JP2004047473A

JP2004047473A - 燃料電池システム

Info

Publication number: JP2004047473A
Application number: JP2003271810A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Iso; 磯　賢一
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2003-07-08
Publication date: 2004-02-12

Abstract

【課題】　グリースの飛散に由来する燃料電池スタックの性能低下が無く、長期にわたり安定動作を維持できる燃料電池システムを提供する。
【解決手段】　少なくとも、燃料電池スタック及び各種流体を輸送するための圧送機を具備する燃料電池システムであって、前記圧送機が、合成炭化水素油、エーテル系合成油及びエステル系合成油から選択される少なくとも１種を基油とし、増ちょう剤としてウレア化合物をグリース全量に対して８〜４０質量％、不可避不純物としての金属元素以外の金属元素を含まない添加剤をグリース全量に対して０．１〜４質量％含むグリースが封入された転がり軸受を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【選択図】　　　図１

Description

　本発明は、燃料供給源として、水素タンク、水素貯蔵合金等の水素保存手段から燃料としての水素を燃料電池スタックに供給し、発電する燃料電池システム、あるいは、メタノール水のような水素含有化合物から改質器で水素を取り出し、ＣＯ除去装置等の不純物除去装置で不純物を除去し、燃料電池スタックに水素を供給し、発電する燃料電池システムに関するものである。

　自動車、船舶、宇宙船等の動力源として燃料電池を用いることの検討が進められているが、メタノールを原料とする固体高分子電解質型燃料電池は、比較的低温（１００℃以下）で発電が行われ、出力密度が高く、低温で作動し、電池構成材料の劣化が少なく、起動が容易である等の長所があることから、特に、自動車等の輸送体の動力源として有効とされている。

　固体高分子電解質型燃料電池の基本的構成は、固体高分子電解質膜の両面を、白金等の貴金属を触媒とする多孔質のカソード（酸素極）とアノード（燃料極）の両ガス拡散電極で挟んで重ね合わせてなるセルを、セパレータを介して積層して燃料電池スタックとし、各セパレータの表裏両面にガス通路を形成し、カソード側のガス通路には酸化剤ガスを給排させ、アノード側のガス通路には燃料ガスを給排させるようにし、更に、燃料電池の反応が発熱反応であることから、数セルに１つずつの冷却部が設けられた構成が一般的である。

　このような構成の固体高分子電解質型燃料電池を用いた発電装置として、例えば、図１に示す如きシステム構成のものが知られている。即ち、固体高分子電解質膜１の両面をカソード２とアノード３の両ガス拡散電極で狭持してなるセルをセパレータを介して積層して燃料電池スタックとし、更に数セルに１つずつの冷却部４を備える固体高分子電解質型燃料電池Ｉのアノード３入口側に、上流側より順に改質器５、熱交換器６、シフトコンバータ７、ＣＯ除去器８をそれぞれ設置し、燃料タンク９から供給されるメタノールを、メタノール蒸発器１０を経て改質器５に導入させるようにメタノール供給ライン１１を設け、一方、水タンク１２からの水の一部を蒸気発生器１３で水蒸気にして送る水蒸気ライン１４をメタノール供給ライン１１に接続してメタノールと水蒸気とを改質器５に導入して水蒸気改質を行わせるようにすると共に、水の他の一部を、冷却用として熱交換器６とＣＯ除去器８を通過させるようにし、改質器５で改質された燃料ガスＦＧを、熱交換器６で水タンク１２からの冷却水により冷却した後、２００℃で運転されるシフトコンバータ７でシフト反応を行って、固体高分子電解質型燃料電池Ｉの触媒毒となる一酸化炭素（ＣＯ）の濃度をＣＯ除去器８が処理可能な濃度（１％以下）に低減するようにする。また、１００〜１５０℃程度で運転されるＣＯ除去器８でＣＯ除去処理された燃料ガスＦＧが加湿器１５を経て固体高分子電解質型燃料電池Ｉのアノード３へ供給するようにしてある。

　一方、固体高分子電解質型燃料電池Ｉのカソード２の入口側には、酸化剤ガスとして空気Ａをターボチャージャ１６のコンプレッサ１７で圧縮して加湿器１５を経て供給するようにすると共に、一部を分岐してＣＯ除去器８に入れてＣＯの燃焼に用いるようにしてあり、また、カソード２から排出されたカソード排ガスＣＧの全量と、アノード３から排出されたアノード排ガスＡＧの一部とを燃焼器１９で燃焼させた後、改質器５の燃焼室に導入し、改質器５の改質室内のメタノールを改質触媒の存在下で２５０℃になるように熱を吸熱して反応させて燃料ガスＦＧに改質するようにしてある。

　また、改質器５の燃焼室より排出された排ガスは、アノード３から排出されたアノード排ガスＡＧの一部とともに燃焼器２０で燃焼させられた後にタービン１８に導いてコンプレッサ１７を駆動させるようにし、タービン１８から排出された排気ガスは蒸気発生器１３、メタノール蒸発器１０を通して排気ガスとして排出させるようにしてある。更に、水タンク１２からの冷却水の一部は、加湿器１５を経て固体高分子電解質型燃料電池Ｉの冷却部４を通過させられるようにしてあり、冷却部４を通過させられた冷却水は、冷却器２１で冷却されて水タンク１２へ入れられるようにしてあり、また、カソード排ガスライン２２中の気水分離器２３及びアノード排ガスライン２４中の気水分離器２５で各々分離された水は、熱交換器６及びＣＯ除去器８を通過した水とともに水タンク１２へ戻されるようにしてある。

　また、燃料電池として水素タンク方式も知られており、例えば図２に示すようなシステム構成のものが知られている。図中、符号５１は、固体高分子電解質膜を間に挟んで燃料極５３と酸化剤極５５とを相互に対向配置し、更にセパレータで挟持して複数積層して構成される燃料電池スタックである。また、符号５７は加湿器であり、燃料ガスおよび酸化剤ガスが、それぞれ半透膜を介して純水と隣接し、水分子が半透膜を通過することにより燃料ガスおよび酸化剤ガスに対して加湿を行うものである。

　水素タンク５９には水素が貯えられており、この水素は燃料調圧弁６１により調圧された後、エゼクタ圧送機６３、供給側水分離器６５及び加湿器５７を通り、燃料電池スタック５１に対し燃料極５３の燃料入口５３ａから供給される。燃料極５３の燃料出口５３ｂから排出される水素と水蒸気との混合ガスは、排出側水分離器６７、流路遮断弁６９を通り、エゼクタ圧送機６３で原燃料ガスと混合され、この混合ガスが供給側水分離器６５及び加湿器５７を経て燃料電池スタック５１の燃料極５３に循環される。

　また、排出側水分離器６７と流路遮断弁６９との間の配管７１には、パージ分岐部７３にて、水素をパージさせるパージ配管７５が分岐接続され、パージ配管７５にはパージガス遮断弁７７及びパージガス触媒７９がそれぞれ設けられている。

　酸化剤としての空気は、圧送機８１によって加湿器５７を経て燃料電池スタック１の酸化剤極５５に、酸化剤入口５５ａから供給される。酸化剤極５５の酸化剤出口５５ｂから排出される排気は、水蒸気と液水を含み、水分離器８３によって液水分が分離される。水分離器８３には、水素パージ時の空気供給用の空気パージ配管８５及びパージガス遮断弁８７が設けてあり、水素パージ時にはパージガス触媒７９に空気が供給されて外部に排出される。また、空気パージ配管８５には、空気排出管８９が分岐接続され、空気排出管８９には空気調圧弁９１が設けられている。

　更に、燃料電池スタック５１の発電状態はセンサ（図示せず）で検知され、検知信号を受けて発電状態に応じて、水素圧力及び空気圧力を燃料調圧弁５１及び空気調圧弁９１で調整するようフィードバック制御するとともに、空気流量をコンプレッサ８１の回転数により調整するようフィードバック制御する構成となっている。

　また、上記したような燃料電池システムでは、蒸気となった燃料、燃料ガス、高温の燃料あるいは圧縮空気を各機器間に送り込む必要があり、圧送ポンプやターボチャージャなど各種の圧送機が使用され、その圧送機には多くの場合軸受が組み込まれている。

　例えば、図３はこのような圧送機の一例（インペラ式圧送機）を示す断面図であるが、図示されるように、回転軸３１にインペラ３２が取り付けられており、この回転軸３１が転がり軸受３３ａ、３３ｂで支持されている。そして、回転軸３１の高速回転に伴ってインペラ３２が高速回転すると、水蒸気吸込み口３４から吸込まれた水蒸気がインペラ３２の遠心力で加圧され、ハウジング３５とバックプレート３６とで形成された加圧ボリュート３７を通って水蒸気吐出口３８から圧送される。また、この圧送機では、シーリング部材３９のシール性が低下してくると、水蒸気がインペラ３２の背面の背面空間４０から回転軸３１とシーリング部材３９との間隙４１を通って転がり軸受３３ａ、３３ｂに達するため、これを防ぐためのバッフル４２とブッシュ４３とが回転軸３１に付設されている。

　転がり軸受３３ａ、３３ｂとして、例えば図４に示すような玉軸受が使用されている。図示される玉軸受は、内輪２５０と外輪２５１との間に保持器２５２を介して複数の転動体である玉２５３を略等間隔で回転自在に保持してなり、更に内輪２５０、外輪２５１及び玉２５３で形成される空所Ｓに潤滑のためのグリース（図示せず）を所定量充填し、シール２５４で封止して構成されている。また、グリースとして、従来ではリチウム石けん−鉱油系グリースが一般的に使用されている（例えば、特許文献１参照）。
特公平３−２６７１７号公報

　しかし、従来のリチウム石けん‐鉱油系グリースでは、金属石けんや添加剤に由来する多様な金属イオンが含まれている。これらの金属イオンの中には燃料電池スタックの触媒毒となり得るものも含まれていることから、グリースが飛散して燃料電池スタックに付着すると、燃料電池の反応効率が低下するおそれがある。

　本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、グリースの飛散に由来する燃料電池スタックの性能低下が無く、長期にわたり安定動作を維持できる燃料電池システムを提供することを目的とする。

　本発明者らは、鋭意検討の結果、圧送機に組み込まれる転がり軸受に、金属イオン源を極力排除したグリースを封入することにより、グリースが飛散して燃料電池スタックに付着した場合でも燃料電池の反応効率が低下せず、安定動作が持続することを知見した。

　即ち、上記の目的を達成するために本発明は、少なくとも、燃料電池スタック及び各種流体を輸送するための圧送機を具備する燃料電池システムであって、前記圧送機が、合成炭化水素油、エーテル系合成油及びエステル系合成油から選択される少なくとも１種を基油とし、増ちょう剤としてウレア化合物をグリース全量に対して８〜４０質量％、不可避不純物としての金属元素以外の金属元素を含まない添加剤をグリース全量に対して０．１〜４質量％含むグリースが封入された転がり軸受を備えることを特徴とする燃料電池システムを提供する。

　本発明によれば、圧送機に組み込まれる転がり軸受に、ウレア化合物と、金属元素を含まない添加剤とをそれぞれ特定量含有するグリースを封入することにより、グリースの飛散そのものが少なく、また燃料電池スタックに付着した場合でも燃料電池の反応効率が低下することもなく、長期にわたり安定動作を維持できる燃料電池システムが提供される。

　以下、本発明の燃料電池システムに関して詳細に説明する。

　本発明において燃料電池システム自体の構成は制限されるものではなく、図１に示したような固体高分子電解質型燃料電池システム並びに図２に示したような水素タンク方式燃料電池システムを例示することができる。

　また、圧送機についても制限はなく、図３に示したようなインペラ式圧送機の他にも、例えば以下に示すスクロール式、斜板式、スクリュー式等の圧送機を使用できる。

　図５はスクロール式圧送機の一例を示す側面断面図である。図示されるスクロール式圧送機１００は、固定スクロール１１１と旋回スクロール１１２とからなる圧縮機構部１１０と、モータ主軸１２２に対して偏心して設けられたクランクピン１２２ａにより旋回スクロール１１２を旋回させるクランク機構部１３０と、モータ主軸１２２を回転させる駆動モータ部１２０とからなる。

　クランク機構部１３０は、旋回スクロール１１２の自転を防止する自転防止機構１３２が配設されている。自転防止機構１３２には、図５に示すボールカップリング１３４の他にもオルダムカップリングやピン＆リングカップリング等がある。また、自転防止機構１３２としては、特開２００２−７０７６２号公報に開示されているような転がり軸受を用いたクランク機構が知られているが、上記何れの自転防止機構を採用しても構わない。

　固定スクロール１１１は、円盤状に形成された固定基盤１１１ａと、この固定基盤１１１ａから立設した渦巻状の旋回渦巻部１１１ｃと、この旋回渦巻部１１１ｃを覆う外周壁１１１ｂとからなる。旋回スクロール１１２は、円盤状の旋回基盤１１２ｂと、この旋回基盤１１２ｂから立設した渦巻状の旋回渦巻部１１２ａとからなる。旋回基盤１１２ｂのリア側中央には有底円筒状の凹状部１１２ｃが設けられている。固定基盤１１１ａにおける図５中上下方向略中央には、固定スクロール１１１及び旋回スクロール１１２間で圧縮された空気等の吐出口１１４が設けられている。

　凹状部１１２ｃをハウジングとして針状ころ軸受１３３が凹状部１１２ｃの内周側に挿入されている。この針状ころ軸受１３３は、モータ主軸１２２のクランクピン１２２ａを回転軸として、旋回スクロール１１２を回転自在に支えている。

　駆動モータ部１２０において、駆動モータ１２１は、モータ主軸１２２に嵌め合わされたロータ１２３と、ロータ１２３の外周側に設けられてコイル１２４を巻回されたステータ１２５とを、モータハウジング１０１内に備える。

　モータ主軸１２２は、モータハウジング１０１に転がり軸受１０２を介して回転自在に支持されるとともに、リア側（図５中右側）の端部を転がり軸受１０３を介してリアハウジング１０４に回転自在に支持されている。また、モータ主軸１２２は、転がり軸受１０２よりクランクピン１２２ａ側において、モータハウジング１０１との間にシール１０６が介在されるとともに、リア側（図５中右端部側）において、リアハウジング１０４との間にシール１０７が介在されている。更に、モータ主軸１２２には、バランスウェイト１２２ｂが設けられており、バランスウェイト１２２ｂによって、旋回スクロール１１２の旋回時に生じる慣性モーメントを打ち消され、振動低減が図られている。

　上記の如く概略構成されるスクロール式圧送機１００では、駆動モータ１２１に電力が供給されると、モータ主軸１２２が回転し、その回転が駆動クランク機構１３０を介して旋回スクロール１１２に伝達される。旋回スクロール１１２は、モータ主軸１２２の回転に伴って、固定スクロール１１１と噛み合いつつ旋回し、図示しない吸入口から固定スクロール１１１との間に空気等を吸入するとともに、固定スクロール１１１との間で圧縮させる。その後、圧縮された空気等を吐出口１１４から燃料電池の電極側に吐出させる。

　また、スクロール式圧送機として図６に示す構成のものも知られている。図示されるスクロール式圧送機１４０において、クランク機構部１５０は、旋回スクロール１１２に旋回運動を行わせる駆動クランク機構１５１、及び旋回スクロール１１２の自転を防止する従動クランク機構１５２で構成されている。

　従動クランク機構１５２は、旋回スクロール１１２に設けられた凹状保持部１１２ｃと、従動クランク軸１５３のクランクピン１５３ａ及びクランクピン１５３ａを旋回スクロール１１２に対して回転自在とする転がり軸受１５４とからなる。従動クランク軸１５３は、クランクピン１５３ａとは反対側を転がり軸受１５５を介してモータハウジング１０１に回転自在に支持されている。

　また、従動クランク軸１５３には、モータ主軸１２２と同様にバランスウェイト１５３ｂが設けられており、バランスウェイト１５３ｂによって、旋回スクロール１１２の旋回時に生じる慣性モーメントを打ち消され、振動の低減が図られている。その他の構成及び作用については、図５に示したスクロール式圧送機１００と同様であり、同一の部位には同一の符号を付してある。

　図７は斜板式圧送機の一例を示す側面断面図である。図示される斜板式圧送機１６０は、燃料電池の電極に送る空気等の流体を、斜板１７１の回転に伴う両頭ピストン１７２の往復動で圧縮する圧縮機構部１７０と、駆動モータ１８１のモータ主軸１８２の回転により圧縮機構部１７０を駆動する駆動モータ部１８０とを備える。

　圧縮機構部１７０において、両頭ピストン１７２は、シリンダブロック１６１のクランク室１６３内にモータ主軸１８２の軸方向に沿って往復動可能に設けられており、斜板１７１にシュー１７３を介して連結されている。また斜板１７１は、モータ主軸１８２の外周面に、モータ主軸１８２と一体回転可能に挿着されており、シリンダブロック１６１内に設けられた支持部材１６２に、スラスト軸受１７４を介して回転自在に支持されている。

　駆動モータ部１８０において、駆動モータ１８１は、モータ主軸１８２に嵌入されたロータ１８３と、ロータ１８３の外周側に設けられ、コイル１８４を巻回されたステータ１８５とを、モータハウジング１８６内に備えてなる。

　モータ主軸１８２は、軸方向略中央より図７中左側を、図７中左右一対の転がり軸受１８７を介してモータハウジング１８６に回転自在に支持されるとともに、軸方向略中央より図７中右側を、図７中左右一対の転がり軸受１７５を介して支持部材１６２に回転自在に支持されている。

　上記の如く構成される斜板式圧送機１６０では、駆動モータ１８１に電力が供給されると、モータ主軸１８２が回転し、その回転が斜板１７１及びシュー１７３を介して両頭ピストン１７２に伝達される。両頭ピストン１７２は、モータ主軸１８２の回転に伴ってクランク室１６３内で軸方向に沿って往復動することにより、空気等を吸入・圧縮させ、燃料電池の電極側に吐出させる。

　図８はスクリュー式圧送機の一例を示す側面断面図である。図示されるスクリュー式圧送機１９０は、燃料電池の電極に送る空気等の流体を、主ロータ２０１と副ロータ２０２とを噛み合わせて回転させることで圧縮する圧縮機構部２００と、駆動モータ１８１のモータ主軸１８２の回転により圧縮機構部２００を駆動する駆動モータ部１８０とを備える。なお、駆動モータ部１８０については、図６に示した斜板式圧送機１６０と同様であり、同一の符号を付して説明を省略する。

　圧縮機構部２００において、主ロータ２０１及び副ロータ２０２はそれぞれ、対応する螺旋状に形成されて互いに噛み合わせることで協働して回転可能な構成である。主ロータ２０１は、図８中左側の回転軸２０１ａを図８中左右一対の転がり軸受２０３を介してハウジング２０７に回転自在に支持されるとともに、図７中右側の回転軸２０１ａを転がり軸受２０４を介してハウジングに回転自在に支持されている。また、副ロータ２０２は、図８中左側の回転軸２０２ａを図８中左右一対の転がり軸受２０５を介してハウジング２０７に回転自在に支持されるとともに、図８中右側の回転軸２０２ａを転がり軸受２０６を介してハウジング２０７に回転自在に支持されている。

　また、主ロータ２０１の図８中左右両側の回転軸２０１ａにおいて、転がり軸受２０３，２０４に対して軸方向内側には、ハウジング２０７との間にシール２０８が介在されている。副ロータ２０２の図７中左右両側の回転軸２０２ａにおいて、転がり軸受２０５，２０６より軸方向内側には、ハウジング２０７との間にシール２０９が介在されている。

　主ロータ２０１及び副ロータ２０２は、図８中左側の回転軸２０１ａ，２０２ａにそれぞれ設けられた連結ギア２１０を介して連動される。主ロータ２０１の図７中左側の回転軸２０１ａの左端部には、被駆動ギア２１１が設けられており、被駆動ギア２１１は、駆動モータ１８１のモータ主軸１８２に嵌合された駆動軸１８８の駆動ギア１８９に噛合されている。従って、主ロータ２０１は、モータ主軸１８２の回転を、駆動軸１８８、駆動ギア１８９及び被駆動ギア２１１を介して伝達される。主ロータ２０１の回転は、連結ギア２１０を介して副ロータ２０２に伝達される。

　また、駆動軸１８８は、図８中左右一対の転がり軸受２１２を介してハウジング２１３に回転自在に支持されている。駆動軸１８８とハウジング２１３との間には、シール２１４が介在されている。

　上記の如く構成されるスクリュー式圧送機１９０では、駆動モータ１８１に電力が供給されると、モータ主軸１８２が回転し、その回転が駆動軸１８８、駆動ギア１８９、被駆動ギア２１１を介して主ロータ２０１の回転軸２０１ａに伝達される。同時に、主ロータ２０１の回転軸２０１ａから連結ギア２１０を介して副ロータ２０２の回転軸２０２ａに伝達される。主ロータ２０１及び副ロータ２０２は、噛み合い回転することにより、空気等を吸入・圧縮させ、燃料電池の電極側に吐出させる。

　また、上記の各圧送機に組み込まれる転がり軸受にも制限はなく、例えば図３に示したシール２５４を備える玉軸受３３ａ．３３ｂを例示することができる。そして、この玉軸受には、後述されるグリースが封入される。尚、グリースの封入量は、従来と同様に、軸受空間容積の５〜５０容積％の範囲で使用条件に応じて選定する。

〔基油〕
　グリースに使用される基油は、合成炭化水素油、エステル系合成油及びエーテル系合成油であり、これらを単独で、もしくは混合して使用する。好適な具体例を挙げると、前記合成炭化水素油としてはノルマルパラフィン、イソパラフィン、ポリブテン、ポリイソブチレン、１−デセンオリゴマー、１−デセンとエチレンコオリゴマー等のポリ−α−オレフィンまたはこれらの水素化物等の他、モノアルキルベンゼン、ジアルキルベンゼン等のアルキルベンゼン、あるいはモノアルキルナフタレン、ジアルキルナフタレン、ポリアルキルナフタレン等のアルキルナフタレン等の芳香族系油が挙げられる。前記エステル系油としては、ジブチルセバケート、ジ−２−エチルヘキシルセバケート、ジオクチルアジペート、ジイソデシルアジペート、ジトリデシルアジペート、ジトリデシルグルタレート、メチル・アセチルシノレート等のジエステル油、あるいはトリオクチルトリメリテート、トリデシルトリメリテート、テトラオクチルピロメリテート等の芳香族エステル油、さらにはトリメチロールプロパンカプリレート、トリメチロールプロパンペラルゴネート、ペンタエリスリトール−２−エチルヘキサノエート、ペンタエリスリトールベラルゴネート等のポリオールエステル油、さらにはまた、多価アルコールと二塩基酸・一塩基酸の混合脂肪酸とのオリゴエステルであるコンプレックスエステル油等が挙げられる。前記エーテル系油としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコールモノエーテル、ポリプロピレングリコールモノエーテル等のポリグリコール、あるいはモノアルキルトリフェニルエーテル、アルキルジフェニルエーテル、ジアルキルジフェニルエーテル、ペンタフェニルエーテル、テトラフェニルエーテル、モノアルキルテトラフェニルエーテル、ジアルキルテトラフェニルエーテル等のフェニルエーテル油等が挙げられる。

　これらの基油は、４０℃における動粘度が２０〜４００ｍｍ^２／ｓｅｃであることが好ましく、２０ｍｍ^２／ｓｅｃ未満では油膜の形成が不十分であり、４００ｍｍ^２／ｓｅｃを超える場合はトルクや発熱が大きくなり、何れの場合も好ましくない。

　本発明は、グリース中の金属イオン量を極力少なくし、グリースが飛散した場合でも燃料電池スタックへの影響をより少なくするものであるが、グリースの飛散そのものを抑制することはより効果的となる。そのため、基油は、２５℃における蒸気圧で１．３×１０^−１Ｐａ以下であることがより好ましい。

　また、基油には、上記した粘度や蒸気圧に影響を与えない範囲内で鉱油を配合してもよい。鉱油としては、減圧蒸留、油剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、硫酸洗浄、白土精製、水素化精製等を、適宜組み合わせて精製したものが好ましい。

〔増ちょう剤〕
　本発明では、増ちょう剤としてウレア化合物を用いる。このウレア化合物は、金属石けん系の増ちょう剤と異なり、分子中に金属元素を含まないため、グリースが飛散して燃料電池スタックに付着したとしても、触媒毒となることはない。ウレア化合物の種類に制限はなく、例えばジウレア化合物、トリウレア化合物、テトラウレア化合物、ポリウレア化合物が挙げられ、中でもジウレア化合物がより好ましい。これらウレア化合物は、その分子中に金属元素以外の異元素や、金属元素を含まない置換基を含んでいてもよい。

　また、ウレア化合物の含有量は、グリース全量に対して８〜４０質量％、好ましくは１５〜４０質量％である。含有量が８質量％未満では、十分な増ちょう性が得られないため、グリース漏れを生じやすくなり、飛散量が多くなる。また、含有量が４０質量％を超える場合は、流動性が乏しくなり焼付きが起こりやすくなる。

［添加剤］
　潤滑性能等をより一層高めるために種々の添加剤を単独で、もしくは適宜組み合わせてグリースに添加することができる。但し、金属元素を含有する添加剤は、グリースが飛散して燃料電池スタックに付着した際に触媒毒として作用する可能性があるため、本発明では金属元素を含まない添加剤を用いる。尚、金属元素を含まない添加剤であっても、その合成過程等で金属触媒が使用され、それが不可避不純物として残存している場合がある。本発明では、不可避不純物としての金属元素の含有は許容するが、合計量でグリース全量の０．１ｐｐｍ以下であることが好ましい。また、金属元素の他にも、硫黄や塩素、リンを含まないものが好ましい。

　このような金属元素を含まない添加剤をその種類別に例示すると、酸化防止剤ではアミン系やフェノール系の酸化防止剤、防錆剤ではコハク酸等のカルボン酸及びその誘導体、ソルビタン等の非イオン系界面活性剤、油性剤では長鎖脂肪酸系油性剤、金属不活性化剤ではベンゾトリアゾール系金属不活性化剤が挙げられる。

　また、金属元素を含まない添加剤の含有量は、合計でグリース全量の０．１〜４質量％とすることが好ましい。含有量が０．１質量未満では添加剤の効果が現われず、４質量％を超える場合は、特に増ちょう剤の含有量が少ない場合に飛散量が極端に多くなるとともに、相対的に基油の量が少なくなり潤滑性に劣るようになる。また、上記した増ちょう剤の含有量の下限側でも飛散量をより少なく抑えるために、この金属元素を含まない添加剤の含有量をグリース全量の０．１〜１質量％とすることが好ましい。

〔製法〕
　上記グリースを調製する方法には特に制約はない。しかし、一般的には基油中で増ちょう剤を反応させて得られる。また、混練にはニーダやロールミル等を用いることができ、添加剤はこの混練時に添加することができる。

　以下に実施例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。

（試験−１：ウレア化合物含有量の検証）
　内径５ｍｍ、外径１３ｍｍ、幅４ｍｍの非接触ゴムシール付き深溝玉軸受に、表１に示す配合にて調製したグリースＡ〜Ｈを１９ｍｇ封入して試験軸受を作製した。そして、図９に示す飛散量測定装置の容器Ｂに作製した試験軸受Ａを装着し、雰囲気温度２５℃、予圧１５Ｎ、内輪回転速度２０００ｍｉｎ^−１にて２０分間回転させ、それと同時に容器Ｂに清浄空気を流通させ、容器Ｂに接続するパーティクルカウンター（図示せず）にて０．０１cubic feet（ＣＦ）の空気中に存在する粒径０．３μｍ以上のパーティクルの数を測定した。結果を表１に併記するが、５００個／０．０１ＣＦ以下を合格とした。

　表１に示すように、ウレア化合物の含有量がグリース全量の１５〜４０質量％の範囲で、飛散量が５００／０．０１ＣＦ以下に抑えられている。

（試験−２：添加剤含有量の検証）
　試験−１のグリースＡ〜Ｈのそれぞれに、更に金属元素を含まない添加剤としてジアルキルジフェニルエーテル（酸化防止剤）をグリース全量の０．１質量％、１質量％、４質量％となるように添加し、同様の飛散量の測定を行った。

　結果を図１０に示すが、ウレア化合物の含有量が同一でも添加剤の配合量が多くなるほど飛散量が多くなっている。また、この結果を基に飛散量５００／０．０１ＣＦ以下を満足する範囲を求めると図１１に示す枠内、即ちウレア化合物が８〜４０質量％で、添加剤が０．１〜４質量％の範囲となり、ウレア化合物の含有量が多くなるほど添加剤を多く含有できることがわかる。

本発明の燃料電池システムの一例（固体高分子電解質型燃料電池）の全体構成を示す図である。本発明の燃料電池システムの他の例（水素タンク方式燃料電池）の全体構成を示す図である。本発明の燃料電池システムに使用される圧送機の一例（インペラ式圧送機）を示す断面図である。本発明の燃料電池システム用転がり軸受の一実施形態を示す断面図である。本発明の燃料電池システムに使用される圧送機の他の例（スクロール式圧送機）を示す断面図である。スクロール式圧送機の他の例を示す断面図である。本発明の燃料電池システムに使用される圧送機の他の例（斜板式圧送機）を示す断面図である。本発明の燃料電池システムに使用される圧送機の他の例（スクリュー式圧送機）を示す断面図である。飛散量測定装置を示す概略構成図である。実施例で得られた、ウレア化合物の含有量及び金属元素を含まない添加剤の含有量と、飛散量との関係を示すグラフである。実施例で得られた、ウレア化合物の含有量と金属元素を含まない添加剤の含有量との関係を示すグラフである。

符号の説明

　１　固体高分子電解質膜
　２　カソード
　３　アノード
　４　冷却部
　５　改質器
　６　熱交換器
　７　シフトコンバータ
　８　ＣＯ除去器
　９　燃料タンク
１０　メタノール蒸発器
１１　メタノール供給ライン
１２　水タンク
１３　蒸気発生器
１４　水蒸気ライン
１５　加湿器
１６　ターボチャージャ
１７　コンプレッサ
１８　タービン
１９　燃焼器
２０　燃焼器
２１　冷却器
２２　カソード排ガスライン
２３　気水分離器
２４　アノード排ガスライン
２５　気水分離器
３１　回転軸
３２　インペラ
３３ａ，３３ｂ　転がり軸受
３４　水蒸気吸込み口
３５　ハウジング
３６　バックプレート
３７　加圧ボリュート
３８　水蒸気吐出口
３９　シーリング部材
４０　背面空間
４１　間隙
４２　バッフル
４３　ブッシュ
５１　燃焼電池スタック
５３　燃料極
５５　酸化剤極
５７　加湿器
５９　水素タンク
６３　エゼクタ圧送機
２５０　内輪
２５１　外輪
２５２　保持器
２５３　玉
２５４　シール

Claims

少なくとも、燃料電池スタック及び各種流体を輸送するための圧送機を具備する燃料電池システムであって、前記圧送機が、合成炭化水素油、エーテル系合成油及びエステル系合成油から選択される少なくとも１種を基油とし、増ちょう剤としてウレア化合物をグリース全量に対して８〜４０質量％、不可避不純物としての金属元素以外の金属元素を含まない添加剤をグリース全量に対して０．１〜４質量％含むグリースが封入された転がり軸受を備えることを特徴とする燃料電池システム。
前記グリースにおける前記添加剤の含有量が、グリース全量に対して０．１〜１質量％含有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
前記グリースにおける前記添加剤中の不可避不純物としての金属元素の含有量が、合計でグリース全量に対して０．１ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池システム。
更に、燃料タンク、燃料蒸発器、改質器及びＣＯ除去装置を備え、前記圧送機がこれらにも各種流体を圧送することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の燃料電池システム。