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JP2007191060A - In-vehicle fuel cell system - Google Patents

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JP2007191060A
JP2007191060A JP2006011563A JP2006011563A JP2007191060A JP 2007191060 A JP2007191060 A JP 2007191060A JP 2006011563 A JP2006011563 A JP 2006011563A JP 2006011563 A JP2006011563 A JP 2006011563A JP 2007191060 A JP2007191060 A JP 2007191060A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
vehicle
capacitor
cooling
gas
Prior art date
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Pending
Application number
JP2006011563A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Soichiro Ogawa
宗一郎 小川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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Abstract

【課題】本発明は、出口ガス冷却によって凝縮された液水を回収して燃料電池の運転に利用するに際して、出口ガスに含まれる水分を効率よく回収・利用することの可能な車載用燃料電池システムを提供することを目的としている。
【解決手段】本発明の車載用燃料電池システムは、コンデンサ4を、車両前部コンパートメント2内の上部に配設したことを特徴としている。本発明によれば、車両前部コンパートメント2内の上部に燃料電池システムのコンデンサ4を配置し、例えばボンネットフード7に設けた導風孔8からコンデンサ4に冷却風を導くことで、車両前方に設置したいラジエターなどの他の熱交換システムとの両立が容易となる。また、コンデンサ4と他の熱交換システムとの設置場所を分けることで、それぞれの冷却有効面積を減じることなく、互いに十分な冷却効率を実現することができる。
【選択図】図1
The present invention relates to an in-vehicle fuel cell capable of efficiently recovering and utilizing water contained in an outlet gas when liquid water condensed by outlet gas cooling is recovered and used for operation of a fuel cell. The purpose is to provide a system.
A vehicle-mounted fuel cell system according to the present invention is characterized in that a capacitor is disposed in an upper part of a vehicle front compartment. According to the present invention, the condenser 4 of the fuel cell system is arranged in the upper part of the front compartment 2 of the vehicle and, for example, the cooling air is guided to the condenser 4 from the air guide hole 8 provided in the bonnet hood 7. Compatibility with other heat exchange systems such as radiators to be installed is easy. In addition, by separating the installation locations of the condenser 4 and other heat exchange systems, sufficient cooling efficiency can be achieved without reducing the effective cooling area of each.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、燃料電池出口ガスをコンデンサによって冷却し、出口ガス冷却によって凝縮された液水を回収して燃料電池の運転に利用する車載用燃料電池システムに関する。   The present invention relates to an in-vehicle fuel cell system in which fuel cell outlet gas is cooled by a condenser, and liquid water condensed by outlet gas cooling is recovered and used for operation of the fuel cell.

燃料電池システムは、燃料が有するエネルギを電気エネルギに直接変換する装置である。燃料電池システムでは、電解質膜を挟んで設けられた一対の電極のうち、一方の陽極に水素を含有する燃料ガスを供給すると共に他方の陰極に酸素を含有する酸素剤ガスを供給する。このとき、一対の電極の電解質膜側表面で生じる下記の電気化学反応を利用して電極から電気エネルギを取り出すことができる。(下記[特許文献1]などに記載)。   A fuel cell system is a device that directly converts the energy of fuel into electrical energy. In a fuel cell system, a fuel gas containing hydrogen is supplied to one anode of a pair of electrodes provided with an electrolyte membrane interposed therebetween, and an oxygen agent gas containing oxygen is supplied to the other cathode. At this time, electrical energy can be extracted from the electrodes by utilizing the following electrochemical reaction that occurs on the electrolyte membrane side surface of the pair of electrodes. (Described in [Patent Document 1] below).

陽極反応:H→2H+2e …(1)
陰極反応:2H+2e+(1/2)O→HO …(2)
特開平8−106914号公報 燃料ガスの陽極への供給方法としては、水素貯蔵装置から水素ガスを直接供給する方法、水素を含有する燃料を改質した水素含有ガスを供給する方法などが知られている。水素を含有する燃料としては、天然ガス・メタノール・ガソリンなどが考えられる。陰極に供給する酸素剤ガスとしては、空気が一般的に利用されている。また、電解質膜内では、水素イオンH+(プロトン)が移動するが、この際、電解質膜内に水分が存在する必要がある(電解質膜を加湿する必要がある)。また、電解質膜の耐熱性には限界があるため、冷却する必要があり、この際にも水が利用される。このように、燃料電池の運転時には水が利用される。
Anode reaction: H 2 → 2H + + 2e (1)
Cathode reaction: 2H + + 2e + (1/2) O 2 → H 2 O (2)
JP, 8-106914, A As a supply method of fuel gas to an anode, a method of supplying hydrogen gas directly from a hydrogen storage device, a method of supplying hydrogen-containing gas which reformed fuel containing hydrogen, etc. are known. ing. As the fuel containing hydrogen, natural gas, methanol, gasoline, and the like are conceivable. Air is generally used as the oxygen agent gas supplied to the cathode. In addition, hydrogen ions H + (protons) move in the electrolyte membrane. At this time, moisture needs to be present in the electrolyte membrane (the electrolyte membrane needs to be humidified). Moreover, since the heat resistance of the electrolyte membrane is limited, it needs to be cooled, and water is also used in this case. Thus, water is used when the fuel cell is operated.

燃料電池の運転に利用する水を確保する方法としては、燃料電池の排気ガス内に存在する水蒸気を液化回収する方法がある。水蒸気を液化回収するには、水蒸気を液化させるコンデンサを冷却風の得やすい車両前方に設置する手法、又は、他の冷却システムとの熱交換を利用して水蒸気を液化させる手法が採られるのが一般的である。   As a method for securing water used for the operation of the fuel cell, there is a method for liquefying and recovering water vapor present in the exhaust gas of the fuel cell. In order to liquefy and recover water vapor, a method of installing a condenser for liquefying water vapor in front of the vehicle where cooling air can be easily obtained or a method of liquefying water vapor using heat exchange with other cooling systems is adopted. It is common.

しかし、コンデンサを車両前方に設置する手法では、燃料電池用コンデンサの他に空調用コンデンサもあり、また、ラジエターなどの他の冷却系部品などもあり、これらの部品と折り合いをつけながら車両前方に配置しなくてはならない。このため、冷却風圧損上昇や冷却有効面積の確保困難などによる冷却効率の低下等があり冷却が厳しくなる。また、燃料電池本体との距離が離れることによって冷却配管が延びることによるレイアウト難や配管による重量増を招いてしまうという側面もある。さらに、燃料電池用コンデンサを車両前方に立ててレイアウトすると、高さのない部分で気液分離する必要があったり、気液分離器までポンプを用いて汲み上げる必要がある。   However, in the method of installing a capacitor in front of the vehicle, there are air conditioning capacitors in addition to fuel cell capacitors, and other cooling system components such as radiators. Must be placed. For this reason, cooling efficiency becomes severe due to a decrease in cooling efficiency due to an increase in cooling wind pressure loss and difficulty in securing an effective cooling area. In addition, there is an aspect in which the cooling piping is extended due to the distance from the fuel cell main body being increased, resulting in difficulty in layout and an increase in weight due to the piping. Further, when the fuel cell capacitor is laid out in front of the vehicle, it is necessary to separate the gas and liquid at a portion having no height, or to pump up the gas and liquid separator using a pump.

一方、他の冷却システムの熱交換を利用する手法では、熱交換器の設置位置の自由度は上がるが、他の冷却系による間接的な冷却となるため十分な冷却効率を確保できない場合があるという側面がある。従って、本発明の目的は、燃料電池出口ガスをコンデンサによって冷却し、出口ガス冷却によって凝縮された液水を回収して燃料電池の運転に利用するに際して、出口ガスに含まれる水分を効率よく回収・利用することの可能な車載用燃料電池システムを提供することにある。   On the other hand, in the method using heat exchange of another cooling system, the degree of freedom of the installation position of the heat exchanger is increased, but it may be indirect cooling by another cooling system, so that sufficient cooling efficiency may not be ensured. There is an aspect. Accordingly, an object of the present invention is to efficiently recover the water contained in the outlet gas when the fuel cell outlet gas is cooled by the condenser and the liquid water condensed by the outlet gas cooling is recovered and used for the operation of the fuel cell. -To provide an in-vehicle fuel cell system that can be used.

本発明の車載用燃料電池システムは、燃料電池出口ガスをコンデンサによって冷却し、出口ガス冷却によって凝縮された液水を回収して燃料電池の運転に利用するものであり、コンデンサを、車両前部コンパートメント内の上部に配設したことを特徴としている。   The in-vehicle fuel cell system of the present invention cools the fuel cell outlet gas with a condenser, collects the liquid water condensed by the outlet gas cooling, and uses it for the operation of the fuel cell. It is characterized by being arranged in the upper part of the compartment.

本発明の車載用燃料電池システムによれば、エンジンコンパートメントなどの車両前部コンパートメント内の上部に燃料電池システムのコンデンサを配置し、例えばボンネットフードに設けた導風孔からコンデンサに冷却風を導くことで、車両前方に設置したいラジエターなどの他の熱交換システムとの両立が容易となる。また、燃料電池システムのコンデンサとラジエターなどの他の熱交換システムとの設置場所を分けることで、それぞれの冷却有効面積を減じることなく、互いに十分な冷却効率を実現することができる。   According to the in-vehicle fuel cell system of the present invention, the condenser of the fuel cell system is arranged in the upper part of the front compartment of the vehicle such as the engine compartment, and the cooling air is guided to the condenser from the air guide hole provided in the hood hood, for example. Thus, it becomes easy to achieve compatibility with other heat exchange systems such as a radiator to be installed in front of the vehicle. In addition, by separating the installation locations of the fuel cell system condenser and another heat exchange system such as a radiator, it is possible to achieve sufficient cooling efficiency without reducing the effective cooling area of each.

以下、本発明の燃料電池システムの具体的な実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態における燃料電池システムは、車両の駆動源としてのモータに電力を供給するものであり、車載されている。図1に本発明の第一実施形態のシステム配置構成図を示す。図1に示されるように、このシステムは、車両1の前部に設けられた車両前部コンパートメント2の内部に配設されている。車両前部コンパートメント2とは、エンジンが搭載される場合にエンジンコンパートメント(エンジンルーム)と呼ばれる部分であり、モータが搭載される場合はモータルームなどとも呼ばれる部分である。   Hereinafter, specific embodiments of the fuel cell system of the present invention will be described with reference to the drawings. The fuel cell system in this embodiment supplies electric power to a motor as a vehicle drive source, and is mounted on the vehicle. FIG. 1 shows a system layout configuration diagram of the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, this system is disposed inside a vehicle front compartment 2 provided at the front of the vehicle 1. The vehicle front compartment 2 is a portion called an engine compartment (engine room) when an engine is mounted, and a portion called a motor room when a motor is mounted.

この燃料電池システムは、主として、燃料電池スタックを内蔵する燃料電池本体3と、追って詳しく説明するコンデンサ4と、このコンデンサ4に付随して設けられる気液分離器5と、燃料電池スタックなどを冷却する冷却系(ラジエターやその配管など:図示せず)とからなる。ラジエターは図示されていないが、バンパー裏の通常ラジエターが搭載される場所に搭載されている。また、コンデンサ4は、コンデンサ4に冷却風を強制的に導入するためのコンデンサファン6を備えている。また、ボンネットフード7には、コンデンサ4に冷却風を導入するための冷却風導入孔8が設けられている。また、コンデンサ4に付随して、その上面を閉塞するシャッタ9も配設されている。   This fuel cell system mainly cools a fuel cell main body 3 incorporating a fuel cell stack, a capacitor 4 which will be described in detail later, a gas-liquid separator 5 provided accompanying the capacitor 4, a fuel cell stack, and the like. Cooling system (radiator and its piping, etc .: not shown). Although the radiator is not shown, it is installed in the place where the normal radiator on the back of the bumper is installed. In addition, the capacitor 4 includes a capacitor fan 6 for forcibly introducing cooling air into the capacitor 4. Further, the hood hood 7 is provided with a cooling air introduction hole 8 for introducing cooling air into the condenser 4. A shutter 9 that closes the upper surface of the capacitor 4 is also provided.

上述したように、燃料電池では、良好な発電効率を得るには電解質膜に水分を供給する必要がある。コンデンサ4は、燃料電池の出口ガス(排気ガス)に含まれる水蒸気を冷却・液化し、電解質膜に供給するための水を得るために設置されている。コンデンサ4では、出口ガスを冷却して水蒸気を液化する。ただし、コンデンサ4から排出されるものは、液化された水分だけでなく、コンデンサ4の下流側には上述した気液分離器5が配設されており、分離された液状の水分のみが燃料電池本体3に供給される。このとき、液状の水分は、気液分離器5の下部に設けられたポンプ10によって燃料電池本体3に送出される。   As described above, in the fuel cell, it is necessary to supply moisture to the electrolyte membrane in order to obtain good power generation efficiency. The capacitor 4 is installed to cool and liquefy water vapor contained in the outlet gas (exhaust gas) of the fuel cell and obtain water to be supplied to the electrolyte membrane. In the condenser 4, the outlet gas is cooled to liquefy the water vapor. However, what is discharged from the condenser 4 is not only the liquefied water, but the gas-liquid separator 5 described above is disposed on the downstream side of the condenser 4, and only the separated liquid water is the fuel cell. It is supplied to the main body 3. At this time, liquid water is sent to the fuel cell main body 3 by a pump 10 provided at the lower part of the gas-liquid separator 5.

コンデンサ4は、ボンネットフード7の傾斜に合わせて、車両前側が下げられて傾斜状態で搭載されている。そして、傾斜下部側の下方に、上述した気液分離器5が接続されている。このため、コンデンサ4から排出される気液は、ポンプなどを用いることなく、導入部11を介して気液分離器5に導入される。また、燃料電池本体3も、コンデンサ4の下方に配設されている。このため、冷却風導入孔8から導入した冷却風は、コンデンサ4の冷却に用いられた後は、その下方の燃料電池本体3の冷却に用いられる。また、コンデンサ4に付随して設けられているコンデンサファン6は、車両停車時や低速走行時などに十分な冷却風が得られないような場合に駆動され、コンデンサ4における冷却・液化を促進する。コンデンサファン6による冷却風も、燃料電池本体3の冷却に用いられる。ここでは、コンデンサファン6による燃料電池本体3内の換気も行える構造となっている。   The capacitor 4 is mounted in an inclined state with the front side of the vehicle lowered in accordance with the inclination of the hood hood 7. And the gas-liquid separator 5 mentioned above is connected below the inclination lower part side. For this reason, the gas-liquid discharged | emitted from the capacitor | condenser 4 is introduce | transduced into the gas-liquid separator 5 via the introducing | transducing part 11, without using a pump. The fuel cell main body 3 is also disposed below the capacitor 4. For this reason, after the cooling air introduced from the cooling air introduction hole 8 is used for cooling the capacitor 4, it is used for cooling the fuel cell main body 3 below it. Further, the condenser fan 6 provided along with the condenser 4 is driven when sufficient cooling air cannot be obtained when the vehicle is stopped or traveling at a low speed, and promotes cooling and liquefaction in the condenser 4. . Cooling air from the condenser fan 6 is also used for cooling the fuel cell main body 3. Here, the structure is such that ventilation in the fuel cell main body 3 by the capacitor fan 6 can also be performed.

気液分離器5によって分離された液状の水は、ポンプ10によって燃料電池本体3に送出され、電解質膜への水分供給に用いられる。また、燃料電池本体3からの出口ガスは、連結管を介してコンデンサ4に供給されている。コンデンサ4では、この出口ガスを冷却して含まれる水蒸気を液化している。また、上述したように、コンデンサ4の上面を閉塞するシャッタ(風量調節機構)9が配設されている。極低温下などでは、コンデンサ4や燃料電池本体3を冷却せずに暖機したい場合がある。このような場合は、シャッタ9を閉じ、コンデンサ4や燃料電池本体3が必要以上に冷却されないようにする。シャッタ9の開度は調節可能であり、コンデンサ4での冷却度合いを可変制御できる。   The liquid water separated by the gas-liquid separator 5 is sent to the fuel cell main body 3 by the pump 10 and used for supplying water to the electrolyte membrane. Further, the outlet gas from the fuel cell main body 3 is supplied to the capacitor 4 via a connecting pipe. In the condenser 4, the outlet gas is cooled to liquefy the contained water vapor. Further, as described above, the shutter (air volume adjusting mechanism) 9 that closes the upper surface of the capacitor 4 is provided. There is a case where it is desired to warm up the capacitor 4 and the fuel cell main body 3 without cooling them at an extremely low temperature. In such a case, the shutter 9 is closed so that the condenser 4 and the fuel cell body 3 are not cooled more than necessary. The opening degree of the shutter 9 can be adjusted, and the cooling degree in the condenser 4 can be variably controlled.

燃料電池システムを車両前方から見た図を図2に示す。図2には、燃料電池本体3に冷却液を循環させるラジエターに付随して設けられているラジエターファン12の位置も図示されている。図2に示されるように、気液分離器5は、ラジエターの両側にそれぞれ一つずつ、合計二つ設けられている。各気液分離器5は、前面視において、ラジエターファン12と重ならないようになされており、ラジエターファン12の前方に設けられているラジエター(図示せず)の冷却効率を下げないように配慮されている。また、ラジエターファン12から排出される冷却風は、そのまま燃料電池本体3の冷却も行うため、前面視において、各気液分離器5とラジエターファン12とを重ねないことは、ラジエターファン12による燃料電池本体3の冷却効率を下げないことにもなる。   A view of the fuel cell system as viewed from the front of the vehicle is shown in FIG. FIG. 2 also shows the position of the radiator fan 12 provided along with the radiator that circulates the coolant in the fuel cell main body 3. As shown in FIG. 2, a total of two gas-liquid separators 5 are provided, one on each side of the radiator. Each gas-liquid separator 5 is designed not to overlap the radiator fan 12 when viewed from the front, and is considered not to lower the cooling efficiency of a radiator (not shown) provided in front of the radiator fan 12. ing. Further, since the cooling air discharged from the radiator fan 12 also cools the fuel cell main body 3 as it is, the gas-liquid separator 5 and the radiator fan 12 are not overlapped with each other in the front view. This also prevents the cooling efficiency of the battery body 3 from being lowered.

さらに、上述したように、各気液分離器5は、導入部11によってコンデンサ4と接続されているが、これらの導入部11はテーパー状の形態をしており、かつ、ラジエターファン12の外周部に配設されている。このため、各導入部11とラジエターファン12とも前面視で重なっておらず、ここでもラジエターファン12による燃料電池本体3の冷却効率を下げないように配慮されている。また、コンデンサ4から排出される気液は、重力によって導入部11を介して気液分離器5に流れ込むので、ポンプが不要となる。   Further, as described above, each gas-liquid separator 5 is connected to the capacitor 4 by the introduction portion 11, and these introduction portions 11 have a tapered shape and the outer periphery of the radiator fan 12. It is arranged in the part. For this reason, each introduction part 11 and the radiator fan 12 do not overlap with each other when viewed from the front, and it is considered here that the cooling efficiency of the fuel cell main body 3 by the radiator fan 12 is not lowered. Moreover, since the gas-liquid discharged | emitted from the capacitor | condenser 4 flows into the gas-liquid separator 5 via the introducing | transducing part 11 by gravity, a pump becomes unnecessary.

図3に、気液分離器5及びラジエターファン12の他の設置例を示す。この例では、気液分離器5は一つだけ設置されており、ラジエターファン12は二つ設置されている。ラジエターファン12は、横に並べられており、気液分離器5はその中央に配設されている。コンデンサ4と気液分離器5とは、一対のテーパー状の導入部11によって連結されている。ここでも、気液分離器5は、前面視において、一対のラジエターファン12と重ならないようになされており、ラジエターファン12の前方に設けられているラジエター(図示せず)の冷却効率を下げないように配慮されている。また、図2に場合と同様に、前面視において、各気液分離器5とラジエターファン12とを重ねないことは、ラジエターファン12による燃料電池本体3の冷却効率を下げないことにもなっている。   FIG. 3 shows another installation example of the gas-liquid separator 5 and the radiator fan 12. In this example, only one gas-liquid separator 5 is installed, and two radiator fans 12 are installed. The radiator fans 12 are arranged side by side, and the gas-liquid separator 5 is disposed at the center thereof. The capacitor 4 and the gas-liquid separator 5 are connected by a pair of tapered introduction portions 11. Also here, the gas-liquid separator 5 does not overlap with the pair of radiator fans 12 when viewed from the front, and does not lower the cooling efficiency of the radiator (not shown) provided in front of the radiator fans 12. So that it is considered. Further, as in the case of FIG. 2, when the gas-liquid separator 5 and the radiator fan 12 are not overlapped in front view, the cooling efficiency of the fuel cell body 3 by the radiator fan 12 is not lowered. Yes.

さらに、気液分離器5は、一対の導入部11によってコンデンサ4と接続されているが、これらの導入部11はテーパー状の形態をしており、かつ、ラジエターファン12の外周部に配設されている。このため、各導入部11とラジエターファン12とも前面視で重なっておらず、ここでもラジエターファン12による燃料電池本体3の冷却効率を下げないように配慮されている。また、コンデンサ4から排出される気液は、重力によって導入部11を介して気液分離器5に流れ込むので、ポンプが不要となる。   Further, the gas-liquid separator 5 is connected to the capacitor 4 by a pair of introduction portions 11, and these introduction portions 11 have a tapered shape and are arranged on the outer peripheral portion of the radiator fan 12. Has been. For this reason, each introduction part 11 and the radiator fan 12 do not overlap with each other when viewed from the front, and it is considered here that the cooling efficiency of the fuel cell main body 3 by the radiator fan 12 is not lowered. Moreover, since the gas-liquid discharged | emitted from the capacitor | condenser 4 flows into the gas-liquid separator 5 via the introducing | transducing part 11 by gravity, a pump becomes unnecessary.

図4に本発明の第二実施形態のシステム配置構成図を示す。本実施形態において、上述した第一実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付してその詳しい説明は省略する。   FIG. 4 shows a system layout configuration diagram of the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the same or equivalent components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本実施形態では、上述したシャッタ(風量調節機構)9の代わりに、コンデンサ4の傾斜角度を可変制御する傾斜角度可変機構が設けられており、小連よってコンデンサ4による冷却度合いを調節できるようにしてある。図4中の角度αを大きくして、コンデンサ4を冷却風導入孔8に対して隙間が生じないように近づけることで、冷却風導入孔8から導入される冷却風のほとんどを冷却に利用することができ、冷却効率が向上する。反対に、角度αを小さくして、コンデンサ4と冷却風導入孔8との隙間(コンデンサ4の後方側に形成される)を大きくすることで、冷却風導入孔8から導入される冷却風の一部が冷却に利用されずに後方に抜けるようになり、冷却効率が低下する。   In the present embodiment, instead of the shutter (air volume adjusting mechanism) 9 described above, a tilt angle variable mechanism that variably controls the tilt angle of the condenser 4 is provided so that the degree of cooling by the condenser 4 can be adjusted by a small series. It is. By increasing the angle α in FIG. 4 and bringing the condenser 4 closer to the cooling air introduction hole 8 so as not to generate a gap, most of the cooling air introduced from the cooling air introduction hole 8 is used for cooling. Can improve the cooling efficiency. Conversely, by reducing the angle α and increasing the gap between the condenser 4 and the cooling air introduction hole 8 (formed on the rear side of the condenser 4), the cooling air introduced from the cooling air introduction hole 8 can be reduced. A part is not used for cooling, but comes back, and cooling efficiency falls.

この傾斜角度可変機構を用いることで、極低温下などにコンデンサ4や燃料電池本体3を冷却せずに暖機したい場合には、角度αを大きくし、コンデンサ4や燃料電池本体3が必要以上に冷却されないようにする。角度αは可変調節可能であり、コンデンサ4での冷却度合いを可変制御できる。本実施形態の傾斜角度可変機構は、コンデンサ4の前端をヒンジとして形成すると共に、コンデンサ4の後端に油圧によって伸縮可能なシリンダ13を配設することで構築されている。なお、コンデンサ4に接続されている各種配管は、コンデンサ4の角度変化に応じて伸縮・あるいは変形可能に形成されている。この傾斜角度可変機構と上述したシャッタ9のような風量調節機構とは併用することができる。また、この傾斜角度可変機構とコンデンサファン6とも併用することができる。なお、第一実施形態及び第二実施形態とも、コンデンサファン6やポンプ10角度調節機能などの駆動は、図示されないコントロールユニットによって制御されている。   By using this variable tilt angle mechanism, when it is desired to warm up the condenser 4 and the fuel cell body 3 without cooling them at extremely low temperatures, the angle α is increased so that the capacitor 4 and the fuel cell body 3 are more than necessary. Do not cool down. The angle α can be variably adjusted, and the degree of cooling in the condenser 4 can be variably controlled. The variable tilt angle mechanism of the present embodiment is constructed by forming the front end of the capacitor 4 as a hinge and disposing a cylinder 13 that can be expanded and contracted by hydraulic pressure at the rear end of the capacitor 4. Various pipes connected to the capacitor 4 are formed so as to be able to expand and contract or deform according to the change in the angle of the capacitor 4. This variable tilt angle mechanism and the air volume adjusting mechanism such as the shutter 9 described above can be used in combination. Further, the variable tilt angle mechanism and the condenser fan 6 can be used together. In both the first embodiment and the second embodiment, driving of the condenser fan 6 and the pump 10 angle adjustment function is controlled by a control unit (not shown).

上述したように、車両前部コンパートメント内のコンデンサの下方に、燃料電池スタック及び気液分離器を配設した。このようにすることで、燃料電池システムの配管長を最短とすることができる。また、コンデンサの下部を高さのある気液分離器の上部に接続でき、コンデンサから気液分離器への凝縮水の導入に際してポンプなどを設ける必要がない。これらの結果、最短の配管等によって省スペースで高い気液分離性能をもつシステムを実現することができる。   As described above, the fuel cell stack and the gas-liquid separator are disposed below the condenser in the vehicle front compartment. By doing in this way, the piping length of a fuel cell system can be made the shortest. Further, the lower part of the condenser can be connected to the upper part of the gas-liquid separator having a height, and there is no need to provide a pump or the like when introducing condensed water from the condenser to the gas-liquid separator. As a result, it is possible to realize a system that saves space and has high gas-liquid separation performance with the shortest pipes and the like.

また、コンデンサに下面側にコンデンサファンを設け、コンデンサファンによって燃料電池スタックの冷却も行う。このようにすることで、燃料電池本体内の換気も行え、新たな部品の追加を伴わずに換気を行える。これにより、レイアウト性が向上すると共に部品点数削減によりシステム軽量化、コスト低減を実現することができる。   In addition, a capacitor fan is provided on the lower surface side of the capacitor, and the fuel cell stack is also cooled by the capacitor fan. In this way, the fuel cell main body can be ventilated, and ventilation can be performed without adding new parts. As a result, the layout can be improved and the weight of the system and the cost can be reduced by reducing the number of parts.

また、車両前部コンパートメント内の部品を冷却する冷却ファンを更に備え、気液分離器の配設位置を、車両前後方向から見て、冷却ファンと重ならないように設定した。このようにすることで、冷却ファンのによる冷却効率を低下させることなく、気液分離器を設置することができる。   In addition, a cooling fan for cooling the components in the front compartment of the vehicle is further provided, and the arrangement position of the gas-liquid separator is set so as not to overlap with the cooling fan when viewed from the vehicle front-rear direction. By doing in this way, a gas-liquid separator can be installed, without reducing the cooling efficiency by a cooling fan.

また、コンデンサから気液分離器に気液を導入させる導入部を、上述した冷却ファン外周部にテーパー状に形成した。このようにすることで、冷却性能に影響を及ぼすことなく、コンデンサからの凝縮水の回収を車両姿勢や車両加速度に影響を受けずに行うことができる。   Moreover, the introduction part for introducing the gas and liquid from the condenser to the gas-liquid separator was formed in a tapered shape on the outer peripheral part of the cooling fan described above. By doing so, it is possible to collect the condensed water from the condenser without affecting the cooling performance without being affected by the vehicle attitude or the vehicle acceleration.

また、コンデンサの上面側に、コンデンサの通過風量を調節する風量調節機構を設けた。このようにすることで、積極的にコンデンサの冷却を行いたい場合に風量を増やしてコンデンサに冷却風があたりやすくして冷却を促進する一方で、コンデンサを暖機したい場合に風量を減じて必要以上に冷却が行われないようにして暖機を促進することができる。   In addition, an air volume adjusting mechanism for adjusting the air volume passing through the capacitor is provided on the upper surface side of the capacitor. In this way, if you want to actively cool the condenser, increase the air volume to make the condenser easier to hit the cooling air and promote cooling, while reducing the air volume when you want to warm up the condenser The warm-up can be promoted without cooling as described above.

また、車両側方から見たコンデンサの設置傾斜角度を可変制御する傾斜角度可変機構を更に備えている。このようにすることで、積極的にコンデンサの冷却を行いたい場合にコンデンサに冷却風があたりやすい角度に調節して冷却を促進する一方で、コンデンサを暖機したい場合にコンデンサに冷却風があたりにくい角度に調節して必要以上に冷却が行われないようにして暖機を促進することができる。   Further, a tilt angle variable mechanism that variably controls the installation tilt angle of the capacitor as viewed from the side of the vehicle is further provided. In this way, when the condenser is actively cooled, it is adjusted to an angle at which the cooling air can easily hit the condenser to promote cooling. On the other hand, when the condenser is warmed up, the cooling air hits the condenser. The warm-up can be promoted by adjusting to a difficult angle so that cooling is not performed more than necessary.

本発明の燃料電池システムは、上述した実施形態に限定されるものではない。たとえば、上述した実施形態におけるシャッタ9に代えて、冷却風導入孔8の下部(コンデンサ4の上部)に開度調節可能なルーバー状の風量調節機構を設けてもよい。また、上述した傾斜角度可変機構は、油圧シリンダを用いてコンデンサ4の後方を上下させたが、電動アクチュエータや空圧アクチュエータや手動機構などを用いてコンデンサ4の傾斜角度を調節するような機構としてもよい。さらに、上述した実施形態では、ラジエターに付随して設けられるラジエターファン12を例にして説明したが、説明に用いたラジエターファン12は、車両前部コンパートメント2内の他の部品を冷却するための冷却ファンであってもよい。例えば、燃料電池システム(燃料電池本体3)を冷却するために設置された冷却ファンであってもよい。   The fuel cell system of the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, instead of the shutter 9 in the above-described embodiment, a louver-like air volume adjusting mechanism whose opening degree can be adjusted may be provided below the cooling air introduction hole 8 (upper part of the condenser 4). In addition, the above-described variable tilt angle mechanism moves the back of the capacitor 4 up and down using a hydraulic cylinder, but as a mechanism that adjusts the tilt angle of the capacitor 4 using an electric actuator, pneumatic actuator, manual mechanism, or the like. Also good. Furthermore, in the above-described embodiment, the radiator fan 12 provided along with the radiator has been described as an example. However, the radiator fan 12 used for the description is for cooling other components in the vehicle front compartment 2. It may be a cooling fan. For example, a cooling fan installed to cool the fuel cell system (fuel cell main body 3) may be used.

本発明の車載用燃料電池システムの第一実施形態の構成図である。It is a block diagram of 1st embodiment of the vehicle-mounted fuel cell system of this invention. 冷却ファンの設置例を示す正面図である。It is a front view which shows the example of installation of a cooling fan. 冷却ファンの他の設置例を示す正面図である。It is a front view which shows the other example of installation of a cooling fan. 本発明の車載用燃料電池システムの第二実施形態の構成図である。It is a block diagram of 2nd embodiment of the vehicle-mounted fuel cell system of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 車両
2 車両前部コンパートメント
3 燃料電池本体
4 コンデンサ
5 気液分離器
6 コンデンサファン
7 ボンネットフード
8 冷却風導入孔
9 シャッタ(風量調節機構)
10 ポンプ
11 導入部
12 ラジエターファン
13 シリンダ(傾斜角度可変機構)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vehicle 2 Vehicle front compartment 3 Fuel cell main body 4 Capacitor 5 Gas-liquid separator 6 Capacitor fan 7 Bonnet hood 8 Cooling air introduction hole 9 Shutter (air volume adjustment mechanism)
10 Pump 11 Introduction 12 Radiator Fan 13 Cylinder (Inclination Angle Variable Mechanism)

Claims (7)

燃料電池出口ガスをコンデンサによって冷却し、出口ガス冷却によって凝縮された液水を回収して燃料電池の運転に利用する車載用燃料電池システムにおいて、
前記コンデンサを、車両前部コンパートメント内の上部に配設したことを特徴とする車載用燃料電池システム。
In the on-vehicle fuel cell system that cools the fuel cell outlet gas with a condenser, collects the liquid water condensed by the outlet gas cooling, and uses it for the operation of the fuel cell.
An in-vehicle fuel cell system, wherein the capacitor is disposed in an upper part of a vehicle front compartment.
前記車両前部コンパートメント内の前記コンデンサの下方に、燃料電池スタック及び気液分離器を配設したことを特徴とする請求項1に記載の車載用燃料電池システム。   The in-vehicle fuel cell system according to claim 1, wherein a fuel cell stack and a gas-liquid separator are disposed below the capacitor in the vehicle front compartment. 前記コンデンサに下面側にコンデンサファンを設け、前記コンデンサファンによって前記燃料電池スタックの冷却も行うことを特徴とする請求項2に記載の車載用燃料電池システム。   The in-vehicle fuel cell system according to claim 2, wherein a capacitor fan is provided on the lower surface side of the capacitor, and the fuel cell stack is also cooled by the capacitor fan. 前記車両前部コンパートメント内の部品を冷却する冷却ファンを更に備え、
前記気液分離器の配設位置を、車両前後方向から見て、前記冷却ファンと重ならないように設定したことを特徴とする請求項2又は3に記載の車載用燃料電池システム。
A cooling fan for cooling parts in the vehicle front compartment;
The in-vehicle fuel cell system according to claim 2 or 3, wherein an arrangement position of the gas-liquid separator is set so as not to overlap the cooling fan when viewed from the front-rear direction of the vehicle.
前記車両前部コンパートメント内の部品を冷却する冷却ファンを更に備え、
前記コンデンサから前記気液分離器に気液を導入させる導入部を、前記冷却ファン外周部にテーパー状に形成したことを特徴とする請求項2〜4の何れか一項に記載の車載用燃料電池システム。
A cooling fan for cooling parts in the vehicle front compartment;
The in-vehicle fuel according to any one of claims 2 to 4, wherein an introduction part for introducing gas-liquid from the capacitor to the gas-liquid separator is formed in a tapered shape on an outer peripheral part of the cooling fan. Battery system.
前記コンデンサの上面側に、該コンデンサの通過風量を調節する風量調節機構を設けたことを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の車載用燃料電池システム。   The in-vehicle fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, wherein an air volume adjusting mechanism for adjusting an air volume passing through the capacitor is provided on an upper surface side of the capacitor. 車両側方から見た前記コンデンサの設置傾斜角度を可変制御する傾斜角度可変機構を更に備えていることを特徴とする請求項1〜6の何れか一項に記載の車載用燃料電池システム。   The in-vehicle fuel cell system according to any one of claims 1 to 6, further comprising an inclination angle variable mechanism that variably controls an installation inclination angle of the capacitor as viewed from the side of the vehicle.
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