CN1736790A - 燃料电池车辆 - Google Patents

Abstract

一种在冷却系统中采用电动泵时能够以简便构成抑制电动泵发热的燃料电池车辆，该燃料电池二轮车(10)，作为冷却燃料电池(12)的冷却系统，具有利用外部空气对由燃料电池(12)加温的冷却水进行冷却的第1散热器(80)及第2散热器(82)、作用是对第1散热器(80)的冷却翅片通气的冷却风扇(84)、作用是对第2散热器(82)的冷却翅片通气的冷却风扇(86)及(88)和设置在冷却水循环的管路中途的电动泵(90)。电动泵(90)配置在接受由冷却风扇(88)发生的风的位置。

Description

燃料电池车辆

技术领域

本发明涉及一种利用向燃料电池供给反应气体和燃料气体而获得的电力行驶的燃料电池车辆，特别是涉及一种用冷却水冷却燃料电池、用散热器对加温的冷却水进行散热的液冷式燃料电池车辆。

背景技术

近来，开发出将由燃料电池系统发电的电力供给电机、由该电机驱动车轮的燃料电池车辆。上述燃料电池系统中，燃料电池电池组(以下、只叫作燃料电池)，利用作为燃料气体的氢及作为反应气体的氧的化学反应进行发电。在此，氧介由压缩机从空气中摄取，氢由高压的燃料储气瓶供给。

不过，燃料电池，由于化学反应而会发热，而为了进行有效的发电必须散掉多余的热并冷却，使燃料电池维持在适宜的温度范围。为了进行有效的散热，例如专利文献1所示的燃料电池车辆，优选是采用水冷式冷却系统冷却燃料电池、用散热器对加温的冷却水进行散热。

专利文献1：特开平8-192639号公报

一般的水冷式冷却系统中，连接管路以使冷却水在作为冷却对象的发热体和散热器之间可以循环，由设置在该管路中途的泵驱动冷却水循环。另外，为了提高散热器的散热效率而有时设置向散热器翅片送气的冷却风扇。

而作为驱动泵的方式，可以列举出内置电机的电动式，不过，这种电动泵由于电机发热从而使电机及电动泵自身的效率降低，从而，会担心冷却系统的效率降低。也考虑到将被循环驱动的冷却水导向电动泵的电机部使其冷却，不过，这样一来，管路构成复杂同时冷却系统的热负载增大。

发明内容

本发明，即是考虑到这些课题而产生的，其目的在于提供一种在冷却燃料电池的冷却系统中采用电动泵时能够以简便构成抑制电动泵发热的燃料电池车辆。

本发明的燃料电池车辆是一种利用向燃料电池供给反应气体和燃料气体而获得的电力行驶、并具备冷却燃料电池的液冷式冷却系统的燃料电池车辆，其特征在于：具有对由上述燃料电池加温的冷却液进行散热使之冷却的散热器、对上述散热器的冷却翅片通入空气的冷却风扇和设置在上述冷却系统的管路中途循环驱动冷却液的电动泵，上述电动泵配置在接受上述冷却风扇发生的风的位置。

这样，通过将电动泵配置在接受由冷却风扇产生的风的位置，从而能够以简便构成抑制电动泵的发热。并且，冷却液与电动泵的冷却无关，因此，不会增大冷却系统的热负载。

此时，若由车长方向正面看上述电动泵配置上述散热器的投影面内，则行驶时通过散热器的空气与电动泵相接触，能够更加确实地抑制电动泵的发热。

另外，优选：上述燃料电池车辆为二轮车，具备前方部与头管相连且向车体后方倾斜的下降车架，且该下降车架向后下方倾斜，上述散热器配置在上述下降车架附近。在下降车架附近，除前轮以外没有遮挡行驶风的装置，散热器能够接受大量的行驶风而提高散热效率。

本发明的燃料电池车辆，作为液冷式冷却系统，具有对散热器的冷却翅片通气的冷却风扇和循环驱动冷却液的电动泵，将电动泵配置在接受由冷却风扇发生的风的位置。从而，能够以简便构成抑制电动泵的发热，谋求冷却系统的冷却效率的提高，并且，不会增大冷却系统的热负载。

另外，将电动泵配置在散热器的正面投影面内，从而行驶时通过散热器的空气与电动泵相接触，能够更加确实地抑制电动泵的发热。

附图说明

图1是本实施方式的燃料电池二轮车的右侧视图。

图2是从左下后方看本实施方式的燃料电池二轮车的斜视图。

图3是本实施方式的燃料电池二轮车的俯视图。

图4是燃料电池二轮车的左后方部的侧视图。

图5是燃料电池二轮车的冷却系统的程序图。

图6是本实施方式的燃料电池二轮车的主视图。

图中，10-燃料电池二轮车；12-燃料电池；20-车架；24-头管；26R、26L-上部下降车架；28R、28L-下部下降车架；30R、30L-上部车架；32R、32L-下部车架；34R、34L-纵向车架；38-仪表；42-摆臂；50-燃料储气瓶；56-空气过滤器；58-压缩机；60-加湿器；64-稀释箱；66-消声器；79-冷却系统；80-第1散热器；82-第2散热器；84、86、88-冷却风扇；90-电动泵；90a-电机。

具体实施方式

下面，列举实施方式参照附图1～6对本发明的燃料电池车辆进行说明。以下，在燃料电池二轮车10中，关于左右各设置1个的结构，左面的附以符号L，右面的附以符号R，从而区别说明。

如图1～图3所示，作为本实施方式的燃料电池车辆的小型摩托车式燃料电池二轮车10，搭载有燃料电池12并利用从该燃料电池12获得的电力行驶。燃料电池12，通过使向阳极供给的燃料气体(氢气)和向阴极供给的反应气体(空气)发生反应而发电。本实施方式中，作为燃料电池12采用众所周知的装置，因而，在此不进行详细说明。燃料电池二轮车10，具有作为转向轮的前轮14、作为驱动轮的后轮16、操纵前轮14转向的车把18、车架20和乘坐驾驶者及搭乘者的座22。

另外，燃料电池二轮车10，为了使其有效进行发电，而具有用以冷却燃料电池12使之维持在适宜的温度范围内的水冷式冷却系统79(参照图5)。

车架20，具有在前方部轴支承叉式前悬架23的头管24、前方部与该头管24相连并向车体后方沿后下方倾斜的一对上部下降车架26R、26L及一对下部下降车架28R、28L。车架20，还具有从上部下降车架26R、26L连续地向车体后方沿后上方延伸的上部车架30R、30L、从下部下降车架28R、28L连续地向后轮16延伸的下部车架32R、32L和连接该下部车架32R、32L后方端部与上部车架30R、30L大致中间部的纵向车架34R、34L。

燃料电池12设置在车体的大致中央部分，具体地说，搭载在由上部车架30R、30L、下部车架32R、32L及纵向车架34R、34L区划而成的区域的后方部，后面稍抬高配置，燃料电池12，是构成燃料电池二轮车10的零件中比较大重量的零件，设置车体的大致中央部分，从而获得燃料电池二轮车10的最佳的重量平衡，提高行驶性能。

另外，在由上部车架30R、30L、下部车架32R、32L及纵向车架34R、34L区划而成的区域的比燃料电池12靠前方的部分设置后述的电动泵90等。在上部车架30R、30L的上部设置座22，在后方端设置没有图示的尾灯。

前轮14旋转自由地被轴支承在前悬架23下端部。在前悬架23上部连接车把18，在该车把18中央部设置仪表38。后轮16，由以设在纵向车架34R、34L的枢轴40为中心可以旋转的摆臂42支撑，设有轮内电机(in wheelmotor)44和驱动该轮内电机44的电机驱动器46。轮内电机44及电机驱动器46为水冷式，从而高效率且高输出。在燃料电池12的下方部分沿车长方向延伸设置后悬架48，其两端部相对于下部车架32R、32L及摆臂42可以转动地进行相连。燃料电池12，在设计上被设定了最低离地距离，不过将后悬架48设置在燃料电池12下方部，从而，能够有效地利用燃料电池与地面间的区域，还能谋求燃料电池二轮车10的低重心化。

接下来，燃料电池二轮车10，作为用以在燃料电池12中进行发电的燃料电池系统，具有以高压状态贮藏向燃料电池12供给的燃料气体的燃料储气瓶50、用以降低从向后方开口的吸气口52产生的吸气音的谐振器54和介由谐振器54摄取外部空气的空气过滤器56。吸气口52，设置在上述谐振器54前方部上面，平缓地弯曲大致90°向后方开口。

燃料电池二轮车10，还具备压缩由空气过滤器56净化的空气形成反应气体的压缩机(也称作增压器、泵或增压机)58、冷却由该压缩机58压缩的反应气体的中间冷却器59、在向燃料电池12供给的反应气体和从燃料电池12排出的用过的反应气体之间进行水分交换的加湿器60、用以调节燃料电池12内部压力而设置在加湿器60的排出侧的背压阀62、以用过的氧气稀释用过的反应气体的稀释箱64和以稀释的反应气体作为排出气体进行消音并排出到空气中的消声器66。另外，燃料电池二轮车10，作为燃料电池系统的辅助电源，还具备设置在前叉附近的充电蓄电池(没有图示)。

燃料储气瓶50为两端半球的圆柱形状，设置在车体后方部从中心偏右的位置。具体地说，燃料储气瓶50由上面看(参照图3)沿车长方向延伸，由侧面看(参照图1)沿座22及上部车架30R向后上方倾斜设置。燃料储气瓶50在构成燃料电池二轮车10的零件中是比较大的零件，不过由于设置在从中心线偏置的位置，从而由上面看与后轮16几乎不重叠，能够充分确保后轮16的上下方向悬架行程。从而，容易缓和来自路面的冲击，能够谋求燃料电池二轮车10的乘车舒适性的提高。

稀释箱64，设置在一对下部下降车架28R、28L之间的下端部，且配置在比燃料电池12低的位置。从而，稀释箱64中容易积存在燃料电池12发生的水分，积存的水分从稀释箱64下面部排出。

稀释箱64上连接有第1排气管70，从该第1排气管70排出排出气体。第1排气管70从下部车架32L的中央稍靠前方部通过下部车架32L内部向后方延伸，其后端部与第2排气管72一端连通。第2排气管72，在比下部车架32L后端稍靠上方弯曲而指向斜后上方，与消声器66相连。

消声器66为大致四方的纵向扁平形状，在车体后方部从中心偏左设置，在比后轮16高的位置沿车长方向延伸设置。从消声器66排出排出气体的排出口66a设置在消声器66的后端部下方。该排出口66a在车长方向上位于比后轮16的车轴16a稍靠后方的位置。

如此，排出口66a位于比后轮16高的位置，并且，在前后方向位于比车轴16a靠后方的位置，因而从排出口66a排出的排出气体随着行驶风而向后方扩散，向图4的双点划线剖面线部74所示的范围排出。从而，排出气体中所含的水蒸气(或水分)不会喷淋在后轮16上。另外，即使燃料电池二轮车10以小转弯半径行驶时，水蒸气也向斜后方飞散而不会喷淋在后轮16上。

谐振器54为大致四方的纵向扁平形状，设置在燃料泵50右侧方。上述谐振器54的后端部与空气过滤器56的后端部由树脂管75相连。

空气过滤器56为稍扁平的形状，在燃料储气瓶50的后部下方呈后面抬高的形式配置。通过空气过滤器56的空气通过短的树脂管76向压缩机58的右端部导入。压缩机58，在车宽方向延伸设置，其右端部位于燃料储气瓶50的中央部下方。加湿器60在车宽方向呈长条形状，设置在压缩机58和燃料电池12之间。

中间冷却器59设置在燃料储气瓶50的前部下方，其空气流入口及空气流出口分别与压缩机58及加湿器60相连。如上所述，中间冷却器59冷却由压缩机58压缩的外部空气并向加湿器60供给，而寒冷起动时切换驱动旁通阀78，从而，能够不经由中间冷却器59及加湿器60而将压缩的外部空气向燃料电池12供给。

接下来，关于用以冷却燃料电池12使之维持在适宜的温度范围内的水冷式冷却系统79，参照图5进行说明。

冷却系统79，具有利用冷却翅片对由燃料电池12加温的冷却水散热使之冷却的第1散热器80及第2散热器82、对第1散热器80通入空气的冷却风扇84、对第2散热器82通入空气的2个冷却风扇86及88、使冷却水循环的电动泵90、预热运转时及过冷却时切换冷却水的循环路径的调温器92和去除冷却水中的离子而防止燃料电池12接地的离子交换器94。如图1及图2所示，上述电动泵90配置在冷却风扇88的下游侧。

各冷却风扇84、86及88，在第1散热器80及第2散热器82里面从第1散热器80及第2散热器82吸入空气，如箭头A所示使空气流动。其中，由冷却风扇88发生的风，被设定成与电动泵90相接触。

电动泵90具备电机90a，通过电驱动该电机90a旋转，从而，泵部分被运转，能够在冷却系统79内循环驱动冷却水。电动泵90的吸入口90b和燃料电池12的冷却水排出口12a由管路96a连接，电动泵90的吐出口90c与燃料电池12的冷却水排出口12a由管路96b连接。

第1散热器80下部与第2散热器82上部由左右两根管路96c、96d连接(参照图6)。调温器92的一端部通过管路96e与第2散热器82下部连接，另一端部通过管路96f与燃料电池12的冷却水吸入口12b连接。电动泵90与第1散热器80之间的管路96b分支形成管路96g，与调温器92连接。燃料电池12与电动泵90之间的管路96a分支形成管路96h，经由离子交换器94而与调温器92连接。燃料电池12、离子交换器94上设置没有图示的通气部，管路96a上设置没有图示的氢传感器。

预热运转时及过冷却时，调温器92连通管路96g与管路96f、隔断管路96e。从而，从电动泵90吐出的冷却水流入管路96g，而不经由第1散热器80、第2散热器82。从而，能够使冷却水不进行不必要的冷却而迅速地进行预热。

另一方面，在通常运转时，调温器92连通管路96e与管路96f、隔断管路96g。从而，从电动泵90吐出的被加温的冷却水，经第1散热器80、第2散热器82散热、被冷却后，通过调温器92被导向燃料电池12的冷却水吸入口12b。冷却燃料电池12内的发电电池(没有图示)从而被加温的冷却水，从冷却水排出口12a排出被导到电动泵90进行循环驱动。另外，部分冷却水通过离子交换器94进行循环。

如图6所示，第1散热器80为大致正方形的板状，设置在头管24的前面，在第1散热器80的里面设置冷却风扇84。第2散热器82是高度及面积为第1散热器80大致两倍的板状，沿着下部下降车架28R及28L设置在下部下降车架28R及28L的正前部。在第2散热器82的里面上部设置冷却风扇86，在里面下部设置冷却风扇88。电动泵90设置在冷却风扇88与燃料电池12之间。

第1散热器80及第2散热器82由车长方向正面看不会发生重叠，因而，在燃料电池二轮车10行驶时容易接受行驶风，能够对通过内部的冷却水散热使之冷却。另外，冷却风扇84、86及88，其作用在于从第1散热器及第2散热器82吸入空气、并向后方送风，促进对从第1散热器及第2散热器82通气，能够更加确实地冷却冷却水。

如图6所示，如此构成的燃料电池二轮车10中，由车长方向正面看，电动泵90配置在第2散热器82的投影面内，在燃料电池二轮车10行驶时通过第2散热器82的空气与电动泵90相接触。电动泵90具备电机90a，若该电机90a发热，则电机90a及电动泵90的效率降低，而在本实施方式的燃料电池二轮车10中，通过第2散热器82的空气对于电动泵90具有冷却作用，因而电机90a的温度上升得到抑制。从而，抑制电机90a及电动泵90的效率降低，确保冷却水的循环量。因此，能防止降低冷却系统79的效率。

电动泵90配置在第2散热器82的投影面内，因此，不会增加所谓的前方投影面积，不会增加燃料电池二轮车10的行驶空气阻力。

另外，电动泵90配置在接受由冷却风扇88发生的风的位置，因此，形成所谓强制风冷，能进一步抑制电机90a及电动泵90的效率降低。

电动泵90，主要是接受由冷却风扇88发生的风，而实际上，燃料电池二轮车10上安装有罩(风窗及仪表板等)，因此，由冷却风扇84及86发生的风至少部分通过罩与电动泵90相接触而促进冷却。

再有，冷却电动泵90的风与后方的燃料电池12相接触，从而，该燃料电池12也被强制风冷而能够谋求提高发电效率。

还有，电动泵90，从第2散热器82看配置在下风方向，因而，不会影响第2散热器82从正面接受风并对电动泵90进行风冷，从而不会降低第2散热器82的散热效率。电动泵90为风冷而不是水冷，因而不会增大由冷却水产生的冷却系统79的热负载。

如图6所表明，第2散热器82配置在下部下降车架28R、28L附近，因而，除前轮14以外没有遮挡行驶风的装置，第2散热器82能够接受大量的行驶风，而提高冷却系统79的散热效率。

还有，图1～图4及图6中，对杆及罩等省略了图示。另外，图3中，对车把18及仪表38省略了图示，以使容易辨认车架20等。

上述说明中，冷却系统79以水冷式进行了说明，不过也可以是油冷式等其他液冷式。关于冷却风扇84、86及88，以在第1散热器80及第2散热器82里面吸入空气的方式进行了说明，不过也可以是例如从第1散热器80及第2散热器82前面送出空气的方式。

本发明的燃料电池车辆并不限定于上述实施方式，不脱离本发明的构思，当然能够采取各种构成。

Claims (3)

1.一种燃料电池车辆，其利用向燃料电池供给反应气体和燃料气体而获得的电力行驶、并具备冷却上述燃料电池的液冷式冷却系统，其特征在于：

具有对由上述燃料电池加温的冷却液进行散热使之冷却的散热器、对上述散热器的冷却翅片通入空气的冷却风扇、和设置在上述冷却系统的管路中途的用于驱动冷却液循环的电动泵，

上述电动泵配置在接受上述冷却风扇产生的风的位置。

2.根据权利要求1所述的燃料电池车辆，其特征在于：从车长方向正面看上述电动泵配置在上述散热器的投影面内。

3.根据权利要求1或2所述的燃料电池车辆，其特征在于：上述燃料电池车辆为二轮车，具备前方部与头管相连且朝车体后方向后下方倾斜的下降车架，上述散热器配置在上述下降车架附近。

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