JP6565355B2 - Conductor cooling structure for fuel cell - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池で発電した電力を電力変換器に送電するための導体を冷却する燃料電池の導体冷却構造に関する。 The present invention relates to a conductor cooling structure for a fuel cell that cools a conductor for transmitting electric power generated by the fuel cell to a power converter.
燃料電池から電力を取り出す導体を冷却するために、燃料電池に供給する空気、燃料を水蒸気改質するための水、燃料ガスのいずれかの流体と熱交換する技術が知られている(特許文献1参照)。 In order to cool a conductor that extracts electric power from a fuel cell, a technique is known in which heat is exchanged with any fluid of air supplied to the fuel cell, water for steam reforming the fuel, and fuel gas (Patent Literature). 1).
特許文献1の技術は、電力取り出し用の導体1本につき、流体との間で熱交換する熱交換器が1つ設けられている。このため、複数の導体を冷却するためには、導体の数だけ熱交換器が必要となり、冷却構造の大型化を招く。
In the technique of
そこで、本発明は、複数の導体を冷却する場合であっても、冷却構造の大型化を抑えることを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to suppress an increase in the size of the cooling structure even when cooling a plurality of conductors.
本発明は、正極導体及び負極導体が流路構造体の空気供給流路を流れる空気と熱交換する熱交換部を備えることを特徴とする。
燃料電池が複数設けられ、複数の燃料電池それぞれの正極導体及び負極導体が流路構造体の空気供給流路を流れる空気と熱交換する。
The present invention is characterized in that the positive electrode conductor and the negative electrode conductor include a heat exchanging portion that exchanges heat with air flowing through the air supply flow path of the flow path structure.
A plurality of fuel cells are provided, and the positive electrode conductor and the negative electrode conductor of each of the plurality of fuel cells exchange heat with the air flowing through the air supply channel of the channel structure.
本発明によれば、正極導体及び負極導体が流路構造体の空気供給流路を流れる空気と熱交換するので、複数の導体を空気により冷却する場合であっても、冷却構造の大型化を抑えることができる。
燃料電池が複数設けられる場合であっても、複数の燃料電池に対し、それぞれの正、負極導体を、一つの流路構造体を利用して冷却することができる。これにより、冷却構造の簡素化を図ることができる。
According to the present invention, since the positive electrode conductor and the negative electrode conductor exchange heat with air flowing through the air supply flow path of the flow path structure, the cooling structure can be enlarged even when the plurality of conductors are cooled by air. Can be suppressed.
Even when a plurality of fuel cells are provided, the positive and negative electrode conductors can be cooled with respect to the plurality of fuel cells by using one flow path structure. Thereby, simplification of the cooling structure can be achieved.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1の実施形態に係わる燃料電池の導体冷却構造を示す斜視図である。本実施形態は、燃料電池として、第1の燃料電池スタック1と第2の燃料電池スタック3とを備えている。第1の燃料電池スタック1に対応する第1のインバータ5、第2の燃料電池スタック3に対応する第2のインバータ7が、電力変換器として設けられている。
FIG. 1 is a perspective view showing a conductor cooling structure of a fuel cell according to the first embodiment of the present invention. The present embodiment includes a first
第1、第2のインバータ5,7は、第1、第2の燃料電池スタック1,3でそれぞれ発電された電力に関し、直流電圧を交流電圧に変換する。第1、第2のインバータ5,7で交流に変換された電力は、負荷として例えば三相交流モータ9,11に供給される。
The first and
第1の燃料電池スタック1と第1のインバータ5とは、正極導体としての正極バスバー13及び負極導体としての負極バスバー15によって互いに接続している。同様にして、第2の燃料電池スタック3と第2のインバータ7とは、正極導体としての正極バスバー17及び負極導体としての負極バスバー19によって互いに接続している。すなわち、複数の燃料電池に対応して、対となる正極導体及び負極導体がそれぞれ設けられている。
The first
第1、第2の燃料電池スタック1,3は、燃料と空気中の酸素とが反応して発電する。そのため、第1、第2の燃料電池スタック1,3には、燃料を供給する燃料供給系及び空気を供給する空気供給系が接続される。図1は、燃料供給系は省略しており、空気供給系として、第1、第2の燃料電池スタック1,3に空気Gを供給する流路構造体としての空気供給管21を示している。
The first and second fuel cell stacks 1 and 3 generate electricity by the reaction of fuel and oxygen in the air. Therefore, a fuel supply system that supplies fuel and an air supply system that supplies air are connected to the first and second
空気供給管21は、下流側において、第1の燃料電池スタック1及び第2の燃料電池スタック3にそれぞれ接続される分岐管21a,21bを備えている。分岐管21a,21bより上流の空気供給管21に空気送風用補機23を配置し、空気送風用補機23を駆動することによって、空気Gが、空気供給管21内の空気供給流路25を通して第1、第2の燃料電池スタック1,3に供給される。
The
空気送風用補機23より上流側の空気供給管21には、一対の正極バスバー13及び負極バスバー15と、一対の正極バスバー17及び負極バスバー19とが、それぞれ貫通して接続されている。空気供給管21に貫通する部分の正極バスバー13及び負極バスバー15は、第1の燃料電池スタック1と第1のインバータ5との間に位置している。同様にして、空気供給管21に貫通する部分の正極バスバー17及び負極バスバー19は、第2の燃料電池スタック3と第2のインバータ7との間に位置している。
A pair of positive
空気供給管21は断面ほぼ円形であり、当該円形の直径部分に、正極バスバー13及び負極バスバー15と、正極バスバー17及び負極バスバー19とが、それぞれ貫通している。これら正極バスバー13及び負極バスバー15、正極バスバー17及び負極バスバー19からなる四つのバスバーと、導電性の金属で構成される空気供給管21の貫通孔との間には、電気的な絶縁部材27を設けている。正極バスバー13、負極バスバー15、正極バスバー17、負極バスバー19の空気供給管21内に挿入されている部分は、それぞれ符号13a,15a,17a,19aとして示している。
The
次に、第1の実施形態による作用を説明する。 Next, the operation according to the first embodiment will be described.
正極バスバー13及び負極バスバー15、正極バスバー17及び負極バスバー19は、第1、第2の燃料電池スタック1,3で発電した電力を、より少ない損失で第1、第2のインバータ5,7に送電する必要がある。このため、正極バスバー13及び負極バスバー15、正極バスバー17及び負極バスバー19は、導電性がより高くなるように、断面形形状や材質を選定することになる。
The positive
一般的に、導電性が高くなると、伝熱性も高くなるので、第1、第2の燃料電池スタック1,3から、正極バスバー13及び負極バスバー15、正極バスバー17及び負極バスバー19に伝わる熱量も多くなる。
In general, since the heat conductivity increases as the conductivity increases, the amount of heat transferred from the first and second
本実施形態は、第1、第2の燃料電池スタック1,3に供給する空気が流れる空気供給管21内に、正極バスバー13及び負極バスバー15、正極バスバー17及び負極バスバー19の一部13a,15a,17a,19aを配置している。これにより、正極バスバー13及び負極バスバー15、正極バスバー17及び負極バスバー19は、空気供給管21内の空気供給流路25を流れる空気によって冷却される。
In the present embodiment, in the
すなわち、第1の実施形態は、第1の燃料電池スタック1の正極バスバー13及び負極バスバー15が空気供給管21内の空気供給流路25を流れる空気と熱交換する熱交換部10を備えている。同様にして、第2の燃料電池スタック3の正極バスバー17及び負極バスバー19が空気供給管21内の空気供給流路25を流れる空気と熱交換する熱交換部20を備えている。
That is, the first embodiment includes the
正極バスバー13及び負極バスバー15、正極バスバー17及び負極バスバー19は、それぞれ熱交換部10,20にて冷却されることで温度低下し、第1、第2のインバータ5,7に伝達される熱量が低減する。これにより、第1、第2のインバータ5,7の温度上昇が抑制される。
The positive
その際、本実施形態は、第1の燃料電池スタック1の正極バスバー13及び負極バスバー15を、一つの空気供給管21を利用して、一つの熱交換部10により冷却している。同様にして、第2の燃料電池スタック3の正極バスバー17及び負極バスバー19を、一つの空気供給管21を利用して、一つの熱交換部20により冷却している。このように、本実施形態は、複数の導体である正、負極バスバー13,15を一つの熱交換部10により冷却し、複数の導体である正、負極バスバー17,19を一つの熱交換部20により冷却しているので、冷却構造の小型化を達成できる。
At this time, in the present embodiment, the positive
また、導電性の金属で構成されている空気供給管21の貫通孔と、第1の燃料電池スタック1の正極バスバー13及び負極バスバー15との間に、電気的な絶縁部材27を設けている。同様にして、空気供給管21の貫通孔と、第2の燃料電池スタック3の正極バスバー17及び負極バスバー19との間に、電気的な絶縁部材27を設けている。
An electrically insulating
このため、第1の燃料電池スタック1の正極バスバー13と負極バスバー15との間で電気的な絶縁状態を確保できる。同様にして、第2の燃料電池スタック3の正極バスバー17と負極バスバー19との間で電気的な絶縁状態を確保できる。これにより、一つの燃料電池スタックに対する正、負極の二つの導体を、電気的に絶縁しながら一つの空気供給管21を利用して、一つの熱交換部10または20により冷却することができる。
For this reason, an electrical insulation state can be ensured between the positive
なお、空気供給管21は、導電性の金属で構成されていなくてもよく、非導電性の例えばセラミックで構成されていてもよい。この場合、絶縁部材27が不要であり、これによりその分部品点数が削減される。
The
さらに、第1の燃料電池スタック1の正極バスバー13と負極バスバー15とが空気供給管21の空気供給流路25を流れる空気と熱交換する。同様にして、第2の燃料電池スタック3の正極バスバー17と負極バスバー19とが空気供給管21の空気供給流路25を流れる空気と熱交換する。このため、一つの燃料電池スタックにおける正、負極の導体は、熱交換性能のばらつきが低減され、安定した導電性能を確保できる。
Further, the positive
また、本実施形態は、第1、第2の燃料電池スタック1,3に対応してそれぞれ設けられる正、負極導体が、空気供給管21に接続されることで、複数の燃料電池スタックにおける正、負極の各導体が空気供給管21の空気供給流路25を流れる空気と熱交換する。
In the present embodiment, the positive and negative conductors provided corresponding to the first and second
このため、燃料電池スタックが複数設けられる場合であっても、複数の燃料電池スタック1,3に対し、それぞれの正、負極導体を、一つの空気供給管21を利用して冷却することができる。これにより、冷却構造の簡素化を図ることができる。
Therefore, even when a plurality of fuel cell stacks are provided, the positive and negative conductors of the plurality of
第1の実施形態は、正、負極バスバー13,15及び正、負極バスバー17,19は、空気供給管21を貫通している。このため、各バスバー13,15,17,19は、空気供給管21内の空気供給流路25を流れる空気との間で直接熱交換できる。これにより、各バスバー13,15,17,19と空気との間の熱交換性能が高まる。
In the first embodiment, the positive and
図2は、本発明の第2の実施形態を示す。第2の実施形態は、第1の実施形態に対し、正、負極バスバー13A,15A及び正、負極バスバー17A,19Aの空気供給管21Aに貫通する部分13Aa,15Aa,17Aa,19Aaを、空気供給流路25A内で、空気の流れ方向に沿って重ならないようにして、熱交換部10A,20Aを構成している。
FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention. Compared with the first embodiment, the second embodiment supplies air to the positive and
図2に示すように、第1の燃料電池スタック1の正極バスバー13Aは、空気供給管21Aに対し、図2中で水平面に対しほぼ40度の角度で左下と右上との間で貫通している。第1の燃料電池スタック1の負極バスバー15Aは、空気供給管21Aに対し、図2中で水平面に対しほぼ40度の角度で左上と右下との間で貫通している。
As shown in FIG. 2, the
図2に示すように、第2の燃料電池スタック3の正極バスバー17Aは、空気供給管21Aに対し、図2中で水平面に対しほぼ20度の角度で左上と右下との間で貫通している。第2の燃料電池スタック3の負極バスバー19Aは、空気供給管21Aに対し、図2中で水平面に対しほぼ20度の角度で左下と右上との間で貫通している。
As shown in FIG. 2, the positive
この場合、正、負極バスバー13A,15A及び正、負極バスバー17A,19Aの空気供給管21Aを貫通する部分13Aa,15Aa,17Aa,19Aaは、図2のように空気供給管21Aの中心軸方向に沿って見たときに、空気供給流路25Aのほぼ中心部Pで互いに交差する。つまり、部分13Aa,15Aa,17Aa,19Aaは、空気供給流路25A内の中心部Pにおいて、空気の流れ方向に沿って互いに重なることになる。
In this case, the portions 13Aa, 15Aa, 17Aa, 19Aa penetrating the
したがって、空気供給管21Aを貫通する部分13Aa,15Aa,17Aa,19Aaは、中心部P周辺を除く部分が、空気供給流路25A内で、空気の流れ方向に沿って互いに重ならない部分となる。
Accordingly, the portions 13Aa, 15Aa, 17Aa, and 19Aa that penetrate the
なお、図2では、正、負極バスバー13A,15A及び正、負極バスバー17A,19Aは、空気供給管21Aの外部に位置する部分に関し、図1とは異なり、図2中で上下方向の位置が互いに異なっている。
In FIG. 2, the positive and
この場合、図1と同様に、各バスバー13A,15A,バスバー17A,19Aの燃料電池スタック及びインバータに接続する部位が上下方向同一位置とすると、各バスバー13A,15A,バスバー17A,19Aを上下方向に適宜屈曲させる必要がある。あるいは、各バスバー13A,15A,バスバー17A,19Aの燃料電池スタック及びインバータに対する接続する位置を上下方向に沿って変化させる必要がある。
In this case, as in FIG. 1, assuming that the parts connected to the fuel cell stack and the inverter of each
第2の実施形態は、正、負極バスバー13A,15A及び正、負極バスバー17A,19Aが、空気供給管21Aの空気供給流路25A内で、空気の流れ方向に沿って重ならない部分を備えている。このため、各貫通する部分13Aa,15Aa,17Aa,19Aaは、空気供給流路25A内を流れる空気がより確実に接することになる。
In the second embodiment, the positive and
よって、正、負極バスバー13A,15A及び正、負極バスバー17A,19Aと空気との熱交換性能がより均一化し、各バスバー13A,15A,17A,19Aに対する冷却をより効率よく行うことができる。
Therefore, the heat exchange performance between the positive and
なお、各貫通する部分13Aa,15Aa,17Aa,19Aaは、水平面に対する傾斜角度に関し、上記した20度、40度に限定されるものではなく、また傾斜せずに互いに平行な状態で水平に貫通していてもよい。要するに、各貫通する部分13Aa,15Aa,17Aa,19Aaは、空気供給管21Aの空気供給流路25A内で、空気の流れ方向に沿って重ならない部分を備えていればよい。
Each of the penetrating portions 13Aa, 15Aa, 17Aa, and 19Aa is not limited to the above-described 20 degrees and 40 degrees with respect to the inclination angle with respect to the horizontal plane, and penetrates horizontally in a parallel state without being inclined. It may be. In short, each of the penetrating portions 13Aa, 15Aa, 17Aa, and 19Aa only needs to have a portion that does not overlap along the air flow direction in the air
また、第1の実施形態と同様に、空気供給管21Aが導電性部材であれば、空気供給管21Aと各バスバー13A,15A,17A,19Aとの間に絶縁部材が必要であり、空気供給管21Aが非導電性部材であれば、絶縁部材は不要となる。
Similarly to the first embodiment, if the
図3は、本発明の第3の実施形態を示す。第3の実施形態は、燃料電池スタック1を断熱容器29内に収容している。これにより、燃料電池スタック1は、発電動作に必要な高温状態が安定的に保たれる。断熱容器29の外部に空気供給管21Bを配置している。空気供給管21Bは、インバータ5よりも断熱容器29(燃料電池スタック1)に近い位置にある。
FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention. In the third embodiment, the
ここでの空気供給管21Bは、内部の空気供給流路25Bが断面ほぼ正方形となっている。空気供給流路25Bの上部に、放熱部としての複数の放熱フィン31を収容固定している。複数の放熱フィン31は、空気供給流路25B内の空気の流れ方向に沿って延設されている。
The
空気供給管21Bの上面には、放熱板33を接合固定し、放熱板33の上に電気的に絶縁された状態で正極バスバー13B及び負極バスバー15Bを接触させて接続している。すなわち、正極バスバー13B及び負極バスバー15Bは、空気供給管21Bの外壁の外部に熱的に結合されている。
A heat radiating plate 33 is bonded and fixed to the upper surface of the
この場合、正極バスバー13B及び負極バスバー15Bは、断熱容器29に対して電気的に絶縁された状態で貫通している。さらに、正極バスバー13B及び負極バスバー15Bと、空気供給管21Bの空気供給流路25Bを流れる空気との間で熱交換する放熱フィン31が、空気供給管21Bの空気供給流路25B内に設けられている。
In this case, the positive
第3の実施形態は、正極バスバー13B及び負極バスバー15Bと、空気供給流路25Bを流れる空気との間で、放熱フィン31及び放熱板33を介して熱交換する熱交換部10Bを備えている。これにより、第1の実施形態と同様に、正極バスバー13B及び負極バスバー15Bが、一つの空気供給管21Bを利用して冷却されるので、冷却構造の小型化を達成できる。
3rd Embodiment is provided with the
第3の実施形態は、放熱フィン31及び放熱板33を備える熱交換部10Bが、断熱容器29の外部に配置されることになる。これにより、燃料電池スタック1を収容する断熱容器29の内部と、熱交換部10Bが設けられる外部の空気とを、断熱層によって隔離することができ、断熱容器29の内部の温度を、燃料電池スタック1に適するより高温に維持することができる。
In the third embodiment, the
第3の実施形態は、正極バスバー13B及び負極バスバー15Bと、空気との間で熱交換する熱交換部10Bは、インバータ5よりも燃料電池スタック1に近い位置に配置されている。この場合、正極バスバー13B及び負極バスバー15Bが、より高温側で熱交換することになり、空気との間の熱交換性能がより向上する。
In the third embodiment, the
正極バスバー13B及び負極バスバー15Bと、空気との間で熱交換する熱交換部10Bを、インバータ5よりも燃料電池スタック1に近い位置に配置することで、正極バスバー13B及び負極バスバー15Bは、熱交換後の低温部の割合が、熱交換前の高温部の割合よりも多くなる。これにより、正極バスバー13B及び負極バスバー15Bは、導体としての導電性が向上して導体損失が低減し、燃料電池システムの運転効率が向上する。
The positive
第3の実施形態は、正極バスバー13B及び負極バスバー15Bと、空気との間で熱交換する際に、放熱フィン31及び放熱板33を介して行っている。この場合、放熱フィン31及び放熱板33によって熱交換面積が拡大し、正極バスバー13B及び負極バスバー15Bと、空気との間の熱交換性能を向上させることができる。
In the third embodiment, when heat exchange is performed between the positive
なお、図第3の実施形態は、複数の放熱フィン31に代えて、多孔質の部材を放熱部として使用してもよい。
In the third embodiment shown in FIG. 3, a porous member may be used as the heat radiating portion instead of the plurality of
図4は、本発明の第4の実施形態を示す。第4の実施形態は、第3の実施形態と同様に、燃料電池スタック1を断熱容器29内に収容している。これにより、燃料電池スタック1は、発電動作に必要な高温状態を安定的に保たれる。断熱容器29の外部に空気供給管21Cを配置している。空気供給管21Cは、インバータ5よりも断熱容器29(燃料電池スタック1)に近い位置にある。
FIG. 4 shows a fourth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment, as in the third embodiment, the
空気供給管21Cは、第1の実施形態と同様に、断面が円形であり、断面円形の空気供給管21Cの直径部分に正極バスバー13C及び負極バスバー15Cが貫通している。正極バスバー13C及び負極バスバー15Cの空気供給流路25C内に位置する部分13Ca,15Caは、放熱用の突起となるフィン13Caf,15Cafを備えている。フィン13Caf,15Cafは、部分13Ca,15Caの延長方向のほぼ中央に位置している。
As in the first embodiment, the
空気供給管21Cの断熱容器29側には、空気供給管21Cと、正極バスバー13C及び負極バスバー15Cとの間を断熱するための断熱部材35を取り付けている。断熱部材35を設けることによって、空気供給管21Cは、耐熱温度を特に考慮せずにより安価なものを使用できる。
A
断熱部材35は、正極バスバー13Cと負極バスバー15Cとの配列方向に沿って長い直方体形状であり、空気供給管21C側が開口する開口部35aを備えている。開口部35aに対向する部分の空気供給管21Cには、空気供給流路25Cと連通する開口孔21Caが形成され、開口孔21Caと開口部35aとは互いに連通している。
The
断熱部材35は、開口部35a側の端部周縁35bを、空気供給管21Cの開口孔21Caの周縁に密接させた状態で接合固定している。断熱部材35の開口部35aと反対の断熱容器29側の壁部に、正極バスバー13C及び負極バスバー15Cが電気的に絶縁された状態で貫通している。
The
第4の実施形態は、正極バスバー13Cと負極バスバー15Cが、空気との間で熱交換する熱交換部10Cに、放熱用のフィン13Caf,15Cafを備えている。このため、正極バスバー13Cと負極バスバー15Cは放熱面積がその分増大して熱交換性能が向上する。
In the fourth embodiment, the positive
なお、正極バスバー13Cと負極バスバー15Cは、フィン13Caf,15Cafを設ける構成に代えて、多孔質形状や表面粗度を粗くした形状として放熱面積が増大するようにしてもよい。
Note that the positive
また、第4の実施形態は、空気供給管21Cと、燃料電池スタック1の熱を受ける正極バスバー13C及び負極バスバー15Cとの間に断熱部材35を設けている。断熱部材35を設けることで、空気供給管21Cは、コスト高となる耐熱温度が高い材料を使用する必要がなくなり、コスト低下を図ることができる。
In the fourth embodiment, the
さらに、断熱部材35は、空気供給管21Cの燃料電池スタック1に近い側にのみ設け、インバータ5に近い側には設けていない。空気供給管21Cの燃料電池スタック1に近い側は、インバータ5に近い側に比較して高温となる。高温となる燃料電池スタック1に近い側にのみ断熱部材35を設けることで、断熱効果を維持しつつ、部品点数の増大を抑えることができる。
Furthermore, the
図5は、本発明の第5の実施形態を示す。第5の実施形態は、第4の実施形態と同様に、燃料電池スタック1を断熱容器29内に収容し、さらに空気供給管21Dの断熱容器29側に、空気供給管21Dと、正極バスバー13D及び負極バスバー15Dとの間を断熱するための断熱部材35を取り付けている。
FIG. 5 shows a fifth embodiment of the present invention. In the fifth embodiment, similarly to the fourth embodiment, the
空気供給管21Dは、正極バスバー13D及び負極バスバー15Dが貫通して構成される熱交換部10Dを備えている。正極バスバー13Dは、空気供給管21Dを貫通する部分より燃料電池スタック1側が、高耐熱性の材料で構成した高耐熱部13Daとし、空気供給管21Dを貫通する部分よりインバータ5側が、低耐熱性の材料で構成した低耐熱部13Dbとしている。
The
同様にして、負極バスバー15Dは、空気供給管21Dを貫通する部分より燃料電池スタック1側が、高耐熱材料で構成した高耐熱部15Daとし、空気供給管21Dを貫通する部分よりインバータ5側が、低耐熱材料で構成した低耐熱部15Dbとしている。
Similarly, in the negative
高耐熱部13Da,15Daは、空気供給管21D内の空気供給流路25Dからインバータ5側に突出しており、この突出した端部を、低耐熱部13Db,15Dbの端部に重ね合わせてボルト37によって結合する。
The high heat resistance portions 13Da and 15Da protrude from the air
空気供給管21Dの熱交換部10Dと燃料電池スタック1との間の空気供給管21Dには、空気供給器となる、図1に示したものと同様な空気送風用補機23を設けている。空気送風用補機23を作動させることによって、空気供給管21D内の空気供給流路25Dを流れる空気が燃料電池スタック1に供給される。
The
空気供給管21Dにおける熱交換部10Dよりも上流側には、エアフィルタ41を設けている。エアフィルタ41よりも下流で、熱交換部10Dよりも上流には、燃料電池スタック1に供給する空気の量を検出する空気流量検出器43を設置している。
An
第5の実施形態は、空気供給管21Dの正極バスバー13D及び負極バスバー15Dが貫通する位置にある熱交換部10Dが、エアフィルタ41の下流に設けられている。このため、熱交換部10Dには、塵埃などの汚損物や水分がエアフィルタ41によって除去された状態の空気が送られる。
In the fifth embodiment, a
これにより、空気と熱交換する正極バスバー13D及び負極バスバー15Dは、塵埃などの汚損物や水分の付着を抑制でき、電気的な絶縁性の悪化や、熱交換性能の低下を抑制できる。
Thus, the positive
第5の実施形態は、空気供給管21Dの正極バスバー13D及び負極バスバー15Dが貫通する位置にある熱交換部10Dが、燃料電池スタック1に供給する空気の量を検出する空気流量検出器43の下流に設けられている。
In the fifth embodiment, the
空気流量検出器43により空気流量を精度よく検出するには、空気の温度を一定の基準温度内に安定させる必要がある。図5に示したように、空気流量検出器43を熱交換部10Dの上流に配置することで、熱交換部10Dによって熱交換する前の安定した温度の空気を検出することになり、空気流量の検出精度が高まる。
In order to accurately detect the air flow rate by the air
正、負極バスバー13D,15Dは、空気供給管21Dを貫通する部分を含み、当該貫通する部分より燃料電池スタック1側を高耐熱部13Da,15Daとし、空気供給管21Dを貫通する部分よりインバータ5側を低耐熱部13Db,15Dbとしている。
The positive and
これにより、より高温となる燃料電池スタック1側での正、負極バスバー13D,15Dの耐熱性を確保できる一方、より低温となるインバータ5側での導電性を確保でき、耐熱性と導電性とを両立させることができる。正、負極バスバー13D,15Dの全体を高耐熱部とするとコストアップを招いて全体の導電性が悪化し、正、負極バスバー13D,15Dの全体を低耐熱部とすると全体の耐熱性が悪化する。
As a result, the heat resistance of the positive and
図6は、本発明の第6の実施形態を示す。第6の実施形態は、燃料電池自動車45に本発明を適用している。なお、図6中の矢印FRで示す方向が、燃料電池自動車45の車両前方である。
FIG. 6 shows a sixth embodiment of the present invention. In the sixth embodiment, the present invention is applied to a
燃料電池自動車45は、車両前部に車両を駆動するためのモータ47を搭載し、車両前後方向ほぼ中央の床下に、モータ47に電力を供給する蓄電池49を搭載している。燃料電池スタック1は、車両の図示しない後席下の後方に配置している。
The
燃料電池スタック1の前方にインバータ5を配置し、燃料電池スタック1とインバータ5とを、正極バスバー13及び負極バスバー15によって互いに接続する。この場合、正極バスバー13及び負極バスバー15は、燃料電池スタック1から車両前方へ向けて延設されている。
An
空気供給管21Eは、燃料電池スタック1とインバータ5との間で車幅方向に向けて延設されている。空気供給管21Eに対し、図1に示した第1の実施形態と同様に、正極バスバー13及び負極バスバー15が貫通しており、この貫通部分が、空気と正極バスバー13及び負極バスバー15との間で熱交換する熱交換部10Eとなる。
The
熱交換部10Eと燃料電池スタック1との間の空気供給管21Eには、図5に示したものと同様な空気供給器となる空気送風用補機23を設けている。空気送風用補機23を作動させることによって、空気供給管21E内の空気供給流路25Eを流れる空気が燃料電池スタック1に供給される。燃料電池スタック1及び、燃料電池スタック1に空気を供給するための空気送風用補機23は、空気供給管21Eの延設方向に沿って配置されていることになる。
The
燃料電池自動車45の車体における後席のドア開口部51の後方には、空気供給管21Eに下端が連通する吸気通路53を設けている。後席ドアのドア開口部51の前方には、センタピラー55があり、後方にはリヤピラー57がある。したがって、吸気通路53は、センタピラー55とリヤピラー57との間に位置する。
An
吸気通路53の上端に設けてある空気供給口としての吸気口53aは、吸気通路53の下端よりも車両後方に位置している。このため吸気通路53は、車両側方から見て、上端の吸気口53aが下端よりも車両後方となるよう傾斜している。吸気通路53の上端に位置する吸気口53aは、車体のホイールハウス59よりも高い位置に設定されて、車体外部に開口している。
An
なお、図6においては、図1に示した第1の実施形態と同様に、燃料電池スタック1に燃料を供給するための燃料供給系は省略している。また、第6の実施形態は、図5に示した第5の実施形態と同様に、エアフィルタ及び空気流量検出器を設置しているものとする。
In FIG. 6, the fuel supply system for supplying fuel to the
図6において、燃料電池スタック1を運転する際には、空気送風用補機23が作動することによって、外部の空気が、吸気口53aから吸気通路53を経て空気供給管21Eに導入され、燃料電池スタック1に供給される。燃料電池スタック1は、供給された空気中の酸素と、別途供給される燃料とが反応して発電する。
In FIG. 6, when operating the
吸気口53aから空気供給管21Eに導入された空気は、第1の実施形態と同様にして正極バスバー13及び負極バスバー15との間で熱交換し、正極バスバー13及び負極バスバー15は、一つの熱交換部10Eにおいて、一つの空気供給管21Eを流れる空気によって冷却される。このため、第6の実施形態においても、複数の導体である正、負極バスバー13,15を一つの熱交換部10Eにより冷却しているので、冷却構造の小型化を達成できる。
The air introduced into the
第6の実施形態は、燃料電池スタック1は、燃料電池自動車45の後席下の後方側に配置され、正極バスバー13及び負極バスバー15は、燃料電池スタック1から車両前方へ向けて延設され、空気供給管21Eは、車幅方向に向けて延設されている。
In the sixth embodiment, the
これにより、正極バスバー13及び負極バスバー15の延設位置に空気供給管21Eを直線状に効率よく配置でき、空気供給管21Eの短縮化及び、空気が流れる際の圧力損失を低減できる。その結果、燃料電池システムの小型化及び高効率化を達成できる。
Thereby, the
また、空気供給管21Eは、車幅方向に向けて直線状に延設することで、空気の流れがより安定したものとなり、空気流量検出器による空気の検出精度が向上する。さらに、空気供給管21Eが車幅方向に向けて直線状に延設されることで、エアフィルタの配置位置としては、選択範囲が広がって容易に確保することができる。
In addition, the
また、第6の実施形態は、燃料電池スタック1及び、燃料電池スタック1に空気を供給するための空気送風用補機23は、空気供給管21Eの延設方向に沿って配置されている。これにより、空気供給管21Eの短縮化及び、空気が流れる際の圧力損失を低減できる。その結果、燃料電池システムの小型化及び高効率化を達成できる。
In the sixth embodiment, the
さらに、第6の実施形態は、空気供給管21Eの空気供給流路25Eに空気を供給する吸気口53aは、後席ドアの後方でかつホイールハウス59よりも高い位置に配置されている。これにより、後席ドアの開口部51を確保しつつ、車両浸水時における空気供給流路25Eへの水の浸入を抑制できる。
Furthermore, in the sixth embodiment, the
以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は本発明の理解を容易にするために記載された単なる例示に過ぎず、本発明は当該実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的範囲は、上記実施形態で開示した具体的な技術事項に限らず、そこから容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術なども含む。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, these embodiment is only the illustration described in order to make an understanding of this invention easy, and this invention is not limited to the said embodiment. The technical scope of the present invention is not limited to the specific technical matters disclosed in the above embodiment, but includes various modifications, changes, alternative techniques, and the like that can be easily derived therefrom.
例えば、図1の第1の実施形態及び図2の第2の実施形態では、燃料電池スタック及びインバータをそれぞれ二つずつ設けるものとして説明したが、一つずつでもよく、三つずつ以上でもよい。また、図3〜図6に示した各実施形態では、燃料電池スタック及びインバータがそれぞれ一つずつの場合を説明したが、燃料電池スタック及びインバータを複数設けた場合にも各実施形態を適用できる。 For example, in the first embodiment of FIG. 1 and the second embodiment of FIG. 2, it has been described that two fuel cell stacks and two inverters are provided, but one may be provided, or three or more may be provided. . Moreover, although each embodiment shown in FIGS. 3-6 demonstrated the case where the fuel cell stack and the inverter were each one, each embodiment is applicable also when multiple fuel cell stacks and an inverter are provided. .
1 第1の燃料電池スタック(燃料電池)
3 第2の燃料電池スタック(燃料電池)
5 第1のインバータ(電力変換器)
7 第2のインバータ(電力変換器)
9,11 三相交流モータ(負荷)
10,10A,10B,10C,10D,10E,20,20A 熱交換部
13,13A,13B,13C,13D,17 正極バスバー(正極導体)
13Caf,15Caf フィン(放熱用の突起)
15,15A,15B,15C,15D,19 負極バスバー(負極導体)
21,21A,21B,21C,21D,21E 空気供給管(流路構造体)
25,25A,25B,25C,25D,25E 空気供給流路
29 断熱容器
31 放熱フィン(放熱部)
35 断熱部材
41 エアフィルタ
43 空気流量検出器
47 モータ
51 後席のドア開口部
53a 吸気口(空気供給口)
59 ホイールハウス
1 First fuel cell stack (fuel cell)
3 Second fuel cell stack (fuel cell)
5 First inverter (power converter)
7 Second inverter (power converter)
9,11 Three-phase AC motor (load)
10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 20,
13Caf, 15Caf fins (projection for heat dissipation)
15, 15A, 15B, 15C, 15D, 19 Negative bus bar (negative conductor)
21, 21A, 21B, 21C, 21D, 21E Air supply pipe (channel structure)
25, 25A, 25B, 25C, 25D, 25E Air
35
59 Wheelhouse
Claims (15)
前記燃料電池で発電した電力を変換して負荷へ供給する電力変換器と、
前記燃料電池で発電した電力を前記電力変換器に送電するための正極導体及び負極導体と、
前記燃料電池に空気を供給する空気供給流路を備える流路構造体と、
前記正極導体及び負極導体が前記流路構造体の空気供給流路を流れる空気と熱交換する熱交換部と、を備え、
前記燃料電池が複数設けられ、
前記複数の燃料電池それぞれの前記正極導体及び負極導体が前記流路構造体の空気供給流路を流れる空気と熱交換することを特徴とする燃料電池の導体冷却構造。 A fuel cell that generates electricity by reacting fuel and oxygen in the air; and
A power converter that converts the power generated by the fuel cell and supplies it to a load;
A positive electrode conductor and a negative electrode conductor for transmitting the power generated by the fuel cell to the power converter;
A flow path structure including an air supply flow path for supplying air to the fuel cell;
A heat exchanging part that exchanges heat between the positive electrode conductor and the negative electrode conductor and the air flowing through the air supply flow path of the flow path structure ,
A plurality of the fuel cells are provided,
Conductor cooling structure of a fuel cell, wherein Rukoto said positive conductor and negative conductor of each of the plurality of fuel cells to air heat exchange through the air supply channel of the channel structure.
前記正極導体及び負極導体と、前記流路構造体の空気供給流路を流れる空気との間で熱交換する放熱部が、前記流路構造体の空気供給流路内に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の導体冷却構造。 The positive electrode conductor and the negative electrode conductor are coupled to an outer wall of the flow path structure,
A heat dissipating part for exchanging heat between the positive electrode conductor and the negative electrode conductor and the air flowing through the air supply flow path of the flow path structure is provided in the air supply flow path of the flow path structure. 2. The conductor cooling structure for a fuel cell according to claim 1, wherein
前記熱交換部は前記断熱容器の外部に配置されていることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の燃料電池の導体冷却構造。 The fuel cell is housed in an insulated container;
Conductor cooling structure of a fuel cell according to any one of claims 1 to 7 wherein the heat exchanger is characterized in that it is arranged outside the insulating container.
前記燃料電池は、車両の後席下の後方側に配置され、
前記正極導体及び負極導体は、前記燃料電池から車両前方へ向けて延設され、
前記流路構造体は、車幅方向に向けて延設されていることを特徴とする請求項1ないし12のいずれか1項に記載の燃料電池の導体冷却構造。 The load is a motor that drives a vehicle equipped with the fuel cell,
The fuel cell is disposed on the rear side under the rear seat of the vehicle,
The positive electrode conductor and the negative electrode conductor are extended from the fuel cell toward the front of the vehicle,
The channel structure, the conductor cooling structure of a fuel cell according to any one of claims 1 to 12, characterized in that it is extended toward the vehicle width direction.
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