CN103840181A - 用于燃料电池***的压缩空气冷却装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供燃料电池***的压缩空气冷却装置，包含：ⅰ）吸热器，安装在空气供给***的第一部件，该空气供给***向燃料电池组供应由空气压缩机压缩的压缩空气，ⅱ）散热器，安装在电池组冷却***的第二部件，该电池组冷却***使循环至燃料电池组的冷却剂冷却，ⅲ）热管，连接吸热器与散热器，并在其中填充有致冷剂，其中，吸热器布置在比散热器更低的位置，以使致冷剂从散热器流向吸热器。

Description

用于燃料电池***的压缩空气冷却装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年11月21日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2012-0132515号的优先权和权益，其全部内容通过引用的方式合并于本文。
技术领域
本发明的示例性实施方式涉及燃料电池***，更具体地，涉及能够使经由空气压缩机供应至燃料电池组的压缩空气冷却的压缩空气冷却装置。
背景技术
通常而言，燃料电池***向燃料电池组供应用作燃料的氢和作为氧化剂的空气，电力通过燃料电池组内的氢与氧的电化学反应而产生。当燃料电池***安装在车辆中时，通过由燃料电池组产生的电力来操作电动机，从而驱动车辆。
通常情况下，燃料电池***包含向燃料电池组供应燃料的燃料供给***、向燃料电池组供应空气的空气供给***、以及除去由燃料电池组产生的热的冷却***。
一种类型的空气供给***是压缩空气并将所压缩的空气供应给燃料电池组的空气压缩机，且增湿器在空气压缩机与燃料电池组之间用燃料电池组产生的水来加湿压缩空气。
然而，在燃料电池组的高输出功率驱动条件下，由于空气的高压缩比和体积，由空气压缩机压缩的空气的温度增加到约120℃。
由于上述温度高于燃料电池组的正常驱动温度（60～80℃），造成与增湿器的加湿效率以及燃料电池组的驱动效率相关的问题。因此，在供应至电池组之前，燃料电池***需要将由空气压缩机供应至增湿器的高温压缩空气进行冷却。
在背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成该国本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明已经做出努力来提供用于燃料电池***的压缩空气冷却装置，其具有的优点是，通过使用简化的结构，使从空气压缩机供应给燃料电池组的处于比燃料电池的正常工作温度更高的温度下的压缩空气冷却。
此外，本发明提供燃料电池***的压缩空气冷却装置，其在燃料电池组的较高输出功率驱动条件下，有效控制压缩空气的温度，并且改善空气冷却性能和效率，以提供压缩空气温度的迅速降低。
本发明的示例性实施方式提供燃料电池***的压缩空气冷却装置，其包含：ⅰ）吸热器，安装在空气供给***的高温部件，该空气供给***向燃料电池组供应由空气压缩机压缩的高温压缩空气（例如，约60℃～80℃以上），ⅱ）散热器，安装在电池组冷却***的低温部件，该电池组冷却***使经由燃料电池组循环的冷却剂冷却，ⅲ）热管，连接吸热器与散热器，并在其中填充有致冷剂。
此外，在根据本发明示例性实施方式的燃料电池***的压缩空气冷却装置中，吸热器可以布置在比散热器相对较低的位置（即，在散热器下方）。
而且，燃料电池***的压缩空气冷却装置可以包含，与散热器连接以存储致冷剂的致冷剂储库、以及大体连接致冷剂储库与吸热器并选择地向吸热器供应致冷剂储库中的致冷剂的致冷剂供给装置。
此外，在根据本发明示例性实施方式的燃料电池***的压缩空气冷却装置中，吸热器可以安装在空气供给管道，空气供给管道是高温部件，其连接空气压缩机与增湿器。
此外，在根据本发明示例性实施方式的燃料电池***的压缩空气冷却装置中，吸热器可以布置在增湿器的压缩空气入口侧。
而且，在根据本发明示例性实施方式的燃料电池***的压缩空气冷却装置中，散热器可以布置成邻近于作为低温部件的散热模块的冷却风扇。
在某些示例性实施方式中，在根据本发明示例性实施方式的燃料电池***的压缩空气冷却装置中，散热器可以安装在作为低温部件的散热模块的电池组冷却剂流路上。
此外，在根据本发明示例性实施方式的燃料电池***的压缩空气冷却装置中，致冷剂供给装置可以包含连接致冷剂储库与吸热器的致冷剂供给管道，并且致冷剂泵送设备可以安装在致冷剂供给管道内。
此外，在根据本发明示例性实施方式的燃料电池***的压缩空气冷却装置中，致冷剂供给装置可以包含连接致冷剂储库与吸热器的致冷剂供给管道，并且流路打开和关闭设备也可以安装在致冷剂供给管道内。
在本发明的某些示例性实施方式中，在根据本发明示例性实施方式的燃料电池***的压缩空气冷却装置中，致冷剂供给装置可以包含连接致冷剂储库与热管的致冷剂供给管道，并且致冷剂泵送设备可以安装在致冷剂供给管道内。
此外，在根据本发明示例性实施方式的燃料电池***的压缩空气冷却装置中，致冷剂供给装置可以包含连接致冷剂储库与热管的致冷剂供给管道，并且流路打开和关闭设备可以安装在致冷剂供给管道内。
此外，根据本发明示例性实施方式的燃料电池***的压缩空气冷却装置还可以包含安装于吸热器的温度传感器，以检测压缩空气的温度，并向监控温度的控制器输出检测信号。控制器可以根据温度传感器的检测信号，向致冷剂供给装置施加控制信号。
此外，本发明的另一个示例性实施方式提供燃料电池***的压缩空气冷却装置，包含：ⅰ）吸热器，安装在空气供给***的高温部件，该空气供给***向燃料电池组供应由空气压缩机压缩的高温压缩空气（例如，约60℃～80℃以上），ⅱ）散热器，安装在电池组冷却***的低温部件，该电池组冷却***使经由燃料电池组循环的冷却剂冷却，ⅲ）热管，连接吸热器与散热器，并在其中填充致冷剂；以及iv）压力施加器，连接高温部件与热管，并向热管内蒸发的致冷剂气体施加压力。
此外，在根据本发明示例性实施方式的燃料电池***的压缩空气冷却装置中，吸热器可以安装在起高温部件作用的空气供给管道内，并连接空气压缩机与增湿器，并且压力施加器可以相应地连接至空气供给管道和热管。
而且，在根据本发明示例性实施方式的燃料电池***的压缩空气冷却装置中，压力施加器可以包含连接至空气供给管道的空气流路、连接至空气流路并具有活塞的气缸构件、连接至气缸构件的活塞的连接杆、连接至连接杆的波纹管、以及连接波纹管与热管的致冷剂气体流路。波纹管可以被活塞压缩，并且可以通过致冷剂气体流路挤压在热管内的致冷剂气体。
此外，本发明的另一个示例性实施方式提供燃料电池***的压缩空气冷却装置，包含：ⅰ）吸热器，安装在空气供给***的高温部件，该空气供给***向燃料电池组供应由空气压缩机压缩的高温压缩空气（例如，约60℃～80℃以上），ⅱ）散热器，安装在电池组冷却***的低温部件，该电池组冷却***使经由燃料电池组循环的冷却剂冷却，ⅲ）热管，连接吸热器与散热器，并在其中填充有致冷剂；以及iv）压力施加器，连接高温部件、散热器和热管，并且向热管内的液态致冷剂施加压力。
此外，在根据本发明示例性实施方式的燃料电池***的压缩空气冷却装置中，吸热器可以安装在起高温部件作用的空气供给管道内，并连接空气压缩机与增湿器，并且压力施加器可以连接至空气供给管道、散热器和热管。
而且，在根据本发明示例性实施方式的燃料电池***的压缩空气冷却装置中，压力施加器可以包含连接至空气供给管道的空气流路、连接至空气流路并具有活塞的气缸构件、连接至气缸构件的活塞的连接杆、连接至连接杆的波纹管、连接波纹管与散热器的第一致冷剂液体流路、以及连接波纹管与热管的第二致冷剂液体流路。通过第一致冷剂液体流路，波纹管可以被供应有散热器的液态致冷剂。该波纹管可以被活塞压缩，并且可以经第二致冷剂液体流路，将液态致冷剂供应至热管。
根据本发明的示例性实施方式，由于从空气压缩机向燃料电池组供应的高温压缩空气（例如，在约60℃～80℃以上）可以通过连接吸热器与散热器的热管的简化结构进行冷却，压缩空气的温度的过分增加可以被抑制。因此，在本发明的示例性实施方式中，可以预防由于压缩空气的热引起的对燃料电池组的损坏，并且可以满足压缩空气的温度条件，适合于正常驱动燃料电池组。
此外，在本发明的示例性实施方式中，由于可以防止将高温的压缩空气供应给增湿器，从而可以防止增湿器的湿润效率以及燃料电池组的驱动性能的劣化。
而且，在本发明的示例性实施方式中，由于高温的压缩空气可以经由连接吸热器与散热器的热管的简化结构而冷却，燃料电池***可以在简化的封装中有效实施。
此外，在本发明的示例性实施方式中，处于高温部件的压缩空气的温度可以根据由温度传感器检测到的压缩空气的温度，通过调节经由致冷剂供给装置从散热器向吸热器供应的致冷剂的量进行控制。因此，在本发明的示例性实施方式中，压缩空气的温度可以在燃料电池组的高输出功率驱动条件下有效控制，并且可以通过对压缩空气温度的快速增加的快速响应，从而改善空气冷却性能。
同时，在本发明的示例性实施方式中，由于在使压缩空气冷却的过程中，压缩空气的压力经由压力施加器施加至在热管内蒸发的致冷剂气体，在热管内的致冷剂气体的移动可以被激活。
此外，在本发明的示例性实施方式中，由于液态致冷剂通过压力施加器利用压缩空气的压力而供应到热管内，从而在使压缩空气冷却的过程中，挤压热管内部的液体致冷剂，因而在热管内的液态致冷剂的移动可以加速。因此，在本发明的示例性实施方式中，通过流经空气供给管道的压缩空气的压力，热管中的致冷剂的循环被激活，从而压缩空气的冷却性能可以得以改善而无需使用其他电控制装置。
附图说明
附图用来参考，以解释本发明的示例性实施方式，但是本发明的技术精神不应被解读为局限于附图。
图1是图示出应用本发明的第一示例性实施方式的燃料电池***的框图。
图2是图示出根据本发明第一示例性实施方式的燃料电池***的压缩空气冷却装置的视图。
图3是图示出根据本发明第一示例性实施方式的应用于燃料电池***的压缩空气冷却装置的吸热器的第一装配实例的视图。
图4是图示出根据本发明第一示例性实施方式的应用于燃料电池***的压缩空气冷却装置的吸热器的第二装配实例的视图。
图5是图示出根据本发明第一示例性实施方式的应用于燃料电池***的压缩空气冷却装置的散热器的第一装配实例的视图。
图6是图示出根据本发明第一示例性实施方式的应用于燃料电池***的压缩空气冷却装置的散热器的第二装配实例的视图。
图7是图示出根据本发明第一示例性实施方式的应用于燃料电池***的压缩空气冷却装置的致冷剂供给装置的第一装配实例的视图。
图8是图示出根据本发明第一示例性实施方式的应用于燃料电池***的压缩空气冷却装置的致冷剂供给装置的第二装配实例的视图。
图9是图示出根据本发明第二示例性实施方式的燃料电池***的压缩空气冷却装置的视图。
图10是图示出根据本发明第二示例性实施方式的应用于燃料电池***的压缩空气冷却装置的致冷剂供给装置的第一装配实例的视图。
图11是图示出根据本发明第二示例性实施方式的应用于燃料电池***的压缩空气冷却装置的致冷剂供给装置的第二装配实例的视图。
图12是图示出根据本发明第三示例性实施方式的燃料电池***的压缩空气冷却装置的视图。
图13是图示出根据本发明第四示例性实施方式的燃料电池***的压缩空气冷却装置的视图。
<附图标记的描述>
1...燃料电池组          3...燃料供给***
5...空气供给***        7...冷却***
11...空气压缩机         12、212、312...空气供给管道
13...增湿器             14...压缩空气入口
15...散热模块           16...散热器
17...冷却风扇           18...冷却剂流路
20、12、220、320...吸热器
21、221、321...高温部件
25、125...温度传感器
30、130、230、330...散热器
31...低温部件             40、140、240、340...热管
50、150...致冷剂储库
60、160...致冷剂供给装置
61、161...致冷剂供给管道   70、170...操作元件
71、171...致冷剂泵送设备
72、172...流路打开和关闭设备
90、190...控制器           101...燃料电池***
280、380...压力施加器      281、381...空气流路
283、383...活塞            284、384...汽缸构件
285、385...连接杆          287、387...波纹管
289...致冷剂气体流路
388...第一致冷剂液体流路
389...第二致冷剂液体流路
具体实施方式
在下文中，本发明将参考附图进行更完整地描述，在附图中示出本发明的示例性实施方式。本领域技术人员将意识到，所描述的实施方式可以以多种不同的方式进行改变，所有均不脱离本发明的精神或范围。
应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车（SUV）、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、***式混合电动车、氢动力车和其它代用燃料车（例如，来源于石油以外的资源的燃料）。如本文所提到的，混合动力车是具有两种或多种动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。
此外，应当理解下列方法由至少一个控制器执行。术语控制器指的是包含存储器和处理器的硬件设备，其中处理器经配置执行应当被解读为算法结构的一个以上步骤。存储器经配置存储算法步骤，处理器经具体配置成执行该算法步骤，以执行将在下面进一步描述的一个以上过程。
此外，本发明的控制逻辑可以具体表现为，在含有由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的例子包括但不限于ROM、RAM、光盘（CD）-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光数据存储装置。计算机可读记录介质也可以在连接网络的计算机***中分布，从而计算机可读媒体可以通过例如远程信息处理服务器或控制器局域网络（CAN）以分布方式进行存储并执行。
为清楚描述本发明，与说明书不相关的部件被省略。相同的附图标记在说明书中通篇指代相同或相似的构成元件。
在附图中示出的各个组件的尺寸和厚度在附图中任意示出，以更好理解和便于描述，但是本发明不局限于示例。在附图中，为清晰起见，各个部分和区域的厚度被放大。
此外，在以下详细描述中，相同关系的构成部分的名称划分为“第一”、“第二”等，但是，本发明不局限于下列描述中的次序。
在本说明书中，除非明确指出相反意思，词语“包括”及其变体，例如“包含”或“含有”将理解为包括所述元件，但不排除任何其他元件。
此外，在本说明书中公开的术语，例如“...单元”，“...装置”，“...部件”或“...组件”是指包括执行至少一种功能或操作的构成部分的单元。
图1是图示出应用本发明第一示例性实施方式的燃料电池***的框图。参考图1，根据本发明第一示例性实施方式的压缩空气冷却装置100可以应用于通过燃料与氧化剂之间的电化学反应产生电能的燃料电池***101。
例如，燃料电池***可以应用于利用燃料与氧化剂之间的电化学反应产生的电能来驱动电动机的燃料电池车。燃料电池***101包含燃料电池组1、向燃料电池组1供应作为燃料的氢的燃料供给***3、向燃料电池组1供应作为氧化剂的空气的空气供给***5、以及使由燃料电池组1生成的热冷却的冷却***7。
在前述构成中，空气供给***5包含对空气进行压缩并向燃料电池组1供应压缩空气的空气压缩机11、以及安装在空气压缩机11与燃料电池组1之间的增湿器13。
在燃料电池组1的高输出功率驱动条件下，空气压缩机11通过空气供给管道12向增湿器13供应处于相对高温的（例如，约120℃）压缩空气。接着，增湿器13使用燃料电池组1中生成的水来对压缩空气进行增湿，并向燃料电池组1供应增湿后的空气。
此外，冷却***7包含散热模块15，其使得在燃料电池组1中循环时加热的冷却剂进行冷却。散热器16和冷却风扇17设置在散热模块15中，且冷却剂流路18设置在散热器16中。
根据本发明示例性实施方式的压缩空气冷却装置100设置在燃料电池***101中，如上所述地配置成，使通过空气供给管道12从空气压缩机11供应至增湿器13的高温压缩空气冷却。
根据本发明示例性实施方式的燃料电池***的压缩空气冷却装置100，通过采用热管的配置，具有能够使通过增湿器13从空气压缩机11供应给燃料电池组1的高温压缩空气冷却的结构。
此外，本发明的示例性实施方式提供燃料电池***的压缩空气冷却装置100，能够在燃料电池组1的高输出功率驱动条件下有效控制压缩空气的温度，并通过对迅速增加的压缩空气温度的快速响应，改善空气冷却性能。
图2是图示出根据本发明第一示例性实施方式的燃料电池***的压缩空气冷却装置的视图。参考图1和2，根据本发明第一示例性实施方式的燃料电池***的压缩空气冷却装置100基本包含吸热器20、散热器30、热管40、致冷剂储库50、以及致冷剂供给装置60，但是应当明白，本发明的范围不局限于此。
其他配置可以用在本发明的示例性实施方式中，例如，致冷剂可以从散热器30流向吸热器20而无需致冷剂储库50和致冷剂供给装置60的配置。
吸热器20可以安装在空气供给***5的高温部件（即，第一部件）21，其中空气供给***5向燃料电池组1供应由燃料电池***101的空气压缩机11压缩的高温（例如，约60℃～80℃以上）压缩空气。吸热器20利用高温部件21的热量，起到蒸发热管40内的致冷剂的作用。
此处，高温部件21可以定义为空气供给管道12，处于高温的压缩空气通过空气供给管道12供应至增湿器13。换言之，如图3所示，吸热器20可以安装在连接空气压缩机11与增湿器13的空气供给管道12上。在这种情况下，如图4所示，吸热器20设置在增湿器13的压缩空气入口14侧，并且增湿器13和吸热器20可以形成为单一模块。
同时，检测压缩空气的温度并向控制器90输出检测信号的温度传感器25安装在吸热器20上。由于温度传感器25是本领域广为人知的技术，本说明书将省略温度传感器如何工作和运行的更详细描述。
另一方面，散热器30可以安装在冷却***7的低温部件31（即，第二部件）上，其中冷却***7使从燃料电池***101循环至燃料电池组1的冷却剂冷却。散热器30使吸热器20中蒸发的致冷剂气体冷凝并排出潜热，并容纳冷凝为液态的致冷剂。此处，低温部件31可以定义为，使在从燃料电池***101循环至燃料电池组1时被加热的冷却剂冷却的散热模块15的一部分。
如图5所示，散热器30可以在散热模块15的散热器16与冷却风扇17之间安装成邻近于冷却风扇17。或者，如图6所示，散热器30可以安装在散热器16的冷却剂流路18上。
关于吸热器20和散热器30，吸热器20可以布置在比散热器30相对更低的位置（即，在散热器30下方）。前述的位置差异的目的是，利用重力将容纳在散热器30中的液态致冷剂通过热管40移动到吸热器20，这将在下面详细描述。
参考图1和2，热管40是连接吸热器20与散热器30的管道，并在其中填充有作为工作液的致冷剂。热管40是指热交换装置，其利用致冷剂相变时生成的潜热，将热从具有高产热密度的部件传送到具有低产热密度的部件，其中致冷剂在高温部件21的吸热器20中蒸发并在低温部件31的散热器30中冷凝。
热管40包含具有热传导的管形的密封容器、形成在密封容器中的吸液芯（未在附图中示出）、以及填充在密封容器中的致冷剂。因此，由于吸热器20和散热器30经由热管40连接，致冷剂通过热管40从位于较高位置的散热器30向位于较低位置的吸热器20移动。
因此，吸热器20利用高温部件21的热来蒸发致冷剂，蒸发的致冷剂气体通过热管40向低温部件31的散热器30移动，散热器30使致冷剂冷凝成液态并排出潜热，在散热器30中冷凝的液态致冷剂通过热管40再次向吸热器20移动。通过这个原理，由于在高温部件21生成的热被传递至低温部件31，并进而排放到外部，在本发明的示例性实施方式中，在高温部件21的高温压缩空气可以冷却到预定温度。
参考图1和2，致冷剂储库50连接至散热器30，并且暂时存储散热器30中冷凝的致冷剂。致冷剂储库50可以直接连接至散热器30，或者可以以更加间接的方式，经由其他管道连接至散热器30。
致冷剂供给装置60也可以设置成对从散热器30供应至吸热器20的致冷剂的量进行调节，并且控制处在高温部件21的压缩空气的温度。致冷剂供给装置60大体连接致冷剂储库50与吸热器20，并且可以选择性地向吸热器20供应致冷剂储库50中的致冷剂。
致冷剂供给装置60包含用于连接致冷剂储库50与吸热器20的致冷剂供给管道61，并且操作元件70可以安装在致冷剂供给管道61内。此处，操作元件70将在致冷剂储库50中存储的致冷剂泵送向吸热器20，或通过打开致冷剂供给管道61的流路并利用重力，经由致冷剂供给管道61，向吸热器20供应在致冷剂储库50中存储的致冷剂。
如图7所示，操作元件70可以包含安装在致冷剂供给管道61的致冷剂泵送设备71上，以将在致冷剂储库50中存储的致冷剂泵送向吸热器20。致冷剂泵送设备71的实例可以是泵。
此外，如图8所示，操作元件70可以包含流路打开和关闭设备72，用于选择性地打开和关闭致冷剂供给管道61的流路。流路打开和关闭设备72的实例可以是作为致动器的电磁阀。换言之，流路打开和关闭设备72可以配置成打开致冷剂供给管道61，以使在致冷剂储库50中存储的致冷剂通过重力供应至吸热器20。
操作元件70可以根据前述温度传感器25的检测信号，即根据由温度传感器25检测到的压缩空气的温度，通过接收控制器90的电控制信号进行操作。
或者，在本发明的示例性实施方式中，操作元件70可以包含由致动器驱动的活塞-汽缸、普通阀门等，只要其能够控制致冷剂的流动。
在下文中，配置如上所述的根据本发明第一示例性实施方式的燃料电池***的压缩空气冷却装置100的操作将参考图1和2进行详细描述。首先，在本发明的示例性实施方式中，在驱动燃料电池***101的时候，作为燃料的氢气通过燃料供给***3供应至燃料电池组1，且作为氧化剂的压缩空气通过空气供给***5的空气压缩机11供应至燃料电池组1。此处，由空气压缩机11生成的压缩空气通过空气供给管道12供应至增湿器13，且增湿器13利用燃料电池组1中生成的水来加湿压缩空气，并向燃料电池组1供应加湿后的空气。
燃料电池组1通过氢与氧之间的电化学反应来生成电能，并生成作为反应过程中副产物的水和热。因此，燃料电池***101的冷却***7将冷却剂循环至燃料电池组1，以冷却由燃料电池组1生成的热。此外，在燃料电池组1中循环时被加热的冷却剂被供应至散热模块15，并且可以以被散热模块15冷却的状态再次供应至燃料电池组1。同时，在燃料电池组1的高输出功率驱动条件下，空气压缩机11通过空气供给管道12，向增湿器13供应相对高温的（例如，约120℃）压缩空气。
在进行前述过程时，高温压缩空气流过的空气供给***5的高温部件21的热，即安装在空气供给管道12上的吸热器20的高温部件21的热，将使致冷剂蒸发。
接着，在吸热器20中蒸发的致冷剂气体朝向低温部件移动，也就是说，通过热管40朝冷却***7的散热模块15侧面的散热器30移动。因此，散热器30使致冷剂气体冷凝为液态并排出潜热，而且在散热器30中冷凝的液态致冷剂再次通过热管40朝吸热器20移动。由于散热器30布置在比吸热器20更高的位置，在散热器30中的液态致冷剂可以通过热管40向吸热器20移动。
因此，在本发明的示例性实施方式中，在进行前述过程时，从高温部件21生成的热被传递至低温部件31，并排出到外部，从而将在高温部件21的高温压缩空气冷却至预定温度，例如60～80℃，这是燃料电池组1的正常驱动温度。
因此，在本发明的示例性实施方式中，从空气压缩机11供应至燃料电池组1的压缩空气的温度的过度增加被抑制，从而满足压缩空气的温度条件，这将保护燃料电池组1的燃料电池，并适合于燃料电池组1的正常驱动。
此外，在本发明的示例性实施方式中，由于可以防止处于高温的压缩空气供应至增湿器13，增湿器13的增湿效率以及燃料电池组1的驱动性能的劣化可以得以防止。而且，在本发明的示例性实施方式中，由于高温的压缩空气可以通过连接吸热器20与散热器30的热管40的简单结构而进行冷却，燃料电池***101的封装可以以更加紧凑的方式进行实施。
此外，在前述过程中，温度传感器25可以检测压缩空气的温度，并向控制器90输出检测信号。接着，当根据温度传感器25的检测信号，压缩空气的温度被确定为等于或大于预定温度时，根据本发明的示例性实施方式，控制器90将电信号施加于致冷剂供给装置60的操作元件70。
因此，在本发明的示例性实施方式中，将致冷剂泵送设备71（参见图7）或流路打开和关闭设备72（参见图8）作为操作元件70进行操作，从而将在致冷剂储库50中存储的致冷剂泵送至吸热器20，或通过打开致冷剂供给管道61的流路，经致冷剂供给管道61，将在致冷剂储库50中存储的致冷剂供应至吸热器20。
因此，在本发明的示例性实施方式中，可以根据由温度传感器25检测到的压缩空气的温度，通过致冷剂供给装置60调节从散热器30供应至吸热器20的致冷剂的量，从而对处于高温部件21的压缩空气的温度进行控制。
因此，在本发明的示例性实施方式中，压缩空气的温度可以在燃料电池组1的高输出功率驱动条件下进行有效控制，并且可以通过快速响应于压缩空气温度的快速增加，使空气冷却性能得到改善。
图9是图示出根据本发明第二示例性实施方式的燃料电池***的压缩空气冷却装置的视图。参考图9，根据本发明第二示例性实施方式的燃料电池***的压缩空气冷却装置200基本包含如同前述示例性实施方式的吸热器120、散热器130、和热管140，并且可以包含用于选择性地向热管140供应在致冷剂储库150中存储的致冷剂的致冷剂供给装置160。
致冷剂供给装置160包含用于连接致冷剂储库150与热管140的致冷剂供给管道161、以及安装在致冷剂供给管道161上的操作元件170。
此处，操作元件170设置成将在致冷剂储库150中存储的致冷剂泵送至热管140，或通过打开致冷剂供给管道161的流路并利用重力，将在致冷剂储库150中存储的致冷剂经由致冷剂供给管道161供应至热管140。
如图10所示，操作元件170可以包含安装在致冷剂供给管道161内的致冷剂泵送设备171，以将在致冷剂储库150中存储的致冷剂泵送至热管140。致冷剂泵送设备171的实例可以是泵。
此外，如图11所示，操作元件170可以包含流路打开和关闭设备172，以用于选择性地打开和关闭致冷剂供给管道161的流路。流路打开和关闭设备172的实例可以是电磁阀。换言之，流路打开和关闭设备172打开致冷剂供给管道161，以使在致冷剂储库150中存储的致冷剂通过重力供应至热管140。
操作元件170可以根据温度传感器125的检测信号，即根据由温度传感器125检测到的压缩空气的温度，通过接收控制器190的电控制信号进行操作。
因此，在本发明的示例性实施方式中，当压缩空气的温度经由温度传感器125检测，且压缩空气的所检测温度经由控制器190确定为等于或高于预定温度时，将电信号施加于致冷剂供给装置160的操作元件170。
因此，在本发明的示例性实施方式中，致冷剂泵送设备171或流路打开和关闭设备172作为操作元件170进行操作，以将在致冷剂储库150中存储的致冷剂泵送至热管140，或通过打开致冷剂供给管道161的流路，经致冷剂供给管道161，将在致冷剂储库150中存储的致冷剂供应至热管140。
由于根据本发明第二示例性实施方式的燃料电池***的压缩空气冷却装置200的剩余配置和操作效果与前述示例性实施方式相同，将省略其更多的详细描述。
图12是图示出根据本发明第三示例性实施方式的燃料电池***的压缩空气冷却装置的视图。参考图12，根据本发明第三示例性实施方式的燃料电池***的压缩空气冷却装置300基本包含如同前述示例性实施方式的吸热器220、散热器230、和热管240，并且可以包含压力施加器280，以用于在使压缩空气冷却的过程中，将压力施加于在热管240内部的所蒸发致冷剂气体。
由于根据本发明示例性实施方式的吸热器220、散热器230和热管240与前述示例性实施方式相同，将省略其更多的详细描述。
压力施加器280连接作为高温部件221的空气供给管道212与热管240，并且通过流经空气供给管道212的压缩空气的压力来改善压缩空气的冷却性能而无需使用其他电控制装置。
压力施加器280可以包含连接至空气供给管道212的空气流路281、连接至空气流路281并具有活塞283的汽缸构件284、连接至汽缸构件284的活塞283的连接杆285、连接至连接杆285的波纹管287、以及用于连接波纹管287与热管240的致冷剂气体流路289。
空气流路281可以连接至空气供给管道212，并被供应有压缩空气的压力。汽缸构件284可以连接至空气流路281，并通过压缩空气的压力来移动活塞283。接着，连接杆285可以连接至活塞283，并且可以随活塞283的移动而一起移动。波纹管287可以形成为皱管形，并且可以随连接杆285的移动而被压缩。致冷剂气体流路289连接至热管240，且在热管240内部的致冷剂可以流入致冷剂气体流路289。
此处，随着活塞283的移动，通过连接杆285来压缩波纹管287，并且波纹管287可以经由致冷剂气体流路289来挤压热管240内部的致冷剂气体。
根据本发明第三示例性实施方式的燃料电池***的压缩空气冷却装置300，其配置如上所述，在流经空气供给管道212的压缩空气通过使用吸热器220、散热器230和热管240进行冷却的过程中，压缩空气流入压力施加器280的空气流路281。接着，汽缸构件284的活塞283经由压缩空气的压力而移动，连接杆285也随之移动。因此，波纹管287被连接杆285压缩，并且经由致冷剂气体流路289挤压热管240内部的致冷剂气体。
因此，在本发明的示例性实施方式中，由于在使压缩空气冷却的过程中，压缩空气的压力通过压力施加器280而施加到在热管240内蒸发的致冷剂气体，在热管240内的致冷剂气体的移动可以被激活。因此，在本发明的示例性实施方式中，由于在吸热器220中蒸发的致冷剂气体更快地到达散热器230，致冷剂的循环被更有效地激活，因此，压缩空气的冷却性能可以更好地改善。换言之，在本发明的示例性实施方式中，通过利用流经空气供给管道212的压缩空气的压力，可以激活热管240中的致冷剂的循环，从而压缩空气的冷却性能可以得到改善而无需其他电控制装置。
图13是图示出根据本发明第四示例性实施方式的燃料电池***的压缩空气冷却装置的视图。参考图13，根据本发明第四示例性实施方式的燃料电池***的压缩空气冷却装置400基本包含如同前述示例性实施方式的吸热器320、散热器330、和热管340，并且可以包含压力施加器380，以用于在使压缩空气冷却的过程中将压力施加至热管340内部的液态致冷剂。由于根据本发明示例性实施方式的吸热器320、散热器330和热管340的配置与前述示例性实施方式相同，将省略其更多的详细描述。
压力施加器380将作为高温部件321的空气供给管道312连接至散热器330和热管340，并且可以通过流经空气供给管道312的压缩空气的压力来改善压缩空气的冷却性能，而无需使用其他电控制装置。
压力施加器380包含连接至空气供给管道312的空气流路381、连接至空气流路381并具有活塞383的汽缸构件384、连接至汽缸构件384的活塞383的连接杆385、连接至连接杆385的波纹管387、用于连接波纹管387与散热器330的第一致冷剂液体流路388、以及用于连接波纹管387与热管340的第二致冷剂液体流路389。
空气流路381连接至空气供给管道312，并且被供应有压缩空气的压力。汽缸构件384连接至空气流路381，并通过压缩空气的压力来移动活塞383。连接杆385连接至活塞383，并且可以随活塞383的移动而一起移动。波纹管387可以形成为皱管形，并且可以根据连接杆385的移动而进行压缩。
此外，第一致冷剂液体流路388连接波纹管387与散热器330，并经由重力向波纹管387供应由散热器330提供的液态致冷剂。第二致冷剂液体流路389连接波纹管387与热管340，并且将波纹管387内部的液态致冷剂供应至热管340。
换言之，通过第一致冷剂液体流路388，波纹管387被供应有散热器330的液态致冷剂，并且波纹管387随着由压缩空气的压力引起的活塞383的移动，被连接杆385压缩，而且可以经由第二致冷剂液体流路389，通过将液态致冷剂供应至热管340而对热管340内部的液体致冷剂进行力作用。
因此，在本发明的示例性实施方式中，由于液态致冷剂通过压缩空气的压力，经由压力施加器380供应至热管340，从而在使压缩空气冷却的过程中挤压热管340内部的液体致冷剂，热管340内部的液态致冷剂的移动可以得到加速。
因此，在本发明的示例性实施方式中，由于在散热器330中冷凝的液态致冷剂更快地到达吸热器320，致冷剂的循环被更有效地激活，因此，压缩空气的冷却性能可以更好地改善。换言之，在本发明的示例性实施方式中，通过利用流经空气供给管道312的压缩空气的压力，来激活热管340中的致冷剂循环，从而压缩空气的冷却性能可以得到改善而无需使用其他电控制装置。
尽管本发明示例性实施方式的操作通过以应用于燃料电池***的装置为例描述如上，本发明的范围不应解释为只局限与此。本发明的示例性实施方式可以应用于所有包含用于车辆电气设备的冷却剂***的车辆的冷却剂***。
尽管本发明已经结合当前被认为是可实践的示例性实施方式进行了描述，应当理解，本发明不局限于已公开的实施方式，相反，本发明意在涵盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。

Claims (14)

1.一种燃料电池***的压缩空气冷却装置，其包含：
吸热器，安装在空气供给***的第一部件，所述空气供给***向燃料电池组供应由空气压缩机压缩的高温压缩空气；
散热器，安装在电池组冷却***的第二部件，所述电池组冷却***使在燃料电池***的燃料电池组循环的冷却剂冷却；以及
热管，连接所述吸热器与所述散热器，所述热管填充有致冷剂，
其中，所述吸热器布置在比所述散热器更低的位置，由此使所述致冷剂从所述散热器流向所述吸热器。
2.根据权利要求1所述的压缩空气冷却装置，还包含：
致冷剂储库，连接至所述散热器，以存储所述致冷剂；以及
致冷剂供给装置，大体连接所述致冷剂储库与所述吸热器，并选择性地向所述吸热器供应所述致冷剂储库中的致冷剂。
3.根据权利要求1所述的压缩空气冷却装置，其中：
空气供给管道是所述第一部件，并且所述空气供给管道连接所述空气压缩机与所述燃料电池组。
4.根据权利要求1所述的压缩空气冷却装置，其中：
所述第二部件是散热模块。
5.根据权利要求1所述的压缩空气冷却装置，其中：
所述第二部件是散热模块的电池组冷却剂流路。
6.根据权利要求1所述的压缩空气冷却装置，其中：
所述致冷剂供给装置包含
致冷剂供给管道，连接所述致冷剂储库、所述吸热器和所述热管，以及
致冷剂泵送设备，安装在所述致冷剂供给管道内，以泵送其中的所述致冷剂。
7.根据权利要求1所述的压缩空气冷却装置，其中：
所述致冷剂供给装置包含
致冷剂供给管道，连接所述致冷剂储库、所述吸热器和所述热管，以及
致动器，作为安装在所述致冷剂供给管道内的流路打开和关闭设备进行操作。
8.根据权利要求7所述的压缩空气冷却装置，还包含：
温度传感器，配置成检测压缩空气的温度，并向控制器输出检测信号，
其中，所述控制器根据来自所述温度传感器的信号，向所述致动器输出控制信号。
9.一种燃料电池***的压缩空气冷却装置，其包含：
吸热器，安装在空气供给***的第一部件，所述空气供给***向燃料电池组供应由空气压缩机压缩的高温压缩空气；
散热器，安装在电池组冷却***的第二部件，所述电池组冷却***使循环至所述燃料电池组的冷却剂冷却；
热管，连接所述吸热器与所述散热器，并且在其中填充有致冷剂；以及
压力施加器，连接所述第一部件与所述热管，并向在所述热管中蒸发的致冷剂气体施加压力，
其中，所述压力施加器包含连接至空气供给管道的空气流路、连接至所述空气流路并具有活塞的汽缸构件、连接至所述汽缸构件的活塞的连接杆、连接至所述连接杆的波纹管、以及连接所述波纹管与所述热管的致冷剂气体流路。
10.根据权利要求9所述的压缩空气冷却装置，其中：
所述第一部件是连接所述空气压缩机与增湿器的空气供给管道，并且
所述压力施加器连接至所述空气供给管道和所述热管。
11.根据权利要求10所述的压缩空气冷却装置，其中：
所述波纹管被所述活塞压缩，并且经由所述致冷剂气体流路来挤压在所述热管内的致冷剂气体。
12.一种燃料电池***的压缩空气冷却装置，其包含：
吸热器，安装在空气供给***的第一部件，所述空气供给***向燃料电池组供应由空气压缩机压缩的高温压缩空气；
散热器，安装在电池组冷却***的第二部件，所述电池组冷却***使在所述燃料电池组循环的冷却剂冷却；
热管，连接所述吸热器与所述散热器，并且在其中填充有致冷剂；以及
压力施加器，连接所述第一部件、所述散热器和所述热管，并向所述热管内的液态致冷剂施加压力，
其中，所述压力施加器包含连接至空气供给管道的空气流路、连接至所述空气流路并具有活塞的汽缸构件、连接至所述汽缸构件的活塞的连接杆、连接至所述连接杆的波纹管、连接所述波纹管与所述散热器的第一致冷剂液体流路、以及连接所述波纹管与所述热管的第二致冷剂液体流路。
13.根据权利要求12所述的压缩空气冷却装置，其中：
所述第一部件是连接所述空气压缩机与增湿器的空气供给管道，并且
所述压力施加器连接至所述空气供给管道、所述散热器和所述热管。
14.根据权利要求13所述的压缩空气冷却装置，其中：
通过所述第一致冷剂液体流路，所述波纹管被供应有所述散热器中的液态致冷剂，并且所述波纹管被所述活塞压缩，通过所述第二致冷剂液体流路将所述液态致冷剂供应至所述热管。
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