JPH01313616A - 空冷放熱器の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）、産業上の利用分野 本発明は車両内に設置された空冷放熱器の冷却装置に係
る。

（ロ）、従来の技術 車両内に設置された空冷放熱器は比重、比熱、熱伝導度
の比較的小さい空気を冷却媒体として使用する結果、要
求される放熱量を得るために■放熱面積を大きくする■
放熱器を薄くして通風損失を小さくする■風通しの良い
場所に設置する■電動ファンを用い強制通風する等の対
策が取られており、現在では一般的にラジェーター、コ
ンデンサーには強制通風方式が、又オイルクーラー、チ
ャーシトエアークーラーには自然通風方式が適用さ九て
いる。

車両内に設置された空冷放熱器の放熱量は次式１式％ ここでＱｃ：放熱量 に：定数 Ａ：放熱器の面積 ■：冷却空気の風速 Δｔ：放熱器入口と出口の空気温度差 であり、更にＶは次式Ｈに示される。

Ｖ＝Ｖｆ＋Ｖｒ”＝ＩＩ ここでｖｆ：電動ファンによる風速 ｖｒ：車両走行による風速 である。

以上の両式から明らかなように空冷放熱器の放熱器は車
速によって変動し、従って放熱量が最低となる駐車時、
渋滞時等においては、要求される放熱量を補完するもの
として、複数の電動ファンが合理的に作動するように制
御されている。

例えばそれはエンジン、エアコンが要求する放熱量に応
じた電動ファンの作動、停止、又は回転数の増減等であ
る。

（ハ）、発明が解決しようとする問題点近年の一般車両
の快適化、高性能化には著しいものがみられ１例えばそ
れはパワーステアリング。

エアコン等の標準装備化であり、又従来モータースポー
ツの分野においてのみ使用されてきたエンジン動弁系の
マルチバルブ化あるいはスーパーチャージャー、ターボ
チャージャー等の過給機の装着にみられる高出力化であ
る。

更に付は加えて車両のデザインは燃料消費率の低減、高
速走行化、走行時の風切り騒音の低減等を目的として、
車室空間を拡大しつつも投影断面積をより小さく又スラ
ントノーズ化する方向にあり、従ってエンジンルームは
各種補機類、空冷放熱器等の設置によって整備し得る限
界まで狭小化した為に風通しが悪くなり、その上補機類
の放熱によって熱気が滞留しやすくなっており、又ウィ
ンドガラスは傾斜角が小さくなった為により多量の太陽
エネルギーを車室に導入している状態である。

以上のような事情の為、特に夏場炎天下の駐車時、道路
渋滞時における空冷放熱器の放熱効果は十分とはいえな
いものがあり、それはエアコンの動作において実際に体
感できる。

即ち車内気温が不快なほど高いにもかかわらず冷却サイ
クルが停止する場合があり、これの原因としてはコンデ
ンサー又はラジェーターの放熱不足によってコンプレッ
サー高圧側圧力又はラジェーター水温等が異常高値を示
し、従ってコンプレッサーの保護、冷媒の大気放出の防
止、エンジンオーバーヒートの防止等の為にエンジン動
力をコンプレッサーに伝達する電磁クラッチが切れるも
のと推定される。

更にコンデンサーの放熱不足による事情は、炎天下に駐
車した車両のクールダウンに長時間を要す事においても
顕著である。

（ニ）１発明の目的 本発明の目的は駐車後の車両を短時間にクールダウンさ
せ、又停車時、渋滞時においてはコンデンサー、ラジェ
ーターの放熱効果を高めてコンプレッサー、エンジンに
かかる負荷を軽減し、オーバーヒートを防止すると共に
燃料消費率を低減させることである。

更に他の目的として過給機を設置した高性能車において
は、オイルクーラー、チャーシトエアークーラーの放熱
効果を高めることにより、油温の上昇を抑制してエンジ
ンオイルの寿命を伸ばすと共に、圧縮空気の充填効率を
高めてエンジンを高出力化させることである。

そして以上の目的を達成する為の装置は省エネルギー、
無公害、低価格、車両の基本的デザインを損なわないも
の等であることを条件とする。

（ホ）、問題を解決する為の手段 水は安全、！！公害、低価格、入手及び取扱いが極めて
容易等という特質に加えて蒸発熱が大きく、又空気に比
較して比重、比熱、熱伝導度の高い物質であり２本発明
者はこれらの特性のうち蒸発熱が大きいという性質を応
用して特開昭６３−９２９１３において駐車時車両冷却
装置の提案を行ったが１本発明はその発明の延長線に在
るもので。

水を噴霧して空冷放熱器の放熱面に付着せしめ。

付着した水の蒸発によって空冷放熱器の冷却を行、なお
うとするものである。

水の蒸発速度は次式■に示される。

−Ｔ ここでＧ：水の蒸発量 Ｄ：拡散係数 Ｐｓ：飽和蒸気圧 ｐ　Ｃｏ　：水蒸気圧 Ｒ：気体定数 Ｔ：絶対温度 δ：境界層の厚さ Ｆ：蒸発面積 であり、又水の蒸発による冷却量は次式■に示される。

Ｑａ＝Ｇ−Ｌ・・・■ ここでＱａ：冷却量 Ｇ：水の蒸発量 Ｌ：水の蒸発熱 である。

上記■、■の両式から明らかなようにＱａはＦに比例す
るが１本発明の第一の特徴はこのＦを式Ｉにおける空冷
放熱器の面積Ａに近似させて、そのＡの大きな点を利用
することに在る。

即ち水を空冷放熱器の全表面にわたって噴霧して付着せ
しめ、大きな蒸発面積を与えることである。

第二の特徴は電動ファンにより強制通風を行なう場合、
又車両の走行によって自然通風が行なわれる場合、空冷
放熱器に付着した水滴粒子層の表面においては水蒸気層
が通風によって移動させられる為１式■においてδが小
さくなり従ってＧは大きくなり、結果としてＱａ即ち冷
却量の増大が見込まれることである。

以上が本発明の基本原理であり、従って冷却装置は噴霧
器、ポンプ、水タンク等からなる噴霧装置に、容量に制
限のある水を必要に応じて有効に使用する為の制御器を
付設することによって構成される。

（へ）、実施例 以下本発明にかかる実施例を図面の説明と共に詳述する
。

第１図は冷却装置の構成を示した車両上の配置図である
。

冷却装置は基本的に噴霧器１．ポンプ７、水タンク９を
送水管５で接続した噴霧装置とポンプ７を合理的に制御
する為に設けた制御器４とポンプ７を駆動する為の車Ｉ
！電源であるバッテリー３又は発電機によって構成され
る。

冷却すべき対象の放熱器２はコンデンサー、ラジェータ
ー、オイルクーラー、チャージドエア−クーラー等の空
冷放熱器であり、噴霧器１は空冷放熱器の近傍に噴霧方
向を通風方向に対し順方向にして設置される。

車ａ？を源の一つであるバッテリー３は駐車後の車両の
クールダウン時間を短くする為に、駐車時即ちエンジン
停止時に冷却装置を使用してコンデンサーを冷却してお
く時に必要であり、停車時、渋滞時等エンジンが回転し
ている時には他の車載電源である発電機を使用すること
も出来る。

エンジン停止時に冷却装置を使用する他の例としては、
エンジンオイルのクールダウン時間を短くする為にオイ
ルクーラーに使用する場合がある。

制御器４にはタイマー又はタイマーと温度センサーが設
けられ、タイマーはポンプ７を断続運転させる為に休止
時間と運転時間を設定するものであり、又温度センサー
は空冷放熱器又はその内部の流体温度、車内温度、コン
プレッサー温度等を検出して冷却装置の動作条件を決定
するものである。

送水管５は噴霧器１、ホンプ７．水タンク９等を嵌合、
フランジ継手、ネジ継手等の手段で接続するホース又は
パイプである。

エンジン停止時に冷却装置を使用する場合ポンプ７の駆
動電源としてバッテリー３を使用するが。

ソーラーセル６はバッテリー３の充電用補助電源であり
、バッテリー３の過放電を防止して電極の消耗を抑制し
寿命を伸ばす為である。

ポンプ７は低消費電力が好ましく、その性能は吐出圧が
ｌ　ｋｇ／ｃｊ、流量が０．５　Ｑ　／ｗｉｎ、以上で
あれば渦巻型、ダイヤフラム型などの型式を問わず使用
可能である。

電磁弁８の使用目的の一つは噴霧器１のノズル位置が水
タンク９の水位よりも低位置にある場合。

又は坂道駐車時において水位がノズル位置よりも高くな
る可能性のある場合に、水の自然流出番防止する為に設
けたもので、常時閉１通電開の動作設定となっており、
又その設置場所は図示のごとくポンプ７と水タンク９の
中間以外に噴霧器１の近傍に設置することも出来る。

電磁弁８の他の使用目的は複数の放熱器２を冷却する場
合であり、−熱論この時には同数の噴霧器１が必要とな
る。

この場合複数のポンプ７を同数の送水管５に接読して冷
却を必要とする放熱器２に対応したポンプ７を運転して
該当する噴霧器１を作動させる方法もあるが、他方−台
のポンプ７に接続した送水管５を中途より複数本に分岐
して各々に同数の電磁弁８を設置し、冷却を必要とする
放熱器２に対応した電磁弁８に通電して水路を開けると
共にポンプ７を運転して該当する噴霧器１を作動させる
ことも出来る。

放熱器２が有する表面積を水の蒸発表面として有効に利
用するには、噴霧された水滴が放熱器２の表面の全面に
均一に付着する必要がある。

第２図から第６図まで噴霧器１の噴霧状態を示したもの
で、第２図は二段構造の噴霧器１の斜視図、第３図は第
２図の側面図、第４図は放熱器が小さい為に噴霧器１を
一段にした側面図、第５図は第３図又は第４図の平面図
、第６図は噴霧器１が一段で放熱器２がチャーシトエア
ークーラーの様にエンジンルームに水平に設置された場
合の斜視図であり、各々の矢印は通風方向を示している
。

噴霧器１は導水管に複数の加圧型ノズルを設けて構成し
たものであり、導水管は放熱器２の大きさに応じて一段
又は二段以上の複数本が支持具を介して放熱器２の近傍
に設置される。

第２図から第４図において図示の如く複数のノズルの噴
霧方向と放熱器２の接触面が為す角度は９０°未満であ
り、従って噴霧された水滴と放熱器２の接触パターンは
楕円形となるが、熱論これはノズルにより広い噴霧面積
を与える為である。

放熱器２の表面を水の蒸発面として有効に使用するには
、ノズルの取付は間隔を各々のノズルの噴霧両端が相互
に重複するように設定して、死角の生じない噴霧状態を
得るべきである。

加圧型ノズルは遠心型と渦巻型に大別され、何れも支障
無く使用出来るが、中でも遠心型ノズルは噴霧器１の製
造が容易であり、又ノズルにゴミが詰まった時に取外し
て点検掃除が簡単に出来る等の利点がある。

第７図は導水管１０に遠心型のノズル１１の取付状態を
示した中央断面図である。

導水管ｌＯはプラスチック、金属等からなる管体でノズ
ル１１に導水するための水路であり、一端は封止され、
他端には送水管５が接続される。

導水管１０にはノズルアダプター１３が溶接、ネジ継手
等の手段によって取付けてあり、又ノズル１１はノズル
アダプター１３にネジ継手により取付ける。

内設されたコア１２は水流に遠心力を与えて霧化を生じ
させる為のものである。

第８図はダイキャスト、プラスチック成型等により製造
した噴霧器１の導水管１０’、ノズルアダプター１３’
の中央断酊図を示し、接合部１４は同時に分割線でもあ
る。

第９図は噴霧器１を固定する為の支持具１５．１５゜の
斜視図で図示の如く放熱器２に取付けられているが、熱
論この方法に限定されることなく、放熱器２の近傍にあ
る車両構造材に取付けても良い。

第１０図はトランクルームを含む車室内への設置を目的
とした水タンク９周りの側面図で、タンクケース１７に
は三方弁、電磁弁８、ポンプ７が各々の順で水タンク９
に接続されて収設されているが。

前述の如く電磁弁８は噴霧器１の近傍に設置することも
出来る。

水タンク９はタンクケース１７に設けた保持具によって
固定されており、従って車両の急激な運転時においても
水タンク９の乱れた動きを抑えることが出来る。

又タンクケース１７には、水タンク９に注水時のオーバ
ーフローした水、ポンプ７からリークした水、三方弁を
開放して水タンク９から排出した水等を車外に排出する
為に、ドレンパイプが設けられており、従って車室が水
で濡れる虞が無い。

水タンク９には図示の如くフロート型の水位検出器１６
が設けてあり、これはポンプ７の空運転を防止すると共
に冷却装置が機能を発揮する上で基本物質となる水の有
無を検出する為でもある。

水位検出器にはリミットスイッチとフロート。

リードスイッチ又はホール■、Ｃと磁石付フロート等の
組合せ以外に静電容量型もあり、又送水管５にポンプ７
の運転による水圧を検出する圧力センサー、水流を検出
する光学的センサー等の水流検出器を設けて同じ目的を
達成することも出来る。

冷却装置には水道水や地下水が自由に使用し得るが、こ
れらの水質は地域によって異なり、従って溶存無機物や
有機物によって放熱器２や電装品の表面が汚染し、放熱
器２の熱伝導を低下させる膜が形成されたり、あるいは
電装品の絶縁抵抗を低下させる膜が形成される可能性が
ある。

第１１図、第１２図は水の精製に係る。

第１１図は車両内の任意の位置に設置可能な水の精製器
１８の中央断面図で、ポンプ７によって加圧された水は
底部に送られ、有機物吸着体層２２で有機物、懸濁微粒
子等が、カチオン交換体層２１でＣａ２＋１Ｍｇ＋、Ｆ
ｅ２＋等の陽イオンが、アニオン交換体層２０で塩酸、
硫酸、硝酸等の酸が各々吸着された後、頂部より噴霧器
１に送られる。

仕切板１９は各々の層を分離し又充填した粒子の流出を
防止する為に設けたもので、メツシュ、不織布、ウレタ
ンフオーム等からなるフィルターと通水性のフィルター
フォルダーから構成されている。

第１２図は水の精製室を内部に設けた水タンク９゛の中
央断面図で、タンク内の水は非通水性の仕切板ａ２３に
よって精製室２５と分離されており、又精製室２５は仕
切板１９と同構成の仕切板ｂ２４によって３室に分離さ
れている。

水の精製は前述の有機物吸着体とイオン交換体の組合せ
以外に、水質によっては有機物吸着体又はイオン交換体
によって可能な場合もあり、従って精製室の中間に設け
た仕切板１９又は仕切板ｂ２４は必要に応じて取外すこ
とも出来る。

有機物吸着体には活性炭、有機物吸着樹脂等が、又イオ
ン交換体にはイオン交換樹脂、モレキュラーシーブ等が
各々適宜使用し得る。

冷却装置は水の蒸発による冷却作用を応用する為に水の
消費は不可避であり、従って車載装置という制約上、容
量に制限のある水を有効に使用する為の制御器が必要で
ある。

第１３図は冷却装置の制御に係るタイムチャートトを示
している。

タイマーＴ１．Ｔ２はポンプ７の各々休止時間。

運転時間を設定する為に設けたものであり、二点鎖線は
温度センサーの検出値の時間的推移を示している。

このタイムチャートは検出値がｘｌとｘｌの中間値の時
タイマーＴｌの休止時間は１１を保持しているが、ｘｌ
を越えると１１が短縮してｔｌ’となり水の噴霧回数を
増し即ち冷却量を増大し、又ｘｉ以下になると冷却装置
が作動を停止することを示している。

冷却量を増大するにはｔｌを一定にして、ポンプ７の運
転時間即ちタイマーＴ２のｔｌを伸ばし１回毎の水の噴
！ｉ１．ｔを増しても良い。

熱論制御はタイマーＴＩとＴ２を用い、必要に応じ装置
の作動、停止を行なうことも出来る。

（ト）１発明の効果 以上詳述したように冷却装置には、第一に比熱、比重、
熱伝導度が空気よりも大きい水を冷却媒体として使用し
、又その蒸発による冷却作用を応用している為に、空冷
放熱器が要求する放熱量を応答性良く、又低消費エネル
ギーで多量に与えることが出来る。第二に冷却媒体が水
である為に、！！公害、安全、低価格であり、又装置の
使用に伴つランニングコストが極めて低い、そして第三
に小型、軽量、簡便で可動部分が少ない為に、車両の基
本的デザインを損なうこと無く設置出来て、又故障する
可能性も低い等の特徴がある。

従って空冷放熱器は従来のものに比較して小型化が可能
であり、又コンデンサーに適用すればクールダウン時間
の短縮、渋滞時の冷房効果の改善等が期待される他、チ
ャーシトエアークーラーに適用すれば低温の空気が充填
できる為にエンジンの高出力化が可能であり、又オイル
クーラーに適用してエンジンオイルの高温劣化を防止し
寿命を伸ばすことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は冷却装置の構成を示した車両上の配置図、第２
図から第６図まで噴霧器の噴霧状態を示したもので、第
２図は斜視図、第３図、第４図は各々側面図、第５図は
平面図、第６図は斜視図。 第７図は導水管にノズルの取付状態を示した中央断面図
、第８図は其の他の構造の導水管、ノズルアダプターを
示した中央断面図、第９図は噴霧器を固定する為の支持
具の斜視図、第１θ図は水タンク周りの側面図、第１１
図は水の精製器の中央断面図、第１２図は水の精製室を
内設した水タンクの中央断面図、第１３図は冷却装置の
制御に係るタイムチャートを各々示している。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）．　導水管に複数のノズルアダプターを設けたこ
   ととノズルアダプターに加圧型ノズルを取付けたことに
   よって構成した噴霧器を、噴霧した水滴が車両内に設置
   された空冷放熱器の放熱面を被うように設置し、噴霧器
   と車両内に設置した車載電源を駆動電源とするポンプと
   車両内に設置した水タンクを送水管で接続し、ポンプを
   断続運転させる為の制御器を車両内に設置し、噴霧器に
   断続的送水を行うことによって空冷放熱器に対して間歇
   的噴霧を行い、空冷放熱器の放熱面に付着した水の蒸発
   によって空冷放熱器を冷却することを特徴とする空冷放
   熱器の冷却装置。 （２）．　加圧型ノズルが遠心型ノズルであることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の空冷放熱器の冷却
   装置。 （３）．　車載電源を駆動電源とする電磁弁を送水管に
   設置したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   空冷放熱器の冷却装置。 （４）．　ソーラーセルを車載電源の一つであるバッテ
   リーの充電用補助電源として車両内に設置したことを特
   徴とする特許請求第１項記載の空冷放熱器の冷却装置。 （５）．　水位検出器を水タンクに設けたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の空冷放熱器の冷却装置
   。 （６）．　水流検出器を送水管に設けたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の空冷放熱器の冷却装置。 （７）．　水の精製器を車両内に設置したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の空冷放熱器の冷却装置
   。 （８）．　水の精製室を水タンクに内設したことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の空冷放熱器の冷却装
   置。 （９）．　水の精製を有機物吸着体とイオン交換体によ
   って行うことを特徴とする特許請求の範囲第７項又は第
   ８項記載の空冷放熱器の冷却装置。（１０）．　水の精
   製を有機物吸着体によって行うことを特徴とする特許請
   求の範囲第７項又は第８項記載の空冷放熱器の冷却装置
   。 （１１）．　水の精製をイオン交換体によって行うこと
   を特徴とする特許請求の範囲第７項又は第８項記載の空
   冷放熱器の冷却装置。 （１２）．　タイマーを制御器に設けたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の空冷放熱器の冷却装置。 （１３）．　タイマーと温度センサーを制御器に設けた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の空冷放熱
   器の冷却装置。