(57)【要約】【課題】  複数の熱交換器を備えた冷却システムにおいて、熱交換器の冷却性を向上させることができる、ファン動力の増大を抑制できる、生成水の有効利用をはかることができる、の少なくとも一つを達成できるＦＣ車の冷却システムの提供。【解決手段】（１）水を燃料電池放熱用の第１熱交換器３と空調用の第２熱交換器２との少なくとも一方に向けて噴霧するＦＣ車の冷却システムであって、第１熱交換器と第２熱交換器の何れか少なくとも一方の熱交換器の放熱部が車両前後方向に水平方向に対して傾斜している。水には燃料電池の生成水を利用できる。（２）後方に配置された熱交換器の放熱部が車両前後方向に水平方向に対して傾斜している。（３）後方に配置された熱交換器は第１熱交換器３である。（４）第１熱交換器と第２熱交換器との少なくとも一方の熱交換器はサイドフロータイプであり、放熱部のチューブが車両前後方向に水平方向に対して傾斜している。【選択図】        図１
2006107969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を燃料電池放熱用の第１熱交換器と空調用の第２熱交換器との少なくとも一方に向けて噴霧するＦＣ車の冷却システムであって、第１熱交換器と第２熱交換器の何れか少なくとも一方の熱交換器の放熱部が車両前後方向に水平方向に対して傾斜しているＦＣ車の冷却システム。
【請求項２】
前記噴霧する水が燃料電池の生成水である請求項１記載のＦＣ車の冷却システム。
【請求項３】
放熱部の傾斜は、フィンの傾斜、チューブの傾斜、熱交換器の搭載姿勢の傾斜、の何れか少なくとも一つからなる請求項１記載のＦＣ車の冷却システム。
【請求項４】
第１熱交換器と第２熱交換器とが車両前後方向に互いに前後して配置され、後方に配置された熱交換器の放熱部が車両前後方向に水平方向に対して傾斜している請求項１記載のＦＣ車の冷却システム。
【請求項５】
前記後方に配置された熱交換器は第１熱交換器である請求項４記載のＦＣ車の冷却システム。
【請求項６】
第１熱交換器と第２熱交換器との少なくとも一方の熱交換器はサイドフロータイプであり、該サイドフロータイプの熱交換器の放熱部のチューブが車両前後方向に水平方向に対して傾斜している請求項１記載のＦＣ車の冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＦＣ車（燃料電池車）の冷却システム（冷却装置）に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００２−３７２３８５号公報は、燃料電池の生成水を噴霧方向に１段配置のライジエータに噴霧する冷却システムにおいて、ラジエータのフィンに傾斜をもたせ、噴霧水のラジエータ吹き抜けを抑制したものを開示している。
【特許文献１】特開２００２−３７２３８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来の冷却システムを、複数の熱交換器を備えた冷却システムに適用すると、つぎの課題が生じる。
（イ）従来冷却システムを風流れ方向に複数段に配置された熱交換器に単に適用すると、一部の熱交換器の冷却性がかえって低下する場合がある。たとえば、上流側の熱交換器のフィンを傾斜させると下流側の熱交換器に噴霧水が十分に当たらず、下流側の熱交換器の冷却性が低下する。
（ロ）冷却性を上げるために、風流れ方向に複数段に配置された複数の熱交換器の全熱交換器の全フィンに傾斜をつけると、風の流れ抵抗が上昇し、ファン動力が上昇し、燃費の悪化を招く。
（ハ）燃料電池で生成される水の量には限界があるため、生成水を有効に利用したいが、単にフィンに傾斜をつけるだけでは、必ずしも生成水の有効利用をはかることができない。
【０００４】
本発明の目的は、複数の熱交換器を備えた冷却システムにおいて、熱交換器の冷却性を向上させることができる、ファン動力の増大を抑制できる、生成水の有効利用をはかることができる、の少なくとも一つを達成できるＦＣ車の冷却システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決する、そして上記目的を達成する、本発明はつぎの通りである。
（１）  水を燃料電池放熱用の第１熱交換器と空調用の第２熱交換器との少なくとも一方に向けて噴霧するＦＣ車の冷却システムであって、第１熱交換器と第２熱交換器の何れか少なくとも一方の熱交換器の放熱部が車両前後方向に水平方向に対して傾斜しているＦＣ車の冷却システム。
（２）  前記噴霧する水が燃料電池の生成水である（１）記載のＦＣ車の冷却システム。
（３）  放熱部の傾斜は、フィンの傾斜、チューブの傾斜、熱交換器の搭載姿勢の傾斜、の何れか少なくとも一つからなる（１）記載のＦＣ車の冷却システム。
（４）  第１熱交換器と第２熱交換器とが車両前後方向に互いに前後して配置され、後方に配置された熱交換器の放熱部が車両前後方向に水平方向に対して傾斜している（１）記載のＦＣ車の冷却システム。
（５）  前記後方に配置された熱交換器は第１熱交換器である（４）記載のＦＣ車の冷却システム。
（６）  第１熱交換器と第２熱交換器との少なくとも一方の熱交換器はサイドフロータイプであり、該サイドフロータイプの熱交換器の放熱部のチューブが車両前後方向に水平方向に対して傾斜している（１）記載のＦＣ車の冷却システム。
【発明の効果】
【０００６】
上記（１）のＦＣ車の冷却システムによれば、第１熱交換器と第２熱交換器の何れか少なくとも一方の熱交換器の放熱部が車両前後方向に水平方向に対して傾斜しているので、第１熱交換器と第２熱交換器の両方の放熱部が車両前後方向に水平である場合に比べて、噴霧された水の熱交換器通り抜けが抑制され、水の放熱部への付着量が増え、水の蒸発潜熱を利用して、熱交換器の冷却性を向上させることができる。
上記（２）のＦＣ車の冷却システムによれば、噴霧する水が燃料電池の生成水であるので、燃料電池の生成水を冷却システムに有効利用できる。
上記（３）のＦＣ車の冷却システムによれば、放熱部の傾斜は、フィンの傾斜、チューブの傾斜、熱交換器の搭載姿勢の傾斜、の何れか少なくとも一つからなるので、これらを適切に組み合わせることにより、たとえば、フィンの後ろ上がり傾斜とチューブの後ろ上がり傾斜の一方を、熱交換器の上部の後方への傾斜と組み合わせることにより、ファン動力の増大を抑制できる。
上記（４）のＦＣ車の冷却システムによれば、第１熱交換器と第２熱交換器とが車両前後方向に互いに前後して配置され、後方に配置された熱交換器の放熱部が車両前後方向に水平方向に対して傾斜しているので、前方に配置された熱交換器の冷却性を良好に維持したまま（他の熱交換器を通っていないため温められていない風が流れるため）、後方に配置された熱交換器の冷却性を向上できる（後方に配置された熱交換器に水が当たる量が増えるため）。
上記（５）のＦＣ車の冷却システムによれば、後方に配置された熱交換器は第１熱交換器（燃料電池放熱用熱交換器）であるため、低温を要求される第２熱交換器（空調用熱交換器）の冷却性を維持しつつ、第１熱交換器（燃料電池放熱用熱交換器）の冷却性を第１熱交換器の放熱部の傾斜によって向上させることができる。
上記（６）のＦＣ車の冷却システムによれば、第１熱交換器と第２熱交換器との少なくとも一方の熱交換器はサイドフロータイプであり、該サイドフロータイプの熱交換器の放熱部のチューブが車両前後方向に水平方向に対して傾斜しているので、サイドフロータイプの熱交換器の放熱部のチューブへの噴霧水の当たり量が増えるとともに風当たりも増して放熱量が増え、サイドフロータイプの熱交換器の冷却性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に、本発明のＦＣ（燃料電池）車の冷却システムを図１〜図１０を参照して説明する。
図１〜図４は本発明の実施例１を示し、図５〜図７は本発明の実施例１を示し、図８は本発明の実施例１と実施例２に適用可能であり、図９、図１０は本発明の実施例３を示す。
図中、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。
【０００８】
まず、本発明の全実施例にわたって共通する構成部分とその作用・効果を、たとえば図１〜図４を参照して、説明する。
本発明のＦＣ車の冷却システムは、水を燃料電池放熱用（燃料電池およびＥＶ系（たとえば車輪駆動用モータ、インバータ９を含む）の放熱用）の第１熱交換器３と空調用の第２熱交換器２との少なくとも一方に向けて噴霧する水噴射装置１を備えている。水噴射装置１の少なくとも一部１ａ（全部でもよい）は、第１熱交換器３、第２熱交換器２の前方に設けられており、残りの部分１ｂは、第１熱交換器３と第２熱交換器２を車両前後方向に配置した場合に後ろ側の熱交換器３の前方で前側の熱交換器２の上側に設けられている。水噴射装置１はそれより後ろ側の熱交換器に向けて燃料電池５の水を噴射する。熱交換器２、３の後方には冷却ファンおよびモータ４が配置され、前方からの風を吸引して後方へと流す。これらの部品１、２、３、４、５はエンジン車のエンジンコンパートメントに対応する空間に配置されている。車両走行中には、グリル８から入った風が第１熱交換器３、第２熱交換器２を通過し、熱交換器を冷却し、車両床下へと抜ける。水噴射装置１から噴射された水は、熱交換機２、３の放熱部に当たり、水の蒸発潜熱を利用して、効果的に熱交換器を冷却する。
水噴射装置１から噴射される水には、燃料電池５の生成水を使用することができる。ただし、水噴射装置１から噴射される水は、燃料電池５の生成水に限るものではなく、空調用のエアコンコンデンサからの凝縮水などを使用してもよい。
【０００９】
第１熱交換器３と第２熱交換器２の何れか少なくとも一方の熱交換器２および／または３の放熱部（チューブ６とフィン（伝熱フィン）７を含む部分）は車両前後方向に水平方向（水平方向は熱交換器直前の風の流れ方向でもある）に対して傾斜している。
【００１０】
熱交換器の放熱部の傾斜は、フィン７の車両前後方向の水平方向からの傾斜、チューブ６の車両前後方向の水平方向からの傾斜、熱交換器の搭載姿勢の傾斜（鉛直方向に対してなす搭載角度θ、熱交換器上部の車両後方への倒れ角度θ1 ）、の何れか少なくとも一つからなる。
熱交換器の放熱部の傾斜は、フィン７の傾斜またはチューブ６の傾斜と、熱交換器の搭載姿勢の傾斜との組み合わせであってもよい。
【００１１】
第１熱交換器３と第２熱交換器２とが車両前後方向に互いに前後して配置されている場合には、後方に配置された熱交換器３の放熱部が車両前後方向に水平方向に対して角度θ1 傾斜しているか、後方に配置された熱交換器３の放熱部の水平からの傾斜角度の方が前方に配置された熱交換器２の放熱部の水平からの傾斜角度より大であり噴射水の少なくとも一部が前方に配置された熱交換器２の放熱部を通り抜けることができるようにすることが望ましい。
【００１２】
第１熱交換器３と第２熱交換器２とが車両前後方向に互いに前後して配置されている場合には、第２熱交換器２（空調用熱交換器）の冷却風温度の方が第１熱交換器３の冷却風温度の方が低いことが要求されるので、第２熱交換器２を第１熱交換器３よりも前方に配置し、後方に配置された熱交換器が第１熱交換器３であるようにする。
【００１３】
第１熱交換器３と第２熱交換器２との少なくとも一方の熱交換器はサイドフロータイプであり、該サイドフロータイプの熱交換器の放熱部のチューブ６が車両前後方向に水平方向に対して傾斜していてもよい。
【００１４】
本発明の全実施例に共通な構成部分の作用・効果はつぎの通りである。
熱交換器２および／または３の放熱部が車両前後方向に水平方向に対して傾斜しているので、フィン角度（ラジエータ搭載角度でもよい）とフィンの風当たり面積上昇率との関係を示す図８から分かるように、風流れが当たるフィン面積を向上でき、水噴射装置１から噴射された水をトラップしやすくなり、熱交換器の放熱部に当たることなく熱交換器のフィンとフィンとの間を通り抜ける水量を低減させることができる。噴射水が放熱部に当たってトラップされる量が増えることによって、水の潜熱を利用して熱交換器の冷却性を向上させ、噴射水の熱交換器吹き抜けが減少する分、水の有効利用をはかることができる。
また、水噴射装置１から噴射される水に、燃料電池５の生成水を使用すると、従来は捨てていた燃料電池５の生成水を熱交換器の冷却に有効利用することができる。
【００１５】
熱交換器の放熱部の傾斜は、フィン７の傾斜またはチューブ６の傾斜と、熱交換器の搭載姿勢の傾斜との組み合わせであってもよい。
たとえば、フィン７の傾斜またはチューブ６の傾斜を後ろ上がりの傾斜とし（水平方向からの傾斜角度θ）、熱交換器を上部が車両後方に倒れるように鉛直方向から角度θ1 傾斜させると、フィン７の水平方向からの傾斜またはチューブ６の水平方向からの傾斜が、θ1 −θとなり、フィン７またはチューブ６を通り抜ける風の流れ抵抗は、フィン７またはチューブ６が後ろ上がりに角度θ1 傾斜し熱交換器が鉛直方向姿勢をとる場合の風の流れ抵抗に比べて、減少する。これによって、ファン動力を軽減できる。
【００１６】
第１熱交換器３と第２熱交換器２とが車両前後方向に互いに前後して配置されている場合で、後方に配置された熱交換器３の放熱部が車両前後方向に水平方向に対して角度θ1 傾斜しているか（前方配置の熱交換器２の放熱部のフィンは水平）、後方に配置された熱交換器３の放熱部の水平からの傾斜角度の方が前方に配置された熱交換器２の放熱部の水平からの傾斜角度より大である場合は、水噴射装置１から噴射された水のうち少なくとも一部の水は前方に配置された熱交換器２を通り抜けて後方に配置された熱交換器３の放熱部に当たり、前方に配置された熱交換器２の冷却性を良好に維持したまま、後方に配置された熱交換器３の冷却性も向上させることができる。
【００１７】
第１熱交換器３と第２熱交換器２とが車両前後方向に互いに前後して配置されている場合で、第２熱交換器２を第１熱交換器３よりも前方に配置し、後方に配置された熱交換器が第１熱交換器３であるようにした場合は、前方配置の空調用熱交換器２に温められていない走行風を当てて、前方に配置された熱交換器２の冷却性を良好に維持したまま、噴射水の少なくとも一部を熱交換器２の放熱部を通過させて後方配置の熱交換器３に当てることにより後方に配置された熱交換器３の冷却性も向上させることができる。
【００１８】
第１熱交換器３と第２熱交換器２との少なくとも一方の熱交換器はサイドフロータイプとし、該サイドフロータイプの熱交換器の放熱部のチューブ６を車両前後方向に水平方向に対して傾斜させた場合は、チューブ６を冷却でき（フィン７を冷却する場合に比べて、より直接的にチューブ６内を通過する冷媒を冷却でき）、かつチューブ６の走行風当たり面積を増大させることができる。
【００１９】
つぎに、本発明の各実施例に特有な構成部分と、その作用・効果を説明する。
本発明の実施例１では、図１〜図４に示すように、燃料電池放熱用の第１熱交換器３と空調用の第２熱交換器２が車両前後方向に互いに前後して配置されており、空調用の第２熱交換器２が前に配置されその後ろに燃料電池放熱用の第１熱交換器３が配置されている。冷却ファンおよびファン駆動モータ４は燃料電池放熱用の第１熱交換器３の後方に配置されている。水噴射装置１の一部１ａは空調用の第２熱交換器２の前方に配置され、水噴射装置１の残りの部分１ｂは空調用の第２熱交換器２の上方で燃料電池放熱用の第１熱交換器３の前方に配置されている。
燃料電池放熱用の第１熱交換器３は、チューブ６が上下方向に延びていて冷媒は上下方向に流れる。燃料電池放熱用の第１熱交換器３のフィン７は車両前後方向に水平方向に対して後ろ上がりに、角度θ1 、傾斜している。空調用の第２熱交換器２のフィン７は、車両前後方向に、水平方向に延びているか、または、水平方向から後ろ上がりに傾斜している。ただし、第２熱交換器２のフィン７が傾斜している場合には、第２熱交換器２のフィン７の傾斜角度は第１熱交換器３のフィン７の傾斜角度より小である。
第１熱交換器３と第２熱交換器２は平行であるが、鉛直方向から、角度θ、上部が車両後方に倒れるように、傾斜していてもよい。図４は、傾斜している場合を示す。
【００２０】
本発明の実施例１の作用・効果については、第１熱交換器３のフィン７が後ろ上がりに傾斜しているので、第１の熱交換器３による水トラップ率（水捕捉率）が増え、水が熱交換器３上で滞留・蒸発する量が増え、第１熱交換器３の熱交換性能が上昇する。第２熱交換器２は第１熱交換器３より前に配置されているため、温まっていない走行風を受けることができる他、噴射水も当たりやすく、高い冷却性能が維持される。
図４のように第１熱交換器３と第２熱交換器２を鉛直方向から傾斜させると、通通抵抗の増大代が低減する。
また、水を噴射することにより、熱交換器２、３上についたほこりやごみを洗浄することができる。
【００２１】
本発明の実施例２では、図５〜図７に示すように、燃料電池放熱用の第１熱交換器３と空調用の第２熱交換器２が車両前後方向に互いに前後して配置されており、空調用の第２熱交換器２が前に配置されその後ろに燃料電池放熱用の第１熱交換器３が配置されている。冷却ファンおよびファン駆動モータ４は燃料電池放熱用の第１熱交換器３の後方に配置されている。水噴射装置１の全部が空調用の第２熱交換器２の前方に配置されている。
燃料電池放熱用の第１熱交換器３は、チューブ６が上下方向に延びていて冷媒はダウンフローであり、フィン７が車両前後方向に水平方向に対して後ろ上がりに、角度θ1 、傾斜している。空調用の第２熱交換器２のフィン７は、車両前後方向に、水平方向に延びているか、または、水平方向から後ろ上がりに傾斜している。ただし、第２熱交換器２のフィン７が傾斜している場合には、第２熱交換器２のフィン７の傾斜角度は第１熱交換器３のフィン７の傾斜角度より小である。
第１熱交換器３と第２熱交換器２は平行であるが、鉛直方向から、角度θ、上部が車両後方に倒れるように、傾斜していてもよい。
【００２２】
本発明の実施例２の作用・効果については、第１熱交換器３のフィン７が後ろ上がりに傾斜しているので、第１の熱交換器３による水トラップ率（水捕捉率）が増え、水が熱交換器３上で滞留・蒸発する量が増え、第１熱交換器３の熱交換性能が上昇する。第２熱交換器２は第１熱交換器３より前に配置されているため、温まっていない走行風を受けることができる他、噴射水も当たりやすく、高い冷却性能が維持される。
第１熱交換器３と第２熱交換器２を鉛直方向から傾斜させると、通通抵抗の増大代が低減する。
また、水を噴射することにより、熱交換器２、３上についたほこりやごみを洗浄することができる。
【００２３】
本発明の実施例３では、図９〜図１０に示すように、実施例１、２において前側に配置される第２熱交換器２が空調用のコンデンサ、またはクロスフローラジエータで、チューブ６が車両左右方向に水平方向に延びており、冷媒は水平方向に流れる。第２熱交換器２のチューブ６は、車両前後方向には、後ろ上がりとなるように水平方向から傾斜されている。
【００２４】
本発明の実施例３の作用・効果については、第２熱交換器２の放熱部のチューブ６が後ろ上がりに傾斜しているので、第２熱交換器２による水トラップ率（水捕捉率）が増え、水が熱交換器２上で滞留・蒸発する量が増え、第２熱交換器２の熱交換性能が上昇する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例１のＦＣ車の冷却システムの車両側方から見た概略断面図である。
【図２】本発明の実施例１のＦＣ車の冷却システムの第１熱交換器の車両前方から見た斜視図である。
【図３】本発明の実施例１のＦＣ車の冷却システムの第１熱交換器の一部の拡大斜視図である。
【図４】本発明の実施例１のＦＣ車の冷却システムの、第１、第２熱交換器を鉛直方向から傾斜させた場合の、車両側方から見た概略断面図である。
【図５】本発明の実施例２のＦＣ車の冷却システムの車両側方から見た概略断面図である。
【図６】本発明の実施例２のＦＣ車の冷却システムの第１熱交換器の車両前方から見た斜視図である。
【図７】本発明の実施例２のＦＣ車の冷却システムの第１熱交換器の一部の拡大斜視図である。
【図８】本発明の実施例１、２におけるフィン角度またはラジエータ搭載角度対面積向上率（％）のグラフである。
【図９】本発明の実施例３のＦＣ車の冷却システムの空調用の第２熱交換器の車両前方から見た概略正面図である。
【図１０】本発明の実施例３のＦＣ車の冷却システムの第２熱交換器の一部の車両前方から見た拡大斜視図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  水噴射装置
１ａ  水噴射装置の一部
１ｂ  水噴射装置の残りの部分
２  第２熱交換器
３  第１熱交換器
４  冷却ファンおよびファン駆動モータ
５  燃料電池
６  チューブ
７  フィン
８  グリル
９  インバータ
【図１】
2006107969.tif 000003
【図２】
2006107969.tif 000004
【図３】
2006107969.tif 000005
【図４】
2006107969.tif 000006
【図５】
2006107969.tif 000007
【図６】
2006107969.tif 000008
【図７】
2006107969.tif 000009
【図８】
2006107969.tif 000010
【図９】
2006107969.tif 000011
【図１０】
2006107969.tif 000012