JP4506413B2 - 燃料電池車両の冷却システム - Google Patents
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Description
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。
(1) 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。
(2) 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)記載の燃料電池車両の冷却システム。
(3) 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)記載の燃料電池車両の冷却システム。
(4) 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)記載の燃料電池車両の冷却システム。
上記(2)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(3)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(4)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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 (4)
- 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。 - 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記載の燃料電池車両の冷却システム。
- 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記載の燃料電池車両の冷却システム。
- 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記載の燃料電池車両の冷却システム。
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