CN110676483A - 燃料电池的冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃料电池的冷却系统，该燃料电池的冷却系统具备：第一通道，其中循环有对燃料电池进行冷却的电绝缘制冷剂；第二通道，其中循环有被与所述电绝缘制冷剂进行热交换的制冷剂，并且连接有将所述制冷剂的热量释放的散热器；热交换器，其使所述第一通道与所述第二通道之间进行热交换。

Description

燃料电池的冷却系统
技术领域
本发明涉及一种燃料电池的冷却系统。
背景技术
一直以来，提出一种采用了如下方式的燃料电池的冷却系统，即，在对燃料电池进行冷却的冷却液的通道上设置两个利用流经通道的液压而进行旋转的叶轮，并通过减小各个叶轮的顶端彼此的间隔，从而局部性地形成了截面积较小的通道，由此来确保冷却液的电绝缘电阻(例如，参照日本特开2002-117884号公报)。
然而，当在冷却液的通道上设置两个叶轮时，通道内的流体阻力会增加。因此，为了确保通道内的冷却液的流量，从而需要使泵的输出增加等的对策。如此，在确保对燃料电池进行冷却的冷却液的电绝缘电阻的(抑制从燃料电池的漏电的)结构中，仍存在改善的余地。
发明内容
因此，本发明的目的在于，获得一种能够抑制从燃料电池的漏电的燃料电池的冷却系统。
为了达成上述的目的，本发明的第一方式的燃料电池的冷却系统具备：第一通道，其中循环有对燃料电池进行冷却的电绝缘制冷剂；第二通道，其中循环有被与所述电绝缘制冷剂进行热交换的制冷剂，并且连接有将所述制冷剂的热量释放的散热器；热交换器，其使所述第一通道与所述第二通道之间进行热交换。
根据本发明的第一方式，对燃料电池进行冷却的制冷剂被设为电绝缘制冷剂。而且，第一通道和第二通道被分离，其中，在所述第一通道中循环有该电绝缘制冷剂，在所述第二通道中循环有被与电绝缘制冷剂进行热交换并且通过散热器而被冷却的制冷剂。因此，抑制了经由第一通道的从燃料电池的漏电。此外，由于第二通道的制冷剂不存在带电的可能，因此，即使在不确保第二通道中的电绝缘电阻的状态下，也确保了作为冷却系统的电绝缘电阻。
此外，本发明的第二方式的燃料电池的冷却系统具备：第一通道，其中循环有对燃料电池进行冷却的第一制冷剂；第二通道，其中循环有被与所述第一制冷剂进行热交换的第二制冷剂，并且连接有将所述第二制冷剂的热量释放的散热器；热交换器，其由电绝缘体构成，并且使所述第一通道与所述第二通道之间进行热交换。
根据本发明的第二方式，第一通道与第二通道被分离，其中，在所述第一通道中循环有对燃料电池进行冷却的第一制冷剂，在所述第二通道中循环有被与第一制冷剂进行热交换并且通过散热器而被冷却的第二制冷剂。而且，使循环有第一制冷剂的第一通道与循环有第二制冷剂的第二通道之间进行热交换的热交换器由电绝缘体构成。因此，第二通道与第一通道电绝缘，从而抑制了经由第二通道的从燃料电池的漏电。
此外，本发明的第三方式的燃料电池的冷却系统为，在第一方式的燃料电池的冷却系统中，所述热交换器由电绝缘体构成。
根据本发明的第三方式，使循环有电绝缘制冷剂的第一通道与循环有制冷剂的第二通道之间进行热交换的热交换器由电绝缘体构成。因此，第二通道与第一通道电绝缘，从而抑制了经由第一通道及第二通道的从燃料电池的漏电。
此外，本发明的第四方式的燃料电池的冷却系统为，在第二方式的燃料电池的冷却系统中，设置有至少覆盖所述第一通道的电绝缘罩。
根据本发明的第四方式，循环有对燃料电池进行冷却的第一制冷剂的第一通道被电绝缘罩覆盖。因此，防止了由与第一通道接触而引发的触电。
根据本发明的第一方式，能够抑制经由第一通道的从燃料电池的漏电。
根据本发明的第二方式，能够抑制经由第二通道的从燃料电池的漏电。
根据本发明的第三方式，能够抑制经由第一通道及第二通道的从燃料电池的漏电。
根据本发明的第四方式，能够防止由与第一通道接触而引发的触电。
附图说明
基于以下的附图而对本发明的示意性的实施例进行详细说明，其中：
图1为表示第一实施方式所涉及的燃料电池的冷却系统的示意图。
图2为表示第二实施方式所涉及的燃料电池的冷却系统的示意图。
具体实施方式
以下，基于附图，对本发明所涉及的实施方式进行详细说明。另外，本实施方式所涉及的燃料电池14的冷却系统10被搭载于车辆上。此外，在下文中，有时将制冷剂(包括电绝缘制冷剂)的循环方向上游侧仅称为“上游侧”，将循环方向下游侧仅称为“下游侧”。首先，对第一实施方式所涉及的冷却系统10进行说明。
＜第一实施方式＞
如图1所示，第一实施方式所涉及的冷却系统10具备：第一通道12，其使对燃料电池(FC堆)14的内部进行冷却的电绝缘制冷剂循环；第二通道20，其使通过散热器22而被冷却的、作为制冷剂的冷却液(Long Life Coolant：LLC)循环；热交换器40，其使第一通道12(在第一通道12内流动的电绝缘制冷剂)与第二通道20(在第二通道20内流动的冷却液)之间进行热交换。
在第一通道12上连接有用于使电绝缘制冷剂循环的泵16，第一通道12的循环路径以尽可能缩短的方式而被构成。另外，此处所说的“电绝缘制冷剂”是指，具有一定程度以上(例如1.0×1013Ω·m程度)的体积电阻率的制冷剂(液体)，作为一个示例而列举出Fluorinert(注册商标)等氟类制冷剂。此外，设为“一定程度以上的体积电阻率”是由于，根据法规作为车辆整体必须确保每1V(伏特)而100Ω以上的电绝缘电阻，并且根据其他部位的电绝缘电阻而发生变动的缘故。
在第二通道20上，从上游侧到下游侧依次连接有：散热器22，其向大气释放冷却液的热量；温度传感器24，其对冷却液的温度进行检测；泵26，其用于使冷却液循环。另外，在散热器22上，对置地配置有用于向散热器22吹出冷却风的风扇23。
此外，虽然在图1中省略了与第二通道20连接的连接部位处的各个电磁切换阀的图示，但与散热器22相比靠下游侧且与温度传感器24相比靠上游侧的第二通道20、和与散热器22相比靠上游侧的第二通道20通过旁通通道32而被连接在一起。
而且，与连接了旁通通道32的上游侧的部位相比靠上游侧的第二通道20和储存罐28通过第一分支通道34而被连接在一起，并且与连接了旁通通道32的下游侧的部位相比靠下游侧且与温度传感器24相比靠上游侧的第二通道20和储存罐28通过第二分支通道36而被连接在一起。而且，散热器22与储存罐28通过第三分支通道38而被连接在一起。
而且，在与泵26相比靠下游侧的第二通道20、和与连接了第一分支通道34的部位相比靠上游侧的第二通道20之间(以与散热器22及下文叙述的热交换器40并联连接的方式)连接有内部冷却器30。该内部冷却器30为，与通过未图示的增压器的压缩而升温了的空气进行热交换从而对该空气进行冷却的热交换器。
此外，在与连接了内部冷却器30的上游侧的部位相比靠下游侧的第二通道20、和与连接了内部冷却器30的下游侧的部位相比靠上游侧的第二通道20之间(以与散热器22串联连接的方式)连接有热交换器40。而且，热交换器40也被连接在与泵16相比靠下游侧的第一通道12上。该热交换器40为，对在第一通道12内循环的电绝缘制冷剂的热量与在第二通道20内循环的冷却液的热量进行热交换的部件，并且为通过冷却液而对电绝缘制冷剂进行冷却的部件。
另外，通过热交换器40，从而由在第一通道12内循环的电绝缘制冷剂获取的热量将通过在第二通道20内循环的冷却液而向散热器22被运送，并通过该散热器22而向大气被释放。也就是说，流经散热器22的冷却液的热量与吹向散热器22的冷却风的热量被进行了热交换。而且，利用散热器22而被进行热交换从而被冷却了的冷却液再次被送向热交换器40。
关于采用了以上这种结构的第一实施方式所涉及的冷却系统10，接下来对其作用进行说明。
在第一通道12中，通过泵16的驱动而使电绝缘制冷剂循环。而且，穿过燃料电池14并被与燃料电池14进行了热交换的(被燃料电池14加热了的)电绝缘制冷剂通过穿过热交换器40从而与在第二通道20内循环的冷却液被进行热交换(被冷却)。另外，被热交换后的(被冷却后的)电绝缘制冷剂将再次穿过燃料电池14，并被与该燃料电池14进行热交换(被燃料电池14加热)。
在第二通道20中，通过泵26的驱动而使冷却液循环。而且，利用热交换器40而与电绝缘制冷剂进行了热交换的冷却液通过穿过散热器22，从而被与吹向散热器22的冷却风进行热交换。也就是说，冷却液的热量向大气被释放，从而该冷却液被冷却。另外，被热交换后的(被冷却后的)冷却液将再次穿过热交换器40，并被与在第一通道12内循环的电绝缘制冷剂进行热交换。
虽然通过采用以上的方式而使燃料电池14被冷却，但是在该冷却系统10中，循环有对燃料电池14进行冷却的电绝缘制冷剂的第一通道12和循环有被与电绝缘制冷剂进行热交换并且通过散热器22而被冷却的冷却液的第二通道20被分离。而且，在第一通道12内循环并对燃料电池14进行冷却的制冷剂被设为，具有一定程度以上的体积电阻率的电绝缘制冷剂。
因此，能够抑制或防止经由第一通道12的从燃料电池14的漏电。此外，由于第二通道20的冷却液不存在带电(冷却液被施加高电压)的可能，因此，即使在不确保第二通道20上的电绝缘电阻的状态下，也能够确保作为冷却系统10(车辆整体)的电绝缘电阻。也就是说，即使用户错误地与第一通道12或第二通道20接触，也不存在触电的可能。
另外，虽然电绝缘制冷剂与水相比而比热较小，且作为制冷剂的性能较为逊色，但是由于第一通道12的循环路径较短，因此流体阻力较小，从而即使泵16的能力不高(即使是普通能力)，也能够确保适当的流量。此外，虽然第二通道20的循环路径较长，但由于仅设置有散热器22及热交换器40等(流体阻力不大)，因此泵26的能力为普通能力即足够，并能够充分地确保散热器22中的散热能力。
此外，如上文所述的那样，由于第二通道20的冷却液不存在带电(冷却液被施加高电压)的可能，因此在第二通道20中无需进行电绝缘电阻的管理。也就是说，在第二通道20中，无需设置将成为冷却液的电导率上升的原因的离子去除的离子交换器。因此，能够降低车辆上的制造成本。
此外，由于在第二通道20中仅循环有冷却液(LLC)，并且在电绝缘制冷剂中不含有防锈剂等添加物(使电绝缘电阻减小的离子性的化合物)，因此对散热器22的负载较小(在散热器22中腐蚀的发生被抑制)，从而能够延长散热器22的寿命。而且，由于冷却液(LLC)价格低廉且被着色，因此易于与价格高且无色透明的电绝缘制冷剂相区别，从而能够容易地实现其更换作业。
＜第二实施方式＞
接下来，对第二实施方式所涉及的冷却系统10进行说明。另外，对与上述第一实施方式相同的部位标注相同的符号，并适当省略详细的说明(也包括共同的作用)。
在该第二实施方式中，在如下几点上与上述第一实施方式不同，即，在第一通道12内循环的第一制冷剂未被设为电绝缘制冷剂，而是被设为与在第二通道20内循环的作为第二制冷剂的第二冷却液(LLC)相同的第一冷却液(LLC)这一点；以及热交换器40由电绝缘体构成这一点。而且，如图2所示，在该第二实施方式中，在第一通道12及热交换器40被电绝缘罩18覆盖这一点上与上述第一实施方式不同。
热交换器40由具有一定程度以上的体积电阻率的电绝缘材料(电绝缘体)构成，作为该电绝缘材料，作为一个示例而列举出例如碳化硅类或氮化硅类的陶瓷材料。此外，在该第二实施方式所涉及的冷却系统10中，以确保车辆整体上的每1V而100Ω以上的电绝缘电阻的方式，来设定了热交换器40的电绝缘电阻。
电绝缘罩18为，用于防止用户错误地与第一通道12接触的情况、即发生触电的情况的部件，且被形成为能够收纳第一通道12及热交换器40的框体状。另外，由于如上文所述的那样，电绝缘罩18为用于防止用户与第一通道12接触的部件，因此只需至少覆盖第一通道12即可。
关于采用了以上这种结构的第二实施方式所涉及的冷却系统10，接下来对其作用进行说明。
在第一通道12中，通过泵16的驱动而循环有第一冷却液(LLC)。而且，穿过燃料电池14并与燃料电池14进行了热交换的(被燃料电池14加热了的)第一冷却液会通过穿过热交换器40从而被与在第二通道20内循环的第二冷却液进行热交换(被冷却)。另外，被热交换后的(被冷却后的)第一冷却液将再次穿过燃料电池14，并被与该燃料电池14进行热交换(通过燃料电池14而被加热)。
在第二通道20中，通过泵26的驱动而使第二冷却液(LLC)循环。而且，利用热交换器40而与第一冷却液进行了热交换的第二冷却液通过穿过散热器22从而被与吹向散热器22的冷却风进行热交换。也就是说，第二冷却液的热量向大气被释放，从而该第二冷却液被冷却。另外，被热交换后的(被冷却后的)第二冷却液将再次穿过热交换器40，并被与在第一通道12内循环的第一冷却液进行热交换。
虽然通过采用以上的方式而使燃料电池14被冷却，但在该冷却系统10中，循环有对燃料电池14进行冷却的第一冷却液的第一通道12与循环有被与第一冷却液进行热交换并且通过散热器22而被冷却的第二冷却液的第二通道20被分离。而且，使循环有第一冷却液的第一通道12与循环有第二冷却液的第二通道20之间进行热交换的热交换器40由电绝缘体(电绝缘材料)构成。
因此，即使不将在第一通道12内循环的第一制冷剂设为电绝缘制冷剂，也能够使第二通道20与第一通道12(高压系统)电绝缘，从而能够抑制经由第二通道20的从燃料电池14的漏电。此外，由于至少第一通道12被电绝缘罩18覆盖，因此不存在用户错误地与第一通道12接触的可能。也就是说，不存在用户与第一通道12接触而触电的可能。
此外，由于在第一通道12内循环的第一制冷剂并不是电绝缘制冷剂而是使用第一冷却液(LLC)，因此作为对燃料电池14进行冷却的制冷剂的性能不会逊色。因此，能够良好地从燃料电池14向第一冷却液进行热传导(能够良好地对燃料电池14进行冷却)。
此外，电绝缘材料与金属材料相比而热传导率较小，并且如果与由金属材料构成的热交换器(省略图示)相比，则由电绝缘材料构成的热交换器40的热传导效率会降低。然而，由于热交换器40中的热交换为液体(冷却液)彼此的热交换，因此与实施液体与气体的热交换的散热器22相比，易于确保热传导效率。
另外，如图2所示，在热交换器40被设置于与燃料电池14较近的位置上的情况下，也可以设为，不仅覆盖第一通道12及热交换器40，而且也覆盖燃料电池14的电绝缘罩18。据此，能够将第一通道12、热交换器40、燃料电池14作为被装入框体状的电绝缘罩18中的一个模块来处理。
此外，在第二实施方式中，也可以采用如下方式，即，废除电绝缘罩18，并且不将在第一通道12内循环的第一制冷剂设为第一冷却液，而是以与第一实施方式相同的方式设为电绝缘制冷剂。换而言之，在第一实施方式中，也可以采用如下方式，即，与第二实施方式同样地，由电绝缘体(电绝缘材料)来构成热交换器40。
如果采用这样的结构，则能够确保第二通道20中的电绝缘电阻(能够确保作为冷却系统10的电绝缘电阻)，从而能够更进一步抑制或防止经由第一通道12及第二通道20的从燃料电池14的漏电。因此，即使用户错误地与第一通道12或第二通道20接触，也不存在触电的可能。
此外，该情况下的冷却系统10中的电绝缘电阻为，使电绝缘制冷剂的体积电阻率与由电绝缘体(电绝缘材料)构成的热交换器40的体积电阻率一致的电绝缘电阻。在此，作为车辆整体上的电绝缘电阻，只需确保为每1V而100Ω以上即可。因此，能够使电绝缘制冷剂的体积电阻率低于上述第一实施方式中的电绝缘制冷剂的体积电阻率，从而能够使热交换器40的体积电阻率低于上述第二实施方式中的热交换器40的体积电阻率。
以上，虽然基于附图而对本实施方式所涉及的燃料电池14的冷却系统10进行了说明，但本实施方式所涉及的冷却系统10并不限定于图示的内容，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行适当设计改变。例如，电绝缘罩18并不限定于被形成为框体状的构件。此外，设置于第一通道12上的泵16也可以不是被设置于热交换器40的上游侧，而是被设置于下游侧。

Claims (5)

1.一种燃料电池的冷却系统，具备：
第一通道，其中循环有对燃料电池进行冷却的电绝缘制冷剂；
第二通道，其中循环有被与所述电绝缘制冷剂进行热交换的制冷剂，并且连接有将所述制冷剂的热量释放的散热器；
热交换器，其使所述第一通道与所述第二通道之间进行热交换。
2.一种燃料电池的冷却系统，具备：
第一通道，其中循环有对燃料电池进行冷却的第一制冷剂；
第二通道，其中循环有被与所述第一制冷剂进行热交换的第二制冷剂，并且连接有将所述第二制冷剂的热量释放的散热器；
热交换器，其由电绝缘体构成，并且使所述第一通道与所述第二通道之间进行热交换。
3.如权利要求1所述的燃料电池的冷却系统，其中，
所述热交换器由电绝缘体构成。
4.如权利要求2所述的燃料电池的冷却系统，其中，
设置有至少覆盖所述第一通道的电绝缘罩。
5.如权利要求2所述的燃料电池的冷却系统，其中，
设置有覆盖所述第一通道及所述燃料电池的电绝缘罩。
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