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JP2006216398A - 燃料電池車の冷却装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 エアコン用室外器の下流側にある燃料電池冷却用熱交換器の冷却効率が低下しない燃料電池車の冷却装置の提供。
【解決手段】（１） 燃料電池車のエアコン用室外器１２を燃料電池冷却用熱交換器１１より通過外気流れ方向上流に配置し、かつエアコン用室外器の高温部１２ａが燃料電池冷却用熱交換器に車両前方から見た正面視にて重ならないように、エアコン用室外器と燃料電池冷却用熱交換器とを互いに部分的にオフセットさせた燃料電池車の冷却装置１０。
（２） 燃料電池冷却用熱交換器１１の、エアコン用室外器の高温部と反対側端から正面視ではみ出た部分１１ａは、ファンシュラウド１７の外に配置されて走行風のみで冷却されるようになっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池車の冷却装置に関する。
特開２００３−１１８３９６号公報は、エアコン用室外器、燃料電池冷却用熱交換器を含む燃料電池自動車の冷却装置を開示している。
そこでは、図６に示すように、熱交換器を通過する外気の流れ方向に上流側から下流側に向かって、エアコン用室外器２、燃料電池冷却用熱交換器１の順で配置されている。その場合、エアコン用室外器２は燃料電池冷却用熱交換器１の前方に配置され、エアコン用室外器２の全域が正面視で（車両前方から見た時に）燃料電池冷却用熱交換器１とオーバーラップするように配置されている。
図６は、さらに、エアコン用室外器２の前方にＥＶ（Electric Vehicle) 系冷却用熱交換器３が配置され、燃料電池冷却用熱交換器１の後方に冷却ファン４が設けられた場合を示している。
特開２００３−１１８３９６号公報
しかし、ＣＯ2 冷媒を用いたエアコンシステムでは、冷房運転時、エアコン用室外器の入口付近（図６の符号「５」を付した部分）の冷媒温度が後方の燃料電池冷却用熱交換器の水温を上まわり、条件によっては、燃料電池冷却用熱交換器が、前方に位置するエアコン用室外器の高温部によって温められてしまう。その結果、燃料電池冷却用熱交換器は、エアコン用室外器の高温部の後方にある領域で、冷却効率が低下する。
本発明の目的は、エアコン用室外器と燃料電池冷却用熱交換器を熱交換器通過外気流れ方向に順に配置しても下流側にある燃料電池冷却用熱交換器の冷却効率が低下しない燃料電池車の冷却装置を提供することにある。
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１） 燃料電池車のエアコン用室外器を燃料電池冷却用熱交換器より通過外気流れ方向上流に配置し、かつエアコン用室外器の高温部が燃料電池冷却用熱交換器に車両前方から見た正面視にて重ならないように、エアコン用室外器と燃料電池冷却用熱交換器とを互いに部分的にオフセットさせた燃料電池車の冷却装置。
（２） 燃料電池車のエアコン用室外器を燃料電池冷却用熱交換器より通過外気流れ方向上流に配置し、かつエアコン用室外器の高温部が燃料電池冷却用熱交換器に熱交換器への冷却風の流れ方向から見た正面視にて重ならないように、エアコン用室外器と燃料電池冷却用熱交換器とを互いに部分的にオフセットさせた燃料電池車の冷却装置。
（３） 燃料電池冷却用熱交換器の、エアコン用室外器の高温部と反対側端から正面視ではみ出た部分は、ファンシュラウドの外に配置されて走行風のみで冷却されるようになっている（１）または（２）記載の燃料電池車の冷却装置。
（４） エアコンがＣＯ2 冷媒を用いており、前記エアコン用室外器の高温部は、ＣＯ2 冷媒温が燃料電池冷却水温より高い部分である（１）または（２）または（３）記載の燃料電池車の冷却装置。
上記（１）、（２）、（４）の燃料電池車の冷却装置によれば、エアコン用室外器の高温部が燃料電池冷却用熱交換器の前方からオフセットして外れているので、エアコン用室外器高温部を通過して温まっているエアコン用室外器高温部通過風が燃料電池冷却用熱交換器のコアを通過することがなく、燃料電池冷却用熱交換器の冷却性能が低下することはない。
上記（３）、（４）の燃料電池車の冷却装置によれば、燃料電池冷却用熱交換器の、エアコン用室外器の高温部と反対側端から正面視ではみ出た部分は、ファンシュラウドの外に配置されており、冷却ファンを大型化することなく、エアコン用室外器を必ず冷却することができる。
また、燃料電池冷却用熱交換器の、ファンシュラウドの外に配置されている部分は、車両走行風により冷却される。車両走行風による冷却は、車両高速域で冷却性能が増大する。一方、燃料電池は高速域で大きな冷却性能が要求される。したがって、燃料電池冷却用熱交換器の、ファンシュラウドの外に配置されている部分の、車両走行風による冷却は、燃料電池の要求冷却性能と合致するため、高速域において、効果的に燃料電池を冷却することができる。
車両低速域、アイドリング時には、燃料電池の要求冷却性能は小さいため、燃料電池冷却用熱交換器の、ファンシュラウド内にある部分で、ファンによる吸引風で燃料電池を十分に冷却でき、問題は生じない。
以下に、本発明の燃料電池車の冷却装置を、図１〜図５を参照して説明する。
図１、図２は本発明の実施例１を示し、図３は本発明の実施例２を示し、図４、図５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構成部分には、本発明の全実施例にわたって同じ符号を付してある。
〔本発明の全実施例の共通構成と共通作用〕
まず、本発明の全実施例の共通構成を、図１、図２、図４を参照して、説明する。
図１に示すように、本発明の燃料電池車の冷却装置１０は、燃料電池冷却用熱交換器１１と、エアコン用室外器１２と、冷却ファン１４を、有する。燃料電池車の冷却装置１０は、通常、ＥＶ系冷却用熱交換器１３を有する。
燃料電池車には、冷却ファン１４より後方に、燃料電池（スタック）１５、インバータ１６が搭載されている。燃料電池１５の冷媒（通常、冷却水）は配管を介して燃料電池冷却用熱交換器１１に循環され熱交換器通過外気と熱交換されて冷却される。インバータ１６や車輪駆動用モータの冷媒は配管を介してＥＶ系冷却用熱交換器１３に循環され熱交換器通過外気と熱交換されて冷却される。エアコンの冷媒はたとえばＣＯ2 で、エアコン用室外器１２に循環され熱交換器通過外気と熱交換されて冷却される。
燃料電池冷却用熱交換器１１、エアコン用室外器１２、冷却ファン１４、ＥＶ系冷却用熱交換器１３は、燃料電池車のフロントコンパートメントに配置されている。
熱交換器通過外気はファン吸引風、車両走行風を含む。
燃料電池１５の要求冷却性能は、車両高速域では大、車両低速域、アイドリング時には小である。
エアコンの要求冷却性能は、車両速度に無関係にほぼ一定である。
燃料電池冷却用熱交換器１１とエアコン用室外器１２と冷却ファン１４は、車両前側から後方に向かって、エアコン用室外器１２、燃料電池冷却用熱交換器１１、冷却ファン１４の順で配置される。したがって、燃料電池車のエアコン用室外器１２は、燃料電池冷却用熱交換器１１より通過外気流れ方向上流に配置される。
ＥＶ系冷却用熱交換器１３が設けられる場合は、ＥＶ系冷却用熱交換器１３は、エアコン用室外器１２の前側に、したがって、エアコン用室外器１２より通過外気流れ方向上流に配置される。
ＣＯ2 冷媒を用いたエアコンシステムでは、冷房運転時、エアコン室用外器１２の入口付近部分１２ａの冷媒温度が後方の燃料電池冷却用熱交換器１１の水温を上回る。ＣＯ2 冷媒を用いたエアコン室用外器１２の冷媒温度が後方の燃料電池冷却用熱交換器１１の水温を上回る部分を高温部１２ａと呼ぶこととする。
そして、エアコン室用外器１２の高温部１２ａが燃料電池冷却用熱交換器１１に車両前方から見た正面視にて重ならないように、エアコン用室外器１２と燃料電池冷却用熱交換器１１とが部分的に互いにオフセットされている。ただし、エアコン用室外器１２のうち高温部１２ａ以外の部分１２ｂと燃料電池冷却用熱交換器１１の一部とは正面視で重なってもよく、図示例では、エアコン用室外器１２のうち高温部１２ａ以外の部分１２ｂは燃料電池冷却用熱交換器１１の一部１１ｂ（後述するファンシュラウド１７の内側にある部分）と正面視で重なっている。エアコン用室外器１２と燃料電池冷却用熱交換器１１との部分的オフセットは、エアコン用室外器１２と燃料電池冷却用熱交換器１１とを、車両左右方向に、または車両上下方向に（車両左右方向と車両上下方向の両方向の場合は、車両左右方向と車両上下方向の何れの場合にも含まれる）、部分的に互いにずらすことにより行われる。
冷却ファン１４には、冷却ファン１４部位から前方に向かって延びるファンシュラウド１７が設けられている。ファンシュラウド１７は、前方に、エアコン室用外器１２の外周まで延びており、冷却ファン１４の吸引風が、全量、エアコン室用外器１２を通過するようにしてある。
エアコン用室外器１２と燃料電池冷却用熱交換器１１とが互いにオフセットされているので、燃料電池冷却用熱交換器１１のうちエアコン用室外器１２と正面視にて重ならない部分１１ａは、ファンシュラウド１７の外側にはみ出す。図示例では、燃料電池冷却用熱交換器１１の、エアコン用室外器１２の高温部１２ａと反対側端から正面視ではみ出た部分１１ａを、ファンシュラウド１７の外側にはみ出させ、ラム圧口部としてある。燃料電池冷却用熱交換器１１の、エアコン用室外器１２の高温部１２ａと反対側端から正面視ではみ出た部分１１ａは、車両走行風のみで冷却される。該部分１１ａをファン吸引風は通過しない。
燃料電池の、車両低速走行時およびアイドル運転時の要求冷却性能は小で、車両高速走行時の要求冷却性能は大である。
燃料電池冷却用熱交換器１１のうちファンシュラウド１７内にある部分１１ｂは、車両低速走行時およびアイドル運転時の要求冷却性能を満足させることができるコア面積を有している。車両低速走行時には、ファンシュラウド１７外にある部分１１ａの冷却性能はほとんど期待できず、車両停止時には、ファンシュラウド１７外にある部分１１ａの冷却性能はまったく期待できない。
燃料電池冷却用熱交換器１１のうちファンシュラウド１７外にある部分１１ａは、ファンシュラウド１７内にある部分１１ｂと協働して、車両高速走行時の要求冷却性能を満足させることができるコア面積、冷却性能を有している。車両高速走行時には、走行風量、風速が大であるため、ファンシュラウド１７外にある部分１１ａも大となり、高速時は発電量も大で、要求冷却性能も大となる燃料電池の要求冷却性能と合致する。
本発明の全実施例の共通作用・効果を説明する。
本発明の燃料電池車の冷却装置１０では、エアコン用室外器１２の高温部１２ａが燃料電池冷却用熱交換器１１の前方からオフセットして外れているので、エアコン用室外器１２の高温部１２ａを通過して温まっているエアコン用室外器高温部通過風が燃料電池冷却用熱交換器１１のコアを通過して燃料電池冷却用熱交換器１１を温めてしまうことがなく、燃料電池冷却用熱交換器１１のファンシュラウド１７内にある部分１１ｂの冷却性能が低下することはない。
また、燃料電池冷却用熱交換器１１の前方にあるのは、エアコン用室外器１２の高温部１２ａ以外の部分１２ｂであるので、エアコン用室外器１２の部分１２ｂを通過して燃料電池冷却用熱交換器１１のファンシュラウド内部分１１ｂに流れる風と燃料電池冷却用熱交換器１１のファンシュラウド内部分１１ｂを流れる燃料電池冷却水との気水温度差が大きくなり、燃料電池冷却用熱交換器１１のファンシュラウド内部分１１ｂの放熱性が向上する。
とくに、ＣＯ2 冷媒のエアコンの冷房運転時で、車両低速走行時またはアイドル時の、燃料電池冷却用熱交換器１１の冷却性能が向上する。
また、本発明の燃料電池車の冷却装置１０では、燃料電池冷却用熱交換器１１の、エアコン用室外器１２の高温部１２ａと反対側端から正面視ではみ出た部分１１ａは、ファンシュラウド１７の外に配置されているので、ファンシュラウド１７が、エアコン用室外器１２と燃料電池冷却用熱交換器１１の両方の正面視面積分を覆う必要がなく、エアコン用室外器１２の正面視面積分だけを覆えばよいため、ファンシュラウド１７、冷却ファン１４を従来に比べて大型化することなく、冷却ファン１４でエアコン用室外器１２を必ず冷却することができる。
また、燃料電池冷却用熱交換器１１の、ファンシュラウド１７の外に配置されている部分１１ａ（ラム圧口部）は、車両走行風により冷却される。車両走行風による冷却は、車両高速域で風量、風速が増大するので、ファンシュラウド１７の外に配置されている部分１１ａの冷却性能が増大する。一方、燃料電池は、高速域で発電量、発熱量が大となるので、高速域で大きな冷却性能が要求される。したがって、燃料電池冷却用熱交換器１１の、ファンシュラウド１７の外に配置されている部分１１ａの、車両走行風による冷却は、燃料電池の要求冷却性能と合致するため、高速域において、効果的に燃料電池を冷却することができる。
車両低速域、アイドリング時には、燃料電池の要求冷却性能は小さいため、燃料電池冷却用熱交換器１１の、ファンシュラウド１７内にある部分１１ｂで、冷却ファン１４による吸引風で燃料電池を十分に冷却でき、問題は生じない。
つぎに、本発明の各実施例に特有な構成、作用・効果を説明する。
〔実施例１〕−−−図１、図２
本発明の実施例１では、図１、図２に示すように、エアコン用室外器１２と燃料電池冷却用熱交換器１１との部分的オフセットは、エアコン用室外器１２と燃料電池冷却用熱交換器１１とを、車両左右方向に、部分的に互いにずらすことにより行われる。本発明の実施例１ではファンシュラウド１７はなくてもよい。
本発明の実施例１の作用・効果については、車両のフロントコンパートメントは、高さより車両左右方向寸法が大きいので、エアコン用室外器１２と燃料電池冷却用熱交換器１１とを車両左右方向に容易にオフセットさせることができる。
〔実施例２〕−−−図３
本発明の実施例２では、図３に示すように、エアコン用室外器１２と燃料電池冷却用熱交換器１１との部分的オフセットは、エアコン用室外器１２と燃料電池冷却用熱交換器１１とを、車両左右方向に、部分的に互いにずらすことにより行われる。本発明の実施例２ではファンシュラウド１７が必須である。
燃料電池冷却用熱交換器１１の、エアコン用室外器１２の高温部１２ａと反対側端から正面視ではみ出た部分１１ａは、ファンシュラウド１７から車両左右方向にはみ出ている。
本発明の実施例２の作用・効果については、燃料電池冷却用熱交換器１１の、エアコン用室外器１２の高温部１２ａと反対側端から正面視ではみ出た部分１１ａは、ファンシュラウド１７から車両左右方向にはみ出ているため、エアコン用室外器１２を通過した風が燃料電池冷却用熱交換器１１の部分１１ａを通過することがなく、燃料電池冷却用熱交換器１１の部分１１ａでの気水温度差を大きくとることができ、放熱性が向上する。
〔実施例３〕−−−図４、図５
本発明の実施例３では、図４、図５に示すように、エアコン用室外器１２と燃料電池冷却用熱交換器１１との部分的オフセットは、エアコン用室外器１２と燃料電池冷却用熱交換器１１とを、上下方向に、部分的に互いにずらすことにより行われる。燃料電池冷却用熱交換器１１の、エアコン用室外器１２の高温部１２ａと反対側端から正面視ではみ出た部分１１ａは、エアコン用室外器１２の高温部１２ａと反対側端から、およびファンシュラウド１７から、下方向にはみ出ており、このはみ出し部１１ａには、バンパ下方のエア取り入れ口１８からの走行風が直接あたる。
本発明の実施例３の作用・効果については、エアコン用室外器１２のチューブが、通常、左右方向に延びているので、高温部１２ａと低温部１２ｂとの境界線を、燃料電池冷却用熱交換器１１の上端面に容易に対応させることができ、高温部１２ａのみの燃料電池冷却用熱交換器１１からのオフセットが容易である。
また、燃料電池冷却用熱交換器１１のはみ出し部分１１ａをエアコン用室外器１２から下方に配置させることができ、その部位は、バンパ下方のエア取り入れ口１８の後方になって走行風を多量に取り入れることができる部位であるため、高速域での燃料電池冷却用熱交換器１１の部分１１ａの放熱性能を容易に向上させることができる。
本発明の実施例１の燃料電池車の冷却装置の平面図である。 本発明の実施例１の燃料電池車の冷却装置のエアコン用室外器の正面図である。 本発明の実施例２の燃料電池車の冷却装置の平面図である。 本発明の実施例３の燃料電池車の冷却装置の側面図である。 本発明の実施例３の燃料電池車の冷却装置のエアコン用室外器の正面図である。 従来の燃料電池車の冷却装置の平面図である。
符号の説明
１０ 燃料電池車の冷却装置
１１ 燃料電池冷却用熱交換器
１１ａ 燃料電池冷却用熱交換器の、エアコン用室外器の高温部と反対側端から正面視ではみ出た部分
１１ｂ 燃料電池冷却用熱交換器のファンシュラウドの内側にある部分
１２ エアコン用室外器
１２ａ 高温部
１２ｂ エアコン用室外器のうち高温部以外の部分
１３ ＥＶ系冷却用熱交換器
１４ 冷却ファン
１５ 燃料電池（スタック）
１６ インバータ
１７ ファンシュラウド
１８ バンパ下方のエア取り入れ口

Claims (4)

  1. 燃料電池車のエアコン用室外器を燃料電池冷却用熱交換器より通過外気流れ方向上流に配置し、かつエアコン用室外器の高温部が燃料電池冷却用熱交換器に車両前方から見た正面視にて重ならないように、エアコン用室外器と燃料電池冷却用熱交換器とを互いに部分的にオフセットさせた燃料電池車の冷却装置。
  2. 燃料電池車のエアコン用室外器を燃料電池冷却用熱交換器より通過外気流れ方向上流に配置し、かつエアコン用室外器の高温部が燃料電池冷却用熱交換器に熱交換器への冷却風の流れ方向から見た正面視にて重ならないように、エアコン用室外器と燃料電池冷却用熱交換器とを互いに部分的にオフセットさせた燃料電池車の冷却装置。
  3. 燃料電池冷却用熱交換器の、エアコン用室外器の高温部と反対側端から正面視ではみ出た部分は、ファンシュラウドの外に配置されて走行風のみで冷却されるようになっている請求項１または請求項２記載の燃料電池車の冷却装置。
  4. エアコンがＣＯ2 冷媒を用いており、前記エアコン用室外器の高温部は、ＣＯ2 冷媒温が燃料電池冷却水温より高い部分である請求項１または請求項２または請求項３記載の燃料電池車の冷却装置。
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