JP2017027834A - Fuel cell gas supply system and fuel cell system - Google Patents
Fuel cell gas supply system and fuel cell system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017027834A JP2017027834A JP2015146627A JP2015146627A JP2017027834A JP 2017027834 A JP2017027834 A JP 2017027834A JP 2015146627 A JP2015146627 A JP 2015146627A JP 2015146627 A JP2015146627 A JP 2015146627A JP 2017027834 A JP2017027834 A JP 2017027834A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hydrogen pump
- fuel cell
- planetary gear
- supply system
- gas supply
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Structure Of Transmissions (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Arrangement Or Mounting Of Propulsion Units For Vehicles (AREA)
- Retarders (AREA)
Abstract
Description
本発明は、燃料電池ガス供給システム及び燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell gas supply system and a fuel cell system.
従来、水素を含有するアノードガス（水素ガス）を燃料電池に送出する水素ポンプと、空気（カソードガス）を燃料電池に送出するエアコンプレッサと、を備えた燃料電池ガス供給システムが知られている。このような燃料電池ガス供給システムでは、水素ポンプの小型化を図る等の理由により、単一の駆動モータを用いて、上記水素ポンプ及びエアコンプレッサの双方を駆動することが知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a fuel cell gas supply system including a hydrogen pump that sends an anode gas (hydrogen gas) containing hydrogen to a fuel cell and an air compressor that sends air (cathode gas) to the fuel cell is known. . In such a fuel cell gas supply system, it is known to drive both the hydrogen pump and the air compressor by using a single drive motor for reasons such as downsizing the hydrogen pump.
上記燃料電池ガス供給システムにおける水素ポンプは、一般的に燃料電池の下流に位置している。したがって、燃料電池システムの運転中には、常時、燃料電池から排出される生成水が水素ポンプ内に浸入する。そのため、氷点下環境における燃料電池システム停止中では水素ポンプ内に浸入した生成水が凍結し、当該氷点下環境における燃料電池システムの再起動が難しくなる。 The hydrogen pump in the fuel cell gas supply system is generally located downstream of the fuel cell. Therefore, during operation of the fuel cell system, the produced water discharged from the fuel cell always enters the hydrogen pump. For this reason, while the fuel cell system is stopped in a sub-freezing environment, the generated water that has entered the hydrogen pump freezes, making it difficult to restart the fuel cell system in the sub-freezing environment.
このような問題に対して、特許文献１には、駆動モータの駆動軸を水素ポンプに対して係脱可能な動力伝達部を有する燃料電池システムにおいて、水素ポンプ、エアポンプ、及び動力伝達部を連結して一体的に構成することで、エアポンプで発生する熱を水素ポンプに伝熱し、凍結した水素ポンプの起動性能を向上することが記載されている。
In order to solve such a problem,
しかしながら、上記特許文献１における燃料電池システムでは、エアポンプから水素ポンプへの伝熱が、これらを収容するハウジング等を介して行われるため、熱損失が大きく、水素ポンプの凍結箇所への十分な伝熱性能が得られず、凍結が十分に解消されないという問題があった。
However, in the fuel cell system in
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、水素ポンプの凍結を効率的に解消できる燃料電池ガス供給システム及び燃料電池システムを提供することにある。 This invention is made | formed in view of such a situation, The objective is to provide the fuel cell gas supply system and fuel cell system which can eliminate the freezing of a hydrogen pump efficiently.
本発明のある態様による燃料電池ガス供給システムは、水素ポンプと、エアコンプレッサと、該水素ポンプ及びエアコンプレッサを駆動する駆動装置と、を備える。そして、駆動装置は、水素ポンプとエアコンプレッサを駆動する駆動モータと、駆動モータの出力軸からの動力を前記水素ポンプと前記エアコンプレッサへ出力する差動用遊星歯車機構と、駆動モータの出力軸に係合され、駆動モータの一方の回転方向の動力のみを増速方向で差動用遊星歯車機構へ入力させる一方向回転伝達部と、駆動モータの出力軸に係合され、駆動モータの他方の回転方向の動力のみを、減速方向で前記差動用遊星歯車機構へ入力させる他方向回転伝達部と、を有する。そして、駆動装置は、水素ポンプの凍結時に、駆動モータを他方の回転方向に回転させる。 A fuel cell gas supply system according to an aspect of the present invention includes a hydrogen pump, an air compressor, and a drive device that drives the hydrogen pump and the air compressor. The drive device includes a drive motor that drives the hydrogen pump and the air compressor, a differential planetary gear mechanism that outputs power from an output shaft of the drive motor to the hydrogen pump and the air compressor, and an output shaft of the drive motor. A one-way rotation transmission unit that inputs only the power in one rotational direction of the drive motor to the differential planetary gear mechanism in the speed increasing direction, and the other end of the drive motor that is engaged with the output shaft of the drive motor. The other-direction rotation transmission unit that inputs only the power in the rotational direction to the differential planetary gear mechanism in the deceleration direction. The drive device rotates the drive motor in the other rotation direction when the hydrogen pump is frozen.
上記燃料電池ガス供給システムによれば、水素ポンプの凍結時には、駆動モータの出力軸からの動力が、他方向回転伝達部を介して減速方向で差動用遊星歯車機構へ入力されることとなるので、駆動モータの動力におけるトルクを増大させた状態で水素ポンプに伝達させることができる。したがって、水素ポンプ内が凍結している場合であっても、上述の増大したトルクを利用して当該凍結を粉砕し凍結による固着状態を解消することができる。 According to the fuel cell gas supply system, when the hydrogen pump is frozen, power from the output shaft of the drive motor is input to the differential planetary gear mechanism in the deceleration direction via the other-direction rotation transmission unit. Therefore, the torque in the power of the drive motor can be transmitted to the hydrogen pump in an increased state. Therefore, even when the inside of the hydrogen pump is frozen, the frozen state can be crushed by using the increased torque described above to eliminate the fixed state due to freezing.
以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による車両用の燃料電池システム１００の構成を説明する図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of a vehicle
図示のように、燃料電池システム１００は、燃料電池１０と、水素供給源１２と、燃料電池ガス供給システム１と、コントローラ２２と、を有している。
As illustrated, the
燃料電池１０は、例えば複数の燃料電池セルを積層してなる燃料電池スタックとして構成される。燃料電池１０は、アノードガス（水素ガス）及びカソードガス（空気）の供給を受けて、車両の走行に必要な電力を発電する。この発電電力は、燃料電池システム１００を始動状態で作動する図示しない各種の補機や車輪駆動用モータで使用される。
The
水素供給源１２は、燃料電池１０にアノードガスを供給する供給源であり、アノードガスを高圧状態に保って貯蔵するガス貯蔵容器として構成される。アノードガスは、アノードガス供給通路３０に設けられた図示しないアノードガス調圧弁により水素供給源１２から燃料電池１０への供給量が調整される。
The
また、アノードガス供給通路３０には、エゼクタ３１が配置されている。エゼクタ３１は、水素供給源１２から供給されるアノードガスを該エゼクタ３１内の図示しない絞り部により高速化して、循環アノードガス供給流路３４を流れるアノードガスに巻き込み力を作用させる。
An
燃料電池ガス供給システム１は、水素ポンプ１４と、エアコンプレッサ１６と、駆動装置１８と、を有している。
The fuel cell
水素ポンプ１４は、燃料電池１０において消費されずに排出されたアノードオフガスをアノードオフガス循環通路３２を介して取り込み、循環アノードガス供給流路３４を介してアノードガス供給通路３０に供給する。すなわち、水素ポンプ１４はアノードガスを燃料電池１０に対して循環させる。
The
エアコンプレッサ１６は、外気を吸入し、カソードガス供給通路３６を介して燃料電池１０に空気を圧送する。なお、カソードガス供給通路３６には、必要により、エアコンプレッサ１６から排出される空気中の異物をトラップするガスフィルタ、及びカソードガスを冷却するガスクーラ等が設けられる。
The
駆動装置１８は、水素ポンプ１４及びエアコンプレッサ１６に伝達する駆動力を配分する装置である。駆動装置１８の構成の詳細については後述する。
The
また、駆動装置１８と水素ポンプ１４の間には、水素ポンプ側クラッチ２１が設けられている。さらに、駆動装置１８とエアコンプレッサ１６の間には、コンプレッサ側クラッチ２３が設けられている。これにより、水素ポンプ側クラッチ２１及びコンプレッサ側クラッチ２３をそれぞれ締結・遮断することにより、駆動装置１８から水素ポンプ１４及びエアコンプレッサ１６への動力の伝達・非伝達を切り替えることができる。
A hydrogen
コントローラ２２は、燃料電池システム１００における各種制御を行う。特に、本実施形態においては、コントローラ２２は、水素ポンプ側クラッチ２１及びコンプレッサ側クラッチ２３の締結・遮断、及び後述するコンプレッサ入力軸ブレーキ４３、サーボブレーキ機構７２、及び水素ポンプ入力軸ブレーキ８２の制動に係る制御を行う。なお、コントローラ２２は、例えばＩ／Ｏポート等の入出力手段、ＭＰＵ等の演算・制御手段、及びメモリ等の記憶手段を有するマイクロコンピュータで構成される。
The
図２は、燃料電池ガス供給システム１の構成を説明する図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the fuel cell
図示のように、燃料電池ガス供給システム１の駆動装置１８は、主として、駆動モータ４０と、この駆動モータ４０に接続された変速用遊星歯車機構４２と、変速用遊星歯車機構４２に接続された差動用遊星歯車機構４４と、を有する。そして、駆動装置１８において、コンプレッサ１６の入力軸であるコンプレッサ入力軸４１が、駆動モータ４０、変速用遊星歯車機構４２、及び差動用遊星歯車機構４４の中央部を貫くように伸長している。また、駆動装置１８のコンプレッサ１６寄り位置には、コンプレッサ入力軸４１の回転速度を減速させる湿式多板ブレーキ等で構成されたコンプレッサ入力軸ブレーキ４３が配置されている。
As shown in the figure, the
駆動モータ４０は、図示しない巻線が巻回された円筒状のステータ４５と、円筒状のステータ４５の中央に配されるロータとしてのモータ出力軸４６と、を有している。この駆動モータ４０は、コントローラ２２からの指令に基づいてインバータ４９により回転数及び回転方向の制御が行われ、例えば燃料電池システム１００内に設けられた図示しない強電バッテリにより駆動される。
The
モータ出力軸４６には、オイルポンプ４７が設置されている。オイルポンプ４７はモータ出力軸４６の回転駆動力を受けて選択的に駆動され、モータ出力軸４６にオイルを供給して回転の円滑化を図る。
An
また、モータ出力軸４６は、その先端４６ａの外周側に一方向回転伝達部としての正転ワンウェイクラッチ４８が係合されており、先端４６ａの内周側に他方向回転伝達部としての逆転ワンウェイクラッチ５０が係合されている。
The
正転ワンウェイクラッチ４８は、スプラグ式又はカム式等で構成される公知のワンウェイクラッチであり、モータ出力軸４６の正転（ステータ４５から見て反時計回り方向）時にのみ当該モータ出力軸４６の動力を第１インターナルギア５２に伝達する。すなわち、正転ワンウェイクラッチ４８は、モータ出力軸４６の逆転（ステータ４５から見て時計回り方向）時には、モータ出力軸４６から第１インターナルギア５２への動力を伝達させない。
The forward rotation one-way clutch 48 is a well-known one-way clutch constituted by a sprag type or a cam type, and the
逆転ワンウェイクラッチ５０は、スプラグ式又はカム式等で構成される公知のワンウェイクラッチであり、モータ出力軸４６の内周面に係合するとともにコンプレッサ入力軸４１の外周面に係合する。そして、逆転ワンウェイクラッチ５０は、モータ出力軸４６の逆転時にのみ当該モータ出力軸４６の動力をコンプレッサ入力軸４１に伝達する。すなわち、逆転ワンウェイクラッチ５０は、モータ出力軸４６の正転時には、モータ出力軸４６からコンプレッサ入力軸４１への動力を伝達させない。
The reverse one-way clutch 50 is a known one-way clutch constituted by a sprag type or a cam type, and engages with the inner peripheral surface of the
変速用遊星歯車機構４２は、正転ワンウェイクラッチ４８に内周側一端５２ａで係合する第１インターナルギア５２と、第１インターナルギア５２の他端５２ｂの内周側で係合する第１プラネタリギア５４と、第１プラネタリギア５４の内周に噛合される第１サンギア５６と、を有している。
The transmission
第１インターナルギア５２は、その一端５２ａの内周側に噛合された正転ワンウェイクラッチ４８の回転に従動する。これにより、正転ワンウェイクラッチ４８から第１インターナルギア５２に伝達される動力は、第１インターナルギア５２の他端５２ｂの内周側に噛合された第１プラネタリギア５４に伝達される。
The first
第１プラネタリギア５４は、第１インターナルギア５２に従動して自転又は公転する。そして、この第１プラネタリギア５４の動力は、第１プラネタリギア５４に噛合されている第１サンギア５６に伝達される。
The first
また、第１プラネタリギア５４には第１プラネタリキャリア５７が設けられている。さらに、第１プラネタリキャリア５７には、当該第１プラネタリキャリア５７の回転を制止して第１プラネタリギア５４の公転を停止させる第１プラネタリキャリア用ブレーキ６０が設けられている。すなわち、第１プラネタリキャリア用ブレーキ６０により第１プラネタリキャリア５７の回転が制止されると、第１プラネタリギア５４の自転のみが許容されることとなる。なお、本実施形態では、基本的に、変速用遊星歯車機構４２をモータ出力軸４６の回転を増速させるために用いることを想定しており、この場合、第１プラネタリキャリア用ブレーキ６０により第１プラネタリキャリア５７の回転が固定された状態に維持され、第１プラネタリギア５４の自転のみが許容された状態となる。
The first
第１サンギア５６は、その外周側に噛合された第１プラネタリギア５４の自転及び公転に従動される。また、第１サンギア５６は、その第１サンギア軸５６ａを介して後述する差動用遊星歯車機構４４の第２インターナルギア７０と一体化されている。したがって、第１プラネタリギア５４から第１サンギア５６に伝達される動力は、第１サンギア軸５６ａを介して第２インターナルギア７０に伝達される。
The
差動用遊星歯車機構４４は、上述のように第１サンギア軸５６ａを介して第１サンギア５６と一体化された第２インターナルギア７０と、第２インターナルギア７０の内周歯に噛合する第２プラネタリギア７４と、第２プラネタリギア７４に内周側で噛合する第２サンギア７６と、を有する。
The differential
第２インターナルギア７０は、上述のように第１サンギア５６と第１サンギア軸５６ａを介して一体化されて構成されるので、第１サンギア５６と同一の回転速度で駆動される。また、第２インターナルギア７０の外周にはサーボブレーキ機構７２が配置されている。サーボブレーキ機構７２は、必要に応じて第２インターナルギア７０の回転を制止し固定状態とする。
As described above, the second
第２プラネタリギア７４は、上述のように第２インターナルギア７０の内周歯に噛合されるので、第２インターナルギア７０に従動して自転又は公転する。さらに、第２プラネタリギア７４は、第２プラネタリキャリア７８に支持されている。この第２プラネタリキャリア７８は水素ポンプ１４の水素ポンプ入力軸８０と一体化されている。したがって、このように水素ポンプ入力軸８０と一体化された第２プラネタリキャリア７８が第２プラネタリギア７４の公転に従動して回転されることで、水素ポンプ１４に動力が伝達される。
Since the second
さらに、水素ポンプ入力軸８０には、水素ポンプ入力軸ブレーキ８２と、水素ポンプ側クラッチ（水素ポンプ用断続器）２１と、が配置されている。水素ポンプ入力軸ブレーキ８２は例えば、多板湿式ブレーキで構成されており、第２プラネタリキャリア７８の回転を制止する。水素ポンプ入力軸ブレーキ８２により第２プラネタリキャリア７８の回転が制止されると、上述した第２インターナルギア７０から第２プラネタリギア７４に伝達された動力は、第２プラネタリキャリア７８に伝達されず、後述の第２サンギア７６にのみ伝達されることとなる。また、水素ポンプ側クラッチ２１は、締結・遮断により水素ポンプ１４への動力の伝達状態・非伝達状態を切り替える。
Further, a hydrogen pump
本実施形態では第２サンギア７６は、エアコンプレッサ１６のコンプレッサ入力軸４１の先端に一体形成されており、第２プラネタリギア７４の内周側に噛合する。したがって、第２サンギア７６が第２プラネタリギア７４の自転又は公転に従動して回転することで、コンプレッサ入力軸４１を介してエアコンプレッサ１６に動力が伝達される。また、コンプレッサ入力軸４１には、コンプレッサ入力軸ブレーキ４３と、コンプレッサ側クラッチ（エアコンプレッサ用断続器）２３が設けられている。
In the present embodiment, the
コンプレッサ入力軸ブレーキ４３は、例えば、多板湿式ブレーキで構成されており、コンプレッサ入力軸４１の回転を制止する。コンプレッサ入力軸ブレーキ４３によりコンプレッサ入力軸４１の回転が制止されると、第２サンギア７６の回転が固定されることとなり、上述した第２インターナルギア７０から第２プラネタリギア７４に伝達された動力は、第２サンギア７６には伝達されず、第２プラネタリキャリア７８のみに伝達されることとなる。なお、本実施形態では、コンプレッサ入力軸ブレーキ４３は、コンプレッサ入力軸４１の回転に対する制動力を連続的に調節可能であり、この制動力の調節により第２プラネタリギア７４から第２サンギア７６への動力伝達量及び第２プラネタリギア７４から第２プラネタリキャリア７８への動力伝達量を任意に調節することもできる。
The compressor
図３Ａ及び図３Ｂは、上述した構成の駆動装置１８内における水素ポンプ１４への動力伝達態様を説明する図である。なお、図３Ａにはモータの正転時における動力伝達経路を破線で示しており、図３Ｂにはモータの逆転時における動力伝達経路を破線で示している。
FIG. 3A and FIG. 3B are diagrams for explaining a power transmission mode to the
本実施形態において、水素ポンプ１４に凍結が認められない場合における燃料電池システム１００の通常起動時又は起動後の通常運転時には、コントローラ２２は駆動モータ４０を正転させる。一方で、水素ポンプ１４内において生成水の凍結が認められる場合においては、この水素ポンプ１４内の凍結を粉砕する運転モードである「冷凍粉砕運転モード」により燃料電池システム１００を起動する。冷凍粉砕運転モードにおいてコントローラ２２は、駆動モータ４０を逆転させる。以下では駆動モータ４０の正転及び逆転時における動力伝達の態様を詳細に説明する。
In the present embodiment, the
本実施形態において駆動モータ４０の正転時には、図３Ａの破線に示すように、モータ４０の動力は、モータ出力軸４６、正転ワンウェイクラッチ４８、第１インターナルギア５２、第１プラネタリギア５４、第１サンギア５６、第１サンギア軸５６ａ、第２インターナルギア７０、第２プラネタリギア７４、第２プラネタリキャリア７８、及び水素ポンプ入力軸８０を介して水素ポンプ１４に伝達される。一方で、第２プラネタリギア７４に伝達された動力は、第２サンギア７６を介してコンプレッサ入力軸４１にも伝達される。
In the present embodiment, when the
これにより、駆動モータ４０の正転による回転は、正転ワンウェイクラッチ４８を介して、第１インターナルギア５２、第１プラネタリギア５４、及び第１サンギア５６から構成される変速用遊星歯車機構４２で変速される。
As a result, rotation of the
図４は、遊星歯車機構におけるサンギア、プラネタリキャリア、及びインターナルギアとの間における一般的な変速比を示す表である。本実施形態における変速用遊星歯車機構４２では、上述のように第１プラネタリキャリア用ブレーキ６０により第１プラネタリキャリア５７が固定されており、第１インターナルギア５２が入力、及び第１サンギア５６が出力に設定されている。したがって、図４に示す表のＮｏ．５に示すように、第１インターナルギア５２に入力される動力は逆転増速されて第１サンギア５６に出力される。そして、第１サンギア５６に出力された動力は、差動用遊星歯車機構４４に伝達される。
FIG. 4 is a table showing general gear ratios among the sun gear, the planetary carrier, and the internal gear in the planetary gear mechanism. In the shifting
差動用遊星歯車機構４４では、第２インターナルギア７０が入力として機能し、第２インターナルギア７０を介して入力された動力は、第２プラネタリギア７４に伝達される。そして、第２プラネタリギア７４に伝達された動力は、第２プラネタリキャリア７８と第２サンギア７６の双方に伝達される。すなわち、第２プラネタリギア７４からの動力は、水素ポンプ入力軸８０とコンプレッサ入力軸４１の双方に伝達されて、水素ポンプ１４及びエアコンプレッサ１６の動力源となる。
In the differential
特に、本実施形態では、コンプレッサ入力軸ブレーキ４３によりコンプレッサ入力軸ブレーキ４３の制動力の調整を行うことで、コンプレッサ１６への動力伝達量が調整される。なお、水素ポンプ入力軸ブレーキ８２による水素ポンプ入力軸８０の制止量を調節できるようにして、水素ポンプ１４への動力伝達量を調節しても良い。
In particular, in this embodiment, the amount of power transmitted to the
したがって、コンプレッサ入力軸ブレーキ４３による制動力及び水素ポンプ入力軸ブレーキ８２による制動力を適宜調節することで、第２プラネタリギア７４から第２プラネタリキャリア７８等を介して水素ポンプ１４に伝達される動力と、第２プラネタリギア７４から第２サンギア７６等を介してエアコンプレッサ１６に伝達される動力と、の配分を好適に調節することができる。
Therefore, the power transmitted from the second
また、本実施形態では、コンプレッサ入力軸ブレーキ４３による制動力を比較的大きくして第２サンギア７６側への動力伝達量を小さくすることで、第２インターナルギア７０から、第２プラネタリギア７４、第２プラネタリキャリア７８、及び水素ポンプ入力軸８０を介して水素ポンプ１４へ伝達される回転の速度が減速される。すなわち、水素ポンプ１４へのトルク伝達量を大きくすることができる。特に、コンプレッサ入力軸ブレーキ４３によりコンプレッサ入力軸４１（第２サンギア７６）が回転しないように完全に固定することで、水素ポンプ１４へのトルク伝達量を最も大きくすることができる（図４の表におけるＮｏ．６参照）。
In the present embodiment, the braking force by the compressor
一方で、水素ポンプ入力軸ブレーキ８２による制動力を比較的大きくして第２プラネタリキャリア７８側への動力伝達量を小さくすることで、第２インターナルギア７０から、第２プラネタリギア７４、第２サンギア７６、及びコンプレッサ入力軸４１を介してエアコンプレッサ１６へ伝達される動力の回転速度が増速される。すなわち、エアコンプレッサ１６に高回転の動力を伝達することができる。特に、水素ポンプ入力軸ブレーキ８２により水素ポンプ入力軸８０（第２プラネタリキャリア７８）が回転しないように完全に固定することで、エアコンプレッサ１６に伝達される動力の回転速度を最も早くすることができる（図４の表におけるＮｏ．６を参照）。
On the other hand, by reducing the amount of power transmitted to the second
上記構成を有する燃料電池ガス供給システム１では、コントローラ２２及びインバータ４９による駆動モータ４０の回転制御及び差動用遊星歯車機構４４により、燃料電池システム１００の作動状態に応じて適宜、水素ポンプ１４とエアコンプレッサ１６に伝達される動力（回転数及トルク）を調節することができる。したがって、水素ポンプ１４とエアコンプレッサ１６を駆動させるためのモータをそれぞれ個別に設けることなく、一つの駆動モータ４０により水素ポンプ１４とエアコンプレッサ１６への動力伝達が可能となっている。
In the fuel cell
ここで、上記燃料電池ガス供給システム１を含む燃料電池システム１００の作動中においては、燃料電池１０による発電に伴い、燃料電池１０から排出される生成水がアノードオフガス循環通路３２を介して水素ポンプ１４内に浸入する。そのため、氷点下環境等の低温環境時では、燃料電池システム１００を停止中において水素ポンプ１４内に浸入した生成水が凍結することがある。この場合、凍結により水素ポンプ入力軸８０が固着されることとなり、水素ポンプ１４が作動しなくなるという状況が生じる。
Here, during the operation of the
そこで、本発明者らは、水素ポンプ１４内の生成水が凍結している場合であっても、上述した冷凍粉砕運転モードにより、水素ポンプ入力軸８０により高トルクの動力を与えて、水素ポンプ１４内の凍結を粉砕するという思想に至った。
Therefore, the present inventors apply high torque power to the hydrogen
図５は、冷凍粉砕運転モードの流れを説明するフローチャートである。 FIG. 5 is a flowchart illustrating the flow of the freeze pulverization operation mode.
そして、図示のように、ステップＳ１０１において、コントローラ２２は、燃料電池システム１００の低温起動時に、コンプレッサ側クラッチ２３を開放状態とする。これにより、エアコンプレッサ１６への動力伝達が遮断される。
As shown in the figure, in step S101, the
ステップＳ１０２において、コントローラ２２は、水素ポンプ側クラッチ２１を締結する。これにより、水素ポンプ入力軸８０を介して水素ポンプ１４へ動力が伝達される状態となる。
In step S <b> 102, the
ステップＳ１０３において、コントローラ２２は、サーボブレーキ機構７２により第２インターナルギア７０を固定状態とする。
In step S <b> 103, the
ステップＳ１０４において、コントローラ２２は、駆動モータ４０を逆転させる。具体的には、コントローラ２２がインバータ４９に対してスイッチング制御信号を送信し、駆動モータ４０を逆転させるように供給する交流電力の位相を調節する。
In step S104, the
上述のように、駆動モータ４０を逆転させると、動力は正転ワンウェイクラッチ４８には伝達されず、逆転ワンウェイクラッチ５０を介してコンプレッサ入力軸４１に伝達される。
As described above, when the
そして、コンプレッサ側クラッチ２３は開放状態とされているので、コンプレッサ入力軸４１に伝達された動力は、エアコンプレッサ１６には伝達されず、差動用遊星歯車機構４４の第２サンギア７６に入力されて第２プラネタリギア７４に伝達される。
Since the compressor-
そして、上述のように第２インターナルギア７０は固定状態とされているので、第２プラネタリギア７４に伝達された動力は、第２プラネタリキャリア７８のみに伝達される（図４の表のＮｏ．１）。したがって、第２サンギア７６からの入力は、減速されて第２プラネタリキャリア７８から出力されることとなる。これにより、第２サンギア７６から入力された動力のトルクを増大させて、水素ポンプ入力軸８０に伝達することができる。
Since the second
したがって、冷凍粉砕運転モードでは、駆動モータ４０の動力は、増速に用いる変速用遊星歯車機構４２を経由することなく、コンプレッサ入力軸４１を介して差動用遊星歯車機構４４に直接伝達される。これにより、駆動モータ４０の動力は、変速用遊星歯車機構４２でトルクが減少されることなく差動用遊星歯車機構４４に伝達されることとなる。
Accordingly, in the freeze pulverization operation mode, the power of the
さらに、この伝達された動力は差動用遊星歯車機構４４においてそのトルクがより増大された状態で水素ポンプ入力軸８０に伝達される。これにより、水素ポンプ入力軸８０に高いトルクが伝達されるので、凍結により水素ポンプ入力軸８０が固着されている場合であっても、この凍結を粉砕して水素ポンプ入力軸８０の固着状態を解除することができる。
Further, the transmitted power is transmitted to the hydrogen
次に、ステップＳ１０５において、コントローラ２２が駆動モータ４０のモータ回転数を取得する。例えば、コントローラ２２は、駆動モータ４０に設けられた図示しない回転センサの検出値に基づいて駆動モータ４０の回転数を取得する。
Next, in step S <b> 105, the
ステップＳ１０６において、コントローラ２２は、取得した駆動モータ４０の回転数が所定値以上であるかどうかを判定する。ここで、この所定値は、０又は０に近い値に設定される。すなわち、当該所定値の設定にあたっては、水素ポンプ入力軸８０の固着によりその回転が妨げられることを考慮して、駆動モータ４０の回転数も０となるか、又は０に近い値となることを想定している。
In step S106, the
一方で、水素ポンプ１４内に凍結が発生しておらず水素ポンプ入力軸８０の固着も生じていない場合には、水素ポンプ入力軸８０の回転は妨げられないので、駆動モータ４０の回転数は０又は０に近い値を超える値として検出されることとなる。したがって、上述のように所定値を０又は０に近い値に設定することで、水素ポンプ１４内の凍結を好適に検出することができる。
On the other hand, when the
そして、上記ステップＳ１０６において駆動モータ４０の回転数が所定値未満であると判定されると、水素ポンプ内１４に凍結が生じているとして、駆動モータ４０の逆転を継続しつつステップＳ１０５に進み、再びモータ回転数が取得される。
If it is determined in step S106 that the rotational speed of the
一方で、上記ステップＳ１０６において駆動モータ４０の回転数が所定値以上である判定された場合には、冷凍粉砕運転モードを終了し、ステップＳ１０７の通常運転モードに以降する。なお、通常運転モードに移行するにあたっては、必要に応じてコンプレッサ側クラッチ２３の締結や第２インターナルギア７０の固定状態が解除される。
On the other hand, if it is determined in step S106 that the rotational speed of the
なお、本実施形態では、冷凍粉砕運転モードにおいて、第２インターナルギア７０を固定する場合について説明したが、モータ出力軸４６から逆転ワンウェイクラッチ５０、及びコンプレッサ入力軸４１を介して差動用遊星歯車機構４４に入力された動力が、減速されつつ水素ポンプ入力軸８０に伝達されるならば、必ずしも第２インターナルギア７０を完全に固定することない。すなわち、第１プラネタリキャリア用ブレーキ６０による制動力を調節して第２インターナルギア７０を半固定状態又は非固定状態としても良い。
In the present embodiment, the case where the second
上記した本実施形態に係る燃料電池ガス供給システム１によれば、以下の効果を得ることができる。
According to the fuel cell
燃料電池ガス供給システム１は、水素ポンプ１４と、エアコンプレッサ１６と、該水素ポンプ１４及びエアコンプレッサ１６を駆動する駆動装置１８と、を備えている。駆動装置１８は、水素ポンプ１４とエアコンプレッサ１６を駆動する駆動モータ４０と、駆動モータ４０の出力軸４６からの動力を水素ポンプ１４とエアコンプレッサ１６へ出力する差動用遊星歯車機構４４と、駆動モータ４０の出力軸４６に係合され、駆動モータ４０の一方の回転方向の動力（正転）のみを増速方向で差動用遊星歯車機構４４へ入力させる一方向回転伝達部である正転ワンウェイクラッチ４８と、駆動モータ４０の出力軸４６に係合され、駆動モータ４０の他方の回転方向の動力（逆転）のみを、減速方向で差動用遊星歯車機構４４へ入力させる他方向回転伝達部である逆転ワンウェイクラッチ５０と、を有する。そして、水素ポンプ１４の凍結時に、駆動モータ４０が逆転される（冷凍粉砕運転モード）。
The fuel cell
なお、本明細書において「動力を増速方向で差動用遊星歯車機構４４へ入力させる」とは、差動用遊星歯車機構４４への入力の回転速度に対して出力の回転速度の絶対値が増大するように（すなわちトルクが減少するように）、当該差動用遊星歯車機構４４へ入力を行うこと意味する（図４の表におけるＮｏ．３，４，５を参照）。一方で、「動力を減速方向で差動用遊星歯車機構４４へ入力させる」とは、差動用遊星歯車機構４４への入力の回転数に対して出力の回転速度の絶対値が減少するように（すなわちトルクが増大するように）、当該差動用遊星歯車機構４４へ入力を行うこと意味する（図４の表におけるＮｏ．１，２，６を参照）。
In this specification, “the power is input to the differential
これにより、水素ポンプ１４の凍結時には、駆動モータ４０の出力軸４６からの動力が、逆転ワンウェイクラッチ５０を介して減速方向で差動用遊星歯車機構４４へ入力されることとなるので、駆動モータ４０の動力におけるトルクを増大させた状態で水素ポンプ１４に伝達させることができる。したがって、凍結により水素ポンプ１４内が固着されている場合であっても、上述の増大したトルクを利用して水素ポンプ１４内の凍結を粉砕し、固着状態を解消することができる。これにより、燃料電池システム１００のスムーズな再起動に資することとなる。
As a result, when the
特に、本実施形態において冷凍粉砕運転モードが行われるのは、燃料電池システム１００の起動初期、すなわち駆動モータ４０の回り始めであるので、駆動モータ４０からは比較的高トルクの動力が生じている。本実施形態では、このようなそもそも高トルクの動力を差動用遊星歯車機構４４でさらに増加させることができるので、水素ポンプ１４内の凍結をより効果的に粉砕することができる。
In particular, in the present embodiment, the freeze pulverization operation mode is performed at the initial start-up of the
一方で、水素ポンプの凍結時以外の通常時においては、駆動モータ４０を正転させることで、駆動モータ４０の出力軸４６からの動力が、正転ワンウェイクラッチ４８を介して増速方向で差動用遊星歯車機構４４へ入力されることとなる。したがって、駆動モータ４０の動力の回転速度を高めつつ、水素ポンプ１４とエアコンプレッサ１６に伝達させることができる。したがって、駆動モータ４０の出力回転数に対して、水素ポンプ１４やエアコンプレッサ１６の要求回転数が高い場合であっても、これら出力回転数と要求回転数の差を好適に補償することができる。
On the other hand, during normal times other than when the hydrogen pump is frozen, the
さらに、本実施形態の燃料電池ガス供給システム１では、正転ワンウェイクラッチ４８は、差動用遊星歯車機構４４のインターナルギアである第２インターナルギア７０に連結される一方向回転中継部（第１インターナルギア５２、第１プラネタリギア５４、及び第１サンギア５６）に係合される。これにより、正転ワンウェイクラッチ４８を介して駆動モータ４０の出力軸４６から差動用遊星歯車機構４４に動力を入力させる機構を、簡易な構成で得ることができる。
Further, in the fuel cell
また、本実施形態の燃料電池ガス供給システム１では、上述のように一方向回転中継部である第１インターナルギア５２、第１プラネタリギア５４、及び第１サンギア５６が、正転ワンウェイクラッチ４８を介して入力される動力を変速させる変速用遊星歯車機構４２を構成する。特に、変速用遊星歯車機構４２は、正転ワンウェイクラッチ４８に係合する第１インターナルギア５２と、第１インターナルギア５２に係合する第１プラネタリギア５４と、第１プラネタリギア５４を支持する第１プラネタリキャリア５７と、第１プラネタリギア５４に係合するとともに差動用遊星歯車機構４４の第２インターナルギア７０と一体化された第１サンギア５６と、を有する。
Further, in the fuel cell
これによれば、正転ワンウェイクラッチ４８を介して入力される動力を変速させる変速用遊星歯車機構４２が構成されることとなるので、駆動モータ４０の動力を変速用遊星歯車機構４２で変速して差動用遊星歯車機構４４のインターナルギア７０に入力として伝達することができる。特に、本実施形態では変速用遊星歯車機構４２を増速に用いていることで、駆動モータ４０の出力回転数と水素ポンプ１４やエアコンプレッサ１６の要求回転数との差をより好適に補償することができる。
According to this, since the shifting
また、本実施形態の燃料電池ガス供給システム１では、逆転ワンウェイクラッチ５０は、差動用遊星歯車機構４４の第２サンギア７６に連結される他方向回転中継部としてのコンプレッサ入力軸４１に係合される。これにより、駆動モータ４０の動力を、差動用遊星歯車機構４４の第２サンギア７６に入力する機構を簡易に構成することができる。
Further, in the fuel cell
さらに、本実施形態の燃料電池ガス供給システム１では、上記他方向回転中継部は、逆転ワンウェイクラッチ５０と従動するように配されたエアコンプレッサ１６の入力軸としてのコンプレッサ入力軸４１と、コンプレッサ入力軸４１の先端に設けられた第２サンギア７６と、で構成される。
Further, in the fuel cell
これにより、上記駆動モータ４０の動力がコンプレッサ入力軸４１を介して第２サンギア７６に入力されつつも、このコンプレッサ入力軸４１に入力される動力で、エアコンプレッサ１６も駆動することができる。すなわち、簡素な構成で、第２サンギア７６へ動力の入力及びエアコンプレッサ１６の駆動力の確保を同時に実現することができる。
Thereby, while the power of the
さらに、本実施形態の燃料電池ガス供給システム１では、水素ポンプの入力軸としての水素ポンプ入力軸８０が、差動用遊星歯車機構４４の第２プラネタリキャリア７８に一体に連結されている。そして、コンプレッサ入力軸４１には、該入力軸４１の回転を制動するコンプレッサ入力軸ブレーキ４３が設けられている。
Further, in the fuel cell
これにより、コンプレッサ入力軸ブレーキ４３によりコンプレッサ入力軸４１の回転を制動することで、駆動モータ４０の動力を水素ポンプ入力軸８０に集中的に伝達することができる。特に、水素ポンプ入力軸８０が、差動用遊星歯車機構４４の第２プラネタリキャリア７８に一体に連結されているので、第２プラネタリキャリア７８が水素ポンプ入力軸８０への出力として用いられることとなる。したがって、水素ポンプ１４の駆動力を得るにあたり、差動用遊星歯車機構４４をより確実に減速方向で用いて、水素ポンプ１４に伝達する駆動力のトルクをより確実に向上させることができる（表４の図のＮｏ．１，６参照）。
Thereby, the rotation of the
なお、本発明は、上記実施形態の態様に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態における変速用遊星歯車機構４２を省略しても良い。すなわち、正転ワンウェイクラッチ４８と第２インターナルギア７０を、一体の回転伝達部材で構成し、駆動モータ４０から正転ワンウェイクラッチ４８に伝達される動力を、当該回転伝達部材を介して第２インターナルギア７０に入力するようにしても良い。
In addition, this invention is not limited to the aspect of the said embodiment. For example, the
また、各インターナルギア５２、７０、各プラネタリギア５４、７４、及び各サンギア５６、７６の歯数は、各モードにおいて駆動モータ４０のモータ回転数、水素ポンプ１４及びエアコンプレッサ１６で要求されるトルクや回転数に応じて適宜設定することができる。
Further, the number of teeth of each
（第２実施形態）
以下、第２実施形態について説明する。なお、上記第１実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element similar to the said 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.
本実施形態では特に、燃料電池システム１００の起動時に、水素ポンプ１４内において凍結が生じているかどうかの判定が行われる。
In the present embodiment, in particular, when the
図６は、本実施形態に係る燃料電池システム１００の構成を説明する図である。図示のように、本実施形態に係る燃料電池システム１００は、第１実施形態で説明した構成に加えて吸気流量検出センサ９０と、空気圧力センサ９２と、を有している。
FIG. 6 is a diagram illustrating the configuration of the
吸気流量検出センサ９０は、外気からエアコンプレッサ１６に吸入される空気の流量（以下では吸入空気流量とも記載する）を検出する。空気圧力センサ９２は、エアコンプレッサ１６から燃料電池１０に供給される圧縮空気の圧力（以下では空気圧力とも記載する）を検出する。
The intake flow
さらに、本実施形態ではコントローラ２２は、吸気流量検出センサ９０により検出された吸入空気流量及び空気圧力センサ９２により検出された空気圧力に基づいてエアコンプレッサ１６の回転数（コンプレッサ入力軸４１の回転数）を演算し、求めたエアコンプレッサ１６の回転数に基づいて水素ポンプ１４内が凍結状態であるかどうかを判定する。
Further, in the present embodiment, the
ここで、低温起動時等において冷凍粉砕運転モードに移行することなく通常起動モードで燃料電池システム１００を起動させる場合において、水素ポンプ１４内が凍結状態で水素ポンプ入力軸８０が固着状態であると、駆動モータ４０により水素ポンプ入力軸８０に動力を与えても水素ポンプ１４の回転数がほぼゼロとなる。
Here, when starting the
一方で、この場合、差動用遊星歯車機構４４の特性から駆動モータ４０の動力の大部分がコンプレッサ入力軸４１に伝達されることとなるので、エアコンプレッサ１６の回転数は上昇する。本実施形態のコントローラ２２は、この原理に基づいて水素ポンプ１４内の凍結判定を行う凍結判定運転モードが実行される。以下では、凍結判定運転モードの流れを説明する。
On the other hand, in this case, since most of the power of the
図７は、凍結判定運転モードの流れを説明するフローチャートである。 FIG. 7 is a flowchart illustrating the flow of the freeze determination operation mode.
図示のように、ステップＳ２０１において、凍結判定運転モードが開始される。凍結判定運転モードは、例えば燃料電池システム１００の起動時に毎回行われるか、当該起動時に外気温が所定温度（例えば０度）以下であることを検出したときなどに行う。凍結判定運転モードでは、水素ポンプ側クラッチ２１及びコンプレッサ側クラッチ２３が締結された状態でコントローラ２２が、駆動モータ４０を正転させる。すなわち、駆動モータ４０のモータ出力軸４６からの動力は、図３に破線で示した経路に沿って、水素ポンプ１４及びエアコンプレッサ１６に伝達される。
As illustrated, in step S201, the freeze determination operation mode is started. The freeze determination operation mode is performed, for example, every time the
ステップＳ２０２において、コントローラ２２は、燃料電池システム１００の始動後において、吸気流量検出センサ９０により検出された吸入空気流量と、空気圧力センサ９２により検出された空気圧力を取得する。
In step S <b> 202, the
ステップＳ２０３において、コントローラ２２は、エアコンプレッサ１６の回転数を取得する。具体的には、ステップＳ２０２で取得した吸入空気流量及び空気圧力を、流量、圧力、及びコンプレッサ回転数の関係を表す公知のマップに適用して、エアコンプレッサ１６の回転数を算出する。なお、エアコンプレッサ１６の回転数は、例えば、エアコンプレッサ１６に図示しない回転センサを設けて取得するようにしても良い。
In step S <b> 203, the
ステップＳ２０４において、ステップＳ２０３で取得したエアコンプレッサ１６の回転数が所定値以上であるかどうかが判定される。ここで、上述のように水素ポンプ１４内に凍結が生じている場合には、水素ポンプ入力軸８０が固着してその回転が妨げられる。したがって、水素ポンプ入力軸８０の回転が妨げられるにともない、差動用遊星歯車機構４４の第２プラネタリキャリア７８が固定された状態となるので、水素ポンプ１４に動力が伝達されなくなる。これにより、駆動モータ４０による動力がコンプレッサ入力軸４１を介してエアコンプレッサ１６により多く伝達されることとなる。その結果、エアコンプレッサ１６の回転数が目標値よりも高くなる。したがって、上記所定値は、エアコンプレッサ１６の回転数が目標値よりも高くなっているかどうかを判定する観点から適宜設定される。
In step S204, it is determined whether the rotation speed of the
そして、上記ステップＳ２０４においてエアコンプレッサ１６の回転数が所定値以上であると判定されると、水素ポンプ１４内に凍結が生じると判定して、ステップＳ２０５の凍結粉砕運転モードに移行する。この凍結粉砕運転モードには、図５に示したステップＳ１０１〜ステップＳ１０７と同様である。
When it is determined in step S204 that the rotation speed of the
一方で、上記ステップＳ２０４においてエアコンプレッサ１６の回転数が所定値以上であると判定されると、ステップＳ２０６に進み、燃料電池システム１００の通常運転に移行する。
On the other hand, if it determines with the rotation speed of the
上記した本実施形態に係る燃料電池ガス供給システム１によれば、以下の効果を得ることができる。
According to the fuel cell
本実施形態に係る燃料電池ガス供給システム１のコントローラ２２は、エアコンプレッサであるエアコンプレッサ１６の回転数に基づいて、水素ポンプ１４の凍結判定を行う水素ポンプ凍結判定手段として機能する。
The
これにより、水素ポンプ１４内の凍結の発生を高精度に検出することができるので、凍結の発生している時に適確に凍結粉砕運転モードを実行することができる。
As a result, the occurrence of freezing in the
（第３実施形態）
以下、第３実施形態について説明する。なお、上記第１実施形態又は第２実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
(Third embodiment)
Hereinafter, the third embodiment will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element similar to the said 1st Embodiment or 2nd Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.
図８は、本実施形態に係る燃料電池ガス供給システム１の構成を説明する図である。図示のように、本実施形態では、燃料電池ガス供給システム１においてその各部に潤滑油を供給するオイルギャラリ１１０が設けられており、これにより例えば低温起動時に高温の潤滑油を水素ポンプ１４へ供給し、当該水素ポンプ１４内を加熱し、上記凍結破砕運転モードにおける凍結の破砕を補助する。
FIG. 8 is a diagram illustrating the configuration of the fuel cell
オイルギャラリ１１０は、燃料電池ガス供給システム１の全長方向に亘って伸長するメインギャラリ１１２を有している。メインギャラリ１１２は、コンプレッサ入力軸ブレーキ４３に向かって分岐した第１分岐管１１４と、正転ワンウェイクラッチ４８に向かって分岐した第２分岐管１１６と、第１プラネタリキャリア用ブレーキ６０に向かって分岐した第３分岐管１１８と、サーボブレーキ機構７２に向かって分岐した第４分岐管１２０と、差動用遊星歯車機構４４に向かって分岐した第５分岐管１２２と、水素ポンプ入力軸ブレーキ８２に向かって分岐した第６分岐管１２４と、オイルパン側排出路１３０と、水素ポンプオイル供給路１３２と、水素ポンプオイル排出路１３５と、を有している。
The
したがって、これら第１分岐管１１４、第２分岐管１１６、第３分岐管１１８、第４分岐管１２０、第５分岐管１２２、及び第６分岐管１２４を介して、メインギャラリ１１２からそれぞれ、コンプレッサ入力軸ブレーキ４３、正転ワンウェイクラッチ４８、第１プラネタリキャリア用ブレーキ６０、サーボブレーキ機構７２、差動用遊星歯車機構４４、及び水素ポンプ入力軸ブレーキ８２に潤滑油を供給することができる。
Therefore, the compressor from the
さらに、オイルギャラリ１１０は、第６分岐管１２４よりもさらに水素ポンプ１４側に、三方弁として構成されるサーモスタッドバルブ１２６が設けられている。サーモスタッドバルブ１２６は、メインギャラリ１１２と、オイルを貯蔵するオイルパン１２８に連通するオイルパン側排出路１３０と、水素ポンプ１４側への伸びる水素ポンプオイル供給路１３２とにそれぞれ連通している。また、オイルギャラリ１１０におけるサーモスタッドバルブ１２６の上流には、当該オイルギャラリ１１０内の潤滑油の温度を測定する油温センサ１３１が設けられている。
Further, the
ここで、サーモスタッドバルブ１２６は、メインギャラリ１１２から流れ込む潤滑油の温度が設定温度以上である場合には、水素ポンプバイバス路１３０を閉塞状態とし、水素ポンプオイル供給路１３２を開放状態とする。一方、サーモスタッドバルブ１２６は、メインギャラリ１１２から流れ込む潤滑油の温度が設定温度未満である場合には、水素ポンプバイバス路１３０を開放状態とし、水素ポンプオイル供給路１３２側を閉塞状態とする。これにより、設定温度以上の潤滑油のみを、水素ポンプオイル供給路１３２を介して水素ポンプ１４に供給することができる。
Here, when the temperature of the lubricating oil flowing from the
図９は、水素ポンプ１４に潤滑油を供給する構成の一例を示す図である。図示のように、本実施形態では、水素側インペラ１５０を支持するハウジング壁１５２内に、水素ポンプオイル供給路１３２から潤滑油が流れ込む一定量の潤滑油を貯留する水素ポンプオイルギャラリ１５４が形成されている。これにより、水素ポンプオイル供給路１３２を介して高温の潤滑油が水素ポンプオイルギャラリ１５４に貯留されることで、水素ポンプ１４内の凍結解除に資することとなる。なお、水素ポンプオイルギャラリ１５４内の潤滑油は、水素ポンプオイル排出路１３５を介してオイルパン１２８に戻される。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a configuration for supplying lubricating oil to the
また、図８に示すように、オイルパン１２８は、コンプレッサ入力軸ブレーキ４３、正転ワンウェイクラッチ４８、第１プラネタリキャリア用ブレーキ６０、サーボブレーキ機構７２、差動用遊星歯車機構４４、及び水素ポンプ入力軸ブレーキ８２から排出された潤滑油、並びに水素ポンプバイバス路１３０から排出される潤滑油を貯蔵する。
As shown in FIG. 8, the
そして、このオイルパン１２８は、ストレーナ１３３を介してオイルポンプ４７に接続されており、オイルポンプ４７によりオイルパン１２８内に貯蔵されている潤滑油がくみ上げられる。なお、ストレーナ１３３を介してくみ上げられる潤滑油の圧力は、オイルポンプ４７に付属するレギュレータバルブ１３４により調節される。
The
さらに、オイルポンプ４７にくみ上げられた潤滑油は、オイルフィルタ１３６を介してメインギャラリ１１２に循環される。
Further, the lubricating oil pumped up by the
上記構成の潤滑油循環機構により、駆動装置１８の各部や水素ポンプ１４に潤滑油を供給しつつ循環させることができる。そして、本実施形態では、図７に示した凍結判定運転モードにおける水素ポンプ１４内の凍結の粉砕を補助するために、駆動装置１８の各部に供給・循環されて昇温された潤滑油を水素ポンプ１４内の水素ポンプオイルギャラリ１５４に供給する。
With the lubricating oil circulation mechanism having the above-described configuration, the lubricating oil can be circulated while being supplied to each part of the driving
図１０は、本実施形態に係る解凍運転モードの流れを説明するフローチャートである。 FIG. 10 is a flowchart illustrating the flow of the thawing operation mode according to the present embodiment.
ステップＳ３０１において、コントローラ２２は、コンプレッサ側クラッチ２３及び水素ポンプ側クラッチ２１を共に開放状態とする。
In step S301, the
ステップＳ３０２において、駆動モータ４０を駆動する。これにより、オイルポンプ４７が駆動されて、潤滑油がオイルギャラリ１１０等を介し駆動装置１８の各部に循環される。このように、潤滑油が駆動装置１８の各部に循環されることで、潤滑油が加温される。
In step S302, the
特に、本実施形態では、駆動装置１８の各部を循環する潤滑油がサーモスタッドバルブ１２６の設定温度以上に昇温された場合に、サーモスタッドバルブ１２６の水素ポンプオイル供給路１３２が開放状態となる。これにより、メインギャラリ１１２内の高温状態の潤滑油がサーモスタッドバルブ１２６を介して水素ポンプ１４に供給されるので、水素ポンプ１４内の凍結の解凍がより効率的に行われることとなる。
In particular, in this embodiment, when the lubricating oil circulating through each part of the
次に、ステップＳ３０３において、コントローラ２２は油温センサ１３での検出された潤滑油温度を取得する。
Next, in step S <b> 303, the
ステップＳ３０４において、コントローラ２２は、取得した潤滑油温度が所定閾値以上であるかどうかを判定する。本実施形態において、所定閾値は、凍結粉砕運転モードに移行して水素ポンプ１４内の凍結を粉砕するために適した温度であるかどうかという観点から定められる値である。
In step S304, the
そして、上記ステップＳ３０４において、取得した潤滑油温度が所定閾値以上であると判定されると、ステップＳ３０５において、水素ポンプ側クラッチ２１を締結する。なお、コンプレッサ側クラッチ２３は開放状態に維持される。 And if it determines with the acquired lubricating oil temperature being more than a predetermined threshold value in the said step S304, the hydrogen pump side clutch 21 will be fastened in step S305. In addition, the compressor side clutch 23 is maintained in an open state.
その後、ステップＳ３０６に進み、図５で説明した凍結粉砕運転モードが実行される。 Then, it progresses to step S306 and the freeze pulverization operation mode demonstrated in FIG. 5 is performed.
一方、上記ステップＳ３０４において、取得した潤滑油温度が所定閾値未満であると判定されると、ステップＳ３０３に戻る。 On the other hand, if it is determined in step S304 that the acquired lubricating oil temperature is lower than the predetermined threshold, the process returns to step S303.
上記した本実施形態に係る燃料電池ガス供給システム１によれば、以下の効果を得ることができる。
According to the fuel cell
本実施形態の燃料電池ガス供給システム１は、水素ポンプ１４への動力伝達を遮断する水素ポンプ用断続器としての水素ポンプ側クラッチ２１と、エアコンプレッサ１６への動力伝達を遮断するエアコンプレッサ用断続器としてのコンプレッサ側クラッチ２３と、をさらに備える。そして、駆動装置１８には、少なくとも差動用遊星歯車機構４４及び水素ポンプ１４を含む各部に潤滑油を供給して循環させる潤滑油供給循環機構としてのオイルポンプ４７、オイルギャラリ１１０、オイルパン１２８、及び水素ポンプオイルギャラリ１５４（以下ではオイルギャラリ１１０等と記載する）が設けられる。さらに、本実施形態の燃料電池ガス供給システム１では、水素ポンプ側クラッチ２１及びコンプレッサ側クラッチ２３をともに遮断した状態で、駆動モータ４０が駆動される（ステップＳ３０１及びステップＳ３０２）。
The fuel cell
このように、水素ポンプ側クラッチ２１及びコンプレッサ側クラッチ２３をともに遮断して水素ポンプ１４及びエアコンプレッサ１６への動力伝達が切断されている状態で駆動モータ４０を駆動させることで、潤滑油をオイルギャラリ１１０等を介して駆動装置１８の遊星歯車機構４４等に供給し循環させることができる。したがって、潤滑油を遊星歯車機構４４等の作動により生じた熱で効率的に昇温して水素ポンプ１４内へ供給することができ、水素ポンプ１４内の凍結の解凍が促されることとなる。
As described above, the
さらに、本実施形態では、オイルギャラリ１１０等における潤滑油の温度が、設定温度以上である場合に、水素ポンプ１４への潤滑油の供給路である水素ポンプオイル供給路１３２を開放するサーモスタッドバルブ１２６が設けられる。
Further, in the present embodiment, when the temperature of the lubricating oil in the
これにより、オイルギャラリ１１０等における潤滑油の温度が、水素ポンプ１４内における凍結の解凍が促進され得る適切な温度となった場合に水素ポンプオイル供給路１３２を介して、水素ポンプ１４へ潤滑油を供給することができる。
Thereby, when the temperature of the lubricating oil in the
なお、本実施形態では、水素ポンプ側クラッチ２１及びコンプレッサ側クラッチ２３の双方を遮断して、潤滑油を循環させて当該潤滑油を効率的に加温するようにしているが、状況に応じて、これら水素ポンプ側クラッチ２１及びコンプレッサ側クラッチ２３の少なくともいずれか一方を接続した状態で駆動モータ４０を駆動し、潤滑油を加温するようにしても良い。
In the present embodiment, both the hydrogen pump side clutch 21 and the compressor side clutch 23 are disconnected, and the lubricating oil is circulated to efficiently heat the lubricating oil. The
なお、本実施形態では、解凍運転モードの後に凍結粉砕運転モードに移行する場合を説明したが、これに限られず、例えば解凍運転モードの後に図７の凍結判定運転モードを行うようにしても良い。 In the present embodiment, the case of shifting to the freeze pulverization operation mode after the thawing operation mode has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, the freeze determination operation mode of FIG. 7 may be performed after the thawing operation mode. .
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。また、各実施の形態は、適宜、任意に組み合わせが可能である。 The embodiment of the present invention has been described above. However, the above embodiment only shows a part of application examples of the present invention, and the technical scope of the present invention is limited to the specific configuration of the above embodiment. Absent. Each embodiment can be arbitrarily combined as appropriate.
１ 燃料電池ガス供給システム
１０ 燃料電池
１４ 水素ポンプ （水素ポンプ用断続器）
１６ エアコンプレッサ
１８ 駆動装置
２１ 水素ポンプ側クラッチ（水素ポンプ用断続器）
２２ コントローラ（水素ポンプ凍結判定手段）
２３ コンプレッサ側クラッチ（エアコンプレッサ用断続器）
４０ 駆動モータ
４１ コンプレッサ入力軸（他方向回転中継部）
４２ 変速用遊星歯車機構
４３ コンプレッサ入力軸ブレーキ
４４ 差動用遊星歯車機構
４７ オイルポンプ（潤滑油供給循環機構）
４８ 正転ワンウェイクラッチ（一方向回転伝達部）
４９ インバータ
５０ 逆転ワンウェイクラッチ（他方向回転伝達部）
５２ 第１インターナルギア（一方向回転中継部）
５４ 第１プラネタリギア（一方向回転中継部）
５６ 第１サンギア（一方向回転中継部）
５６ａ 第１サンギア軸（一方向回転中継部）
５７ 第１プラネタリキャリア
６０ 第１プラネタリキャリア用ブレーキ
７０ 第２インターナルギア（差動用遊星歯車機構のインターナルギア）
７４ 第２プラネタリギア
７６ 第２サンギア（差動用遊星歯車機構のサンギア）
７８ 第２プラネタリキャリア（差動用遊星歯車機構のプラネタリキャリア）
８０ 水素ポンプ入力軸
８２ 水素ポンプ入力軸ブレーキ
９０ 吸気流量検出センサ
９２ 空気圧力センサ
１００ 燃料電池システム
１１０ オイルギャラリ（潤滑油供給循環機構）
１２６ サーモスタッドバルブ
１２８ オイルパン（潤滑油供給循環機構）
１３１ 油温センサ
１５４ 水素ポンプオイルギャラリ（潤滑油供給循環機構）
1 Fuel cell
16
22 Controller (hydrogen pump freezing judgment means)
23 Compressor side clutch (interrupter for air compressor)
40
42 planetary gear mechanism for shifting 43 compressor
48 Forward one-way clutch (one-way rotation transmission part)
49
52 1st internal gear (one-way rotation relay part)
54 1st planetary gear (unidirectional rotation relay part)
56 1st sun gear (one-way rotation relay part)
56a First sun gear shaft (unidirectional rotation relay part)
57 First
74 2nd
78 2nd planetary carrier (planetary carrier of differential planetary gear mechanism)
80 Hydrogen
126
131
Claims (10)
前記駆動装置は、
前記水素ポンプと前記エアコンプレッサを駆動する駆動モータと、
前記駆動モータの出力軸からの動力を前記水素ポンプと前記エアコンプレッサへ出力する差動用遊星歯車機構と、
前記駆動モータの出力軸に係合され、前記駆動モータの一方の回転方向の動力のみを増速方向で前記差動用遊星歯車機構へ入力させる一方向回転伝達部と、
前記駆動モータの出力軸に係合され、前記駆動モータの他方の回転方向の動力のみを、減速方向で前記差動用遊星歯車機構へ入力させる他方向回転伝達部と、を有し、
前記水素ポンプの凍結時に、前記駆動モータが前記他方の回転方向に回転される燃料電池ガス供給システム。 A fuel cell gas supply system comprising a hydrogen pump, an air compressor, and a drive device for driving the hydrogen pump and the air compressor,
The driving device includes:
A drive motor for driving the hydrogen pump and the air compressor;
A differential planetary gear mechanism for outputting power from the output shaft of the drive motor to the hydrogen pump and the air compressor;
A one-way rotation transmission unit that is engaged with an output shaft of the drive motor, and that inputs only power in one rotational direction of the drive motor to the differential planetary gear mechanism in a speed increasing direction;
An other-direction rotation transmission unit that is engaged with the output shaft of the drive motor and that inputs only the power in the other rotation direction of the drive motor to the differential planetary gear mechanism in the deceleration direction;
A fuel cell gas supply system in which the drive motor is rotated in the other rotational direction when the hydrogen pump is frozen.
前記一方向回転伝達部は、
前記差動用遊星歯車機構のインターナルギアに連結される一方向回転中継部に係合される燃料電池ガス供給システム。 The fuel cell gas supply system according to claim 1,
The one-way rotation transmission unit is
A fuel cell gas supply system engaged with a one-way rotation relay unit connected to an internal gear of the differential planetary gear mechanism.
前記一方向回転中継部は、
前記一方向回転伝達部を介して入力される動力を変速させる変速用遊星歯車機構を有し、
前記変速用遊星歯車機構は、前記一方向回転伝達部に係合される第１インターナルギアと、前記第１インターナルギアに係合する第１プラネタリギアと、前記第１プラネタリギアを支持する第１プラネタリキャリアと、前記第１プラネタリギアに係合するとともに前記差動用遊星歯車機構のインターナルギアと一体化された第１サンギアと、を有する燃料電池ガス供給システム。 The fuel cell gas supply system according to claim 2,
The one-way rotation relay unit is
A shifting planetary gear mechanism for shifting the power input via the one-way rotation transmission unit;
The transmission planetary gear mechanism includes a first internal gear engaged with the one-way rotation transmission unit, a first planetary gear engaged with the first internal gear, and a first planetary gear supporting the first planetary gear. A fuel cell gas supply system comprising: a planetary carrier; and a first sun gear that engages with the first planetary gear and is integrated with an internal gear of the differential planetary gear mechanism.
前記他方向回転伝達部は、
前記差動用遊星歯車機構のサンギアに連結される他方向回転中継部に係合される燃料電池ガス供給システム。 The fuel cell gas supply system according to any one of claims 1 to 3,
The other direction rotation transmission part is
A fuel cell gas supply system engaged with an other-direction rotation relay portion connected to a sun gear of the differential planetary gear mechanism.
前記他方向回転中継部は、
前記他方向回転伝達部と従動するように配された前記エアコンプレッサの入力軸と、前記エアコンプレッサの入力軸の先端に設けられた前記差動用遊星歯車機構のサンギアと、を有する燃料電池ガス供給システム。 The fuel cell gas supply system according to claim 4,
The other direction rotation relay unit is
A fuel cell gas comprising: an input shaft of the air compressor arranged to follow the other-direction rotation transmission unit; and a sun gear of the differential planetary gear mechanism provided at a tip of the input shaft of the air compressor. Supply system.
前記水素ポンプの入力軸が、前記差動用遊星歯車機構のプラネタリキャリアに一体に連結され、
前記エアコンプレッサの入力軸には、該入力軸の回転を制動するコンプレッサ入力軸ブレーキが設けられた燃料電池ガス供給システム。 The fuel cell gas supply system according to claim 5,
The input shaft of the hydrogen pump is integrally connected to the planetary carrier of the differential planetary gear mechanism,
A fuel cell gas supply system in which an input shaft of the air compressor is provided with a compressor input shaft brake for braking the rotation of the input shaft.
前記エアコンプレッサの回転数に基づいて前記水素ポンプの凍結判定を行う水素ポンプ凍結判定手段をさらに備えた燃料電池ガス供給システム。 The fuel cell gas supply system according to any one of claims 1 to 6,
A fuel cell gas supply system further comprising hydrogen pump freezing determination means for determining freezing of the hydrogen pump based on the rotation speed of the air compressor.
前記水素ポンプへの動力伝達を遮断する水素ポンプ用断続器と、前記エアコンプレッサへの動力伝達を遮断するエアコンプレッサ用断続器と、をさらに備え、
前記駆動装置には、少なくとも前記差動用遊星歯車機構及び水素ポンプを含む各部に潤滑油を供給する潤滑油供給循環機構が設けられ、
前記水素ポンプ用断続器及び前記エアコンプレッサ用断続器をともに遮断した状態で、前記駆動モータが駆動される燃料電池ガス供給システム。 A fuel cell gas supply system according to any one of claims 1 to 7,
A hydrogen pump interrupter that interrupts power transmission to the hydrogen pump; and an air compressor interrupter that interrupts power transmission to the air compressor,
The driving device is provided with a lubricating oil supply and circulation mechanism for supplying lubricating oil to each part including at least the differential planetary gear mechanism and the hydrogen pump,
A fuel cell gas supply system in which the drive motor is driven in a state where both the hydrogen pump interrupter and the air compressor interrupter are disconnected.
前記潤滑油供給循環機構における潤滑油の温度が、設定温度以上である場合に、前記水素ポンプへの潤滑油の供給路である水素ポンプオイル供給路を開放するサーモスタッドバルブが設けられた燃料電池ガス供給システム。 The fuel cell gas supply system according to claim 8,
A fuel cell gas provided with a thermostud valve that opens a hydrogen pump oil supply path, which is a supply path for lubricating oil to the hydrogen pump, when the temperature of the lubricating oil in the lubricating oil supply circulation mechanism is equal to or higher than a set temperature. Supply system.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015146627A JP2017027834A (en) | 2015-07-24 | 2015-07-24 | Fuel cell gas supply system and fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015146627A JP2017027834A (en) | 2015-07-24 | 2015-07-24 | Fuel cell gas supply system and fuel cell system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2017027834A true JP2017027834A (en) | 2017-02-02 |
Family
ID=57946717
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015146627A Pending JP2017027834A (en) | 2015-07-24 | 2015-07-24 | Fuel cell gas supply system and fuel cell system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2017027834A (en) |
-
2015
- 2015-07-24 JP JP2015146627A patent/JP2017027834A/en active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2762690B1 (en) | Engine-waste-heat utilization device | |
| JP4735642B2 (en) | FUEL CELL SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR FUEL CELL SYSTEM | |
| JP7058732B2 (en) | A turbo compressor, a fuel cell system including the turbo compressor, and a method of starting or stopping the fuel cell system. | |
| US9441503B2 (en) | Waste heat utilization apparatus | |
| US20140250886A1 (en) | Rankine Cycle | |
| JP2010031814A (en) | Oil-cooled screw compressor, motor driving system and motor control device | |
| JP2010065587A (en) | Waste heat utilization apparatus | |
| JP2010216643A (en) | Hydraulic supply device of automatic transmission | |
| WO2012125798A1 (en) | Start control system using single hydraulic pump | |
| WO2013145921A1 (en) | Control apparatus | |
| JP2011169375A (en) | Auxiliary driving gear and hydraulic control device | |
| JP2014173722A (en) | Vehicle including variable oil pump | |
| WO2013046888A1 (en) | Rankine cycle | |
| JP2010083230A (en) | Hybrid drive device | |
| JP2011131825A (en) | Controller for hybrid electric vehicle | |
| JPH11287316A (en) | Hydraulic pressure supplying device | |
| JP4285424B2 (en) | Engine starter | |
| JP6233519B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP6595008B2 (en) | Gas compressor and gas compressor system | |
| JP2010048222A (en) | Compressor device and fuel cell system | |
| JP2020087720A (en) | Fuel cell system | |
| JP2017027834A (en) | Fuel cell gas supply system and fuel cell system | |
| JP2010083231A (en) | Hybrid drive device | |
| JP6070271B2 (en) | Engine-driven air conditioner | |
| JP2017027769A (en) | Fuel battery system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20161205 |