JP2017153269A - リアクトルユニットおよびリアクトルユニットを備える燃料電池車両 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数のリアクトルが、冷却器の外面のうちの1つの面であるリアクトル冷却面の上に少なくとも1列配置されている。冷却器は、リアクトル冷却面とは反対側の内面に接する冷媒流路を有している。冷媒流路の入口部分から出口部分まで冷媒が直線状に流れる。冷媒流路内の冷媒が流れる方向と、複数のリアクトルの列の方向とが同じ方向である。リアクトル冷却面とは反対側の内面には、冷却フィンが設けられており、冷却フィンの長手方向と冷媒流路内の冷媒が流れる方向とは同じ方向である。
【選択図】図3
Description
この形態のリアクトルユニットによれば、冷却器の外面のうちの1つの面であるリアクトル冷却面の上に複数のリアクトルを配置するので、リアクトルユニットの高さを低減することができる。また、冷媒流路の入口部分から出口部分まで冷媒が直線状に流れ、冷媒流路内の冷媒が流れる方向と、複数のリアクトルの列の方向とが同じ方向であるので、冷媒流路の圧力損失の低減と熱伝達率の向上を両立させることができ、十分な冷却性能を確保できる。
このようにすれば、隣り合うリアクトルの隙間に対応する位置の冷媒流路において、冷媒の流れにおける乱れが増大するので、冷媒流路の壁面の近傍に温度境界層が形成されることによって冷却器の熱伝達率が低下して、冷却性能が低下することを抑制することができる。
この形態の燃料電池車両によれば、従来に比べて高さを低減したリアクトルユニットを、燃料電池の上部に配置することにより、リアクトルユニットを有するDC−DCコンバータと燃料電池とを含む装置構造の高さ方向の省スペース化を図ることができる。この結果、高さ方向のスペースに制約がある燃料電池車両のフロントコンパートメントにおいて、燃料電池の上部にリアクトルユニットを配置することができる。
このようにすれば、冷媒ポンプの駆動回路ユニット及び燃料ポンプの駆動回路ユニットをリアクトルユニットの冷却器の上部に配置して、これらの駆動回路ユニットの冷却を図ることができるとともに省スペース化を図ることができる。
h∝Re(4/5)∝(v×DH)(4/5) ・・・(1)
ここで、Reはレイノルズ数、vは冷媒の流速、DHは水力直径である。
すなわち、熱伝達率hは、レイノルズ数Reの(4/5)乗に比例し、レイノルズ数Reは、流速vに比例し、また、水力直径DHに比例するので、結果として、熱伝達率hは、流速vの(4/5)乗に比例し、また、水力直径DHの(4/5)乗に比例する。
v=W/S ・・・(2)
DH=k・S(1/2) ・・・(3)
ここで、Wは冷媒の流量、Sは流路断面積、kは換算係数である。
h∝(1/S)(2/5) ・・・(4)
すなわち、熱伝達率hは、流路断面積Sの逆数の(2/5)乗に比例するので、流路断面積Sが大きいほど熱伝達率hは小さくなり、流路断面積Sが小さいほど熱伝達率hは大きくなる。従って、冷却能力の観点からは流路断面積Sがより小さい方が好ましい。
ΔP∝v2×L ・・・(5)
すなわち、圧損ΔPは、流速vの2乗に比例し、また流路長さLに比例する。流速vは上記の式(2)で表されるので、圧損ΔPは、下式(6)で表される。
ΔP∝(1/S)2×L ・・・(6)
すなわち、流路断面積Sが大きいほど圧損ΔPは小さくなり、流路断面積Sが小さいほど圧損ΔPは大きくなる。また、流路長さLが大きいほど圧損ΔPは大きくなる。
11…車室
12…フロントコンパートメント
100…燃料電池システム
110…燃料電池(FC)
112…FCアセンブリ
120…燃料ガス供給部
122…燃料ポンプ(HP)
130…酸化ガス供給部
132…エアコンプレッサ(ACP)
140…冷却部
142…冷媒ポンプ
144…冷媒循環路
150…FC電源ユニット
151…FCコンバータ
152…リアクトルユニット(LU)
155…パワー素子モジュール(IPM)
156…FCコンバータ制御部(FCCU)
157…HPインバータ
158…WPインバータ
159…インバータユニット(PINV)
160…パワーコントロールユニット(PCU)
162…バッテリコンバータ
164…ACPインバータ
166…TRインバータ
168…高電圧配線
170…バッテリ
180…トラクションモータ(TRMG)
185…車輪
190…冷却器
191…冷却容器部
191os…外面
192…平板部
192is…内面
192os…リアクトル冷却面
193…冷媒流路
193in…冷媒入口
193ip…入口部分
193out…冷媒出口
193op…出口部分
194…コア部載置台
195…コイル部載置台
196…冷却フィン
197…平坦流路部
Lr…リアクトル
Cr…コア部
CL…コイル部
Sr…スイッチングデバイス
Dr…ダイオード
Cs…平滑コンデンサ
U,V,W,X…駆動相
HS1,HS2…放熱シート
WD…流れ方向
Frd…前方向
Vud…上方向
Rsd…右方向
この形態のリアクトルユニットによれば、冷却器の外面のうちの1つの面であるリアクトル冷却面の上に複数のリアクトルを配置するので、リアクトルユニットの高さを低減することができる。また、冷媒流路の入口部分から出口部分まで冷媒が直線状に流れ、冷媒流路内の冷媒が流れる方向と、複数のリアクトルの列の方向とが同じ方向であるので、冷媒流路の圧力損失の低減と熱伝達率の向上を両立させることができ、十分な冷却性能を確保できる。
Claims (4)
- リアクトルユニットであって、
複数のリアクトルと、
内部に冷媒を流通させ、外部に前記複数のリアクトルユニットを配置して、前記複数のリアクトルを冷却する冷却器と、
を備え、
前記複数のリアクトルが、前記冷却器の外面のうちの1つの面であるリアクトル冷却面の上に少なくとも1列配置されており、
前記冷却器は、前記リアクトル冷却面とは反対側の内面に接する冷媒流路を有し、
前記冷媒流路の入口部分から出口部分まで前記冷媒が直線状に流れ、前記冷媒流路内の前記冷媒が流れる方向と、前記複数のリアクトルの列の方向とが同じ方向であり、
前記リアクトル冷却面とは反対側の内面には、冷却フィンが設けられており、
前記冷却フィンの長手方向と前記冷媒流路内の前記冷媒が流れる方向とは同じ方向である、リアクトルユニット。 - 請求項1に記載のリアクトルユニットであって、
前記冷却器の冷媒流路には、前記列の方向において隣り合う前記リアクトルの隙間に対応する位置に、a)前記冷却フィンを有さず前記内面が平坦面である平坦流路部と、b)前記冷却フィンを有さず前記内面が曲面である曲面流路部と、c)前記冷却フィンよりも高さの低い冷却フィンを有する低フィン流路部と、d)前記リアクトルに対応する位置よりも前記冷却フィンの数が少ない少フィン流路部と、のうちのいずれかが設けられている、リアクトルユニット。 - 燃料電池車両であって、
燃料電池と、
請求項1又は請求項2に記載のリアクトルユニットを有し、前記燃料電池の出力電圧を変換するDC−DCコンバータと、
を備え、
前記燃料電池は、前記燃料電池車両のフロントコンパートメントに配置されており、
前記DC−DCコンバータに含まれる前記リアクトルユニットは、前記複数のリアクトルが下側で前記冷却器が上側となるように、前記燃料電池の上部に配置されている、燃料電池車両。 - 請求項3に記載の燃料電池車両であって、
前記冷却器の上側の外面には、前記燃料電池への燃料電池冷却用冷媒を供給するための冷媒ポンプの駆動回路ユニットと、前記燃料電池への燃料ガスの供給を行なうための燃料ポンプの駆動回路ユニットと、が配置されている、燃料電池車両。
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