JP2003123822A

JP2003123822A - 車載用燃料電池の空気供給システム

Info

Publication number: JP2003123822A
Application number: JP2001318000A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Machida; 茂町田; Fumio Takeda; 文夫武田; Hitoshi Nishimura; 仁西村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-10-16
Filing date: 2001-10-16
Publication date: 2003-04-25
Anticipated expiration: 2021-10-16
Also published as: JP3947800B2

Abstract

(57)【要約】【課題】車載用燃料電池の空気供給系に、多目的圧力
容器を備えることにより機能向上を図るとともに、車両
の信頼性、安全性を確保する。【解決手段】空気圧縮機１２からの空気供給系に圧力
容器１５を備え、該容器１５に空気取出しバルブ１６ａ
〜１６ｅをそれぞれ設けた複数の空気取出口を設け、燃
料電池１だけでなく、フロントガラス清掃用、走行路面
清掃用、タイヤ圧供給用など、必要に応じて圧縮空気を
種々の場所に供給できるようにした（図１）。また、酸
素発生器２４、２５や窒素発生器２３を備えて（図
２）、酸素は燃料電池１や改質器７に供給し、窒素はタ
イヤ圧などに利用できるようにした。本発明によれば、
簡単な構造で圧縮空気の多目的有効利用を実現でき、し
かも、圧縮機の起動音が低減した快適な車内を確保でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は車載用燃料電池の空
気供給システムに係り、特に、燃料電池ばかりでなく、
用途ごとに好適な空気圧を有する加圧空気を多目的に供
給し、さらに酸素もしくは窒素を供給できる空気供給シ
ステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は、水素を直接用いたり、ある
いは、水素を含む燃料から改質により発生させた水素を
用い、水素と酸素が結合する化学反応を利用して、電力
を生み出すエネルギ変換器の一種で、近年、研究開発が
進められている。

【０００３】水素と反応させる酸素は、通常、大気中の
空気に含まれているものを利用し、空気を加圧して燃料
電池に取り込み、加圧された空気中の酸素を反応させ
る。燃料電池の出力向上あるいは小型化のためには、単
位大きさ当たりの出力増加が必要であり、そのために、
水素と酸素が結合する反応を促進すべく、供給する空気
を大気圧以上に昇圧する方法が知られている。

【０００４】例えば、特開平１１―２８８７３０号公報
（Ａ）や、特開平１１―２８８７３１号公報（Ｂ）、さ
らには特開２０００―３４９３０号公報（Ｃ）には、車
載用燃料電池に圧縮空気を供給する内容が開示されてい
る。これらの公知技術には、燃料電池へ空気を送るのに
好適な空気量の調節方法や、圧縮機の運転時性能向上技
術により圧縮機の吐出風量を改善する方法などが述べら
れている。

【０００５】また、特開２０００−２６８８３７号公報
（Ｄ）や、特開平６−６８８９２号公報（Ｅ）には、圧
縮機で加圧されたガスを貯蔵するタンクを備える技術が
開示されている。前者の例では、タンクから燃料電池本
体へ空気を供給するとともに、ポンプを駆動するための
空気圧駆動源として利用する技術が開示されている。ま
た、後者の例では、燃料電池側の出力変動に応じて、ガ
ス流量を調整するのに、タンク内の貯蔵ガスを利用する
技術が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記（Ａ）〜（Ｃ）な
どの公知例に示されているように、従来の車載用燃料電
池システムでは、燃料電池に圧縮した空気を送る場合に
好適な方法について述べられているものの、圧縮機の能
力や容量は、燃料電池本体の能力に合わせた大きさに設
定されるように配慮されている。

【０００７】また、圧縮機で加圧された空気を燃料電池
以外の他の部分に供給するシステムについては論じられ
てはいない。すなわち、公知の燃料電池の空気供給シス
テムにおいては、圧縮機の吐出配管と燃料電池がほぼ直
結した状態のシステムが構成されている。

【０００８】したがって、圧縮機の吐出圧力も燃料電池
側で必要とする比較的低い圧力に設定されていたため、
太目の配管で構成する必要があり、小形化の面で不利を
招いていた。さらには、燃料電池のＯＮ−ＯＦＦに伴っ
て、圧縮機の駆動もＯＮ−ＯＦＦしなければならず、車
速が一定なときでも、電池の消耗に伴って不意に圧縮機
が運転され、そのとき発生する振動騒音によって、車内
の人間が不快感を抱くなどの問題があった。

【０００９】また、上記（Ｄ）に記載の例は、燃料電池
の水循環ポンプや水素循環ポンプの駆動源として、タン
クの加圧空気を恒常的に使用しようとするものであり、
また、上記（Ｅ）に記載の例は、タンク内のガスを燃料
電池の出力変動に応じて利用しようとするものである
が、しかし、タンクには加圧空気を多目的に使用するた
めの複数の取出口が全くない。

【００１０】本発明の目的は、車載用燃料電池の空気供
給システムにおいて、供給される高圧空気を、多目的
に、つまり燃料電池に関連した機器類に限ることなく、
種々の用途に有効利用できるようにすることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、燃料電池の電力によって駆動される車両
に、該燃料電池に供給する空気を圧縮する空気圧縮機
と、該空気圧縮機から吐出される加圧空気を収容する圧
力容器とを備え、前記圧力容器に流路開閉弁もしくは圧
力調整弁を有する複数の加圧空気取出口を設置し、複数
の任意の用途に、それぞれ加圧空気を供給可能にしたこ
とを特徴とするものである。

【００１２】本発明によれば、従来は、燃料電池もしく
は、せいぜい燃料電池に関連した水循環ポンプや燃料ガ
スの流量調整に使用されなかった高圧空気を、弁を備え
た複数の加圧空気取出口を設置したことにより、例え
ば、タイヤ空気圧充填用、フロントガラス清掃用、車両
走行路面清掃用など、複数の任意の用途に利用できる。
さらに、取り出した高圧空気の酸素または窒素を分離す
ることにより、酸素分圧の高い、もしくは窒素分圧の高
い空気を、目的に応じて利用可能になるという優れた作
用効果を有している。

【００１３】さらに、本発明は、以下のような作用効果
を得ることが可能である。空気圧縮機吐出側と少なくと
も燃料電池スタックとの間に、圧縮気体を充填・保存で
きる圧力容器を備え、この圧力容器に電磁弁を備えた加
圧空気取出口を設け、圧力容器には高圧になった空気を
貯蔵し、必要に応じて必要な量だけ燃料電池に供給する
ことができるようにしたので、燃料電池のＯＮ−ＯＦＦ
に同期して空気圧縮機をＯＮ−ＯＦＦさせる必要がな
く、不快な振動騒音の発生を防止できる。

【００１４】すなわち、この圧力容器には燃料電池で必
要とする圧力よりも高い圧力で空気を充填しておき、燃
料電池側の要求に応える程度に電気的に開度を調節でき
る弁、例えば電磁弁の開度を調節することにより、所定
の空気量を供給できるようにしたことにより、必要に応
じて圧縮機を運転しておけば、圧力容器には高圧の空気
が充満することになり、燃料電池のＯＮ−ＯＦＦに合わ
せて電磁弁を操作して必要量の空気を供給することがで
きるので、圧縮機がその都度ＯＮ−ＯＦＦする必要がな
くなるため、圧縮機の起動や停止時における振動や異音
の発生を抑制することができる。

【００１５】さらに本発明は、高圧空気を使用して、自
動車としての信頼性や安全性を向上させることができ
る。例えば、圧力容器に、電気制御弁例えば電磁弁付き
の配管を複数配設し、１つの配管を空気圧式車体懸架装
置に接続することができる。この接続方法はオンライン
的もしくはオフライン的のいずれでも可能である。

【００１６】また、圧力容器内の高圧空気をタイヤの空
気圧充填用として利用できる。この場合、高圧空気取出
口は、タイヤに空気を充填するときに使用するチャージ
ホースに適合させた構成であればさらに好適である。ま
た、圧力容器の下流側に窒素発生装置を備えることによ
り、窒素ガスをタイヤに充填することによって、窒素ガ
スが空気よりもタイヤのゴム部分を透過する速度が３０
％程度遅いことや、タイヤ取付け面の酸化劣化の抑制効
果があるので、タイヤの内圧低下抑制やタイヤの長寿命
化そして省燃費化が達成可能となる。この窒素ガス発生
器には分離膜方式や中空糸膜方式などを適用できる。

【００１７】さらにまた、圧力容器の高圧空気を車のフ
ロントガラスの外表面に向けて吹き付けられるように、
小径のノズル状の吹出口を車の外側に設置し、例えば電
磁弁を備えた配管を介して前記ノズル状吹出し口を接続
することもできる。さらには、車輪の前方の地面に向け
て車体の下部に高圧空気の吹出口を備え、同様に、電磁
弁付き配管を介して高圧空気を吹出口に供給することも
できる。

【００１８】これらの方法は、雨天時や降雪時に、運転
者等が電磁弁開閉スイッチを操作することにより、フロ
ントガラスや車輪前方に高圧空気を吹きつけることがで
きるので、雨や雪をフロントガラスから吹き飛ばすこと
ができ、運転者の視界を良好に保つことができる。ま
た、車輪の前に高圧空気を吹出させることによって地面
に溜まった雨水や積もった雪を吹き飛ばせることができ
るので、タイヤのスリップを未然に防止できる。したが
って、これらの方法によれば、気象条件が変化しても、
車の安全性や信頼性を大幅に向上させることが可能とな
る。

【００１９】また、圧力容器の下流側に酸素発生器を備
えることで燃料電池スタックや、改質器へ酸素量の多い
気体を供給することができる。この酸素発生器は窒素ガ
ス発生器と同じような膜分離式装置を適用できる。この
とき、装置の前後に流路遮断用弁装置を備えておけば、
ガス分離装置をリフレッシュするなどのメンテナンスが
容易に実施することができる。酸素ガスが豊富になった
気体は、燃料電池だけでなく改質器へも供給するため
に、複数の酸素ガス発生器を備えても良い。この結果、
燃料電池や改質器の効率向上を図ることができる。

【００２０】また、燃料電池スタックでは多くの空気を
必要とするが、必要なのは水素イオンと反応する酸素で
あり、必要酸素量を得るために大気中の成分割合からそ
の約５倍の空気量を必要としていた。したがって、燃料
電池スタックへ送る気体を酸素濃度が高い気体を送るこ
とによって、燃料電池の効率を高く維持することができ
る。

【００２１】また、燃料電池スタックでは水素を必要と
するが、この水素は種々の方法で供給することができる
が、公知技術に示されているようにメタノールなどの燃
料から、改質器を用いて水素ガスを発生させる装置を用
いる場合が有る。このような改質器では、炭酸ガス濃度
を低減させるために、空気、特に酸素を必要とする。し
たがって、このような改質器にも酸素を供給することが
できれば、改質器の小形高性能化を図ることができる。

【００２２】従来の技術では、酸素量の豊富な気体を供
給することについて、十分な配慮がなされていない。以
上のように、燃料電池スタックやメタノールなどの改質
器へ、空気圧縮機で高圧になった空気から酸素を取り出
して、酸素濃度を大きくした気体を供給することも可能
となる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して説明する。図１および図２は、本発明にお
ける車載用燃料電池の空気供給システムの系統図であ
る。まず、その概略を説明する。本システムは、図１に
示すように、圧力容器１５に流路開閉弁１６ａ、１６
ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅを有する複数の加圧空気取
出口を設置し、高圧空気を種々の多目的用途、例えば、
タイヤ空気圧充填用空気の供給系２ｅ、フロントガラス
清掃用空気の供給系２ｃ、車両走行路面清掃用空気の供
給系２ｄなどを配置して、複数の任意の用途に利用でき
るようにしたものである。

【００２４】また、これらの取出口から取り出した加圧
空気を、図２に示すように、酸素量の多い気体を分離す
る酸素発生器２４、２５や、窒素量の多い気体を分離す
る窒素発生器２３に供給し、発生したこれらの気体をそ
れぞれ特有の目的、例えば、燃料電池や改質器に供給し
てその効率向上を実現したり、あるいは、後述するよう
に、窒素特有の性質を利用してタイヤに供給可能とした
ものである。

【００２５】以下、図１を用いて、本発明の第１の実施
形態である圧縮空気供給型の燃料電池システムの構成と
動作を説明する。なお、図１に示す圧縮空気供給型燃料
電池システムは、燃料電池への圧縮空気供給など、本発
明の本質に係わる部分を抽出し他は省略または簡略化し
たものである。したがって、改質器の詳細やその周辺機
器、発生電力の交流への変換、全体の制御などに係わる
機器や配線配管は省略してある。

【００２６】燃料電池１は、空気供給系２ａから空気が
供給され、水素供給系３から水素ガスが供給されること
によって、燃料電池１内部の電解質膜を水素極（アノー
ド）と酸素極（カソード）ではさみ、これら２つの極か
ら電力線４により直流電力を取り出す。得られた電力
は、制御部５を介して他の電気系統へ、配線６にしたが
って給電される。

【００２７】電解質膜は燃料電池の種類によってその材
質が異なるが、本実施形態においては、高分子電解質膜
を用いることができる。水素ガスは、改質器７で燃料タ
ンク８からメタノールなどの水素を含有する化合物と空
気供給系２ｂから供給される空気とによって発生するよ
うになっている。

【００２８】この燃料電池１と改質器７では、動作の特
性から水分を必要とするため、水タンク９から配管１０
によって、燃料電池の空気供給系２ａに水もしくは水分
が送られるようになっている。改質器７に対しても同様
に、水タンク９から配管１１によって水もしくは水分が
供給されるようになっている。改質器７では燃料を水蒸
気に改質するときなどに、供給された水が利用される。

【００２９】上記したように、燃料電池１と改質器７へ
大気中の空気を圧縮して送り込む流路系を次のように構
成する。空気圧縮機１２は特に形式は問わないが、高圧
化に適する容積形の圧縮機を適用できる。また、便宜上
圧縮機１２を１台で示してあるが複数台を設置しても良
い。

【００３０】まず、圧縮機１２の上流側に、空気中を浮
遊する塵埃などの進入を防止する空気濾過器１３を設け
る。空気圧縮機１２の吐出口からは耐圧配管で形成した
流路１４で圧力容器１５へつなぎ、圧縮機で昇圧された
空気は、この圧力容器１５に充満する。

【００３１】そして、この圧力容器１５には、それぞれ
複数の流路すなわち空気供給系２ａ、２ｂ、２ｃ、２
ｄ、２ｅが設けられている。また、それぞれの流路には
流路を遮断することができる弁１６ａ、１６ｂ、１６
ｃ、１６ｄ、１６ｅが配設されており、この弁は電気的
に制御されて駆動される電磁弁などを適用できる。ただ
し、空気供給系２ｅは必要に応じて高圧空気を外部に供
給するための手段であり、弁は、電磁弁などのような電
動制御弁で無くとも良い。

【００３２】圧力容器１５内の圧力は、燃料電池１や改
質器７に適合させる必要は無く、かなり高い圧力を確保
することができる容器であり、それぞれの弁１６ａ、１
６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅの開度の調節によって、
供給先で必要とする圧力と流量を得ることができる。な
お、流路１４に配設された弁１７は、圧縮機１２が停止
したときに、高圧空気が圧力容器１５から圧縮機１２へ
逆流するのを防止するための逆流防止弁１７であり、自
動弁、電磁弁のいずれでも適用することができる。

【００３３】圧力容器１５から接続する空気流路２ｃ
は、電磁弁１６ａを備え、ノズル１８を備えている。こ
のノズル１８は、車両のフロントガラスへ高圧空気を吹
きつけることができるように、図３に示すように、車体
の前の部分にあたるボンネット２０などに設置すること
ができる。

【００３４】このように配置することで、車両内にいる
人間が、スイッチ操作によって必要時に高圧空気をフロ
ントガラスに吹き付けることができ、雨天時や降雪時に
も従来からある周知のワイパー無しでも、雪や雨を素早
くフロントガラスから吹き飛ばすことが可能となり、ワ
イパーによって視認性が低下していた状況を回避するこ
とができる。また、必要であれば、ワイパーと兼用に利
用することもできる。

【００３５】空気供給系２ｄは、同じく電磁弁１６ｂを
介して別のノズル１９に接続されている。このノズル１
９は、図３に示すように、車輪前方のタイヤ接地面に圧
縮空気を吹き付けるために車体下部に設置される。この
ノズルは、前輪と後輪に合わせてそれぞれ１９ａ、１９
ｂの如く配設できるし、また、駆動輪だけに設置しても
よい。

【００３６】このように構成することで、電磁弁１６ｂ
を動作させることによって、高圧空気を噴出させること
により、路面を濡らす水や、積雪を吹き飛ばすことがで
きるので、天候が悪いときでも、天候が良いときのよう
にタイヤの接地力を確保でき、車両の安全性やハンドル
の操作性を良好な状態に保つことができる。

【００３７】また、図１において、電磁弁１６ａもしく
は１６ｂの先を、図示していない空気圧式車体懸架装置
に接続することができる。このように構成しておけば、
車体懸架装置内の圧力が低下すれば、それを検知して自
動的に電磁弁が操作され、車体懸架装置内に高圧気体が
充填されるようにできる。この結果、常に適正な車体懸
架装置を維持できる。

【００３８】また、図１において、圧力容器１５に設け
られた空気供給系２ｅは、タイヤの空気圧調整用に利用
できる圧縮空気の供給源として備えたものである。した
がって、必要時に応じて利用するもので、タイヤとこの
バルブ１６ｅの出口を結ぶときに利用するチャージホー
スが接続できるようになっている。

【００３９】このため、弁１６ｅは電磁弁でなくて手動
で開閉できる弁でも採用できる。これにより、タイヤの
空気圧が適正で無くなったときには、簡単に空気圧を充
填できるので、車両走行時の安全性を容易に確保するこ
とができる。なお、チャージホースは車のトランクなど
に備品として備えておけばよい。また、ホースの代わり
に、車軸などを利用して、タイヤ内部に高圧空気あるい
は後述する窒素ガスなどを供給できるようにしてもよ
い。

【００４０】さらに、空気供給系２ａは、電磁弁１６ｃ
を介して燃料電池１と圧力容器１５を連結しているの
で、燃料電池１で空気が必要なときは電磁弁１６ｃを開
放し、燃料電池１による発電の必要性が小さいときは、
電磁弁１６ｃの開度を調節して、最小で最適な空気量を
供給することができる。

【００４１】これらの中で、前記電磁弁の操作は、制御
部５からの信号によって自動的に行なうことができる。
また、改質器７へ空気を供給する空気供給系２ｂも同様
で、電磁弁１６ｄの開度調節によって、無駄の無い空気
量を供給できる。

【００４２】なお、燃料電池１は、発電の結果、水分が
発生したり余剰の空気が生じるので、これらは排出ポー
ト２１から大気中などに排出される。また、改質器７か
らも排ガスが発生するので、排気ガスは排ガスポート２
２から大気中へ排出される。この場合の電磁弁の操作も
前記同様に自動的に行なわれる。

【００４３】以上のように、第１の実施形態によれば、
従来では燃料電池の容量に合わせて圧縮機を選定する必
要があったが、圧力容器１５を備えることによって圧縮
機の容量は選択の自由度が生じるため、車両設計時の合
理化を図ることができる。

【００４４】また、燃料電池で発生した電力に余裕がで
きたときに圧縮機を運転し、圧力容器内を加圧して圧縮
空気を充填することができるので、燃料電池システムが
ＯＮ−ＯＦＦしても圧縮機がその都度ＯＮ−ＯＦＦしな
くても済み、その回数を減少できることから、車室内に
いる搭乗者にとって、圧縮機の起動時や増速時の不快な
振動騒音を減少させることができる。

【００４５】さらに、本実施形態の優れた効果として、
圧力容器１５から多目的用途として高圧ガスを任意の場
所に提供でき、例えば、フロントガラスについた雨滴や
降り積もる雪を、ワイパーの駆動なしに除去できるの
で、良好な視界を確保できる。

【００４６】また、タイヤの前方で雨滴や雪を吹き飛ば
し、タイヤの接地力を向上させて、ハンドル操作性や運
転性御性を向上させることができるので、車両の安全性
や信頼性を向上させることができる。

【００４７】さらには、車体懸架装置の空気圧を、自動
的に適性値に維持することができたり、タイヤの空気圧
を必要に応じて充填できるので、タイヤの接地抵抗を最
適に維持することができるとともに、ハンドル操作性を
常に良好にでき、車両の安全性を確保できる。

【００４８】次に、本発明の他の実施形態について、図
２にしたがって説明する。ここでは、図１の実施の形態
と異なる点に重点を置いて説明するので、図１と同じ構
成要素については詳しい説明を省略する。図２に示す実
施形態は、基本的考え方として、圧縮空気中から窒素濃
度を高めた気体として供給もしくは利用を図ったり、酸
素濃度を高めた気体として供給もしくは利用を図る技術
を示したものである。

【００４９】すなわち、燃料電池１で必要とする気体の
成分は、本質的に水素イオンと結合する酸素である。し
たがって本実施形態では、加圧された圧力容器からの空
気供給系２ａに、直列的に酸素発生器２４を設けてい
る。この酸素発生器２４は、従来から知られているＰＳ
Ａ法（圧力スイング吸着法）を利用することができる。
ＰＳＡ法では、吸着材のメンテナンスが必要であるが、
全体のシステムに影響を与えずに交換するために、その
前後に弁１６ｃ、１６ｈを配設している。

【００５０】大気中の酸素濃度は約２１％と少ないた
め、従来は必要酸素量を得るために、その約５倍の空気
量を必要とするので、燃料電池やその周りの配管なども
大型化していた。本実施形態によれば、高濃度の酸素ガ
スを燃料電池１へ供給することができるため、体積流量
を従来の１／５程度にすることができるので、システム
を小型化できる。さらには燃料電池１での発電効率を向
上できる効果がある。

【００５１】改質器７も同様に必要な気体は酸素であ
り、空気供給系２ｂ内に、直列的に酸素発生器２５を配
設して、酸素濃度の高い気体を供給できるようにしてい
る。詳細は、改質器の場合も燃料電池の場合と同じよう
に構成できるので省略するが、改質器の場合、酸素濃度
を上げることで、改質効率の向上と、排気ポート２２か
ら出る排気ガス中の炭酸ガス濃度を低減できる効果があ
る。

【００５２】本実施形態における高圧空気の他の利用形
態として、新たな空気供給系２ｆについて説明する。こ
の空気供給系２ｆには、直列的に窒素ガス発生器２３を
備えている。この窒素ガス発生器２３は、先に述べたＰ
ＳＡ方式を採用できる。

【００５３】ここで得られる高濃度の窒素ガスは、図１
の実施形態で述べた用途全てに利用できるが、特にタイ
ヤ充填用として利用すると大きな効果が得られる。すな
わち、窒素ガスは、空気よりもタイヤのゴム部分を透過
する速度が約３０％程度遅くなるため、同じ体積分漏れ
る時間は窒素ガスの方が長くかかることになり、タイヤ
の内圧の低下抑制を図ることができ、タイヤバーストの
危険性を未然に防止することができる。

【００５４】また、タイヤ内圧の適性値が長期間保たれ
るため、タイヤが偏平化しにくくなり、その間はタイヤ
の接地抵抗も増加しないため、タイヤの摩耗が抑制さ
れ、燃費向上効果が保たれる。さらには、タイヤ内面と
ホイールとのタイヤ取付け面の酸化劣化の抑制が図られ
ることになる。

【００５５】次に、上記２つの実施形態において、実際
の車両における燃料電池システム全体の搭載状況を、図
３および図４にしたがって説明する。図３ならびに図４
は、本実施形態に関係する主要な要素の車載状況を簡略
的に示したのもである。また、本実施形態は代表的な配
置例を示しただけであり、実用上はこれにこだわること
無く、配置に関しては種々のバリエーションを設定でき
る。そして、図３は、車両の側面から見た状況を示し、
図４は車両を平面的に表わしたものである。以下、この
２つの図にしたがって概略説明する。

【００５６】図３は、車両２６が接地面２７の上に置か
れた状況を示している。車両では、まず座席の下に燃料
電池１が配置され、圧力容器１５が後部座席の下に配置
されている。図４に示したように、燃料電池１と並んで
酸素発生器２４、２５や窒素発生器２３が纏めて配置さ
れている。

【００５７】そして、圧力容器１５と並ぶように圧縮機
１２が配置されている。メタノールに代表される水素化
合物燃料の燃料タンク８と改質器７は車両後部に配置し
ている。モータ２８は前輪の車軸に結合され、燃料電池
１からの電力を受けて駆動され、車両が動くようになっ
ている。このように配置することによって、車載用燃料
電池システムのコンパクト化を達成することができる。

【００５８】以上説明したように、本発明の実施形態に
よれば、従来では燃料電池の容量に合わせて圧縮機を選
定する必要があったが、まず、圧力容器を備えることに
よって、圧縮機の容量は選択の自由度が生じるので、車
両設計時の合理化を図ることができる。

【００５９】また、燃料電池で発生した電力に余裕がで
きたときに圧縮機を運転し、圧力容器内に加圧空気を充
填することができる。そのため、燃料電池システムがＯ
Ｎ−ＯＦＦしても圧縮機がその都度ＯＮ−ＯＦＦしなく
ても済み、その回数を減少できるので、車室内にいる搭
乗者にとって、圧縮機の起動時や増速時の不快な振動騒
音を減少させることができる。

【００６０】さらに他の効果として、圧力容器から多目
的用途として高圧ガスを任意の場所に提供でき、例えば
フロントガラスについた雨滴や降り積もる雪を、ワイパ
ーの駆動なしに除去できるので、良好な視界を確保でき
たり、タイヤの前方で雨滴や雪を吹き飛ばして、タイヤ
の接地力を向上させて、ハンドル操作性や運転性御性を
向上させることができる。

【００６１】そのため、車両の安全性や信頼性を向上さ
せることができる。さらに、車体懸架装置内の圧力が低
下すれば、それを検知して自動的に電磁弁が操作される
ようにすることにより、車体懸架装置内に高圧気体が充
填されるので、常に適正な車体懸架装置を維持できる。

【００６２】また、酸素発生器を備えたことにより、高
濃度の酸素ガスを燃料電池へ供給することができるた
め、体積流量を１／５程度にすることができるので、シ
ステムを小型化できる。さらには発電効率を向上できる
効果がある。また、改質器も同様に酸素濃度の高い気体
を供給できるようにしているので、改質効率の向上と、
排気ポートから出る排気ガス中の炭酸ガス濃度を低減で
きる効果がある。

【００６３】さらに、タイヤに窒素ガスを充填できるの
で、タイヤの内圧低下抑制を図ることができ、タイヤバ
ーストの危険性を未然に防止することができる。また、
タイヤ内圧の適性値が長期間保たれるため、タイヤが偏
平化しにくくなり、その間はタイヤの接地抵抗も増加し
ないためタイヤの摩耗が減少し、燃費向上効果が保たれ
る。さらには、タイヤ内面とホイールとのタイヤ取付け
面の酸化劣化の抑制が図れることになるなど、ハンドル
操作性を向上させることができる。

【００６４】

【発明の効果】本発明によれば、車載用燃料電池の空気
供給システムにおいて、複数の多目的な加圧空気取出口
を設置したので、従来は、全く用いられなかった、例え
ば、タイヤ空気圧充填用、フロントガラス清掃用、車両
走行路面清掃用など、複数の任意の用途に利用できる。
さらに、取り出した高圧空気の酸素または窒素を分離す
ることにより、酸素分圧の高い、もしくは窒素分圧の高
い空気を、目的に応じて利用可能になるという優れた効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す空気供給システムの
系統図である。

【図２】本発明の他の実施形態を示す空気供給システム
の系統図である。

【図３】本発明のシステムを搭載した車両の側面説明図
である。

【図４】本発明のシステムを搭載した車両の上面説明図
である。

【符号の説明】

１燃料電池２空気供給系３水素供給系４電力線５制御部６給電線７改質器８燃料タンク９水タンク１２圧縮機１５圧力容器１６弁（電磁弁）１８、１９ノズル２１、２２排気ポート２３窒素発生器２４、２５酸素発生器２６車体２８モータ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年１０月１７日（２００１．１０．
１７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西村仁静岡県清水市村松390番地株式会社日立製作所産業機器グループ内Ｆターム(参考） 3D025 AC07 AD02 AF19 3D035 AA06 5H026 AA06 5H027 AA06 BC00 DD00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料電池の電力によって駆動される車両
に、該燃料電池に供給する空気を圧縮する空気圧縮機
と、該空気圧縮機から吐出される加圧空気を収容する圧
力容器とを備え、前記圧力容器に流路開閉弁もしくは圧
力調整弁を有する複数の加圧空気取出口を設置し、複数
の任意の用途に、それぞれ加圧空気を供給可能にしたこ
とを特徴とする車載用燃料電池の空気供給システム。
【請求項２】請求項１に記載の車載用燃料電池の空気
供給システムにおいて、前記圧力容器から取り出した加
圧空気を、酸素量の多い気体と窒素量の多い気体とに分
離する分離装置を備えたことを特徴とする車載用燃料電
池の空気供給システム。
【請求項３】請求項２に記載の車載用燃料電池の空気
供給システムにおいて、前記酸素量の多い気体を、化石
燃料を水素に改質する燃料改質器もしくは前記燃料電池
に供給する供給路を有することを特徴とする車両用燃料
電池の空気供給システム。
【請求項４】請求項２または３に記載の車載用燃料電
池の空気供給システムにおいて、前記窒素量の多い気体
を、タイヤに供給するチャージホースもしくは配管を有
することを特徴とする車載用燃料電池の空気供給システ
ム。
【請求項５】請求項１〜４のうちいずれか１項に記載
の車載用燃料電池の空気供給システムにおいて、前記圧
力容器から取り出した加圧空気を、電磁弁を備えた配管
を介して、車軸から車体を支持するように構成された空
気圧懸架装置に供給することを特徴とする車載用燃料電
池の空気供給システム。
【請求項６】請求項１〜５のうちいずれか１項に記載
の車載用燃料電池の空気供給システムにおいて、前記圧
力容器から取り出した加圧空気を、電磁弁を備えた配管
を介して、車両のフロントガラスの前面に向けて開口す
るノズルに供給することを特徴とする車載用燃料電池の
空気供給システム。
【請求項７】請求項１〜６のうちいずれか１項に記載
の車載用燃料電池の空気供給システムにおいて、前記圧
力容器から取り出した加圧空気を、電磁弁を備えた配管
を介して、車両のタイヤ前方の路面に噴出するノズルに
供給することを特徴とする車載用燃料電池の空気供給シ
ステム。