JP2015224569A - Generating set of automobile and automobile having the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively collect the pressure energy of natural gas or hydrogen gas, and to improve fuel economy or the like by utilizing the pressure energy for power generation.SOLUTION: A generating set of an automobile which uses natural gas or hydrogen gas as fuel comprises: a high-pressure tank for filling and storing a compressed gas; a scroll expander which pressure-reduces the compressed gas from the high-pressure tank and expands it; and a generator connected to the scroll expander which is driven by the compressed gas. Power generated by the generator is supplied to a battery of the automobile.

Description

本発明は、天然ガスを燃料とするガス燃料自動車及び水素ガスを燃料とする燃料電池自動車の高圧ガスの圧力エネルギを回収して発電に利用する発電装置及びこれを備えた自動車に関する。   The present invention relates to a power generation apparatus that recovers the pressure energy of high-pressure gas of a gas fuel vehicle using natural gas as a fuel and a fuel cell vehicle using hydrogen gas as a fuel, and uses the power energy for power generation, and a vehicle equipped with the same.

エンジンの燃料として圧縮天然ガスを使用する圧縮天然ガス自動車及び水素と導入した空気に含まれる酸素とを電気化学反応させて発電を行う燃料電池システムを搭載した燃料電池自動車が従来から知られている(非特許文献1、非特許文献2参照)。
これら圧縮天然ガス自動車(CNG自動車)及び燃料電池自動車(FCV)は、(1)大気汚染の原因となる二酸化炭素(CO2)排出量をガソリン車やディーゼル車より低減でき、地球温暖化防止に貢献し、(2)また、窒素酸化物(NOx)や黒煙等の粒子状物質(PM)といった大気汚染物質の排出量が極めて少なく大気環境改善にも貢献できること、(3)騒音が低減でき 車内の快適さはもちろん、都市全体の騒音対策にも効果がある。このため、我が国では実用性の高い石油代替エネルギ車として、既にトラック、バス、塵芥車、軽貨物車、バン等の広い用途で普及している。
Compressed natural gas vehicles that use compressed natural gas as engine fuel and fuel cell vehicles equipped with a fuel cell system that generates electricity by electrochemical reaction of hydrogen and oxygen contained in the introduced air have been known. (See Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2).
These compressed natural gas vehicles (CNG vehicles) and fuel cell vehicles (FCV) can (1) reduce carbon dioxide (CO2) emissions that cause air pollution compared to gasoline and diesel vehicles, contributing to the prevention of global warming. (2) In addition, emissions of air pollutants such as nitrogen oxides (NOx) and particulate matter (PM) such as black smoke are extremely small and can contribute to the improvement of the air environment. (3) Noise can be reduced. As well as comfort, it is also effective for noise control in the entire city. For this reason, in Japan, as a highly practical alternative energy oil vehicle, it is already widely used in trucks, buses, garbage trucks, light freight cars, vans and the like.

圧縮天然ガス自動車は天然ガスを気体のまま、高圧(20MPa)でガス容器(タンク)に充填する。圧縮天然ガス供給は、ガス容器から燃料配管を通って減圧弁を介してインジェクタに所定圧力(約50kPa〜325kPa)まで減圧され、エンジンに供給する(図3参照)。また、燃料電池自動車も航続距離を伸ばすため、超高圧タンクに水素を充填しておき、減圧弁を介して、所定圧力まで減圧され、燃料電池で発電し電動機(電気モータ)を回転させて走る(図4参照)。   A compressed natural gas automobile fills a gas container (tank) at a high pressure (20 MPa) while keeping natural gas in a gaseous state. In the compressed natural gas supply, the pressure is reduced to a predetermined pressure (about 50 kPa to 325 kPa) from the gas container through the fuel pipe through the pressure reducing valve and supplied to the engine (see FIG. 3). In order to extend the cruising range, fuel cell vehicles are also filled with hydrogen in an ultra-high pressure tank, depressurized to a predetermined pressure via a pressure reducing valve, generated by the fuel cell, and run by rotating an electric motor (electric motor). (See FIG. 4).

日本ガス協会ホームページ http://www.gas.or.jp/ngvj/text/ngv_parts.htmlJapan Gas Association website http://www.gas.or.jp/ngvj/text/ngv_parts.html 燃料電池自動車(FCV)のしくみ http://www.jari.or.jp/portals/0/jhfc/beginner/about_fcv/index.htmlStructure of Fuel Cell Vehicle (FCV) http://www.jari.or.jp/portals/0/jhfc/beginner/about_fcv/index.html

しかし、前述した従来技術の圧縮天然ガス自動車は、天然ガスを大気圧より高圧で供給するとエンジン吸気系で空気の吸入ができない、また燃料電池自動車でも燃料電池に供給する水素の圧力が高すぎると反応せず排出してしまう。このため圧縮天然ガスと水素も減圧弁により、所定の低圧ガスに減圧している。すなわち、ガス容器に高圧で貯蔵されている圧縮ガスの圧力を高圧から低圧へと減圧弁で単に減圧するだけの構成であるから、その圧力エネルギは熱エネルギとして無駄に捨てられ、圧縮ガスの大きい圧力エネルギが有効利用されなくて使用効率が良くない不都合がある。   However, the above-described conventional compressed natural gas vehicle cannot supply air through the engine intake system when natural gas is supplied at a pressure higher than atmospheric pressure, and the hydrogen pressure supplied to the fuel cell in a fuel cell vehicle is too high. It discharges without reacting. For this reason, the compressed natural gas and hydrogen are also decompressed to a predetermined low pressure gas by the pressure reducing valve. In other words, since the pressure of the compressed gas stored in the gas container is simply reduced from the high pressure to the low pressure by the pressure reducing valve, the pressure energy is wasted as heat energy and the compressed gas is large. There is an inconvenience that the pressure energy is not effectively used and the use efficiency is not good.

そこで、本発明は、その無駄に捨てられるエネルギを回収するため、減圧弁の代わりにスクロール膨張機を設置し、高圧の圧縮ガスを減圧する過程で、その圧力差により生じたエネルギを利用して高速回転させ、その回転力で発電機を駆動して自動車のバッテリに供給すると共に、燃費や航続距離等を向上することを目的とする。   Therefore, in the present invention, in order to recover the wasteful energy, a scroll expander is installed instead of the pressure reducing valve, and the energy generated by the pressure difference is used in the process of reducing the pressure of the high-pressure compressed gas. It aims at rotating at high speed, driving a generator with the rotational force to supply it to the battery of an automobile, and improving fuel consumption, cruising distance, and the like.

この目的を達成するため、本発明は、天然ガスまたは水素ガスの圧縮ガスを燃料として用いる自動車の発電装置において、前記圧縮ガスを充填して貯蔵する高圧タンクと、前記高圧タンクからの前記圧縮ガスを減圧し膨張させるスクロール膨張機と、前記圧縮ガスによって駆動される前記スクロール膨張機に連結された発電機を備え、前記発電機で発電された電力は自動車のバッテリに供給するように構成されていることを特徴とする。   In order to achieve this object, the present invention provides a power generation apparatus for an automobile that uses a compressed gas of natural gas or hydrogen gas as a fuel, a high-pressure tank that fills and stores the compressed gas, and the compressed gas from the high-pressure tank. A scroll expander that depressurizes and expands, and a generator coupled to the scroll expander driven by the compressed gas, and the power generated by the generator is configured to be supplied to a battery of an automobile. It is characterized by being.

本発明の請求項2に係る自動車にあっては、請求項1に記載の自動車の発電装置を備えていることを特徴とする。   An automobile according to claim 2 of the present invention includes the automobile power generator according to claim 1.

本発明は、その無駄に捨てられるエネルギを回収するため、減圧弁の代わりにスクロール膨張機を設置し、高圧の圧縮ガスを減圧する過程で、その圧力差により生じたエネルギを利用して高速回転させ、その回転力で発電機を駆動して自動車のバッテリに供給すると共に、燃費や航続距離等を向上することができる。   In the present invention, in order to recover the wasteful energy, a scroll expander is installed instead of the pressure reducing valve, and in the process of reducing the pressure of the high-pressure compressed gas, the energy generated by the pressure difference is used for high speed rotation. In addition, the generator can be driven by the rotational force and supplied to the battery of the automobile, and the fuel consumption, cruising distance, and the like can be improved.

本発明に係る第1の実施例の圧縮天然ガス自動車の要部を示す図である。It is a figure which shows the principal part of the compression natural gas vehicle of the 1st Example which concerns on this invention. 本発明に係る第2の実施例の燃料電池自動車の要部を示す図である。It is a figure which shows the principal part of the fuel cell vehicle of the 2nd Example which concerns on this invention. 従来例の圧縮天然ガス自動車の要部を示す図である。It is a figure which shows the principal part of the compression natural gas vehicle of a prior art example. 従来例の燃料電池自動車の要部を示す図である。It is a figure which shows the principal part of the fuel cell vehicle of a prior art example.

本発明は、圧縮天然ガス自動車及び燃料電池車の高圧ガス容器の出口に設置されている従来の減圧弁に代えてスクロール膨張機を設け、高圧ガス容器(高圧タンク)からの高圧ガスを減圧させ、さらに同時に電力として回収し利用することができる圧縮天然ガス自動車及び燃料電池車であり、本発明を実施するための最良の形態として、以下に実施例1、実施例2を説明する。   The present invention provides a scroll expander in place of a conventional pressure reducing valve installed at the outlet of a high pressure gas container of a compressed natural gas vehicle and a fuel cell vehicle, and decompresses the high pressure gas from the high pressure gas container (high pressure tank). In addition, a compressed natural gas vehicle and a fuel cell vehicle that can be recovered and used as electric power at the same time will be described below as the best mode for carrying out the present invention.

本発明の第一実施例では、圧縮天然ガス自動車の実施例を図1に基づいて説明する。図1において、圧縮天然ガス自動車は、圧縮天然ガスを充填して貯蔵する高圧タンク2と、高圧タンク2からの高圧な圧縮ガスを減圧し膨張させるスクロール膨張機3と、高圧タンク2からの高圧圧縮ガスによって駆動されるスクロール膨張機3に連結された発電機4を備え、発電機4で発電された電力は自動車のバッテリ5に供給するように構成されている。   In the first embodiment of the present invention, an embodiment of a compressed natural gas vehicle will be described with reference to FIG. In FIG. 1, a compressed natural gas vehicle includes a high-pressure tank 2 for filling and storing compressed natural gas, a scroll expander 3 for decompressing and expanding high-pressure compressed gas from the high-pressure tank 2, and a high-pressure from the high-pressure tank 2. A generator 4 connected to the scroll expander 3 driven by the compressed gas is provided, and the electric power generated by the generator 4 is supplied to the battery 5 of the automobile.

高圧タンク2は、車両後部に収容設置される容量の大きい複数個のガス容器で、航続距離を伸ばすため天然ガスを高圧20MPa(メガパスカル)で充填貯蔵している。通常、鋼製継目なし容器、アルミライナー製複合容器(アルミライナーを繊維強化プラスチックで補強した容器)及びプラスチックライナー製複合容器(通称:オールコンポジット容器)等を使用している。   The high-pressure tank 2 is a plurality of large-capacity gas containers accommodated and installed at the rear of the vehicle, and stores and stores natural gas at a high pressure of 20 MPa (megapascal) in order to extend the cruising range. Usually, a steel seamless container, an aluminum liner composite container (a container in which an aluminum liner is reinforced with fiber reinforced plastic), a plastic liner composite container (common name: all composite container), and the like are used.

そして、燃料を高圧タンク2(ガス容器)からエンジン1まで連通する燃料配管として、例えば、ステンレス鋼製や銅製(低圧部分の一部)等の細管2bで構成されている。   And as fuel piping which connects a fuel from the high pressure tank 2 (gas container) to the engine 1, it is comprised by the thin tubes 2b, such as stainless steel and copper (a part of low pressure part), for example.

スクロール膨張機3は作動流体を膨張させることで動力を得る容積形の流体機械である。その構造は、例えば、図示しない、インボリュート曲線で構成された固定スクロールと揺動スクロールの2つのスクロールが互いに噛み合うように配置されており、固定スクロール中心部の給気口から高圧の圧縮ガスである作動流体を吸入させると、流体の持つ圧力エネルギでスクロールの壁面が押され、膨張室は作動流体を膨張させながら外側に向かって移行することで容積を増大させる。この過程で、揺動スクロールは固定スクロールと一定の偏心距離を保ちながら旋回運動し、クロール膨張機3の回転軸と連結した発電機4の回転子を回転させる。このように、流体の持つエネルギから機械的動力を回収することができる。   The scroll expander 3 is a positive displacement fluid machine that obtains power by expanding a working fluid. The structure is, for example, arranged so that two scrolls of a fixed scroll and an oscillating scroll constituted by an involute curve, not shown, are engaged with each other, and are high-pressure compressed gas from an air supply port at the center of the fixed scroll. When the working fluid is sucked in, the wall surface of the scroll is pushed by the pressure energy of the fluid, and the expansion chamber moves outward while expanding the working fluid, thereby increasing the volume. In this process, the orbiting scroll orbits while maintaining a fixed eccentric distance with the fixed scroll, and rotates the rotor of the generator 4 connected to the rotation shaft of the crawl expander 3. Thus, mechanical power can be recovered from the energy of the fluid.

圧縮天然ガス自動車は各種の安全装置を装着して、安全性の確保には十二分の配慮をしている。例えば、ガス容器元弁2aに内蔵された過流防止弁と容器安全(図示してない)弁、主止弁7、燃料遮断弁8及び逆止弁(図示してない)等がある。   Compressed natural gas vehicles are equipped with a variety of safety devices to ensure safety. For example, there are an overflow prevention valve and a container safety (not shown) valve, a main stop valve 7, a fuel cutoff valve 8, a check valve (not shown), etc., incorporated in the gas container main valve 2a.

図示しない過流防止弁は、ガス容器元弁2aに組み込まれた弁で、燃料配管等の折損時にガス容器からの多量のガス流出を防止する装置である。   An unshown overflow prevention valve is a valve incorporated in the gas container main valve 2a, and is a device that prevents a large amount of gas from flowing out of the gas container when the fuel pipe or the like is broken.

図示しない安全弁は、ガス容器元弁2aに組み込まれた弁で、火災等によりガス容器の温度・圧力が上昇した場合、可溶栓(一定温度以上になると溶ける合金でできた栓)が溶けてガス容器2からガスを安全に放出する装置である。   The safety valve (not shown) is a valve built into the gas container main valve 2a. If the temperature or pressure of the gas container rises due to a fire or the like, the fusible plug (the plug made of an alloy that melts when the temperature exceeds a certain temperature) melts. It is a device that safely discharges gas from the gas container 2.

主止弁7は、高圧配管上のガス容器元弁2aの近くに設置されており、スクロール膨張機3より下流の圧力の変動に応じて燃料圧力の異常(故障)を判定し、出力異常の緊急時には、コイル7aの非通電により閉弁してエンジン1への燃料供給を自動的に遮断する。   The main stop valve 7 is installed near the gas container main valve 2a on the high-pressure pipe, and determines an abnormality (failure) in the fuel pressure according to a change in pressure downstream from the scroll expander 3, and an output abnormality is detected. In an emergency, the valve is closed by de-energization of the coil 7a and the fuel supply to the engine 1 is automatically shut off.

燃料遮断弁8は、高圧配管上のスクロール膨張機3の近くに設置されており、エンジン停止時にエンジン1への燃料供給を遮断する。   The fuel cutoff valve 8 is installed near the scroll expander 3 on the high-pressure pipe, and shuts off the fuel supply to the engine 1 when the engine is stopped.

このガス容器2からの燃料配管2bは、車両前方に延びて圧力センサを介して運転席の圧力計6に連通し、燃料遮断弁8に連通する。燃料遮断弁8は、エンジン停止時は、コイル8aの非通電により閉弁して圧縮天然ガスを遮断し、コイル8aの通電により開弁して天然圧縮ガスを供給する。   The fuel pipe 2b from the gas container 2 extends forward of the vehicle, communicates with the pressure gauge 6 in the driver's seat via a pressure sensor, and communicates with the fuel cutoff valve 8. When the engine is stopped, the fuel cutoff valve 8 is closed when the coil 8a is not energized to shut off the compressed natural gas, and is opened when the coil 8a is energized to supply the natural compressed gas.

エンジン1への燃料は、エンジン負荷に応じ空気と天然ガスをインジェクタ1aで混合してエンジン1に供給される。ただ、天然圧縮ガス自動車にとって、天然ガスを大気圧より高圧で供給すると、エンジン吸気系で空気の吸入ができなくなる。このためガス容器2に充填貯蔵される20MPaの高圧の圧縮天然ガスを、例えば約0.5MPa〜3.25MPa(本実施例では0.4MPa)に減圧し、この大きい圧力差により生じたエネルギを利用して、気体の膨脹で回転駆動するスクロール膨張機3を使用すると、圧力エネルギを効率良く回収できることができる。   The fuel for the engine 1 is supplied to the engine 1 by mixing air and natural gas by the injector 1a according to the engine load. However, for natural compressed gas vehicles, if natural gas is supplied at a pressure higher than atmospheric pressure, it will not be possible to inhale air in the engine intake system. For this reason, the high-pressure compressed natural gas of 20 MPa that is filled and stored in the gas container 2 is reduced to, for example, about 0.5 MPa to 3.25 MPa (0.4 MPa in this embodiment), and the energy generated by this large pressure difference is reduced. Utilizing the scroll expander 3 that is rotationally driven by gas expansion, the pressure energy can be recovered efficiently.

スクロール膨張機3は、高圧の圧縮天然ガスをスクロール回転子の中心から注入し、渦巻形状の回転子と壁を組み合わせることで狭い空間を作り、その中に高圧の圧縮天然ガスを閉じ込め、その圧力によって、閉じ込められる空間を外側に向かって膨張させていくことで円運動を行う。この回転を利用してスクロール膨張機3の回転軸と連結した発電機回転子を回すことができ、圧縮天然ガスの圧力膨張で回転駆動すると共に、20MPaの高圧の圧縮天然ガスを0.4MPa の低圧ガスに減圧するように設ける。   The scroll expander 3 injects high-pressure compressed natural gas from the center of the scroll rotor, creates a narrow space by combining the spiral rotor and the wall, confines the high-pressure compressed natural gas, and The circular motion is performed by expanding the confined space outward. Using this rotation, the generator rotor connected to the rotary shaft of the scroll expander 3 can be rotated and driven to rotate by the pressure expansion of the compressed natural gas. It is provided so that the pressure is reduced to low pressure gas.

スクロール膨張機3で発電される発電電力は、バッテリ5の充電の他に、ヘッドライト等の各種照明装置、保安装置、エアコン等電気負荷の作動に利用することができ、その結果、燃費等を向上させることができる。   The generated power generated by the scroll expander 3 can be used not only for charging the battery 5 but also for the operation of various lighting devices such as headlights, safety devices, air conditioners, etc. Can be improved.

次に、本実施例の動作について説明する。先ず、ガス容器2の容器元弁2aを開くと、高圧タンクのガス容器2に貯蔵される高圧の圧縮天然ガスが、燃料配管2bに導入される。この圧縮天然ガスは主止弁7を通り圧力センサ6aを介して運転席の圧力計6にガス充填状態が表示する。   Next, the operation of this embodiment will be described. First, when the container main valve 2a of the gas container 2 is opened, the high-pressure compressed natural gas stored in the gas container 2 of the high-pressure tank is introduced into the fuel pipe 2b. The compressed natural gas passes through the main stop valve 7 and the gas filling state is displayed on the pressure gauge 6 in the driver's seat via the pressure sensor 6a.

次に、燃料遮断弁8はエンジン停止時には、コイル8aが非通電して閉弁し、圧縮天然ガスが遮断される。エンジン開始時には、燃料遮断弁8のコイル8aに通電して、その電磁力で開弁する。そして、約20MPaの高圧の圧縮天然ガスは、スクロール膨張機3の中心部に注入することになる。   Next, when the engine is stopped, the coil 8a is deenergized to close the fuel cutoff valve 8, and the compressed natural gas is shut off. At the start of the engine, the coil 8a of the fuel cutoff valve 8 is energized and opened by its electromagnetic force. Then, high-pressure compressed natural gas of about 20 MPa is injected into the center of the scroll expander 3.

中心部に注入した圧縮天然ガスは、2つのスクロール(渦巻き状)で構成される空間において、先ず20MPa の圧縮天然ガスの気体が外側に向けて除々に0.4MPa の低圧に膨張して通過し、この膨張による回転力(例えば、回転数3000rpm)がスクロール膨張機3の軸に取り付けられた発電機4に伝えられて発電する。すなわち、スクロール膨張機3の入口に高圧の圧縮天然ガスが注入されると、出口との間に差圧が生じ、その差圧によりスクロールが膨張室を大きくする。
これにより、圧縮天然ガスが通常に減圧する過程でそれ自体が所有する大きい圧力エネルギが、スクロール膨張機3の動力として効率良く回収することができる。また、スクロール膨張機3は非常に静音性が高いことに特徴があり、自動車にとっては最適といえる。
The compressed natural gas injected into the central portion first passes through a space composed of two scrolls (spirals), with the compressed natural gas of 20 MPa gradually expanding outward to a low pressure of 0.4 MPa. Rotational force (for example, rotation speed 3000 rpm) due to the expansion is transmitted to the generator 4 attached to the shaft of the scroll expander 3 to generate electric power. That is, when high-pressure compressed natural gas is injected into the inlet of the scroll expander 3, a differential pressure is generated between the outlet and the outlet, and the scroll enlarges the expansion chamber by the differential pressure.
As a result, large pressure energy possessed by the compressed natural gas in the normal decompression process can be efficiently recovered as the power of the scroll expander 3. In addition, the scroll expander 3 is characterized by extremely high silence, and can be said to be optimal for an automobile.

スクロール膨張機3により減圧した低圧ガスは、インジェクタ1aにより流量制御して空気と良好に混合し、エンジン1に供給され運転開始する。このエンジン運転時には、スクロール膨張機3の回転子と連結した発電機4が駆動するため、発電機4の発電電力がバッテリ5に充電される。また発電電力が、自動車の照明装置に供給して点灯させ、電気負荷の大きいエアコンにも供給することができる。その結果、エンジン負荷が軽減して燃費等が改善できる。
なお、エンジン運転時のスクロール膨張機3による減圧状態を圧力センサ7が検知しており、緊急時には主止弁7を閉じて、インジェクタ1aへの燃料供給を自動的に遮断することにしている。
The low-pressure gas decompressed by the scroll expander 3 is flow-controlled by the injector 1a and mixed well with air, and is supplied to the engine 1 to start operation. During the engine operation, the generator 4 connected to the rotor of the scroll expander 3 is driven, so that the power generated by the generator 4 is charged in the battery 5. In addition, the generated power can be supplied to a lighting device of an automobile so as to be lit and supplied to an air conditioner having a large electric load. As a result, the engine load is reduced and the fuel consumption can be improved.
Note that the pressure sensor 7 detects the reduced pressure state by the scroll expander 3 during engine operation, and the main stop valve 7 is closed in an emergency to automatically cut off the fuel supply to the injector 1a.

また、スクロール膨張機3において、減圧された燃料ガスの供給圧を調整することにより、空燃比を調整することができる。すなわち、自動車の運転状況に応じて、スクロール膨張機3の回転数を変化させ、スクロール膨張機3の入口と出口と差圧を大小変化するように制御することで、空気と燃料ガスの混合組成を変動させ、エンジン1に供給する燃料ガスを最適に供給制御できる。   In the scroll expander 3, the air-fuel ratio can be adjusted by adjusting the supply pressure of the decompressed fuel gas. That is, the mixing composition of air and fuel gas is controlled by changing the rotational speed of the scroll expander 3 and changing the pressure difference between the inlet and outlet of the scroll expander 3 according to the driving condition of the automobile. The fuel gas supplied to the engine 1 can be optimally supplied and controlled.

次に、本発明の第2実施例では、図2を用いて説明する。本発明による燃料電池自動車は、燃料電池から水素又は改質水素を燃料とし、空気中の酸素を反応させて発電して電動機を駆動する車両である。その構成は、圧縮水素を充填して貯蔵する水素貯蔵器である高圧タンク20と、高圧タンク20からの高圧な圧縮水素を減圧し膨張させるスクロール膨張機30と、高圧タンク20からの圧縮水素によって駆動されるスクロール膨張機30に連結された発電機40を備え、発電機40で発電された電力は自動車のバッテリ50に供給するように構成されている。   Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The fuel cell vehicle according to the present invention is a vehicle that uses hydrogen or reformed hydrogen as fuel from the fuel cell and reacts with oxygen in the air to generate electricity and drive the electric motor. The configuration includes a high-pressure tank 20 that is a hydrogen reservoir that fills and stores compressed hydrogen, a scroll expander 30 that decompresses and expands high-pressure compressed hydrogen from the high-pressure tank 20, and compressed hydrogen from the high-pressure tank 20. A generator 40 connected to the driven scroll expander 30 is provided, and the electric power generated by the generator 40 is configured to be supplied to the battery 50 of the automobile.

燃料電池自動車では、第1実施例のようなインジェクタを備えたエンジンはなく、燃料電池60及び電動機(発電機)70を備えている点で異なる。また、第1実施例と重複する説明は省略する。   The fuel cell vehicle is different from the first embodiment in that there is no engine provided with an injector, and a fuel cell 60 and an electric motor (generator) 70 are provided. Further, the description overlapping with the first embodiment is omitted.

水素貯蔵器20は、10ないし150気圧程度の圧力をもって水素を貯蔵することができる高圧タンクのボンベで、例えば水素吸蔵合金やカーボナノチューブ、カーボナノファイバ、グラファイトナノファイバなどの炭素系材料が用いられる。   The hydrogen storage 20 is a cylinder of a high-pressure tank capable of storing hydrogen at a pressure of about 10 to 150 atm. For example, a carbon-based material such as a hydrogen storage alloy, carbon nanotube, carbon nanofiber, or graphite nanofiber is used. .

そして、水素貯蔵器20の図示しない閉弁を開放することによって高圧水素をスクロール膨張機30に注入してその駆動を行わせ、そのスクロール膨張機30にて高圧水素を一定圧力に減圧させたうえで、その流量調整された水素を燃料電池60または発電機40に供給している。   Then, by opening a valve (not shown) of the hydrogen reservoir 20, high pressure hydrogen is injected into the scroll expander 30 to drive it, and the high pressure hydrogen is reduced to a constant pressure by the scroll expander 30. Thus, the hydrogen whose flow rate has been adjusted is supplied to the fuel cell 60 or the generator 40.

燃料電池60は、機能は既存の蓄電池と似ているが充電の代わりに水素を補給する。例えば、固体高分子型、ダイレクトメタノール型、リン酸型、炭酸溶融塩型、固体酸化物型、再生型等、異なる種類の燃料電池がある。   The fuel cell 60 is similar in function to an existing storage battery, but replenishes hydrogen instead of charging. For example, there are different types of fuel cells such as a solid polymer type, a direct methanol type, a phosphoric acid type, a carbonated molten salt type, a solid oxide type, and a regeneration type.

発電機40は、第1実施例のようなスクロール膨張機30の回転動力で発電するように連結する構成でも、スクロール膨張機30から供給された水素を燃料として駆動し、その動力により発電する水素エンジン発電機であっても構わない。   Even when the generator 40 is connected to generate power with the rotational power of the scroll expander 30 as in the first embodiment, the hydrogen supplied from the scroll expander 30 is driven as fuel and hydrogen is generated by the power. It may be an engine generator.

また、燃料電池60から得られる電気エネルギを用いてモータ走行を行うための電動機(発電機)70が備えられている。そして、加速時には、燃料電池60及びバッテリ50から電力を供給し、動力性能を向上させ、走行時には、燃料電池60とバッテリ50から電力配分を最適化し、自動車のエネルギ効率を向上させる。また減速時には、電動機70は発電機70として機能して、制動エネルギを自動車の車体の運動エネルギを電気エネルギへと変換する回生を行い、バッテリ50に備え、自動車のエネルギ効率を向上させる。   In addition, an electric motor (generator) 70 for performing motor running using electric energy obtained from the fuel cell 60 is provided. Then, during acceleration, power is supplied from the fuel cell 60 and the battery 50 to improve power performance, and during traveling, power distribution is optimized from the fuel cell 60 and the battery 50 to improve the energy efficiency of the automobile. Further, at the time of deceleration, the electric motor 70 functions as the generator 70, performs regeneration to convert braking energy into kinetic energy of the vehicle body of the automobile into electric energy, and is provided in the battery 50 to improve the energy efficiency of the automobile.

バッテリ50としては、例えば蓄電効率の良い超伝導バッテリが用いられる。   As the battery 50, for example, a superconducting battery with good power storage efficiency is used.

以上に説明したように、第1実施例の圧縮天然ガス燃料自動車では、高圧の圧縮天然ガスを減圧する過程で、その圧力エネルギを動力として回収するスクロール膨張機を設ける構成であるため、圧縮天然ガスが所有している大きい圧力エネルギを有効利用できる。またスクロール膨張機3により気体の圧力エネルギを動力として効率良く回収することもできる。減圧弁の代わりに、ガス配管中にスクロール膨張機3を介設するだけであるから、構造も簡単である。   As described above, the compressed natural gas fueled vehicle of the first embodiment is provided with the scroll expander that recovers the pressure energy as power in the process of decompressing the high-pressure compressed natural gas. The large pressure energy possessed by the gas can be used effectively. Further, the scroll expander 3 can efficiently recover gas pressure energy as power. Since the scroll expander 3 is merely provided in the gas pipe instead of the pressure reducing valve, the structure is simple.

また、自動車の電気負荷を作動する電源装置にも、スクロール膨張機軸の回転動力で発電するように連結する発電機4の構成であるため、回収した動力を発電に有効利用できる。その結果、エンジン負荷が軽減して燃費等を向上できる。   In addition, since the power generator that operates the electric load of the automobile has the configuration of the generator 4 that is connected so as to generate power with the rotational power of the scroll expander shaft, the recovered power can be effectively used for power generation. As a result, the engine load can be reduced and fuel consumption can be improved.

第2実施例の燃料電池自動車では、水素貯蔵器20から供給される高圧水素によって、まずスクロール膨張機30を駆動して発電を行わせる共に、そのスクロール膨張機30で高圧水素を減圧したうえで、その減圧された水素を燃料電池60供給することができる。または水素エンジン発電機に供給して発電を行わせて、バッテリに蓄電させることもでき、水素貯蔵器20から供給される水素をいずれにおいても、有効利用して発電効率を向上することができる。   In the fuel cell vehicle of the second embodiment, the scroll expander 30 is first driven by the high pressure hydrogen supplied from the hydrogen reservoir 20 to generate power, and the high pressure hydrogen is reduced by the scroll expander 30. The decompressed hydrogen can be supplied to the fuel cell 60. Alternatively, it can be supplied to a hydrogen engine generator for power generation and stored in a battery, and any of the hydrogen supplied from the hydrogen reservoir 20 can be effectively used to improve power generation efficiency.

1 エンジン
2 高圧タンク(ガス容器)
3,30 スクロール膨張機
4,40 発電機
5,50 バッテリ
20 高圧タンク(水素貯蔵器)
60 燃料電池
70 電動機(発電機)
1 Engine 2 High-pressure tank (gas container)
3,30 Scroll expander 4,40 Generator 5,50 Battery 20 High pressure tank (hydrogen storage)
60 Fuel cell 70 Electric motor (generator)

Claims (2)

天然ガスまたは水素ガスの圧縮ガスを燃料として用いる自動車の発電装置において、
前記圧縮ガスを充填して貯蔵する高圧タンクと、
前記高圧タンクからの前記圧縮ガスを減圧し膨張させるスクロール膨張機と、
前記圧縮ガスによって駆動される前記スクロール膨張機に連結された発電機を備え、
前記発電機で発電された電力は自動車のバッテリに供給するように構成されていることを特徴とする自動車の発電装置。
In an automobile power generator using a compressed gas of natural gas or hydrogen gas as fuel,
A high-pressure tank for filling and storing the compressed gas;
A scroll expander that decompresses and expands the compressed gas from the high-pressure tank;
A generator coupled to the scroll expander driven by the compressed gas;
A power generator for an automobile, wherein the electric power generated by the generator is supplied to a battery of the automobile.
請求項1に記載の前記自動車の発電装置を備えていることを特徴とする自動車。
An automobile comprising the power generator of the automobile according to claim 1.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017133693A (en) * 2016-01-27 2017-08-03 株式会社旭製作所 Seamless vessel, its manufacturing method, composite vessel and its manufacturing method
TWI709278B (en) * 2019-08-20 2020-11-01 元智大學 A gas pressure reducing device, a fuel cell system and an electric vehicle

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017133693A (en) * 2016-01-27 2017-08-03 株式会社旭製作所 Seamless vessel, its manufacturing method, composite vessel and its manufacturing method
TWI709278B (en) * 2019-08-20 2020-11-01 元智大學 A gas pressure reducing device, a fuel cell system and an electric vehicle

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