JP2004199880A - 固体高分子型燃料電池発電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】燃料電池本体で発生した水及び水蒸気がスクロール圧縮装置に流入し、スクロール圧縮装置の鉄合金部分の錆の防止、及び駆動モータ部の絶縁部の破壊防止、またスクロール圧縮装置は容積式空気圧縮方式の為に、気体圧縮室の圧縮空気は断続的に放出することになり、急膨張による騒音の防止、また電解質膜の性能を劣化させる有害な化学物質をろ過することが要望されていた。
【解決手段】スクロール圧縮装置の空気吐出口を、燃料電池本体の空気供給口より重力方向で上に位置させる手段、また、スクロール圧縮部を、駆動モータ部より重力方向で下に位置させる手段、またスクロール圧縮部と駆動モータ部を、重力方向で並列に位置させる手段、また、空気吐出口から、前記燃料電池本体の空気供給口の間に、化学物質を濾過するフィルターを取り付ける手段等でスクロール圧縮機の低消費電力化と長寿命化を図り、電力損失が少なく採算性のある発電装置を提供する。
【選択図】 図１
【解決手段】スクロール圧縮装置の空気吐出口を、燃料電池本体の空気供給口より重力方向で上に位置させる手段、また、スクロール圧縮部を、駆動モータ部より重力方向で下に位置させる手段、またスクロール圧縮部と駆動モータ部を、重力方向で並列に位置させる手段、また、空気吐出口から、前記燃料電池本体の空気供給口の間に、化学物質を濾過するフィルターを取り付ける手段等でスクロール圧縮機の低消費電力化と長寿命化を図り、電力損失が少なく採算性のある発電装置を提供する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気供給装置としてスクロール圧縮装置を利用した固体高分子型燃料電池システム（ＰＥＦＣ）の発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）は自動車、家庭用コジェネ用、携帯発電機用等の用途が期待されている。
【０００３】
図９は、従来の固体高分子型燃料電池を用いた発電装置の概略図である。構成および動作を説明する。燃料電池本体１０１は、燃料極１０５、電解質膜１０６、空気極１０７を有している。空気は空気圧縮装置１０３により加圧され、空気加湿装置１０２で加湿され、空気極１０７に供給される。また水素は、水素ボンベ１０４から、調圧弁（図示せず）で調圧され、水素加湿装置１０８で加湿され、燃料極１０５に供給される。上記構成により燃料電池本体１０１では燃料極１０５に供給された水素が水素イオンとなり電解質膜１０６を通り空気極１０７に移動する。空気極１０７では移動してきた水素イオンと、供給された空気中の酸素が反応をおこし水となる。この反応の過程により電力が発生し、発電された直流電力はインバータ１０９によって交流電力に変換され、負荷１１０に供給される。空気極１０７において未反応の空気は反応生成した水（水蒸気）と共に空気出口１１１から放出される。また、燃料極１０５で未反応の水素は燃料出口１１２から放出される。
【０００４】
次に、空気圧縮装置１０３としてスクロール圧縮装置１０３ａについて、図１０、１１、を参照しながら説明する。
【０００５】
図１０に示すように、スクロール圧縮装置は、合成樹脂製の固定スクロール部材１２３と合成樹脂製の公転スクロール部材１２１とアルミニウム合金製の公転円盤１２２から構成されているスクロール圧縮部１４４と、複数の鉄合金製のクランク軸１２５とそれを支えているアルミニウム合金製の公転支持円盤１３４で構成されている自転阻止部１４５と、駆動モータ部１４６で構成されている。
【０００６】
空気を圧縮する機構は、片面に公転スクロールラップ１２１ａを立設させた公転ラップ支持円盤１２１ｂとからなる公転スクロール部材１２１と、片面に固定スクロールラップ１２３ａを立設させた固定ラップ支持円盤１２３ｂとからなる固定スクロール部材１２３を対峙させ、気体圧縮室１４３を構成させる。図１１は気体圧縮室１４３が順次圧縮される様子を表わしたものである。図１１に示すように、公転スクロールラップ１２１ａを時計周りに公転させることで、気体圧縮室１４３が順次外側から内側に移動し圧縮されて、固定ラップ支持円盤１２３ｂの吐出口１２３ｃから気体が吐出する構造となっている。鉄合金製の駆動軸１２４が駆動モータ１３０により回転すると、偏芯軸１２４ａで軸支している公転円盤１２２及び公転スクロール部材１２１は、偏心軸１２４ａの周りを公転しながら回転しようとするが、２個以上のクランク軸１２５で回転を阻止され、公転円盤１２２及び公転スクロール部材１２１は公転することになる。
【０００７】
また、駆動軸１２４の公転スクロール部材１２１側の端部に偏心軸１２４ａを設け、鉄合金製の単列深溝軸受１２４ｂ、１２４ｃを嵌合させ、公転円盤１２２の駆動軸穴１２２ｂに軸方向に移動可能にし装着する。
【０００８】
駆動軸１２４の中央には単列深溝軸受１３２が嵌合され軸用Ｃ型止め輪１３９で固定され、公転支持板１３４に公転円盤１２３側に貫通しないように凸部を設けた穴に装着され、押えリング１３５とボルト１３６で外輪が軸方向に移動しないように固定されている。そして、バランスウエイト１４１、駆動モータのローター１３０、バランスウエイト１４２が、軸方向に移動せず、かつ駆動軸１２４の周りを回転しないように嵌合されている。
【０００９】
また、駆動軸１２４に嵌合された単列深溝軸受１３３はバランス保護カバー１３７の駆動モータ側に貫通しないように凸部を設けた穴に装着し、この凸部と単列深溝軸受１３３の外輪との間に皿ばね１３８を設け、駆動軸１２４をバランス保護カバー１３７側に引っ張り、単列深溝軸受１３２と単列深溝軸受１３３の球体に予圧を加えている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術のスクロール圧縮装置を空気圧縮装置として利用した固体高分子型燃料電池発電装置には、以下の課題がある。
【００１１】
燃料電池本体１０１より空気圧縮装置であるスクロール圧縮装置１０３ａが、重力方向で下に位置していた場合、燃料電池本体１０１で発生した水及び水蒸気がスクロール圧縮装置１０３ａに流入し、スクロール圧縮装置１０３ａの鉄合金部分に錆が発生し、また駆動モータ部１４６の絶縁部が破壊する。
【００１２】
また、スクロール圧縮装置１０３ａのスクロール圧縮部１４４が重力方向で駆動モータ部１４６より上に位置していた場合、燃料電池本体１０１で発生した水及び水蒸気がスクロール圧縮部１４４から、重力方向で下にある駆動モータ部１４６に落下し、スクロール圧縮装置１０３ａの鉄合金部分に錆が発生し、また駆動モータ部１４６の絶縁部が破壊する。
【００１３】
また、スクロール圧縮装置１０３ａは容積式空気圧縮方式の為に、図１１に示すように気体圧縮室１４３の圧縮空気は断続的に放出することになり、急膨張による騒音が発生し易くなる。
【００１４】
また、燃料電池本体１０１に供給する空気量は、発電電力量と共に可変にする必要があり、多くの場合スクロール圧縮装置１０３ａの駆動モータ１３０として、容易に回転速度を変化させることができるＤＣモータを採用しているが、ＤＣモータの回転速度制御用制御回路が必要となり、製作価格が高くなる問題があり、ＡＣモータを利用した一定風量のスクロール圧縮装置で風量を微調整できる方法が望まれていた。
【００１５】
また、スクロール圧縮装置から燃料電池本体に空気を供給する時、電解質膜の性能を劣化させる有害な化学物質を取り除くことが要望されていた。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮装置を用いた発電装置であって、スクロール圧縮装置の空気吐出口を、燃料電池本体の空気供給口より重力方向で上に位置させる手段とする。
【００１７】
また、燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮機を用いた発電装置であって、スクロール圧縮装置のスクロール圧縮部を、駆動モータ部より重力方向で下に位置させる手段とする。
【００１８】
また、燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮装置を用いた発電装置であって、スクロール圧縮装置のスクロール圧縮部と駆動モータ部を、重力方向で並列に位置させる手段とする。
【００１９】
また、燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮装置を用いた発電装置であって、スクロール圧縮装置の空気吐出口から、燃料電池本体の空気供給口の間に、逆流防止のチェックバルブを設置させる手段とする。
【００２０】
また、燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮装置を用いた発電装置であって、スクロール圧縮装置の空気吐出口から、燃料電池本体の空気供給口の間に、チャンバーを設置させる手段とする。
【００２１】
また、燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮装置を用いた発電装置であって、一定吐出量のスクロール圧縮装置と、空気吐出口から、燃料電池本体の空気供給口の間に、空気吐出量を調整する流量制御弁を設置させる手段とする。
【００２２】
また、燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮装置を用いた発電装置であって、スクロール圧縮装置の、空気吐出口から、燃料電池本体の空気供給口の間に、化学物質を濾過するフィルターを取り付ける手段とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮装置を用いた発電装置であって、スクロール圧縮装置の空気吐出口を、燃料電池本体の空気供給口より重力方向で上に位置させることにより、燃料電池本体で発生した水及び水蒸気がスクロール空気圧縮装置への落下を防止でき、スクロール圧縮装置の鉄合金部分の錆の発生防止、また駆動モータ部の絶縁部の破壊防止の作用を有する。
【００２４】
また、燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮装置を用いた発電装置であって、スクロール圧縮装置のスクロール圧縮部を、駆動モータ部より重力方向で下に位置させることにより、燃料電池本体で発生した水及び水蒸気がスクロール空気圧縮装置の駆動モータへの移行を防止でき、スクロール圧縮装置の鉄合金部分の錆の発生防止、また駆動モータ部の絶縁部の破壊防止の作用を有する。
【００２５】
また、燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮装置を用いた発電装置であって、スクロール圧縮装置のスクロール圧縮部と駆動モータ部を、重力方向で並列に位置させることにより、燃料電池本体で発生した水及び水蒸気がスクロール空気圧縮装置の駆動モータへの移行を防止でき、スクロール圧縮装置の鉄合金部分の錆の発生防止、また駆動モータ部の絶縁部の破壊防止の作用を有する。
【００２６】
また、燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮装置を用いた発電装置であって、スクロール圧縮機の空気吐出口から、前記燃料電池本体の空気供給口の間に、逆流防止のチェックバルブを設置させることにより、燃料電池本体で発生した水及び水蒸気がスクロール空気圧縮装置の駆動モータへの移行を防止でき、スクロール圧縮装置の鉄合金部分の錆の発生防止、また駆動モータ部の絶縁部の破壊防止の作用を有する。
【００２７】
また、燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮機を用いた発電装置であって、スクロール圧縮機の空気吐出口から、前記燃料電池本体の空気供給口の間に、チャンバーを設置させることにより、容積式空気圧縮方式独特の圧縮気体を断続的に放出することによる急膨張による騒音を低くでき、かつ、脈動を小さくする作用を有する。
【００２８】
また、燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮装置を用いた発電装置であって、一定吐出量のスクロール圧縮装置と、空気吐出口から、前記燃料電池本体の空気供給口の間に、空気吐出量を調整する流量制御弁を設置させることにより、安価なＡＣモータを利用したスクロール圧縮装置で風量を調整できる作用を有する。
【００２９】
また、燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮機を用いた発電装置であって、スクロール圧縮機の、空気吐出口から、前記燃料電池本体の空気供給口の間に、化学物質を濾過するフィルタを取り付けることにより、燃料電池本体の電解質膜の劣化防止の作用を有する。
【００３０】
【実施例】
（実施例１）
以下、本発明による一実施例の発電装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、固体高分子型燃料電池発電装置の燃料電池本体の断面図である。
【００３１】
固体高分子型燃料電池発電装置は水素と酸素の化学反応で発電される。燃料電池本体２は電解質膜２３とセパレータ２０を交互に積層し、電解質膜２３の左右にそれぞれに空気極２１と水素極２５の隙間を設けている。電解質膜２３の両面には、反応を促進する為の触媒層２２、２４が設けられている。電解質膜２３は水素イオンを透過させるイオン交換膜が利用され、水素極２５で水素は電子を放出し水素イオンとなり、水素イオンは電解質膜２３を通り、また電子は外部負荷回路２７を流れ空気極２１へと移行する。空気極２１では水素イオンと電子と酸素が反応し水となる。またこの一連の反応は発熱反応である為に反応熱が発生し、この熱で温水を作りコージェネシステムとして利用できる。また、安定した運転を維持する為には、電解質膜２３に適切な水分補給が必要となる。電解質膜２３はフッ素樹脂が主に利用され、セパレータ２０はカーボン材料またはステンレス合金に金メッキしたものが主に使用されている。
【００３２】
次に図２は、本実施例の固体高分子型燃料電池発電装置の構成を表わしたものである。即ち、スクロール圧縮装置３は、スクロール圧縮部６と自転阻止部５と駆動モータ部４から構成されている。そして、スクロール圧縮装置３の駆動モータ部４の反対側のスクロール圧縮部６に空気吐出口６ａが設けてある。スクロール圧縮装置３の具体的な構造は従来の技術で説明したものである。そして、図１に示す空気極２１に空気つまり酸素が供給されるように空気吐出口６ａから燃料電池本体２の空気供給口２ｂに、加湿器１を経由して配管で結合されている。この加湿器１は供給する空気に適切な水分を含ませ電解質膜２３を保護する役目をはたす。
【００３３】
スクロール圧縮装置３の吐出口６ａの重力方向で下部面を、燃料電池本体の空気供給口２ｂより上に設置するか、またはスクロール圧縮装置３の吐出口６ａの重力方向で下部面を、燃料電池本体上面２ａより上に設置している。
【００３４】
この様にすると、燃料電池本体２での水素と酸素の反応から生ずる水及び水蒸気が、スクロール圧縮装置３に流れ込むのを防ぐことができ、スクロール圧縮装置の鉄合金部分の錆の発生防止、また駆動モータ部の絶縁部の破壊防止ができる。
【００３５】
（実施例２）
次に図３、４、５を参照しながら説明する。本実施例による固体高分子型燃料電池発電装置に空気を供給するスクロール圧縮装置３は、スクロール圧縮部６と自転阻止部５と駆動モータ部４から構成されている。そして、スクロール圧縮部６の駆動モータ部４の反対側で、スクロール圧縮部６に空気吐出口６ａが設けてある。スクロール圧縮装置３の具体的な構造は従来の技術で説明したものである。
【００３６】
図３で示すようにスクロール圧縮装置３の駆動モータ部４とスクロール圧縮部６を重力方向で駆動モータ部４が上に設置する。
【００３７】
また、図４に示すようにスクロール圧縮装置３の駆動モータ４とスクロール圧縮部６とを重力方向で水平もしくはスクロール圧縮部６を低くして設置している。
【００３８】
また、図５に示すように、スクロール圧縮装置３の空気吐出口６ａと加湿装置１の間に逆流防止のチェック弁を設ける。
【００３９】
この様にすると、燃料電池本体２での水素と酸素の反応から生ずる水及び水蒸気が、スクロール圧縮装置３に流れ込むのを防ぐことができ、スクロール圧縮装置の鉄合金部分の錆の発生防止、また駆動モータ部の絶縁部の破壊防止ができる。
【００４０】
（実施例３）
次に図６は、本実施例による固体高分子型燃料電池発電装置の構成を表わしたものである。即ち、スクロール圧縮装置３は、スクロール圧縮部６と自転阻止部５と駆動モータ部４から構成されている。そして、スクロール圧縮部６の駆動モータ部４の反対側でスクロール圧縮部６に空気吐出口６ａが設けてある。スクロール圧縮装置の具体的な構造は従来の技術で説明したものである。そして、空気極２１に空気を供給する為に、スクロール圧縮装置３の空気吐出口６ａから燃料電池本体２の空気供給口２ｂに、チャンバー８、及び加湿器１を経由して配管で結合されている。この加湿器１は供給する空気に適切な水分を含ませイオン交換膜を保護する役目をはたす。
【００４１】
この様にすると、スクロール圧縮装置のスクロール圧縮部で圧縮された空気が急膨張する時の、騒音をチャンバーで低くすることができる。
【００４２】
（実施例４）
次に図７は、本実施例による固体高分子型燃料電池発電装置の構成を表わしたものである。即ち、スクロール圧縮装置３は、スクロール圧縮部６と自転阻止部５と駆動モータ部４から構成されている。そして、スクロール圧縮部６の駆動モータ部４の反対側でスクロール圧縮部６に空気吐出口６ａが設けてある。スクロール圧縮装置の具体的な構造は従来の技術で説明したものである。そして、空気極２１に空気が供給されるように、空気吐出口６ａから燃料電池本体２の空気供給口２ｂに、流量制御弁１１、及び加湿器１を経由して配管で結合されている。この加湿器１は供給する空気に適切な水分を含ませイオン交換膜を保護する役目をはたす。
【００４３】
一定吐出量のスクロール圧縮装置３と、空気吐出部後に空気吐出量を調整する流量制御弁１１を設置させることにより、安価なＡＣモータを利用したスクロール圧縮装置で風量を調整でき、また空気吐出量の回転速度と風量がスクロール圧縮装置の固有差による微妙な違いを微調整することができる。
【００４４】
（実施例５）
次に、図７は、本実施例による固体高分子型燃料電池発電装置の構成を表わしたものである。即ち、スクロール圧縮装置３は、スクロール圧縮部６と自転阻止部５と駆動モータ部４から構成されている。そして、スクロール圧縮部６の駆動モータ部４の反対側でスクロール圧縮部６に空気吐出口６ａが設けてある。スクロール圧縮装置の具体的な構造は従来の技術で説明したものである。そして、図１に示す空気極２１に空気が供給されるように、空気吐出口６ａから燃料電池本体２の空気供給口２ｂに、有害物質除去フィルタ９、及び加湿器１を経由して配管で結合されている。この加湿器１は供給する空気に適切な水分を含ませイオン交換膜を保護する役目をはたす。
【００４５】
有害物質除去フィルタ９としては化学添着剤を担持させた活性炭素を用い物理的な吸着と化学的な反応により燃料電池本体に有害な化学物質の流入を取り除くようにする。
【００４６】
この様にスクロール圧縮機の、空気吐出口に、化学物質を濾過するフィルターを取り付けることにより、燃料電池本体の電解質膜の劣化防止が可能になる。
【００４７】
【発明の効果】
スクロール圧縮装置の空気吐出口を、燃料電池本体の空気供給口より重力方向で上に位置させることにより、燃料電池本体で発生した水及び水蒸気がスクロール空気圧縮装置への落下を防止でき、スクロール圧縮装置の鉄合金部分の防錆、また駆動モータ部の絶縁部の破壊防止の効果がある。
【００４８】
また、スクロール圧縮装置のスクロール圧縮部を、駆動モータ部より重力方向で下に位置させることにより、燃料電池本体で発生した水及び水蒸気がスクロール空気圧縮装置の駆動モータへの移行を防止でき、スクロール圧縮装置の鉄合金部分の防錆、また駆動モータ部の絶縁部の破壊防止の効果がある。
【００４９】
また、スクロール圧縮装置のスクロール圧縮部と駆動モータ部を、重力方向で並列に位置させることにより、燃料電池本体で発生した水及び水蒸気がスクロール空気圧縮装置の駆動モータへの移行を防止でき、スクロール圧縮装置の鉄合金部分の防錆、また駆動モータ部の絶縁部の破壊防止の効果がある。
【００５０】
また、スクロール圧縮機の空気吐出口に、逆流防止のチェックバルブを設置させることにより、燃料電池本体で発生した水及び水蒸気がスクロール空気圧縮装置の駆動モータへの移行を防止でき、スクロール圧縮装置の鉄合金部分の防錆、また駆動モータ部の絶縁部の破壊防止の効果がある。
【００５１】
また、一定吐出量のスクロール圧縮装置と、空気吐出部後に空気吐出量を調整する流量制御弁を設置させることにより、安価なＡＣモータを利用したスクロール圧縮装置で風量を調整でき、また空気吐出量の回転速度と風量がスクロール圧縮装置の固有差による微妙な違いを微調整することができる。
【００５２】
また、スクロール圧縮機の、空気吐出口に、化学物質を濾過するフィルターを取り付けることにより、燃料電池本体の電解質膜の劣化防止の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体高分子型燃料電池発電装置の燃料電池本体の断面図
【図２】本発明の発電装置を示す構成図
【図３】本発明の発電装置を示す構成図
【図４】本発明の発電装置を示す構成図
【図５】本発明の発電装置を示す構成図
【図６】本発明の発電装置を示す構成図
【図７】本発明の発電装置を示す構成図
【図８】本発明の発電装置を示す構成図
【図９】従来例発電装置の構成図
【図１０】従来例のスクロール圧縮装置断面図
【図１１】従来例のスクロール圧縮工程図
【符号の説明】
１ 加室装置
２ 燃料電池本体
２ａ 燃料電池本体上面
２ｂ 空気供給口
３ スクロール圧縮装置
４ 駆動モータ部
５ 自転阻止部
６ スクロール圧縮室
６ａ 空気吐出口
２０、２６ セパレータ
２１ 空気極
２２、２４ 触媒層
２３ 電解質膜
２５ 水素極
２７ 外部抵抗回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気供給装置としてスクロール圧縮装置を利用した固体高分子型燃料電池システム（ＰＥＦＣ）の発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）は自動車、家庭用コジェネ用、携帯発電機用等の用途が期待されている。
【０００３】
図９は、従来の固体高分子型燃料電池を用いた発電装置の概略図である。構成および動作を説明する。燃料電池本体１０１は、燃料極１０５、電解質膜１０６、空気極１０７を有している。空気は空気圧縮装置１０３により加圧され、空気加湿装置１０２で加湿され、空気極１０７に供給される。また水素は、水素ボンベ１０４から、調圧弁（図示せず）で調圧され、水素加湿装置１０８で加湿され、燃料極１０５に供給される。上記構成により燃料電池本体１０１では燃料極１０５に供給された水素が水素イオンとなり電解質膜１０６を通り空気極１０７に移動する。空気極１０７では移動してきた水素イオンと、供給された空気中の酸素が反応をおこし水となる。この反応の過程により電力が発生し、発電された直流電力はインバータ１０９によって交流電力に変換され、負荷１１０に供給される。空気極１０７において未反応の空気は反応生成した水（水蒸気）と共に空気出口１１１から放出される。また、燃料極１０５で未反応の水素は燃料出口１１２から放出される。
【０００４】
次に、空気圧縮装置１０３としてスクロール圧縮装置１０３ａについて、図１０、１１、を参照しながら説明する。
【０００５】
図１０に示すように、スクロール圧縮装置は、合成樹脂製の固定スクロール部材１２３と合成樹脂製の公転スクロール部材１２１とアルミニウム合金製の公転円盤１２２から構成されているスクロール圧縮部１４４と、複数の鉄合金製のクランク軸１２５とそれを支えているアルミニウム合金製の公転支持円盤１３４で構成されている自転阻止部１４５と、駆動モータ部１４６で構成されている。
【０００６】
空気を圧縮する機構は、片面に公転スクロールラップ１２１ａを立設させた公転ラップ支持円盤１２１ｂとからなる公転スクロール部材１２１と、片面に固定スクロールラップ１２３ａを立設させた固定ラップ支持円盤１２３ｂとからなる固定スクロール部材１２３を対峙させ、気体圧縮室１４３を構成させる。図１１は気体圧縮室１４３が順次圧縮される様子を表わしたものである。図１１に示すように、公転スクロールラップ１２１ａを時計周りに公転させることで、気体圧縮室１４３が順次外側から内側に移動し圧縮されて、固定ラップ支持円盤１２３ｂの吐出口１２３ｃから気体が吐出する構造となっている。鉄合金製の駆動軸１２４が駆動モータ１３０により回転すると、偏芯軸１２４ａで軸支している公転円盤１２２及び公転スクロール部材１２１は、偏心軸１２４ａの周りを公転しながら回転しようとするが、２個以上のクランク軸１２５で回転を阻止され、公転円盤１２２及び公転スクロール部材１２１は公転することになる。
【０００７】
また、駆動軸１２４の公転スクロール部材１２１側の端部に偏心軸１２４ａを設け、鉄合金製の単列深溝軸受１２４ｂ、１２４ｃを嵌合させ、公転円盤１２２の駆動軸穴１２２ｂに軸方向に移動可能にし装着する。
【０００８】
駆動軸１２４の中央には単列深溝軸受１３２が嵌合され軸用Ｃ型止め輪１３９で固定され、公転支持板１３４に公転円盤１２３側に貫通しないように凸部を設けた穴に装着され、押えリング１３５とボルト１３６で外輪が軸方向に移動しないように固定されている。そして、バランスウエイト１４１、駆動モータのローター１３０、バランスウエイト１４２が、軸方向に移動せず、かつ駆動軸１２４の周りを回転しないように嵌合されている。
【０００９】
また、駆動軸１２４に嵌合された単列深溝軸受１３３はバランス保護カバー１３７の駆動モータ側に貫通しないように凸部を設けた穴に装着し、この凸部と単列深溝軸受１３３の外輪との間に皿ばね１３８を設け、駆動軸１２４をバランス保護カバー１３７側に引っ張り、単列深溝軸受１３２と単列深溝軸受１３３の球体に予圧を加えている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術のスクロール圧縮装置を空気圧縮装置として利用した固体高分子型燃料電池発電装置には、以下の課題がある。
【００１１】
燃料電池本体１０１より空気圧縮装置であるスクロール圧縮装置１０３ａが、重力方向で下に位置していた場合、燃料電池本体１０１で発生した水及び水蒸気がスクロール圧縮装置１０３ａに流入し、スクロール圧縮装置１０３ａの鉄合金部分に錆が発生し、また駆動モータ部１４６の絶縁部が破壊する。
【００１２】
また、スクロール圧縮装置１０３ａのスクロール圧縮部１４４が重力方向で駆動モータ部１４６より上に位置していた場合、燃料電池本体１０１で発生した水及び水蒸気がスクロール圧縮部１４４から、重力方向で下にある駆動モータ部１４６に落下し、スクロール圧縮装置１０３ａの鉄合金部分に錆が発生し、また駆動モータ部１４６の絶縁部が破壊する。
【００１３】
また、スクロール圧縮装置１０３ａは容積式空気圧縮方式の為に、図１１に示すように気体圧縮室１４３の圧縮空気は断続的に放出することになり、急膨張による騒音が発生し易くなる。
【００１４】
また、燃料電池本体１０１に供給する空気量は、発電電力量と共に可変にする必要があり、多くの場合スクロール圧縮装置１０３ａの駆動モータ１３０として、容易に回転速度を変化させることができるＤＣモータを採用しているが、ＤＣモータの回転速度制御用制御回路が必要となり、製作価格が高くなる問題があり、ＡＣモータを利用した一定風量のスクロール圧縮装置で風量を微調整できる方法が望まれていた。
【００１５】
また、スクロール圧縮装置から燃料電池本体に空気を供給する時、電解質膜の性能を劣化させる有害な化学物質を取り除くことが要望されていた。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮装置を用いた発電装置であって、スクロール圧縮装置の空気吐出口を、燃料電池本体の空気供給口より重力方向で上に位置させる手段とする。
【００１７】
また、燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮機を用いた発電装置であって、スクロール圧縮装置のスクロール圧縮部を、駆動モータ部より重力方向で下に位置させる手段とする。
【００１８】
また、燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮装置を用いた発電装置であって、スクロール圧縮装置のスクロール圧縮部と駆動モータ部を、重力方向で並列に位置させる手段とする。
【００１９】
また、燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮装置を用いた発電装置であって、スクロール圧縮装置の空気吐出口から、燃料電池本体の空気供給口の間に、逆流防止のチェックバルブを設置させる手段とする。
【００２０】
また、燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮装置を用いた発電装置であって、スクロール圧縮装置の空気吐出口から、燃料電池本体の空気供給口の間に、チャンバーを設置させる手段とする。
【００２１】
また、燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮装置を用いた発電装置であって、一定吐出量のスクロール圧縮装置と、空気吐出口から、燃料電池本体の空気供給口の間に、空気吐出量を調整する流量制御弁を設置させる手段とする。
【００２２】
また、燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮装置を用いた発電装置であって、スクロール圧縮装置の、空気吐出口から、燃料電池本体の空気供給口の間に、化学物質を濾過するフィルターを取り付ける手段とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮装置を用いた発電装置であって、スクロール圧縮装置の空気吐出口を、燃料電池本体の空気供給口より重力方向で上に位置させることにより、燃料電池本体で発生した水及び水蒸気がスクロール空気圧縮装置への落下を防止でき、スクロール圧縮装置の鉄合金部分の錆の発生防止、また駆動モータ部の絶縁部の破壊防止の作用を有する。
【００２４】
また、燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮装置を用いた発電装置であって、スクロール圧縮装置のスクロール圧縮部を、駆動モータ部より重力方向で下に位置させることにより、燃料電池本体で発生した水及び水蒸気がスクロール空気圧縮装置の駆動モータへの移行を防止でき、スクロール圧縮装置の鉄合金部分の錆の発生防止、また駆動モータ部の絶縁部の破壊防止の作用を有する。
【００２５】
また、燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮装置を用いた発電装置であって、スクロール圧縮装置のスクロール圧縮部と駆動モータ部を、重力方向で並列に位置させることにより、燃料電池本体で発生した水及び水蒸気がスクロール空気圧縮装置の駆動モータへの移行を防止でき、スクロール圧縮装置の鉄合金部分の錆の発生防止、また駆動モータ部の絶縁部の破壊防止の作用を有する。
【００２６】
また、燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮装置を用いた発電装置であって、スクロール圧縮機の空気吐出口から、前記燃料電池本体の空気供給口の間に、逆流防止のチェックバルブを設置させることにより、燃料電池本体で発生した水及び水蒸気がスクロール空気圧縮装置の駆動モータへの移行を防止でき、スクロール圧縮装置の鉄合金部分の錆の発生防止、また駆動モータ部の絶縁部の破壊防止の作用を有する。
【００２７】
また、燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮機を用いた発電装置であって、スクロール圧縮機の空気吐出口から、前記燃料電池本体の空気供給口の間に、チャンバーを設置させることにより、容積式空気圧縮方式独特の圧縮気体を断続的に放出することによる急膨張による騒音を低くでき、かつ、脈動を小さくする作用を有する。
【００２８】
また、燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮装置を用いた発電装置であって、一定吐出量のスクロール圧縮装置と、空気吐出口から、前記燃料電池本体の空気供給口の間に、空気吐出量を調整する流量制御弁を設置させることにより、安価なＡＣモータを利用したスクロール圧縮装置で風量を調整できる作用を有する。
【００２９】
また、燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮機を用いた発電装置であって、スクロール圧縮機の、空気吐出口から、前記燃料電池本体の空気供給口の間に、化学物質を濾過するフィルタを取り付けることにより、燃料電池本体の電解質膜の劣化防止の作用を有する。
【００３０】
【実施例】
（実施例１）
以下、本発明による一実施例の発電装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、固体高分子型燃料電池発電装置の燃料電池本体の断面図である。
【００３１】
固体高分子型燃料電池発電装置は水素と酸素の化学反応で発電される。燃料電池本体２は電解質膜２３とセパレータ２０を交互に積層し、電解質膜２３の左右にそれぞれに空気極２１と水素極２５の隙間を設けている。電解質膜２３の両面には、反応を促進する為の触媒層２２、２４が設けられている。電解質膜２３は水素イオンを透過させるイオン交換膜が利用され、水素極２５で水素は電子を放出し水素イオンとなり、水素イオンは電解質膜２３を通り、また電子は外部負荷回路２７を流れ空気極２１へと移行する。空気極２１では水素イオンと電子と酸素が反応し水となる。またこの一連の反応は発熱反応である為に反応熱が発生し、この熱で温水を作りコージェネシステムとして利用できる。また、安定した運転を維持する為には、電解質膜２３に適切な水分補給が必要となる。電解質膜２３はフッ素樹脂が主に利用され、セパレータ２０はカーボン材料またはステンレス合金に金メッキしたものが主に使用されている。
【００３２】
次に図２は、本実施例の固体高分子型燃料電池発電装置の構成を表わしたものである。即ち、スクロール圧縮装置３は、スクロール圧縮部６と自転阻止部５と駆動モータ部４から構成されている。そして、スクロール圧縮装置３の駆動モータ部４の反対側のスクロール圧縮部６に空気吐出口６ａが設けてある。スクロール圧縮装置３の具体的な構造は従来の技術で説明したものである。そして、図１に示す空気極２１に空気つまり酸素が供給されるように空気吐出口６ａから燃料電池本体２の空気供給口２ｂに、加湿器１を経由して配管で結合されている。この加湿器１は供給する空気に適切な水分を含ませ電解質膜２３を保護する役目をはたす。
【００３３】
スクロール圧縮装置３の吐出口６ａの重力方向で下部面を、燃料電池本体の空気供給口２ｂより上に設置するか、またはスクロール圧縮装置３の吐出口６ａの重力方向で下部面を、燃料電池本体上面２ａより上に設置している。
【００３４】
この様にすると、燃料電池本体２での水素と酸素の反応から生ずる水及び水蒸気が、スクロール圧縮装置３に流れ込むのを防ぐことができ、スクロール圧縮装置の鉄合金部分の錆の発生防止、また駆動モータ部の絶縁部の破壊防止ができる。
【００３５】
（実施例２）
次に図３、４、５を参照しながら説明する。本実施例による固体高分子型燃料電池発電装置に空気を供給するスクロール圧縮装置３は、スクロール圧縮部６と自転阻止部５と駆動モータ部４から構成されている。そして、スクロール圧縮部６の駆動モータ部４の反対側で、スクロール圧縮部６に空気吐出口６ａが設けてある。スクロール圧縮装置３の具体的な構造は従来の技術で説明したものである。
【００３６】
図３で示すようにスクロール圧縮装置３の駆動モータ部４とスクロール圧縮部６を重力方向で駆動モータ部４が上に設置する。
【００３７】
また、図４に示すようにスクロール圧縮装置３の駆動モータ４とスクロール圧縮部６とを重力方向で水平もしくはスクロール圧縮部６を低くして設置している。
【００３８】
また、図５に示すように、スクロール圧縮装置３の空気吐出口６ａと加湿装置１の間に逆流防止のチェック弁を設ける。
【００３９】
この様にすると、燃料電池本体２での水素と酸素の反応から生ずる水及び水蒸気が、スクロール圧縮装置３に流れ込むのを防ぐことができ、スクロール圧縮装置の鉄合金部分の錆の発生防止、また駆動モータ部の絶縁部の破壊防止ができる。
【００４０】
（実施例３）
次に図６は、本実施例による固体高分子型燃料電池発電装置の構成を表わしたものである。即ち、スクロール圧縮装置３は、スクロール圧縮部６と自転阻止部５と駆動モータ部４から構成されている。そして、スクロール圧縮部６の駆動モータ部４の反対側でスクロール圧縮部６に空気吐出口６ａが設けてある。スクロール圧縮装置の具体的な構造は従来の技術で説明したものである。そして、空気極２１に空気を供給する為に、スクロール圧縮装置３の空気吐出口６ａから燃料電池本体２の空気供給口２ｂに、チャンバー８、及び加湿器１を経由して配管で結合されている。この加湿器１は供給する空気に適切な水分を含ませイオン交換膜を保護する役目をはたす。
【００４１】
この様にすると、スクロール圧縮装置のスクロール圧縮部で圧縮された空気が急膨張する時の、騒音をチャンバーで低くすることができる。
【００４２】
（実施例４）
次に図７は、本実施例による固体高分子型燃料電池発電装置の構成を表わしたものである。即ち、スクロール圧縮装置３は、スクロール圧縮部６と自転阻止部５と駆動モータ部４から構成されている。そして、スクロール圧縮部６の駆動モータ部４の反対側でスクロール圧縮部６に空気吐出口６ａが設けてある。スクロール圧縮装置の具体的な構造は従来の技術で説明したものである。そして、空気極２１に空気が供給されるように、空気吐出口６ａから燃料電池本体２の空気供給口２ｂに、流量制御弁１１、及び加湿器１を経由して配管で結合されている。この加湿器１は供給する空気に適切な水分を含ませイオン交換膜を保護する役目をはたす。
【００４３】
一定吐出量のスクロール圧縮装置３と、空気吐出部後に空気吐出量を調整する流量制御弁１１を設置させることにより、安価なＡＣモータを利用したスクロール圧縮装置で風量を調整でき、また空気吐出量の回転速度と風量がスクロール圧縮装置の固有差による微妙な違いを微調整することができる。
【００４４】
（実施例５）
次に、図７は、本実施例による固体高分子型燃料電池発電装置の構成を表わしたものである。即ち、スクロール圧縮装置３は、スクロール圧縮部６と自転阻止部５と駆動モータ部４から構成されている。そして、スクロール圧縮部６の駆動モータ部４の反対側でスクロール圧縮部６に空気吐出口６ａが設けてある。スクロール圧縮装置の具体的な構造は従来の技術で説明したものである。そして、図１に示す空気極２１に空気が供給されるように、空気吐出口６ａから燃料電池本体２の空気供給口２ｂに、有害物質除去フィルタ９、及び加湿器１を経由して配管で結合されている。この加湿器１は供給する空気に適切な水分を含ませイオン交換膜を保護する役目をはたす。
【００４５】
有害物質除去フィルタ９としては化学添着剤を担持させた活性炭素を用い物理的な吸着と化学的な反応により燃料電池本体に有害な化学物質の流入を取り除くようにする。
【００４６】
この様にスクロール圧縮機の、空気吐出口に、化学物質を濾過するフィルターを取り付けることにより、燃料電池本体の電解質膜の劣化防止が可能になる。
【００４７】
【発明の効果】
スクロール圧縮装置の空気吐出口を、燃料電池本体の空気供給口より重力方向で上に位置させることにより、燃料電池本体で発生した水及び水蒸気がスクロール空気圧縮装置への落下を防止でき、スクロール圧縮装置の鉄合金部分の防錆、また駆動モータ部の絶縁部の破壊防止の効果がある。
【００４８】
また、スクロール圧縮装置のスクロール圧縮部を、駆動モータ部より重力方向で下に位置させることにより、燃料電池本体で発生した水及び水蒸気がスクロール空気圧縮装置の駆動モータへの移行を防止でき、スクロール圧縮装置の鉄合金部分の防錆、また駆動モータ部の絶縁部の破壊防止の効果がある。
【００４９】
また、スクロール圧縮装置のスクロール圧縮部と駆動モータ部を、重力方向で並列に位置させることにより、燃料電池本体で発生した水及び水蒸気がスクロール空気圧縮装置の駆動モータへの移行を防止でき、スクロール圧縮装置の鉄合金部分の防錆、また駆動モータ部の絶縁部の破壊防止の効果がある。
【００５０】
また、スクロール圧縮機の空気吐出口に、逆流防止のチェックバルブを設置させることにより、燃料電池本体で発生した水及び水蒸気がスクロール空気圧縮装置の駆動モータへの移行を防止でき、スクロール圧縮装置の鉄合金部分の防錆、また駆動モータ部の絶縁部の破壊防止の効果がある。
【００５１】
また、一定吐出量のスクロール圧縮装置と、空気吐出部後に空気吐出量を調整する流量制御弁を設置させることにより、安価なＡＣモータを利用したスクロール圧縮装置で風量を調整でき、また空気吐出量の回転速度と風量がスクロール圧縮装置の固有差による微妙な違いを微調整することができる。
【００５２】
また、スクロール圧縮機の、空気吐出口に、化学物質を濾過するフィルターを取り付けることにより、燃料電池本体の電解質膜の劣化防止の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体高分子型燃料電池発電装置の燃料電池本体の断面図
【図２】本発明の発電装置を示す構成図
【図３】本発明の発電装置を示す構成図
【図４】本発明の発電装置を示す構成図
【図５】本発明の発電装置を示す構成図
【図６】本発明の発電装置を示す構成図
【図７】本発明の発電装置を示す構成図
【図８】本発明の発電装置を示す構成図
【図９】従来例発電装置の構成図
【図１０】従来例のスクロール圧縮装置断面図
【図１１】従来例のスクロール圧縮工程図
【符号の説明】
１ 加室装置
２ 燃料電池本体
２ａ 燃料電池本体上面
２ｂ 空気供給口
３ スクロール圧縮装置
４ 駆動モータ部
５ 自転阻止部
６ スクロール圧縮室
６ａ 空気吐出口
２０、２６ セパレータ
２１ 空気極
２２、２４ 触媒層
２３ 電解質膜
２５ 水素極
２７ 外部抵抗回路
Claims (8)
- 燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮装置を用いた発電装置であって、
前記スクロール圧縮装置の空気吐出口を、前記燃料電池本体の空気供給口より重力方向で上に位置させたことを特徴とする固体高分子型燃料電池発電装置。 - 燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮装置を用いた発電装置であって、
前記スクロール圧縮装置の空気吐出口を、前記燃料電池本体の上面より重力方向で上に位置させたことを特徴とする固体高分子型燃料電池発電装置。 - 燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮装置を用いた発電装置であって、
前記スクロール圧縮装置のスクロール圧縮部を、駆動モータ部より重力方向で下に位置させたことを特徴とする固体高分子型燃料電池発電装置。 - 燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮装置を用いた発電装置であって、
前記スクロール圧縮装置のスクロール圧縮部と駆動モータ部とを、重力方向で並列に位置させたことを特徴とする固体高分子型燃料電池発電装置。 - 燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮装置を用いた発電装置であって、
前記スクロール圧縮装置の空気吐出口から、前記燃料電池本体の空気供給口の間に、空気の逆流防止用の弁を設置させたことを特徴とする固体高分子型燃料電池発電装置。 - 燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮装置を用いた発電装置であって、
前記スクロール圧縮装置の空気吐出口から、前記燃料電池本体の空気供給口の間に、チャンバーを設置させたことを特徴とする固体高分子型燃料電池発電装置。 - 燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮装置を用いた発電装置であって、
一定吐出量の前記スクロール圧縮装置の空気吐出口から、前記燃料電池本体の空気供給口の間に、空気吐出量を調整する流量制御弁を設置させたことを特徴とする固体高分子型燃料電池発電装置。 - 燃料電池本体に酸素を供給する空気圧縮装置としてスクロール圧縮装置を用いた発電装置であって、
前記スクロール圧縮装置の空気吐出口から、前記燃料電池本体の空気供給口の間に、化学物質を濾過するフィルタを設置させたことを特徴とする固体高分子型燃料電池発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002363458A JP2004199880A (ja) | 2002-12-16 | 2002-12-16 | 固体高分子型燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002363458A JP2004199880A (ja) | 2002-12-16 | 2002-12-16 | 固体高分子型燃料電池発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004199880A true JP2004199880A (ja) | 2004-07-15 |
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|---|---|---|---|
| JP2002363458A Withdrawn JP2004199880A (ja) | 2002-12-16 | 2002-12-16 | 固体高分子型燃料電池発電装置 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2004199880A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2159865A1 (en) * | 2005-09-06 | 2010-03-03 | Carl Freudenberg KG | Arrangement for supplying a fuel cell with recycled reaction gas |
| JP2019148000A (ja) * | 2018-02-28 | 2019-09-05 | トヨタ自動車株式会社 | ステンレス鋼基材 |
-
2002
- 2002-12-16 JP JP2002363458A patent/JP2004199880A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2159865A1 (en) * | 2005-09-06 | 2010-03-03 | Carl Freudenberg KG | Arrangement for supplying a fuel cell with recycled reaction gas |
| JP2019148000A (ja) * | 2018-02-28 | 2019-09-05 | トヨタ自動車株式会社 | ステンレス鋼基材 |
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