(57)【要約】【課題】発熱源冷却用の冷却水が流入する流入口と流入した冷却水が流出する流出口とを備えたラジエータと、ラジエータに水を散水する散水装置とを少なくとも備えた、車両用ラジエータ装置において、より高い効率でラジエータの冷却効率を向上させる。【解決手段】発熱源冷却用の冷却水が流入する流入口６と流入した冷却水が流出する流出口７とを備えたラジエータ５と、ラジエータ５に水を散水する散水装置１１とを備えた、車両用ラジエータ装置２において、ラジエータ５における冷却水の流出口７に近い側に前記散水装置１１を配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱源冷却用の冷却水が流入する流入口と流入した冷却水が流出する流出口とを備えたラジエータと、前記ラジエータに水を散水する散水装置とを少なくとも備えた、車両用ラジエータ装置であって、
前記散水装置は、前記ラジエータにおける前記冷却水の流出口に近い側に設置されていることを特徴とする車両用ラジエータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用ラジエータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両には、発熱源であるエンジン用の冷却水を冷却するためのラジエータが備えられている。ラジエータの表面に水を散布して蒸発させ、水の蒸発潜熱によりラジエータ本体の温度を低下させることで、ラジエータの冷却性能を向上させるようにしたラジエータ装置も、特許文献１あるいは特許文献２等に記載されている。いずれの場合も、駆動源として燃料電池システムを採用した車両において、燃料電池のための冷却液をラジエータで冷却するとともに、燃料電池が生成する生成水をラジエータに散布するものが例として記載されている。また、特許文献１には、ラジエータに温度分布が存在する場合に、水の散布孔をラジエータの他の部位より高温となる部位に対応する位置に形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３７２３８５号公報
【特許文献２】特開２０１３−２１２７７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
水の蒸発潜熱によりラジエータの温度を低下させるようにしたラジエータ装置において、ラジエータの全面に均一に水を噴射することで、ラジエータの冷却性能を確実に向上させることができる。しかし、ラジエータ全面に均一に水噴射することは、エンジンルーム内の搭載容積の増大やコストアップを招くことから、現実的とは言えない。特許文献２に記載の装置のように、ラジエータ全面ではなく、ラジエータの他の部位より高温となる部位に水の散布孔を形成することで、容積の問題とコストの問題をある程度解決できることが期待できる。しかし、ラジエータのどの部位に散水装置を備えた場合に、より高い効率で冷却性能を向上させることができるかについては、十分な検討がなされてはいない。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、発熱源冷却用の冷却水が流入する流入口と流入した冷却水が流出する流出口とを備えたラジエータと、前記ラジエータに水を散水する散水装置とを少なくとも備えた、車両用ラジエータ装置において、必要とする容積はほぼ同じでありながら、より高い効率でラジエータの冷却効率を向上させることができるようにした車両用ラジエータ装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく、シミュレーションを含む多くの実験を行うことにより、散水装置をラジエータの高温部（すなわち、冷却水が流入する側）でなく、低温部（すなわち、流入した冷却水が流出する側）に設置することにより、高温側に配置するよりも、高い冷却効率が挙げられることを知見して、本発明をなすに至った。
【０００７】
すなわち、本発明による車両用ラジエータ装置は、発熱源冷却用の冷却水が流入する流入口と流入した冷却水が流出する流出口とを備えたラジエータと、前記ラジエータに水を散水する散水装置とを少なくとも備えた、車両用ラジエータ装置であって、前記散水装置は、前記ラジエータにおける前記冷却水の流出口に近い側に設置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
後の実施例に示すように、本発明による車両用ラジエータ装置では、ラジエータに水を散水する散水装置をラジエータの高温部に配置したものと比較して、ラジエータの冷却効率が３％〜８％向上する。この冷却効率の向上は、散水装置の設置位置を変えるだけで得られるものであり、実用上、極めて有意なものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明による車両用ラジエータを備えた車両の一例を示す概念図。
【図２】シミュレーションで用いたラジエータの概念図。
【図３】シミュレーションで得られた放熱量の違いの一例を示すグラフ。
【図４】ラジエータと散水装置の配置の一例を示す概念図。
【図５】他のシミュレーション結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明による車両用ラジエータ装置を備えた車両の一例を示す概念図である。
【００１１】
この例において、車両１は駆動源として燃料電池システム２を備えている。燃料電池３には、水素（Ｈ２）と空気が供給され、電気化学反応によって、所要の発電を行う。発電した電力は図示しない蓄電池に蓄えられ、蓄電池からの電力により図示しないモーターを駆動して、車両の走行に供される。
【００１２】
燃料電池３は発電反応によって発熱するので、冷却水によって冷却され所要の温度に維持される。冷却水はポンプ４の作用により、燃料電池３とラジエータ５との間を循環する。燃料電池３を冷却することで昇温した冷却水は、流入口６からラジエータ５内に流入する。ラジエータ５にはファン８の作用で外気が送給され、外気との間で熱交換することで冷却水は冷却される。冷却した冷却水は流出口７から流出し、ポンプ４を経て燃料電池３に戻される。
【００１３】
発電によって生成された水の一部は、所要のタンク９に貯留される。そして、ポンプ１０の作用により、必要時に、適数個のノズルを備えた散水装置１１からラジエータ５に向けて散水される。本発明による車両用ラジエータ装置２では、図１に示すように、散水装置１１は、ラジエータ５における冷却水の流出口７に近い側に設置されている。
【００１４】
図４は、本発明による車両用ラジエータ装置２における、ラジエータ５の形態と散水装置１１の形態および位置との関係の３つの例を示している。図４（ａ）は、ラジエータ５がクロスフロー型の場合であり、ここでは、図で右側が高温の冷却水の流入口６となり、左側が低温冷却水の流出口７となる。散水装置１１は適数個（図では２個）の散水ノズルで構成され、流出口７の角部近傍に設置されている。生成水は、ラジエータ５の全面にではなく、ラジエータ５の流出口７に近い表面領域に向けて散水される。
【００１５】
図４（ｂ）は、ラジエータ５がダウンフロー型の場合であり、ここでは、図で上側が高温の冷却水の流入口６となり、下側が低温冷却水の流出口７となる。ここでも、散水装置１１は適数個（図では２個）の散水ノズルで構成され、流出口７の角部近傍に設置されている。生成水は、ラジエータ５の全面にではなく、ラジエータ５の流出口７に近い表面領域に向けて散水される。
【００１６】
図４（ｃ）は、ラジエータ５は図４（ｂ）と同じダウンフロー型の場合であるが、散水装置１１が、ノズル形式ではなく、横長のホース（パイプ）１２に、多数個の孔１３を形成したものである点で、図４（ｂ）のものと相違している。ホース１２は、ラジエータ５の下端側（低温冷却水の流出口７が設けられている側）から少し上位の箇所に下端部と平行に設置されており、ホース（パイプ）１２の孔１３から排出される水が、ラジエータ５の流出口７に近い表面領域に散水されるようになっている。
【００１７】
次に、本発明者らが行ったシミュレーションおよびその結果について説明する。ラジエータ５として、クロスフロー型を想定した。ラジエータ５の表面を、図２に示すように、６等分し、図２で、Ａ１＋Ａ２を高温領域（流入側）、Ｃ１＋Ｃ２を低温領域（流出側）とした。そして、Ａ１＋Ａ２を高温領域Ａ、Ｂ１＋Ｂ２を領域Ｂ、Ｃ１＋Ｃ２を低温領域Ｃとした３分割で、それぞれの放熱量を計算した。
【００１８】
シミュレーションには、単品の物性データを基にエクセルを用いて行った。条件は、９５℃の温水（冷却水）が１４５Ｌ／ｍｉｎでラジエータ５内に流入するものとし、また、ラジエータ５全面に衝接する空気温度は４６℃とした。高温領域Ａ、領域Ｂおよび低温領域Ｃのそれぞれに、同量（５ｃｃ／ｓｅｃ）の水噴射を行い、それぞれの放熱量を算出した。その結果を、高温領域Ａおよび低温領域Ｃについて、図３に示した。なお、図３のグラフにおいて、右上がり斜線部は潜熱利用による放熱量であり、右下がりの斜線部は空気への放熱量である。
【００１９】
高温領域Ａおよび低温領域Ｃにおいて、潜熱利用による放熱量はともに等しいが、空気への放熱量は高温領域Ａよりも低温領域Ｃが大きくなっている。具体的には、ほぼ３％増加している。すなわち、同じ量の水をラジエータ５の表面に散水する場合でも、高温領域Ａよりも低温領域Ｃに散水した方が、総放熱量が大きくなり、ラジエータの冷却効率をより高く達成できることがわかる。これは、高温領域Ａに水噴射することで、領域Ｂおよび低温領域Ｃでの冷却水温度が下がり、その領域での冷却水と空気との温度差が小さくなるために、その領域での空気への熱伝達が減少するためと考えられる。
【００２０】
なお、上記のシミュレーションは、フリーウェイでの高速走行を想定して行った。そのために、車風速が高くなり、空気への放熱量が大きくなり（高温領域Ａで６４ｋＷに対して低温領域Ｃでは６６ｋＷ）、結果として、全体で３％の増加となった。条件を変えて、高負荷（高発熱量）でありながら車風速の低い急坂道をシミュレーションすると、図５に示すように、空気への放熱量が高温領域Ａで２８ｋＷに対して低温領域Ｃでは３０ｋＷとなり、全体でほぼ８％の増加となった。
【００２１】
上記のように、本発明による車両用ラジエータ装置においては、散水装置の位置をラジエータの高温領域から低温領域に変更するのみで、ほぼ３％あるいは８％の放熱量の向上が達成できる。単に配置位置を変えるだけの手間で、このような放熱量の向上を得られることは、車両用ラジエータ装置にとって、実用上、極めて有意な作用効果である。
【００２２】
上記の実施の形態のように、燃料電池システムを搭載した車両に本発明による車両用ラジエータ装置を採用する場合において、どのような条件のときに、散水装置を作動させるのが適切かの一例をあげると、次のような条件が考えられる。
【００２３】
例えば、ａ．燃料電池の発熱量とラジエータの空気への放熱量とに乖離が発生した出力の制限中、ｂ．出力制限中において、出力要求値＞出力値の場合か、燃料電池のインピーダンスが所定の値を超えた場合、ｃ．出力制限中で、ラジエータへの冷却水の流量分配を決めるロータリーバルブが全開、すなわち全量がラジエータに流れ込んでいる場合、等が挙げられる。
【００２４】
なお、上記の説明では、燃料電池システムを搭載した車両に本発明による車両用ラジエータ装置を用いる場合を例として説明したが、車両用ラジエータ装置は他の駆動源を持つ車両にも当然に適用することができる。その場合には、散水装置のための水源タンクを別途配置する等の付加的手段が必要となる。
【００２５】
上記のように、本発明による車両用ラジエータ装置を用いる場合には、ラジエータの放熱能力が足りない場合に、水噴射することで、放熱能力を向上させることが可能となることに加え、ラジエータにおける冷却水の流出口に近い側、すなわち冷却水の低温部に水噴射することで、空気（外気）への放熱能力を低下させることなく、効率の良いラジエータ放熱を実現することが可能となる。
【符号の説明】
【００２６】
１…車両、
２…燃料電池システム、
３…燃料電池、
４…ポンプ、
５…ラジエータ、
６…流入口、
７…流出口、
８…ファン、
９…タンク、
１０…ポンプ、
１１…散水装置。
【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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