JP2005050690A - Air compressor for fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、燃料および空気の供給を受けて発電する燃料電池に対し、空気を送り込む燃料電池用空気圧縮機に関する。 The present invention relates to a fuel cell air compressor that feeds air into a fuel cell that generates electric power by receiving supply of fuel and air.
燃料電池システムにおいて、燃料電池に空気を供給するための空気圧縮機は、ケーシング内に歯車などの駆動機構部を潤滑するための潤滑オイルを収容し、その潤滑オイルが空気吐出側へ流れないようオイルシールを設けている。 In a fuel cell system, an air compressor for supplying air to a fuel cell contains lubricating oil for lubricating a drive mechanism such as a gear in a casing so that the lubricating oil does not flow to the air discharge side. An oil seal is provided.
しかし、何らかの理由でこのオイルシールが破損したり、オイルシールからの漏れ量が増加した場合には、吐出空気に潤滑オイルが混入し、この混入した潤滑オイルが燃料電池に供給されてしまい、潤滑オイルに含まれる被毒成分によって燃料電池内の電極が被毒し、発電性能が著しく劣化する、という問題がある。 However, if this oil seal breaks for some reason or the amount of leakage from the oil seal increases, lubricating oil will be mixed into the discharge air, and this mixed lubricating oil will be supplied to the fuel cell, causing lubrication. There is a problem that the electrode in the fuel cell is poisoned by poisoning components contained in the oil, and the power generation performance is significantly deteriorated.
この問題を回避する方法として、例えば下記特許文献1に記載されたものがある。
また、オイルセパレータを設けない場合でも、空気圧縮機の下流側にフィルタを設け、このフィルタによって、空気中のダストを除去するとともに、万一空気圧縮機のオイルシールが破損した場合には、燃料電池へのオイルの流出を防ぐ、という機能を備えたものもある。 Even if an oil separator is not provided, a filter is provided on the downstream side of the air compressor, and this filter removes dust in the air. If the oil seal of the air compressor is broken, Some have the function of preventing the oil from flowing into the battery.
ところで、上記したフィルタを空気圧縮機と燃料電池との間、すなわち空気圧縮機の下流側に設ける場合には、上流側であればフィルタの容器が樹脂製で製作可能であるのに対し、フィルタとして高圧に耐えうる例えば金属製の耐圧容器が必要となる。 By the way, when the above-described filter is provided between the air compressor and the fuel cell, that is, downstream of the air compressor, the filter container can be made of resin on the upstream side. For example, a metal pressure vessel that can withstand high pressure is required.
このような耐圧容器を使用したフィルタは、重量が増加し、燃料電池を自動車などの輸送手段に搭載する場合は、燃費や運動性能の面で極めて不利となる。 A filter using such a pressure vessel increases in weight, and is extremely disadvantageous in terms of fuel consumption and exercise performance when the fuel cell is mounted on a transportation means such as an automobile.
また、上記したオイルセパレータを別途設ける場合には、燃料電池システム全体として設置スペースが増大し、コストの面で負担が増加する。 Further, when the oil separator described above is provided separately, the installation space for the fuel cell system as a whole increases, and the burden increases in terms of cost.
そこで、この発明は、重量増しや設置スペースの増大を招くことなく、燃料電池に供給する空気への潤滑オイルの混入を防ぐことを目的としてる。 Accordingly, an object of the present invention is to prevent the mixing of lubricating oil into the air supplied to the fuel cell without causing an increase in weight or an increase in installation space.
前記目的を達成するために、この発明は、燃料および空気の供給を受けて発電する燃料電池に対し、前記空気を送り込む燃料電池用空気圧縮機において、駆動機構部を潤滑するための潤滑オイルを収容するオイル室と、前記駆動機構部によって作動する空気圧縮作動部を収容する圧縮空気室とを、隔壁によって互いに仕切り、この隔壁に対応する前記駆動機構部と前記空気圧縮作動部との連結部周囲に、前記オイル室から漏れ出た潤滑オイルが流出するオイル流出通路を設け、このオイル流出通路の下端部に、前記流出した潤滑オイルが溜まるオイル溜まり部を設けた構成としてある。 In order to achieve the above object, the present invention provides a lubricating oil for lubricating a drive mechanism unit in a fuel cell air compressor that feeds air into a fuel cell that generates power upon receipt of fuel and air. An oil chamber to be accommodated and a compressed air chamber to accommodate an air compression operating part that is operated by the drive mechanism part are partitioned from each other by a partition, and a connecting part between the drive mechanism part and the air compression operation part corresponding to the partition An oil outflow passage through which the lubricating oil leaking from the oil chamber flows out is provided around the oil outflow passage, and an oil reservoir for storing the outflowing lubricating oil is provided at the lower end of the oil outflow passage.
この発明によれば、オイル室から圧縮空気室に向けて漏れ出る潤滑オイルは、オイル流出通路に流出してオイル溜まり部に入り込む。このため、燃料電池に供給する空気への潤滑オイルの混入を防ぐことができ、燃料電池の性能低下を防ぐことができる。この際、燃料電池への空気の供給通路に、フィルタやオイルセパレータを設ける必要がないので、重量増しや設置スペースの増大を防止することができる。 According to this invention, the lubricating oil leaking from the oil chamber toward the compressed air chamber flows out into the oil outflow passage and enters the oil reservoir. For this reason, mixing of the lubricating oil into the air supplied to the fuel cell can be prevented, and the performance degradation of the fuel cell can be prevented. At this time, since it is not necessary to provide a filter or an oil separator in the air supply passage to the fuel cell, an increase in weight and an increase in installation space can be prevented.
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、この発明の第1の実施形態を示す燃料電池用空気圧縮機の断面図である。この燃料電池用空気圧縮機(以下、単に空気圧縮機とする。)は、ケーシング1の圧縮空気室3内に、空気圧縮作動部としての回転体である雌ロータ5と雄ロータ7とを、互いに噛み合った状態で回転可能に収納している。雌ロータ5および雄ロータ7は、連結軸としての雌ロータ軸9および雌ロータ軸11にそれぞれ固定し、各ロータ軸9,11の一端をケーシング1に設けたベアリング13で、同他端をケーシング1に設けたベアリング15で、それぞれ回転可能に支持する。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a fuel cell air compressor showing a first embodiment of the present invention. This fuel cell air compressor (hereinafter simply referred to as an air compressor) includes a
各ロータ軸9,11のベアリング15側の端部は、ベアリング15を設定してあるケーシング1の隔壁17を貫通し、この隔壁17を間に挟んで圧縮空気室3と反対側に形成してあるオイル室19に突出している。このオイル室19におけるケーシング1の開口は、蓋21をボルト23によって固定して密閉する。
The ends of the
オイル室19内における雌ロータ軸9および雄ロータ軸11には、駆動機構部としての互いに噛み合う駆動用タイミングギア25および従動用タイミングギア27をそれぞれ固定してある。このうち駆動用タイミングギア25を備えた雌ロータ軸9を、例えば蓋21を貫通させて外部に引き出し、図示しない電動機などに連結して駆動し、この駆動力を従動用タイミングギア27を介して雄ロータ軸11に伝達し、雄ロータ7を雌ロータ5に同期して回転させる。
A driving
オイル室19には、潤滑オイル29を溜めてあり、上記した駆動用タイミングギア25および従動用タイミングギア27などの駆動機構部を潤滑する。
Lubricating
また、ケーシング1の前記した蓋21の反対側の端部には、空気吸込口31を設けてある。各ロータ5,7が、相互間に必要な隙間を確保しつつ回転することで、空気吸込口31からケーシング1の吸込空間31a内に空気を吸い込み、この空気をケーシング1の図示しない連通孔を通して圧縮空気室3に取り込む。圧縮空気室3に取り込んだ空気は、各ロータ5,7とケーシング1とによって形成する圧縮空気室3の容積が回転に伴って徐々に縮小することにより、所定圧力まで圧縮し、この圧縮した空気を空気吐出口33から吐出して図示しない燃料電池に供給する。
An
上記した各ロータ軸9,11を回転支持するベアリング15は、隔壁17のオイル室19側に露出して設置してあり、このベアリング15の圧縮空気室3側の各ロータ軸9,11の周囲には、オイルシール35を設けてある。このオイルシール35を設けてある各ロータ軸9,11の部分9a,11aは、各ロータ5,7を設けてある部分9b,11bより小径とし、さらにオイルシールを設けてある部分9a,11aより小径の部分9c,11cに、前記したベアリング15を設けてある。
The
上記したオイルシール35を設けることで、オイル室19内の潤滑オイルの圧縮空気室3内への流入を防ぎ、また圧縮空気のオイル室19への流出も防止している。
By providing the
オイルシール35に対し圧縮空気室3側の各ロータ軸9,11の部分9b,11bに対応する隔壁17内には、オイル流出通路37を設けてある。このオイル流出通路37は、図1のA−A断面図である図2に示すように、各ロータ軸9,11の周囲を囲む環状通路37a,37bと、これら各環状通路37a,37b同士を連通する連通路37cと、下部の環状通路37bよりさらに下方に延びる下部通路37dとを備えている。
An
なお、上記したオイル流出通路37は、重力により潤滑オイルが流れ落ちる方向に向けて、環状通路37a,連通路37c,環状通路37b,下部通路37dの順に設けてあるものとする。
It is assumed that the
さらに、下部通路37の下端部には、オイル流出通路37を流れ落ちる潤滑オイルを溜めるオイル溜まり部39を設けてある。オイル溜まり部39の下部には、ドレーンバルブ41を設け、さらにその下部には出口側オイル溜まり部43を設けている。
Furthermore, an
出口側オイル溜まり部43の下部は、大気に開放する開放孔45を設け、開放孔45には、ドレーン栓47を着脱可能に取り付けてある。
The lower part of the outlet
ドレーンバルブ41は、本空気圧縮機の始動に連動して開弁するものとする。この開弁動作は、後述する図3のフローチャートに基づき実施される。
The
次に、作用を説明する。 Next, the operation will be described.
本空気圧縮機が作動する過程で、オイルシール35が、経時劣化による摩耗や、何らかの理由により破損などしてシール性能が低下した場合には、オイル室19内の潤滑オイル29がオイルシール部より漏れ出て圧縮空気室3に向かい、その途中でオイル流出通路37の環状通路37a,37bに入り込む。
In the process of operating the air compressor, when the
環状通路37aに入り込んだ潤滑オイルは、連通路37c,環状通路37b,下部通路37dを重力により順次落下し、また環状通路37bに入り込んだ潤滑オイルは、下部通路37dを重力により落下し、オイル溜まり部39に溜まることになる。
Lubricating oil that has entered the
このように、オイルシール35のシール性能が低下した場合でも、オイルシール部から漏れ出るオイルは、圧縮空気室3に流出せずにオイル流出通路37を通ってオイル溜まり部39へ流れるため、燃料電池に供給する空気への潤滑オイルの混入を防ぐことができ、燃料電池の性能低下を防ぐことができる。この際、燃料電池への空気の供給通路に、フィルタやオイルセパレータを設ける必要がないので、重量増しや設置スペースの増大を防止することができる。
As described above, even when the sealing performance of the
次に、図3のフローチャートにより、ドレーンバルブ41に対する図示しないコントローラの制御動作を説明する。まず、この図示しないコントローラにより、本空気圧縮機に回転指令を出力し(ステップS1)、空気圧縮機の回転数が「0」であるかどうかを判断する(ステップS2)。ここで回転数が「0」であれば、ドレーンバルブ41をある一定時間開弁する(ステップS3)。すなわち、ドレーンバルブ41を、本空気圧縮機の始動に連動させて開弁する。
Next, a control operation of a controller (not shown) for the
ドレーンバルブ41の開弁により、オイル溜まり部39に溜まっている潤滑オイルは、重力により落下して出口側オイル溜まり部43に溜まる。さらに、その後、本空気圧縮機をある一定時間ある回転数で運転することで(ステップS4)、圧縮空気室3の上昇圧力によってオイル溜まり部39内の潤滑オイルを出口側オイル溜まり部43に確実に流出させる。
When the
その後は、コントローラの指令回転数で空気圧縮機を運転する(ステップS5)。 Thereafter, the air compressor is operated at the command rotational speed of the controller (step S5).
本空気圧縮機の始動時毎に、上記したようなドレーンバルブ41の開弁動作を行って、オイル溜まり部39内の潤滑オイルを出口側オイル溜まり部43に溜め、この溜まった潤滑オイルを、定期的なメンテナンス時、またはチェックが必要なときに、ドレーン栓47を外すことで、外部に放出することができる。
Every time the air compressor is started, the
さらに、その放出した潤滑オイルの量を測定し、規定値と比較することにより、オイルシール35の損傷状況を予測することができる。この際オイルシール35の損傷に問題がない場合は、ケーシング1に設けた図示しないオイル補充口から、オイル室19に潤滑オイルを補充することで、本空気圧縮機の耐久性を維持することが可能となる。
Furthermore, the damage state of the
以上より、本発明によれば、次のような効果を奏する。 As mentioned above, according to this invention, there exist the following effects.
(1)オイル室から圧縮空気室に向けて漏れ出るオイルは、オイル流出通路に流出してオイル溜まり部へ入り込むため、燃料電池に供給する空気への潤滑オイルの混入を防ぐことができ、燃料電池の性能低下を防ぐことができる。この際、燃料電池への空気の供給通路に、フィルタやオイルセパレータを設ける必要がないので、重量増しや設置スペースの増大を防止することができる。 (1) Since oil leaking from the oil chamber toward the compressed air chamber flows out into the oil outflow passage and enters the oil reservoir, it is possible to prevent the lubricating oil from being mixed into the air supplied to the fuel cell. Battery performance degradation can be prevented. At this time, since it is not necessary to provide a filter or an oil separator in the air supply passage to the fuel cell, an increase in weight and an increase in installation space can be prevented.
(2)歯車機構を潤滑するオイル室内の潤滑オイルが、回転体を収容する圧縮空気室側に向けて漏れ出たときに、この漏れた潤滑オイルはオイル流出通路に流れ込むので、潤滑オイルの圧縮空気への混入を防止することができる。 (2) When the lubricating oil in the oil chamber that lubricates the gear mechanism leaks toward the compressed air chamber that houses the rotating body, the leaked lubricating oil flows into the oil outflow passage. Mixing into the air can be prevented.
(3)オイル溜まり部の下部の大気開放側との間に設けたドレーンバルブを、空気圧縮機の始動に連動して開弁するようにしたので、オイル溜まり部に溜まっている漏れた潤滑オイルを容易に放出することができる。 (3) Since the drain valve provided between the lower part of the oil reservoir and the atmosphere opening side is opened in conjunction with the start of the air compressor, the leaked lubricating oil accumulated in the oil reservoir Can be easily released.
(4)ドレーン栓を外すことで、オイル溜り部に溜まった潤滑オイルを、容易に外部に放出することができる。また、この放出したオイル量を測定し、この測定した同じ量の潤滑オイルをオイル室に補充することで、本空気圧縮機の耐久性を維持することが可能となる。また、ある期間内での潤滑オイル漏れ量を測定することにより、オイルシール部の摩耗状況や破損状況を把握することが可能となる。 (4) By removing the drain plug, the lubricating oil accumulated in the oil reservoir can be easily discharged to the outside. Further, by measuring the amount of oil released and replenishing the oil chamber with the measured amount of lubricating oil, it is possible to maintain the durability of the air compressor. Further, by measuring the amount of lubricating oil leakage within a certain period, it becomes possible to grasp the wear state and breakage state of the oil seal portion.
図4は、この発明の第2の実施形態を示す燃料電池用空気圧縮機の断面図である。この実施形態は、オイル流出通路37における下部通路37dのさらに下部に、オイル溜まり部49を設け、オイル溜まり49の下部に大気に連通するドレーン通路51を接続し、このドレーン通路51に潤滑オイルを捕捉するフィルタ53および前記第1の実施形態で使用したドレーンバルブ41をそれぞれ設けている。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a fuel cell air compressor showing a second embodiment of the present invention. In this embodiment, an
なお、ここでのドレーン通路51は、オイル流出通路を構成している。 Here, the drain passage 51 constitutes an oil outflow passage.
さらに、ドレーン通路51におけるフィルタ53のオイル流れ方向前後の圧力差を検出する差圧検出手段としての差圧計55を設けている。その他の構成は図1に示した第1の実施形態と同様である。上記した差圧計55とフィルタ53とでオイル量検出手段を構成している。
Further, a
この第2の実施形態においては、本空気圧縮機の始動時に、第1の実施形態と同様にしてドレーンバルブ41を開く。ここで、空気圧縮機により圧縮した空気により、オイル溜まり部49に溜まった潤滑オイルを下流側に圧送し、この圧送した潤滑オイルをフィルタ53に捕捉させる。
In the second embodiment, when the air compressor is started, the
また、フィルタ53前後の圧力差すなわち圧力損失を差圧計55によって測定し、この差圧とフィルタ53によるオイル捕捉量とのあらかじめ設定した関係から、漏れ出た潤滑オイル量を把握する。そして、この漏れ量を判定基準値と比較して、判定基準値を上回る漏れ量が発生している場合には、本空気圧縮機の運転を停止したり、警告を出すなどの措置を施す。
Further, the pressure difference before and after the
このように、上記した第2の実施形態によれば、漏れ出た潤滑オイル量を検出し、その量と判定基準値とを比較することにより、運転を停止したり、警告を出したりすることで、空気圧縮機の故障を未然に防ぐことができる。 Thus, according to the above-described second embodiment, the amount of lubricating oil leaked is detected, and the operation is stopped or a warning is issued by comparing the amount with the criterion value. Thus, the failure of the air compressor can be prevented in advance.
また、漏れ出る潤滑オイル量を、簡便にかつ確実に空気圧縮機の運転開始毎に測定できるため、空気圧縮機の故障を始動時に確実に検出することが可能となり、さらにオイル量測定時においては、潤滑オイルをフィルタで捕捉するので、大気へのオイルの流出をも防ぐことができる。 In addition, the amount of lubricating oil that leaks out can be measured easily and reliably every time the air compressor is started, so it is possible to reliably detect air compressor failures at start-up, and when measuring the oil amount, Since the lubricating oil is captured by the filter, the oil can be prevented from flowing out to the atmosphere.
3 圧縮空気室
5 雌ロータ(回転体,空気圧縮作動部)
7 雄ロータ(回転体,空気圧縮作動部)
9 雌ロータ軸(連結軸)
11 雄ロータ軸(連結軸)
17 隔壁
19 オイル室
25 駆動用タイミングギア(駆動機構部)
27 従動用タイミングギア(駆動機構部)
29 潤滑オイル
37 オイル流出通路
39,49 オイル溜まり部
41 ドレーンバルブ
45 大気に開放する開放孔
47 ドレーン栓
51 ドレーン通路(オイル流出通路)
53 フィルタ(オイル量検出手段)
55 差圧計(差圧検出手段,オイル量検出手段)
3
7 Male rotor (rotary body, air compression operating part)
9 Female rotor shaft (connection shaft)
11 Male rotor shaft (connection shaft)
17
27 Driven timing gear (drive mechanism)
29
53 Filter (Oil level detection means)
55 Differential pressure gauge (Differential pressure detection means, Oil amount detection means)
Claims (6)
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JP2003281723A JP2005050690A (en) | 2003-07-29 | 2003-07-29 | Air compressor for fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
JP2003281723A JP2005050690A (en) | 2003-07-29 | 2003-07-29 | Air compressor for fuel cell |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2005050690A true JP2005050690A (en) | 2005-02-24 |
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ID=34267148
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2003281723A Pending JP2005050690A (en) | 2003-07-29 | 2003-07-29 | Air compressor for fuel cell |
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Country | Link |
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2003
- 2003-07-29 JP JP2003281723A patent/JP2005050690A/en active Pending
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