JP3979583B2 - Fuel cell cooling system - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池を用いる自動車の燃料電池を冷却する燃料電池の冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃料電池を用いる自動車において、発電により発熱している燃料電池を冷却する場合は、ラジエータを用いて冷却している。特に、低速走行時や停車時に燃料電池の冷却をする場合は、ラジエータの空冷方向における下流側に備えられたラジエータ冷却用ファンを用いて空気を吸入し、その空気がラジエータを通過して冷却媒体を冷却し、この冷却された冷却媒体が燃料電池に備えられている通流路を通流することによって燃料電池を冷却している。
【０００３】
また、燃料電池を冷却することは重要であり、従来から、燃料電池の冷却効率を向上させるために、複数のラジエータ冷却用ファンを用いて冷却効率の向上を図り、又は、ラジエータ冷却用ファンの大型化やファンの回動出力を上げることにより燃料電池の冷却効率の向上を図っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の燃料電池の冷却装置は、そのラジエータ冷却用ファンの増設、大型化や回動出力を上げる等を行うと、燃料電池が発電した電力を余計に消費するという問題があった。また、ラジエータ冷却用ファンの増設、大型化は、車輌の重量を増大させ、燃料電池が発電した電力を余計に消費するという問題があった。また、この余計な消費電力を補うために、ＤＣＤＣコンバータやインバータを介して、燃料電池が発電する電力を増大させなければならないという問題があった。
【０００５】
そこで本発明は、これらの課題を解決するためになされたものであり、燃料電池を用いる自動車の燃料電池の冷却効率を向上させる燃料電池の冷却装置を提供することを主たる目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記問題を解決するために、第１の発明の燃料電池の冷却装置は、アノードへ水素を供給し、カソードへ空気を供給して発電を行う燃料電池を冷却するラジエータを備える燃料電池の冷却装置において、前記ラジエータの空冷方向における下流側に、前記燃料電池のカソードへ空気を供給するコンプレッサの空気取り入れ口を配置し、コンプレッサが前記カソードへ供給する空気が前記ラジエータを通過して、前記燃料電池の冷却を補助するように構成したことを特徴とする。
【０００７】
ここで、ラジエータの空冷方向における下流側とは、空気がラジエータを通過し終えるときのラジエータの空気通過面及びラジエータの空気通過面付近をいう。
【０００８】
第１の発明の燃料電池の冷却装置では、コンプレッサが燃料電池のカソードへ送る空気を発電するために吸入する場合、ラジエータの空冷方向における下流側に配置されるコンプレッサの空気取り入れ口から空気を吸入するので、ラジエータの放熱面を空気が通過してラジエータを通流する冷却媒体を冷却する。この冷却された冷却媒体が燃料電池を通流することにより燃料電池を冷却する。
【０００９】
ここで、冷却媒体とは、燃料電池を冷却するものであって、空気等の気体や、水や不凍液として用いられるエチレン・グリコール、メチル・アルコールなどの液体を用いることができる。
【００１０】
また、第２の発明の燃料電池の冷却装置は、アノードへ水素を供給し、カソードへ空気を供給して発電を行う燃料電池を冷却するラジエータを備える燃料電池の冷却装置において、前記ラジエータの空冷方向における下流側に、前記燃料電池を収納する燃料電池ボックスの換気ファンの空気取り入れ口を配置し、換気ファンが前記燃料電池ボックスに取り入れる空気が前記ラジエータを通過して、前記燃料電池の冷却を補助するように構成したことを特徴とする。
【００１１】
第２の発明の燃料電池の冷却装置では、換気ファンが燃料電池ボックスを換気する空気を吸入する場合、ラジエータの空冷方向における下流側に配置される換気ファンの空気取り入れ口から空気を吸入するので、ラジエータの放熱面を空気が通過してラジエータを通流する冷却媒体を冷却する。この冷却された冷却媒体が燃料電池を通流することにより燃料電池を冷却する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。参照する図面において、図１は、本発明の実施の形態に係る燃料電池の冷却装置を示す模式図である。なお、本発明の実施の形態において用いる冷却媒体を水（以下、「冷却水」という。）として説明する。
【００１３】
ここで、図１に示すように、ラジエータ３と燃料電池１とは、冷却水を循環させることができるように通流路６で連結されている。そして、冷却水を強制的に循環させるために循環ポンプ（Ｐ）４が通流路６に備えられており、かつ、冷却水の温度を測定して冷却水の通流路６を変更する温調器（ＴＨ）５が通流路６に備えられている。このラジエータ３を通流して冷却された冷却水を燃料電池１に設けられた通流路６に通流させることにより燃料電池１の冷却を行う。
【００１４】
本発明の実施の形態に係る燃料電池の冷却装置１０は、コンプレッサ（Ｃ）１１の空気取り入れ口（以下、「コンプレッサ吸気口」という。）１２と、換気ファン１６の空気取り入れ口（以下、「換気ファン吸気口」という。）１７と、を主要部として構成されている。
【００１５】
コンプレッサ１１のコンプレッサ吸気口１２は、コンプレッサ１１に接続されているコンプレッサ吸気路１３Ａにより延長され、ラジエータ３の空冷方向における下流側に配置されている。このコンプレッサ吸気路１３Ａは、その途中にエアクリーナ（Ａ／Ｃ）１４を備え、燃料電池１やコンプレッサ１１の配置に応じて、空気を吸入する吸気路を変形させることができる。コンプレッサ１１と燃料電池１との間にはコンプレッサ中継吸気路１３Ｂを設けており、発電のためにコンプレッサ１１が吸気する空気を燃料電池１のカソードに供給することができるようになっている。また、燃料電池排気路１５は、コンプレッサ１１が供給する空気の通流するコンプレッサ中継吸気路１３Ｂよりも下流側に設けられており、燃料電池１が発電のために用いた空気を排気できるようになっている。
【００１６】
また、換気ファン１６の換気ファン吸気口１７は、換気ファン１６に接続されている換気ファン吸気路１８Ａにより延長され、ラジエータ３の空冷方向における下流側に配置されている。この換気ファン吸気路１８Ａは、燃料電池ボックス２や換気ファン１４の配置に応じて変形することができる。換気ファン１６と燃料電池ボックス２との間には、換気ファン中継吸気路１８Ｂが設けられており、燃料電池ボックス２内を換気するために換気ファン１６が吸気する空気を燃料電池ボックス２内に供給することができるようになっている。燃料電池ボックス排気路１９は、換気ファン１６が供給する空気の通流する換気ファン中継吸気路１８Ｂよりも下流側に設けられており、燃料電池ボックス２内を換気する空気を排気することができるようになっている。
【００１７】
そして、ラジエータ３の空冷方向における下流側には、ラジエータ冷却用ファン２０が設けられており、このラジエータ冷却用ファン２０が吸気する空気によりラジエータ３を通流する冷却水を冷却することができるようになっている。このラジエータ冷却用ファン２０が配置されていないラジエータ３の空冷方向における下流側の範囲に、コンプレッサ１１のコンプレッサ吸気口１２と換気ファン１６の換気ファン吸気口１７とを配置し、ラジエータ冷却用ファン２０による燃料電池の冷却を補助することができるようになっている。
【００１８】
コンプレッサ１１により吸気される空気は、燃料電池１を発電させるために燃料電池１の図示しないアノードへの水素の供給と同時に、燃料電池１の図示しないカソードへ供給される。このとき、コンプレッサ１１のコンプレッサ吸気口１２がラジエータ３の空冷方向における下流側に配置されているため、コンプレッサ１１により吸気する空気がラジエータ３の放熱面を通過して、ラジエータ３を通流する冷却水を冷却することができるようになっている。
【００１９】
また、換気ファン１６により吸気される空気は、燃料電池ボックス２内の換気をするために燃料電池ボックス２に供給される。このとき、換気ファン１６の換気ファン吸気口１７がラジエータ３の空冷方向における下流側に配置されているため、換気ファン１６により吸気する空気がラジエータ３の放熱面を通過して、ラジエータ３を通流する冷却水を冷却することができるようになっている。
【００２０】
すなわち、ラジエータ３の空冷方向における下流側に備えられているラジエータ冷却用ファン２０と同様に、コンプレッサ１１のコンプレッサ吸気口１２と換気ファン１６の換気ファン吸気口１７とをラジエータ３の空冷方向における下流側に配置しているので、燃料電池１の発電のために行われる燃料電池１のカソードへの空気の供給と燃料電池ボックス２の換気のための空気の供給により、ラジエータ冷却用ファン２０を補助して、ラジエータ３を通流する冷却水を効率よく冷却することができるので、燃料電池１の冷却効率を向上させることができるようになっている。また、このように燃料電池の冷却効率が向上することで、ラジエータ冷却用ファンを小型化することができる。
【００２１】
以上、本発明について、好適な実施形態の一例を説明した。しかし、本発明は、前記実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜設計変更が可能である。
【００２２】
例えば、図示しないが、ラジエータ３の空冷方向における下流側のラジエータ冷却ファン２０の冷却効果が小さい個所に、コンプレッサ１１のコンプレッサ吸気口１２及び換気ファン１６の換気ファン吸気口１７を設けることができる。つまり、ラジエータ３の空冷方向における下流側の四隅の範囲や、四隅の範囲を繋いだ環状範囲に、コンプレッサ１１のコンプレッサ吸気口１２及び換気ファン１６の換気ファン吸気口１７を設けることができる。
【００２３】
【発明の効果】
したがって、本発明の請求項１に記載の燃料電池の冷却装置によれば、従来の燃料電池を用いる自動車に備えられているコンプレッサを燃料電池の冷却に用いることで燃料電池が発電する電力を余計に消費することがなく、かつ、燃料電池の冷却効率を向上させることができる。
【００２４】
また、本発明の請求項２に記載の燃料電池の冷却装置によれば、従来の燃料電池を用いる自動車に備えられている換気ファンを燃料電池の冷却に用いることで、従来から消費していた電力量で燃料電池の冷却効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池の冷却装置を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 燃料電池
２ 燃料電池ボックス
３ ラジエータ
４ 循環ポンプ
５ 温調器
６ 通流路
１０ 燃料電池の冷却装置
１１ コンプレッサ
１２ コンプレッサ吸気口
１３Ａ コンプレッサ吸気路
１３Ｂ コンプレッサ中継吸気路
１４ エアクリーナ
１５ 燃料電池排気路
１６ 換気ファン
１７ 換気ファン吸気口
１８Ａ 換気ファン吸気路
１８Ｂ 換気ファン中継吸気路
１９ 燃料電池ボックス排気路
２０ ラジエータ冷却用ファン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell cooling device for cooling a fuel cell of an automobile using the fuel cell.
[0002]
[Prior art]
In a vehicle using a conventional fuel cell, when a fuel cell that generates heat by power generation is cooled, a radiator is used for cooling. In particular, when the fuel cell is cooled during low-speed driving or when the vehicle is stopped, air is sucked using a radiator cooling fan provided on the downstream side in the air cooling direction of the radiator, and the air passes through the radiator and passes through the cooling medium. The fuel cell is cooled by flowing the cooled cooling medium through the flow path provided in the fuel cell.
[0003]
In addition, it is important to cool the fuel cell. Conventionally, in order to improve the cooling efficiency of the fuel cell, the cooling efficiency is improved by using a plurality of radiator cooling fans, or the radiator cooling fan is improved. The cooling efficiency of the fuel cell was improved by increasing the size and raising the rotational output of the fan.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional fuel cell cooling device has a problem that if the radiator cooling fan is increased, the size thereof is increased, or the rotational output is increased, the power generated by the fuel cell is excessively consumed. Further, the addition and enlargement of the radiator cooling fan has the problem of increasing the weight of the vehicle and consuming extra power generated by the fuel cell. In addition, in order to compensate for this extra power consumption, there is a problem that the power generated by the fuel cell must be increased via a DCDC converter and an inverter.
[0005]
Therefore, the present invention has been made to solve these problems, and has as its main object to provide a fuel cell cooling device that improves the cooling efficiency of a fuel cell of an automobile using the fuel cell.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, a fuel cell cooling apparatus according to a first aspect of the present invention is a fuel cell cooling apparatus including a radiator that cools a fuel cell that supplies power to an anode and supplies air to a cathode to generate power. An air intake port of a compressor that supplies air to the cathode of the fuel cell is disposed downstream of the radiator in the air cooling direction, and the air that the compressor supplies to the cathode passes through the radiator, and the fuel cell It is characterized in that it is configured to assist cooling.
[0007]
Here, the downstream side of the radiator in the air cooling direction refers to the air passage surface of the radiator and the vicinity of the air passage surface of the radiator when the air has finished passing through the radiator.
[0008]
In the fuel cell cooling device according to the first aspect of the present invention, when the compressor sucks air to generate power to the fuel cell cathode, the air is sucked from the air intake port of the compressor disposed downstream in the air cooling direction of the radiator. Therefore, the cooling medium that flows through the radiator through the air passing through the heat radiating surface of the radiator is cooled. The cooled cooling medium flows through the fuel cell to cool the fuel cell.
[0009]
Here, the cooling medium is for cooling the fuel cell, and a gas such as air or a liquid such as ethylene glycol or methyl alcohol used as water or antifreeze can be used.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a cooling device for a fuel cell, comprising a radiator for cooling a fuel cell that supplies hydrogen to an anode and supplies air to a cathode to cool the fuel cell. An air intake port of a ventilation fan of a fuel cell box that houses the fuel cell is disposed downstream in the direction, and air that the ventilation fan takes into the fuel cell box passes through the radiator to cool the fuel cell. It is characterized by being configured to assist.
[0011]
In the fuel cell cooling device of the second invention, when the ventilation fan sucks air for ventilating the fuel cell box, air is sucked from the air intake port of the ventilation fan arranged on the downstream side in the air cooling direction of the radiator. The cooling medium which flows through the radiator through the air passing through the heat radiating surface of the radiator is cooled. The cooled cooling medium flows through the fuel cell to cool the fuel cell.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings to be referred to, FIG. 1 is a schematic diagram showing a fuel cell cooling device according to an embodiment of the present invention. The cooling medium used in the embodiment of the present invention will be described as water (hereinafter referred to as “cooling water”).
[0013]
Here, as shown in FIG. 1, the radiator 3 and the fuel cell 1 are connected by a flow path 6 so that the cooling water can be circulated. A circulation pump (P) 4 is provided in the flow path 6 to forcibly circulate the cooling water, and the temperature at which the cooling water flow path 6 is changed by measuring the temperature of the cooling water. A conditioner (TH) 5 is provided in the flow path 6. The cooling water cooled by flowing through the radiator 3 is allowed to flow through a flow path 6 provided in the fuel cell 1 to cool the fuel cell 1.
[0014]
A fuel
[0015]
The
[0016]
The ventilation
[0017]
A
[0018]
The air taken in by the
[0019]
Further, the air sucked by the
[0020]
That is, similarly to the
[0021]
Heretofore, an example of a preferred embodiment has been described for the present invention. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the design of each of the above-described components can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention.
[0022]
For example, although not shown, the
[0023]
【The invention's effect】
Therefore, according to the fuel cell cooling apparatus of the first aspect of the present invention, the electric power generated by the fuel cell is extraneous by using the compressor provided in the automobile using the conventional fuel cell for cooling the fuel cell. The cooling efficiency of the fuel cell can be improved.
[0024]
In addition, according to the fuel cell cooling device of the second aspect of the present invention, the ventilation fan provided in the automobile using the conventional fuel cell is used for cooling the fuel cell, which has been conventionally consumed. The cooling efficiency of the fuel cell can be improved by the amount of electric power.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a fuel cell cooling apparatus according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 2 Fuel cell box 3 Radiator 4 Circulation pump 5 Temperature controller 6
Claims (2)
前記ラジエータの空冷方向における下流側には、ラジエータ冷却用ファンが設けられ、
前記ラジエータの空冷方向における下流側であって、前記ラジエータの面方向において前記ラジエータ冷却用ファンが配置されていない位置に、前記燃料電池のカソードへ空気を供給するコンプレッサから延長されたコンプレッサ吸気路の上流口である空気取り入れ口を配置し、
コンプレッサが前記カソードへ供給する空気が前記ラジエータを通過して、前記燃料電池の冷却を補助するように構成したことを特徴とする燃料電池の冷却装置。In a fuel cell cooling apparatus including a radiator that supplies hydrogen to an anode and supplies air to a cathode to cool a fuel cell that generates power,
On the downstream side in the air cooling direction of the radiator, a radiator cooling fan is provided,
A compressor intake passage extended from a compressor that supplies air to the cathode of the fuel cell at a position downstream of the radiator in the air cooling direction and at a position where the radiator cooling fan is not disposed in the surface direction of the radiator . Arrange the air intake that is upstream ,
A fuel cell cooling device, wherein air supplied to a cathode by a compressor passes through the radiator to assist cooling of the fuel cell.
前記ラジエータの空冷方向における下流側には、ラジエータ冷却用ファンが設けられ、
前記ラジエータの空冷方向における下流側であって、前記ラジエータの面方向において前記ラジエータ冷却用ファンが配置されていない位置に、前記燃料電池を収納する燃料電池ボックスの上流位置の換気ファンから延長された換気ファン吸気路の上流口である空気取り入れ口を配置し、
換気ファンが前記燃料電池ボックスに取り入れる空気が前記ラジエータを通過して、前記燃料電池の冷却を補助するように構成したことを特徴とする燃料電池の冷却装置。In a fuel cell cooling apparatus including a radiator that supplies hydrogen to an anode and supplies air to a cathode to cool a fuel cell that generates power,
On the downstream side in the air cooling direction of the radiator, a radiator cooling fan is provided,
Extending from a ventilation fan upstream of the fuel cell box housing the fuel cell to a position downstream of the radiator in the air-cooling direction and where the radiator cooling fan is not disposed in the surface direction of the radiator Arrange the air intake that is upstream of the ventilation fan intake path ,
A cooling device for a fuel cell, wherein air taken into the fuel cell box by a ventilation fan passes through the radiator to assist cooling of the fuel cell.
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