JP2006127968A - 燃料電池車両の冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】 熱交換器に向けて噴射された水が、後方の電気機器にかかることを防止できる燃料電池車両の冷却システムの提供。
【解決手段】（１） 車両電気部品５、熱交換器２、３、燃料電池の生成水を含む水を熱交換器に散布する散布装置１を備えた燃料電池車両の冷却システム１０であって、
車両前方からの風の流れを該風の流れが車両電気部品の配置部位に進入しないようにガイドし下流側端のダクト開口７を通して車両床下１３へ流すダクト６を有しており、
ダクト６内に熱交換器２、３の少なくとも一部と水の散布装置１が配置されている。
（２） 床９が、ダクト開口の前に位置する開口前床部分９ａと、ダクト開口の後に位置する開口後床部分９ｂとを有し、開口後床部分９ｂの地上高Ｂが開口前床部分９ａの地上高Ａより高い．
（３） 熱交換器を複数備えており、水散布される熱交換器以外の熱交換器は、ダクト６の外に配置されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池車両の冷却システムに関する。

燃料電池車に搭載される熱交換器の冷却に、燃料電池から排出される水分（たとえば、燃料電池の生成水）を凝縮させた水を噴射し、その蒸発潜熱を利用する冷却システムは公知である（たとえば、特開２００１−３１３０５４号公報）。たとえば、図４は従来の燃料電池自動車の冷却システムを示し、水噴射装置１が水を第１の熱交換器２（主にエアコン用室外機）、第２の熱交換器３（主に燃料電池及びＥＶ（電気自動車）系の熱交換機）に向けて噴射し、第２の熱交換器３の後方に冷却ファンおよぼそのモータ４が配置され、その後方に燃料電池用関連電気部品５（燃料電池スタック、車輪駆動モータ、インバータなど）が配置されている場合を示している。しかし、熱交換器に噴射された水が熱交換器後方の電気機器にかからないようにする装置は設けられていない。
特開２００１−３１３０５４号公報

従来の燃料電池車両の冷却システムには、熱交換器に向けて噴射された水が、後方の電気機器にかかり、劣化、損傷の要因となることが危惧されるという課題がある。
本発明の目的は、燃料電池から排出される水分（たとえば、燃料電池の生成水）を凝縮させた水を熱交換器に向けて噴射し、その蒸発潜熱を利用する冷却システムにおいて、熱交換器に向けて噴射された水が、後方の電気機器にかかることを防止できる燃料電池車両の冷却システムを提供することにある。

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） 燃料電池スタックを含む電気部品、燃料電池冷却用の熱交換器、燃料電池の生成水を含む水分を熱交換器に散布する散布装置を備えた燃料電池車両の冷却システムであって、
前記電気部品、熱交換器、散布装置を前記車両の車体で構成される空間内に搭載し、
車体外部から前記空間内に導入される外気により熱交換器が放熱を行い、前記外気の流れ方向において熱交換器の上流に前記散布装置が配置され、前記散布装置により散布された水分より電気部品を遮蔽するガイドを設けた、燃料電池車両の冷却システム。
（２） 燃料電池スタックを含む車両電気部品、熱交換器、燃料電池の生成水を含む水を熱交換器に散布する散布装置を備えた燃料電池車両の冷却システムであって、
車両前方からの風の流れを該風の流れが前記燃料電池スタックを含む車両電気部品の配置部位に進入しないようにガイドし下流側端のダクト開口を通して車両床下へ流すダクトを有しており、
前記ダクト内に前記熱交換器の少なくとも一部と前記水の散布装置が配置されている、燃料電池車両の冷却システム。
（３） 前記ダクトが、前記熱交換器と前記燃料電池スタックを含む車両電気部品との間を遮断する壁を有する（１）または（２）記載の燃料電池車両の冷却システム。
（４） 車両床が、前記ダクト開口の前に位置する開口前床部分と、前記ダクト開口の後に位置する開口後床部分とを有し、前記開口後床部分の地上高が前記開口前床部分の地上高より高い（１）または（２）記載の燃料電池車両の冷却システム。
（５） 前記熱交換器を複数備えており、水散布される熱交換器以外の熱交換器は、前記ダクトの外に配置されている（１）または（２）記載の燃料電池車両の冷却システム。

上記（１）または（２）の燃料電池車両の冷却システムによれば、ダクトが設けられ、このダクト内に熱交換器の少なくとも一部と水の散布装置が配置されているので、散布装置から散布された水は熱交換器を通り抜けてもダクト下流端側開口から車両床下に流れ、散布装置から散布された水がダクトの後方にある車両電気部品にかかることが防止される。
上記（３）の燃料電池車両の冷却システムによれば、熱交換器と燃料電池スタックを含む車両電気部品との間を遮断する壁を有するので、散布装置から散布され熱交換器を通り抜けた水は、その全量がダクトの開口を通って車両床下に流れ、ダクトの後方にある車両電気部品にかかることが防止される。
上記（４）の燃料電池車両の冷却システムによれば、開口後床部分の地上高が開口前床部分の地上高より高いので、車両走行中には、開口後床部分の下方で、開口前床部分の延長面より上方領域に、負圧が形成され、この負圧による吸い出し効果により、熱交換器を通過する風量が増加し、熱交換器の冷却性能が改善される。
上記（５）の燃料電池車両の冷却システムによれば、ダクト内に配置される熱交換器が熱交換器の全部をダクト内に配置する場合に比べて小型となるため、熱交換器を風の流れ方向に一段配置とすることができ、複数段配置にしていた従来に比べて、ダクト内熱交換器の通過風量、気水温度差が向上し、熱交換性能が向上する。
また、ダクト内に配置される熱交換器が小型となるため、熱交換器の高さを低くでき、ボンネット上に人が落下した場合にボンネットがクッションとなり、歩行者対策を行いやすくなる。
また、ダクト内から、たとえばエアコン用熱交換器および冷却ファンとその駆動モータを外した場合には、ファンモータの特別な防水対策が不要となる。
また、エアコン用熱交換器および冷却ファンとその駆動モータを車室内近くに設置することによりエアコン用配管を短くできる。

以下に、本発明の燃料電池車両の冷却システムを図１〜図３を参照して説明する。
図中、図１は本発明の実施例１を示し、図２は本発明の実施例２を示し、図３は本発明の実施例３を示す。本発明の全実施例にわたって共通する要素には、本発明の全実施例にわたって同じ符号を付してある。

まず、本発明の全実施例にわたって共通する構成を、図１を参照して、説明する。
本発明の燃料電池車両の冷却システム１０は、燃料電池スタック５ａを含む車両電気部品５、熱交換器２，３、燃料電池の生成水を含む水を熱交換器２，３に散布する散布装置１を備えた燃料電池車両の冷却システム１０である。本発明の燃料電池車両の冷却システム１０は、車両前方（側方でもよい）からの風の流れを燃料電池スタック５ａを含む車両電気部品５の配置部位（後述するダクト外スペース１１）に進入しないようにガイドし下流側端のダクト開口７を通して車両床下１３（車両側方、車両後方でもよい）へ流すダクト６を有している。ダクト６内（ただし、ダクト６内に限るものではない）に、熱交換器２、３の少なくとも一部と水の散布装置１が配置されている。車両電気部品５は、燃料電池スタック５ａ、インバータ５ｂ、車輪駆動用モータを含む。

ダクト６は、熱交換器２、３と燃料電池スタック５ａを含む車両電気部品５との間を遮断する壁を有する。この壁は、グリル８から熱交換器２、３上方を車両後方に延び、そこから下方に曲がって、熱交換器２、３と燃料電池スタック５ａを含む車両電気部品５を含む車両電気部品との間を通って車両の床９まで延びる。この壁は車両の全幅にわたって延びる。ダクト６によって、車両駆動部品配置スペース（エンジン車のエンジンルームに対応するスペース）は、ダクト内スペース１２とダクト外スペース１１とに区画される。ダクト内スペース１２は、ダクト上流端でグリル８を通して車両前方に連通しており、ダクト下流側端でダクト開口７を通して車両床下１３に連通している。

熱交換器２、３の少なくとも一部と、水の散布装置１と、冷却ファンとそのモータ４（冷却ファン４ａ、そのモータ４ｂ）はダクト内スペース１２に配置される。燃料電池スタック５ａを含む車両電気部品５はダクト外スペース１１に配置される。
ダクト内スペース１２には、燃料電池生成水を含む水を熱交換器に向けて噴射する（スプレーする）水噴射装置１、第１の熱交換器２（主にエアコン用室外機）、第２の熱交換機３（主に燃料電池５ａおよびＥＶ系の熱交換機）、冷却ファンとファン駆動用のモータ４が、水噴射装置１、第１の熱交換器２、第２の熱交換機３、冷却ファンとファン駆動用のモータ４の順で、設けられている。
第１の熱交換器２、第２の熱交換機３が設けられる場合は、互いに並列配置される。水噴射装置１は熱交換器２、３に向かって水を噴射する。水噴射装置１から噴射される水は、少なくとも燃料電池生成水を含むが、燃料電池生成水以外の水を含んでもよい。

本発明の全実施例にわたって共通する上記構成部分による作用・効果はつぎの通りである。
ダクト６が設けられているので、車両前方からグリル８を通してダクト内スペース１２に流入した風（走行風および／またはファン４で吸引された風）は、ダクト６内を通り、開口７から床下１３へと抜ける。ダクト６が設けられているので、ダクト６内を流れる風は、車両電気部品５が配置されているダクト外スペース１１には流れない。

ダクト６内に熱交換器２、３の少なくとも一部と水の散布装置１および冷却ファンとそのモータ４が配置されているので、散布装置１から散布された水は一部が熱交換器２、３を通り抜けても通り抜けた水はその全量がダクト６内を流れる風にのってダクト下流端側開口７から車両床下１３に流れ、散布装置１から散布された水がダクト６の後方にある車両電気部品５にかかることが防止される。これによって、車両電気部品５のショートなどのトラブルや、車両電気部品５の腐食などの問題が生じることが防止される。
すなわち、ダクト６が、熱交換器２、３と燃料電池スタック５ａを含む車両電気部品５との間を遮断する壁を有するので、散布装置１から散布され熱交換器２、３を通り抜けた水は、その全量がダクトの開口７を通って車両床下１３に流れ、ダクト６の後方にある車両電気部品５に水がかかることが防止される。
また、車両電気部品５に水がかからないため、車両電気部品５の防水対策は、水噴射システムを用いない燃料電池車の電気機器と同等の防水処理でよい。

つぎに、本発明の各実施例に特有な構成とその構成による作用・効果を説明する。
本発明の実施例１では、図１に示すように、第１の熱交換器２（主にエアコン用室外機）、第２の熱交換機３（主に燃料電池５ａおよびＥＶ系の熱交換機）、冷却ファンとファン駆動用のモータ４、の全てがダクト６内に配置されている。また、車両床９が、ダクト開口７の前に位置する開口前床部分９ａと、ダクト開口７の後に位置する開口後床部分９ｂとを有し、開口後床部分９ｂの地上高と開口前床部分９ａの地上高とはほぼ同じ高さである。

本発明の実施例１では、本発明の全実施例にわたって共通する構成による作用・効果（車両電気部品５のショート等のトラブル防止、車両電気部品５の防水処理が水噴射システムを用いない燃料電池車と同等で可能）と同じ作用・効果が得られるほか、つぎの作用・効果も得られる。
ダクト６内に熱交換器２、３の少なくとも一部と水の散布装置１および冷却ファンとそのモータ４が配置されているので、冷却ファンとモータ４の騒音外漏れが低減される。
また、隙間に流れる風が少なくなるので、熱交換器２、３の通過風速分布が均一化される。

本発明の実施例２では、図２に示すように、第１の熱交換器２（主にエアコン用室外機）、第２の熱交換機３（主に燃料電池５ａおよびＥＶ系の熱交換機）、冷却ファンとファン駆動用のモータ４、の全てがダクト６内に配置されている。また、車両床９が、ダクト開口７の前に位置する開口前床部分９ａと、ダクト開口７の後に位置する開口後床部分９ｂとを有し、開口後床部分９ｂの地上高Ｂは開口前床部分９ａの地上高Ａより高い。すなわち、Ａ＜Ｂとしてある。

本発明の実施例２では、本発明の全実施例にわたって共通する構成による作用・効果（車両電気部品５のショート等のトラブル防止、車両電気部品５の防水処理が水噴射システムを用いない燃料電池車と同等で可能）と同じ作用・効果が得られるほか、つぎの作用・効果も得られる。
ダクト６内に熱交換器２、３の少なくとも一部と水の散布装置１および冷却ファンとそのモータ４が配置されているので、冷却ファンとモータ４の騒音外漏れが低減される。
また、隙間に流れる風が少なくなるので、熱交換器２、３の通過風速分布が均一化される。
また、開口後床部分９ｂの地上高Ｂを開口前床部分９ａの地上高Ａより高くした、すなわち、Ａ＜Ｂとしたことにより、ダクト６内に設置された熱交換器２、３の通過風量を増大できる。これは、開口後床部分９ｂの下方で開口前床部分９ａの延長面より上方に負圧ができ、その負圧による吸い出し効果によりダクト６内の風量が増加するからである。

本発明の実施例３では、図３に示すように、熱交換器は、第１の熱交換器２（主にエアコン用の室外機）と、第２の熱交換器３（主に燃料電池およびＥＶ系の熱交換器）を含み、第２の熱交換器３は、走行風があまり期待できない走行条件（たとえば、アイドル時、低速走行時など）での放熱をまかなう熱交換器３ａと、熱交換器３ａ以外の部分３ｂを含む。そして、第２の熱交換器３のうち熱交換器部分３ｂがダクト６内に配置され、第１の熱交換器２、および第２の熱交換器３のうち熱交換器部分３ａ、および冷却ファンとそのモータ４は、ダクト６外のスペース１１に、たとえば第１の熱交換器２、および熱交換器部分３ａが床下スペース１３に面するように、配置される。これによって、ダクト６内に配置される第２の熱交換器３のうち熱交換器部分３ｂは、第２の熱交換器３全体（部分３ａと３ｂの和）よりも部分３ａ分小型化されるので、熱交換器部分３ｂの高さが低くなり、ダクト６の前端部の高さ位置が低くなって、ダクト６の前端部より上にもグリル８の少なくとも一部が位置するようになる。ダクト６の前端部より上のグリル８部分からはダクト外スペース１１にも風が導入できるようになる。
冷却ファンとそのモータ４が床下スペース１３から風を吸引する時に、風が第１の熱交換器２および熱交換器部分３ａを通過して第１の熱交換器２および熱交換器部分３ａを冷却する。冷却後の風は、たとえばワイパー部位の穴から上方に車体外に出る。
図３の例では、第１の熱交換器２が熱交換器部分３ａより車室に近い側に配置されているが、これを逆に配置してもよい。

本発明の実施例３では、本発明の全実施例にわたって共通する構成による作用・効果（車両電気部品５のショート等のトラブル防止、車両電気部品５の防水処理が水噴射システムを用いない燃料電池車と同等で可能）と同じ作用・効果が得られるほか、つぎの作用・効果も得られる。
ファンモータ４ｂをダクト外スペース１１に配置することにより、ファンモータ４ｂの特別な防水対策も不要となる。
また、エアコン用熱交換器２が燃料電池およびＥＶ系熱交換機３の前からなくなったことにより、燃料電池およびＥＶ系熱交換機３の通過風量、気水温度差が増大し、熱交換性能が向上する。
実施例１、２の構成に比べてダクト内配置の熱交換器部分３ｂがコンパクト化され、車両デザインの自由度が向上され、歩行者保護対策を行いやすくなる。
エアコン用熱交換器２および冷却ファンとそのモータ４を、車室内近くに設置することによりエアコン用配管の長さを短くできる。

本発明の実施例１の燃料電池車両の冷却システムを搭載した燃料電池車両の前部の概略断面図である。 本発明の実施例２の燃料電池車両の冷却システムを搭載した燃料電池車両の前部の概略断面図である。 本発明の実施例３の燃料電池車両の冷却システムを搭載した燃料電池車両の前部の概略断面図である。 従来の燃料電池車両の冷却システムを搭載した燃料電池車両の前部の概略断面図である。

符号の説明

１ 水噴射装置
２ 第１の熱交換器（主にエアコン用の室外機）
３ 第２の熱交換器（主に燃料電池およびＥＶ系の熱交換器）
３ａ 第２の熱交換器のうち走行風があまり期待できない走行条件での放熱をまかなう熱交換器部分
３ｂ 第２の熱交換器のうち熱交換器部分３ａ以外の熱交換器部分
４ 冷却ファンとそのモータ
４ａ 冷却ファン
４ｂ ファン駆動用モータ
５ 車両電気部品
５ａ 燃料電池スタック
５ｂ インバータ
６ ダクト
７ （ダクトの下流端側の）開口
８ グリル
９ 車両床
９ａ 開口前床部分
９ｂ 開口後床部分
１０ 燃料電池車両の冷却システム １１ ダクト外スペース（電気部品配置部位）
１２ ダクト内スペース
１３ 床下

Claims (5)

1. 燃料電池スタックを含む電気部品、燃料電池冷却用の熱交換器、燃料電池の生成水を含む水分を熱交換器に散布する散布装置を備えた燃料電池車両の冷却システムであって、
   前記電気部品、熱交換器、散布装置を前記車両の車体で構成される空間内に搭載し、
   車体外部から前記空間内に導入される外気により熱交換器が放熱を行い、前記外気の流れ方向において熱交換器の上流に前記散布装置が配置され、前記散布装置により散布された水分より電気部品を遮蔽するガイドを設けた、燃料電池車両の冷却システム。
2. 燃料電池スタックを含む車両電気部品、熱交換器、燃料電池の生成水を含む水を熱交換器に散布する散布装置を備えた燃料電池車両の冷却システムであって、
   車両前方からの風の流れを該風の流れが前記燃料電池スタックを含む車両電気部品の配置部位に進入しないようにガイドし下流側端のダクト開口を通して車両床下へ流すダクトを有しており、
   前記ダクト内に前記熱交換器の少なくとも一部と前記水の散布装置が配置されている、燃料電池車両の冷却システム。
3. 前記ダクトが、前記熱交換器と前記燃料電池スタックを含む車両電気部品との間を遮断する壁を有する請求項１または請求項２記載の燃料電池車両の冷却システム。
4. 車両床が、前記ダクト開口の前に位置する開口前床部分と、前記ダクト開口の後に位置する開口後床部分とを有し、前記開口後床部分の地上高が前記開口前床部分の地上高より高い請求項１または請求項２記載の燃料電池車両の冷却システム。
5. 前記熱交換器を複数備えており、水散布される熱交換器以外の熱交換器は、前記ダクトの外に配置されている請求項１または請求項２記載の燃料電池車両の冷却システム。

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