燃料电池冷却结构的制作方法

1.本实用新型涉及一种燃料电池冷却结构，尤其涉及一种移动体的燃料电池冷却结构。


背景技术：

2.近年来，随着车辆排气法规和二氧化碳/燃油效率法规的限制，需要同时实现发动机排气的干净化和提高燃料消耗的效率。在所有国家加强建设安全的城市和人类住区，以加强所有国家的包容和可持续的城市建设、可持续的人类住区规划和管理能力。因此，在所有国家需要加强向所有人提供安全、负担得起的、易于利用、可持续的交通运输系统，改善交通安全和道路安全，特别是扩大公共交通，减少城市的人均负面环境影响，包括特别关注空气质量，以及城市废物管理等。在交通领域，在车辆的制造业方面，迫切需要采取措施应对环境问题，以开发能够提高全球能源效率的改善率的技术。
3.在现有技术中，存在一种燃料电池搭载车辆，在燃料电池搭载车辆中在车身前部的电动机室(前方空间)中收纳有驱动用电动机、燃料电池。在燃料电池搭载车辆中，例如存在燃料电池搭载车辆具备电动机以及作为电源的燃料电池配置于在车辆的前侧设置的电动机室内，且通过从燃料电池供给的电力来对电动机进行驱动控制。
4.此外，现有技术中，燃料电池搭载车辆中，用于对车辆座舱进行空气调节的空气调节热交换器与燃料电池堆平行设置，已从冷却流道分流的冷却剂可被用于空气调节热交换器中，且在冷却流道中设置加热器的空气调节旁通流道。


技术实现要素：

5.[实用新型所要解决的问题]
[0006]
现有技术中，即使设置了分支到冷却流道中的加热器的冷却流道，但是由于热交换器的压力损失还是存在，在冷却运行期间，会导致热交换器的压力损失变高，因此，将导致燃料电池堆无法被充分的冷却。由此，需要一种能够使热交换器的压力损失降低且燃料电池堆的冷却量增加，从而能够更可靠地冷却燃料电池堆的燃料电池冷却结构。
[0007]
本实用新型是鉴于所述方面而成，提供一种燃料电池冷却结构，能够使热交换器的压力损失降低且燃料电池堆的冷却量增加，从而能够更可靠地冷却燃料电池堆，并提升冷却效果。
[0008]
[解决问题的技术手段]
[0009]
为了达成所述目的，依据本实用新型的一实施方式的技术方案所述，本实用新型提供一种燃料电池冷却结构。所述燃料电池冷却结构用于对作为燃料电池的发电部的燃料电池堆进行冷却，所述燃料电池冷却结构包括：冷却回路，用于冷却所述燃料电池堆；以及热交换器，用于冷却所述冷却回路的制冷剂；所述冷却回路包括：第1冷却流道，制冷剂通过所述第1冷却流道从所述燃料电池堆朝向所述热交换器流动；第2冷却流道，制冷剂通过所述第2冷却流道从所述热交换器朝向所述燃料电池堆流动；以及铝质的流道，制冷剂通过所
述铝质的流道从所述热交换器的前侧朝向所述燃料电池堆的后侧流动；且所述铝质的流道是绕过所述热交换器而设置的旁通流道。
[0010]
如此，燃料电池冷却结构中，在热交换器的前侧设置使制冷剂不通过该热交换器的铝质的旁通流道，不使热通过热交换器的方式而进行散热，故能够使热交换器的压力损失降低的同时也能够确保朝向燃料电池堆流动的制冷剂的冷却量是充分足够的。
[0011]
在本实用新型的一实施方式中，所述燃料电池冷却结构更包括：散热支架，设置在所述铝质的流道。
[0012]
如此，通过设置散热支架，增加了铝质的流道的散热面积，进一步提高散热效果。
[0013]
在本实用新型的一实施方式中，所述铝质的流道设置在比所述燃料电池堆更靠近所述热交换器的位置。
[0014]
如此，能够降低整体的压力损失，将散热能量的损失抑制在最小限度。
[0015]
[实用新型的效果]
[0016]
基于上述，本实用新型的燃料电池冷却结构，在冷却回路中设置铝质的流道，且铝质的流道是绕过热交换器而设置的旁通流道，制冷剂通过铝质的流道从热交换器的不会受到热交换器的排热影响的部位(例如热交换器的周围与车体之间的空间内适当的位置)而朝向燃料电池堆的后侧流动。由此，在热交换器的前侧设置使制冷剂不通过该热交换器的铝质的旁通流道，不使热通过热交换器而进行散热，如此由于没有经过热交换器，故能够使热交换器的压力损失降低的同时也能够确保朝向燃料电池堆流动的制冷剂的冷却量是充分足够的，从而能够更可靠地冷却燃料电池堆，并提升燃料电池冷却结构的整体的冷却效果。
[0017]
为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施方式，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
[0018]
图1示意性的示出本实用新型的一种燃料电池冷却结构的示意图。
[0019]
图2是图1的冷却回路的铝质的流道的示意图。
[0020]
附图标记说明：
[0021]
100：燃料电池冷却结构
[0022]
120：冷却回路
[0023]
122：第1冷却流道
[0024]
124：第2冷却流道
[0025]
126：铝质的流道
[0026]
126s：散热支架
[0027]
b：燃料电池堆
[0028]
v：控制阀
[0029]
p：泵
[0030]
hx：热交换器
具体实施方式
[0031]
以下，基于附图来说明本实用新型的实施方式。需要说明的是，在以下说明的各实施方式中，对于共同部分标注同一附图标记，省略重复的说明。以下，参照附图，对本实用新型的实施方式进行说明。在以下说明的实施方式中，当提及个数、量等时，除了有特殊的记载以外，本实用新型的范围不一限于该个数、量等。另外，在以下的实施方式中，各构成要素除了有特殊的记载以外，对本实用新型来说不一定是必须的。另外，以下当存在多个实施方式时，除了有特殊的记载以外，能够适当地组合各实施方式的特征部分从最初就是预先确定的。
[0032]
以下，参照附图，对本实用新型的实施方式进行说明。以下，利用附图描述本实施方式的燃料电池冷却结构。图1示意性的示出本实用新型的一种燃料电池冷却结构的示意图。
[0033]
本实用新型的燃料电池冷却结构可应用在燃料电池搭载车辆、电动机动车、混合动力机动车等，且作为需要温度调整的调温对象可以是燃料电池搭载车、电动机动车、混合动力机动车等的行驶用的电力进行蓄积的燃料电池或二次电池、使用中发热的电气设备、车室空间的空调等。在本实施方式中，燃料电池冷却结构例如是应用在燃料电池搭载车辆中的冷却空调系统，对作为燃料电池搭载车辆中的燃料电池的发电部的燃料电池堆进行冷却作为举例说明。然而，本实用新型并不限于此。
[0034]
本实用新型提出的燃料电池冷却结构具备车辆的电池组的冷却回路。本实施方式中，主要以用来冷却燃料电池堆的电池组的冷却回路部分来举例说明。本实施方式中，车辆的电池组的冷却回路部分是使制冷剂(refrigerant)(亦称热交换介质)循环流动的方式对可作为车辆行驶的驱动源的电动机的燃料电池堆(fuel cell stack)(亦称电池组(battery pack))进行冷却的冷却回路。由此，图1中主要示出用来冷却燃料电池堆的冷却回路的示意图，省略了其馀的回路。
[0035]
本实施方式中，如图1所示，燃料电池冷却结构100包括燃料电池堆b、与车室外的外部空气进行热交换的热交换器(heat exchanger)hx、用于控制朝向热交换器hx流动的制冷剂的流量的控制阀v以及驱动制冷剂的流动的泵p。
[0036]
如图1所示，燃料电池冷却结构100中，冷却回路120由第1冷却流道122、第2冷却流道124和铝质的流道126构成。第1冷却流道122设置在热交换器hx和燃料电池堆b之间，并且制冷剂通过第1冷却流道122从燃料电池堆b朝向热交换器hx流动。第2冷却流道124设置在热交换器hx和燃料电池堆b之间，并且制冷剂通过第2冷却流道124从热交换器hx朝向燃料电池堆b流动。铝质的流道126设置在热交换器hx和燃料电池堆b之间，并且设置在比燃料电池堆b更靠近热交换器hx的位置。除此之外，铝质的流道126是绕过热交换器hx而设置的旁通流道(bypass flow passage)。制冷剂通过铝质的流道从热交换器的不会受到热交换器的排热影响的部位(例如热交换器的周围与车体之间的空间内适当的位置)而朝向燃料电池堆的后侧流动。换句话说，制冷剂在铝质的流道126内流动时并不会经过热交换器hx，铝质的流道126内的制冷剂和流经过热交换器hx内的且经热交换过的制冷剂不同。
[0037]
如图1所示，燃料电池冷却结构100中，在进行对燃料电池堆b的冷却回路120如下形成。首先，经由控制阀v控制流量的制冷剂在第1冷却流道122中流动并流入热交换器hx进行热交换，从热交换器hx排出的制冷剂流入设置在热交换器hx的下游侧的泵p以将制冷剂
泵出，以使制冷剂在第2冷却流道124中流动并朝向燃料电池堆b流动，以使对燃料电池堆b进行冷却。此外，经由控制阀v控制的制冷剂的一部分也同时流入铝质的流道126中，制冷剂通过铝质的流道126从热交换器hx的的不会受到热交换器的排热影响的部位，例如，热交换器的外侧轮廓的周围与车体之间的空间内适当的位置，朝向燃料电池堆b的后侧流动，其中在铝质的流道126内流动的制冷剂并不经过热交换器hx，而是绕过热交换器hx的方式流经过作为旁通流道的铝质的流道126后流入到第2冷却流道124中，再朝向燃料电池堆b流动，以对燃料电池堆b进行冷却。对燃料电池堆b冷却后的制冷剂再次朝向热交换器hx的方向流动，以进行下次的循环。
[0038]
如此，在冷却回路中设置作为旁通流道的铝质的流道126，制冷剂通过铝质的流道126从热交换器hx的不会受到热交换器的排热影响的部位朝向燃料电池堆b的后侧流动，且铝质的流道126是绕过热交换器hx而不使制冷剂流入热交换器hx内。由此，在热交换器hx的附近设置使制冷剂不通过该热交换器hx的铝质的旁通流道，不使热通过热交换器hx的方式而进行散热，如此由于没有经过热交换器hx，故能够使热交换器hx的压力损失降低的同时也能够确保朝向燃料电池堆b流动的制冷剂的冷却量是充分足够的，从而能够更可靠地冷却燃料电池堆b，并提升燃料电池冷却结构100的整体的冷却效果。
[0039]
在燃料电池冷却结构100的冷却回路120中，由于热交换器hx的压力损失比较高故存在无法确保用于冷却燃料电池堆b的制冷剂的流量是否充足的问题。针对此，通过额外设置不流经过热交换器hx的旁通流道(亦即铝质的流道126)，能够降低热交换器hx的压力损失，并且能够确保冷却燃料电池堆b所需的制冷剂的流量充足，此外，由于旁通流道是采用散热能力高的铝质(aluminum)的材料或其他散热能力高的金属材料制成，故能够更进一步提高冷却效果。
[0040]
由于热交换器hx的压力损失较高，故预热后整个回路的压力损失也将会变高，此时将会无法确保能够控制燃料电池堆b的温度所需的制冷剂的流量的充足性。即使在需要最大散热能量的条件下，可通过将控制阀等的开度进行控制来降低压力损失的总值，然而流经过热交换器hx的制冷剂的流量将会减少，此时散热能量也会降低，因此无法确保制冷剂的温度被控制在低于所需的温度。据此，本实施方式的冷却回路120中，作为对策额外设置有绕过热交换器hx的旁通流道的冷却回路120，以使热量能够被绕过热交换器hx而设置的铝质的流道126中流动的制冷剂进行散热，并且能够降低整体的压力损失，将散热能量的损失抑制在最小限度。
[0041]
此外，由于冷却回路120的铝质的流道126设置在车辆的底部的热交换器hx的附近，例如设置在热交换器hx的外侧轮廓的周围与车体之间的空间内适当的位置，也可利用来自外部的新鲜空气(亦即来自外部直接吹来的风且不会受到空调冷凝器等的废热的影响)散热，因此制冷剂的温度和外部空气温度之间的温差将会变大，故也能获得散热能量被提高的效果。
[0042]
在本实施方式中，图2是图1的冷却回路的铝质的流道的示意图。如图2所示，在铝质的流道126上还可以设置散热支架126s。通过设置散热支架126s，增加了铝质的流道126的散热面积，进一步提高散热效果。此外，将铝质的流道126的安装位置设置在车辆的底部，可以防止被其他热交换器排出的废气的热影响。图2是图1的冷却回路的铝质的流道的示意图。如图2所示，散热支架126s例如可以是用于固定铝质的流道126本身的支架(stay)，也可
以是可将管道构件进行固定的夹子(clip)型的支架等周边固定构件，本实用新型并不限于此，只要能够增加散热面积即可。此外，也可以设置多个散热支架126s，以确保一定程度上的散热能量。通过设置多个散热支架126s在能够提高散热能量的贡献以外，也能够减少铝质的流道126与其他构件之间的间隙，有助于车辆的各构件的安装性。
[0043]
综合上述，本实用新型的燃料电池冷却结构，在冷却回路中设置铝质的流道，制冷剂通过铝质的流道从热交换器的外侧轮廓的周围朝向燃料电池堆的后侧流动，且铝质的流道是绕过热交换器而设置的旁通流道，可利用来自车辆的外部的新鲜空气，来自外部直接吹来的风且不会受到空调冷凝器等的废热的影响而散热。由此，在热交换器的前侧设置使制冷剂不通过该热交换器的铝质的旁通流道，不使热通过热交换器而进行散热，如此由于没有经过热交换器，故能够使热交换器的压力损失降低的同时也能够确保朝向燃料电池堆流动的制冷剂的冷却量是充分足够的，从而能够更可靠地冷却燃料电池堆，并提升燃料电池冷却结构的整体的冷却效果。
[0044]
最后应说明的是：以上实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型的实施方式的技术方案的范围。