CN1965434A - 燃料电池用冷却装置以及安装有该冷却装置的车辆 - Google Patents

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Abstract

在连接在散热器(40)上的冷却水流路(41)上，形成有冷却水从散热器(40)经由燃料电池组(20)向散热器(40)循环的燃料电池用流路(41a)，和与燃料电池用流路(41a)并联设置、冷却水从散热器(40)经由发热机器组(13)(PCU(30)的逆变器部(32)、空气供给器(26)、热交换器(27)以及驱动用电机(35))向散热器(40)循环的发热机器用流路(41b)。在该发热机器用流路(41b)上，从散热量较小的发热机器组(13)开始按顺序在冷却水的流通方向上串联配置。在逆变器部(32)上设有两面冷却机构，在热交换器(27)上设有空气冷却机构，在驱动用电机(35)上设有油冷机构，即使用温度比通常高的冷却水进行冷却，也可以确保稳定的工作。

Description

燃料电池用冷却装置以及安装有该冷却装置的车辆
技术领域
本发明涉及燃料电池用冷却装置以及安装有该冷却装置的车辆。
背景技术
以往，作为燃料电池用冷却装置，提出下述方案，其具备：对燃料电池进行冷却的第1制冷剂流通的第1制冷剂流路，对发热机器组(发热机器类如驱动用电机等)进行冷却的第2制冷剂流通的第2制冷剂流路，和对配置在第2制冷剂流路内的第2制冷剂进行冷却的散热器，在第1制冷剂和第2制冷剂之间通过热交换器进行热交换(例如，参照特开2000-323146号公报)。该公报所记载的装置，在通过第2制冷剂对发热机器组进行冷却之后，在第2制冷剂和第1制冷剂之间进行热交换，通过热交换后的第1制冷剂对燃料电池进行冷却，并通过散热器对由这些机器的冷却而变热的第2制冷剂的热量进行散热。因此，可以用1个散热器来冷却燃料电池以及发热机器组。
发明内容
但是，在上述公报所述的装置中，必须具有在第1制冷剂和第2制冷剂之间进行热交换的热交换器、第1制冷剂流路以及第2制冷剂流路2个独立的流路，必须在各个流路上具有使制冷剂循环的循环泵等，所以构成燃料电池***的部件等变得很多。
本发明是鉴于这样的问题而完成的，其目的之一在于提供一种使结构简单化，可以进行燃料电池***的冷却的燃料电池用冷却装置。另外，其目的之一在于提供一种安装有这样的燃料电池用冷却装置的车辆。
本发明的冷却装置，为达成上述目的的至少一部分，采取下面的技术方案。
本发明的燃料电池用冷却装置，其具备：
燃料电池，其通过燃料气体与氧化气体的电化学反应进行发电；
发热机器组，其与上述燃料电池分开，在工作时发热；
制冷剂流路，其形成为，制冷剂循环、对上述燃料电池以及上述发热机器组进行冷却；和
散热器，其连接在上述制冷剂流路上，散发上述制冷剂的热量。
在该燃料电池用冷却装置中，通过共同的制冷剂由1个散热器对燃料电池以及发热机器组散热从而进行冷却。从而，与在燃料电池以及发热机器组上分别具备不同的制冷剂以及散热器的装置相比，可以使结构简单化从而进行燃料电池***的冷却。这里，所谓“发热机器组”，可以是例如燃料电池的发电所用的辅机类(提供燃料气体或氧化气体的辅机类等)，也可以是由燃料电池所产生的电力的转换时所用的辅机类(电压转换、交流·直流转换或频率转换所用的辅机类，或者从电力向热量的转换或从电力向驱动力的转换所用的辅机类等)。另外，所谓“对发热机器组进行冷却”，除了包括冷却发热机器组本身的情况以外，还包括冷却发热机器所操作的对象物(例如氧化气体供给器所提供的氧化气体等)。
在本发明的燃料电池用冷却装置中，在上述发热机器组中，包括多个发热机器，在上述制冷剂流路上，也可以根据各自的工作允许温度来配置上述燃料电池以及上述多个发热机器。这样一来，根据工作允许温度来配置发热机器以及燃料电池，可以将燃料电池以及发热机器控制在工作允许温度的范围内。此时，在上述制冷剂流路上，至少对于上述多个发热机器，从工作允许温度较低的发热机器开始按顺序串联配置在制冷剂的流通方向上。这里，所谓“工作允许温度”，只要设为发热机器、燃料电池可以稳定工作的温度即可。
在本发明的燃料电池用冷却装置中，在上述发热机器组中，包括多个发热机器，在上述制冷剂流路上，也可以根据各自的散热量来配置上述燃料电池以及上述多个发热机器。这样一来，可以根据散热量来配置燃料电池以及发热机器而进行冷却。此时，在上述制冷剂流路上，至少对于上述多个发热机器，从散热量较小的发热机器开始按顺序串联配置在制冷剂的流通方向上。
在本发明的燃料电池用冷却装置中，也可以在上述制冷剂流路上，设置有制冷剂从上述散热器经由上述燃料电池向上述散热器循环的燃料电池用流路，和与该燃料电池用流路并联设置、制冷剂从上述散热器经由上述发热机器组向上述散热器循环的1个或以上的发热机器用流路。这样一来，与在制冷剂的流通方向上串联配置燃料电池和发热机器组从而使制冷剂流通的情况相比，发热机器组不会使要流过燃料电池的制冷剂变热，燃料电池不会使要流过发热机器组的制冷剂变热，所以容易分别冷却燃料电池以及发热机器组的制冷剂。
在本发明的燃料电池用冷却装置中，在上述发热机器组中，包括多个发热机器，在上述发热机器用流路上，也可以将上述多个发热机器从工作允许温度较低的发热机器开始按顺序串联配置在制冷剂的流通方向上。这样一来，先从工作允许温度较低的发热机器开始进行冷却，所以容易将发热机器组维持在工作允许温度的范围内。
在本发明的燃料电池用冷却装置中，在上述发热机器组中，包括多个发热机器，在上述发热机器用流路上，也可以将上述多个发热机器从散热量较小的发热机器开始按顺序串联配置在制冷剂的流通方向上。这样一来，由于在制冷剂流通的上游配置散热量较小的发热机器，所以其下游处的制冷剂的温度不会变得过高。从而，可以尽可能抑制制冷剂冷却发热机器所产生的温度上升，从而冷却从制冷剂的上游配置到下游的发热机器。
在本发明的燃料电池用冷却装置中，在上述发热机器组中，也可以包括通过半导体芯片对由上述燃料电池所发出的电力进行转换的电力转换器。电力转换器(例如逆变器、DC-DC转换器以及升压转换器(变压器)等)的半导体芯片，如果超过工作可能的温度，就无法工作，所以必须通过制冷剂以及散热器进行温度控制从而进行冷却。从而，在电力转换器中使用本发明的意义较高。
在本发明的燃料电池用冷却装置中，上述电力转换器也可以具备两面冷却机构，该两面冷却机构通过上述制冷剂从上述半导体芯片的两面直接或间接地夺取热量，进行上述半导体芯片的冷却。这样一来，由于对半导体芯片的两面进行冷却，所以与冷却半导体芯片的单面的情况相比，可以充分地冷却，即使用温度比通常高的制冷剂进行冷却，也可以确保电力转换器的稳定的工作。另外，在本发明的燃料电池用冷却装置中，上述电力转换器也可以具备沸腾冷却机构，该沸腾冷却机构通过相可变介质气化，从上述半导体芯片夺取热量，并通过上述制冷剂从该气化了的相可变介质夺取热量，进行上述半导体芯片的冷却。这样一来，可以利用相可变介质沸腾时的蒸发潜热来充分冷却半导体芯片，所以即使用温度比通常高的制冷剂进行冷却，也可以确保电力转换器的稳定的工作。
在本发明的燃料电池用冷却装置中，在上述发热机器组中，也可以包括向上述燃料电池提供上述氧化气体的氧化气体供给器。氧化气体供给器，有时具备电机，该电机工作时的发热比较大，必须通过制冷剂以及散热器进行温度控制而进行冷却。从而，在氧化气体供给器中使用本发明的意义较高。
在本发明的燃料电池用冷却装置中，上述氧化气体供给器也可以具备热交换器，该热交换器通过上述制冷剂从上述氧化气体夺取热量，进行上述氧化气体的冷却。来自氧化气体供给器的氧化气体，在受到压缩时温度会升高，如果在高温的状态下直接提供给燃料电池，则燃料电池内部的部件会由于热量而熔化损坏(熔损)。因此，来自氧化气体供给器的氧化气体，必须通过制冷剂以及散热器进行温度控制而进行冷却。从而，在进行氧化气体的冷却的热交换器中使用本发明的意义较高。此时，上述热交换器，也可以通过上述制冷剂与上述氧化气体多次热交换，从而进行上述氧化气体的冷却。这样一来，在氧化气体与制冷剂之间进行多次热交换，可以充分地冷却氧化气体，所以即使用温度比通常高的制冷剂冷却氧化气体，也可以确保燃料电池的稳定的发电。
在本发明的燃料电池用冷却装置中，在上述发热机器组中，也可以包括产生驱动力的驱动用电机。驱动用电机(例如安装在车辆上的驱动用电机等)，工作时的发热比较大，所以必须通过制冷剂以及散热器进行温度控制而进行冷却。从而，在驱动电机中使用本发明的意义较高。
在本发明的燃料电池用冷却装置中，上述驱动用电机，也可以具备对该驱动用电机的内部进行油冷的油冷机构。这样一来，可以对驱动用电机的内部进行油冷从而充分冷却驱动用电机，所以即使用温度比通常高的制冷剂进行冷却，也可以确保驱动用电机的稳定的工作。
本发明的燃料电池用冷却装置，其具备：
燃料电池，其通过燃料气体与氧化气体的电化学反应进行发电；
电力转换器，其通过半导体芯片对由上述燃料电池所发出的电力进行转换；
氧化气体供给器，其向上述燃料电池提供上述氧化气体；
驱动用电机，其产生驱动力；
制冷剂流路，其形成为，制冷剂循环，从而冷却上述燃料电池、上述电力转换器、上述氧化气体供给器以及上述驱动用电机；和
散热器，其连接在上述制冷剂流路上，散发上述制冷剂的热量。
在该燃料电池用冷却装置中，通过共同的制冷剂由1个散热器对燃料电池、电力转换器、氧化气体供给器以及驱动用电机进行散热从而进行冷却。从而，与在燃料电池和这些机器上分别具备不同的制冷剂以及散热器的装置相比，可以使结构简单化从而进行燃料电池***的冷却。另外，电力转换器、氧化气体供给器、驱动用电机以及制冷剂流路，也可以利用上述的装置。
本发明的车辆，是安装有上述的各种方式中的任意一种燃料电池用冷却装置的车辆。本发明的燃料电池用冷却装置，可以使结构简单化从而进行燃料电池***的冷却，安装有该燃料电池用冷却装置的车辆也可以起到同样的效果。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施例的安装有燃料电池的车辆的结构的大概的框图；
图2是本实施例的两面冷却机构50的俯视图；
图3是图2的A-A剖面图；
图4是本实施例的空气冷却机构27a的说明图；
图5是本实施例的油冷机构60的说明图；
图6是图5的B-B剖面图；
图7是沸腾冷却机构70的说明图。
具体实施方式
接下来，使用实施例对用于实施本发明的最佳方式进行说明。
基于附图说明本发明的实施例。图1是安装有燃料电池的车辆的框图。安装有燃料电池的车辆10具备：燃料电池组20，其通过由氢气罐22以及氢气泵24提供的氢气(燃料气体)和从空气供给器26提供的空气(氧化气体)中的氧气的电化学反应而发电；蓄电装置34，其可以储存或放出电力；驱动用电机35，其通过电力驱动驱动轮18、18；功率控制单元(PCU)30，其对***整体进行控制；和冷却装置12，其进行燃料电池组20以及发热机器组13的冷却。该冷却装置12具备：散热器40，其对工作时发热的发热机器组13以及燃料电池组20的冷却水进行散热；和冷却用控制器37，其对燃料电池***的冷却进行控制。首先，从冷却装置12的各结构开始进行说明。
散热器40，配置在车辆前方，通过通风使在燃料电池组20和工作时发热的燃料电池***的发热机器组13(PCU30的逆变器部32、空气供给器26、热交换器27以及驱动用电机35)中循环的冷却水的热量散热。在散热器40上，连接有使冷却水循环的冷却水流路41。在该冷却水流路41上，形成有冷却水从散热器40经由燃料电池组20向散热器40循环的燃料电池用流路41a，和冷却水从散热器40经由发热机器组13向散热器40循环的发热机器用流路41b。发热机器用流路41b，与燃料电池用流路41a并联设置。在该发热机器用流路41b上，从散热量较小的开始按顺序在冷却水的流通方向上串联配置PCU30的逆变器部32、热交换器27、空气供给器26以及驱动用电机35。在该发热机器用流路41b的入口附近，配设有节流阀43，形成为如果规定量的冷却水(例如100L/分等)在燃料电池用流路41a中流通，则会有一定比例的量的冷却水(例如10L/分等)流通。在冷却水流路41上，设有循环泵42，冷却水通过该循环泵42而循环。另外，在冷却水流路41上，在散热器40的下游设有冷却水温传感器44，检测冷却水温Tf。该冷却水温传感器44，与冷却用控制器37电连接。
在通过散热器40的风的下游，配置有冷却风扇46。冷却风扇46，是强制地使大气向散热器40通风的树脂制的风扇，由图未示的电机旋转驱动。该冷却风扇46，经由PCU30通过冷却用控制器37驱动控制。
冷却用控制器37，是由CPU、ROM、RAM构成的控制器，进行燃料电池组20的冷却的控制。在该冷却用控制器37上，电连接有车速传感器38。该冷却用控制器37，具备输入/输出端口(图未示)，来自冷却水温传感器44的信号、来自车速传感器38的信号等经由输入端口输入。另外，冷却用控制器37，经由该输入/输出端口而与PCU30电连接，进行各种控制信号、数据的交换。另外，冷却用控制器37，将给冷却风扇46的驱动信号等经由冷却用控制器37的输出端口输出给PCU30，通过来自PCU30的电力提供来驱动控制这些机器。
PCU30具备：控制部31，其由以微型计算机为中心的逻辑电路构成；和逆变器部32，其进行燃料电池组20或蓄电装置34的高压直流电流与驱动用电机35的交流电流的转换。该PCU30的控制部31，根据驱动用电机35的负载或蓄电装置34的蓄电量，进行将由燃料电池组20产生的电力提供给驱动用电机35或蓄电装置34，或者将蓄电装置34所储存的电力提供给驱动用电机35的控制。另外，在减速时或制动时等时候，将从驱动用电机35得到的再生电力提供给蓄电装置34。该PCU30，具备输入/输出端口(图未示)，来自冷却用控制器37的各种控制信号等经由输入端口输入到控制部31。
逆变器部32，是电力转换器，其通过由作为功率晶体管的半导体芯片32a(例如IGBT元件等)构成的3相桥电路，进行直流电流与3相交流电流的转换或转换所提供的电力的电压。该逆变器部32，与PCU30的控制部31电连接，由控制部31所控制。图2是收纳有逆变器部32的半导体芯片32a的逆变器盒32b的俯视图，图3表示图2的A-A剖面图。该逆变器部32，如图2以及图3所示，具备通过冷却水从半导体芯片32a的两面夺取带走热量而进行冷却的两面冷却机构50。该两面冷却机构50具备：冷却水管51，其与发热机器用流路41b连接，冷却水在其中流通；夹持板54，从两侧夹持被配设在半导体芯片32a的两面上的冷却水管51；固定用具55，其对夹持板54进行固定；和连接部52、53，其对冷却水管51以及发热机器用流路41b进行连接。另外，在半导体芯片32a与冷却水管51的接触面上，为了提高热传导性，涂布有硅脂。在该冷却水管51的内部，形成有即使被夹压保持，也可以保持冷却水在流通孔51a内流通的保持壁部51b。该逆变器部32，发热量较小，工作允许温度比较低。另外，工作允许温度，被规定为发热机器组13和燃料电池组20可以稳定工作的温度。
蓄电装置34，具有将多个镍氢蓄电池串联连接的构造，作为高压电源(数百V)而起作用。该蓄电装置34，根据PCU30的控制，在车辆的起动时驱动驱动用电机35，或者在加速时辅助驱动用电机35，或者向发热机器组13等提供电力。另外，该蓄电装置34，在减速再生时从驱动用电机35回收再生电力，或者根据负载而由燃料电池组20充电。另外，该蓄电装置34，也可以是电偶极子层电容器(双电荷层电容器)(电容器)。
燃料电池组20，具有将周知的固体高分子电解质型的燃料电池21的单体电池(单格电池)多个层叠起来的组构造，作为高压电源(数百V)而起作用。在燃料电池组20的各单体电池中，来自氢气罐22的氢气在氢气泵24中调节压力·流量，然后提供给阳极，来自空气供给器26压力被调节后的压缩空气被提供给阴极，进行规定的电化学反应，由此产生电动势。另外，没有反应完全的剩余氢气被输送给氢气泵24，作为燃料气体而再利用。在该燃料电池组20中，为了发挥较高的发电效率，必须将燃料电池组20的冷却水的温度控制为规定的温度(例如80℃)进行冷却。该规定的温度为，比不具备两面冷却机构50、后述的空气冷却机构27a以及油冷机构60等发热机器用冷却机构时的发热机器组13的冷却水的温度高的温度。
空气供给器26，是通过图未示的电机使空气压缩并提供给空气供给管26a的压缩机。在从该空气供给器26提供的压缩空气所流通的空气供给管26a上，如图4所示，设有热交换器27，可以对压缩后变为高温的空气进行冷却，然后提供给燃料电池组20。在该热交换器27上，形成有在压缩空气的流通方向上进行多次热交换同时冷却水在其中流通的空气冷却机构27a。如果高温的空气进入燃料电池组20，则构成燃料电池21的部件会熔化损坏，所以该压缩空气的工作允许温度为较低的温度。另外，该压缩空气的散热量比较小。另外，空气供给器26的电机，发热量比较大，所以在电机的外部形成了冷却水流通的发热机器用流路41b，可以通过冷却水进行冷却。该电机的工作允许温度为较高的温度。
驱动用电机35，为3相同步电机，燃料电池组20所输出的直流电流通过PCU30转换为3相交流并被提供，从而产生旋转驱动力。由该驱动用电机35产生的驱动力，经由驱动轴14以及差速器16，最终输出给驱动轮18、18，使安装有燃料电池的车辆10行驶。图5是与驱动用电机35的长度方向垂直的面的剖面图，图6是图5的B-B剖面图。该驱动用电机35，如图5以及图6所示，具备：定子35b，其固定在电机盒35b上，由线圈缠绕而成；线圈端部35c，其作为缠绕在定子35b上的线圈的两端部，电机轴35e，其配置在定子35b的半径方向内侧，并被可以旋转地保持在电机盒35b上；转子35d，其整体地形成在电机轴35e的外周；和油冷机构60，其使用绝缘性的油来对驱动用电机35的内部进行油冷。在转子35d的外周附近，以N极S极交替的方式配置有永磁体35f(参照图5)。驱动用电机35的油冷机构60，是使定子35b与油接触从而进行定子35b的冷却的机构，形成有油流路61。在该油流路61上，设有通过油泵64(参照图1)向电机盒35a的上部提供油的供给口61a。油流路61，以从供给口61a提供的油不与转子36d接触的方式，在电机内部成为油套部61c。油不与转子36d接触地在该油套部61c内流通，并与线圈端部35c和定子35b接触。另外，在电机盒35a的下部设有将流通过油套部61c的油排出的排出口61b。然后，从供给口61a提供的油冷却定子35b后从排出口61b排出，从而循环。另外，在电机盒35a上，设有在其外壁的下部连接在发热机器用流路41b上、冷却水在电机的长度方向上流通的水套部35g。这样，经由油将由定子35b所产生的热量传递给电机盒35a，并通过在形成在下部的水套部35g内流通的冷却水来冷却该电机盒35a的热量。该驱动用电机35，由于对车辆进行驱动，所以发热量较大，工作允许温度比较高。另外，这里使油与定子35b的整体接触，但也可以使油与定子35b的一部分(例如线圈端部35c等)接触。
接下来，对这样构成的本实施例的安装有燃料电池的车辆10的冷却装置12的动作进行说明。在安装有燃料电池的车辆10起动后，首先，冷却用控制器37，使循环泵42工作，以使规定量的冷却水(例如100L/分等)在燃料电池用流路41a中流通，并使使油在驱动用电机35中循环的油泵64工作。接下来，冷却用控制器37，获取冷却水温Tf、车辆的车速v，在冷却水温Tf超过规定的温度(例如80℃)时，基于冷却水温Tf、车速v对使冷却风扇46旋转的电压V进行设定，并通过设定后的电压V对冷却风扇46进行旋转驱动。这里，电压V被设定为，冷却水温Tf以及车速v越高，电压越高。即，设定为，燃料电池组20的发热越大，通过散热器40的风量越大。另一方面，在冷却水温Tf为规定的温度以下时，为了不对冷却水进行冷却，冷却用控制器37切换阀门(图未示)，以使冷却水在设置在冷却水流路41上的、可以避免冷却水通过散热器40的迂回流路(图未示)中循环。
这里，在循环泵42工作，规定量的冷却水(例如100L/分等)在燃料电池用流路41a中流通时，由节流阀43调节的量的冷却水(例如10L/分等)会在发热机器用流路41b中流通。首先，冷却水在两面冷却机构50的冷却水管51中流通，从两侧冷却逆变器部32的半导体芯片32a。由于该半导体芯片32a的发热量比较小，所以将半导体芯片32a下游的冷却水的温度上升抑制得比较小。接下来，冷却水在热交换器27的空气冷却机构27a中流通，在提供给燃料电池组20的压缩空气与冷却水之间进行多次热交换，从而冷却压缩空气。加下来，冷却水冷却提供该压缩空气的空气供给器26的电机。该空气供给器26的发热量比较大。然后，冷却水在驱动用电机35的水套部35g中流通，从而冷却驱动用电机35。此时，油通过油泵64在驱动用电机35的内部循环，由定子35b所产生的热量经由油传递给电机盒35a，通过冷却水冷却该电机盒35a的热量。该驱动用电机35，由于驱动车辆，所以发热量较大。冷却这些发热机器组13而变热的冷却水，与冷却燃料电池组20而变热的冷却水合流。然后，该冷却水由在散热器40中通过的风散热冷却。
根据安装有上面详细说明的本实施例的冷却装置12的安装有燃料电池的车辆10，通过共同的冷却水由1个散热器40对燃料电池组20以及发热机器组13散热从而进行冷却，所以与在燃料电池组20以及发热机器组13上分别具备不同的制冷剂以及散热器的装置相比，可以使结构简单化从而进行燃料电池***的冷却。另外，在冷却水流路41上，形成有冷却水从散热器40经由燃料电池组20向散热器40循环的燃料电池用流路41a，和与燃料电池用流路41a并联设置、冷却水从散热器40经由发热机器组13向散热器40循环的发热机器用流路41b，所以与在冷却水的流通方向上串联配置燃料电池组20和发热机器组13从而使冷却水流通的情况相比，发热机器组13不会使要流过燃料电池组20的冷却水变热，燃料电池组20不会使要流过发热机器组13的冷却水变热，所以容易分别冷却燃料电池组20以及发热机器组13的冷却水。
另外，发热机器组13的散热量，其顺序为PCU30的逆变器部32＜热交换器27＜空气供给器26＜驱动用电机35，在发热机器用流路41b上，从发热机器组13中散热量较小的开始按顺序在冷却水的流通方向上串联配置PCU30的逆变器部32、热交换器27、空气供给器26以及驱动用电机35，所以在冷却水流通的上游配置散热量较小的发热机器，其下游处的冷却水的温度不会变得过高，可以尽可能抑制由于冷却水冷却发热机器所产生的冷却水的温度上升，从而冷却从冷却水的上游配置到下游的发热机器组13。
进而，在发热机器组13中，还包括通过半导体芯片32a对由燃料电池组20产生的电力进行变换的逆变器部32。逆变器部32的半导体芯片32a，如果超过工作可能的温度就无法工作，必须通过制冷剂以及散热器进行温度控制从而进行冷却，从而，在逆变器部32中使用本发明的意义较高。另外，逆变器部32，具备通过冷却水从半导体芯片32a的两面夺取热量而进行半导体芯片32a的冷却的两面冷却机构，所以与冷却半导体芯片的单面的情况相比，可以充分地冷却，即使用温度比通常高的冷却水进行冷却，也可以确保逆变器部32的稳定的工作。
另外，在发热机器组13中，还包括向燃料电池组20提供压缩空气的空气供给器26。空气供给器26所具备的电机，工作时的发热比较大，必须通过制冷剂以及散热器进行温度控制而进行冷却，所以在空气供给器26中使用本发明的意义较高。另外，空气供给器26，具备通过冷却水夺取压缩空气的热量而进行压缩空气的冷却的热交换器27。压缩空气，温度会升高，如果在高温的状态下直接将其提供给燃料电池组20，则燃料电池组20内部的部件会由于热量而熔化损坏。因此，来自空气供给器26的压缩空气，必须通过制冷剂以及散热器进行温度控制而进行冷却。所以，在热交换器27中使用本发明的意义较高。此时，热交换器27，在压缩空气与冷却水之间进行多次热交换，从而可以充分冷却压缩空气，所以即使用温度比通常高的冷却水冷却压缩空气，也可以确保燃料电池组20的稳定的发电。
而且，在发热机器组13中，还包括产生驱动力的驱动用电机35。驱动用电机35，工作时的发热比较大，所以必须通过制冷剂以及散热器进行温度控制而进行冷却，所以在驱动用电机35中使用本发明的意义较高。另外，驱动用电机35，具备对驱动用电机35的内部进行油冷的油冷机构60，所以可以对驱动用电机的内部进行油冷从而充分冷却驱动用电机，即使用温度比通常高的冷却水进行冷却，也可以确保驱动用电机35的稳定的工作。
另外，本发明当然并不仅限于上述的实施例，只要在本发明的技术范围内，可以以各种的方式实施。
例如，在上述的实施例中，通过两面冷却机构50来冷却半导体芯片32a，其中所述两面冷却机构50通过冷却水从半导体芯片32a的两面夺取热量从而进行冷却，但也可以通过如图7所示的沸腾冷却机构70来冷却半导体芯片32a，其中所述沸腾冷却机构70利用氯氟烃替代物(例如HFC-134a等)来作为相可变介质。具体地说，沸腾冷却机构70，由以可以导热的方式固定半导体芯片32a的沸腾冷却容器71构成。在该沸腾冷却容器71上，形成有收纳氯氟烃替代物的介质收纳部71b，和与发热机器用流路41b连接、冷却水在其中流通的流通孔71a。然后，通过氯氟烃替代物气化从而从半导体芯片32a夺取热量，在发热机器用流路41b中流通的冷却水在流通孔71a中流通，从而从该气化后的氯氟烃替代物夺取热量，由此使氯氟烃替代物冷凝，同时冷却半导体芯片32a。这样一来，利用氯氟烃替代物沸腾时的蒸发潜热可以充分冷却半导体芯片32a，所以即使用温度比通常高的冷却水进行冷却，也可以确保逆变器部32的稳定的工作。另外，这里，设成了在半导体芯片32a的单面固定沸腾冷却容器71，但也可以设成在半导体芯片32a的两面固定沸腾冷却容器71的两面沸腾冷却机构。这样一来，可以进一步冷却半导体芯片32a。另外，将相可变介质设为氯氟烃替代物，但也可以设为水等。
另外，在上述的实施例中，与燃料电池用流路41a并联地设置发热机器用流路41b，在该发热机器用流路41b上配置发热机器组13，但也可以不设置发热机器用流路41b，而在燃料电池用流路41a相对于冷却水串联地配置燃料电池组20以及发热机器组13。这样一来，可以使结构更加简单化地进行燃料电池***的冷却。此时，发热机器组13，可以根据发热机器的工作允许温度而配置在冷却水流路41上，也可以根据发热机器的散热量而配置在冷却水流路41上。
进而，在上述的实施例中，与燃料电池用流路41a并联地设置1个发热机器用流路41b，在该发热机器用流路41b上，在冷却水的流通方向上串联配置多个发热机器，但也可以与燃料电池用流路41a并联地设置多个发热机器用流路41b，在各个流路上单独地配置发热机器。这样一来，与在冷却水的流通方向上串联配置多个发热机器的情况相比，一方的发热机器不会使要流通过另一方的发热机器的冷却水变热，所以容易对发热机器组的冷却水分别进行冷却。另外，虽然在多个发热机器用流路41b上单独地配置发热机器，但也可以考虑发热机器的散热量和工作允许温度，适当选择发热机器，并单独或串联地将其配置在各发热机器用流路上。
另外，在上述的实施例中，在发热机器用流路41b上，从发热机器组13中散热量较小的发热机器开始按顺序在冷却水的流通方向上串联配置，但也可以在发热机器用流路41b上，从发热机器组13中工作允许温度较低的发热机器开始按顺序在冷却水的流通方向上串联配置。具体地说，在发热机器组13的工作允许温度为热交换器27＜逆变器部32＜空气供给器26＜驱动用电机35的顺序时，也可以从发热机器用流路41b的上游到下游，按照热交换器27、逆变器部32、空气供给器26以及驱动用电机35的顺序配置。这样一来，由于从工作允许温度较低的发热机器开始先冷却，所以容易将发热机器组13维持在工作允许温度的范围内。或者，考虑发热机器组13的工作允许温度以及散热量，将发热机器的下游的冷却水的温度上升抑制得比较小，而且以可以将发热机器冷却到发热机器的工作允许温度内的方式适当确定，将发热机器组13从上游到下游配置在发热机器用流路41b上。这样，也很容易充分冷却发热机器组13，从而将其维持在工作允许温度的范围内。另外，在本实施例中，即使考虑工作允许温度以及散热量，结果也是基于实施例中所采用的散热量的配置顺序。
而且，在上述的实施例中，在发热机器组13中包括PCU30的逆变器部32、空气供给器26、热交换器27以及驱动用电机35，但只要是由于工作而发热的机器即可，例如也可以包括蓄电装置34、氢气泵24等，或者也可以包括DC-DC转换器、使蓄电装置的电压升压的升压转换器(变压器)等。
另外，在上述的实施例中，将冷却装置12应用于安装有燃料电池的车辆10(汽车)，但并不特别限定于此，也可以应用于火车、船舶以及飞机等之中，或者也可以应用于住宅、发电站等的发电***之中。
本发明以2004年6月10日申请的日本国专利申请2004-172697号为优先权主张的基础，包括其所有的内容。
本发明可以利用于使用燃料电池的各种工业，例如汽车、火车、船舶、飞机等车辆相关工业，以及采用组装有燃料电池的热电同时供给***(热电联产)的住宅·发电工业、***计算机等精密机器相关工业等。

Claims (17)

1.一种燃料电池用冷却装置，其特征在于：
包括：通过燃料气体与氧化气体的电化学反应进行发电的燃料电池；
与上述燃料电池分开、工作时发热的发热机器组；
形成为制冷剂循环而对上述燃料电池以及上述发热机器组进行冷却的制冷剂流路；和
连接于上述制冷剂流路、散发上述制冷剂的热量的散热器。
2.如权利要求1所述的燃料电池用冷却装置，其特征在于，在上述发热机器组中，包括多个发热机器；
在上述制冷剂流路上，根据各自的工作允许温度配置有上述燃料电池以及上述多个发热机器。
3.如权利要求2所述的燃料电池用冷却装置，其特征在于，在上述制冷剂流路上，至少将上述多个发热机器从工作允许温度较低的发热机器开始按顺序串联配置在制冷剂的流通方向上。
4.如权利要求1或2所述的燃料电池用冷却装置，其特征在于，在上述发热机器组中，包括多个发热机器；
在上述制冷剂流路上，根据各自的发热量配置有上述燃料电池以及上述多个发热机器。
5.如权利要求4所述的燃料电池用冷却装置，其特征在于，在上述制冷剂流路上，至少将上述多个发热机器从散热量较小的发热机器开始按顺序串联配置在制冷剂的流通方向上。
6.如权利要求1～5中的任意一项所述的燃料电池用冷却装置，其特征在于，在上述制冷剂流路上，形成有制冷剂从上述散热器经由上述燃料电池向上述散热器循环的燃料电池用流路，和与该燃料电池用流路并联设置、制冷剂从上述散热器经由上述发热机器组向上述散热器循环的1个或以上的发热机器用流路。
7.如权利要求6所述的燃料电池用冷却装置，其特征在于，在上述发热机器组中，包括多个发热机器；
在上述发热机器用流路上，上述多个发热机器从工作允许温度较低的发热机器开始按顺序串联配置在制冷剂的流通方向上。
8.如权利要求6或7所述的燃料电池用冷却装置，其特征在于，在上述发热机器组中，包括多个发热机器；
在上述发热机器用流路上，上述多个发热机器从散热量较小的发热机器开始按顺序串联配置在制冷剂的流通方向上。
9.如权利要求1～8中的任意一项所述的燃料电池用冷却装置，其特征在于，在上述发热机器组中，包括通过半导体芯片对由上述燃料电池所发出的电力进行转换的电力转换器。
10.如权利要求9所述的燃料电池用冷却装置，其特征在于，上述电力转换器具备两面冷却机构，该两面冷却机构通过上述制冷剂从上述半导体芯片的两面直接或间接地夺取热量，进行上述半导体芯片的冷却。
11.如权利要求9或10所述的燃料电池用冷却装置，其特征在于，上述电力转换器具备沸腾冷却机构，该沸腾冷却机构通过相可变介质气化，从上述半导体芯片夺取热量，并通过上述制冷剂从该气化了的相可变介质夺取热量，进行上述半导体芯片的冷却。
12.如权利要求1～11中的任意一项所述所述的燃料电池用冷却装置，其特征在于，在上述发热机器组中，包括向上述燃料电池提供上述氧化气体的氧化气体供给器。
13.如权利要求12所述的燃料电池用冷却装置，其特征在于，上述氧化气体供给器具备热交换器，该热交换器通过上述制冷剂从上述氧化气体夺取热量，进行上述氧化气体的冷却。
14.如权利要求13所述的燃料电池用冷却装置，其特征在于，上述热交换器中，上述制冷剂与上述氧化气体多次热交换，从而进行上述氧化气体的冷却。
15.如权利要求1～14中的任意一项所述的燃料电池用冷却装置，其特征在于，在上述发热机器组中，包括产生驱动力的驱动用电机。
16.如权利要求15所述的燃料电池用冷却装置，其特征在于，上述驱动用电机具备对该驱动用电机的内部进行油冷的油冷机构。
17.一种车辆，其中，安装有如权利要求1～16中的任意一项所述的燃料电池用冷却装置。
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