部２０７ａにおける送風方向Ｗの下流側の角部が鋭角になっている。このため、第１ガイド部２０７の先端部２０７ａにおけるラジエータ１３から近い側の角が鋭角になっている。このため、第１ガイド部２０７では、延設方向に交わる断面の面積は、先端部２０７ａにおける送風方向Ｗの下流側で最も小さくなっている。

一方、第２ガイド部２０８では、先端部２０８ａにおける送風方向Ｗの上流側の角部が鋭角になっている。このため、第２ガイド部２０８の先端部２０８ａにおけるラジエータ１３から遠い側の角が鋭角になっている。このため、第２ガイド部２０８では、延設方向に交わる断面の面積は、先端部２０８ａにおける送風方向Ｗの上流側で最も小さくなっている。

本第４実施形態によれば、第１ガイド部２０７の先端部２０７ａと第２ガイド部２０８の先端部２０８ａとの間隔が大きくなる。これにより、隣接するガイド部２０７、２０８の先端部２０７ａ、２０８ａから離脱する水が重なりにくくなり、ガイド部２０７、２０８の先端部２０７ａ、２０８ａで大きな液滴が形成されることを効果的に抑制できる。

また、本第４実施形態によれば、第１ガイド部２０７の先端部２０７ａとラジエータ１３との距離Ｂ１よりも、第２ガイド部２０８の先端部２０８ａとラジエータ１３との距離Ｂ２の方が長くなる。このため、ガイド部２０７、２０８の先端部２０７ａ、２０８ａから離脱した水がラジエータ１３に付着するまでの落下距離は、第１ガイド部２０７よりも第２ガイド部２０８の方が長くなる。この結果、第１ガイド部２０７から散布された水がラジエータ１３に付着する位置と、第２ガイド部２０８から散布された水がラジエータ１３に付着する位置の間隔が大きくなる。これにより、ラジエータ１３の背面で厚い水膜が形成されることを抑制でき、ラジエータ１３の背面から後方へ吹飛ばされる水の量を低減させることができるため、ラジエータ１３の冷却能力を向上させることができる。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態を図１３、図１４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１４に示すように、本第５実施形態のガイド部２０７、２０８は、上記各実施形態よりも、溝部２０７ｂ、２０８ｂの深さが深くなるように形成されている。つまり、本第５実施形態では、溝部２０７ｂ、２０８ｂの断面内周長さが長くなっている。溝部２０７ｂ、２０８ｂの断面内周長さは、ガイド部２０７、２０８の延設方向に直交する方向における溝部２０７ｂ、２０８ｂの断面内周長さである。本第５実施形態では、すべてのガイド部２０７、２０８において、溝部２０７ｂ、２０８ｂの断面内周長さを同一としている。

本第５実施形態のガイド部２０７、２０８では、溝部２０７ｂ、２０８ｂの断面内周長さが供給孔２０６の円周長さの１／２以上になるようにしている。具体的には、ガイド部２０７、２０８の延設方向に直交する方向における溝部２０７ｂ、２０８ｂの断面の長さを、複数の供給孔２０６の配置方向における供給孔２０６の直径Ｄから算出した円周の１／２以上としている。複数の供給孔２０６の配置方向は、図１３の左右方向である。

ガイド部２０７、２０８における溝部２０７ｂ、２０８ｂの断面内周長さは、供給孔２０６との接続部から先端部２０７ａ、２０８ａまで均一としてもよく、供給孔２０６からの距離に応じて変化させてもよい。ガイド部２０７、２０８における溝部２０７ｂ、２０８ｂの断面内周長さは、少なくとも供給孔２０６との接続部の近傍において、供給孔２０６の円周長さの１／２以上になっていればよい。

以上説明した本第５実施形態によれば、ガイド部２０７、２０８における溝部２０７ｂ、２０８ｂの表面積が拡大して濡れ長さが長くなり、水の表面張力が作用しやすくなる。これにより、供給孔２０６から溝部２０７ｂ、２０８ｂへ水が流出しやすくなり、溝断面と溝濡れ長さのバランスで液の落下水量を均一化する効果が高くなる。

（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。

（１）上記各実施形態では、本発明の水散布冷却装置を燃料電池用のラジエータ１３に水を散布する散布装置２０に適用した例について説明したが、本発明の水散布冷却装置を他の用途に用いてもよい。本発明の水散布冷却装置は、例えば内燃機関冷却用のラジエータに水を散布する用途に用いてもよく、あるいは冷凍サイクル装置のコンデンサに水を散布する用途に用いてもよい。

（２）上記第５実施形態では、すべてのガイド部２０７、２０８で溝部２０７ｂ、２０８ｂの断面内周長さを同一としたが、複数のガイド部２０７、２０８で溝部２０７ｂ、２０８ｂの断面内周長さを異ならせてもよい。つまり、溝部２０７ｂ、２０８ｂの断面内周長さを複数段階設けてもよい。

例えば、供給孔２０６の流入口２０５からの距離に応じて、供給孔２０６に対応するガイド部２０７、２０８の溝部２０７ｂ、２０８ｂの断面内周長さを異ならせてもよい。具体的には、流入口２０５に近い供給孔２０６に設けられたガイド部２０７、２０８よりも流入口２０５から遠い供給孔２０６に設けられたガイド部２０７、２０８の方が溝部２０７ｂ、２０８ｂの断面内周長さが長くなるようにしてもよい。

供給孔２０６が流入口２０５から遠くなるほど、供給孔２０６から供給される水量が減少しやすい。このため、流入口２０５から遠い供給孔２０６に設けられたガイド部２０７、２０８で溝部２０７ｂ、２０８ｂの断面内周長さを長くすることで、複数の供給孔２０６から散布される水量を均一化する効果が高くなる。

また、長さが異なるガイド部２０７、２０８で溝部２０７ｂ、２０８ｂの断面内周長さを異ならせてもよい。具体的には、長さが長い第２ガイド部２０８よりも長さが短い第１ガイド部２０７の方が溝部２０７ｂ、２０８ｂの断面内周長さが長くなるようにしてもよい。これにより、長さが異なるガイド部２０７、２０８で溝部２０７ｂ、２０８ｂの表面積を近づけることができ、濡れ長さを近づけることができる。この結果、複数の供給孔２０６から散布される水量を均一化する効果が高くなる。

（３）上記第５実施形態では、ガイド部２０７、２０８において、溝部２０７ｂ、２０８ｂの深さを深くして断面内周長さを長くしたが、異なる構成によって溝部２０７ｂ、２０８ｂの断面内周長さを長くしてもよい。

例えば、図１５に示すように、溝部２０７ｂ、２０８ｂを複数の溝によって構成することで、溝部２０７ｂ、２０８ｂの断面内周長さを長くすることができる。

また、溝部２０７ｂ、２０８ｂの断面で構成される半円の半径を拡大することによっても、溝部２０７ｂ、２０８ｂの断面内周長さを長くすることができる。

（４）上記第５実施形態では、ガイド部２０７、２０８における溝部２０７ｂ、２０８ｂの表面積を拡大して濡れ長さを長くすることで、供給孔２０６から水が流出しやすくしたが、溝部２０７ｂ、２０８ｂの濡れ性を向上させることによって供給孔２０６から水が流出しやすくしてもよい。

例えば、図１６に示すように、溝部２０７ｂ、２０８ｂの内表面に表面粗さを大きくする粗化処理を施して粗化部２０７ｃ、２０８ｃを形成してもよい。これにより、溝部２０７ｂ、２０８ｂの濡れ性が向上して供給孔２０６から水が流出しやすくなり、複数の供給孔２０６から散布される水量を均一化する効果が高くなる。

また、図１７に示すように、溝部２０７ｂ、２０８ｂの内表面に親水性処理を施して親水部２０７ｄ、２０８ｄを形成してもよい。親水性処理は、例えば溝部２０７ｂ、２０８ｂの内表面に親水性塗膜を設けることによって実現できる。これにより、溝部２０７ｂ、２０８ｂの濡れ性が向上して供給孔２０６から水が流出しやすくなり、複数の供給孔２０６から散布される水量を均一化する効果が高くなる。

（５）上記各実施形態では、ガイド部２０７、２０８に設けられた溝部２０７ｂ、２０８ｂの断面形状をＵ字状にした例について説明したが、溝部２０７ｂ、２０８ｂの断面形状は任意の形状とすることができる。例えば、図１８に示すように溝部２０７ｂ、２０８ｂの断面形状をＶ字状としてもよく、溝部２０７ｂ、２０８ｂの断面形状を図１９に示すようにコの字状としてもよい。

（６）上記各実施形態では、ガイド部２０７、２０８に溝部２０７ｂ、２０８ｂを設けた例について説明したが、図２０に示すように、ガイド部２０７、２０８に溝部２０７ｂ、２０８ｂを設けることなく、親水部２０７ｄ、２０８ｄを設けてもよい。親水部２０７ｄ、２０８ｄは、供給孔２０６からガイド部２０７、２０８の先端部２０７ａ、２０８ａに至るまで設ければよい。

親水部２０７ｄ、２０８ｄを設けた部分では、水が濡れやすくなるため、供給孔２０６から供給された水が大きな液滴を形成する前に重力によってガイド部２０７、２０８を伝って下方に移動可能となる。

（７）上記各実施形態では、ガイド部２０７、２０８の延設方向に交わるガイド部２０７、２０８の断面形状を長方形としたが、これに限らず、ガイド部２０７、２０８の断面形状を送風方向Ｗの上流側に向かって寸法が小さくなるようにしてもよい。送風方向Ｗの上流側に向かって寸法が小さくなるガイド部２０７、２０８の断面形状は、例えば図２１、図２２、図２３に示す形状とすることができる。

このように、ガイド部２０７、２０８の断面形状を送風方向Ｗの上流側に向かって寸法が小さくなるようにすることで、ガイド部２０７、２０８の通風抵抗を小さくすることができる。

（８）上記各実施形態では、ガイド部２０７、２０８における送風方向Ｗの下流側に溝部２０７ｂ、２０８ｂを設けたが、溝部２０７ｂ、２０８ｂを設ける位置は、ガイド部２０７、２０８における送風方向Ｗの上流側でもよく、あるいはガイド部２０７、２０８における送風方向Ｗの上流側と下流側の間でもよい。

（９）上記各実施形態では、水供給管２０１、２０２のガイド部２０７、２０８を重力方向に平行となるように設けたが、これに限らず、ガイド部２０７、２０８は重力方向に対して傾斜していてもよい。複数のガイド部２０７、２０８の重力方向に対する角度は同一でもよく、異なっていてもよい。

（１０）上記各実施形態では、散布装置２０に２本の水供給管２０１、２０２を設けた例について説明したが、これに限らず、散布装置２０に１本又は３本以上の水供給管を設けてもよい。

（１１）上記各実施形態では、散布装置２０に長さが異なる２種類のガイド部２０７、２０８を設けたが、同一の長さの１種類のガイド部を設けてもよく、あるいは長さが異なる３種類以上のガイド部を設けてもよい。

（１２）上記各実施形態では、複数の供給孔２０６のすべてにガイド部２０７、２０８を設けたが、これに限らず、少なくとも一部の供給孔２０６にガイド部２０７、２０８が設けられていればよい。つまり、ガイド部２０７、２０８が設けられていない供給孔２０６が存在してもよい。

１３ ラジエータ（熱交換器）
２０ 散布装置
２０６ 供給孔
２０７ 第１ガイド部
２０７ａ 先端部
２０７ｂ 溝部
２０８ 第２ガイド部
２０８ａ 先端部
２０８ｂ 溝部

Claims (11)

1. 予め定められた送風方向へ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熱交換器（１３）に対し、前記送風方向の上流側から水を散布する散布装置（２０）を備え、
   前記散布装置は、前記熱交換器に散布される水を供給する供給孔（２０６）と、前記供給孔から重力方向下側に延びるように形成され、前記供給孔から供給される水を誘導するガイド部（２０７、２０８）とを含んでおり、
   前記供給孔は複数設けられており、前記ガイド部は複数の前記供給孔のそれぞれに対応して設けられており、
   隣接する前記ガイド部は、それぞれ長さが異なっている水散布冷却装置。
2. 前記複数のガイド部は互いに交わらないように配置されている請求項１に記載の水散布冷却装置。
3. 前記ガイド部の表面には親水性処理が施されている請求項１または２に記載の水散布冷却装置。
4. 前記ガイド部には、前記供給孔から供給された水を誘導する溝部（２０７ｂ、２０８ｂ）が形成されている請求項１または２のいずれか１つに記載の水散布冷却装置。
5. 前記溝部は前記供給孔と接続されている請求項４に記載の水散布冷却装置。
6. 前記ガイド部の延設方向に直交する断面における前記溝部の内周の長さは、複数の前記供給孔の配置方向における前記供給孔の直径から算出した円周の１／２以上である請求項４または５に記載の水散布冷却装置。
7. 前記溝部の表面は、表面粗さを大きくする粗面化処理が施されている請求項４ないし６のいずれか１つに記載の水散布冷却装置。
8. 前記溝部の表面に親水性処理が施されている請求項４ないし７のいずれか１つに記載の水散布冷却装置。
9. 前記溝部は、前記ガイド部の延設方向に直交する断面の形状がＵ字形状、Ｖ字状又はコの字状のいずれかである請求項４ないし８のいずれか１つに記載の水散布冷却装置。
10. 前記溝部は前記ガイド部の先端部（２０７ａ、２０８ａ）まで形成されており、
    前記ガイド部の先端部は、前記溝部が設けられている部位が鋭角になっている請求項４ないし９のいずれか１つに記載の水散布冷却装置。
11. 前記隣接するガイド部には、第１ガイド部（２０７）と、前記第１ガイド部より長い第２ガイド部（２０８）が含まれており、
    前記第１ガイド部の先端部（２０７ａ）は、前記送風方向の下流側の角部が鋭角になっており、前記第２ガイド部の先端部（２０８ａ）は、前記送風方向の上流側の角部が鋭角になっている請求項１ないし９のいずれか１つに記載の水散布冷却装置。

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