JP2006107969A - Cooling system for fc vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はFC車(燃料電池車)の冷却システム(冷却装置)に関する。 The present invention relates to a cooling system (cooling device) for an FC vehicle (fuel cell vehicle).
特開2002−372385号公報は、燃料電池の生成水を噴霧方向に1段配置のライジエータに噴霧する冷却システムにおいて、ラジエータのフィンに傾斜をもたせ、噴霧水のラジエータ吹き抜けを抑制したものを開示している。
しかし、従来の冷却システムを、複数の熱交換器を備えた冷却システムに適用すると、つぎの課題が生じる。
(イ)従来冷却システムを風流れ方向に複数段に配置された熱交換器に単に適用すると、一部の熱交換器の冷却性がかえって低下する場合がある。たとえば、上流側の熱交換器のフィンを傾斜させると下流側の熱交換器に噴霧水が十分に当たらず、下流側の熱交換器の冷却性が低下する。
(ロ)冷却性を上げるために、風流れ方向に複数段に配置された複数の熱交換器の全熱交換器の全フィンに傾斜をつけると、風の流れ抵抗が上昇し、ファン動力が上昇し、燃費の悪化を招く。
(ハ)燃料電池で生成される水の量には限界があるため、生成水を有効に利用したいが、単にフィンに傾斜をつけるだけでは、必ずしも生成水の有効利用をはかることができない。
However, when the conventional cooling system is applied to a cooling system including a plurality of heat exchangers, the following problem occurs.
(A) If the conventional cooling system is simply applied to a heat exchanger arranged in a plurality of stages in the wind flow direction, the cooling performance of some heat exchangers may be lowered. For example, if the fins of the upstream heat exchanger are tilted, the spray water does not sufficiently hit the downstream heat exchanger, and the cooling performance of the downstream heat exchanger is reduced.
(B) In order to improve cooling performance, if all the fins of the total heat exchanger of multiple heat exchangers arranged in multiple stages in the wind flow direction are inclined, the flow resistance of the wind increases and the fan power The fuel consumption will increase and fuel consumption will deteriorate.
(C) Since there is a limit to the amount of water produced by the fuel cell, it is desired to use the produced water effectively. However, it is not always possible to effectively use the produced water simply by inclining the fins.
本発明の目的は、複数の熱交換器を備えた冷却システムにおいて、熱交換器の冷却性を向上させることができる、ファン動力の増大を抑制できる、生成水の有効利用をはかることができる、の少なくとも一つを達成できるFC車の冷却システムを提供することにある。 An object of the present invention is to improve the cooling performance of a heat exchanger in a cooling system including a plurality of heat exchangers, suppress an increase in fan power, and can effectively use generated water. An object of the present invention is to provide an FC vehicle cooling system that can achieve at least one of the following.
上記課題を解決する、そして上記目的を達成する、本発明はつぎの通りである。
(1) 水を燃料電池放熱用の第1熱交換器と空調用の第2熱交換器との少なくとも一方に向けて噴霧するFC車の冷却システムであって、第1熱交換器と第2熱交換器の何れか少なくとも一方の熱交換器の放熱部が車両前後方向に水平方向に対して傾斜しているFC車の冷却システム。
(2) 前記噴霧する水が燃料電池の生成水である(1)記載のFC車の冷却システム。
(3) 放熱部の傾斜は、フィンの傾斜、チューブの傾斜、熱交換器の搭載姿勢の傾斜、の何れか少なくとも一つからなる(1)記載のFC車の冷却システム。
(4) 第1熱交換器と第2熱交換器とが車両前後方向に互いに前後して配置され、後方に配置された熱交換器の放熱部が車両前後方向に水平方向に対して傾斜している(1)記載のFC車の冷却システム。
(5) 前記後方に配置された熱交換器は第1熱交換器である(4)記載のFC車の冷却システム。
(6) 第1熱交換器と第2熱交換器との少なくとも一方の熱交換器はサイドフロータイプであり、該サイドフロータイプの熱交換器の放熱部のチューブが車両前後方向に水平方向に対して傾斜している(1)記載のFC車の冷却システム。
The present invention for solving the above problems and achieving the above object is as follows.
(1) A cooling system for an FC vehicle that sprays water toward at least one of a first heat exchanger for radiating fuel cells and a second heat exchanger for air conditioning, the first heat exchanger and the second heat exchanger A cooling system for an FC vehicle in which a heat radiating portion of at least one of the heat exchangers is inclined with respect to the horizontal direction in the vehicle front-rear direction.
(2) The FC vehicle cooling system according to (1), wherein the sprayed water is generated water of a fuel cell.
(3) The FC vehicle cooling system according to (1), wherein the inclination of the heat radiating section is at least one of fin inclination, tube inclination, and heat exchanger mounting attitude inclination.
(4) The first heat exchanger and the second heat exchanger are arranged back and forth in the vehicle front-rear direction, and the heat dissipating part of the heat exchanger arranged rearward is inclined with respect to the horizontal direction in the vehicle front-rear direction. The FC vehicle cooling system according to (1).
(5) The FC vehicle cooling system according to (4), wherein the heat exchanger disposed at the rear is a first heat exchanger.
(6) At least one heat exchanger of the first heat exchanger and the second heat exchanger is a side flow type, and a tube of a heat radiation portion of the side flow type heat exchanger is horizontally arranged in the vehicle front-rear direction. The cooling system for an FC vehicle according to (1), which is inclined with respect to the vehicle.
上記(1)のFC車の冷却システムによれば、第1熱交換器と第2熱交換器の何れか少なくとも一方の熱交換器の放熱部が車両前後方向に水平方向に対して傾斜しているので、第1熱交換器と第2熱交換器の両方の放熱部が車両前後方向に水平である場合に比べて、噴霧された水の熱交換器通り抜けが抑制され、水の放熱部への付着量が増え、水の蒸発潜熱を利用して、熱交換器の冷却性を向上させることができる。
上記(2)のFC車の冷却システムによれば、噴霧する水が燃料電池の生成水であるので、燃料電池の生成水を冷却システムに有効利用できる。
上記(3)のFC車の冷却システムによれば、放熱部の傾斜は、フィンの傾斜、チューブの傾斜、熱交換器の搭載姿勢の傾斜、の何れか少なくとも一つからなるので、これらを適切に組み合わせることにより、たとえば、フィンの後ろ上がり傾斜とチューブの後ろ上がり傾斜の一方を、熱交換器の上部の後方への傾斜と組み合わせることにより、ファン動力の増大を抑制できる。
上記(4)のFC車の冷却システムによれば、第1熱交換器と第2熱交換器とが車両前後方向に互いに前後して配置され、後方に配置された熱交換器の放熱部が車両前後方向に水平方向に対して傾斜しているので、前方に配置された熱交換器の冷却性を良好に維持したまま(他の熱交換器を通っていないため温められていない風が流れるため)、後方に配置された熱交換器の冷却性を向上できる(後方に配置された熱交換器に水が当たる量が増えるため)。
上記(5)のFC車の冷却システムによれば、後方に配置された熱交換器は第1熱交換器(燃料電池放熱用熱交換器)であるため、低温を要求される第2熱交換器(空調用熱交換器)の冷却性を維持しつつ、第1熱交換器(燃料電池放熱用熱交換器)の冷却性を第1熱交換器の放熱部の傾斜によって向上させることができる。
上記(6)のFC車の冷却システムによれば、第1熱交換器と第2熱交換器との少なくとも一方の熱交換器はサイドフロータイプであり、該サイドフロータイプの熱交換器の放熱部のチューブが車両前後方向に水平方向に対して傾斜しているので、サイドフロータイプの熱交換器の放熱部のチューブへの噴霧水の当たり量が増えるとともに風当たりも増して放熱量が増え、サイドフロータイプの熱交換器の冷却性を向上させることができる。
According to the cooling system for an FC vehicle of the above (1), the heat radiation part of at least one of the first heat exchanger and the second heat exchanger is inclined with respect to the horizontal direction in the vehicle longitudinal direction. Therefore, compared with the case where the heat radiation parts of both the first heat exchanger and the second heat exchanger are horizontal in the vehicle front-rear direction, passage of the sprayed water through the heat exchanger is suppressed, and the water heat radiation part The adhesion amount of water increases and the cooling ability of the heat exchanger can be improved by utilizing the latent heat of vaporization of water.
According to the cooling system of the FC vehicle of the above (2), since the water to be sprayed is generated water of the fuel cell, the generated water of the fuel cell can be effectively used for the cooling system.
According to the FC vehicle cooling system of (3) above, the inclination of the heat radiating section comprises at least one of the inclination of the fin, the inclination of the tube, and the inclination of the mounting posture of the heat exchanger. In combination with, for example, an increase in fan power can be suppressed by combining one of the fins rising rearward and the rearward rising inclinations of the tube with the rearward inclination of the upper portion of the heat exchanger.
According to the FC vehicle cooling system of (4) above, the first heat exchanger and the second heat exchanger are arranged back and forth in the longitudinal direction of the vehicle, and the heat radiating part of the heat exchanger arranged at the rear is provided. Since the vehicle is inclined with respect to the horizontal direction in the longitudinal direction of the vehicle, the cooling performance of the heat exchanger arranged in front is maintained well (the wind that is not warmed because it does not pass through other heat exchangers flows) Therefore, the cooling performance of the heat exchanger arranged at the rear can be improved (because the amount of water hitting the heat exchanger arranged at the rear increases).
According to the FC vehicle cooling system of (5) above, since the heat exchanger arranged at the rear is the first heat exchanger (heat exchanger for radiating fuel cell), the second heat exchange requiring low temperature is required. The cooling performance of the first heat exchanger (heat exchanger for heat dissipation of the fuel cell) can be improved by the inclination of the heat radiating portion of the first heat exchanger while maintaining the cooling performance of the heat exchanger (heat exchanger for air conditioning). .
According to the cooling system for an FC vehicle of (6) above, at least one of the first heat exchanger and the second heat exchanger is a side flow type, and the heat dissipation of the side flow type heat exchanger. Because the tube of the part is inclined with respect to the horizontal direction in the vehicle front-rear direction, the amount of sprayed water to the tube of the heat radiating part of the side flow type heat exchanger increases and the wind hit also increases, increasing the heat dissipation amount, The cooling performance of the side flow type heat exchanger can be improved.
以下に、本発明のFC(燃料電池)車の冷却システムを図1〜図10を参照して説明する。
図1〜図4は本発明の実施例1を示し、図5〜図7は本発明の実施例1を示し、図8は本発明の実施例1と実施例2に適用可能であり、図9、図10は本発明の実施例3を示す。
図中、本発明の全実施例にわたって共通する構成部分には、本発明の全実施例にわたって同じ符号を付してある。
Hereinafter, a cooling system for an FC (fuel cell) vehicle according to the present invention will be described with reference to FIGS.
1 to 4
In the figure, components common to all the embodiments of the present invention are denoted by the same reference numerals throughout all the embodiments of the present invention.
まず、本発明の全実施例にわたって共通する構成部分とその作用・効果を、たとえば図1〜図4を参照して、説明する。
本発明のFC車の冷却システムは、水を燃料電池放熱用(燃料電池およびEV系(たとえば車輪駆動用モータ、インバータ9を含む)の放熱用)の第1熱交換器3と空調用の第2熱交換器2との少なくとも一方に向けて噴霧する水噴射装置1を備えている。水噴射装置1の少なくとも一部1a(全部でもよい)は、第1熱交換器3、第2熱交換器2の前方に設けられており、残りの部分1bは、第1熱交換器3と第2熱交換器2を車両前後方向に配置した場合に後ろ側の熱交換器3の前方で前側の熱交換器2の上側に設けられている。水噴射装置1はそれより後ろ側の熱交換器に向けて燃料電池5の水を噴射する。熱交換器2、3の後方には冷却ファンおよびモータ4が配置され、前方からの風を吸引して後方へと流す。これらの部品1、2、3、4、5はエンジン車のエンジンコンパートメントに対応する空間に配置されている。車両走行中には、グリル8から入った風が第1熱交換器3、第2熱交換器2を通過し、熱交換器を冷却し、車両床下へと抜ける。水噴射装置1から噴射された水は、熱交換機2、3の放熱部に当たり、水の蒸発潜熱を利用して、効果的に熱交換器を冷却する。
水噴射装置1から噴射される水には、燃料電池5の生成水を使用することができる。ただし、水噴射装置1から噴射される水は、燃料電池5の生成水に限るものではなく、空調用のエアコンコンデンサからの凝縮水などを使用してもよい。
First, constituent parts common to all the embodiments of the present invention and their operations and effects will be described with reference to FIGS.
The FC vehicle cooling system according to the present invention uses water for heat radiation of a fuel cell (for heat radiation of a fuel cell and an EV system (for example, a motor for driving a wheel and an inverter 9)) and a
Water generated from the
第1熱交換器3と第2熱交換器2の何れか少なくとも一方の熱交換器2および/または3の放熱部(チューブ6とフィン(伝熱フィン)7を含む部分)は車両前後方向に水平方向(水平方向は熱交換器直前の風の流れ方向でもある)に対して傾斜している。
At least one of the
熱交換器の放熱部の傾斜は、フィン7の車両前後方向の水平方向からの傾斜、チューブ6の車両前後方向の水平方向からの傾斜、熱交換器の搭載姿勢の傾斜(鉛直方向に対してなす搭載角度θ、熱交換器上部の車両後方への倒れ角度θ1 )、の何れか少なくとも一つからなる。
熱交換器の放熱部の傾斜は、フィン7の傾斜またはチューブ6の傾斜と、熱交換器の搭載姿勢の傾斜との組み合わせであってもよい。
The inclination of the heat radiating part of the heat exchanger is the inclination of the
The inclination of the heat radiating part of the heat exchanger may be a combination of the inclination of the
第1熱交換器3と第2熱交換器2とが車両前後方向に互いに前後して配置されている場合には、後方に配置された熱交換器3の放熱部が車両前後方向に水平方向に対して角度θ1 傾斜しているか、後方に配置された熱交換器3の放熱部の水平からの傾斜角度の方が前方に配置された熱交換器2の放熱部の水平からの傾斜角度より大であり噴射水の少なくとも一部が前方に配置された熱交換器2の放熱部を通り抜けることができるようにすることが望ましい。
In the case where the
第1熱交換器3と第2熱交換器2とが車両前後方向に互いに前後して配置されている場合には、第2熱交換器2(空調用熱交換器)の冷却風温度の方が第1熱交換器3の冷却風温度の方が低いことが要求されるので、第2熱交換器2を第1熱交換器3よりも前方に配置し、後方に配置された熱交換器が第1熱交換器3であるようにする。
When the
第1熱交換器3と第2熱交換器2との少なくとも一方の熱交換器はサイドフロータイプであり、該サイドフロータイプの熱交換器の放熱部のチューブ6が車両前後方向に水平方向に対して傾斜していてもよい。
At least one of the
本発明の全実施例に共通な構成部分の作用・効果はつぎの通りである。
熱交換器2および/または3の放熱部が車両前後方向に水平方向に対して傾斜しているので、フィン角度(ラジエータ搭載角度でもよい)とフィンの風当たり面積上昇率との関係を示す図8から分かるように、風流れが当たるフィン面積を向上でき、水噴射装置1から噴射された水をトラップしやすくなり、熱交換器の放熱部に当たることなく熱交換器のフィンとフィンとの間を通り抜ける水量を低減させることができる。噴射水が放熱部に当たってトラップされる量が増えることによって、水の潜熱を利用して熱交換器の冷却性を向上させ、噴射水の熱交換器吹き抜けが減少する分、水の有効利用をはかることができる。
また、水噴射装置1から噴射される水に、燃料電池5の生成水を使用すると、従来は捨てていた燃料電池5の生成水を熱交換器の冷却に有効利用することができる。
The operations and effects of the components common to all the embodiments of the present invention are as follows.
Since the heat radiating part of the
In addition, when the water generated from the
熱交換器の放熱部の傾斜は、フィン7の傾斜またはチューブ6の傾斜と、熱交換器の搭載姿勢の傾斜との組み合わせであってもよい。
たとえば、フィン7の傾斜またはチューブ6の傾斜を後ろ上がりの傾斜とし(水平方向からの傾斜角度θ)、熱交換器を上部が車両後方に倒れるように鉛直方向から角度θ1 傾斜させると、フィン7の水平方向からの傾斜またはチューブ6の水平方向からの傾斜が、θ1 −θとなり、フィン7またはチューブ6を通り抜ける風の流れ抵抗は、フィン7またはチューブ6が後ろ上がりに角度θ1 傾斜し熱交換器が鉛直方向姿勢をとる場合の風の流れ抵抗に比べて、減少する。これによって、ファン動力を軽減できる。
The inclination of the heat radiating part of the heat exchanger may be a combination of the inclination of the
For example, if the inclination of the
第1熱交換器3と第2熱交換器2とが車両前後方向に互いに前後して配置されている場合で、後方に配置された熱交換器3の放熱部が車両前後方向に水平方向に対して角度θ1 傾斜しているか(前方配置の熱交換器2の放熱部のフィンは水平)、後方に配置された熱交換器3の放熱部の水平からの傾斜角度の方が前方に配置された熱交換器2の放熱部の水平からの傾斜角度より大である場合は、水噴射装置1から噴射された水のうち少なくとも一部の水は前方に配置された熱交換器2を通り抜けて後方に配置された熱交換器3の放熱部に当たり、前方に配置された熱交換器2の冷却性を良好に維持したまま、後方に配置された熱交換器3の冷却性も向上させることができる。
In the case where the
第1熱交換器3と第2熱交換器2とが車両前後方向に互いに前後して配置されている場合で、第2熱交換器2を第1熱交換器3よりも前方に配置し、後方に配置された熱交換器が第1熱交換器3であるようにした場合は、前方配置の空調用熱交換器2に温められていない走行風を当てて、前方に配置された熱交換器2の冷却性を良好に維持したまま、噴射水の少なくとも一部を熱交換器2の放熱部を通過させて後方配置の熱交換器3に当てることにより後方に配置された熱交換器3の冷却性も向上させることができる。
When the
第1熱交換器3と第2熱交換器2との少なくとも一方の熱交換器はサイドフロータイプとし、該サイドフロータイプの熱交換器の放熱部のチューブ6を車両前後方向に水平方向に対して傾斜させた場合は、チューブ6を冷却でき(フィン7を冷却する場合に比べて、より直接的にチューブ6内を通過する冷媒を冷却でき)、かつチューブ6の走行風当たり面積を増大させることができる。
At least one of the
つぎに、本発明の各実施例に特有な構成部分と、その作用・効果を説明する。
本発明の実施例1では、図1〜図4に示すように、燃料電池放熱用の第1熱交換器3と空調用の第2熱交換器2が車両前後方向に互いに前後して配置されており、空調用の第2熱交換器2が前に配置されその後ろに燃料電池放熱用の第1熱交換器3が配置されている。冷却ファンおよびファン駆動モータ4は燃料電池放熱用の第1熱交換器3の後方に配置されている。水噴射装置1の一部1aは空調用の第2熱交換器2の前方に配置され、水噴射装置1の残りの部分1bは空調用の第2熱交換器2の上方で燃料電池放熱用の第1熱交換器3の前方に配置されている。
燃料電池放熱用の第1熱交換器3は、チューブ6が上下方向に延びていて冷媒は上下方向に流れる。燃料電池放熱用の第1熱交換器3のフィン7は車両前後方向に水平方向に対して後ろ上がりに、角度θ1 、傾斜している。空調用の第2熱交換器2のフィン7は、車両前後方向に、水平方向に延びているか、または、水平方向から後ろ上がりに傾斜している。ただし、第2熱交換器2のフィン7が傾斜している場合には、第2熱交換器2のフィン7の傾斜角度は第1熱交換器3のフィン7の傾斜角度より小である。
第1熱交換器3と第2熱交換器2は平行であるが、鉛直方向から、角度θ、上部が車両後方に倒れるように、傾斜していてもよい。図4は、傾斜している場合を示す。
Next, components unique to each embodiment of the present invention, and its operation and effects will be described.
In Example 1 of this invention, as shown in FIGS. 1-4, the
In the
Although the
本発明の実施例1の作用・効果については、第1熱交換器3のフィン7が後ろ上がりに傾斜しているので、第1の熱交換器3による水トラップ率(水捕捉率)が増え、水が熱交換器3上で滞留・蒸発する量が増え、第1熱交換器3の熱交換性能が上昇する。第2熱交換器2は第1熱交換器3より前に配置されているため、温まっていない走行風を受けることができる他、噴射水も当たりやすく、高い冷却性能が維持される。
図4のように第1熱交換器3と第2熱交換器2を鉛直方向から傾斜させると、通通抵抗の増大代が低減する。
また、水を噴射することにより、熱交換器2、3上についたほこりやごみを洗浄することができる。
Regarding the operation and effect of the first embodiment of the present invention, since the
If the
Moreover, the dust and garbage which adhered on the
本発明の実施例2では、図5〜図7に示すように、燃料電池放熱用の第1熱交換器3と空調用の第2熱交換器2が車両前後方向に互いに前後して配置されており、空調用の第2熱交換器2が前に配置されその後ろに燃料電池放熱用の第1熱交換器3が配置されている。冷却ファンおよびファン駆動モータ4は燃料電池放熱用の第1熱交換器3の後方に配置されている。水噴射装置1の全部が空調用の第2熱交換器2の前方に配置されている。
燃料電池放熱用の第1熱交換器3は、チューブ6が上下方向に延びていて冷媒はダウンフローであり、フィン7が車両前後方向に水平方向に対して後ろ上がりに、角度θ1 、傾斜している。空調用の第2熱交換器2のフィン7は、車両前後方向に、水平方向に延びているか、または、水平方向から後ろ上がりに傾斜している。ただし、第2熱交換器2のフィン7が傾斜している場合には、第2熱交換器2のフィン7の傾斜角度は第1熱交換器3のフィン7の傾斜角度より小である。
第1熱交換器3と第2熱交換器2は平行であるが、鉛直方向から、角度θ、上部が車両後方に倒れるように、傾斜していてもよい。
In the second embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 5 to 7, the
In the
Although the
本発明の実施例2の作用・効果については、第1熱交換器3のフィン7が後ろ上がりに傾斜しているので、第1の熱交換器3による水トラップ率(水捕捉率)が増え、水が熱交換器3上で滞留・蒸発する量が増え、第1熱交換器3の熱交換性能が上昇する。第2熱交換器2は第1熱交換器3より前に配置されているため、温まっていない走行風を受けることができる他、噴射水も当たりやすく、高い冷却性能が維持される。
第1熱交換器3と第2熱交換器2を鉛直方向から傾斜させると、通通抵抗の増大代が低減する。
また、水を噴射することにより、熱交換器2、3上についたほこりやごみを洗浄することができる。
Regarding the operation and effect of the second embodiment of the present invention, since the
When the
Moreover, the dust and garbage which adhered on the
本発明の実施例3では、図9〜図10に示すように、実施例1、2において前側に配置される第2熱交換器2が空調用のコンデンサ、またはクロスフローラジエータで、チューブ6が車両左右方向に水平方向に延びており、冷媒は水平方向に流れる。第2熱交換器2のチューブ6は、車両前後方向には、後ろ上がりとなるように水平方向から傾斜されている。
In Example 3 of the present invention, as shown in FIGS. 9 to 10, the
本発明の実施例3の作用・効果については、第2熱交換器2の放熱部のチューブ6が後ろ上がりに傾斜しているので、第2熱交換器2による水トラップ率(水捕捉率)が増え、水が熱交換器2上で滞留・蒸発する量が増え、第2熱交換器2の熱交換性能が上昇する。
About the effect | action and effect of Example 3 of this invention, since the
1 水噴射装置
1a 水噴射装置の一部
1b 水噴射装置の残りの部分
2 第2熱交換器
3 第1熱交換器
4 冷却ファンおよびファン駆動モータ
5 燃料電池
6 チューブ
7 フィン
8 グリル
9 インバータ
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