专利名称：燃料电池车辆的冷却装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种车辆的冷却装置。
背景技术：
日本专利公开文件2003-118396披露了一种燃料电池车辆的冷却装置，包括空调器用室外(外部)热交换器和燃料电池冷却用热交换器。
如图6所示，在该装置中，沿着空气流经热交换器的流动方向从上游朝着下游按顺序设置空调器用室外热交换器2和燃料电池冷却用热交换器1。空调器用室外热交换器2设置在燃料电池冷却用热交换器1的前面，从而当从车辆的前方观察时，在热交换器的正视图中，空调器用室外热交换器2的整个部分与燃料电池冷却用热交换器1重叠。
图6还显示了，电动车辆系统冷却用热交换器3设置在空调器用室外热交换器2的前面，且冷却风扇4设置在燃料电池冷却用热交换器1的后面。
然而，在使用CO2冷却剂的空调系统中，在冷却运行期间，与空调器用室外热交换器的入口毗邻的一部分(图6中由参考标号5表示的部分)的温度变得高于位于空调器用室外热交换器的后侧的燃料电池冷却用热交换器中的冷却水的温度，从而燃料电池冷却用热交换器被位于燃料电池冷却用热交换器的前方的空调器用室外热交换器的高温部加热。结果是，在位于空调器用室外热交换器的高温部的后侧的区域处，燃料电池冷却用热交换器的冷却效率降低。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种燃料电池车辆的冷却装置，其中，虽然空调器用室外热交换器和燃料电池冷却用热交换器以此顺序沿着空气流过热交换器的流动方向布置，但位于空调器用室外热交换器的下游的燃料电池冷却用热交换器的冷却效率并不降低。
上述目的通过如下所述的本发明来实现(1)一种燃料电池车辆的冷却装置，它包括燃料电池冷却用热交换器；和具有高温部的空调器用室外热交换器。
该空调器用室外热交换器在流通空气的流动方向上设置在所述燃料电池冷却用热交换器的上游，并且所述空调器用室外热交换器和所述燃料电池冷却用热交换器彼此部分地偏置，使得所述空调器用室外热交换器的高温部与所述燃料电池冷却用热交换器在从所述车辆的前方看时的前视图中不相重叠。
(2)一种燃料电池车辆的冷却装置，它包括燃料电池冷却用热交换器；和具有高温部的空调器用室外热交换器。
该空调器用室外热交换器在流通空气的流动方向上设置在所述燃料电池冷却用热交换器的上游，并且所述空调器用室外热交换器和所述燃料电池冷却用热交换器彼此部分地偏置，使得所述空调器用室外热交换器的高温部与所述燃料电池冷却用热交换器在从冷却风流向所述燃料电池冷却用热交换器的方向看时的前视图中不相重叠。
(3)根据上述第(1)项或第(2)项所述的燃料电池车辆的冷却装置，其中，所述燃料电池冷却用热交换器具有一个在所述前视图中从与所述空调器用室外热交换器的所述高温部相对的一端部伸出的伸出部，所述燃料电池冷却用热交换器的该伸出部设置在风扇护罩的外侧，使得该伸出部仅由车辆行驶风冷却。
(4)根据上述第(1)项至第(3)项其中之一所述的燃料电池车辆的冷却装置，其中，所述空调器的冷却剂是CO2，所述空调器用室外热交换器的所述高温部是其中CO2冷却剂的温度比燃料电池冷却水的温度高的一部分。
(5)根据上述第(3)项所述的燃料电池车辆的冷却装置，其中，所述风扇护罩设置成围绕所述空调器用室外热交换器。
(6)根据上述第(1)项或第(2)项所述的燃料电池车辆的冷却装置，其中，所述燃料电池冷却用热交换器包括冷却剂入口和冷却剂出口，所述燃料电池冷却用热交换器的所述冷却剂入口设置在已通过所述空调器用室外热交换器的空气的较高温度侧。
本发明的技术优点在于根据上述第(1)、(2)、(4)和(6)项的燃料电池车辆的冷却装置，由于空调器用室外热交换器的高温部与燃料电池冷却用热交换器偏置，且位于燃料电池冷却用热交换器的前方区域外侧，已流过空调器用室外热交换器的高温部且已被加热的空气不流经燃料电池冷却用热交换器的芯部，因此燃料电池冷却用热交换器的冷却强度并不降低。
根据上述第(3)、(4)和(5)项的燃料电池车辆的冷却装置，由于在前视图中从与所述空调器用室外热交换器的所述高温部相对的该空调器用室外热交换器的一端部伸出的燃料电池冷却用热交换器的部分设置在风扇护罩的外侧，空调器用室外热交换器能够按照要求来冷却，而不需增大冷却风扇。
燃料电池冷却用热交换器的设置在风扇护罩外侧的部分由车辆行驶风冷却。在由车辆行驶风冷却的过程中，在车辆高速范围行驶时冷却能力增强。另一方面，在车辆高速范围行驶时燃料电池要求较大的冷却强度。因此，利用车辆行驶风进行的对位于风扇护罩外侧的燃料电池冷却用热交换器的部分进行的冷却，恰好符合燃料电池的所需冷却强度，因此在高速范围行驶时能够有效地冷却燃料电池。
在车辆低速范围行驶和怠速时，燃料电池的所需冷却强度较小，因此位于风扇护罩内侧的燃料电池冷却用热交换器的部分能够借助由风扇吸入的风充分冷却燃料电池，且不产生问题。
图1为根据本发明的实施例1的燃料电池车辆的冷却装置的平面图；图2为根据本发明的实施例1的燃料电池车辆的冷却装置的空调器用室外热交换器的前视图；图3为根据本发明的实施例2的燃料电池车辆的冷却装置的平面图；图4为根据本发明的实施例3的燃料电池车辆的冷却装置的侧视图；图5为根据本发明的实施例3的燃料电池车辆的冷却装置的空调器用室外热交换器的前视图；图6为常规燃料电池车辆的冷却装置的平面图。
具体实施例方式
下面将参照图1-5对根据本发明的燃料电池车辆的冷却装置进行说明。
图1和2显示了本发明的实施例1，图3显示了本发明的实施例2，图4和5显示了本发明的实施例3。
本发明所有实施例中的通用或共有部分由相同参考标号表示。
本发明所有实施例中共有的结构和效果首先，将参照图1、2和4对本发明的所有实施例中共有的结构进行说明。
如图1所示，根据本发明的燃料电池车辆的冷却装置10包括燃料电池冷却用热交换器11，空调器用室外热交换器12和冷却风扇14。燃料电池车辆的冷却装置10通常包括EV(电动车辆)系统冷却用热交换器13。
在燃料电池车辆中，燃料电池组15和逆变器16(inverter)安装在冷却风扇14的后侧。燃料电池15的冷却剂(通常是冷却水)经一管道系统循环到燃料电池冷却用热交换器11，在该热交换器处冷却剂与流经热交换器的环境空气发生热交换，并被冷却。用于冷却逆变器16和用于驱动车轮的马达的冷却剂经一管道系统循环到EV系统冷却用热交换器13，在该热交换器处与流经热交换器的空气发生热交换，并被冷却。空调器的冷却剂为CO2。空调器的冷却剂为CO2。CO2冷却剂循环到空调器用室外热交换器12，在该热交换器处CO2冷却剂与流经热交换器的空气发生热交换。
燃料电池冷却用热交换器11，空调器用室外热交换器12，冷却风扇14和EV系统冷却用热交换器13设置在燃料电池车辆的前车厢(compartment)中。
流经热交换器的环境空气包括风扇吸入风和车辆行驶风。
在车辆高速范围行驶时所需的燃料电池15的冷却强度大于在车辆低速范围行驶时和怠速状态中所需的冷却强度。
所需的空调器的冷却强度基本上恒定，而与车速无关。
燃料电池冷却用热交换器11、空调器用室外热交换器12和冷却风扇14在车辆的从前到后的方向上以空调器用室外热交换器12、燃料电池冷却用热交换器11和冷却风扇14的顺序布置。因此，空调器用室外热交换器12沿着流通空气的流动方向位于燃料电池冷却用热交换器11的上游。
当设有EV系统冷却用热交换器13时，该EV系统冷却用热交换器13沿着流通空气的流动方向设置在空调器用室外热交换器12的前方，即空调器用室外热交换器12的上游。
在使用CO2冷却剂的空调器系统中，在冷却运行期间，空调器用室外热交换器12的毗邻其入口的部分12a的CO2冷却剂的温度，变得高于位于空调器用室外热交换器12的后侧的燃料电池冷却用热交换器11的水温。冷却剂温度变得高于燃料电池冷却用热交换器11的水温的、使用CO2冷却剂的空调器用室外热交换器12的部分12a，在下文中将称为高温部12a。
空调器用室外热交换器12和燃料电池冷却用热交换器11彼此部分地偏置，使得空调器用室外热交换器12的高温部12a与燃料电池冷却用热交换器11在从所述车辆的前方看时的前视图中不相重叠。空调器用室外热交换器12的除高温部12a之外的部分12b在前视图中可与燃料电池冷却用热交换器11的一部分重叠。在图示的实施例中，空调器用室外热交换器12的除高温部12a之外的部分12b在前视图中与燃料电池冷却用热交换器11的一部分11b(位于下文所述的风扇护罩17的内侧)重叠。空调器用室外热交换器12与燃料电池冷却用热交换器11的部分偏置，是通过使空调器用室外热交换器12在车辆的右左方向(横向)或车辆的竖直方向上相对于燃料电池冷却用热交换器11部分地偏置而实现的。在各实施例中，沿着右左方向和竖直方向都可进行偏置。
为冷却风扇4设置风扇护罩17。风扇护罩17从空调器用室外热交换器11的外廓(contour)朝着冷却风扇14延伸，从而由冷却风扇14吸入的风的全部量流过空调器用室外热交换器11。风扇护罩17设置成围绕空调器用室外热交换器12的轮廓。
由于空调器用室外热交换器12与燃料电池冷却用热交换器11彼此偏置，因此在前视图中不与空调器用热交换器12重叠的燃料电池冷却用热交换器11的一部分11a从风扇护罩17伸出空调器用室外热交换器12以外。在图示的实施例中，在前视图中从与空调器用室外热交换器12的高温部12a相对的一部分延伸出的、燃料电池冷却用热交换器11的所述一部分11a，从风扇护罩17伸出，从而与车辆的迎风压力(ram pressure，冲压)开口相对。燃料电池冷却用热交换器11的所述一部分11a仅由车辆行驶风冷却。风扇吸入风不流经上述部分11a。
在车辆低速范围行驶时所需的燃料电池冷却强度小，在车辆高速范围行驶时所需的燃料电池冷却强度大。
燃料电池冷却用热交换器11的位于风扇护罩17以内的一部分11b具有这样的芯部面积，即能够满足在低速行驶和怠速时所需的冷却能力。在车辆低速行驶时可以期望位于风扇护罩17外侧的所述一部分11a提供的少量冷却，而在车辆停止时根本不能期望其提供冷却。
位于风扇护罩17外侧的燃料电池冷却用热交换器11的所述一部分11a具有这样的芯部面积和冷却能力，即在与位于风扇护罩17以内的部分11b相配合的情况下能够满足高速行驶时所需的冷却能力。由于在高速行驶时车辆行驶风的量大且车辆行驶风的速度快，因此在高速行驶时流经位于风扇护罩17外侧的所述一部分11a的车辆行驶风的量和速度也变大，这与在高速行驶时变大的燃料电池所需冷却强度相符，这是因为在高速行驶时燃料电池的发电量变大，从而在高速行驶时用于冷却燃料电池所需的冷却强度也变大。
燃料电池冷却用热交换器11包括冷却剂入口11c和冷却剂出口11d。冷却剂入口11c位于已流过空调器用室外热交换器12的空气的高温侧。冷却剂出口11d位于已流过空调器用室外热交换器12的空气的低温侧，或者位于在前视图中伸出与空调器用室外热交换器的高温部12a相对的端部的、燃料电池冷却用热交换器11的所述一部分11a处。
下面将对本发明的运行和技术优点进行说明。
在燃料电池车辆的冷却装置10中，由于空调器用室外热交换器12的高温部12a从燃料电池冷却用热交换器11的前方空间偏置，流过空调器用室外热交换器12的高温部12a且已被加热的风不会流经燃料电池冷却用热交换器11的芯部，且不加热燃料电池冷却用热交换器11。因此，燃料电池冷却用热交换器11的部分11b的冷却能力将不会降低。
此外，由于位于燃料电池冷却用热交换器11前方的空调器用室外热交换器的一部分是空调器用室外热交换器12的除高温部12a之外的剩余部分12b，因此流过空调器用室外热交换器12的部分12b且流过位于风扇护罩内侧的燃料电池冷却用热交换器11的部分11b的风的温度，与在风扇护罩内侧的燃料电池冷却用热交换器的部分11b中流动的冷却水的温度之间的差别较大。因此，位于风扇护罩内侧的燃料电池冷却用热交换器11的部分11b处的散热得到改进。
此外，在根据本发明的燃料电池车辆的冷却装置10中，由于在前视图中延伸出与空调器用室外热交换器12的高温部12a相对的端部的、燃料电池冷却用热交换器11的部分11a，设置在风扇护罩17的外侧，不要求风扇护罩17同时覆盖空调器用室外热交换器12和燃料电池冷却用热交换器11的区域，而要求仅覆盖空调器用室外热交换器12的区域。因此，在与传统装置相比不增大风扇护罩17和冷却风扇14的情况下，空调器用室外热交换器12就能够由冷却风扇14按照需要来冷却。
此外，设置在风扇护罩17外侧(设置在迎风压力开口部处)的燃料电池冷却用热交换器11的部分11a由车辆行驶风冷却。由于在车辆高速范围行驶时车辆行驶风的量和速度增大因而通过车辆行驶风的冷却增强，因此设置在风扇护罩17外侧的部分11a的冷却能力增强。另一方面，由于在高速范围行驶时燃料电池的发电和发热量变大，因此燃料电池所需的冷却强度大。设置在风扇护罩17外侧的燃料电池冷却用热交换器11的所述一部分11a的、利用车辆行驶风进行的冷却，与所需的燃料电池的冷却强度相符，因此在高速范围时，可实现有效的燃料电池冷却。
在车辆低速范围行驶和怠速时，所需的燃料电池冷却强度较小，燃料电池可借助由冷却风扇14吸入且流经设置在风扇护罩17内的燃料电池冷却用热交换器11的部分11b的风充分冷却。
接下来，将对本发明的每个实施例所特有的结构、效果和技术优点进行说明。
实施例1---图1和2在本发明的实施例1中，如图1和2所示，空调器用室外热交换器12与燃料电池冷却用热交换器11的彼此部分偏置是通过使空调器用室外热交换器12在车辆的右左方向上与燃料电池冷却用热交换器11彼此部分地偏置而实现的。在本发明的实施例1中，不需要设置风扇护罩17。
根据本发明的实施例1的效果和技术优点，由于车辆的前车厢的宽度大于车辆的高度，因此在车辆的右左方向上易于实现空调器用室外热交换器12和燃料电池冷却用热交换器11的偏置。
实施例2---图3在本发明的实施例2中，如图3所示，空调器用室外热交换器12与燃料电池冷却用热交换器11的彼此部分偏置是通过使空调器用室外热交换器12在车辆的右左方向上与燃料电池冷却用热交换器11彼此部分地偏置而实现的。在本发明的实施例2中，需要设置风扇护罩17。
在前视图中，从与高温部12a相对的空调器用室外热交换器12的端部延伸出的、燃料电池冷却用热交换器11的部分11a，在车辆的右左方向上从风扇护罩17延伸出。
根据本发明实施例2的效果和技术优点，由于在前视图中从与高温部12a相对的空调器用室外热交换器12的端部延伸出的燃料电池冷却用热交换器11的部分11a，在车辆的右左方向上从风扇护罩17延伸，因此，流过空调器用室外热交换器12的风不流经燃料电池冷却用热交换器11的部分11a。因此，在燃料电池冷却用热交换器11的部分11a处的水和空气(风)之间的温度差较大，因此改善了散热。
实施例3---图4和5在本发明的实施例3中，如图4和5所示，空调器用室外热交换器12与燃料电池冷却用热交换器11的彼此部分偏置是通过使空调器用室外热交换器12在车辆的上下(竖直)方向上与燃料电池冷却用热交换器11彼此部分地偏置而实现的。在前视图中从与高温部12a相对的空调器用室外热交换器12的端部延伸出的燃料电池冷却用热交换器11的部分11a，沿着向下的方向从风扇护罩17延伸并从与高温部12a相对的空调器用室外热交换器12的端部延伸出。流过位于保险杠下面的空气入口18的车辆行驶风直接与所述一部分11a接触。
根据本发明的实施例3的效果和技术优点，由于空调器用室外热交换器12的芯管(core tube)通常沿着右左方向延伸，高温部12a和低温部12b之间的边界可对应于燃料电池冷却用热交换器11的上表面，因此易于实现高温部12a仅从燃料电池冷却用热交换器11偏置。
此外，由于燃料电池冷却用热交换器11的部分11a设置得低于空调器用室外热交换器12，且部分11a位于保险杠下面的空气入口18的后侧，因此大量的车辆行驶风可以冷却部分11a，从而易于改善燃料电池冷却用热交换器11的部分11a的散热。
权利要求
1.一种燃料电池车辆的冷却装置，它包括燃料电池冷却用热交换器；和具有高温部的空调器用室外热交换器，其中，该空调器用室外热交换器在流通空气的流动方向上设置在所述燃料电池冷却用热交换器的上游，并且所述空调器用室外热交换器和所述燃料电池冷却用热交换器彼此部分地偏置，使得所述空调器用室外热交换器的高温部与所述燃料电池冷却用热交换器在从所述车辆的前方看时的前视图中不相重叠。
2.一种燃料电池车辆的冷却装置，它包括燃料电池冷却用热交换器；和具有高温部的空调器用室外热交换器，其中，该空调器用室外热交换器在流通空气的流动方向上设置在所述燃料电池冷却用热交换器的上游，并且所述空调器用室外热交换器和所述燃料电池冷却用热交换器彼此部分地偏置，使得所述空调器用室外热交换器的高温部与所述燃料电池冷却用热交换器在从冷却风流向所述燃料电池冷却用热交换器的方向看时的前视图中不相重叠。
3.根据权利要求1所述的燃料电池车辆的冷却装置，其特征在于，所述燃料电池冷却用热交换器具有一个在所述前视图中从与所述空调器用室外热交换器的所述高温部相对的一端部伸出的伸出部，所述燃料电池冷却用热交换器的该伸出部设置在风扇护罩的外侧，使得该伸出部仅由车辆行驶风冷却。
4.根据权利要求1所述的燃料电池车辆的冷却装置，其特征在于，所述空调器的冷却剂是CO2，所述空调器用室外热交换器的所述高温部是其中CO2冷却剂的温度比燃料电池冷却水的温度高的一部分。
5.根据权利要求3所述的燃料电池车辆的冷却装置，其特征在于，所述风机护罩设置成围绕所述空调器用室外热交换器。
6.根据权利要求1或2所述的燃料电池车辆的冷却装置，其特征在于，所述燃料电池冷却用热交换器包括冷却剂入口和冷却剂出口，所述燃料电池冷却用热交换器的所述冷却剂入口设置在已通过所述空调器用室外热交换器的空气的较高温度侧。
全文摘要
本发明提供一种燃料电池车辆的冷却装置，其中位于空调器用室外热交换器下游的燃料电池冷却用热交换器的冷却效率不会降低。(1)在所述冷却装置中，空调器用室外热交换器和燃料电池冷却用热交换器彼此部分地偏置，从而在从车辆前方观察的前视图中空调器用室外热交换器的高温部不与燃料电池冷却用热交换器相重叠。(2)从与高温部相对的空调器用室外热交换器的端部伸出的燃料电池冷却用热交换器的一部分设置在风扇护罩的外侧，从而仅由车辆行驶风冷却。
文档编号B60K1/02GK101061006SQ20068000120
公开日2007年10月24日 申请日期2006年1月24日 优先权日2005年2月4日
发明者星润, 市川晋 申请人:丰田自动车株式会社, 株式会社电装