JP6900896B2 - Heat exchanger for vehicles - Google Patents
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Description
本発明は、車両用の熱交換装置に関する。 The present invention relates to a heat exchange device for a vehicle.
車両用の熱交換装置においては、熱交換器に散水する散水装置が設けられた構造が知られている(例えば特許文献1、2参照)。例えば、下記特許文献1には、燃料電池(FCスタック)からの排水の一部を用いて散水装置によってラジエータに散水する構造を備えた熱交換装置が開示されている。このような技術では、散水された水が蒸発することでラジエータの温度を低下させることができる。 In a heat exchange device for a vehicle, a structure in which a watering device for sprinkling water is provided on the heat exchanger is known (see, for example, Patent Documents 1 and 2). For example, Patent Document 1 below discloses a heat exchange device having a structure in which a part of wastewater from a fuel cell (FC stack) is used to sprinkle water on a radiator by a sprinkler. In such a technique, the temperature of the radiator can be lowered by evaporating the sprinkled water.
しかしながら、上記の先行技術では、散水装置で使用する水を貯留するタンクが小さい場合には散水に必要な水量が確保できない一方で、散水に必要な水量を見越してタンクのサイズを設定すると、タンクが大型化してしまう。 However, in the above-mentioned prior art, when the tank for storing water used in the watering device is small, the amount of water required for watering cannot be secured, but when the size of the tank is set in anticipation of the amount of water required for watering, the tank Will become large.
本発明は、上記事実を考慮して、タンクの大型化を抑えながら散水装置で使用する水を確保することができる車両用の熱交換装置を得ることが目的である。 In consideration of the above facts, an object of the present invention is to obtain a heat exchange device for a vehicle that can secure water to be used in a watering device while suppressing an increase in the size of a tank.
請求項1に記載する本発明の車両用の熱交換装置は、車両に搭載された熱交換器と、前記熱交換器の車両後方側に配置され、作動することで車両前方側から車両後方側へ流れる空気流を生成するファンと、前記ファンの半径方向外側に設けられて前記ファンの外周を囲むように覆うファンシュラウドと、前記熱交換器に車両前方側から散水する散水装置と、前記散水装置に供給する水を貯留するタンクと、を備える車両用の熱交換装置であって、前記ファンシュラウドの車両後方側の端末部分が当該ファンシュラウドの内周側にU字状に折り返されることで、前記ファンシュラウドには、その内周側で前記ファンよりも車両後方側の部位に、前記ファンシュラウドの周方向に沿って、車両前方側へ向けて開口した溝状の水路が形成されており、前記ファンシュラウドの下端部で前記ファンよりも車両後方側の部位と前記タンクとを繋いで前記水路を伝った水を前記タンクに導入する還流管が設けられている。 The vehicle heat exchanger of the present invention according to claim 1 is arranged on the vehicle rear side of the heat exchanger mounted on the vehicle and the vehicle rear side of the heat exchanger, and operates from the vehicle front side to the vehicle rear side. A fan that generates an air flow to the fan, a fan shroud that is provided on the outer side in the radial direction of the fan and covers the outer periphery of the fan, a sprinkler that sprinkles water on the heat exchanger from the front side of the vehicle, and the sprinkler. A heat exchange device for a vehicle including a tank for storing water to be supplied to the device, wherein the terminal portion of the fan shroud on the rear side of the vehicle is folded back in a U shape toward the inner peripheral side of the fan shroud. the fan shroud is a portion of the vehicle rear side of the fan at the inner peripheral side thereof, along said circumferential direction of the fan shroud, are open groove-like water channel formation toward the vehicle front side A recirculation pipe is provided at the lower end of the fan shroud to connect a portion on the rear side of the vehicle with respect to the fan and the tank to introduce water transmitted through the water channel into the tank.
上記構成によれば、熱交換器の車両後方側に配置されるファンは、作動することで車両前方側から車両後方側へ流れる空気流を生成する。この空気流が熱交換器を通過することで熱交換器の熱交換効率が向上する。また、散水装置は、タンクから供給された水を用いて、熱交換器に車両前方側から散水する。そして、散水された水の一部が熱交換器の表面で蒸発することで熱交換器が冷却される。これによって、熱交換器による冷却能力が向上する。 According to the above configuration, the fan arranged on the vehicle rear side of the heat exchanger operates to generate an air flow flowing from the vehicle front side to the vehicle rear side. The heat exchange efficiency of the heat exchanger is improved by passing this air flow through the heat exchanger. In addition, the watering device uses the water supplied from the tank to sprinkle water on the heat exchanger from the front side of the vehicle. Then, a part of the sprinkled water evaporates on the surface of the heat exchanger to cool the heat exchanger. This improves the cooling capacity of the heat exchanger.
一方、散水装置によって散水された水の一部は、熱交換器の表面で蒸発せずに熱交換器を通過して飛散する。そのように飛散した水の一部は、ファンに付着する。ファンに付着した水は、ファンの回転に伴う遠心力によって飛ばされてファンシュラウドの内周面に付着した後、ファンが生成した空気流によって車両後方側に流される。ここで、本発明では、ファンシュラウドの車両後方側の端末部分が当該ファンシュラウドの内周側にU字状に折り返されることで、ファンシュラウドには、その内周側でファンよりも車両後方側の部位に、ファンシュラウドの周方向に沿って、車両前方側へ向けて開口した溝状の水路が形成されている。このため、ファンによって飛ばされた水が車両後方側に流されてファンシュラウドの水路に達すると、当該水は、重力によってファンシュラウドの水路を伝って下方側に流れ、水路の下端部に集められる。 On the other hand, a part of the water sprinkled by the sprinkler passes through the heat exchanger without evaporating on the surface of the heat exchanger and is scattered. Some of the water scattered in this way adheres to the fan. The water adhering to the fan is blown off by the centrifugal force accompanying the rotation of the fan and adheres to the inner peripheral surface of the fan shroud, and then is flowed to the rear side of the vehicle by the air flow generated by the fan. Here, in the present invention, the terminal portion of the fan shroud on the vehicle rear side is folded back in a U shape toward the inner peripheral side of the fan shroud, so that the fan shroud is on the inner peripheral side of the fan shroud on the vehicle rear side of the fan. to the site of, along the circumferential direction of the fan shroud, the opened groove-like water channel is formed toward the vehicle front side. Therefore, when the water blown by the fan flows to the rear side of the vehicle and reaches the fan shroud waterway, the water flows downward along the fan shroud waterway by gravity and is collected at the lower end of the waterway. ..
また、ファンシュラウドの下端部でファンよりも車両後方側の部位とタンクとは還流管によって繋がれており、水路を伝った水は還流管によってタンクに導入される。これにより、散水装置によって散水されて熱交換器を通過してしまった水が散水用の水としてタンクに戻される。 Further, at the lower end of the fan shroud, a portion rearward of the vehicle from the fan and the tank are connected by a reflux pipe, and water that has passed through the water channel is introduced into the tank by the reflux pipe. As a result, the water that has been sprinkled by the sprinkler and has passed through the heat exchanger is returned to the tank as water for sprinkling.
以上説明したように、本発明の車両用の熱交換装置によれば、タンクの大型化を抑えながら散水装置で使用する水を確保することができるという優れた効果を有する。 As described above, the heat exchange device for a vehicle of the present invention has an excellent effect that the water used in the watering device can be secured while suppressing the increase in size of the tank.
第1の実施形態に係る車両用の熱交換装置について図1を用いて説明する。この第1の実施形態は本発明の実施形態ではなく参考例である。図1には、本実施形態に係る車両用の熱交換装置が模式的な側面図で示されている。なお、図1に示される矢印FRは車両前方側を示しており、矢印UPは車両上方側を示している。 The vehicle heat exchange device according to the first embodiment will be described with reference to FIG. This first embodiment is not an embodiment of the present invention but a reference example. FIG. 1 shows a schematic side view of the heat exchange device for a vehicle according to the present embodiment. The arrow FR shown in FIG. 1 indicates the front side of the vehicle, and the arrow UP indicates the upper side of the vehicle.
図1に示されるように、熱交換装置20が搭載された車両(より具体的には自動車)10には、駆動源として燃料電池12が搭載されている。燃料電池12は、水素及び空気が供給されることによって発電する電池とされる。燃料電池12には冷却水を循環させる冷却水循環路14が接続されている。なお、図中では、冷却水循環路14の配管部分を太線で簡略化して示している。但し、冷却水循環路14の配管部分のうち車両側面視で後述する還流管36と交差する部分は太線の図示を省略している。冷却水循環路14には、冷却水を循環させるポンプ16と、外気との熱交換により冷却水を冷却する熱交換器(より具体的にはラジエータ)22と、が設けられている。また、燃料電池12には給水管24を介して貯水用のタンク26が接続されている。このタンク26には、燃料電池12の発電に伴って生成された水(燃料電池12からの排水)が貯留されるようになっている。
As shown in FIG. 1, the vehicle (more specifically, the automobile) 10 on which the
熱交換装置20において、熱交換器22の車両後方側にはファン(「送風ファン」ともいう。)28が配置されている。ファン28は、図示しないモータにより回転駆動される回転軸部28Aと、回転軸部28Aからその半径方向外側に延出された複数の羽根28Bと、を備えている。図中では、ファン28の回転中心を一点鎖線CLで示す。ファン28は、作動することで車両前方側から車両後方側へ(矢印A方向へ)流れる空気流を生成するようになっている。ファン28の半径方向外側にはファンシュラウド30が設けられており、このファンシュラウド30は、円筒状とされてファン28の外周を囲むように覆っている。なお、図1の模式図において、ファンシュラウド30は、図1の紙面手前側半分を破断した状態で示している。ファンシュラウド30については後述する。
In the
タンク26には散水装置34が接続されている。言い換えれば、タンク26は、散水装置34に供給する水を貯留している。散水装置34は、タンク26に一端側が接続された配管部34Aと、配管部34Aの他端側(先端側)に設けられた噴射用のノズル部34Bと、配管部34Aの流路途中に設けられた噴射用のポンプ34Cと、を含んで構成されている。ノズル部34Bは、熱交換器22に対して車両前方側に配置されて熱交換器22の側を向く噴射口(図示省略)を備えている。ノズル部34Bは、図示を省略するが、一例として、車両幅方向に沿って複数並んで設けられている。また、ポンプ34Cは、作動することで、タンク26内の水をノズル部34Bに供給するようになっている。これらによって、散水装置34は、熱交換器22に車両前方側から散水する(本実施形態では水を噴射する)ように設定されている。なお、図中では、散水装置34によって散水された水を模式化して符号W1で示す。
A
ファンシュラウド30には、その内周側でファン28よりも車両後方側の部位にファンシュラウド30の周方向に沿って溝状の水路30Aが形成されている。本実施形態における水路30Aは、ファンシュラウド30の半径方向内側へ向けて開口している。また、ファンシュラウド30の下端部30Bでファン28よりも車両後方側の部位とタンク26とは還流管36によって繋がれている。還流管36は、水路30Aを下方側に(矢印D方向参照)伝った水を(矢印E方向に流して)タンク26に導入する配管部とされている。本実施形態では還流管36の上端は、水路30Aの下端に直結するように設定されており、水路30Aから還流管36に直接通水できる構造になっている。
The
なお、ファン28、水路30Aを備えたファンシュラウド30、還流管36、タンク26及び散水装置34を備える装置部分は、水の蒸発潜熱によって熱交換器22の温度を低下させる冷却装置としても把握できる要素である。
The
次に、上記実施形態の作用及び効果について説明する。 Next, the operation and effect of the above embodiment will be described.
本実施形態では、ファン28は、作動することで車両前方側から車両後方側へ流れる空気流を生成する。この空気流が熱交換器22を通過することで熱交換器22の熱交換効率が向上する。また、散水装置34は、タンク26から供給された水を用いて、熱交換器22に車両前方側から散水する。そして、散水された水W1の一部が熱交換器22の表面で蒸発することで熱交換器22が冷却される。これによって、熱交換器22による冷却能力が向上する。
In the present embodiment, the
一方、散水装置34によって散水された水W1の一部は、熱交換器22の表面で蒸発せずに熱交換器22を通過して飛散する(符号W2参照)。そのように飛散した水W2の一部は、ファン28に付着する(符号W3参照)。そして、ファン28に付着した水W3は、ファン28の回転に伴う遠心力によって飛ばされて(矢印B参照)ファンシュラウド30の内周面に付着した後、ファン28が生成した空気流(送風)によって車両後方側に(矢印C参照)流される。ここで、ファンシュラウド30には、その内周側でファン28よりも車両後方側の部位にファンシュラウド30の周方向に沿って溝状の水路30Aが形成されている。このため、ファン28によって飛ばされた水W3が車両後方側に(矢印C参照)流されてファンシュラウド30の水路30Aに達すると、当該水W4は、重力によってファンシュラウド30の水路30Aを伝って下方側に(矢印D参照)流れ、水路30Aの下端部に集められる。以上のように本実施形態では、ファンシュラウド30で水が捕集される。
On the other hand, a part of the water W1 sprinkled by the
また、ファンシュラウド30の下端部30Bでファン28よりも車両後方側の部位とタンク26とは還流管36によって繋がれており、水路30Aを伝った水は還流管36によってタンク26に導入される。これにより、散水装置34によって散水されて熱交換器22を通過してしまった水が回収されて散水用の水としてタンク26に戻される。つまり、散水用の水の多くを、蒸発されるまで循環させて再利用することができる。そして、循環された水の一部が順次熱交換器22の表面で蒸発することになるので、水を蒸発させるための潜熱(言い換えれば放熱)の利用率が高められ、少ない水で冷却性能を向上させることができる。
Further, at the
なお、車両10の高速高負荷時の走行風(矢印X参照)及びファン28の風量が増加すると、散水された水W1の速度も増し、水W1が熱交換器22を通過して飛散する量も増すが、本実施形態では、水路30Aによって水を効率的に回収することで、水の再利用率を高めることができる。
When the running wind of the
以上説明したように、本実施形態の車両用の熱交換装置20によれば、タンク26の大型化を抑えながら散水装置34で使用する水を確保することができる。その結果として、低コストで軽量な熱交換装置20を得ることができる。また、冷却性能の向上により、熱交換器22を小型化、軽量化及び低コスト化することも可能となる。
As described above, according to the vehicle
タンク26の大型化抑制に関して補足説明すると、車両の高速高負荷時に熱交換器(22)を散水によって冷却するには、散水用に大量の水が必要となるため、従来技術ではタンクを大型化して対応せざるを得なかった。これに対して、本実施形態では、散水用の水を循環させて利用することで、タンク26の大型化を抑えることが可能となっている。
As a supplementary explanation regarding the suppression of the increase in size of the
次に、第2の実施形態に係る車両用の熱交換装置40について、図2を用いて説明する。この第2の実施形態は本発明の実施形態である。図2には、本実施形態に係る車両用の熱交換装置40が模式的な側面図で示されている。この図に示されるように、熱交換装置40は、ファンシュラウド42が第1の実施形態における水路30A(図1参照)に代えて、水路42Aを備える点で、第1の実施形態の熱交換装置20(図1参照)とは異なる。他の構成は、第1の実施形態と実質的に同様の構成となっている。よって、第1の実施形態と実質的に同様の構成部については、同一符号を付して説明を省略する。
Next , the
ファン28の半径方向外側にはファンシュラウド42が設けられており、このファンシュラウド42は、円筒状とされてファン28の外周を囲むように覆っている。なお、図2の模式図において、ファンシュラウド42は、図2の紙面手前側半分を破断した状態で示している。ファンシュラウド42には、その内周側でファン28よりも車両後方側の端末部位にファンシュラウド42の周方向に沿って溝状の水路42Aが形成されている。すなわち、本実施形態では、ファンシュラウド42の車両後方側の端末部分はU字状に折り返されており、水路42Aは、車両前方側へ向けて開口している。
A
また、ファンシュラウド42の下端部42Bでファン28よりも車両後方側の部位とタンク26とは第1の実施形態と同様に還流管36によって繋がれており、この還流管36は、水路42Aを下方側に伝った水をタンク26に導入する配管部とされている。本実施形態では還流管36の上端は、水路42Aの下端に対して車両前方側に若干ずれた位置に設定されている。
Further, at the
上記構成によっても、前述した第1の実施形態と概ね同様の作用及び効果が得られる。 With the above configuration, substantially the same actions and effects as those of the first embodiment described above can be obtained.
以上、本発明の一例について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。 Although an example of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above, and it goes without saying that the present invention can be variously modified and implemented within a range not deviating from the gist thereof. ..
10 車両
20 熱交換装置
22 熱交換器
26 タンク
28 ファン
30 ファンシュラウド
30A 水路
30B ファンシュラウドの下端部
34 散水装置
36 還流管
40 熱交換装置
42 ファンシュラウド
42A 水路
42B ファンシュラウドの下端部
10
Claims (1)
前記熱交換器の車両後方側に配置され、作動することで車両前方側から車両後方側へ流れる空気流を生成するファンと、
前記ファンの半径方向外側に設けられて前記ファンの外周を囲むように覆うファンシュラウドと、
前記熱交換器に車両前方側から散水する散水装置と、
前記散水装置に供給する水を貯留するタンクと、
を備える車両用の熱交換装置であって、
前記ファンシュラウドの車両後方側の端末部分が当該ファンシュラウドの内周側にU字状に折り返されることで、前記ファンシュラウドには、その内周側で前記ファンよりも車両後方側の部位に、前記ファンシュラウドの周方向に沿って、車両前方側へ向けて開口した溝状の水路が形成されており、
前記ファンシュラウドの下端部で前記ファンよりも車両後方側の部位と前記タンクとを繋いで前記水路を伝った水を前記タンクに導入する還流管が設けられている、車両用の熱交換装置。 The heat exchanger mounted on the vehicle and
A fan that is arranged on the rear side of the vehicle and operates to generate an air flow that flows from the front side of the vehicle to the rear side of the vehicle.
A fan shroud provided on the outer side in the radial direction of the fan and covering the outer circumference of the fan,
A watering device that sprinkles water on the heat exchanger from the front side of the vehicle,
A tank for storing water to be supplied to the watering device,
A heat exchange device for vehicles equipped with
The terminal portion of the fan shroud on the rear side of the vehicle is folded back in a U shape toward the inner peripheral side of the fan shroud, so that the fan shroud has a portion on the inner peripheral side of the fan shroud on the rear side of the vehicle . A groove-shaped water channel that opens toward the front side of the vehicle is formed along the circumferential direction of the fan shroud.
A heat exchange device for a vehicle provided with a reflux pipe at the lower end of the fan shroud, which connects a portion rearward of the vehicle with respect to the fan and the tank to introduce water transmitted through the water channel into the tank.
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