DE102017103405A1

DE102017103405A1 - Drosselspuleneinheit und die drosselspuleneinheit beinhaltendes brennstoffzellenfahrzeug

Info

Publication number: DE102017103405A1
Application number: DE102017103405.6A
Authority: DE
Inventors: Ikuhiro NAKAMURA; Shuji Kawamura; Kozo MATSUURA; Koji Katano; Hiroyuki Sekine
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-02-25
Filing date: 2017-02-20
Publication date: 2017-08-31
Anticipated expiration: 2037-02-21
Also published as: JP6390638B2; JP2017153269A; DE102017103405B4; US10368470B2; US20170251575A1; CN107123840A; CN107123840B

Abstract

Eine Drosselspuleneinheit beinhaltet Drosselspulen; und einen Kühler (190). Die Drosselspulen sind in mindestens einer Reihe auf einer Drosselspulenkühlfläche angeordnet, welche eine von äußeren Oberflächen des Kühlers (190) ist. Der Kühler (190) weist einen Kühlmediumströmungsdurchlass (193) auf, der mit einer inneren Oberfläche auf einer Rückseite der Drosselspulenkühlfläche in Berührung steht. Das Kühlmedium strömt linear von einem Einlassabschnitt zu einem Auslassabschnitt des Kühlmediumströmungsdurchlasses (193). Eine Richtung, in der das Kühlmedium innerhalb des Kühlmediumströmungsdurchlasses (193) strömt, ist gleich einer Richtung, in der die Drosselspulen in der mindestens einen Reihe angeordnet sind. Kühlrippen sind an der inneren Oberfläche auf der Rückseite der Drosselspulenkühlfläche vorgesehen. Eine Längsrichtung jeder Kühlrippe ist gleich der Richtung, in der das Kühlmedium innerhalb des Kühlmediumströmungsdurchlasses (193) strömt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Drosselspuleneinheit und ein die Drosselspuleneinheit beinhaltendes Brennstoffzellenfahrzeug.
2. Beschreibung des verwandten Standes der Technik
Die japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2013-244759 ( JP-2013-244759 A ) beschreibt, dass ein Wandler, der einen Drosselspulenabschnitt (auch als eine „Drosselspuleneinheit” bezeichnet) beinhaltet, als ein DC-DC-Wandler verwendet wird, der Ausgangsspannung einer Brennstoffzelle in einem Brennstoffzellensystem umwandelt, welches in einem Brennstoffzellenfahrzeug montiert ist. Die Drosselspuleneinheit beinhaltet eine Mehrzahl von Drosselspulen, und die Mehrzahl von Drosselspulen sind auf zwei Ebenen angeordnet, welche eine obere und eine untere Ebene sind. Auf jeder der Ebenen sind die Mehrzahl von Drosselspulen in einer Reihe in der vorn-hinten-Richtung des Brennstoffzellenfahrzeugs angeordnet.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Wenn jedoch die vorgenannte Drosselspuleneinheit vorgesehen ist, kann – je nach einer Einbauposition der Drosselspuleneinheit – in der Höhenrichtung nicht genügend Platz zum Anordnen der Drosselspuleneinheit und eines die Drosselspuleneinheit beinhaltenden Vorrichtungsaufbaus sein. Wenn ferner die Temperatur der Drosselspulen aufgrund von Wärme, die in den Drosselspulen erzeugt wird, übermäßig ansteigt, dann wird die Ausgangsleistung des Wandlers verschlechtert. Mithin ist es gewünscht, eine ausreichende Kühlleistung für die Drosselspulen sicherzustellen.
Wie oben ausgeführt, ist es gewünscht, eine ausreichende Kühlleistung einer eine Mehrzahl von Drosselspulen beinhaltenden Drosselspuleneinheit sicherzustellen und in einer Höhenrichtung der Drosselspuleneinheit und eines die Drosselspuleneinheit beinhaltenden Vorrichtungsaufbaus Platz zu sparen.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Drosselspuleneinheit, die eine Mehrzahl von Drosselspulen und einen Kühler beinhaltet, der derart konfiguriert ist, dass ein Kühlmedium in einem Inneren des Kühlers strömt und die Mehrzahl von Drosselspulen an einer Außenseite des Kühlers angeordnet sind, um die Mehrzahl von Drosselspulen zu kühlen. Die Mehrzahl von Drosselspulen sind in mindestens einer Reihe auf einer Drosselspulenkühlfläche angeordnet, die eine von äußeren Oberflächen des Kühlers ist. Der Kühler weist einen Kühlmediumströmungsdurchlass auf, der mit einer inneren Oberfläche auf einer Rückseite der Drosselspulenkühlfläche in Berührung steht. Das Kühlmedium strömt linear von einem Einlassabschnitt zu einem Auslassabschnitt des Kühlmediumströmungsdurchlasses. Eine Richtung, in der das Kühlmedium innerhalb des Kühlmediumströmungsdurchlasses strömt, ist gleich einer Richtung, in der die Mehrzahl von Drosselspulen in der mindestens einen Reihe angeordnet sind. Kühlrippen sind an der inneren Oberfläche auf der Rückseite der Drosselspulenkühlfläche vorgesehen. Eine Längsrichtung jeder der Kühlrippen ist gleich der Richtung, in der das Kühlmedium innerhalb des Kühlmediumströmungssdurchlasses strömt. Da in der Drosselspuleneinheit gemäß dem ersten Aspekt die Mehrzahl von Drosselspulen auf der Drosselspulenkühlfläche angeordnet sind, welche eine von äußeren Oberflächen des Kühlers ist, ist es möglich, die Höhe der Drosselspuleneinheit zu verringern. Auch strömt das Kühlmedium linear von dem Einlassabschnitt zu dem Auslassabschnitt des Kühlmediumströmungsdurchlasses, und die Richtung, in der das Kühlmedium innerhalb des Kühlmediumströmungsdurchlasses strömt, ist gleich der Richtung, in der die Mehrzahl von Drosselspulen in der mindestens einen Reihe angeordnet sind. Mithin ist es möglich, sowohl eine Verringerung des Druckverlusts in dem Kühlmediumströmungsdurchlass auch als eine Verbesserung des Wärmeübertragungskoeffizienten zu erzielen, wodurch eine ausreichende Kühlleistung sichergestellt wird.
In der Drosselspuleneinheit gemäß dem oben beschriebenen Aspekt kann in dem Kühlmediumströmungsdurchlass des Kühlers an einer Position, die einem Zwischenraum zwischen den Drosselspulen entspricht, welche in der Richtung, in der die Mehrzahl von Drosselspulen in der mindestens einen Reihe angeordnet sind, zueinander benachbart sind, mindestens einer aus den Folgenden angeordnet sein: i) ein flacher Strömungsdurchlassabschnitt, in dem keine Kühlrippe vorgesehen ist und die innere Oberfläche eine flache Oberfläche ist, ii) ein Strömungsdurchlassabschnitt mit einer gekrümmten Oberfläche, in dem keine Kühlrippe vorgesehen ist und die innere Oberfläche eine gekrümmte Oberfläche ist, iii) ein Strömungsdurchlassabschnitt mit niedrigen Rippen, der niedrige Kühlrippen beinhaltet, deren Höhe niedriger ist als eine Höhe der Kühlrippen, und iv) ein Strömungsdurchlassabschnitt mit einer geringen Anzahl von Rippen, bei dem die Anzahl der Kühlrippen geringer ist als die Anzahl der Kühlrippen an einer Position, welche jedem der Mehrzahl von Drosselspulen entspricht. Bei dieser Konfiguration wird eine Turbulenz in dem Kühlmediumstrom in dem Kühlmediumströmungsdurchlass an der Position, welche dem Zwischenraum zwischen den zueinander benachbarten Drosselspulen entspricht, verstärkt. Somit ist es möglich, eine Verschlechterung der Kühlleistung zu verhindern, welche durch eine Verringerung des Wärmeübertragungskoeffizienten des Kühlers aufgrund einer nahe einer Wandfläche des Kühlmediumströmungsdurchlasses gebildeten Temperaturgrenzschicht verursacht wird.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Brennstoffzellenfahrzeug, das eine Brennstoffzelle; die Drosselspuleneinheit gemäß dem ersten Aspekt; und einen DC-DC-Wandler beinhaltet, der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle umwandelt. Die Brennstoffzelle ist in einem vorderen Raum des Brennstoffzellenfahrzeugs angeordnet, und die in dem DC-DC-Wandler beinhaltete Drosselspuleneinheit ist über der Brennstoffzelle derart angeordnet, dass die Mehrzahl von Drosselspulen in einer unteren Seite angeordnet sind und der Kühler in einer oberen Seite angeordnet ist. Bei dem Brennstoffzellenfahrzeug gemäß dem zweiten Aspekt ist die Drosselspuleneinheit, welche eine niedrigere Höhe besitzt als jene der herkömmlichen Drosselspuleneinheit, über der Brennstoffzelle angeordnet. Mithin ist es möglich, in der Höhenrichtung eines Vorrichtungsaufbaus, der den die Drosselspuleneinheit beinhaltenden DC-DC-Wandler und die Brennstoffzelle beinhaltet, Platz zu sparen. Infolgedessen ist es möglich, die Drosselspuleneinheit im vorderen Raum des Brennstoffzellenfahrzeugs, der über beschränkten Platz in der Höhenrichtung verfügt, über der Brennstoffzelle anzuordnen.
Bei dem Brennstoffzellenfahrzeug gemäß dem zweiten Aspekt können an einer äußeren Oberfläche einer Oberseite des Kühlers eine Ansteuerschaltungseinheit für eine Kühlmediumpumpe, die der Brennstoffzelle ein Brennstoffzellenkühlmedium zum Kühlen der Brennstoffzelle zuführt, und eine Ansteuerschaltungseinheit für eine Brennstoffpumpe, die der Brennstoffzelle Brenngas zuführt, angeordnet sein. Bei dieser Konfiguration sind die Ansteuerschaltungseinheit für die Kühlmediumpumpe und die Ansteuerschaltungseinheit für die Brennstoffpumpe oben auf dem Kühler der Drosselspuleneinheit angeordnet, wodurch diese Ansteuerschaltungseinheiten gekühlt werden und Platz gespart wird.
Die Erfindung wird in verschiedenen Formen verwirklicht. Beispielsweise kann die Erfindung in Form der oben beschriebenen Drosselspuleneinheit, des oben beschriebenen Brennstoffzellenfahrzeugs und eines Brennstoffzellensystems verwirklicht werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Merkmale, Vorteile sowie die technische und wirtschaftliche Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente kennzeichnen, und wobei:
1 eine schematische Ansicht eines Aufbaus eines Brennstoffzellenfahrzeugs ist, in dem in einer Ausführungsform der Erfindung ein Brennstoffzellensystem montiert ist;
2A und 2B erläuternde Ansichten sind, die Komponenten des in dem Brennstoffzellenfahrzeug montierten Brennstoffzellensystems schematisch zeigen;
3A und 3B erläuternde Ansichten eines Aufbaus einer Drosselspuleneinheit sind;
4A und 4B erläuternde Ansichten eines Kühlmediumströmungsdurchlasses sind; und
5 eine erläuternde Ansicht ist, in der Wärmeübertragungskoeffizient und Druckverlust zwischen verschiedenen Arten von Kühlmediumströmungsdurchlässen verglichen werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 ist eine schematische Ansicht eines Aufbaus eines Brennstoffzellenfahrzeugs 10, in dem in einer Ausführungsform der Erfindung ein Brennstoffzellensystem 100 montiert ist. Das Brennstoffzellenfahrzeug 10 beinhaltet eine Brennstoffzelle (auch als eine „FC” bezeichnet) 110, einen Brenngaszufuhrabschnitt 120, einen Oxidationsgaszufuhrabschnitt 130, einen Kühlabschnitt 140, eine FC-Leistungszufuhreinheit 150, eine Leistungssteuerungseinheit 160, eine Batterie bzw. einen Akkumulator 170, einen Traktionsmotor (auch als ein „TRMG” bezeichnet) 180 und Räder 185. Zusätzlich zu den obigen Komponenten beinhaltet das Brennstoffzellenfahrzeug 10 verschiedene Vorrichtungen, die beispielsweise in dem Brennstoffzellensystem beinhaltet sind. Zu den verschiedenen Vorrichtungen gehören Hilfsausrüstung, verschiedene Sensoren, verschiedene Detektoren, Relais und elektronische Vorrichtungen. Jedoch wird in diesem Beispiel auf eine Darstellung und Erläuterung derselben verzichtet.
Die FC-Leistungszufuhreinheit 150 beinhaltet einen FC-Wandler 151, eine FC-Wandler-Steuerungseinheit 156 und eine Invertereinheit 159. Die Invertereinheit 159 beinhaltet einen HP-Inverter 157 und einen WP-Inverter 158. Die FC-Leistungszufuhreinheit 150 ist in einem eigenen Gehäuse aufgenommen.
Die Leistungssteuerungseinheit 160 beinhaltet einen Batteriewandler 162, einen ACP-Inverter 164 und einen TR-Inverter 166. Die Leistungssteuerungseinheit 160 ist auch in einem eigenen Gehäuse aufgenommen.
Das Brennstoffzellensystem 100 beinhaltet die Brennstoffzelle 110, den Brenngaszufuhrabschnitt 120, den Oxidationsgaszufuhrabschnitt 130, den Kühlabschnitt 140, die FC-Leistungszufuhreinheit 150 und den ACP-Inverter 164. Ein „Wandler” bedeutet hier einen DC-DC-Wandler.
Das Brennstoffzellenfahrzeug 10 fährt, indem es den Traktionsmotor 180 unter Verwendung von Leistung, welche aus mindestens einer aus der Brennstoffzelle 110 und der Batterie 170 zugeführt wird, antreibt.
In dieser Ausführungsform ist die Brennstoffzelle 110 eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle. Die Brennstoffzelle 110 beinhaltet eine Stapelstruktur, bei der eine Mehrzahl von Einheitszellen in einer Reihe gestapelt sind. Jede der Einheitszellen beinhaltet einen Membranelektrodenaufbau (MEA). Wasserstoffgas wird einer Anode der Brennstoffzelle 110 aus dem Brenngaszufuhrabschnitt 120 als Brenngas zugeführt. Luft wird einer Kathode der Brennstoffzelle 110 aus dem Oxidationsgaszufuhrabschnitt 130 als Oxidationsgas zugeführt.
Der Brenngaszufuhrabschnitt 120 beinhaltet einen Wasserstofftank, verschiedene Ventile, eine Brennstoffpumpe, einen Injektor und so fort. Der Brenngaszufuhrabschnitt 120 führt der Brennstoffzelle 110 Brenngas zu. 1 zeigt eine Brennstoffpumpe (auch als eine „HP” bezeichnet) 122 inmitten verschiedener Komponenten des Brenngaszufuhrabschnitts 120.
Der Oxidationsgaszufuhrabschnitt 130 beinhaltet einen Luftkompressor und verschiedene Ventile. Der Oxidationsgaszufuhrabschnitt 130 führt der Brennstoffzelle 110 Oxidationsgas zu. 1 zeigt einen Luftkompressor (auch als ein „ACP” bezeichnet) 132 inmitten von Komponenten des Oxidationsgaszufuhrabschnitts 130.
Der Kühlabschnitt 140 beinhaltet einen Kühlkörper, eine Kühlmediumpumpe, einen Kühlmediumzirkulationsdurchlass 144, einen Temperatursensor und so fort. Der Kühlabschnitt 140 beinhaltet ein Brennstoffzellenkühlsystem, das der Brennstoffzelle 110 ein Kühlmedium wie etwa Kühlmittel zuführt, und ein Kreislaufkühlsystem (nicht gezeigt), das einer später beschriebenen Drosselspuleneinheit und einem intelligenten Leistungsmodul (IPM) ein Kühlmedium wie etwa Kühlmittel zuführt. Eine Kühlmediumpumpe (auch als eine „WP” bezeichnet) 142 ist in dem Kühlmediumzirkulationsdurchlass 144 des Brennstoffzellenkühlsystems vorgesehen und zirkuliert das Kühlmedium, welches die Brennstoffzelle kühlt.
Der FC-Wandler 151 ist aus einem mehrphasigen DC-DC-Aufwärtswandler gebildet, der eine Mehrzahl von Ansteuerphasen (in diesem Beispiel vier Phasen, welche eine U-Phase, eine V-Phase, eine W-Phase und eine X-Phase sind) und einen Glättungskondensator Cs beinhaltet. Jede der Ansteuerphasen ist aus einer Boost-Zerhackerschaltung gebildet, welche eine Drosselspule Lr, eine Schaltvorrichtung Sr und eine Gleichrichterdiode Dr beinhaltet. Der FC-Wandler 151 ist mit der Brennstoffzelle 110 verbunden und erhöht die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 110 durch Verändern eines Schaltzyklus-Tastverhältnisses der Schaltvorrichtung Sr im Innern des FC-Wandlers 151 in Übereinstimmung mit einem Befehl von der FC-Wandler-Steuerungseinheit 156 und gibt die erhöhte Spannung an eine Hochspannungsverdrahtung 168 ab. Die Drosselspule Lr in jeder der Ansteuerphasen ist in der später beschriebenen Drosselspuleneinheit beinhaltet.
Die FC-Wandler-Steuerungseinheit (auch als eine „FCCU” bezeichnet) 156 schaltet die Anzahl von Ansteuerphasen in Übereinstimmung mit hindurchtretender Leistung einer Brennstoffzellenausgabe, um so die Wandlungseffizienz zu maximieren, und steuert auch einen Betrieb des FC-Wandlers 151 durch Steuern eines Schaltvorgangs der Schaltvorrichtung jeder zu betreibenden Ansteuerphase. Beispielsweise ist die hindurchtretende Leistung in vier Niveaubereiche unterteilt, und die FC-Wandler-Steuerungseinheit 156 treibt die U-Phase nur in dem niedrigsten ersten Bereich hindurchtretender Leistung, treibt die U-Phase und die V-Phase in dem zweiten Bereich hindurchtretender Leistung, treibt die U-Phase, die V-Phase und die W-Phase in dem dritten Bereich und treibt die U-Phase, die V-Phase, die W-Phase und die X-Phase alle in dem vierten Bereich hindurchtretender Leistung.
Der HP-Inverter 157 wandelt Gleichstromleistung, die von mindestens einer aus der Brennstoffzelle 110 und der Batterie 170 erhalten wird, in dreiphasige Wechselstromleistung um und führt diese der Brennstoffpumpe (HP) 122 des Brenngaszufuhrabschnitts 120 zu. Der HP-Inverter 157 kann als eine „Ansteuerschaltungseinheit” betrachtet werden, die die Brennstoffpumpe 122 ansteuert.
Der WP-Inverter 158 wandelt auch Gleichstromleistung, die von mindestens einer aus der Brennstoffzelle 110 und der Batterie 170 erhalten wird, in dreiphasige Wechselstromleistung um und führt diese der Kühlmediumpumpe (WP) 142 in dem Kühlabschnitt 140 zu. Der WP-Inverter 158 kann als eine „Ansteuerschaltungseinheit” betrachtet werden, die die Kühlmediumpumpe 142 ansteuert.
Der Batteriewandler 162 ist ein DC-DC-Wandler, der zum Durchführen einer bidirektionalen Umwandlung imstande ist. Der Batteriewandler 162 ist durch die Hochspannungsverdrahtung 168 auch mit dem FC-Wandler 151 verbunden. Der Batteriewandler 162 stellt eine Spannung auf der Seite der Hochspannungsverdrahtung 168 oder eine Spannung auf der Seite der Batterie 170 in Übereinstimmung mit einem Befehl von einem Steuerabschnitt (nicht gezeigt) auf einen gewünschten Spannungswert ein.
Die Batterie 170 ist eine Sekundärbatterie, die elektrische Energie speichert, welche von der Brennstoffzelle 110 erzeugt wird, und ist imstande, wiederholt geladen und entladen zu werden. Die Batterie bzw. der Akkumulator 170 kann beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie bzw. ein Lithium-Ionen-Akkumulator sein. Die Batterie 170 kann eine andere Art von Batterie, wie etwa eine Bleispeicherbatterie bzw. ein Bleiakkumulator, eine Nickel-Cadmium-Batterie bzw. ein Nickel-Cadmium-Akkumulator oder eine Nickel-Wasserstoff-Batterie bzw. ein Nickel-Wasserstoff-Akkumulator sein.
Der ACP-Inverter 164 wandelt Gleichstromleistung, welche von mindestens einer aus der Brennstoffzelle 110 und der Batterie 170 erhalten wird, in dreiphasige Wechselstromleistung um und führt diese dem Luftkompressor (ACP) 132 des Oxidationsgaszufuhrabschnitts 130 zu.
Der TR-Inverter 166 wandelt Gleichstromleistung, welche von mindestens einer aus der Brennstoffzelle 110 und der Batterie 170 erhalten wird, in dreiphasige Wechselstromleistung um und führt diese dem Traktionsmotor 180 zu.
Der Traktionsmotor 180 ist ein Synchronmotor, der eine Dreiphasenspule beinhaltet. Der Traktionsmotor 180 wird mit dreiphasiger Wechselstromleistung aus dem TR-Inverter 166 versorgt und steuert die Räder 185 an. Wenn in dem Traktionsmotor 180 aufgrund einer Drehung der Räder 185 regenerative Leistung erzeugt wird, dann wird die regenerative Leistung von dem TR-Inverter 166 in Gleichstromleistung umgewandelt und die Batterie 170 wird durch den Batteriewandler 162 mit der regenerativen Leistung aufgeladen.
2A und 2B sind erläuternde Ansichten, die Komponenten des Brennstoffzellensystems 100 (1), das in dem Brennstoffzellenfahrzeug 10 montiert ist, schematisch zeigen. In diesem Beispiel sind einige Komponenten des Brennstoffzellensystems 100 in einem vorderen Raum 12 aufgenommen, welcher sich vor einer Fahrzeugkabine 11 befindet. 2A ist eine von der linken Seite des Brennstoffzellenfahrzeugs 10 aus gesehene Seitenansicht des vorderen Raums 12, und 2B ist eine von der hinteren Seite des Brennstoffzellenfahrzeugs 10 aus gesehene Vorderansicht des vorderen Raums 12. 2A und 2B zeigen eine Vorwärtsrichtung Frd, welche eine Fortbewegungsrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs 10 ist, eine Rechtsrichtung Rsd und eine Aufwärtsrichtung Vud.
Wie in 2A und 2B gezeigt, ist eine FC-Anordnung 112, in der die Brennstoffzelle 110, Komponenten in der Nähe der Brennstoffzelle 110 und so fort in einem eigenen Gehäuse (nicht gezeigt) vorgesehen sind, auf einem Bodenabschnitt des vorderen Raums 12 installiert. Die FC-Leistungszufuhreinheit 150 ist oben auf der FC-Anordnung 112 angeordnet. Die FC-Leistungsversorgungseinheit 150 ist mit der FC-Anordnung 112 zusammengebaut und integriert. Auch, wie in 2B gezeigt, ist eine Drosselspuleneinheit (LU) 152 in einem rechten unteren Abschnitt eines Inneren der FC-Leistungszufuhreinheit 150 angeordnet, und oben auf der Drosselspuleneinheit (LU) 152 ist die Invertereinheit (PINV) 159 so angeordnet, dass sie mit einem oberen Abschnitt der Drosselspuleneinheit 152 in Berührung steht. Ferner ist in einem linken unteren Abschnitt eines Inneren der FC-Leistungszufuhreinheit 150 ein Leistungselementmodul (IPM) 155 angeordnet, und oben auf dem Leistungselementmodul (IPM) 155 ist die FC-Wandler-Steuerungseinheit (FCCU) 156 angeordnet. Das Leistungselementmodul 155 beinhaltet die Schaltvorrichtung Sr, die Diode Dr und den Glättungskondensator Cs jeder der Ansteuerphasen des FC-Wandlers 151 (1) sowie einen Kühler, der diese Vorrichtungen kühlt. Eine Darstellung und Erläuterung zur Anordnung der Vorrichtungen und des Kühlers, welche in dem Leistungselementmodul 155 beinhaltet sind, ist bei der Erläuterung der Erfindung nicht erforderlich und wird somit weggelassen. Das Kühlmedium wird diesem Kühler auch durch einen Kühlmediumzirkulationsdurchlass des Schaltungskühlsystems (nicht gezeigt) in dem Kühlabschnitt 140 zugeführt (1).
3A und 3B sind erläuternde Ansichten eines Aufbaus der Drosselspuleneinheit 152. 3A ist eine Ansicht der rechten Seite der Drosselspuleneinheit 152, und 3B ist eine Unteransicht der Drosselspuleneinheit 152. Die Drosselspuleneinheit 152 beinhaltet die Mehrzahl von Drosselspulen Lr und einen Kühler 190, der die Mehrzahl von Drosselspulen Lr kühlt.
In der Unteransicht in 3B weist der Kühler 190 eine Drosselspulenkühlfläche 192os auf, die eine äußere Oberfläche ist, wobei die Längsrichtung der Drosselspulenkühlfläche 192os entlang der Vorwärtsrichtung Frd verläuft, und die Richtung der kurzen Seite der Drosselspulenkühlfläche 192os entlang der Rechtsrichtung Rsd verläuft. Wie in 3A gezeigt, besitzt der Kühler 190 auch einen flach geformten, im Wesentlichen rechtwinklig parallelepipeden Aufbau mit einer geringen Höhe in der Aufwärtsrichtung Vud und beinhaltet einen Kühlbehälterabschnitt 191 mit einer Kastenform, bei dem eine untere Fläche offen ist, und einen flachen Plattenabschnitt 192, der die Öffnung bedeckt.
Auf einer Seitenfläche des Kühlbehälterabschnitts 191 ist ein Kühlmediumeinlass 193in vorgesehen, in den das Kühlmedium in der Rechtsrichtung Rsd strömt. Auf einer Seitenfläche einer distalen Endseite des Kühlbehälterabschnitts 191 in der Vorwärtsrichtung Frd ist ein Kühlmediumauslass 193out vorgesehen, aus dem das Kühlmedium entlang der Vorwärtsrichtung Frd herausströmt. Der Innenraum des Kühlbehälterabschnitts 191, der durch den flachen Plattenabschnitt 192 bedeckt wird, bildet einen Kühlmediumströmungsdurchlass 193. Der Kühlmediumströmungsdurchlass 193 ist ein Kühlmediumströmungsdurchlass, in dem das Kühlmedium, welches aus dem Kühlmediumeinlass 193in in einen Einlassabschnitt 193ip strömt, linear in einer Strömungsrichtung WD hin zu einem Auslassabschnitt 193op strömt, der mit dem Kühlmediumauslass 193out verbunden ist. Die Strömungsrichtung WD ist die gleiche Richtung wie die Vorwärtsrichtung Frd.
Auf der Drosselspulenkühlfläche 192os, welche die äußere Oberfläche des flachen Plattenabschnitts 192 ist, sind die Mehrzahl von Drosselspulen Lr in einer Reihe entlang der Strömungsrichtung WD angeordnet. In diesem Beispiel sind vier Drosselspulen Lr angeordnet. Die Drosselspule Lr beinhaltet einen Kernabschnitt Cr und einen um den Kernabschnitt Cr herumgewickelten Spulenabschnitt CL. In jedem der Drosselspulen Lr ist der Kernabschnitt Cr durch eine Wärmeableitbahn HS2 auf einer Kernabschnitt-Montagebasis 194 montiert, und der Spulenabschnitt CL ist durch eine Wärmeableitbahn HS1 auf einer Spulenabschnitt-Montagebasis 195 montiert. Als die Wärmeableitbahnen HS1, HS2 werden Bahnen auf Siliziumbasis und so fort verwendet. Anstelle der Wärmeableitbahnen HS1, HS2 kann ein siliziumbasierter Verguss (Harzverguss) verwendet werden. Der Kernabschnitt Cr und der Spulenabschnitt CL der Drosselspule Lr werden durch ein Harzgehäuse (nicht gezeigt) bedeckt und geschützt. Wärme, die in den Drosselspulen Lr erzeugt wird, welche auf der Drosselspulenkühlfläche 192os des flachen Plattenabschnitts 192 angeordnet sind, wird durch die Wärmeableitbahnen HS1, HS2 und den flachen Plattenabschnitt 192 zu dem Kühlmedium abgeleitet, welches in dem Kühlmediumströmungsdurchlass 193 strömt.
Wie zuvor erläutert, werden die Betriebsabläufe der Mehrzahl von Ansteuerphasen (der U-Phase, der V-Phase, der W-Phase und der X-Phase) des FC-Wandlers 151 (1) in Übereinstimmung mit hindurchtretender Leistung gesteuert. Wenn die hindurchtretende Leistung zunimmt, wird die Anzahl von zu betreibenden Ansteuerphasen in der Reihenfolge der U-Phase, der V-Phase, der W-Phase und der X-Phase inkrementiert. Mithin wird bevorzugt, dass die vier Drosselspulen Lr der Drosselspuleneinheit 152 in der Reihenfolge der U-Phase, der V-Phase, der W-Phase und der X-Phase entlang der Strömungsrichtung WD (Vorwärtsrichtung Frd) des Kühlmediums aufgereiht sein sollten. Jedoch ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt, und die Drosselspulen Lr können in anderen Reihenfolgen angeordnet sein.
Ferner, wie in 3A gezeigt, ist die Invertereinheit 159, welche den HP-Inverter 157 und den WP-Inverter 158 beinhaltet, an einer äußeren Oberfläche 191os auf der Seite, die der Drosselspulenkühlfläche 192os des flachen Plattenabschnitts 192 des Kühlers 190 gegenüberliegt, angeordnet. Wärmeleitpaste ist zwischen der Invertereinheit 159 und der äußeren Oberfläche 191os aufgetragen. Auch kann eine Wärmeableitbahn auf ähnliche Weise wie bei der Drosselspule Lr zwischengeordnet sein. Wärme, die in der Invertereinheit 159 erzeugt wird, wird durch die äußere Oberfläche 191os an das Kühlmedium abgeleitet, das in dem Kühlmediumströmungsdurchlass 193 strömt. Mithin ist der Kühler 190 auch imstande, den HP-Inverter 157 und den WP-Inverter 158 der Invertereinheit 159 zu kühlen.
4A und 4B sind erläuternde Ansichten des Kühlmediumströmungsdurchlasses 193. 4A ist eine Unteransicht des Kühlers 190, wobei 4A den Kühlmediumströmungsdurchlass 193 durch den Kühler 190 gesehen zeigt. 4B ist eine Ansicht der rechten Seite des Kühlers 190, wobei 4B den Kühlmediumströmungsdurchlass 193 durch den Kühler 190 gesehen zeigt. In 4A sind äußere Formen der Drosselspulen Lr durch unterbrochene Linien gezeigt, um das Verständnis einer Lagebeziehung zwischen dem Kühlmediumströmungsdurchlass 193 und der Mehrzahl von Drosselspulen Lr zu erleichtern.
Wie in 4A und 4B gezeigt, sind eine Mehrzahl von Kühlrippen 196 an einer inneren Oberfläche 192is auf der Rückseite der Drosselspulenkühlfläche 192os vorgesehen. Die Längsrichtung der Kühlrippen 196 verläuft entlang der Strömungsrichtung WD des Kühlmediums. Wie in 4A gezeigt, sind die Kühlrippen 196 wellenförmige Rippen mit sich entlang der Strömungsrichtung WD erstreckenden wellenförmig gekrümmten Wandflächen. Grundsätzlich weisen die Mehrzahl von Kühlrippen 196 Wandflächen auf, die sich entlang der Strömungsrichtung WD erstrecken, so dass es möglich ist, den Strom des Kühlmediums entlang der Strömungsrichtung WD einzustellen. Da ferner jede der Kühlrippen 196 eine wellenförmige Rippe ist, ist es aufgrund einer Wirkung von turbulenten Strömungen, welche durch die wellenförmigen Rippen erzeugt werden, möglich, die Kühlleistung im Vergleich zu einer geraden Kühlrippe zu verbessern.
Wie bislang erläutert, ist der Kühlmediumströmungsdurchlass 193 ein Linearströmungsdurchlass, in dem das Kühlmedium linear von dem Kühlmediumeinlass 193in zu dem Kühlmediumauslass 193out strömt. Der Grund dafür, warum der lineare Strömungsdurchlass als der Kühlmediumströmungsdurchlass 193 verwendet wird, ist wie folgt.
5 ist eine erläuternde Ansicht, die Wärmeübertragungskoeffizienten und Druckverluste verschiedener Kühlmediumströmungsdurchlässe vergleicht. Drei Arten der Kühlmediumströmungsdurchlässe sind gezeigt, welche ein Linearströmungsdurchlass, ein Parallelströmungsdurchlass und ein Umkehrströmungsdurchlass sind. In dem Linearströmungsdurchlass stimmt eine Richtung, in der die Mehrzahl von (in diesem Beispiel vier) Drosselspulen Lr in einer Reihe angeordnet sind, mit einer Kühlmediumströmungsrichtung überein, und somit werden die Mehrzahl von Drosselspulen Lr der Reihe nach gekühlt. In dem Parallelströmungsdurchlass werden die Mehrzahl von Drosselspulen Lr parallel gekühlt, das heißt, die Mehrzahl von Drosselspulen Lr werden durch das Kühlmedium gekühlt, das auf die parallelen Ströme verteilt wird, welche der Mehrzahl von in einer Reihe angeordneten Drosselspulen Lr entsprechen. In dem Umkehrströmungsdurchlass werden die Mehrzahl von Drosselspulen Lr durch das Kühlmedium, das in einem ersten halben Strömungsdurchlass und einem Umkehrströmungsdurchlass strömt, der Reihe nach gekühlt. Die Strömungsrichtung in dem ersten halben Strömungsdurchlass ist gleich jener des Linearströmungsdurchlasses, und die Strömungsrichtung in dem Umkehrströmungsdurchlass ist zu der Strömungsrichtung des Kühlmediums in dem ersten halben Strömungsdurchlass entgegengesetzt.
Es wird angenommen, dass die Strömung des Kühlmediums in dem Kühlmediumströmungsdurchlass aufgrund der Kühlrippen 196, welche wellenförmige Rippen sind, im Prinzip zu einer turbulenten Strömung wird. Dabei wird ein Wärmeübertragungskoeffizient h zwischen Wandflächen der inneren Oberfläche 192is und der Kühlrippen 196, welche mit dem Kühlmediumströmungsdurchlass 193 in Berührung stehen (nachstehend werden diese Wände auch einfach als „Wandflächen des Kühlmediumströmungsdurchlasses” bezeichnet), und dem Kühlmedium, das in dem Kühlmediumströmungsdurchlass 193 strömt, durch nachstehenden Ausdruck (1) ausgedrückt. h ∝ Re^(4/5) ∝ (v × D_H)^(4/5) (1).
Hier steht Re für die Reynolds-Zahl, v steht für die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums und D_H steht für einen hydraulischen Durchmesser. Das heißt, der Wärmeübertragungskoeffizient h ist proportional zur Reynolds-Zahl Re hoch (4/5), und die Reynolds-Zahl Re ist proportional zur Strömungsgeschwindigkeit v und ebenfalls proportional zum hydraulischen Durchmesser D_H. Infolgedessen ist der Wärmeübertragungskoeffizient h proportional zur Strömungsgeschwindigkeit v hoch (4/5) und ebenfalls proportional zum hydraulischen Durchmesser D_H hoch (4/5).
Die Kühlmediumströmungsgeschwindigkeit v wird durch den folgenden Ausdruck (2) ausgedrückt, und der hydraulische Durchmesser D_H wird durch den folgenden Ausdruck (3) ausgedrückt. v = W/S (2) D_H = k·S^(1/2) (3)
W steht für eine Strömungsrate des Kühlmediums, S steht für eine Strömungsdurchlassquerschnittsfläche, und k steht für einen Umrechnungsfaktor.
Wenn die Kühlmediumströmungsrate W fest ist, dann wird der Wärmeübertragungskoeffizient h basierend auf dem oben angegebenen Ausdruck (1) bis Ausdruck (3) durch den folgenden Ausdruck (4) ausgedrückt. h ∝ (1/S)^(2/5) (4)
Das heißt, der Wärmeübertragungskoeffizient h ist proportional zur Leistung hoch (2/5) eines Kehrwerts der Strömungsdurchlassquerschnittsfläche S. Somit wird der Wärmeübertragungskoeffizient h mit größer werdender Strömungsdurchlassquerschnittsfläche S kleiner, und mit kleiner werdender Strömungsdurchlassquerschnittsfläche S wird der Wärmeübertragungskoeffizient h größer. Mithin ist unter dem Gesichtspunkt der Kühlfähigkeit eine kleinere Strömungsdurchlassquerschnittsfläche S zu bevorzugen.
Wenn in einem Fall, in dem die Mehrzahl von (vier) in einer Reihe angeordneten Drosselspulen Lr unter den gleichen Bedingungen gekühlt werden, die Strömungsdurchlassquerschnittsfläche S des Linearströmungsdurchlasses Sa ist, wie in 5 gezeigt, dann wird die Strömungsdurchlassquerschnittsfläche S des Parallelströmungsdurchlasses zu (4Sa), und die Strömungsdurchlassquerschnittsfläche S des Umkehrströmungsdurchlasses wird zu (Sa/2). Mithin nimmt der aus dem vorstehenden Ausdruck (4) erhaltene Wärmeübertragungskoeffizient h in der Reihenfolge des Umkehrströmungsdurchlasses, des Linearströmungsdurchlasses und des Parallelströmungsdurchlasses ab. Mithin wird die Kühlfähigkeit des Umkehrströmungsdurchlasses als hervorragend bewertet, wie durch eine Doppelkreismarkierung in 5 gezeigt, die Kühlfähigkeit des Linearströmungsdurchlasses wird als gut bewertet, wie durch eine Kreismarkierung in 5 gezeigt, und die Kühlfähigkeit des Parallelströmungsdurchlasses wird als schlecht bewertet, wie durch eine Kreuzmarkierung in 5 gezeigt.
Ferner wird ein Druckverlust ΔP in dem Kühlmediumströmungsdurchlass durch den folgenden Ausdruck (5) ausgedrückt. ΔP ∝ v² × L (5)
Das heißt, der Druckverlust ΔP ist proportional zum Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit v und ebenfalls proportional zu einer Strömungsdurchlasslänge L. Da die Strömungsgeschwindigkeit v durch den vorstehenden Ausdruck (2) ausgedrückt wird, wird der Druckverlust ΔP durch den folgenden Ausdruck (6) ausgedrückt. ΔP ∝ (1/S)² × L (6)
Das heißt, mit größer werdender Strömungsdurchlassquerschnittsfläche S wird der Druckverlust ΔP kleiner, und mit kleiner werdender Strömungsdurchlassquerschnittsfläche S wird der Druckverlust ΔP größer. Auch wird der Druckverlust ΔP mit größer werdender Strömungsdurchlasslänge L größer.
Ein großer Druckverlust ΔP in dem Kühlmediumströmungsdurchlass bedeutet, dass eine große Menge Energie verbraucht wird, um das Kühlmedium strömen zu lassen, und deutet daraufhin, dass die Effizienz der Energienutzung niedrig ist. Daher ist es unter dem Gesichtspunkt der Kühleffizienz zu bevorzugen, den Druckverlust in dem Kühlmediumströmungsdurchlass so weit wie möglich zu verringern.
Wie in 5 gezeigt, ist dann, wenn die Strömungsdurchlassquerschnittsfläche S des Linearströmungsdurchlasses Sa ist, die Strömungsdurchlassquerschnittsfläche S des Parallelströmungsdurchlasses und des Umkehrströmungsdurchlasses (4Sa) bzw. (Sa/2). Wenn die Strömungsdurchlasslänge L des Linearströmungsdurchlasses La ist, dann ist die Strömungsdurchlasslänge L des Parallelströmungsdurchlasses und des Umkehrströmungsdurchlasses (La/4) bzw. (2La). Mithin nimmt der Druckverlust ΔP, der aus dem vorstehenden Ausdruck (6) erhalten wird, in der Reihenfolge des Parallelströmungsdurchlasses, des Linearströmungsdurchlasses und des Umkehrströmungsdurchlasses zu. Somit wird die Kühleffizienz des Parallelströmungsdurchlasses als hervorragend bewertet, wie durch eine Doppelkreismarkierung in 5 gezeigt, die Kühleffizienz des Linearströmungsdurchlasses wird als gut bewertet, wie durch eine Kreismarkierung in 5 gezeigt, und die Kühleffizienz des Umkehrströmungsdurchlasses wird als schlecht bewertet, wie durch eine Kreuzmarkierung in 5 gezeigt.
Obgleich der Umkehrströmungsdurchlass den größten Wärmeübertragungskoeffizienten h und somit die höchste Kühlfähigkeit besitzt, ist sein Druckverlust ΔP groß. Mithin ist die Kühleffizienz schlecht. Obgleich der Parallelströmungsdurchlass den kleinsten Druckverlust ΔP und somit die höchste Kühleffizienz besitzt, ist sein Wärmeübertragungskoeffizient h gering und somit die Kühlfähigkeit schlecht. Im Gegensatz dazu sind bei dem Linearströmungsdurchlass sowohl der Wärmeübertragungskoeffizient h als auch der Druckverlust ΔP gut, und somit ist sowohl die Kühlfähigkeit als auch die Kühleffizienz gut. Da Verbesserungen sowohl der Kühleffizienz als auch der Kühlfähigkeit erzielbar sind, ist der Linearströmungsdurchlass von den drei Arten der Kühlmediumströmungsdurchlässe der optimale Kühlmediumströmungsdurchlass. Mithin wird in der Ausführungsform aus den obengenannten Gründen der Linearströmungsdurchlass als der Kühlmediumströmungsdurchlass 193 verwendet.
Ferner, wie in 4A gezeigt, ist der Kühlmediumströmungsdurchlass 193 an Positionen, die jeweils einem Zwischenraum zwischen den benachbarten Drosselspulen Lr entsprechen, mit flachen Strömungsdurchlassabschnitten 197 versehen. Die flachen Strömungsdurchlassabschnitte 197 sind flache Oberflächen ohne Kühlrippen 196 an der inneren Oberfläche 192is auf der Rückseite der Drosselspulenkühlfläche 192os. Wenn ein Gehäuse betrachtet wird, bei dem der Kühlmediumströmungsdurchlass keinen flachen Strömungsdurchlassabschnitt 197 besitzt und mit durchgängigen und langen Kühlrippen versehen ist, dann können Temperaturgrenzschichten nahe den Wandflächen des Kühlmediumströmungsdurchlasses gebildet werden. In den Temperaturgrenzschichten wird in Richtung der Wandflächen die Strömungsgeschwindigkeit verringert und somit die Temperatur erhöht. In Bereichen in dem Kühlmediumströmungsdurchlass, in denen die Temperaturgrenzschichten gebildet sind, wird der Wärmeübertragungskoeffizient verringert, und die Kühlleistung kann somit verschlechtert werden. Im Gegensatz dazu besitzen die flachen Strömungsdurchlassabschnitte 197 eine Wirkung des Verstärkens der Turbulenz in dem Kühlmedium, welches von der Stromaufwärtsseite entlang der stromaufwärtigen Kühlrippen 196 strömt. Infolgedessen ist es möglich, die Bildung der Temperaturgrenzschichten zu hemmen, und somit ist es möglich, eine Abnahme des Wärmeübertragungskoeffizienten aufgrund der Temperaturgrenzschichten zu hemmen, wodurch eine Verschlechterung der Kühlleistung verhindert wird. Auch ist es möglich, den Einfluss von Wärmeverlusten in den stromaufwärtsseitigen Drosselspulen Lr auf das Kühlen der stromabwärtsseitigen Drosselspulen Lr zu hemmen.
Wenn ferner der mit den Kühlrippen 196 versehene flache Plattenabschnitt 192 durch Gießen gebildet wird, besitzen die flachen Strömungsdurchlassabschnitte 197 einen weiteren Vorteil. Wenn das Gießen erfolgt, ist eine hohe Toleranz für distale Enden der Kühlrippen 196 erforderlich, da ein Problem dahingehend besteht, dass die distalen Endseiten der Kühlrippen 196 bei Entnahme aus der Form leicht deformiert werden. Wenn jedoch die Toleranz hoch ist, dann werden Zwischenräume zwischen den distalen Enden der Kühlrippen 196 und den Wandflächen des Kühlmediumströmungsdurchlasses 193 groß, und es wird schwierig, die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums zu verbessern. Infolgedessen kann es schwierig werden, die Kühlleistung zu verbessern.
Wenn dagegen der flache Strömungsdurchlassabschnitt 197 zwischen den Kühlrippen 196, welche den Drosselspulen Lr entsprechen, vorhanden ist, dann ist es möglich, die Länge der Kühlrippen 196 in der Längsrichtung zu verringern. Wenn der flache Plattenabschnitt 192, der die Kühlrippen 196 beinhaltet, durch Gießen gebildet wird, ist es auch möglich, in Abschnitten der Form, welche den flachen Strömungsdurchlassabschnitten 197 entsprechen, Extrusionsstiftsitze vorzusehen. Somit wird es möglich, eine Deformation der distalen Enden der Kühlrippen 196 zu verhindern, während sie von der Form gelöst werden, und somit ist es möglich, die Toleranz der distalen Enden der Kühlrippen 196 zu verringern. Somit ist es möglich, Zwischenräume zwischen den distalen Enden der Kühlrippen 196 und den Wandflächen des Kühlmediumströmungsdurchlasses 193 zu verringern, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit sowie der Wärmeübertragungskoeffizient des Kühlmediums verbessert wird.
Wie bislang erläutert, sind in der Drosselspuleneinheit 152 in der Ausführungsform die Mehrzahl von Drosselspulen Lr in einer Reihe auf der Drosselspulenkühlfläche 192os des Kühlers 190 angeordnet. Der Kühler 190 weist den Kühlmediumströmungsdurchlass 193 auf, der mit der inneren Oberfläche 192is der Drosselspulenkühlfläche 192os in Berührung steht. Der Kühlmediumströmungsdurchlass 193 ist ein Linearströmungsdurchlass, in dem Kühlmedium linear strömt, und seine Strömungsrichtung WD ist gleich der Richtung, in der die Mehrzahl von Drosselspulen Lr in einer Reihe angeordnet sind (Richtung der Reihe). Auch ist die innere Oberfläche 192is mit den Kühlrippen 196 versehen, wobei die Längsrichtung der Kühlrippen 196 entlang der Strömungsrichtung WD verläuft. Somit ist die Drosselspuleneinheit 152 imstande, sowohl eine Verringerung des Druckverlusts ΔP als auch eine Verbesserung des Wärmeübertragungskoeffizienten h in dem Kühlmediumströmungsdurchlass 193 zu erzielen, wodurch die Kühlleistung sichergestellt und die Höhe der Drosselspuleneinheit 152 verringert wird.
Ferner ist es durch Vorsehen der flachen Strömungsdurchlassabschnitte 197 in dem Kühlmediumströmungsdurchlass 193 möglich, eine Verringerung eines Wärmeübertragungskoeffizienten zu verhindern, welche durch die Entstehung der Temperaturgrenzschichten verursacht wird, wodurch eine Verschlechterung der Kühlleistung gehemmt wird. Aus der Mehrzahl von Drosselspulen Lr, welche in einer Reihe angeordnet sind, wird eine Beeinträchtigung der stromabwärtsseitigen Drosselspulen Lr in der Kühlmediumströmungsrichtung WD durch Wärme der stromaufwärtsseitigen Drosselspulen Lr gehemmt (mit anderen Worten wird eine „Wärmeinterferenz” gehemmt). Die flachen Strömungsdurchlassabschnitte 197 können weggelassen werden.
Bei dem Brennstoffzellenfahrzeug 10 in der Ausführungsform ist es möglich, die Drosselspuleneinheit 152 oben auf der FC-Anordnung 112, welche die Brennstoffzelle 110 beinhaltet, innerhalb des vorderen Raums 12 anzuordnen, wie in 2A und 2B gezeigt. Das heißt, es ist möglich, die Drosselspuleneinheit 152 über der Brennstoffzelle 110 anzuordnen.
Ferner können durch Anordnen der Drosselspuleneinheit 152 derart, dass die Mehrzahl von Drosselspulen Lr in der unteren Seite angeordnet sind und der Kühler 190 in der oberen Seite angeordnet ist, wie in 3A und 3B gezeigt, der HP-Inverter 157 für die Brennstoffpumpe 122 und der WP-Inverter 158 für die Kühlmediumpumpe 142 auf der äußeren Oberfläche 191os in einem oberen Abschnitt des Kühlers 190 angeordnet werden. Somit ist es möglich, den HP-Inverter 157 und den WP-Inverter 158 zu kühlen und Platz zu sparen. Infolgedessen wird innerhalb des vorderen Raums 12, der in der Höhenrichtung beschränkt ist, eine kompakte Einbaustruktur verwirklicht, wie in 2A gezeigt.
Die vorstehende Ausführungsform wurde unter beispielhafter Heranziehung der Drosselspuleneinheit 152 erläutert, wobei die Drosselspuleneinheit 152 in dem FC-Wandler 151 des in dem Brennstoffzellenfahrzeug 10 montierten Brennstoffzellensystems 100 verwendet wird. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt und ist als eine Drosselspuleneinheit anwendbar, die für eine Vorrichtung verwendet wird, welche eine Mehrzahl von Drosselspulen beinhaltet. Insbesondere besitzt diese Drosselspuleneinheit einen hohen Nutzwert als eine Drosselspuleneinheit, welche verwendet wird, wenn ein Platz zum Anordnen einer Drosselspuleneinheit in einer Höhenrichtung beschränkt ist.
Auch wurde die vorstehende Ausführungsform in einem Beispiel erläutert, in dem der HP-Inverter 157, welcher eine Ansteuerschaltung für die Brennstoffpumpe 122 ist, und der WP-Inverter 158, welcher eine Ansteuerschaltung für die Kühlmediumpumpe 142 ist, oben auf dem Kühler 190 der Drosselspuleneinheit 152 angeordnet sind. Jedoch ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt, und aus den anderen Komponenten des Brennstoffzellensystems 100 können Komponenten, welche vorzugsweise gekühlt werden, oben auf dem Kühler 190 angeordnet werden.
Ferner wurde die vorstehende Ausführungsform unter beispielhafter Heranziehung der Drosselspuleneinheit erläutert, bei der die Mehrzahl von Drosselspulen Lr in einer Reihe auf der Drosselspulenkühlfläche 192os angeordnet sind, doch können die Mehrzahl von Drosselspulen Lr in einer Mehrzahl von Reihen angeordnet sein. Die Anzahl von Drosselspulen Lr in jeder Reihe ist nicht auf vier beschränkt und kann vier oder weniger, oder vier oder mehr betragen.
Ferner sind in der vorstehenden Ausführungsform die flachen Strömungsdurchlassabschnitte 197 derart angeordnet, dass jeder flache Strömungsdurchlassabschnitt zwischen den Kühlrippen 196, welche den jeweiligen Drosselspulen Lr entsprechen, vorgesehen ist, wodurch eine Turbulenz in einem Strom des Kühlmediums, welches von der Stromaufwärtsseite entlang der stromaufwärtigen Kühlrippen 196 strömt, verstärkt wird. Jedoch ist eine Struktur zum Verstärken der Turbulenz in einer Kühlmediumströmung nicht auf den flachen Strömungsdurchlassabschnitt 197 beschränkt, und ein Strömungsdurchlassabschnitt mit einer gekrümmten Oberfläche, ein Strömungsdurchlassabschnitt mit niedrigen Rippen oder ein Strömungsdurchlassabschnitt mit einer geringen Anzahl von Rippen kann verwendet werden. Der Strömungsdurchlassabschnitt mit einer gekrümmten Oberfläche ist ein Abschnitt, bei dem die innere Oberfläche 192is auf der Rückseite der Drosselspulenkühlfläche 192os eine gekrümmte Oberfläche ist. Der Strömungsdurchlassabschnitt mit niedrigen Rippen beinhaltet niedrige Kühlrippen, deren Höhe niedriger ist als eine Höhe der stromaufwärtigen Kühlrippen 196. Der Strömungsdurchlassabschnitt mit einer geringen Anzahl von Rippen ist ein Abschnitt, bei dem die Anzahl der Kühlrippen 196 gering ist.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehende Ausführungsform und Modifikationen beschränkt und wird in verschiedenen Strukturen verwirklicht, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können technische Merkmale in der Ausführungsform und Modifikationen gegebenenfalls ersetzt oder kombiniert werden, um alle oder einen Teil der vorgenannten Aufgaben zu lösen, oder um alle oder einen Teil der vorstehenden Wirkungen zu erzielen. Sofern die technischen Merkmale hierin nicht als wesentlich erläutert werden, können solche technischen Merkmale gegebenenfalls weggelassen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2013-244759 A [0002]

Claims

Drosselspuleneinheit, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: eine Mehrzahl von Drosselspulen; und einen Kühler (190), der derart konfiguriert ist, dass ein Kühlmedium in einem Inneren des Kühlers (190) strömt und die Mehrzahl von Drosselspulen an einer Außenseite des Kühlers (190) angeordnet sind, um die Mehrzahl von Drosselspulen zu kühlen, wobei die Mehrzahl von Drosselspulen in mindestens einer Reihe auf einer Drosselspulenkühlfläche angeordnet sind, welche eine von äußeren Oberflächen des Kühlers (190) ist, der Kühler (190) einen Kühlmediumströmungsdurchlass (193) aufweist, der mit einer inneren Oberfläche auf einer Rückseite der Drosselspulenkühlfläche in Berührung steht, das Kühlmedium linear von einem Einlassabschnitt zu einem Auslassabschnitt des Kühlmediumströmungsdurchlasses (193) strömt, eine Richtung, in der das Kühlmedium innerhalb des Kühlmediumströmungsdurchlasses (193) strömt, gleich einer Richtung ist, in der die Mehrzahl von Drosselspulen in der mindestens einen Reihe angeordnet sind, Kühlrippen an der inneren Oberfläche auf der Rückseite der Drosselspulenkühlfläche vorgesehen sind, und eine Längsrichtung jeder der Kühlrippen gleich der Richtung ist, in der das Kühlmedium innerhalb des Kühlmediumströmungsdurchlasses (193) strömt.
Drosselspuleneinheit nach Anspruch 1, wobei in dem Kühlmediumströmungsdurchlass (193) des Kühlers (190) einer aus i) einem flachen Strömungsdurchlassabschnitt, in dem keine Kühlrippe vorgesehen ist und die innere Oberfläche eine flache Oberfläche ist, ii) einem Strömungsdurchlassabschnitt mit einer gekrümmten Oberfläche, in dem keine Kühlrippe vorgesehen ist und die innere Oberfläche eine gekrümmte Oberfläche ist, iii) einem Strömungsdurchlassabschnitt mit niedrigen Rippen, der niedrige Kühlrippen beinhaltet, deren Höhe niedriger ist als eine Höhe der Kühlrippen, und iv) einem Strömungsdurchlassabschnitt mit einer geringen Anzahl von Rippen, bei dem die Anzahl der Kühlrippen geringer ist als die Anzahl der Kühlrippen an einer Position, welche jedem der Mehrzahl von Drosselspulen entspricht, an einer Position vorgesehen ist, die einem Zwischenraum zwischen den Drosselspulen entspricht, welche in der Richtung, in der die Mehrzahl von Drosselspulen in der mindestens einen Reihe angeordnet sind, zueinander benachbart sind.
Brennstoffzellenfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst: eine Brennstoffzelle (110); die Drosselspuleneinheit nach Anspruch 1 oder Anspruch 2; und einen DC-DC-Wandler, der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle (110) umwandelt, wobei die Brennstoffzelle (110) in einem vorderen Raum des Brennstoffzellenfahrzeugs angeordnet ist und die Drosselspuleneinheit, welche in dem DC-DC-Wandler beinhaltet ist, über der Brennstoffzelle (110) derart angeordnet ist, dass die Mehrzahl von Drosselspulen in einer unteren Seite angeordnet sind und der Kühler (190) in einer oberen Seite angeordnet ist.
Brennstoffzellenfahrzeug nach Anspruch 3, wobei eine Ansteuerschaltungseinheit für eine Kühlmediumpumpe, die der Brennstoffzelle (110) ein Brennstoffzellenkühlmedium zum Kühlen der Brennstoffzelle (110) zuführt, und eine Ansteuerschaltungseinheit für eine Brennstoffpumpe, die der Brennstoffzelle (110) Brenngas zuführt, auf einer äußeren Oberfläche einer Oberseite des Kühlers (190) angeordnet sind.