JP3239093U - Ｓｏｆｃ冷却システム、燃料電池、およびハイブリッド車 - Google Patents

Abstract

本考案は、ＳＯＦＣ冷却システムを提供する。ＳＯＦＣの全運転過程において、すべての構成要素が作動するわけではないという特徴のために、ＤＣ降圧トランスＤＣＤＣ、ファン、およびコンデンサは、並列に接続されており、電磁弁は、対応する信号に従って各パイプラインのオン／オフを制御するために、各並列パイプラインに取り付けられている。従来のＳＯＦＣ冷却システムと比較して、定流量直列冷却システムは、圧力損失および水ポンプの出力を低減し、電磁弁は、対応する信号に従って、各分岐のオン／オフを制御するために、各並列パイプラインに取り付けられており、起動中、発電中、およびシャットダウン中のＳＯＦＣの冷却要件を考慮して、すべての構成要素は、各並列パイプラインの合理的な設計によって並列に冷却されて、その結果、冷却効果が向上し、エネルギー消費量が削減され、本考案はまた、燃料電池およびハイブリッド車を開示する。

Description

本考案は、ＳＯＦＣ冷却システム、燃料電池、およびハイブリッド車に関する。

ＳＯＦＣ（固体酸化物燃料電池）は、燃料および酸化剤に蓄えられた化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換する発電装置である。他の燃料電池と比較して、高効率、広い燃料範囲、貴金属電極を適用する必要がないという利点を有する。

ＳＯＦＣが動作するときは、起動中にスタックおよび高温の構成要素を最初に予熱する必要があるため、圧縮空気を継続的に供給するためには、ファンが必要である。一方、その動作中に加熱されるファンを冷却するには、冷却剤が必要である。さらに、発電中に固定ＤＣ電流を可変ＤＣ電流に変換するには、ＤＣ－ＤＣ降圧トランスが必要である。ＤＣ－ＤＣ降圧トランスもまた、その動作中に加熱される。したがって、ＤＣ－ＤＣ降圧トランスを冷却するためにも冷却剤が必要である。一方、アノード排ガスが排出された後、高温のアノード排ガスを冷却するためには、コンデンサが必要であり、これにより、水と蒸気の分離およびバーナーでの連続燃焼を実現する。また、コンデンサが動作する場合、アノード排ガスを冷却するための熱交換には冷却剤が必要である。この場合も、電源を切るときに、大容量の冷気をシステムに提供するためには、ファンが必要である。このため、ファンを冷却するためにも冷却剤が必要である。

従来技術では、図１に示すように、定流量直列冷却システムが、主に、ファン、ＤＣ－ＤＣ降圧トランス、およびコンデンサを冷却するために使用される。しかし、この定流量直列冷却システムは、冷却効果が低く、エネルギー消費量が高い。

本考案は、問題に対処するために、ＳＯＦＣ冷却システム、燃料電池、およびハイブリッド車を提供する。

本考案の第１の態様は、ラジエータ、水タンク、水ポンプ、ＤＣ－ＤＣ降圧トランス、ファン、コンデンサ、電流センサ、第１の流量計、および第２の流量計を含むＳＯＦＣ冷却システムを提供する。ＤＣ－ＤＣ降圧トランス、ファン、およびコンデンサは、並列に接続されており、電磁弁は、対応する信号に従って各パイプラインのオン／オフ動作を制御するために、各並列パイプライン（または電源）に取り付けられている。電流センサは、ＤＣ－ＤＣ降圧トランスの電流信号を検出するために、ＤＣ－ＤＣ降圧トランスの回路に設けられている。第１の流量計は、ファンのパイプライン内の流量信号を検出するために、ファンのパイプラインに設けられている。第２の流量計は、コンデンサのパイプライン内のアノード排ガスの流量信号を検出するために、コンデンサのアノード排ガスパイプラインに設けられている。ラジエータの第１の端部は、水ポンプおよび水タンクの第１の端部にそれぞれ接続されている。水ポンプの第２の端部は、並列システムの第１の端部に接続されており、ラジエータの第２の端部は、並列システムの第２の端部に接続されている。

電磁弁群は、比例弁群であり得、各パイプラインに取り付けられた比例弁の開度は、異なるパイプラインの背圧を調整するように、対応する信号に従って制御され得る。

冷却システムは、ラジエータと水ポンプとの間のパイプライン内の冷却剤の温度を検出するために、ラジエータと水ポンプとの間のパイプラインに設けられた温度センサをさらに含むことができる。

ラジエータは、回転速度調整可能な冷却ファンであり得る。

水ポンプは、流量調整可能な水ポンプであり得る。

本考案の第２の態様は、第１の態様のＳＯＦＣ冷却システムを含む燃料電池を提供する。

本考案の第３の態様は、第２の態様の燃料電池を含むハイブリッド車両を提供する。

本考案は、ＳＯＦＣ冷却システムを提供する。ＳＯＦＣの全体的な動作プロセスにおいて、すべての構成要素が作動するわけではないという特徴のために、ＤＣ－ＤＣ降圧トランス、ファン、およびコンデンサは、並列に接続されており、電磁弁は、対応する信号に従って各パイプラインのオン／オフを制御するために、各並列パイプラインに取り付けられている。従来のＳＯＦＣ冷却システムと比較して、定流量直列冷却システムは、圧力損失および水ポンプの出力を低減する。電磁弁は、対応する信号に従って各分岐のオン／オフを制御するために、各並列パイプラインに取り付けられており、起動中、発電中、電源オフ中のＳＯＦＣの冷却要件を考慮して、各並列パイプラインの合理的な設計によりすべての構成要素が並列に冷却されることにより、冷却効果が向上し、エネルギー消費量が削減される。本考案はまた、燃料電池およびハイブリッド車を開示する。

説明に使用する図面について、以下に簡単に説明する。以下の説明の図面は、本考案の単なるいくつかの実施形態である。

定流量直列冷却システムの構造概略図である。 ＳＯＦＣ冷却システムの構造概略図である。 全センサの取り付け場所図である。

本考案は、ＳＯＦＣ冷却システム、燃料電池、およびハイブリッド車を提供し、これらはすべて、ＳＯＦＣのオン／オフモードに効果的に一致する。すべての構成要素が、ＳＯＦＣの全体的な動作プロセスにおいて継続的または同一に作動するわけではないため、ＳＯＦＣ冷却システムのパイプラインは、それに応じて設計されている。

本考案は、従来技術に適用される定流量直列冷却システムが冷却効果が低く、エネルギー消費量が高いという問題を解決することを目的としている。

本考案の実施形態は、添付の図面と併せて、以下の例示的な様式で説明される。説明された実施形態は、本考案の実施形態のすべてではなく、そのうちのいくつかである。

本考案者らは、定流量直列冷却システムが、ファン、ＤＣ－ＤＣ降圧トランス、およびコンデンサを冷却するために使用され、従来技術のコンデンサが、不十分な冷却効果および高いエネルギー消費量を有することを発見した。本考案者らによる分析に基づいて、ＳＯＦＣの特定のオン／オフモードのため、すべての構成要素が異なる段階で異なる動作モードを有することが発見されている。したがって、不十分な冷却効果および高いエネルギー消費量などの問題は、直列接続モードによって引き起こされる。不十分な冷却効果および高いエネルギー消費量というこのような問題を解決するために、本考案者らは、冷却効果を改善し、エネルギー消費量を低減するために、すべての構成要素を並列に冷却する本考案の解決策を提案する。

なお、ＳＯＦＣの動作プロセスには、ＳＯＦＣの特定のオン／オフモードに応じて、起動、発電、電源オフが含まれる。

例えば、起動中にスタックおよび高温の構成要素を最初に予熱する必要があるため、このプロセス中に加熱されるファンを冷却するための大量の圧縮空気を提供するためには、ファンが必要である。スタックに電力が供給されず、アノード排ガスが排出されないため、ＤＣ－ＤＣ降圧トランスおよびコンデンサを冷却する必要はない。

その発電中のスタック反応に必要な空気量が少ないほど、ファンが生成する熱量は少ない。一方、システムが発電に使用される場合は、高温のアノード排ガスが排出される。したがって、ファン、ＤＣ－ＤＣ降圧トランス、およびコンデンサはすべて冷却する必要がある。

電源を切るときに、システムに大量の冷気を提供するためには、ファンが必要である。このため、冷却剤も冷却のために動作させる必要がある。スタックに電力が供給されず、アノード排ガスが排出されないため、ＤＣ－ＤＣ降圧トランスおよびコンデンサを動作させる必要はない。

図２は、本考案の実施形態によって提供されるＳＯＦＣ冷却システムの構造概略図である。ＳＯＦＣ冷却システムは、ラジエータ１、水タンク２、水ポンプ３、ＤＣ－ＤＣ降圧トランス４、ファン５、コンデンサ６、電流センサ７、第１の流量計８、および第２の流量計９を含む。

ＤＣ－ＤＣ降圧トランス４、ファン５、およびコンデンサ６は、並列に接続されており、電磁弁群１０は、対応する信号に従って各パイプラインのオン／オフ動作を制御するために、各並列パイプラインに取り付けられている。これは、図１に示すように、第１の電磁弁１１、第２の電磁弁１２、および第３の電磁弁１３を含む並列システムＭを構成する。

図３に示すように、電流センサ７は、ＤＣ－ＤＣ降圧トランス４の電流信号を検出するために、燃料電池モジュール（ＦＣＭ）とＤＣ－ＤＣ降圧トランス４との間の回路に設けられている。第１の流量計８は、ファン５のパイプライン内の流量信号を検出するために、ＦＣＭとファン５との間のパイプラインに配置されている。第２の流量計９は、コンデンサ６のパイプライン内のアノード排ガス流量信号を検出するために、ＦＣＭとコンデンサ６との間のパイプラインに配置されている。

ラジエータ１の第１の端部は、水ポンプ３および水タンク２の第１の端部にそれぞれ接続されている。水ポンプ３の第２の端部は、並列システムＭの第１の端部に接続されており、ラジエータ１の第２の端部は、並列システムＭの第２の端部に接続されている。

本考案の実施形態におけるＳＯＦＣの全体的な動作プロセスにおいて、すべての構成要素が連続的にまたは同じレベルで作動するわけではないため、ＤＣ－ＤＣ降圧トランス、ファン、およびコンデンサは、並列に接続されており、電磁弁群は、対応する信号に従って各パイプラインのオン／オフ動作を制御するために、各並列パイプラインに取り付けられている。従来のＳＯＦＣ冷却システムと比較して、定流量直列冷却システムは、圧力損失および水ポンプの出力を低減し、電磁弁は、対応する信号に従って分岐ごとのオン／オフ動作を制御するために、各並列パイプラインに取り付けられている。具体的な解決策は、次のとおりであり、ファンの出口に配置された第１の流量計が流量信号を検出すると、第２の電磁弁が開放するように制御され、コンデンサパイプラインに配置された第２の流量計が流量信号を検出すると、第３電磁弁が開放するように制御され、ＤＣ－ＤＣ降圧トランスの回路内の電流センサが電流信号を検出すると、第１の電磁弁が開放するように制御される。

電磁弁群１０は、比例弁群であり、各パイプラインに取り付けられた比例弁の開度は、異なるパイプラインの背圧を調整するように、対応する信号に従って制御される。

ファン５の出口に配置された第１の流量計８が流量信号を検出すると、対応する比例弁が開放するように制御され、一方、対応する比例弁の開度は、流量信号の大きさに従って制御することができる。コンデンサ６のパイプラインに配置された第２の流量計９が流量信号を検出すると、対応する比例弁が開放するように制御され、一方、対応する比例弁の開度は、流量信号の大きさに従って制御することができる。ＤＣ－ＤＣ降圧トランス４の回路内の電流センサ７が電流信号を検出すると、対応する比例弁が開放するように制御され、一方、対応する比例弁の開度は、対応する信号に従って制御することができる。

本考案の実施形態におけるすべての電磁弁は、背圧弁の役割を果たす。並列冷却パイプラインは、従来の直列パイプラインが、圧力損失が大きいという問題を解決するが、設定に基づいて流量を不均一に分配すること、または流量を分配しないことの問題が発生し得る。したがって、流量分配問題に関しては、パイプライン流量が調整され、並列パイプにおける流量分配問題が解決されるように、比例弁は、本考案では、すべてのパイプラインに取り付けられ、各パイプラインの背圧は、比例弁によって調整される。

さらに、ＳＯＦＣ冷却システムは、ラジエータと水ポンプとの間のパイプライン内の冷却剤の温度を検出するために、ラジエータと水ポンプとの間のパイプラインに設けられた温度センサをさらに含む。

本考案の実施形態では、ラジエータは、速度調整可能な冷却ファンを含み、冷却ファンの回転速度は、冷却剤の温度に従って、対応して調整することができる。水ポンプは、流量調整可能な水ポンプであり、これは、温度センサによってフィードバックされる温度に応じて水ポンプの流量を調整することができるという事実のため、従来の定流量水ポンプと比較してより効率的である。

速度調整可能な冷却ファンおよび流量調整可能な水ポンプを使用する場合、既知のＳＯＦＣ冷却システムの定流量と比較して、冷却剤の温度は、既知のシステムの固定回転速度の冷却ファンによってのみ低下させることができる。また、この解決策では、水ポンプの流量を調整して、冷却剤の流量を増加させることができ、冷却ファンの空気速度を調整して、より多くの熱を奪うことによって、対応する構成要素をさらに保護することができる。

本考案はまた、燃料電池を開示し、燃料電池は、ＳＯＦＣ冷却システムを含む。

本考案の一実施形態はまた、ハイブリッド車を開示し、ハイブリッド車は、上記の燃料電池を含む。

本考案は、ＳＯＦＣ冷却システム、燃料電池、およびハイブリッド車を提供する。ＳＯＦＣの全動作プロセスにおいて、すべての構成要素が連続的または同じレベルで作動するわけではないため、ＤＣ－ＤＣ降圧トランス、ファン、およびコンデンサは、並列に接続されており、電磁弁群は、対応する信号に従って各パイプラインのオン／オフ動作を制御するために、各並列パイプラインに設置されており、並列システムを構成する。既知のＳＯＦＣ冷却システムと比較して、定流量直列冷却システムは、圧力損失および水ポンプの出力を低減する。電磁弁は、対応する信号に従って各分岐のオン／オフ動作を制御するために、各並列パイプラインに取り付けられている。起動中、発電中、電源オフ中のＳＯＦＣの冷却要件を考慮して、各並列パイプラインの適切な設計によりすべての構成要素を並列に冷却することによって、冷却効果を高め、エネルギー消費量を削減する。

本明細書における「第１」および「第２」などの関係用語は、あるエンティティまたはアクションを別のエンティティまたはアクションから区別するためにのみ使用され得、そのようなエンティティまたはアクション間の任意のそのような実際の関係または順序を必ずしも要求または暗示しない。

これらの実施形態に対する様々な修正は明らかである。本明細書で定義される一般原理は、本考案の範囲から逸脱することなく、他の実施形態で実装することができる。

Claims (7)

1. ＳＯＦＣ冷却システムであって、
   ラジエータと、
   水タンクと、
   水ポンプと、
   ＤＣ降圧トランスと、
   ファンと、
   コンデンサと、
   電流センサと、
   第１の流量計と、
   第２の流量計と、を含み、
   前記ＤＣ降圧トランス、前記ファン、および前記コンデンサは、並列に接続されており、電磁弁群は、対応する信号に従って各電源のスイッチオンおよびオフを制御するために、各並列電源に取り付けられて、並列システムを構成し、
   前記電流センサは、前記ＤＣ降圧トランスの電流信号を検出するために、前記ＤＣ降圧トランスの回路に設けられており、
   前記第１の流量計は、流量信号を検出するために、前記ファンの電源に設けられており、
   前記第２の流量計は、アノード排ガスの流量信号を検出するために、前記コンデンサのアノード排ガス出口に設けられており、
   前記ラジエータの第１の端部は、前記水ポンプおよび前記水タンクの第１の端部にそれぞれ接続されており、
   前記水ポンプの第２の端部は、前記並列システムの第１の端部に接続されており、
   前記ラジエータの第２の端部は、前記並列システムの第２の端部に接続されている、ＳＯＦＣ冷却システム。
2. 前記電磁弁群は、比例弁群であり、各電源に取り付けられた前記比例弁の開度は、異なる電源の背圧を調整するように、前記対応する信号に従って制御可能である、請求項１に記載のＳＯＦＣ冷却システム。
3. 前記ラジエータと前記水ポンプとの間のパイプライン内に、前記パイプライン内の冷却剤の温度を検出するために、温度センサをさらに含む、請求項１または２に記載のＳＯＦＣ冷却システム。
4. 前記ラジエータは、調整可能な速度冷却ファンを含む、請求項１、２、または３に記載のＳＯＦＣ冷却システム。
5. 前記水ポンプは、調整可能な流量水ポンプである、請求項１～４のいずれか一項に記載のＳＯＦＣ冷却システム。
6. 請求項１～５のいずれか一項に記載のＳＯＦＣ冷却システムを含む、燃料電池。
7. 請求項６に記載の燃料電池を含む、ハイブリッド車。

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