JP2010168904A - Air supply device for fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば燃料電池自動車等の燃料電池に、水素等と反応させて電力を発生させるための酸素を含む空気を圧縮して供給する燃料電池用空気供給装置に関するものである。 The present invention relates to an air supply device for a fuel cell that compresses and supplies air containing oxygen for reacting with hydrogen or the like to generate electric power in a fuel cell such as a fuel cell vehicle.
近年、水素、アルコール等の燃料を燃焼させずに、燃料電池において電気化学的に空気中の酸素と反応させて電力を発生させ、発生させた電力によって電動機を回転させて走行する燃料電池自動車の開発が進んでいる。燃料電池に空気を供給するためには、電動モータと、前記電動モータの回転軸の一端に接続され、電動モータの回転によって動作される遠心圧縮機と、前記遠心圧縮機の動作によって外部から空気を吸入し、その空気を遠心圧縮機で圧縮して燃料電池スタックに供給する空気供給路とを備えた燃料電池用空気供給装置が用いられる。 2. Description of the Related Art Recently, fuel cells such as hydrogen and alcohol do not burn, but generate electric power by electrochemically reacting with oxygen in the air in a fuel cell, and a fuel cell vehicle that runs by rotating an electric motor with the generated electric power. Development is progressing. In order to supply air to the fuel cell, an electric motor, a centrifugal compressor connected to one end of a rotating shaft of the electric motor and operated by rotation of the electric motor, and air from the outside by operation of the centrifugal compressor A fuel cell air supply device is used that includes an air supply passage that sucks the air and compresses the air with a centrifugal compressor and supplies the compressed air to the fuel cell stack.
前記燃料電池用空気供給装置においては、空気を十分に圧縮した状態で燃料電池に供給する必要があるため、遠心圧縮機のインペラをおよそ数万回転以上といった高速で回転させなければならない。そのため電動モータの回転軸は、通常の転がり軸受等ではなく、フォイル軸受や磁気軸受を用いて、高速回転時に非接触の状態で支持する場合がある。
例えば前記回転軸を、電動モータのロータを挟んで回転軸の軸方向の両側に設けた一対のラジアルフォイル軸受によって径方向から支持すると共に、同領域に設けた一対のアキシアル磁気軸受によって軸方向から支持することが行なわれる(例えば特許文献1参照)。
In the fuel cell air supply device, since it is necessary to supply air to the fuel cell in a sufficiently compressed state, the impeller of the centrifugal compressor must be rotated at a high speed of about several tens of thousands of revolutions. For this reason, the rotating shaft of the electric motor may be supported in a non-contact state during high-speed rotation by using a foil bearing or a magnetic bearing instead of a normal rolling bearing.
For example, the rotating shaft is supported from the radial direction by a pair of radial foil bearings provided on both sides in the axial direction of the rotating shaft across the rotor of the electric motor, and from the axial direction by a pair of axial magnetic bearings provided in the same region. Support is performed (see, for example, Patent Document 1).
ラジアルフォイル軸受は、回転軸のうち前記ラジアルフォイル軸受によって支持する部位より大径に形成した通孔の内面に、ごく薄い金属箔等からなる1枚の、または2枚以上のフォイルセグメントを取り付けて構成される。前記ラジアルフォイル軸受によれば、支持する回転軸の回転数が所定値に達するまでは、前記フォイルセグメントが回転軸の外周面に直接に接触して前記回転軸を径方向から支持し、回転数が所定値以上に達した後は、前記回転軸の外周面とフォイルセグメントとの間に発生する動圧によって、回転軸をその全周に亘ってフォイルセグメントの表面から浮上させて非接触の状態で支持できる。 A radial foil bearing has one or two or more foil segments made of a very thin metal foil attached to the inner surface of a through-hole formed on a rotating shaft having a diameter larger than the portion supported by the radial foil bearing. Composed. According to the radial foil bearing, until the rotational speed of the rotating shaft to support reaches a predetermined value, the foil segment directly contacts the outer peripheral surface of the rotating shaft to support the rotating shaft from the radial direction. After reaching the predetermined value, the rotary shaft is lifted from the surface of the foil segment over the entire circumference by the dynamic pressure generated between the outer peripheral surface of the rotary shaft and the foil segment. Can support.
ところが、特に燃料電池自動車用の遠心圧縮機は、燃料電池自動車の走行状態等に応じて低速から高速まで広い範囲で回転数が制御されることが多い。そのため、特にフォイルセグメントが回転軸の外周面に直接に接触して前記回転軸を径方向から支持した状態での回転(低速回転)が長く続くような制御がされた場合に、前記フォイルセグメントが短期間で摩耗しやすく、摩耗量が大きくなる程、ラジアルフォイル軸受における回転軸を浮上させるための特性が低下したり失われたりしやすくなるという問題がある。 However, in particular, the centrifugal compressor for a fuel cell vehicle is often controlled in a wide range from a low speed to a high speed according to the traveling state of the fuel cell vehicle. Therefore, particularly when the foil segment is controlled so that the rotation (low-speed rotation) continues for a long time in a state where the foil segment directly contacts the outer peripheral surface of the rotating shaft and supports the rotating shaft from the radial direction, There is a problem that the characteristics for levitation of the rotary shaft in the radial foil bearing are likely to be deteriorated or lost as the wear amount is increased in a short period of time.
本発明の目的は、ラジアルフォイル軸受において摩耗が生じにくい燃料電池用空気供給装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an air supply device for a fuel cell that hardly causes wear in a radial foil bearing.
上記目的を達成するため、本発明は、回転軸(10)、ロータ(11)およびステータ(12)を含む電動モータ(13)と、前記電動モータの回転軸の一端に接続され、電動モータの回転によって動作される遠心圧縮機(15)と、前記回転軸を、電動モータの回転時に生じる動圧によって浮上させて支持する一対のラジアルフォイル軸受(31、32)と、前記遠心圧縮機の動作によって外部から空気を吸入し、その空気を遠心圧縮機で圧縮して燃料電池スタックに供給する空気供給路(35)と、電動モータの回転数を制御して燃料電池スタックに供給する空気の量を調整する制御部(40)とを含み、前記空気供給路は空気の量を調整するバルブ(39)を備え、前記制御部は、ラジアルフォイル軸受において回転軸が動圧によって浮上する電動モータの回転数を維持しながら、バルブを制御して燃料電池スタックに供給する空気の量を調整するバルブ制御部(41)を有することを特徴とする燃料電池用空気供給装置(6)を提供するものである(請求項1)。なお、カッコ内の英数字は後述の実施の形態における対応構成要素を示す。 In order to achieve the above object, the present invention is connected to an electric motor (13) including a rotary shaft (10), a rotor (11) and a stator (12), and one end of the rotary shaft of the electric motor. A centrifugal compressor (15) that is operated by rotation, a pair of radial foil bearings (31, 32) that support the rotating shaft by floating by a dynamic pressure generated when the electric motor rotates, and an operation of the centrifugal compressor The air supply path (35) for sucking air from outside, compressing the air with a centrifugal compressor and supplying the air to the fuel cell stack, and the amount of air supplied to the fuel cell stack by controlling the rotation speed of the electric motor The air supply path includes a valve (39) for adjusting the amount of air, and the control unit has a rotary shaft in a radial foil bearing that is driven by dynamic pressure. An air supply device for a fuel cell (6) having a valve control unit (41) for adjusting the amount of air supplied to the fuel cell stack by controlling the valve while maintaining the rotation speed of the electric motor ) (Claim 1). The alphanumeric characters in parentheses indicate corresponding components in the embodiments described later.
本発明によれば、バルブ制御部によってバルブを制御することで、電動モータの回転数を低下させることなく、ラジアルフォイル軸受において回転軸が動圧によって浮上する回転数を維持しながら、燃料電池スタックに供給される空気の量を調整できる。
そのため燃料電池自動車の走行時に、フォイルセグメントが回転軸の外周面に直接に接触して前記回転軸を径方向から支持した状態での回転(低速回転)が長く続くのを防止して、前記フォイルセグメントが短期間で摩耗するのを抑制できる。したがって本発明によれば、摩耗量が大きくなってラジアルフォイル軸受における回転軸を浮上させるための特性が低下したり失われたりしにくい燃料電池用空気供給装置を提供できる。
According to the present invention, by controlling the valve by the valve control unit, the fuel cell stack is maintained while maintaining the rotational speed at which the rotary shaft floats by the dynamic pressure in the radial foil bearing without reducing the rotational speed of the electric motor. The amount of air supplied to the can be adjusted.
Therefore, when the fuel cell vehicle is running, the foil segment directly contacts the outer peripheral surface of the rotating shaft and prevents rotation (low speed rotation) with the rotating shaft supported from the radial direction for a long time. The segment can be prevented from wearing in a short period of time. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide an air supply device for a fuel cell in which the amount of wear is increased and the characteristics for floating the rotary shaft in the radial foil bearing are less likely to be lost or lost.
本発明によればバルブは、空気供給路のうち遠心圧縮機より空気の流れの上流側(36)に設けることができる(請求項2)。
この場合、空気供給路を通して外部から吸入される空気の量をバルブによって制限することで、回転軸が動圧によって浮上する電動モータの回転数を維持しながら、燃料電池スタックに供給される空気の量を抑制できる。またバルブを調整して、燃料電池スタックに供給される空気の量を調整できる。
According to the present invention, the valve can be provided on the upstream side (36) of the air flow from the centrifugal compressor in the air supply path (Claim 2).
In this case, the amount of air sucked from the outside through the air supply path is limited by a valve, so that the rotation speed of the electric motor whose rotative shaft is lifted by dynamic pressure is maintained and the air supplied to the fuel cell stack is maintained. The amount can be suppressed. The amount of air supplied to the fuel cell stack can be adjusted by adjusting the valve.
また本発明によれば空気供給路は、遠心圧縮機より空気の流れの下流側(37)において燃料電池スタックに達する主路(43)と前記主路から分岐してアキュムレータ(44)に達する分岐路(45)とを含み、バルブは前記分岐路に設けることができる(請求項3)。
この場合、遠心圧縮機で圧縮した空気の一部を、分岐路を通してアキュムレータに送ることで、主路を通して燃料電池スタックに供給される空気の量を抑制できる。またバルブを調整して、燃料電池スタックに供給される空気の量を調整できる。
Further, according to the present invention, the air supply path is divided into the main path (43) reaching the fuel cell stack on the downstream side (37) of the air flow from the centrifugal compressor, and the branch reaching from the main path to the accumulator (44). And a valve can be provided in the branch path (Claim 3).
In this case, the amount of air supplied to the fuel cell stack through the main path can be suppressed by sending a part of the air compressed by the centrifugal compressor to the accumulator through the branch path. The amount of air supplied to the fuel cell stack can be adjusted by adjusting the valve.
なおアキュムレータに送られた圧縮された空気は、任意の時点で燃料電池スタックに供給して使用できる。例えば燃料電池自動車の急加速時や高速走行時等の多量の空気を必要とする際に、前記空気を燃料電池スタックに供給することにより、電動モータの回転に余裕を持たせて消費電力を減少できる。 The compressed air sent to the accumulator can be supplied to the fuel cell stack at any time. For example, when a large amount of air is required, such as during rapid acceleration or high-speed driving of a fuel cell vehicle, supplying the air to the fuel cell stack reduces the power consumption by providing a margin for the rotation of the electric motor. it can.
以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図1は、本発明の燃料電池用空気供給装置が組み込まれる、例えば車載用の燃料電池装置の一例を示すブロック図である。
図1を参照して、この例の燃料電池装置1は、燃料電池スタック2と、前記燃料電池スタック2から供給される電力を制御する電力制御器3と、燃料電池スタック2に水素を供給する高圧水素タンク4および水素ポンプ5と、燃料電池スタック2に圧縮した空気を供給する燃料電池用空気供給装置6と、前記燃料電池用空気供給装置6で圧縮した空気を加湿する加湿器7と、燃料電池スタック2および電力制御器3を冷却する冷却器8とを備えている。
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an example of an on-vehicle fuel cell device in which the fuel cell air supply device of the present invention is incorporated.
Referring to FIG. 1, a
前記燃料電池装置1においては、高圧水素タンク4から水素ポンプ5を介して供給された水素と、外部から取り込んだ空気を燃料電池用空気供給装置6で圧縮され、加湿器7で加湿された空気とを燃料電池スタック2に供給する。そして燃料電池スタック2での水素と空気との電気化学反応によって、電力制御器3で制御された電力によって自動車を走行させる電動機9が駆動される。
In the
図2は、本発明の一実施形態にかかる燃料電池用空気供給装置6の概略断面図である。
図2を参照して、この例の燃料電池用空気供給装置6は、回転軸10、ロータ11およびステータ12を含む電動モータ13と、前記電動モータ13を内部に収容するハウジング14と、前記ハウジング14の一端(図において左端)に結合された遠心圧縮機15とを備えている。ハウジング14は、この実施形態では両端が閉じられた筒状をなしている。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the fuel cell
Referring to FIG. 2, the fuel cell
回転軸10は円柱状の軸本体16を有している。ロータ11は、内径が前記軸本体16の外径と一致する筒状をなし、前記軸本体16に外嵌されて、回転軸10と一体回転される。ステータ12は、外径がハウジング14の内径と一致する筒状をなし、前記ハウジング14に内嵌されて固定されている。
回転軸10の、軸本体16より遠心圧縮機15側には、アキシアル磁気軸受17を構成する磁気ディスク18が取り付けられる取付部19、および遠心圧縮機15のインペラ20が取り付けられる取付部21がこの順に設けられている。前記各部および軸本体16は回転軸10の中心軸線L1と同軸となるように一体形成されている。
The rotating
On the
取付部19は軸本体16より小径とされて、円盤状の磁気ディスク18の中心に設けられた通孔に嵌め合わされている。取付部21は前記取付部19より小径の円柱状とされて先端にインペラ20が固定されている。
また回転軸10の、前記軸本体16より遠心圧縮機15側と反対側(図において右側、以下「機端側」と記載することがある)には、アキシアル磁気軸受22を構成する磁気ディスク23が取り付けられる取付部24が設けられている。取付部24および軸本体16は回転軸10の中心軸線L1と同軸となるように一体形成されている。取付部24は軸本体16より小径とされて、円盤状の磁気ディスク23の中心に設けられた通孔に嵌め合わされている。
The
Further, on the side of the rotating
ハウジング14内の、ステータ12より遠心圧縮機15側には、磁気ディスク18と共にアキシアル磁気軸受17を構成する環状の電磁石25が設けられている。
電磁石25は、ハウジング14に内嵌された、軸本体16を囲む環状の筐体26内に電磁コイル27を埋設して構成されている。電磁石25は、磁気ディスク18より機端側に設けられており、磁気ディスク18は、前記電磁石25に遠心圧縮機15側から対向されている。
An
The
一方、ハウジング14内の、ステータ12より機端側には、磁気ディスク23と共にアキシアル磁気軸受22を構成する環状の電磁石28が設けられている。
電磁石28は、ハウジング14に内嵌された、軸本体16を囲む環状の筐体29内に電磁コイル30を埋設して構成されている。電磁石28は、磁気ディスク23より遠心圧縮機15側に設けられており、磁気ディスク23は、前記電磁石28に機端側から対向されている。
On the other hand, an
The
両電磁石25、28の磁気ディスク18、23に対向する面は、それぞれハウジング14の中心軸線L2に直交する平面とされている。また両磁気ディスク18、23の電磁石25、28に対向する面は、それぞれ回転軸10の中心軸線L1に直交する平面とされている。また両磁気ディスク18、23の前記両面間の間隔は、両電磁石25、28の、それぞれ磁気ディスク18、23に対向する両面間の間隔より一定のクリアランス分だけ大きめに設定されている。
The surfaces of the
そのため回転軸10の中心軸線L1とハウジング14の中心軸線L2とが一致した図2の状態において両電磁石25、28の電磁コイル27、30に通電して磁力を発生させることにより、回転軸10が、一対のアキシアル磁気軸受17、22により、軸方向に非接触の状態で支持される。
電磁石25、28の筐体26、29は、環の中心の通孔が、ラジアルフォイル軸受31、32の外径と一致する内径を有しており、前記通孔にラジアルフォイル軸受31、32が内嵌されて保持されている。
Therefore, when the central axis L1 of the
The
ラジアルフォイル軸受31、32はそれぞれ、回転軸10のうち軸本体16より大径に形成した通孔の内面に、ごく薄い金属箔等からなる1枚の、または2枚以上のフォイルセグメント33、34を取り付けて構成されている。また軸本体16は、外周面が、低速回転時にラジアルフォイル軸受31、32のフォイルセグメント33、34が摺接されると共に回転数が上昇した際に前記フォイルセグメント33、34との間に動圧を発生させる円筒面とされている。
Each of the
前記ラジアルフォイル軸受31、32によれば、回転軸10の回転数が所定値に達するまでは、前記フォイルセグメント33、34が回転軸10の軸本体16の外周面に直接に接触して前記回転軸10を径方向から支持することができる。また回転数が所定値以上に達した後は、前記軸本体16の外周面とフォイルセグメント33、34との間に発生する動圧によって、回転軸10をその全周に亘ってフォイルセグメント33、34の表面から浮上させて非接触の状態で支持することができる。
According to the
回転軸10の取付部24の機端側の端面は、前記回転軸10の中心軸線L1と直交する平面(センサターゲット面)とされている。また、ハウジング14の前記センサターゲット面と対向する位置には、磁気ディスク18、23と電磁石25、28との間の距離、すなわち回転軸10の軸方向の変位量を検知するための変位センサ42が設けられている。
変位センサ42によって検知された変位量は図示しない変位制御部に入力され、前記変位制御部はこれらの変位量をもとにして、磁気ディスク18、23と電磁石25、28との間の距離が一定となるように、電磁コイル27、30への通電量を制御する。
An end surface on the machine end side of the mounting
The displacement amount detected by the
遠心圧縮機15には、電動モータ13を回転させて前記遠心圧縮機15を動作させることによって、図中に実線の矢印で示すように外部から空気を吸入し、その空気を遠心圧縮機15で圧縮して燃料電池スタック2に供給する空気供給路35が接続されている。
前記空気供給路35は、実施形態では、遠心圧縮機15より空気の流れの上流部36と下流部37とを含み、前記上流部36の途中に、電動モータ38の駆動によって開閉制御されて空気供給路35を流れて燃料電池スタック2に供給される空気の量を調整するバルブ39を備えている。
The
In the embodiment, the
バルブ39は、前記開閉制御によって開量が増加されることで、空気供給路35を通して燃料電池スタック2に供給される空気の量を増加させ、開量が減少されることで、前記空気供給路35を通して燃料電池スタック2に供給される空気の量を減少させる働きをする。
燃料電池用空気供給装置6は制御部40を備えている。制御部40は、電動モータ13に入力する駆動電力の電圧値等を調整することで前記電動モータ13の回転数を制御して、遠心圧縮機15の動作により空気供給路35を通して燃料電池スタック2に供給される空気の量を調整する働きをする。
The opening amount of the
The fuel cell
また制御部40は、電動モータ38の駆動によりバルブ39の開量を制御して空気供給路35を流れる空気の量を調整することで、前記空気供給路35を通して燃料電池スタック2に供給される空気の量を調整するバルブ制御部41を備えている。
図3は、前記制御部40による電動モータ13およびバルブ39の制御の一例を示すフローチャートである。
Further, the control unit 40 controls the opening amount of the
FIG. 3 is a flowchart showing an example of control of the
図3を参照して、ステップS1において燃料電池用空気供給装置6の運転開始が選択されると制御部40は、ステップS2においてバルブ制御部41から電動モータ38に制御信号を入力してバルブ39を全開させると共に、ステップS3において電動モータ13に駆動電力を供給してその駆動を開始させる。
次に制御部40はステップS4において、電動モータ13の回転数の上昇により、回転軸10が、動圧によりラジアルフォイル軸受31、32のフォイルセグメント33、34の表面から浮上したか否かを判断する。回転軸10が浮上したか否か、例えば下記何れかの方法により判断することができる。
Referring to FIG. 3, when start of operation of fuel cell
Next, in step S4, the control unit 40 determines whether or not the
(1) 回転軸10の回転数を検知する回転数センサを設け、前記回転数センサで検知した回転数が、ラジアルフォイル軸受31、32の特性に基づいて設定される回転軸10が浮上する回転数に達したか否かを判断して、前記回転軸10が浮上したか否かを推測する。
(2) 回転軸10の径方向の変位量を検知する変位センサを設け、前記変位センサで検知した回転軸10の径方向の変位量から直接に、回転軸が浮上したか否かを判断する。
(1) A rotation speed sensor for detecting the rotation speed of the
(2) A displacement sensor for detecting the radial displacement amount of the
ステップS4において回転軸10が浮上したと判断すると制御部40は、ステップS5に進んで、従来同様に電動モータ13の回転数のみを制御する。すなわち制御部40は、空気供給路35を通して燃料電池スタック2に供給される空気の量が過剰である場合には電動モータ13の回転数を低下させ、不足である場合には電動モータ13の回転数を上昇させ、過剰でも不足でもない場合には電動モータ13の回転数を維持する制御をする。
If it is determined in step S4 that the
空気の量の過不足は、燃料電池スタック2において発生する電力量と、例えば燃料電池自動車の走行状況に応じて求められる電力量とを比較して判断したり、空気供給路35の、特に下流部37に量計を設けて、前記量計で検知した空気の量から直接に判断したりできる。
次いでステップS6において燃料電池用空気供給装置6の運転終了が選択されたか否かを判断し、運転終了が選択された場合はステップS7に進んで電動モータ13の駆動を停止し、燃料電池用空気供給装置6の運転を終了する。
Whether the amount of air is excessive or insufficient is determined by comparing the amount of electric power generated in the fuel cell stack 2 with the amount of electric power required in accordance with, for example, the traveling state of the fuel cell vehicle, The
Next, in step S6, it is determined whether or not the end of the operation of the fuel cell
一方、運転終了が選択されていない場合、制御部40はステップS4に戻り、前記ステップS4において回転軸10が浮上していないと判断するか、もしくはステップS6において運転終了が選択されるまでステップS4→S5→S6を繰り返す。
ステップS4において回転軸10が浮上していないと判断すると制御部40は、次にステップS8に進んで電動モータ13の回転数を上昇させる制御を行う。
On the other hand, when the operation end is not selected, the control unit 40 returns to step S4 and determines in step S4 that the rotating
If it is determined in step S4 that the
次にステップS9に進んで、空気供給路35を通して燃料電池スタック2に供給される空気の量が不足しているか否かを判断する。
そして空気の量が不足している判断すると制御部40はステップS6に進み、前記ステップS6において燃料電池用空気供給装置6の運転終了が選択されるか、またはステップS4において回転軸10が浮上したと判断するか、またはステップS9において空気の量が不足していないと判断するまでステップS4→S8→S9→S6を繰り返す。
Next, the process proceeds to step S9, where it is determined whether or not the amount of air supplied to the fuel cell stack 2 through the
If it is determined that the amount of air is insufficient, the control unit 40 proceeds to step S6, where the end of the operation of the fuel cell
これにより電動モータ13の回転数を上昇させて、できるだけ早期に回転軸10を浮上させることができる。回転軸10が浮上した後は先に説明した通常の回転数制御(ステップS4→S5→S6)に移行する。
またステップS9で空気の量が不足していないと判断すると制御部40は、ステップS10に進んで、バルブ制御部41によりバルブの開き量を減少させる制御をしたのちステップS6に進み、前記ステップS6において燃料電池用空気供給装置6の運転終了が選択されるか、またはステップS4において回転軸10が浮上したと判断するか、またはステップS9において空気の量が不足していると判断するまでステップS4→S8→S9→S10→S6を繰り返す。
Thereby, the rotation speed of the
If it is determined in step S9 that the amount of air is not insufficient, the control unit 40 proceeds to step S10, performs control to reduce the valve opening amount by the
これにより過剰の空気が供給されないように流量を抑制しながら電動モータ13の回転数を上昇させて、できるだけ早期に回転軸10を浮上させることができる。回転軸10が浮上した後は先に説明した通常の回転数制御(ステップS4→S5→S6)に移行する。
かかる制御を行うことにより、例えば燃料電池自動車の走行時に、ラジアルフォイル軸受31、32のフォイルセグメント33、34が回転軸10の軸本体16の外周面に直接に接触して前記回転軸10を径方向から支持した状態での回転(低速回転)が長く続くのを防止して、前記フォイルセグメント33、34が短期間で摩耗するのを抑制できる。したがって、前記ラジアルフォイル軸受31、32における回転軸10を浮上させるための特性を長期間に亘って良好に維持することが可能となる。
As a result, the rotational speed of the
By performing such control, for example, when the fuel cell vehicle is running, the
この発明の実施形態の説明は以上であるが、この発明は、前述の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。なお以下では、図1ないし図3に示した実施の形態と異なる点について主に説明し、同様の構成には同様の符号を付して説明を省略する。
図4は、本発明の燃料電池用空気供給装置6の変形例を示す概略断面図である。
Although the description of the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the contents of the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the claims. In the following description, differences from the embodiment shown in FIGS. 1 to 3 will be mainly described, and the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
FIG. 4 is a schematic sectional view showing a modification of the fuel cell
図4を参照して、この例の燃料電池用空気供給装置6において、空気供給路35のうち遠心圧縮機15より空気の流れの下流部37は、燃料電池スタック2に達する主路43と前記主路43から分岐してアキュムレータ44に達する分岐路45とを含んでおり、前記分岐路45の途中にバルブ39を備えている。
バルブ39は、開閉制御によって開量が増加されることで、分岐路45を通してアキュムレータ44に送られる空気の量を増加させて、主路43を通して燃料電池スタック2に供給される空気の量を減少させ、開量が減少されることで、前記アキュムレータ44に送られる空気の量を減少させて、主路43を通して燃料電池スタック2に供給される空気の量を増加させる働きをする。
Referring to FIG. 4, in the fuel cell
The opening amount of the
図5は、制御部40による電動モータ13およびバルブ39の制御の一例を示すフローチャートである。
図5を参照して、この例では制御部40は、ステップS2、S10におけるバルブ39の制御が異なる以外は図3の例と同様にして各部を制御する。
すなわちステップS2において制御部40は、バルブ制御部から電動モータ38に制御信号を入力してバルブ39を全閉させる制御をする。これにより遠心圧縮機15からアキュムレータ44に至る分岐路45は遮断されて、前記遠心圧縮機15は、主路43を経由して燃料電池スタック2のみと直結される。
FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of control of the
Referring to FIG. 5, in this example, control unit 40 controls each unit in the same manner as in the example of FIG. 3 except that control of
That is, in step S <b> 2, the control unit 40 controls the
そしてこの状態でステップS3において電動モータ13を駆動した後、ステップS4において回転軸10が浮上したと判断すると制御部40はステップS4→S5→S6を繰り返して通常の回転数制御を行う。
またステップS4において回転軸10が浮上していないと判断すると制御部40はステップS8に進んで電動モータ13の回転数を上昇させる制御をする。すなわちステップS4→S8→S9→S6を繰り返す。
In this state, after driving the
If it is determined in step S4 that the
これにより電動モータ13の回転数を上昇させて、できるだけ早期に回転軸10を浮上させることができる。回転軸10が浮上した後は通常の回転数制御(ステップS4→S5→S6)に移行する。
またステップS9において、空気供給路35を通して燃料電池スタック2に供給される空気の量が不足していないと判断すると制御部40は、ステップS10において、バルブ制御部41によりバルブ39の開量を増加させる制御を行なう。すなわちステップS4→S8→S9→S10→S6を繰り返す。
Thereby, the rotation speed of the
If it is determined in step S9 that the amount of air supplied to the fuel cell stack 2 through the
これにより過剰の空気が燃料電池スタック2に供給されないように空気の一部をアキュムレータ44に送りながら電動モータ13の回転数を上昇させて、できるだけ早期に回転軸10を浮上させることができる。回転軸10が浮上した後は通常の回転数制御(ステップS4→S5→S6)に移行する。
かかる制御を行うことにより、例えば燃料電池自動車の走行時に、ラジアルフォイル軸受31、32のフォイルセグメント33、34が回転軸10の軸本体16の外周面に直接に接触して前記回転軸10を径方向から支持した状態での回転(低速回転)が長く続くのを防止して、前記フォイルセグメント33、34が短期間で摩耗するのを抑制できる。したがって、前記ラジアルフォイル軸受31、32における回転軸10を浮上させるための特性を長期間に亘って良好に維持することが可能となる。
As a result, the rotational speed of the
By performing such control, for example, when the fuel cell vehicle is running, the
アキュムレータ44に送られ、蓄積された圧縮された空気は、任意の時点で燃料電池スタック2に供給して使用できる。例えば燃料電池自動車の急加速時や高速走行時等、多量の空気を必要とする際に、前記空気を燃料電池スタック2に供給するようにすると、電動モータ13の回転に余裕を持たせて消費電力を減少できる。
その他、本発明の燃料電池用空気供給装置は、車載用以外の用途に用いることができる。
The compressed air accumulated and accumulated in the
In addition, the fuel cell air supply device of the present invention can be used for purposes other than in-vehicle use.
6:燃料電池用空気供給装置、10:回転軸、11:ロータ、12:ステータ、13:電動モータ、15:遠心圧縮機、31、32:ラジアルフォイル軸受、35:空気供給路、36:上流部(上流側)、37:下流部(下流側)、39:バルブ、40:制御部、41:バルブ制御部、43:主路、44:アキュムレータ、45:分岐路。 6: Fuel cell air supply device, 10: Rotating shaft, 11: Rotor, 12: Stator, 13: Electric motor, 15: Centrifugal compressor, 31, 32: Radial foil bearing, 35: Air supply path, 36: Upstream Section (upstream side), 37: downstream section (downstream side), 39: valve, 40: control section, 41: valve control section, 43: main path, 44: accumulator, 45: branch path.
Claims (3)
前記電動モータの回転軸の一端に接続され、電動モータの回転によって動作される遠心圧縮機と、
前記回転軸を、電動モータの回転時に生じる動圧によって浮上させて支持する一対のラジアルフォイル軸受と、
前記遠心圧縮機の動作によって外部から空気を吸入し、その空気を遠心圧縮機で圧縮して燃料電池スタックに供給する空気供給路と、
電動モータの回転数を制御して燃料電池スタックに供給する空気の量を調整する制御部とを含み、
前記空気供給路は空気の量を調整するバルブを備え、
前記制御部は、ラジアルフォイル軸受において回転軸が動圧によって浮上する電動モータの回転数を維持しながら、バルブを制御して燃料電池スタックに供給する空気の量を調整するバルブ制御部を有することを特徴とする燃料電池用空気供給装置。 An electric motor including a rotating shaft, a rotor and a stator;
A centrifugal compressor connected to one end of a rotating shaft of the electric motor and operated by rotation of the electric motor;
A pair of radial foil bearings that support the rotating shaft by floating by a dynamic pressure generated when the electric motor rotates;
An air supply path for sucking air from the outside by the operation of the centrifugal compressor, compressing the air with the centrifugal compressor, and supplying the air to the fuel cell stack;
A controller that controls the number of air supplied to the fuel cell stack by controlling the number of revolutions of the electric motor,
The air supply path includes a valve for adjusting the amount of air;
The control unit includes a valve control unit that controls the valve to adjust the amount of air supplied to the fuel cell stack while maintaining the rotation speed of the electric motor in which the rotation shaft of the radial foil bearing floats due to dynamic pressure. An air supply device for a fuel cell.
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014001642A (en) * | 2012-06-15 | 2014-01-09 | Ihi Corp | Motor-driven compression device and air supply device for fuel cell |
JP2016126997A (en) * | 2014-12-31 | 2016-07-11 | 現代自動車株式会社Hyundai Motor Company | Fuel battery system structure and control method |
EP3081817A1 (en) * | 2015-04-13 | 2016-10-19 | Belenos Clean Power Holding AG | Machine comprising a compressor or a pump |
JP2019154176A (en) * | 2018-03-05 | 2019-09-12 | 本田技研工業株式会社 | Fuel cell vehicle |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003214380A (en) * | 2002-01-18 | 2003-07-30 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Centrifugal compressor and refrigerator |
JP2008175191A (en) * | 2007-01-22 | 2008-07-31 | Jtekt Corp | Centrifugal compressor device, compressor for fuel cell, and control method of the compressor for fuel cell |
-
2009
- 2009-01-20 JP JP2009009543A patent/JP2010168904A/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003214380A (en) * | 2002-01-18 | 2003-07-30 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Centrifugal compressor and refrigerator |
JP2008175191A (en) * | 2007-01-22 | 2008-07-31 | Jtekt Corp | Centrifugal compressor device, compressor for fuel cell, and control method of the compressor for fuel cell |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014001642A (en) * | 2012-06-15 | 2014-01-09 | Ihi Corp | Motor-driven compression device and air supply device for fuel cell |
JP2016126997A (en) * | 2014-12-31 | 2016-07-11 | 現代自動車株式会社Hyundai Motor Company | Fuel battery system structure and control method |
EP3081817A1 (en) * | 2015-04-13 | 2016-10-19 | Belenos Clean Power Holding AG | Machine comprising a compressor or a pump |
WO2016165906A1 (en) * | 2015-04-13 | 2016-10-20 | Belenos Clean Power Holding Ag | Machine equipped with an air compressor or water pump |
CN107454927A (en) * | 2015-04-13 | 2017-12-08 | 巴莱诺斯清洁能源控股公司 | Equipped with air compressor or the machine of water pump |
US10927844B2 (en) | 2015-04-13 | 2021-02-23 | Belenos Clean Power Holding Ag | Machine equipped with an air compressor or water pump |
JP2019154176A (en) * | 2018-03-05 | 2019-09-12 | 本田技研工業株式会社 | Fuel cell vehicle |
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