(57)【要約】【課題】ラジエータ等の放熱性能を、水を吹き付けることにより効率的に向上させる。【解決手段】ラジエータにおいて、ウォーターチューブ２１１のノズル対向面にくぼみＨを設け、放熱性能を向上させるためにノズルから噴射された水を、このくぼみＨに付着させる。くぼみＨを形成するウォーターチューブ２１１の側壁には、くぼみＨの内外を連通する貫通部を設け、くぼみＨに保持されている水がフィン２１２に供給されるようにしてもよい。【選択図】　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温流体を流すための管であって、高温流体と、これよりも温度が低い低温流体との各通路を隔てる高温流体流通管を備える熱交換器と、
実質的にこの高温流体流通管に向けて水を噴射するためのノズルとを含んで構成され、
前記熱交換器において、高温流体流通管のノズル対向面にくぼみが設けられた冷却装置。
【請求項２】
前記熱交換器がラジエータである請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記くぼみが、高温流体流通管としてのウォーターチューブの軸方向に長い半円筒状である請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記ラジエータが、放熱面積を増大させるための、ウォーターチューブに接続されたフィンを備え、ウォーターチューブの前記くぼみを形成する側壁に、くぼみの内外を連通させる貫通部が設けられた請求項３に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記貫通部が、前記側壁のうちフィンとの接触部以外の部分に設けられた請求項４に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記貫通部に隣接して、前記側壁にくぼみの内部に延びる突出部が設けられた請求項４又は５に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記貫通部が、前記側壁に設けられた切欠きである請求項４〜６のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項８】
前記貫通部が、前記側壁に設けられた溝である請求項４〜６のいずれかに記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却装置に関し、詳細には、ラジエータの放熱性能を一時的に向上させるためにラジエータのコアに向けて水を噴射する水噴射装置を含んで構成される自動車用エンジンの冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ラジエータの放熱性能を一時的に向上させるための水噴射装置を備える冷却装置として、次のものが知られている（特許文献１）。すなわち、噴射用の水を蓄えるタンクと、このタンク内の水をラジエータのコアに吹き付けるためのノズルと、タンクからノズルへ水を圧送するためのポンプと、このポンプの制御装置とを含んで構成され、制御装置によりエンジンの高出力時等にポンプを駆動して、ノズルからコアに向けて水を噴射し、ラジエータの放熱性能を向上させるものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０６−３１７１５２号公報（段落番号００２３〜００２７）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、水噴射装置の改良によりラジエータの放熱性能を向上させる発明が知られているが、ラジエータ自体に関して、依然として次の点で改善の余地が残されている。すなわち、一般的なラジエータは、エンジン冷却水と外気との間で熱交換を効率よく行わせることを念頭にウォーターチューブの形状が設定されている。そのような形状のもとでは、ノズルから噴射された水がウォーターチューブに付着せずにラジエータ外に流れてしまったり、あるいは一旦付着したとしても、ウォーターチューブ上に良好に保持されずにウォーターチューブを伝ってラジエータ外に落ちてしまったりするからである。このため、ラジエータの放熱性能を向上させるために、余分な水を噴射するとともに、噴射用の水を必要以上に蓄えておかなければならなかった。
【０００５】
そこで、本発明は、ラジエータ等の熱交換器と水噴射装置とを含んで構成される冷却装置において、冷却対象であるエンジン冷却水等の高温流体を流すための高温流体流通管の形状を改善し、一定量の水を噴射した場合に得られる放熱性能の向上効果をより顕著なものとすることで、効率的に放熱性能を向上させることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明では、高温流体流通管を備える熱交換器と、実質的にこの高温流体流通管に向けて水を噴射するためのノズルとを含んで冷却装置を構成するとともに、この熱交換器において、高温流体流通管のノズル対向面にくぼみを設ける。
【０００７】
このような構成によれば、熱交換器において、ノズルから噴射された水を高温流体流通管に設けられたくぼみに付着させ、かつこれを良好に保持することができるので、余分な水を噴射したり、噴射用の水を必要以上に蓄えたりすることなく、効率的に放熱性能を向上させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る自動車用エンジンの冷却装置１の構成図である。
冷却装置１は、熱交換器としてのラジエータ２と、水噴射装置３とを含んで構成される。
【０００９】
ラジエータ２は、コア２１の上下両端に上蓋２２及び下蓋２３を取り付けて構成される。図２は、コア２１の拡大図であり、冷却装置１を備える自動車の進行方向前側から見た状態で示している。コア２１は、高温流体流通管としてのウォーターチューブ２１１と、それぞれのウォーターチューブ２１１の間に挟み込まれた波板２１２等とで構成される。ウォーターチューブ２１１と波板２１２とは、ろう付けして固定されている。コア２１において、ウォーターチューブ２１１は、上下に延伸しており、その上下両端は、ヘッダプレート（図示せず）に嵌め込まれている。上側ヘッダプレートに上蓋２２が取り付けられ、下側ヘッダプレートに下蓋２３が取り付けられる。波板２１２は、コルゲートフィン（以下「フィン」という。）を形成しており、それぞれのフィンには、放熱効果を高めるための鎧戸状のルーバ（図示せず）が形成されている。
【００１０】
ここで、コア２１において、各ウォーターチューブ２１１の前端面（ノズル対向面に相当する。）に、ウォーターチューブの軸方向に長い半円筒状のくぼみＨが形成されている。このくぼみＨは、ヘッダプレートの取付け代を残して、ウォーターチューブ２１１の上端から下端まで形成されている。
図１に戻り、水噴射装置３は、噴射用の水を蓄えるタンク３１と、タンク３１内の水を噴射するためのノズル３２と、タンク３１及びノズル３２を接続する配管３３と、この配管に介装されたポンプ３４と、このポンプ３４の制御装置３５とを含んで構成される。制御装置３５には、エンジンの運転状態を示す信号として、アクセル開度センサ４１からのアクセル開度検出信号、クランク角センサ４２からのエンジン回転数検出信号及び水温センサ４３からのエンジン冷却水温度検出信号等が入力される。
【００１１】
使用時において、高温流体としてのエンジン冷却水は、入口側冷却水通路としてのアッパーホース２４を通ってラジエータ２の上蓋２２内に流入する。そして、それぞれのウォーターチューブ２１１に分配され、各ウォーターチューブ２１１において、低温流体としての外気との熱交換により冷却される。エンジン冷却水は、ウォーターチューブ２１１を出ると、下蓋２３内で合流し、出口側冷却水通路としてのロアホース２５を介してエンジンのウォータージャケットに戻される。
【００１２】
ここで、制御装置３５は、ラジエータ２の放熱性能を一時的に向上させる必要がある条件として、エンジンが高出力運転状態にあることを検出すると、ポンプ３４を作動させる。ポンプ３４が作動すると、タンク３１内の水が配管３３を介してノズル３２に供給される。ノズル３２は、供給された水を、ラジエータ２の前方からラジエータ２のコア２１全面に向けて噴射する。
【００１３】
本実施形態によれば、次の効果を得ることができる。
第１に、ラジエータ２において、ノズル３２に対向するウォーターチューブ２１１の前端面にくぼみＨを設けたので、ノズル３２から噴射された水をこのくぼみＨに付着させることができる。これにより、噴射されてからラジエータ２外に流れる水の量を減少させることができるので、ラジエータ２の放熱性能を向上させる際に、より少量の水で所望の向上効果を得ることが可能となり、噴射用の水を蓄えるためのタンク３１として、より小型のものを使用することができる。
【００１４】
第２に、ウォーターチューブ２１１のくぼみＨを、ウォーターチューブ２１１の軸方向に長い半円筒状、すなわち、断面で半円状としてことで、水とウォーターチューブ２１１との接触面積が拡大される。図３（ａ）は、くぼみＨのない一般的なラジエータのウォーターチューブ１０１の断面を、同図（ｂ）は、くぼみＨを設けた本実施形態に係るウォーターチューブ２１１の断面を示している。ウォーターチューブ２１１では、くぼみＨを設けたことにより水Ｗとの接触面積が拡大されている。これにより、図４のように、重力Ｇに対する抗力Ｆが相対的に増大し、くぼみＨ内に水を長期に渡って保持することができるので、噴射された水をラジエータ２の冷却に充分に活かして、ラジエータ２の放熱効果を効率的に向上させることができる。
【００１５】
以下に、本発明の他の実施形態について説明する。
図５は、第２の実施形態に係る自動車用エンジンの冷却装置を構成するラジエータのコア５１の拡大図であり、図１と同様に自動車の進行方向前側から見た状態で示している。
本冷却装置は、コア５１を備えるラジエータと、第１の実施形態と同様の水噴射装置３とを含んで構成される。
【００１６】
このラジエータのコア５１は、高温流体流通管としてのウォーターチューブ５１１と、フィンを形成する波板５１２とを交互に重ね合わせ、これらをろう付けして固定することにより構成される。ウォーターチューブ５１１の上下両端は、ヘッダプレートに嵌め込まれており、それぞれのヘッダプレートに上蓋又は下蓋が取り付けられる。また、ノズルから噴射された水がラジエータ外に流れずにウォーターチューブ５１１上に保持されるように、各ウォーターチューブ５１１のノズル対向面に相当する前端面に、ウォーターチューブの軸方向に長い半円筒状のくぼみＨが形成されている。
【００１７】
ここで、各ウォーターチューブ５１１において、くぼみＨを形成する左右各側の壁部（側壁に相当し、以下「側壁」という。）５１１ａには、波板５１２との接触部を外して、貫通部としての切欠き５１１ｂが設けられている。くぼみＨの内部は、これらの切欠き５１１ｂを介して、波板５１２の隣り合うフィンに囲まれた空間と連通している。また、側壁５１１ａには、くぼみＨの内部に延びる突出部としてのつめ部５１１ｃが、切欠き５１１ｂに隣接して設けられている。
【００１８】
本実施形態によれば、特に、次の効果を得ることができる。
第１に、くぼみＨを形成するウォーターチューブの側壁５１１ａに、くぼみＨの内外を連通する切欠き５１１ｂを設けたので、くぼみＨに保持されている水を、この切欠き５１１ｂを通してフィンに供給することができる。このため、ノズルから噴射された水により、ウォーターチューブ５１１からだけでなくフィンからも熱を奪うことができるので、より効率的にラジエータの放熱性能を向上させることができる。
【００１９】
第２に、側壁５１１ａにおいて、切欠き５１１ｂに隣接させてつめ部５１１ｃを設けたので、くぼみＨに保持されている水を、このつめ部５１１ｃにより案内して、フィンに供給することができる。図６は、ウォーターチューブ前端面の拡大図であり、水がつめ部５１１ｃにより案内されて、くぼみＨからフィンに供給される様子を示している。このように、くぼみＨからフィンへ水が積極的に案内されることで、くぼみＨに付着した後、ウォーターチューブ５１１を伝ってラジエータ外に流れる水の量を減少させることができる。
【００２０】
図７は、本発明の第３の実施形態に係る自動車用エンジンの冷却装置を構成するラジエータのコア６１の拡大図であり、同様に自動車の進行方向前側から見た状態で示している。
本冷却装置は、コア６１を備えるラジエータと、第１の実施形態と同様の水噴射装置３とを含んで構成される。
【００２１】
このラジエータのコア６１も、以上と同様にウォーターチューブ６１１と波板６１２とを交互に重ね合わせて固定することにより構成される。各ウォーターチューブ６１１の前端面には、ノズルから噴射された水をウォーターチューブ６１１上に保持するために、ウォーターチューブの軸方向に長い半円筒状のくぼみＨが形成されている。
【００２２】
ここで、ウォーターチューブ６１１のうち、くぼみＨを形成する側壁６１１ａには、貫通部としての溝６１１ｂが設けられている。くぼみＨの内部と、波板６１２の隣り合うフィンに囲まれた空間とは、これらの溝６１１ｂを介して連通している。
本実施形態によれば、特に、次の効果を得ることができる。すなわち、くぼみＨを形成するウォーターチューブの側壁６１１ａに、くぼみＨの内外を連通する溝６１１ｂを設けたので、くぼみＨに保持されている水をこの溝６１１ｂを通してフィンに供給し、ラジエータの放熱性能を更に向上させることができる。図８は、ウォーターチューブ６１１の部分断面図であり、くぼみＨに保持されている水が、溝６１１ｂを介する矢印Ａｗに沿ってフィンに供給される様子を示している。
【００２３】
なお、貫通部として設けられる溝６１１ｂの底面は、図８のようにラジエータの前後方向に対して直角であるばかりでなく、この方向に対して鋭角をなすように傾斜させたり（６１１ｂ’）、あるいは円弧状に形成して、くぼみＨの内面から滑らかに接続させたりしてもよい。
以上では、ラジエータを含んで構成される自動車用エンジンの冷却装置に本発明を適用した場合を例に説明したが、本発明は、他の用途に適用することも可能である。自動車に関していえば、オイルクーラ、エアコン用コンデンサ又はインタークーラ等のラジエータ以外の熱交換器を含んで構成される冷却装置に適用することが可能である。また、自動車は、電気モータを動力源とするものや、動力源として電気モータとエンジンとを併用するものであってもよい。これらの自動車において、本発明は、燃料電池の冷却装置に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る自動車用エンジンの冷却装置
【図２】同上冷却装置を構成するラジエータのコア
【図３】ノズルから噴射された水とウォーターチューブとの接触面の、従来との比較
【図４】ウォーターチューブ上の水に働く力
【図５】本発明の第２の実施形態に係る冷却装置を構成するラジエータのコア
【図６】同上ラジエータのウォーターチューブ上での水の移動
【図７】本発明の第３の実施形態に係る冷却装置を構成するラジエータのコア
【図８】同上ラジエータのウォーターチューブ上での水の移動
【符号の説明】
１…冷却装置、２…熱交換器としてのラジエータ、２１，５１，６１…ラジエータのコア、２１１，５１１，６１１…高温流体流通管としてのウォーターチューブ、５１１ａ，６１１ａ…側壁、５１１ｂ…貫通部としての切欠き、５１１ｃ…突出部としてのつめ部、６１１ｂ…貫通部としての溝、２１２，５１２，６１２…波板、３…水噴射装置、３１…タンク、３２…ノズル、３４…ポンプ、３５…制御装置、Ｈ…くぼみ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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