JP3941488B2

JP3941488B2 - Cooling system

Info

Publication number: JP3941488B2
Application number: JP2001371468A
Authority: JP
Inventors: 信雄藤田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-12-05
Filing date: 2001-12-05
Publication date: 2007-07-04
Anticipated expiration: 2021-12-05
Also published as: JP2003172552A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被冷却液を冷却する冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、車両などに搭載されている各種の機器は、その温度により機能が変化する特性を有している。このため、その機器の機能を所定の状態に維持するためには、その機器の過熱を抑制する必要があり、機器の熱をラジエータにより空気中に放散する冷却装置が知られている。このような冷却装置の一例が、特開平１０−３４０７３４号公報に記載されている。この公報には燃料電池の温度調節装置が記載されている。この温度調節装置は冷却水路を有し、冷却水路には、燃料電池と冷却水ポンプとラジエータとが設けられている。また、冷却水路における燃料電池の入口側および出口側には、温度センサがそれぞれ設けられている。さらに、ラジエータは冷却ファンを有している。
【０００３】
上記構成の温度調節装置においては、冷却水ポンプの駆動力により、冷却水が冷却水路内を循環する。そして、燃料電池の内部を冷却水が通過する際に、燃料電池の熱が冷却水に伝達されて、冷却水が昇温する。昇温した冷却水がラジエータに至ると、冷却水の熱が空気中に放散されて冷却水が冷却される。冷却された冷却水は、冷却水ポンプの吸込口に流れ込む。さらに、２つの温度センサの検知結果に基づいて、燃料電池の内部温度を判断し、その判断結果に基づいて、冷却水ポンプの駆動電圧を制御するものとされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
燃料電池は燃料ガスと空気とを反応させて、電力を得る発電装置であり、所定温度範囲内である場合に、その発電効率が高まるという特性を備えている。例えば、固体高分子型の燃料電池であれば、所定温度は８０℃付近である。したがって、燃料電池用の冷却装置には、燃料電池を前記温度付近に維持することができるような高い冷却性能が要求される。しかしながら、上記公報に記載されている燃料電池の冷却方法においては、冷却水と冷却水路外の外気との間で、ラジエータにより１工程のみで熱交換がおこなわれるため、冷却水が充分降温されない可能性があった。
【０００５】
この発明は、被冷却液に対する冷却性能を可及的に高めることのできる冷却装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用】
上記目的を達成するため請求項１の発明は、被冷却液の熱を、第１の熱交換器の通気路を通過する外気中に放散させることにより、前記被冷却液を冷却する冷却装置において、冷媒が流れる冷媒流路と、この冷媒流路に設けられ、かつ、外気と冷媒との温度差に基づいて、その冷媒を降温させる凝縮器と、降温された冷媒と前記第１の熱交換器で冷却された被冷却液との間で熱交換をおこなわせることにより、前記被冷却液を再度冷却する第２の熱交換器とを有し、前記通気路を通過する空気の流通方向で、前記第１の熱交換器の後方に前記凝縮器が設けられているとともに、前記通気路は、車両の前後方向に空気が流通する構成を有していることを特徴とするものである。
【０００７】
請求項１の発明によれば、被冷却液が、第１の熱交換器および第２の熱交換器で２回に亘って冷却される。また、被冷却液と外気との熱交換は、第１の熱交換器で１回おこなわれるだけであり、第２の熱交換器では、被冷却液の熱は外気には伝達されない。さらに、被冷却液用の配管系統が１系統で済む。
【０００８】
請求項２の発明は、被冷却液の熱を、ラジエータの通気路を通過する外気中に放散させることにより、前記被冷却液を冷却する冷却装置において、外気と冷媒との温度差により冷媒を冷却し、かつ、凝縮する凝縮器と、この凝縮器により凝縮された冷媒を減圧する減圧器と、前記ラジエータにより冷却された被冷却液の熱を、前記減圧器により減圧された冷媒に伝達させることにより被冷却液を冷却し、かつ、前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、この蒸発器により蒸発された冷媒を圧縮して凝縮器に送る圧縮器とを有し、前記通気路を通過する空気の流通方向で、前記ラジエータの後方に前記凝縮器が設けられているとともに、前記通気路は、車両の前後方向に空気が流通する構成を有していることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２の発明によれば、被冷却液が、ラジエータおよび蒸発器で２回に亘って冷却される。また、被冷却液と外気との熱交換は、ラジエータで１回おこなわれるだけであり、蒸発器では、被冷却液の熱は外気には伝達されない。さらに、被冷却液用の配管系統が１系統で済む。また、請求項３の発明は、請求項１または２の構成に加えて、前記ラジエータの通気路を前方から後方に向けて流通する空気を吸引する吸引ファンを有し、前記通気路を通過する空気の流通方向で、前記凝縮器の後方に前記吸引ファンが設けられていることを特徴とするものである。請求項３の発明によれば、請求項１または２の発明と同様の作用が生じる他に、第１の熱交換器（ラジエータ）と凝縮器と外気との間で、強制対流を生じさせる吸引ファンが共用化される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明を図に示す具体例に基づいて説明する。図１は、この発明を、車両用の燃料電池の冷却に用いる場合の一例を示す概念図である。図１において、燃料電池１は、電解質（図示せず）と空気極（図示せず）と燃料極（図示せず）とを有する公知のものである。また、空気極および燃料極には外部回路が接続される。燃料電池１としては、りん酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体電解質型燃料電池、固体高分子型燃料電池などが挙げられる。この燃料電池１には、空気供給経路２および燃料ガス供給経路３が接続されている。燃料ガス供給経路３には高圧タンク４が接続されており、燃料ガス供給経路３であって、高圧タンク４と燃料電池１との間には、各種のバルブ５およびレギュレータ６が設けられている。
【００１１】
つぎに、燃料電池１を冷却する冷却装置Ａ１について説明する。冷却装置Ａ１は、燃料電池１との間で熱伝達をおこなう冷却水が流れる冷却水経路（冷却水配管）Ｂ１を有している。冷却水経路Ｂ１には、ラジエータ２が設けられている。ラジエータ２は、例えば、車両のエンジンルームの前方に配置されている。また、ラジエータ２は、車両の前後方向に空気が流通する通気路（図示せず）を有している。ラジエータ２は、冷却水が流通する通路を有し、この通路に接続する入口部６および出口部７が設けられている。
【００１２】
さらに、燃料電池１は、冷却水が流通する配管を有し、その配管に接続する出口部２２および入口部２３が設けられている。前記冷却水経路Ｂ１であって、燃料電池１の出口部２２とラジエータ２の入口部６との間と、燃料電池１の入口部２３とラジエータ２の出口部７との間とを接続するバイパス経路Ｃ１が設けられている。さらにまた、燃料電池１の入口部２３とラジエータ２の出口部７との間と、バイパス経路Ｃ１との接続部分には、切り換えバルブ８が設けられている。また、冷却水経路Ｂ１であって、燃料電池１の入口部２３と切り換えバルブ８との間には、ポンプ９が設けられている。
【００１３】
一方、前記ラジエータ２の後方（車両の前後方向における後方、言い換えれば、空気の流通方向における後方）には、高温凝縮器（言い換えれば、コンデンサ）１０が設けられている。また、高温凝縮器１０の入口部１１と、コンプレッサ１２の出口部１３とが、配管により接続されている。なお、コンプレッサ１２を駆動する電動機（図示せず）が設けられている。また、高温凝縮器１０の出口部１４と、二重管式熱交換器（エバポレータ）１５の入口部１６とが、配管により接続されている。
【００１４】
さらに、二重管式熱交換器１５の出口部１７と、コンプレッサ１２の入口部１８とが、配管により接続されている。このようにして、コンプレッサ１２、高温凝縮器１０、二重管式熱交換器１５とを接続する冷媒流路Ｄ１が形成されている。冷媒流路Ｄ１は環状に構成され、冷媒流路Ｄ１内には冷媒としてのフロンガスが封入されている。なお、冷媒流路Ｄ１であって、高温凝縮器１０の出口部１４と、二重管式熱交換器１５の入口部１６との間には、膨張弁（減圧器）１８が設けられている。
【００１５】
二重管式熱交換器１５は、外径が異なる内管（図示せず）と外管（図示せず）を内外周に配置したものである。そして、内管の内部が冷却水経路Ｂ１の一部を構成し、内管と外管との間の空間が、冷媒流路Ｄ１の一部を構成している。さらに、内管は、熱伝導性に優れた金属材料、例えば、アルミニウム、銅などにより構成されている。なお、高温凝縮器１０の後方には、吸引ファン１９が設けられている。この吸引ファン１９は、車両用の駆動力源により駆動されるもの、または吸引ファン専用の電動機により駆動されるもの、のいずれでもよい。
【００１６】
さらに、燃料電池１に電気的に接続されたインバータ２０が設けられている。また、図１に示すシステム全体を制御するコントローラ２１が設けられており、燃料電池１の発電に対応するインバータ２０の出力、燃料電池１の温度、冷却水の温度などが、コントローラ２１により判断される。さらに、コントローラ２１により、ポンプ９の吐出量の制御、切り換えバルブ８の開閉の制御、コンプレッサ１２の圧縮力の制御、吸引ファン１９の回転数の制御などがおこなわれる。
【００１７】
つぎに、図１に示すシステムの作用を説明する。ここでは、燃料電池１として、固体高分子型燃料電池を用いた場合について説明する。まず、空気供給経路２から燃料電池１に空気（酸素）が供給され、かつ、燃料ガス供給経路３から燃料ガス（例えば、メタノールを改質したガス）が供給される。すると、燃料極の表面で水素が反応して水素イオンと電子となり、水素イオンが電解質中を空気極に向かって移動する。空気極では、前記水素イオンと、外部回路を移動してきた電子と、供給された酸素とが反応し、水を生成する。このような作用により起電力が得られる。燃料電池１は、発電に際して発熱するため、その熱を放熱して燃料電池１の運転温度を所定温度範囲に保つことにより、その発電効率を高めることができる。この実施例では、冷却装置Ａ１により燃料電池１を冷却し、燃料電池１の運転温度を調整することができる。
【００１８】
まず、燃料電池１の温度が、比較的低温の下限温度以下である場合、すなわち、燃料電池１の発電効率が低い場合について説明する。この場合は、バイパス経路Ｃ１をポンプ９側に接続するように、切り換えバルブ８が制御される。すると、冷却水流通経路Ｂ１であって、ラジエータ２側の流通抵抗よりも、バイパス通路Ｃ１の流通抵抗の方が低くなる。このため、燃料電池１の出口部２２から流れ出た冷却水は、バイパス通路Ｃ１を経由して燃料電池１の入口部２３に至る。このようにして、バイパス通路Ｃ１を含む冷却水経路Ｂ１内で冷却水が循環している場合は、冷却水の熱が外気には伝達されにくく、燃料電池１の温度が上昇する。すなわち、燃料電池１が暖機される。
【００１９】
これに対して、燃料電池１の温度が、所定の上限温度に近づいた場合は、二重管式熱交換器１５とポンプ９との間を接続するするように、切り換えバルブ８が制御される。すると、燃料電池１の出口部２２から流れ出た冷却水は、ラジエータ２に流れ込む。このとき、車両が走行中であれば、ラジエータ２の前方から後方に向けて空気が流通する。そして、冷却水の熱がコアを経由して外気に伝達（放散）され、冷却水が冷却される。
【００２０】
また、車両が停止している場合、または、ラジエータ２の通気路を通過する空気の流速が遅い場合は、吸引ファン１９が駆動される。その結果、吸引ファン１９の吸引力により、ラジエータ２の前方から後方に向けて空気が流通して、空気の流速が高められる。
【００２１】
さらに、冷却水がラジエータ２側に流れる場合は、コンプレッサ１２により冷媒が圧縮されて、その冷媒が高温・高圧となり、高温凝縮器１０に送られる。そして、高温凝縮器１０の周囲の外気と冷媒との温度差に基づいて、冷媒が冷却されて、冷媒が中温・高圧な液体となる。すなわち、冷媒が凝縮される。このようにして凝縮された冷媒は、膨張弁１８で減圧されて膨張し、冷媒は低圧な液体となる。なお、冷媒の一部は低圧なガスとなる。液化した冷媒は、二重管式熱交換器５に流れ込む。
【００２２】
この二重管式熱交換器１５においては、冷却水の潜熱が冷媒に伝達されて、冷却水がさらに冷却されるとともに、液化している冷媒が蒸発してガス化する。蒸発した冷媒は、コンプレッサ１２に流れ込み、再び圧縮される。なお、二重管式熱交換器１５において冷却された冷却水は、ポンプ９により再び燃料電池１側に送られる。このように、図１に示す冷却装置Ａ１は、冷媒の圧縮、凝縮、減圧、蒸発（吸熱）を繰り返すことにより、冷却水の温度を所定温度範囲（例えば８０℃付近）に調整する、いわゆる蒸気圧縮式の冷凍サイクルを構成している。
【００２３】
また、図１の実施例においては、冷却水経路Ｂ１を流れる冷却水の熱が、ラジエータ２を通過する第１次工程、および二重管式熱交換器１５を通過する第２次工程の、合計２工程において放熱される。したがって、冷却水に対する冷却装置Ａ１の冷却性能が向上する。さらに、２回目の放熱を支配する二重管式熱交換器１５では、冷却水の熱が空気中には放散されない。
【００２４】
このため、例えば、二重管式熱交換器１５を吸引ファン１９の後方に配置したとしても、冷却液から冷媒に伝達される熱の熱伝達率が低下することを抑制できる。したがって、車両の前後方向（通風方向）に、ラジエータ２、吸引ファン１９、二重管式熱交換器１５を配置した場合でも、冷却装置Ａ１の冷却性能を向上させることができる。言い換えれば、車両の幅方向または高さ方向に、ラジエータ２と二重管式熱交換器１５とを配置する必要性はなく、他の装置と二重管式熱交換器１５との配置レイアウトの自由度が増す。
【００２５】
ところで、燃料電池１の温度上昇サイクルと、冷却水の温度上昇サイクルとには、時間的な遅れが発生する。このため、出口部２２における冷却水の温度を検知して、その検知結果に基づいて、切り換えバルブ８の状態を制御したのでは、燃料電池１の運転温度を、高効率の温度範囲に調整できない可能性がある。そこで、燃料電池１の出力に基づいて燃料電池１の温度（言い換えれば、出口部２２における冷却水温度）を推定し、その推定結果に基づいて、切り換えバルブ８の状態を制御すれば、冷却水温度が高温となる前に、冷却装置Ａ１を作動させて、燃料電池１の温度上昇に対する冷却装置Ａ１の冷却制御の応答遅れを抑制することができる。なお、図２に、燃料電池１の出力と、出口部２２における冷却水温度との対応関係を示すマップの一例を示す。このマップに示すように、燃料電池１の出力が増加するほど、冷却水温度が上昇する。このマップを用いて、上記の制御をおこなうことができる。
【００２６】
つぎに、コンプレッサ１２の駆動制御について説明する。ここで、冷却水の温度を目標温度に冷却する場合に、“ラジエータ２の冷却能力では、約１０ＫＷの冷却能力不足が発生する”と仮定する。すると、この不足分の冷却能力（仕事量）を、二重管式熱交換器１５の放熱機能により補うこととなる。蒸気圧縮式の冷凍サイクルの成績係数ＣＯＰを約３と仮定すると、不足分の冷却能力を補うために必要な動力の増加、すなわち、コンプレッサ１２を駆動する電動機の動力増加は、約３ＫＷ程度の増加となる。つまり、冷却能力不足となる出力に対して、数パーセントの範囲であり、動力への影響は少ない。さらに、冷却工程は２工程であるのに対して、冷却水用の配管は１系統で済み、部品点数の増加を抑制できる。さらにまた、ラジエータ２および高温凝縮器１０と外気との間で、強制対流を生じさせる吸引ファン１９が共用化されているため、部品点数を一層削減できる。
【００２７】
ここで、この実施例の構成と、この発明の構成との対応関係を説明すれば、冷却水が、この発明の被冷却液に相当し、ラジエータ２がこの発明の第１の熱交換器に相当し、高温凝縮器１０が、この発明の凝縮器に相当し、膨張弁１８がこの発明の減圧器に相当し、二重管式熱交換器１５が、この発明の第２の熱交換器および蒸発器に相当し、コンプレッサ１２が、この発明の圧縮機に相当する。なお、この実施例では、冷却水により冷却される発熱部が、燃料電池である場合について説明したが、他の発熱部、例えば、車両用の駆動力源としてのエンジン、電動機などを冷却水により冷却する場合に、この実施例の冷却装置を用いることもできる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、被冷却液の冷却が、第１の熱交換器および第２の熱交換器の２工程でおこなわれるため、冷却性能が向上する。また、第２の熱交換器では、被冷却液の熱が外気中には伝達されないため、第１の熱交換器と第２の熱交換器との相対位置関係が制約されず、第１の熱交換器と第２の熱交換器とのレイアウトの自由度が増す。さらに、冷却水用の配管は１系統で済み、部品点数の増加を抑制できる。
【００２９】
請求項２の発明によれば、被冷却液の冷却が、ラジエータおよび蒸発器の２工程でおこなわれるため、冷却性能が向上する。また、蒸発器では、被冷却液の熱が外気中には伝達されないため、ラジエータと蒸発器との相対位置関係が制約されず、ラジエータと蒸発器とのレイアウトの自由度が増す。さらに、冷却水用の配管は１系統で済み、部品点数の増加を抑制できる。また、請求項３の発明によれば、請求項１または２の発明と同様の効果を得られる他に、第１の熱交換器（ラジエータ）と凝縮器と外気との間で、強制対流を生じさせる吸引ファンが共用化され、部品点数を削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示す概念図である。
【図２】この発明で用いるマップの一例である。
【符号の説明】
２…ラジエータ、１０…高温凝縮器、１２…コンプレッサ、１５…二重管式熱交換器、１８…膨張弁、Ａ１…冷却装置、Ｄ１…冷媒流路。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cooling device that cools a liquid to be cooled.
[0002]
[Prior art]
In general, various devices mounted on a vehicle or the like have a characteristic that their functions change depending on the temperature. For this reason, in order to maintain the function of the device in a predetermined state, it is necessary to suppress overheating of the device, and a cooling device that dissipates the heat of the device into the air by a radiator is known. An example of such a cooling device is described in JP-A-10-340734. This publication describes a fuel cell temperature control device. This temperature adjusting device has a cooling water channel, and a fuel cell, a cooling water pump, and a radiator are provided in the cooling water channel. Further, temperature sensors are respectively provided on the inlet side and the outlet side of the fuel cell in the cooling water channel. Furthermore, the radiator has a cooling fan.
[0003]
In the temperature control apparatus having the above configuration, the cooling water circulates in the cooling water channel by the driving force of the cooling water pump. When the cooling water passes through the fuel cell, the heat of the fuel cell is transmitted to the cooling water, and the temperature of the cooling water rises. When the raised cooling water reaches the radiator, the heat of the cooling water is dissipated into the air and the cooling water is cooled. The cooled cooling water flows into the suction port of the cooling water pump. Further, the internal temperature of the fuel cell is determined based on the detection results of the two temperature sensors, and the driving voltage of the cooling water pump is controlled based on the determination result.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
A fuel cell is a power generation device that obtains electric power by reacting fuel gas and air, and has a characteristic that power generation efficiency is increased when it is within a predetermined temperature range. For example, in the case of a polymer electrolyte fuel cell, the predetermined temperature is around 80 ° C. Therefore, the cooling device for the fuel cell is required to have a high cooling performance capable of maintaining the fuel cell near the temperature. However, in the cooling method of the fuel cell described in the above publication, heat is exchanged between the cooling water and the outside air outside the cooling water channel in only one step by the radiator, so the cooling water may not be sufficiently cooled. There was sex.
[0005]
An object of the present invention is to provide a cooling device that can enhance the cooling performance of the liquid to be cooled as much as possible.
[0006]
[Means for Solving the Problem and Action]
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention provides a cooling apparatus for cooling the liquid to be cooled by dissipating the heat of the liquid to be cooled into the outside air passing through the air passage of the first heat exchanger. A refrigerant flow path through which the refrigerant flows, a condenser that is provided in the refrigerant flow path and cools the refrigerant based on a temperature difference between the outside air and the refrigerant, and the first heat exchange with the lowered temperature refrigerant A second heat exchanger that cools the liquid to be cooled again by exchanging heat with the liquid to be cooled that has been cooled by the cooler, and in a flow direction of the air that passes through the ventilation path. the first of the condenser at the rear of the heat exchanger is provided Rutotomoni, the vent passage is to air in the longitudinal direction of the vehicle is characterized that you have a structure that flows .
[0007]
According to the first aspect of the present invention, the liquid to be cooled is cooled twice by the first heat exchanger and the second heat exchanger. Further, the heat exchange between the liquid to be cooled and the outside air is performed only once in the first heat exchanger, and the heat of the liquid to be cooled is not transmitted to the outside air in the second heat exchanger. Further, only one piping system for the liquid to be cooled is required.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in the cooling device that cools the liquid to be cooled by dissipating the heat of the liquid to be cooled into the outside air that passes through the vent passage of the radiator, the refrigerant is cooled by the temperature difference between the outside air and the refrigerant. A condenser that cools and condenses, a decompressor that decompresses the refrigerant condensed by the condenser, and heat of the liquid to be cooled that is cooled by the radiator is transmitted to the refrigerant that is decompressed by the decompressor. Air that cools the liquid to be cooled and evaporates the refrigerant, and a compressor that compresses the refrigerant evaporated by the evaporator and sends the refrigerant to the condenser, and passes through the air passage in the flow direction, Rutotomoni have said condenser is provided in the rear of the radiator, the air passage is to air in the longitudinal direction of the vehicle is characterized that you have a structure that flows.
[0009]
According to the invention of claim 2, the liquid to be cooled is cooled twice by the radiator and the evaporator. Further, heat exchange between the liquid to be cooled and the outside air is performed only once by the radiator, and the heat of the liquid to be cooled is not transmitted to the outside air in the evaporator. Further, only one piping system for the liquid to be cooled is required. In addition to the structure of claim 1 or 2, the invention of claim 3 has a suction fan for sucking air flowing from the front to the rear of the radiator air passage, and passes through the air passage. The suction fan is provided behind the condenser in the direction of air flow. According to the invention of claim 3, in addition to the effects similar to those of the invention of claim 1 or 2, suction that causes forced convection among the first heat exchanger (radiator), the condenser, and the outside air. The fan is shared .
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the present invention will be described based on a specific example shown in the drawings. FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example when the present invention is used for cooling a fuel cell for a vehicle. In FIG. 1, a fuel cell 1 is a known battery having an electrolyte (not shown), an air electrode (not shown), and a fuel electrode (not shown). An external circuit is connected to the air electrode and the fuel electrode. Examples of the fuel cell 1 include a phosphoric acid fuel cell, a molten carbonate fuel cell, a solid electrolyte fuel cell, and a solid polymer fuel cell. An air supply path 2 and a fuel gas supply path 3 are connected to the fuel cell 1. A high-pressure tank 4 is connected to the fuel gas supply path 3, and various valves 5 and a regulator 6 are provided between the high-pressure tank 4 and the fuel cell 1 in the fuel gas supply path 3. .
[0011]
Next, the cooling device A1 for cooling the fuel cell 1 will be described. The cooling device A1 has a cooling water path (cooling water piping) B1 through which cooling water that performs heat transfer with the fuel cell 1 flows. A radiator 2 is provided in the cooling water path B1. The radiator 2 is arranged, for example, in front of the engine room of the vehicle. The radiator 2 has a ventilation path (not shown) through which air flows in the front-rear direction of the vehicle. The radiator 2 has a passage through which cooling water flows, and an inlet portion 6 and an outlet portion 7 connected to the passage are provided.
[0012]
Furthermore, the fuel cell 1 has a pipe through which cooling water flows, and an outlet 22 and an inlet 23 connected to the pipe are provided. Bypass for connecting the cooling water path B1 between the outlet portion 22 of the fuel cell 1 and the inlet portion 6 of the radiator 2, and between the inlet portion 23 of the fuel cell 1 and the outlet portion 7 of the radiator 2. A path C1 is provided. Furthermore, a switching valve 8 is provided between the inlet portion 23 of the fuel cell 1 and the outlet portion 7 of the radiator 2 and a connecting portion between the bypass path C1. A pump 9 is provided in the cooling water path B1 between the inlet 23 of the fuel cell 1 and the switching valve 8.
[0013]
On the other hand, a high-temperature condenser (in other words, a condenser) 10 is provided behind the radiator 2 (rear in the front-rear direction of the vehicle, in other words, rearward in the air flow direction). Moreover, the inlet part 11 of the high temperature condenser 10 and the outlet part 13 of the compressor 12 are connected by piping. An electric motor (not shown) for driving the compressor 12 is provided. Moreover, the outlet part 14 of the high-temperature condenser 10 and the inlet part 16 of the double-pipe heat exchanger (evaporator) 15 are connected by piping.
[0014]
Furthermore, the outlet part 17 of the double-pipe heat exchanger 15 and the inlet part 18 of the compressor 12 are connected by piping. In this way, the refrigerant flow path D1 that connects the compressor 12, the high-temperature condenser 10, and the double-pipe heat exchanger 15 is formed. The refrigerant flow path D1 is formed in an annular shape, and chlorofluorocarbon gas as a refrigerant is sealed in the refrigerant flow path D1. Note that an expansion valve (decompressor) 18 is provided between the outlet 14 of the high-temperature condenser 10 and the inlet 16 of the double-pipe heat exchanger 15 in the refrigerant flow path D1. .
[0015]
The double-pipe heat exchanger 15 has an inner tube (not shown) and an outer tube (not shown) having different outer diameters arranged on the inner and outer circumferences. And the inside of an inner pipe comprises a part of cooling water path | route B1, and the space between an inner pipe and an outer pipe comprises a part of refrigerant | coolant flow path D1. Further, the inner tube is made of a metal material having excellent thermal conductivity, such as aluminum or copper. A suction fan 19 is provided behind the high-temperature condenser 10. The suction fan 19 may be either driven by a vehicle driving force source or driven by an electric motor dedicated to the suction fan.
[0016]
Further, an inverter 20 electrically connected to the fuel cell 1 is provided. A controller 21 for controlling the entire system shown in FIG. 1 is provided, and the controller 21 determines the output of the inverter 20 corresponding to the power generation of the fuel cell 1, the temperature of the fuel cell 1, the temperature of the cooling water, and the like. The Further, the controller 21 controls the discharge amount of the pump 9, controls the opening / closing of the switching valve 8, controls the compression force of the compressor 12, and controls the rotational speed of the suction fan 19.
[0017]
Next, the operation of the system shown in FIG. 1 will be described. Here, a case where a polymer electrolyte fuel cell is used as the fuel cell 1 will be described. First, air (oxygen) is supplied from the air supply path 2 to the fuel cell 1, and fuel gas (for example, a gas obtained by reforming methanol) is supplied from the fuel gas supply path 3. Then, hydrogen reacts on the surface of the fuel electrode to become hydrogen ions and electrons, and the hydrogen ions move in the electrolyte toward the air electrode. At the air electrode, the hydrogen ions, the electrons moving through the external circuit, and the supplied oxygen react to generate water. An electromotive force is obtained by such an action. Since the fuel cell 1 generates heat during power generation, the heat generation efficiency can be increased by dissipating the heat and keeping the operating temperature of the fuel cell 1 within a predetermined temperature range. In this embodiment, the fuel cell 1 is cooled by the cooling device A1, and the operating temperature of the fuel cell 1 can be adjusted.
[0018]
First, the case where the temperature of the fuel cell 1 is lower than the lower limit temperature of the relatively low temperature, that is, the case where the power generation efficiency of the fuel cell 1 is low will be described. In this case, the switching valve 8 is controlled so as to connect the bypass path C1 to the pump 9 side. Then, it is cooling water distribution path B1, Comprising: The distribution resistance of the bypass channel C1 becomes lower than the distribution resistance by the side of the radiator 2. FIG. For this reason, the cooling water flowing out from the outlet portion 22 of the fuel cell 1 reaches the inlet portion 23 of the fuel cell 1 via the bypass passage C1. Thus, when the cooling water circulates in the cooling water path B1 including the bypass passage C1, the heat of the cooling water is hardly transmitted to the outside air, and the temperature of the fuel cell 1 rises. That is, the fuel cell 1 is warmed up.
[0019]
On the other hand, when the temperature of the fuel cell 1 approaches a predetermined upper limit temperature, the switching valve 8 is controlled so as to connect between the double-pipe heat exchanger 15 and the pump 9. . Then, the cooling water flowing out from the outlet portion 22 of the fuel cell 1 flows into the radiator 2. At this time, if the vehicle is traveling, air flows from the front to the rear of the radiator 2. Then, the heat of the cooling water is transmitted (dissipated) to the outside air via the core, and the cooling water is cooled.
[0020]
Further, when the vehicle is stopped or when the flow velocity of the air passing through the air passage of the radiator 2 is slow, the suction fan 19 is driven. As a result, due to the suction force of the suction fan 19, air flows from the front to the rear of the radiator 2, and the flow velocity of the air is increased.
[0021]
Further, when the cooling water flows to the radiator 2 side, the refrigerant is compressed by the compressor 12, and the refrigerant becomes high temperature / high pressure and is sent to the high temperature condenser 10. Then, based on the temperature difference between the ambient air around the high-temperature condenser 10 and the refrigerant, the refrigerant is cooled, and the refrigerant becomes a medium-temperature / high-pressure liquid. That is, the refrigerant is condensed. The refrigerant thus condensed is decompressed and expanded by the expansion valve 18, and the refrigerant becomes a low-pressure liquid. A part of the refrigerant becomes a low-pressure gas. The liquefied refrigerant flows into the double pipe heat exchanger 5.
[0022]
In the double tube heat exchanger 15, the latent heat of the cooling water is transmitted to the refrigerant, the cooling water is further cooled, and the liquefied refrigerant is evaporated and gasified. The evaporated refrigerant flows into the compressor 12 and is compressed again. The cooling water cooled in the double tube heat exchanger 15 is sent again to the fuel cell 1 side by the pump 9. As described above, the cooling device A1 shown in FIG. 1 adjusts the temperature of the cooling water to a predetermined temperature range (for example, around 80 ° C.) by repeating compression, condensation, decompression, and evaporation (endothermic) of the refrigerant. It constitutes a compression refrigeration cycle.
[0023]
Further, in the embodiment of FIG. 1, the heat of the cooling water flowing through the cooling water path B <b> 1 passes through the radiator 2 and the secondary process passing through the double-pipe heat exchanger 15. Heat is dissipated in a total of two steps. Therefore, the cooling performance of the cooling device A1 with respect to the cooling water is improved. Further, in the double-pipe heat exchanger 15 that governs the second heat release, the heat of the cooling water is not dissipated into the air.
[0024]
For this reason, for example, even if the double-pipe heat exchanger 15 is disposed behind the suction fan 19, it is possible to suppress a decrease in the heat transfer coefficient of heat transferred from the coolant to the refrigerant. Therefore, the cooling performance of the cooling device A1 can be improved even when the radiator 2, the suction fan 19, and the double-pipe heat exchanger 15 are arranged in the vehicle front-rear direction (ventilation direction). In other words, there is no need to arrange the radiator 2 and the double-pipe heat exchanger 15 in the width direction or the height direction of the vehicle, and the layout of the arrangement of the other devices and the double-pipe heat exchanger 15 The degree of freedom increases.
[0025]
By the way, there is a time delay between the temperature rise cycle of the fuel cell 1 and the temperature rise cycle of the cooling water. For this reason, if the temperature of the cooling water at the outlet 22 is detected and the state of the switching valve 8 is controlled based on the detection result, the operating temperature of the fuel cell 1 cannot be adjusted to a highly efficient temperature range. there is a possibility. Therefore, if the temperature of the fuel cell 1 (in other words, the cooling water temperature at the outlet 22) is estimated based on the output of the fuel cell 1, and the state of the switching valve 8 is controlled based on the estimation result, the cooling water Before the temperature becomes high, the cooling device A1 can be operated to suppress a delay in the response of the cooling control of the cooling device A1 to the temperature rise of the fuel cell 1. FIG. 2 shows an example of a map showing the correspondence between the output of the fuel cell 1 and the coolant temperature at the outlet 22. As shown in this map, the coolant temperature increases as the output of the fuel cell 1 increases. The above control can be performed using this map.
[0026]
Next, drive control of the compressor 12 will be described. Here, it is assumed that when the temperature of the cooling water is cooled to the target temperature, “the cooling capacity of the radiator 2 will cause a cooling capacity shortage of about 10 KW”. Then, this insufficient cooling capacity (work volume) is supplemented by the heat radiation function of the double-pipe heat exchanger 15. Assuming that the coefficient of performance COP of the vapor compression refrigeration cycle is about 3, the increase in power necessary to compensate for the insufficient cooling capacity, that is, the increase in power of the motor driving the compressor 12 is about 3 KW. It becomes. That is, it is in the range of several percent with respect to the output that is insufficient in the cooling capacity, and the influence on the power is small. Furthermore, while the cooling process is two processes, the cooling water piping is only one system, and an increase in the number of parts can be suppressed. Furthermore, since the suction fan 19 that generates forced convection is shared between the radiator 2 and the high-temperature condenser 10 and the outside air, the number of parts can be further reduced.
[0027]
Here, the correspondence between the configuration of this embodiment and the configuration of the present invention will be described. Cooling water corresponds to the liquid to be cooled of the present invention, and the radiator 2 serves as the first heat exchanger of the present invention. The high-temperature condenser 10 corresponds to the condenser of the present invention, the expansion valve 18 corresponds to the decompressor of the present invention, and the double pipe heat exchanger 15 corresponds to the second heat exchanger of the present invention. The compressor 12 corresponds to the compressor of the present invention. In this embodiment, the case where the heat generating part cooled by the cooling water is a fuel cell has been described. When cooling, the cooling device of this embodiment can also be used.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, cooling of the liquid to be cooled is performed in two steps of the first heat exchanger and the second heat exchanger, so that the cooling performance is improved. Further, in the second heat exchanger, the heat of the liquid to be cooled is not transmitted to the outside air, so the relative positional relationship between the first heat exchanger and the second heat exchanger is not restricted, and the first heat exchanger The degree of freedom in layout between the heat exchanger and the second heat exchanger is increased. Furthermore, the piping for cooling water is only one system, and the increase in the number of parts can be suppressed.
[0029]
According to the invention of claim 2, since the liquid to be cooled is cooled in two steps of the radiator and the evaporator, the cooling performance is improved. Further, in the evaporator, the heat of the liquid to be cooled is not transmitted to the outside air, so the relative positional relationship between the radiator and the evaporator is not restricted, and the degree of freedom in the layout of the radiator and the evaporator is increased. Furthermore, the piping for cooling water is only one system, and the increase in the number of parts can be suppressed. Further, according to the invention of claim 3, in addition to obtaining the same effect as that of the invention of claim 1 or 2, forced convection is performed between the first heat exchanger (radiator), the condenser and the outside air. The generated suction fan is shared, and the number of parts can be reduced .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an example of a map used in the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Radiator, 10 ... High temperature condenser, 12 ... Compressor, 15 ... Double pipe type heat exchanger, 18 ... Expansion valve, A1 ... Cooling device, D1 ... Refrigerant flow path.

Claims

被冷却液の熱を、第１の熱交換器の通気路を通過する外気中に放散させることにより、前記被冷却液を冷却する冷却装置において、
冷媒が流れる冷媒流路と、
この冷媒流路に設けられ、かつ、外気と冷媒との温度差に基づいて、その冷媒を降温させる凝縮器と、
降温された冷媒と前記第１の熱交換器で冷却された被冷却液との間で熱交換をおこなわせることにより、前記被冷却液を再度冷却する第２の熱交換器と
を有し、
前記通気路を通過する空気の流通方向で、前記第１の熱交換器の後方に前記凝縮器が設けられているとともに、前記通気路は、車両の前後方向に空気が流通する構成を有していることを特徴とする冷却装置。In the cooling device for cooling the liquid to be cooled by dissipating the heat of the liquid to be cooled into the outside air passing through the air passage of the first heat exchanger,
A refrigerant flow path through which the refrigerant flows;
A condenser that is provided in the refrigerant flow path and that cools the refrigerant based on a temperature difference between the outside air and the refrigerant; and
A second heat exchanger that cools the liquid to be cooled again by performing heat exchange between the cooled refrigerant and the liquid to be cooled cooled by the first heat exchanger;
In flow direction of air passing through said air passage, said first of said condenser to the rear of the heat exchanger is provided Rutotomoni, the vent path has a configuration that air in the longitudinal direction of the vehicle flows cooling device comprising a this is.

被冷却液の熱を、ラジエータの通気路を通過する外気中に放散させることにより、前記被冷却液を冷却する冷却装置において、
外気と冷媒との温度差により冷媒を冷却し、かつ、凝縮する凝縮器と、
この凝縮器により凝縮された冷媒を減圧する減圧器と、
前記ラジエータにより冷却された被冷却液の熱を、前記減圧器により減圧された冷媒に伝達させることにより被冷却液を冷却し、かつ、前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、
この蒸発器により蒸発された冷媒を圧縮して凝縮器に送る圧縮器と
を有し、
前記通気路を通過する空気の流通方向で、前記ラジエータの後方に前記凝縮器が設けられているとともに、前記通気路は、車両の前後方向に空気が流通する構成を有していることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。In the cooling device that cools the liquid to be cooled by dissipating the heat of the liquid to be cooled into the outside air that passes through the vent passage of the radiator,
A condenser that cools and condenses the refrigerant by a temperature difference between the outside air and the refrigerant;
A decompressor for decompressing the refrigerant condensed by the condenser;
An evaporator that cools the liquid to be cooled by transferring heat of the liquid to be cooled cooled by the radiator to the refrigerant depressurized by the decompressor, and evaporates the refrigerant;
A compressor that compresses the refrigerant evaporated by the evaporator and sends it to the condenser;
In flow direction of air passing through the air passage, Rutotomoni have said condenser is provided in the rear of the radiator, the vent path, and this air in the longitudinal direction of the vehicle has a structure that circulates The cooling device according to claim 1, wherein

前記ラジエータの通気路を前方から後方に向けて流通する空気を吸引する吸引ファンを有し、前記通気路を通過する空気の流通方向で、前記凝縮器の後方に前記吸引ファンが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却装置。 A suction fan that sucks air flowing from the front to the rear of the radiator air passage; and the suction fan is provided behind the condenser in a flow direction of the air passing through the air passage. The cooling device according to claim 1 or 2, wherein