JP2000027794A - コンプレッサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型且つ消費電力の小さいオイルポンプでも
定常運転までの起動時間が短いコンプレッサ装置を提供
する。 【解決手段】 冷却水を貯蔵するウォータリザーバ４か
らの冷却水を循環しモータ２を冷却する冷却水管路１７
と潤滑油を貯蔵するオイルリザーバ５からの潤滑油を循
環し軸受１６ａ，１６ｂを潤滑する潤滑油管路１８を設
け、前記ウォータリザーバ４と前記オイルリザーバ５を
隣接して設けることにより、前記ウォータリザーバ４と
前記オイルリザーバ５の間の壁２５を介してモータ２で
発生する熱を潤滑油に伝え、油温を早く上昇させること
によりに小型且つ消費電力の小さいオイルポンプ７でも
定常運転までの起動時間が短くしたコンプレッサ装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はコンプレッサ装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関を有する車両に用いられ
ているガスタービンコンプレッサの軸受潤滑用オイルポ
ンプは、内燃機関のピストン、クランクシャフト等の潤
滑用オイルポンプと共用で使用されている。

【０００３】しかし、燃料電池用等の軸受以外に強制潤
滑する必要のある部品を持たないコンプレッサ装置は、
コンプレッサ装置専用のオイルポンプ、オイルリザーバ
を持つ潤滑系が必要になる。

【０００４】前記オイルポンプは、起動時等の低温時に
はオイル粘度が大きいので、オイル流量を確保するため
に余力のある大型且つ消費電力の大きいオイルポンプが
必要になる。

【０００５】一方、小型のオイルポンプを使用して潤滑
油を循環し、循環中の潤滑油の摩擦により油温を上昇さ
せて起動する方法もあるが、油温が低下するほどコンプ
レッサ装置の起動に必要なオイル流量を確保するための
時間が長くなる。これはコンプレッサ装置の起動時間を
遅らせ、前記コンプレッサ装置を使用したシステムの起
動時間を遅らせる。

【０００６】そのため、低温時に前記システムの起動時
間を短縮するには、より大型且つ消費電力の大きいオイ
ルポンプが必要になる。

【０００７】特開平６−１７３８５８公報にオイル潤滑
系を有するターボ圧縮機の起動に関する従来技術が開示
されている。

【０００８】本従来技術は、オイルポンプの起動後油圧
が不安定な油圧不安定時間の経過後、前記油圧が安定し
てから制御用油圧の検出を開始することによりモータの
起動開始を確実に行えるようにしたものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術は、ターボ圧縮機を安定に起動出来るようにしたもの
であるが、オイルポンプの起動後、油圧、油温が安定す
るまで前記ターボ圧縮機を起動できず起動時間が長いと
いう問題があった。オイルポンプの起動直後は低温でオ
イルの粘度が大きく、起動時間を短縮するには、より大
型且つ消費電力の大きいオイルポンプが必要になるとい
う問題があった。

【００１０】本発明は上記課題を解決したもので、油温
を早く上昇させることにより、小型且つ消費電力の小さ
いオイルポンプでも起動時間が短いコンプレッサ装置を
提供する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るために、本発明の請求項１において講じた技術的手段
は、冷却水を貯蔵するウォータリザーバからの冷却水を
循環しモータを冷却する冷却水管路と潤滑油を貯蔵する
オイルリザーバからの潤滑油を循環し軸受を潤滑する潤
滑油管路の間に熱交換手段を設けたことを特徴とするコ
ンプレッサ装置である。

【００１２】上記の技術的手段による効果は、以下のよ
うである。

【００１３】即ち、前記モータの回転で発生する熱を冷
却水に伝え、その熱を前記熱交換手段を介して前記潤滑
油管路中の潤滑油に伝え、油温を早く上昇させることに
より小型且つ消費電力の小さいオイルポンプでも前記コ
ンプレッサ装置の定常運転までの起動時間を短縮する効
果を有する。

【００１４】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項２において講じた技術的手段は、前記熱交換手
段は、前記ウォータリザーバと前記オイルリザーバを隣
接して設けて壁を介して熱交換することを特徴とする請
求項１記載のコンプレッサ装置である。

【００１５】上記の技術的手段による効果は、以下のよ
うである。

【００１６】即ち、前記ウォータリザーバと前記オイル
リザーバの間の壁を通じて熱を交換することにより、特
別の熱交換手段を設ける必要がないので前記コンプレッ
サ装置の小型化とコスト低減の効果を有する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について、
図面に基づいて説明する。

【００１８】図１は本発明の自動車等車載用固体高分子
電解質型燃料電池システム図である。本実施例は、改質
器２０、燃料電池２１、バーナ２２及びコンプレッサ装
置１００から構成されている。

【００１９】前記コンプレッサ装置１００は、タービン
１、モータ２、コンプレッサ３、前記モータ２を冷却す
る冷却装置２３、軸受を潤滑する潤滑装置２４及び制御
装置１４から構成されている。

【００２０】前記冷却装置２３は、冷却水を貯蔵するウ
ォータリザーバ４とウォータポンプ６と水流量センサ８
から構成され、それらは冷却水管路１７で結ばれ、前記
ウォータポンプ６で冷却水を循環しモータ２を冷却す
る。

【００２１】前記潤滑装置２４は、潤滑油を貯蔵するオ
イルリザーバ５とオイルポンプ７とオイル流量センサ９
から構成され、それらは潤滑油管路１８で結ばれ、前記
オイルポンプ７で潤滑油を循環しコンプレッサ装置１０
０の軸受１６ａ、１６ｂを潤滑する。前記オイルリザー
バ５には、起動時に潤滑油の温度を上げるヒータ１３が
付属している。

【００２２】前記ウォータリザーバ４と前記オイルリザ
ーバ５は、共通の壁２５で隣接して設けられている。本
実施例では前記ウォータリザーバ４と前記オイルリザー
バ５は、前記壁２５を挟んで左右に設けられているが、
上下など隣接していればどのような構造でもよい。また
前記壁２５は熱が伝わりやすいように、アルミニウム等
の熱伝導率の大きい材料で構成され、凹凸等により伝熱
面積の大きい構造にしてもよい。

【００２３】前記制御装置１４は、水流量センサ８、オ
イル流量センサ９、ウォータリザーバ４の水温センサ１
０、オイルリザーバ５の油温センサ１１の情報を得て、
モータ２、ウォータポンプ６、オイルポンプ７、ヒータ
１３、ウォータリザーバ４の冷却ファン１２ａ、オイル
リザーバ５の冷却ファン１２ｂを制御している。

【００２４】前記固体高分子電解質型燃料電池システム
は、燃料であるメタノールと水を改質器２０で水素を主
成分とする改質ガスに変換し、該改質ガスと空気を利用
して燃料電池２１で発電するものである。

【００２５】前記燃料電池に送られた前記改質ガス中の
水素は１００％利用されることはなく、水素利用率は約
８０％である。利用されなかった未利用水素は、空気を
助燃剤としてバーナ２２で燃焼し、その排ガスでタービ
ン１を回転しエネルギーを回収する。

【００２６】タービン１、モータ２、コンプレッサ３
は、回転軸１５で連結されており、前記コンプレッサ３
は、回転軸１５を介して前記タービン１と前記モータ２
により回転する。

【００２７】燃料電池システムの起動直後はバーナ２２
は燃焼しておらずモータ２のみで回転軸１５を回転す
る。

【００２８】本実施例のコンプレッサ装置１００は、タ
ービン１とモータ２を動力としているが、本発明はモー
タのみを動力とするコンプレッサ装置にも利用できる。
また、本発明は燃料電池だけでなく、潤滑する部位が少
ないシステムになら、どんなシステムにも利用できる。

【００２９】前記コンプレッサ装置１００の運転の実施
例を、図２のフローチャートで詳しく説明する。

【００３０】まず、ステップ２０１で油温センサ１１に
より油温を測定し、油温が６０℃以下ならステップ２０
２に進む。前記ステップ２０１で前記油温が６０℃より
高いときはステップ２０５に進み、冷却ファン１２ａ、
１２ｂをＯＮにし、ステップ２０６に進む。

【００３１】ステップ２０２では、前記油温が１０℃以
下ならステップ２０３に進みヒータ１３をＯＮにしステ
ップ２０４に進む。前記ステップ２０２で前記油温が１
０℃より高いときはステップ２０６に進む。

【００３２】ステップ２０４では、前記油温が１０℃以
上ならステップ２０６に進む。前記ステップ２０４で前
記油温が１０℃より低いときはステップ２０４を繰り返
す。油温が１０℃以下でオイルポンプ７を起動すると該
オイルポンプ７の負荷が大き過ぎるため、前記油温が１
０℃になるまでヒータ１３で潤滑油を加熱する。

【００３３】前記ステップ２０６では、ヒータ１３をＯ
ＦＦにしステップ２０７に進む。ここで前記ヒータ１３
をＯＦＦするのは、電力をできる限り節約するためであ
る。自動車等車載用では起動時の電力をバッテリから得
ており、できる限り節約することが必要とされる。

【００３４】電力を節約する必要がないときは、できる
限り起動時間を短縮するためにコンプレッサ装置１００
の定常運転時まで前記ヒータをＯＮにしておいてもよ
い。

【００３５】前記ステップ２０７では、オイルポンプ７
をＯＮにし、ステップ２０８に進む。

【００３６】前記ステップ２０８では、オイル流量が正
常かどうか判定し、正常ならステップ２１０に進み、正
常でなければ潤滑油管路１８上に異常があるかどうかと
判断してステップ２０９に進みコンプレッサ装置１００
の起動を中止する。

【００３７】前記ステップ２１０では、ステップ２１１
に進みウォータポンプ６をＯＮにしステップ２１２に進
み、モータ２を定常回転数の半分以下の５万回／分の低
速で回転するコンプレッサ暖気運転モードで起動する。

【００３８】前記暖機運転モードは、まだ潤滑油の粘度
が大きく定常回転数で回転させると負荷が大きすぎるた
め、油温が６０℃以上になるまで潤滑油を循環させるモ
ードである。

【００３９】前記モータ２で発生する熱が冷却水に伝熱
され、ウォータポンプ６で前記冷却水を循環しウォータ
リザーバ４の水温を上昇させる。上昇した水温の熱が前
記ウォータリザーバ４とオイルリザーバ５の間の壁２５
を介して前記オイルリザーバ５の油温を上昇させる。

【００４０】本実施例では冷却水から潤滑油への伝熱の
方法は、前記ウォータリザーバ４と前記オイルリザーバ
５の間の壁２５を介して行っているが、冷却水管路１７
と潤滑油管路１８の間に熱交換手段を設けて行ってもよ
い。

【００４１】前記冷却水管路１７や前記潤滑油管路１８
を別の熱源（例えば、改質器等）からも熱を受け取れる
ように配置してもよい。

【００４２】冷却水から潤滑油への伝熱を、本実施例で
示したように前記ウォータリザーバ４と前記オイルリザ
ーバ５の間の壁２５を介して行えば、特別の熱交換手段
が不要であるため装置が小型になり、且つ低コストにな
る。

【００４３】前記油温は潤滑油の循環時の摩擦抵抗でも
上昇するが、ウォータリザーバ４からの熱も加わるため
上昇が早くなり、コンプレッサ装置１００の起動時間が
短縮できる。

【００４４】前記ステップ２１２では、前記油温が６０
℃以上ならステップ２１３に進み冷却ファン１２ａ、１
２ｂをＯＮにしステップ２１４に進む。前記ステップ２
１２で前記油温が６０℃より低いときはステップ２１２
を繰り返す。

【００４５】前記ステップ２１４では、オイル流量が正
常かどうか判定し、正常でなければ潤滑油管路１８上に
異常があると判断してステップ２１５に進みコンプレッ
サ装置１００の起動を中止する。

【００４６】前記ステップ２１４でオイル流量が正常な
らシステムの立ち上げを停止し、正常ならステップ２１
６に進みモータ２を定常回転数の１２万回／分で回転し
コンプレッサ定常運転モードにする。これで、コンプレ
ッサ装置１００は定常運転になる。

【００４７】本実施例の効果を図３のタイムチャートで
詳しく説明する。

【００４８】図３の（Ａ）は、本実施例及び従来例のタ
イムチャートである。また、図３の（Ｂ）は、前記図３
の（Ａ）に対応した本実施例及び従来例の油温のグラフ
である。この場合のスタートのときの温度は０℃であ
り、折れ線３０１は本実施例の油温、折れ線３０２は従
来例の油温である。

【００４９】まず、油温が１０℃以下ではヒータ１３が
ＯＮになり、前記油温が１０℃になるまでオイルリザー
バ５の潤滑油を加熱する。

【００５０】前記油温が１０℃になったｔ１時に、前記
ヒータ１３をＯＦＦしオイルポンプ７をＯＮにする。オ
イル流量が正常なら前記ｔ１でオイルポンプ７ＯＮとほ
ぼ同時にウォータポンプ６をＯＮし、更にモータ２を起
動して定常回転数の半分以下の５万回／分の低速で回転
する暖機運転モードでコンプレッサ装置１００を運転開
始する。

【００５１】ここまでは本実施例と従来例は同じであ
る。

【００５２】本実施例ではモータ２の熱で加熱された冷
却水の熱がウォータリザーバ４とオイルリザーバ５の間
の壁２５を介して潤滑油に伝わり、前記潤滑油を加熱す
るので油温が早く上昇する。一方、従来例は冷却水から
潤滑油への伝熱がないので油温の上昇がゆるやかであ
る。

【００５３】そのためｔ２時での本実施例の油温は従来
例の油温より高くなり、ｔ３時には本実施例では６０℃
に達し定常運転モードに入るが、従来例ではまだ３５℃
でｔ４時にようやく６０℃に達し定常運転モードに入る
ことができる。

【００５４】即ち、冷却水の熱がウォータリザーバ４と
オイルリザーバ５の間の壁２５を介して潤滑油に伝わる
のでコンプレッサ装置１００の起動時間を短縮でき、燃
料電池システムの起動時間を短縮できる。

【００５５】

【発明の効果】以上のように、本発明は、冷却水を貯蔵
するウォータリザーバからの冷却水を循環しモータを冷
却する冷却水管路と潤滑油を貯蔵するオイルリザーバか
らの潤滑油を循環し軸受を潤滑する潤滑油管路の間に熱
交換手段を設けたことを特徴とするコンプレッサ装置で
あるので、モータの回転で発生する熱を冷却水に伝え、
その熱を前記熱交換手段を介して前記潤滑油管路中の潤
滑油に伝え、油温を早く上昇させることにより小型且つ
消費電力の小さいオイルポンプでも前記コンプレッサ装
置の定常運転までの起動時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自動車等車載用固体高分子電解質型燃
料電池システム図

【図２】本発明のコンプレッサ装置のフローチャート

【図３】本発明と従来例のコンプレッサ装置の（Ａ）は
時間と各装置の作動関係を表わすタイムチャートと
（Ｂ）は時間と油温の関係を表わすグラフ

【符号の説明】

２…モータ ４…ウォータリザーバ ５…オイルリザーバ ６…ウォータポンプ ７…オイルポンプ １６ａ，１６ｂ…軸受 １７…冷却水管路 １８…潤滑油管路 ２５…壁（熱交換手段）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷却水を貯蔵するウォータリザーバから
   の冷却水を循環しモータを冷却する冷却水管路と潤滑油
   を貯蔵するオイルリザーバからの潤滑油を循環し軸受を
   潤滑する潤滑油管路の間に熱交換手段を設けたことを特
   徴とするコンプレッサ装置。
2. 【請求項２】 前記熱交換手段は、前記ウォータリザー
   バと前記オイルリザーバを隣接して設けて壁を介して熱
   交換することを特徴とする請求項１記載のコンプレッサ
   装置。