(57)【要約】【課題】冷却効率と安全性が高く、最適な位置での燃料の冷却を可能にする燃料冷却装置を提供する。【解決手段】燃料冷却装置１００は、内部に密閉空間を有する燃料冷却管１１０と、内部に作動媒体が流通されるヒートパイプ１２０とを備えている。ヒートパイプ１２０は、燃料冷却管１１０の密閉空間に挿入されて燃料冷却管１１０の内周面１１０Ａとの間に燃料流路１５０を形成する蒸発部１２２と、蒸発部１２２において蒸発した作動媒体を凝縮させる凝縮部１２４と、蒸発部１２２と凝縮部１２４とを断熱的に接続する断熱部１２６とを含んでいる。凝縮部１２４は、燃料冷却管１１０の外部に配置される。燃料冷却装置１００は、燃料管５０から燃料冷却管１１０内の燃料流路１５０に燃料を導入する燃料導入ポート１３０と、燃料冷却管１１０内の燃料流路１５０を流れた燃料を燃料管５０に戻す燃料排出ポート１４０とを備えている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンに接続された燃料管を流れる燃料を冷却するための燃料冷却装置であって、
内部に密閉空間を有する燃料冷却管と、
内部に作動媒体が流通されるヒートパイプであって、
前記燃料冷却管の密閉空間に挿入されて前記燃料冷却管の内周面との間に燃料流路を形成し、該燃料流路を流れる燃料との熱交換により前記作動媒体を蒸発させる蒸発部と、
前記蒸発部において蒸発した前記作動媒体を凝縮させる凝縮部であって、前記燃料冷却管の外部に配置される凝縮部と、
前記蒸発部と前記凝縮部とを断熱的に接続する断熱部と、
を有するヒートパイプと、
前記燃料管から前記燃料冷却管内の燃料流路に前記燃料を導入する燃料導入ポートと、
前記燃料冷却管内の燃料流路を流れた前記燃料を前記燃料管に戻す燃料排出ポートと、
を備えた、燃料冷却装置。
【請求項２】
前記ヒートパイプの蒸発部は、その外周面から前記燃料冷却管の内周面に向かって突出するリッジ部であって、前記燃料流路を流れる前記燃料をガイドするリッジ部を有する、請求項１に記載の燃料冷却装置。
【請求項３】
前記リッジ部は、前記ヒートパイプの蒸発部の軸方向に沿って螺旋状に形成されている、請求項２に記載の燃料冷却装置。
【請求項４】
前記燃料冷却管は、前記内周面から前記ヒートパイプの蒸発部に向かって突出するリッジ部であって、前記燃料流路を流れる前記燃料をガイドするリッジ部を有する、請求項１に記載の燃料冷却装置。
【請求項５】
前記リッジ部は、前記燃料冷却管の軸方向に沿って螺旋状に形成されている、請求項４に記載の燃料冷却装置。
【請求項６】
前記凝縮部は、複数のフィンを有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料冷却装置に係り、特にディーゼルエンジンに用いられる燃料を冷却する燃料冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンにおいては、燃料を燃焼室に高圧で噴射する必要があるため、燃料を吐出するポンプの吐出圧をガソリンエンジンに比べて高くしなければならない。このため、燃料を昇圧して高圧に保持する高圧ポンプが用いられるが、この高圧ポンプが高速で駆動されると、高圧ポンプの温度が上昇するため、エンジンの燃焼室から燃料戻り管を経て燃料タンクに戻される燃料も高温になることがある。エンジンに供給される燃料の温度が上昇して燃料密度が低下すると、エンジンの出力が低下し、燃費も下がってしまう。
【０００３】
このため、例えば、燃料戻り管の途中の燃料タンクに近い位置にフィンを設置し、燃料を冷却することが提案されている（例えば特許文献１参照）。しかしながら、燃料タンクに近い場所では空気が淀んでいるため、フィンによる冷却効率が悪く、十分に燃料を冷却することができない。さらに、この技術では、燃料戻り管を流れる燃料を冷却できるが、高圧ポンプからエンジンに至る燃料供給管を流れる燃料を効果的に冷却することができない。
【０００４】
また、燃料供給管及び燃料戻り管を延長して放熱部を形成し、この放熱部をエンジンカバーの後方とエンジンフードとの間の隙間に露出させて走行風により燃料供給管及び燃料戻り管内の燃料を冷却することも提案されている（例えば特許文献２参照）。しかしながら、この技術では、車両の衝突などによって露出された放熱部に外力が加わると、燃料供給管や燃料戻り管が破損し、内部を流れる燃料が漏れ出て重大な事故が生じる可能性がある。
【０００５】
また、特許文献３では、排気マニホールドを冷却するためにヒートパイプを用いることが開示されているが、ヒートパイプを用いて燃料供給管や燃料戻り管の内部を流れる燃料を冷却することについては何ら述べられていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２７４１０９号公報
【特許文献２】特開２０１１−１２７４９１号公報
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１３／０１８６０７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、冷却効率と安全性が高く、最適な位置での燃料の冷却を可能にする燃料冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、冷却効率と安全性が高く、最適な位置での燃料の冷却を可能にする燃料冷却装置が提供される。この燃料冷却装置は、エンジンに接続された燃料管を流れる燃料を冷却するために用いられる。上記燃料冷却装置は、内部に密閉空間を有する燃料冷却管と、内部に作動媒体が流通されるヒートパイプとを備えている。上記ヒートパイプは、上記燃料冷却管の密閉空間に挿入されて上記燃料冷却管の内周面との間に燃料流路を形成する蒸発部を含んでいる。この蒸発部は、該燃料流路を流れる燃料との熱交換により上記作動媒体を蒸発させる。また、上記ヒートパイプは、上記蒸発部において蒸発した上記作動媒体を凝縮させる凝縮部と、上記蒸発部と上記凝縮部とを断熱的に接続する断熱部とを含んでいる。上記凝縮部は、上記燃料冷却管の外部に配置される。上記燃料冷却装置は、上記燃料管から上記燃料冷却管内の燃料流路に上記燃料を導入する燃料導入ポートと、上記燃料冷却管内の燃料流路を流れた上記燃料を上記燃料管に戻す燃料排出ポートとを備えている。
【０００９】
上記ヒートパイプの蒸発部が、その外周面から上記燃料冷却管の内周面に向かって突出するリッジ部を有していてもよい。このリッジ部は、上記燃料流路を流れる上記燃料をガイドする役割を有する。この場合において、上記リッジ部が、上記ヒートパイプの蒸発部の軸方向に沿って螺旋状に形成されていてもよい。
【００１０】
また、上記燃料冷却管が、その内周面から上記ヒートパイプの蒸発部に向かって突出するリッジ部を有していてもよい。このリッジ部も、上記燃料流路を流れる上記燃料をガイドする役割を有する。この場合において、上記リッジ部は、上記燃料冷却管の軸方向に沿って螺旋状に形成されていてもよい。
【００１１】
また、上記凝縮部が複数のフィンを有していてもよい。また、上記燃料導入ポート及び上記燃料排出ポートを上記エンジンに上記燃料を供給する燃料供給管に接続してもよいし、あるいは上記エンジンから上記燃料を燃料タンクに戻す燃料戻り管に接続してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、燃料導入ポートから燃料流路に導入された燃料がヒートパイプの蒸発部に接触すると、高温の燃料と蒸発部内部の作動媒体との間で熱交換が行われ、蒸発部内の作動媒体が燃料の熱を吸収し蒸発する。これにより燃料流路を流れる燃料が冷却される。燃料導入ポート及び燃料排出ポートを燃料管に接続するだけでその内部を流れる燃料を冷却することができるため、燃料管の最適な位置で燃料を冷却することが可能となる。また、作動媒体を凝縮させる凝縮部を蒸発部と独立して任意の場所に設置することができるので、放熱効率の高い場所に凝縮部を設置することで、燃料の冷却性能を高めることができる。さらに、燃料管を延長する必要がなく、既存の燃料管に燃料導入ポート及び燃料排出ポートを直接接続することができるので、車両の衝突などによって燃料管が破損する可能性を最小限にすることができ、安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態における燃料冷却装置とこれを用いたディーゼルエンジンを模式的に示す図である。
【図２】図１に示す燃料冷却装置を模式的に示す斜視図である。
【図３】図１に示す燃料冷却装置を模式的に示す図であり、燃料冷却装置の燃料冷却管と燃料導入ポートと燃料排出ポートを断面で示したものである。
【図４】図３に示す燃料冷却装置のヒートパイプの作用を説明する模式的断面図である。
【図５】図３に示す燃料冷却装置のヒートパイプの一部を示す斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施形態における燃料冷却装置を模式的に示す図であり、燃料冷却装置の燃料冷却管と燃料導入ポートと燃料排出ポートを断面で示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る燃料冷却装置の実施形態について図１から図６を参照して詳細に説明する。なお、図１から図６において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施形態における燃料冷却装置１００とこれを用いたディーゼルエンジン１０を模式的に示す図である。図１に示すように、ディーゼルエンジン１０には、燃料タンク２０から燃料を供給する燃料供給管３０が接続されており、燃料タンク２０内の燃料は燃料供給管３０の途中に設けられた高圧ポンプ４０によってエンジン１０に供給される。また、ディーゼルエンジン１０には、余剰な燃料を燃料タンク２０に戻す燃料戻り管５０が接続されており、エンジン１０の燃焼室で燃焼されなかった余剰の燃料は燃料戻り管５０を介して燃料タンク２０に戻される。
【００１６】
燃料戻り管５０の途中には本実施形態に係る燃料冷却装置１００が設けられている。本実施形態では、燃料冷却装置１００を燃料戻り管５０の途中に設ける例について説明するが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、燃料供給管３０の途中に燃料冷却装置１００を設けることもできる。
【００１７】
図２は、燃料冷却装置１００を示す斜視図である。図２に示すように、燃料冷却装置１００は、内部に密閉空間を有する燃料冷却管１１０と、燃料冷却管１１０の内部に一端が挿入されたヒートパイプ１２０とを備えている。燃料冷却管１１０の両端近傍には、燃料導入ポート１３０と燃料排出ポート１４０が設けられており、燃料導入ポート１３０は上述したエンジン１０から延びる燃料戻り管５０Ａ（図１参照）に接続され、燃料排出ポート１４０は燃料タンク２０につながる燃料戻り管５０Ｂ（図１参照）に接続されている。
【００１８】
図３は、燃料冷却装置１００を模式的に示すものであるが、図３においては、燃料冷却管１１０と燃料導入ポート１３０と燃料排出ポート１４０のみが断面で示されている。図３に示すように、ヒートパイプ１２０の一端は燃料冷却管１１０内の密閉空間に挿入されている。このヒートパイプ１２０の内部には作動媒体（図示せず）が流通されている。ヒートパイプ１２０は、内部に流通する作動媒体を蒸発させる蒸発部１２２と、この作動媒体を凝縮させる凝縮部１２４と、蒸発部１２２と凝縮部１２４とを断熱的に接続する断熱部１２６とを備えている。
【００１９】
ヒートパイプ１２０の蒸発部１２２は、ヒートパイプ１２０のうち燃料冷却管１１０の密閉空間に挿入される部分から構成されている。図３に示すように、このヒートパイプ１２０の蒸発部１２２の外周面１２２Ａと燃料冷却管１１０の内周面１１０Ａとの間には燃料流路１５０が形成されている。この燃料流路１５０には、燃料導入ポート１３０に接続された燃料戻り管５０Ａ及び燃料排出ポート１４０に接続された燃料戻り管５０Ｂがそれぞれ連通している。これにより、燃料戻り管５０Ａからの燃料が燃料導入ポート１３０を通って燃料流路１５０に導入され、燃料流路１５０を通って燃料冷却管１１０の軸方向に移送された後、燃料排出ポート１４０を通って燃料戻り管５０Ｂに戻されるようになっている。
【００２０】
したがって、上述した燃料冷却管１１０内の燃料流路１５０を流れる高温の燃料が、ヒートパイプ１２０の蒸発部１２２の外周面１２２Ａと接触すると、高温の燃料と蒸発部１２２内部の作動液との間で熱交換が行われ、蒸発部１２２内の作動液が燃料の熱を吸収し蒸発する。これにより燃料流路１５０を流れる燃料が冷却される。
【００２１】
ヒートパイプ１２０の凝縮部１２４は、燃料冷却管１１０の外部に配置されており、蒸発部１２２と反対側の端部に位置している。本実施形態においては、凝縮部１２４は、多数のフィン１６０により構成されている。
【００２２】
ヒートパイプ１２０の蒸発部１２２で生成された作動蒸気は、潜熱として断熱部１２６を通って凝縮部１２４に移動し、ここで多数のフィン１６０からの放熱によって凝縮して作動液となる。このように、ヒートパイプ１２０の蒸発部１２２から凝縮部１２４へと熱を移動させることで燃料流路１５０を流れる燃料を冷却することができる。
【００２３】
図４は、ヒートパイプ１２０の作用を説明する模式的断面図である。図４に示すように、ヒートパイプ１２０はシェル１７０を含んでおり、このシェル１７０の内部にウィック層１７１及び蒸気空間１７３が形成されている。図４に示すように、シェル１７０の内側にウィック層１７１が形成されており、ウィック層１７１の内側に蒸気空間１７３が形成される。
【００２４】
シェル１７０は例えば銅などの熱伝導性のよい材料からなり、これにより蒸発部１２２で効果的に熱エネルギーを作動媒体に吸収させることができ、また、凝縮部１２４で効果的に熱エネルギーを作動媒体から放出させることができる。すなわち、シェル１７０の外側を流れる高温の燃料の熱エネルギーが蒸発部１２２において効果的に吸収され、その吸収された熱エネルギーが凝縮部１２４において効果的に放出されるようになっている。
【００２５】
断熱部１２６は、蒸発部１２２と凝縮部１２４との間の領域であり、熱伝達が実質的にゼロとなる領域である。換言すれば、断熱部１２６は、周囲の領域から熱エネルギーを吸収することもなく、周囲の領域へ熱エネルギーを放出することもない。
【００２６】
ウィック層１７１は、多孔性物質により構成されており、例えば銅粒が焼結されたものである。この多孔性物質で生じる毛細管力で、ヒートパイプ１２０の内部の作動流体の循環力を発生する。この循環力により、作動液が凝縮部１２４から蒸発部１２２に向かって、すなわち低温側から高温側に向かって矢印１８０で示す方向に流れる。蒸発部１２２で受けた熱は、シェル１７０及びウィック層１７１とウィック層１７１内の作動液部分を熱伝導で移動し、作動液と蒸気空間１７３との界面で蒸発し、蒸気空間１７３では、作動蒸気が蒸発部１２２から凝縮部１２４に向かって、すなわち高温側から低温側に向かって矢印１８１で示す方向に流れる。
【００２７】
このようにヒートパイプ１２０内で相変化する作動媒体を介して、燃料冷却管１１０内の燃料流路１５０を流れる高温の燃料の熱エネルギーが蒸発部１２２で吸収され、凝縮部１２４で放出される。これにより燃料流路１５０を流れる燃料が冷却される。
【００２８】
図５は、燃料冷却管１１０内の密閉空間に挿入されるヒートパイプ１２０の蒸発部１２２を示す斜視図である。図３及び図５に示すように、ヒートパイプ１２０の蒸発部１２２の外周面１２２Ａには、燃料冷却管１１０の内周面１１０Ａに向かって突出するリッジ部１２８が形成されている。本実施形態では、リッジ部１２８は蒸発部１２２の軸方向に沿って螺旋状に形成されている。
【００２９】
このようなリッジ部１２８を形成することで、燃料がリッジ部１２８によりガイドされながら燃料冷却管１１０内の燃料流路１５０を流れていくことになる。したがって、燃料とヒートパイプ１２０の蒸発部１２２との間の熱伝熱面積が大きくなり、燃料を効率的に冷却することができる。なお、リッジ部１２８は、燃料冷却管１１０の内周面１１０Ａに接することが好ましいが、リッジ部１２８により燃料をガイドできれば必ずしも燃料冷却管１１０の内周面１１０Ａに接していなくてもよい。
【００３０】
ここで、例えば、燃料冷却管１１０の軸方向の長さを３００ｍｍ、燃料冷却管１１０の内周面１１０Ａの径を１５．７ｍｍ、燃料冷却管１１０の厚さを１．２ｍｍ、ヒートパイプ１２０の蒸発部１２２の外周面１２２Ａの径を１５ｍｍ、リッジ部１２８の高さを０．３５ｍｍとすることができる。
【００３１】
本実施形態によれば、燃料冷却管１１０内の燃料流路１５０に燃料を流し、この燃料とヒートパイプ１２０の蒸発部１２２との間で熱交換を行うことで燃料を冷却することができる。特に、燃料導入ポート１３０及び燃料排出ポート１４０を燃料戻り管５０又は燃料供給管３０に接続するだけでその内部を流れる燃料を冷却することができるため、燃料戻り管５０又は燃料供給管３０の最適な位置で燃料を冷却することが可能となる。例えば、燃料導入ポート１３０及び燃料排出ポート１４０をエンジン１０近傍の燃料戻り管５０又は燃料供給管３０に接続することによりエンジンルーム内の燃料配管を流れる燃料を冷却することができる。
【００３２】
また、上述したように、燃料流路１５０を流れる燃料との熱交換により蒸発部１２２の内部で蒸発した作動媒体は、燃料冷却管１１０の外部に配置された凝縮部１２４において凝縮されるが、この凝縮部１２４は蒸発部１２２とは独立して任意の場所に設置することができるので、放熱効率の高い場所に凝縮部１２４を設置することで、燃料の冷却性能を高めることができる。
【００３３】
さらに、燃料戻り管５０又は燃料供給管３０を延長した場合には、車両の衝突などによって外力が加わって破損する可能性が高まるが、本実施形態では、燃料戻り管５０又は燃料供給管３０を延長する必要がなく、既存の燃料戻り管５０又は燃料供給管３０に燃料導入ポート１３０及び燃料排出ポート１４０を直接接続することができる。したがって、車両の衝突などによって燃料戻り管５０や燃料供給管３０が破損する可能性を最小限にすることができ、安全性を高めることができる。
【００３４】
図６は、本発明の第２の実施形態における燃料冷却装置２００を模式的に示すものである。図６においては、図３と同様に、燃料冷却管２１０と燃料導入ポート１３０と燃料排出ポート１４０のみが断面で示されている。上述した第１の実施形態では、ヒートパイプ１２０の蒸発部１２２の外周面１２２Ａにリッジ部１２８を形成したが、本実施形態では、燃料冷却管２１０の内周面２１０Ａに、ヒートパイプ１２０の蒸発部１２２の外周面１２２Ａに向かって突出するリッジ部２１８が形成されている。本実施形態では、リッジ部２１８は燃料冷却管２１０の軸方向に沿って螺旋状に形成されている。
【００３５】
このようなリッジ部２１８を形成することで、燃料がリッジ部２１８によりガイドされながら燃料冷却管１１０内の燃料流路１５０を流れていくことになる。したがって、燃料とヒートパイプ１２０の蒸発部１２２との間の熱伝熱面積が大きくなり、燃料を効率的に冷却することができる。なお、リッジ部２１８は、ヒートパイプ１２０の蒸発部１２２の外周面１２２Ａに接することが好ましいが、リッジ部１２８により燃料をガイドできれば必ずしもヒートパイプ１２０の蒸発部１２２の外周面１２２Ａに接していなくてもよい。
【００３６】
これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３７】
１０    ディーゼルエンジン
２０    燃料タンク
３０    燃料供給管
４０    高圧ポンプ
５０    燃料戻り管
１００    燃料冷却装置
１１０    燃料冷却管
１１０Ａ  内周面
１２０    ヒートパイプ
１２２    蒸発部
１２２Ａ  外周面
１２４    凝縮部
１２６    断熱部
１２８    リッジ部
１３０    燃料導入ポート
１４０    燃料排出ポート
１５０    燃料流路
１６０    フィン
１７０    シェル
１７１    ウィック層
１７３    蒸気空間
２００    燃料冷却装置
２１０    燃料冷却管
２１０Ａ  内周面
２１８    リッジ部
【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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