JP3136015B2 - 自動車用反応ガス圧縮システム - Google Patents
自動車用反応ガス圧縮システムInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池搭載の自動車
用反応ガス圧縮システムにおいて、回生制動による燃料
電池の反応ガス圧縮システムを有する自動車用反応ガス
圧縮システムに関する。
用反応ガス圧縮システムにおいて、回生制動による燃料
電池の反応ガス圧縮システムを有する自動車用反応ガス
圧縮システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、燃料電池を動力源として搭載する
自動車（以下「ＦＣ−ＥＶ」という）用反応ガス生成シ
ステムにおいて、水素を金属に吸蔵させた金属水素化物
の形で搭載するとともに、回生制動によって発生する電
力で水を電気分解し、これにより得られる水素を上記金
属水素化物に導き、また得られた酸素は燃料電池へその
まま送り込み貯蔵、再利用するように構成した回生制動
による自動車用反応ガス生成システムが提案されている
（特開昭５０−１５８０１６号公報、特開昭５０−１５
８０１７号公報）。なお、車の制動時にブレーキペダル
を踏むとブレーキ機構に組み込まれた切り換えスイッチ
が作動し、駆動モータは発電機になって電力を発生し車
に制動作用を与えるようになっており、この方式は回生
制動として周知である。ところで、前記回生制動による
反応ガス生成システム５０においては、図２に示すよう
に、燃料電池５１に、金属水素化物から発生した水素Ｈ
2 および大気中から空気（酸素Ｏ2 ）Ａがそれぞれ導管
５９ａ、５９ｂから供給される。また、水電解装置５５
で消費される水としては、燃料電池５１で生成される水
Ｈ2 Ｏを導管５９ｃにより導入する。水電解装置５５で
発生した分解水素Ｈ2 は、導管５９ｄから金属水素化物
貯蔵タンク５７に水素圧縮機５６によって圧送され、ガ
ス状または金属水素化物として貯えられ、必要に応じ燃
料電池５１に供給される。一方、分解酸素Ｏ2 は、導管
５９ｅ、５９ｂを通り燃料電池５１に導かれ酸化剤とし
て使用される。なお、５２、５４は、コントローラ５３
にそれぞれ導線により接続されたブレーキペダル、駆動
モータで、回生制動を生ずるものである。金属水素化物
は、所定温度に加熱することにより水素Ｈ2 を放出する
が、この加熱は適宜の方法で行ない得るものであり、そ
の加熱の制御は例えば、金属水素化物貯蔵タンク５７の
内圧を検知する圧力検知器５８などの作動によりコント
ローラ５３の指令によって行なわれる。
自動車（以下「ＦＣ−ＥＶ」という）用反応ガス生成シ
ステムにおいて、水素を金属に吸蔵させた金属水素化物
の形で搭載するとともに、回生制動によって発生する電
力で水を電気分解し、これにより得られる水素を上記金
属水素化物に導き、また得られた酸素は燃料電池へその
まま送り込み貯蔵、再利用するように構成した回生制動
による自動車用反応ガス生成システムが提案されている
（特開昭５０−１５８０１６号公報、特開昭５０−１５
８０１７号公報）。なお、車の制動時にブレーキペダル
を踏むとブレーキ機構に組み込まれた切り換えスイッチ
が作動し、駆動モータは発電機になって電力を発生し車
に制動作用を与えるようになっており、この方式は回生
制動として周知である。ところで、前記回生制動による
反応ガス生成システム５０においては、図２に示すよう
に、燃料電池５１に、金属水素化物から発生した水素Ｈ
2 および大気中から空気（酸素Ｏ2 ）Ａがそれぞれ導管
５９ａ、５９ｂから供給される。また、水電解装置５５
で消費される水としては、燃料電池５１で生成される水
Ｈ2 Ｏを導管５９ｃにより導入する。水電解装置５５で
発生した分解水素Ｈ2 は、導管５９ｄから金属水素化物
貯蔵タンク５７に水素圧縮機５６によって圧送され、ガ
ス状または金属水素化物として貯えられ、必要に応じ燃
料電池５１に供給される。一方、分解酸素Ｏ2 は、導管
５９ｅ、５９ｂを通り燃料電池５１に導かれ酸化剤とし
て使用される。なお、５２、５４は、コントローラ５３
にそれぞれ導線により接続されたブレーキペダル、駆動
モータで、回生制動を生ずるものである。金属水素化物
は、所定温度に加熱することにより水素Ｈ2 を放出する
が、この加熱は適宜の方法で行ない得るものであり、そ
の加熱の制御は例えば、金属水素化物貯蔵タンク５７の
内圧を検知する圧力検知器５８などの作動によりコント
ローラ５３の指令によって行なわれる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の回生制動による反応ガス生成システムでは、回生制
動により得られた電力を利用して水の電気分解を行な
い、本来損失となるべき制動エネルギーを有効に活用し
て燃料補充を行なうことを可能にはしているが、低負荷
時における純反応ガス（水素）の供給や、また発進・加
速時など高負荷・高出力を必要とする場合などの高効率
運転の実現など、きめ細かに燃料電池を運用することは
不可能である。
来の回生制動による反応ガス生成システムでは、回生制
動により得られた電力を利用して水の電気分解を行な
い、本来損失となるべき制動エネルギーを有効に活用し
て燃料補充を行なうことを可能にはしているが、低負荷
時における純反応ガス（水素）の供給や、また発進・加
速時など高負荷・高出力を必要とする場合などの高効率
運転の実現など、きめ細かに燃料電池を運用することは
不可能である。
【０００４】本発明は、このような従来の問題点を背景
になされたもので、回生制動エネルギーを燃料電池の反
応ガスの圧縮に用いてガスにエネルギーを蓄え分離・精
製などの仕事を行なわせるととともに、高負荷、低負荷
時に対応した純反応ガスの供給により高効率運転ができ
る回生制動による反応ガス圧縮システムを有する自動車
用反応ガス圧縮システムを提供することを目的とする。
になされたもので、回生制動エネルギーを燃料電池の反
応ガスの圧縮に用いてガスにエネルギーを蓄え分離・精
製などの仕事を行なわせるととともに、高負荷、低負荷
時に対応した純反応ガスの供給により高効率運転ができ
る回生制動による反応ガス圧縮システムを有する自動車
用反応ガス圧縮システムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、ブレーキの動
作により回生制動を行なわせるコントローラを介して燃
料電池から駆動モータへ動力を送り走行する自動車用反
応ガス圧縮システムにおいて、メタノールおよび水を気
化器を介して改質器に導き、生成したメタノール改質ガ
スを、駆動系変速機に連結した圧送ポンプ、燃料ガス分
離器および水素タンクを経由させる通常ルート、ならび
に、燃料ガス分離器および水素タンクをバイパスさせる
バイパスルートを備え、これら反応ガス供給ルートによ
って燃料電池に燃料ガスを供給し、燃料電池から排出さ
れた未反応ガスを上記改質器へ導くことのできる、回生
制動によるメタノール改質ガス中の水素濃縮システムを
有する自動車用反応ガス圧縮システムを提供するもので
ある。また、本発明は、ブレーキの動作により回生制動
を行なわせるコントローラを介して燃料電池から駆動モ
ータへ動力を送り走行する自動車用反応ガス圧縮システ
ムにおいて、空気を、駆動系変速機に連結した圧送ポン
プで圧縮し、酸化剤ガス分離器および酸素タンクを経由
させる通常ルート、ならびに、酸化剤ガス分離器および
酸素タンクをバイパスさせるバイパスルートを備え、こ
れら反応ガス供給ルートによって燃料電池へ酸素ガスを
供給し、燃料電池から排出された未反応ガスを上記改質
器へ導くことのできる、回生制動による空気中の酸素濃
縮システムを有する自動車用反応ガス圧縮システムを提
供するものである。
作により回生制動を行なわせるコントローラを介して燃
料電池から駆動モータへ動力を送り走行する自動車用反
応ガス圧縮システムにおいて、メタノールおよび水を気
化器を介して改質器に導き、生成したメタノール改質ガ
スを、駆動系変速機に連結した圧送ポンプ、燃料ガス分
離器および水素タンクを経由させる通常ルート、ならび
に、燃料ガス分離器および水素タンクをバイパスさせる
バイパスルートを備え、これら反応ガス供給ルートによ
って燃料電池に燃料ガスを供給し、燃料電池から排出さ
れた未反応ガスを上記改質器へ導くことのできる、回生
制動によるメタノール改質ガス中の水素濃縮システムを
有する自動車用反応ガス圧縮システムを提供するもので
ある。また、本発明は、ブレーキの動作により回生制動
を行なわせるコントローラを介して燃料電池から駆動モ
ータへ動力を送り走行する自動車用反応ガス圧縮システ
ムにおいて、空気を、駆動系変速機に連結した圧送ポン
プで圧縮し、酸化剤ガス分離器および酸素タンクを経由
させる通常ルート、ならびに、酸化剤ガス分離器および
酸素タンクをバイパスさせるバイパスルートを備え、こ
れら反応ガス供給ルートによって燃料電池へ酸素ガスを
供給し、燃料電池から排出された未反応ガスを上記改質
器へ導くことのできる、回生制動による空気中の酸素濃
縮システムを有する自動車用反応ガス圧縮システムを提
供するものである。
【０００６】
【作用】上記構成とした本発明の回生制動による反応ガ
ス圧縮システムでは、ＦＣ−ＥＶがある速度からブレー
キをかけるとき、燃料電池から駆動モータへの電力供給
を停止するとともに、クラッチを切りバイパス導管を閉
鎖することによって両方の圧送ポンプは圧縮ポンプとな
り、メタノール改質ガス中の水素濃縮システムにおいて
は、改質器からの水素・二酸化炭素混合ガスは圧縮さ
れ、続いてガス分離器で分離された水素は、水素タンク
に貯蔵される。一方、空気中の酸素濃縮システムにおい
ては、大気中の空気を圧送しガス分離器で分離された酸
素は、酸素タンクに貯蔵される。低負荷時の燃料電池へ
の反応ガスの供給は、通常ルートを閉鎖しバイパスルー
トを経由するようにして圧送ポンプをガス供給ポンプと
して使用する。一方、発進・加速時など高出力を必要と
する場合は、バイパスルートを閉鎖し通常ルートで反応
ガス圧を上昇させ、高電流密度運転時の燃料電池の電圧
低下を防ぎ、高負荷運転を実現する。なお、燃料電池で
作用の終わった反応ガスおよび未反応ガスは、還流ルー
トにより改質器内の燃焼部へ導かれる。また、それぞれ
のガス分離器で分離された不要な二酸化炭素や窒素は、
ガス分離器からそのまま外部へ排除される。
ス圧縮システムでは、ＦＣ−ＥＶがある速度からブレー
キをかけるとき、燃料電池から駆動モータへの電力供給
を停止するとともに、クラッチを切りバイパス導管を閉
鎖することによって両方の圧送ポンプは圧縮ポンプとな
り、メタノール改質ガス中の水素濃縮システムにおいて
は、改質器からの水素・二酸化炭素混合ガスは圧縮さ
れ、続いてガス分離器で分離された水素は、水素タンク
に貯蔵される。一方、空気中の酸素濃縮システムにおい
ては、大気中の空気を圧送しガス分離器で分離された酸
素は、酸素タンクに貯蔵される。低負荷時の燃料電池へ
の反応ガスの供給は、通常ルートを閉鎖しバイパスルー
トを経由するようにして圧送ポンプをガス供給ポンプと
して使用する。一方、発進・加速時など高出力を必要と
する場合は、バイパスルートを閉鎖し通常ルートで反応
ガス圧を上昇させ、高電流密度運転時の燃料電池の電圧
低下を防ぎ、高負荷運転を実現する。なお、燃料電池で
作用の終わった反応ガスおよび未反応ガスは、還流ルー
トにより改質器内の燃焼部へ導かれる。また、それぞれ
のガス分離器で分離された不要な二酸化炭素や窒素は、
ガス分離器からそのまま外部へ排除される。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
するが、本発明は、この実施例に限定されるものではな
い。本発明を適用するＦＣ−ＥＶは、ブレーキペダル３
２の動作により回生制動を行なうコントローラ３３を介
して燃料電池３１からクラッチ３５に連結する駆動モー
タ３４へ動力を送る車輪駆動装置３０と、クラッチ３５
に連結する変速機４１、推進軸４２、差動機４３、駆動
軸４４および後車輪４５からなる駆動力伝達装置４０と
を備えている。
するが、本発明は、この実施例に限定されるものではな
い。本発明を適用するＦＣ−ＥＶは、ブレーキペダル３
２の動作により回生制動を行なうコントローラ３３を介
して燃料電池３１からクラッチ３５に連結する駆動モー
タ３４へ動力を送る車輪駆動装置３０と、クラッチ３５
に連結する変速機４１、推進軸４２、差動機４３、駆動
軸４４および後車輪４５からなる駆動力伝達装置４０と
を備えている。
【０００８】ところで、本実施例の回生制動による反応
ガス圧縮システム０１は、図１に示すように、メタノー
ル改質ガス中の水素濃縮システム１０と、空気中の酸素
濃縮システム２０とが、車輪駆動装置３０に組み合って
構成されている。メタノール改質ガス中の水素濃縮シス
テム１０では、供給されるメタノールＭと水Ｗとをヒー
タ加熱する気化器１６と、メタノールＭの改質器１５
と、メタノール改質ガス（ＣＯ2 、Ｈ2 ）を回生制動に
より圧縮して供給する圧送ポンプ１１と、弁１７ａと、
メタノール改質ガス中の水素、二酸化炭素および微量の
一酸化炭素を吸着分離・膜分離などのガス分離法によっ
て燃料電池反応に用いる水素Ｈ2 を分離・濃縮して純水
素とする燃料ガス分離器１２と、逆止弁１８と、水素タ
ンク１３と、背圧弁１９ａと、弁１７ｂとを連結して燃
料電池３１に達する通常ルート１０ａが形成されてい
る。また、圧送ポンプ１１から燃料電池３１に弁１７ｃ
を介して連結されるバイパス導管１４を有するバイパス
ルート１０ｂも設けられている。さらに、燃料電池３１
から排出される未反応Ｈ2 が背圧弁１９ｂを介して改質
器１５へ導かれるように配管された還流ルート１０ｃを
備えている。
ガス圧縮システム０１は、図１に示すように、メタノー
ル改質ガス中の水素濃縮システム１０と、空気中の酸素
濃縮システム２０とが、車輪駆動装置３０に組み合って
構成されている。メタノール改質ガス中の水素濃縮シス
テム１０では、供給されるメタノールＭと水Ｗとをヒー
タ加熱する気化器１６と、メタノールＭの改質器１５
と、メタノール改質ガス（ＣＯ2 、Ｈ2 ）を回生制動に
より圧縮して供給する圧送ポンプ１１と、弁１７ａと、
メタノール改質ガス中の水素、二酸化炭素および微量の
一酸化炭素を吸着分離・膜分離などのガス分離法によっ
て燃料電池反応に用いる水素Ｈ2 を分離・濃縮して純水
素とする燃料ガス分離器１２と、逆止弁１８と、水素タ
ンク１３と、背圧弁１９ａと、弁１７ｂとを連結して燃
料電池３１に達する通常ルート１０ａが形成されてい
る。また、圧送ポンプ１１から燃料電池３１に弁１７ｃ
を介して連結されるバイパス導管１４を有するバイパス
ルート１０ｂも設けられている。さらに、燃料電池３１
から排出される未反応Ｈ2 が背圧弁１９ｂを介して改質
器１５へ導かれるように配管された還流ルート１０ｃを
備えている。
【０００９】空気中の酸素濃縮システム２０では、吸入
した大気中の空気Ａを圧縮供給する圧送ポンプ２１から
弁２７ａと、回生制動により圧縮した空気中の酸素・窒
素を吸着分離や膜分離などのガス分離法によって分離
（酸素の分離・濃縮）する酸化剤ガス分離器２２と、逆
止弁２８と、酸素タンク２３と、背圧弁２９ａと、弁２
７ｂとを連結して燃料電池３１に達する通常ルート２０
ａが形成されている。また、圧送ポンプ２１から燃料電
池３１に弁２７ｃを介して連結されるバイパス導管２４
を有するバイパスルート２０ｂも設けられている。さら
に、燃料電池３１から排出される未反応Ｏ2 が背圧弁２
９ｂを介して改質器１５へ導かれるように配管された還
流ルート２０ｃを備えている。
した大気中の空気Ａを圧縮供給する圧送ポンプ２１から
弁２７ａと、回生制動により圧縮した空気中の酸素・窒
素を吸着分離や膜分離などのガス分離法によって分離
（酸素の分離・濃縮）する酸化剤ガス分離器２２と、逆
止弁２８と、酸素タンク２３と、背圧弁２９ａと、弁２
７ｂとを連結して燃料電池３１に達する通常ルート２０
ａが形成されている。また、圧送ポンプ２１から燃料電
池３１に弁２７ｃを介して連結されるバイパス導管２４
を有するバイパスルート２０ｂも設けられている。さら
に、燃料電池３１から排出される未反応Ｏ2 が背圧弁２
９ｂを介して改質器１５へ導かれるように配管された還
流ルート２０ｃを備えている。
【００１０】上記構成となっているので、本実施例の回
生制動による反応ガス圧縮システム０１において、回生
制動によるメタノール改質ガス中の水素Ｈ2 の濃縮は、
下記のように行われる。ＦＣ−ＥＶにおいて、ある速度
からブレーキをかけるとき、燃料電池３１から駆動モー
タ３４への電力供給を停止し、クラッチ３５を切った状
態で弁１７ａを開き、弁１７ｃを閉じることにより圧送
ポンプ１１は圧縮ポンプとなり、改質器１５からの水素
Ｈ2 と二酸化炭素ＣＯ2 との混合ガスは、燃料ガス分離
器１２へ圧送されて来る。そこでその分離器１２は、所
定圧力（６〜７ｋｇ／ｃｍ2 ・Ｇ）（Ｇはゲージ圧であ
ることを表す。以下同じ）で水素Ｈ2 と二酸化炭素ＣＯ
2 の分離を行ない、分離された水素Ｈ2 は、水素タンク
１３に送られ逆止弁１８により逆流を阻止されて貯蔵さ
れる。一方、分離された二酸化炭素ＣＯ2 は外部へ排除
される。
生制動による反応ガス圧縮システム０１において、回生
制動によるメタノール改質ガス中の水素Ｈ2 の濃縮は、
下記のように行われる。ＦＣ−ＥＶにおいて、ある速度
からブレーキをかけるとき、燃料電池３１から駆動モー
タ３４への電力供給を停止し、クラッチ３５を切った状
態で弁１７ａを開き、弁１７ｃを閉じることにより圧送
ポンプ１１は圧縮ポンプとなり、改質器１５からの水素
Ｈ2 と二酸化炭素ＣＯ2 との混合ガスは、燃料ガス分離
器１２へ圧送されて来る。そこでその分離器１２は、所
定圧力（６〜７ｋｇ／ｃｍ2 ・Ｇ）（Ｇはゲージ圧であ
ることを表す。以下同じ）で水素Ｈ2 と二酸化炭素ＣＯ
2 の分離を行ない、分離された水素Ｈ2 は、水素タンク
１３に送られ逆止弁１８により逆流を阻止されて貯蔵さ
れる。一方、分離された二酸化炭素ＣＯ2 は外部へ排除
される。
【００１１】また、回生制動による空気Ａ中の酸素濃縮
は、下記のように行われる。クラッチ３５が切られた場
合、前記とほぼ同様に弁２７ａが開き、弁２７ｃが閉じ
られ回生制動源として圧送ポンプ２１が圧縮ポンプとな
って作動し、大気中の空気Ａは圧縮されて酸化剤ガス分
離器２２へ圧送され、その分離器２２により所定圧力
（６〜７ｋｇ／ｃｍ2 ・Ｇ）で酸素Ｏ2 と窒素Ｎ2 とに
分離され、その窒素Ｎ2は外部へ排除される。一方、分
離された酸素Ｏ2 は、酸素タンク２３へ送られ逆止弁２
８により逆流を阻止されて貯蔵される。なお、自動車停
止中のブレーキペダル３２の踏み込み操作では、上記の
弁開閉作動は起こらない。
は、下記のように行われる。クラッチ３５が切られた場
合、前記とほぼ同様に弁２７ａが開き、弁２７ｃが閉じ
られ回生制動源として圧送ポンプ２１が圧縮ポンプとな
って作動し、大気中の空気Ａは圧縮されて酸化剤ガス分
離器２２へ圧送され、その分離器２２により所定圧力
（６〜７ｋｇ／ｃｍ2 ・Ｇ）で酸素Ｏ2 と窒素Ｎ2 とに
分離され、その窒素Ｎ2は外部へ排除される。一方、分
離された酸素Ｏ2 は、酸素タンク２３へ送られ逆止弁２
８により逆流を阻止されて貯蔵される。なお、自動車停
止中のブレーキペダル３２の踏み込み操作では、上記の
弁開閉作動は起こらない。
【００１２】低負荷時の燃料電池への反応ガス供給は、
燃料ガスの場合、メタノール改質ガス中の水素濃縮シス
テム１０において、弁１７ａ、弁１７ｂを閉じ、弁１７
ｃを開いたバイパスルート１０ｂ使用の状態で圧送ポン
プ１１を供給に用い、Ｈ2 ・ＣＯ2 混合ガスの状態で燃
料電池に供給する。このときの燃料ガス圧は圧送ポンプ
１１のガス供給量と背圧弁１９ｂの開度によって決ま
る。なお、圧送ポンプ１１は、ガス供給とガス圧縮との
両機能を有している。すなわち、背圧弁が全開の状態で
は通常ルート１０ａと還流ルート１０ｃとを経由する流
れを作るガス供給ポンプの役目を果たすが、背圧弁があ
る設定まで閉じた状態になると、ガス圧縮ポンプに変わ
る。一方、酸化剤ガスの場合、空気中の酸素濃縮システ
ム２０において、弁２７ａ、２７ｂを閉じ、弁２７ｃを
開いたバイパスルート２０ｂ使用の状態で圧送ポンプ２
１を供給に用い、酸素Ｏ2 を空気Ａに含めた状態で燃料
電池３１に供給する。このときの酸化剤ガス圧は、圧送
ポンプ２１のガス供給量と背圧弁２９ｂの開度によって
決まる。なお、圧送ポンプ２１は、ガス供給とガス圧縮
との両機能を有している。すなわち、背圧弁が全開の状
態では通常ルート２０ａと還流ルート２０ｃとを経由す
る流れを作るガス供給ポンプの役目を果たすが、背圧弁
がある設定まで閉じた状態になると、ガス圧縮ポンプに
変わる。
燃料ガスの場合、メタノール改質ガス中の水素濃縮シス
テム１０において、弁１７ａ、弁１７ｂを閉じ、弁１７
ｃを開いたバイパスルート１０ｂ使用の状態で圧送ポン
プ１１を供給に用い、Ｈ2 ・ＣＯ2 混合ガスの状態で燃
料電池に供給する。このときの燃料ガス圧は圧送ポンプ
１１のガス供給量と背圧弁１９ｂの開度によって決ま
る。なお、圧送ポンプ１１は、ガス供給とガス圧縮との
両機能を有している。すなわち、背圧弁が全開の状態で
は通常ルート１０ａと還流ルート１０ｃとを経由する流
れを作るガス供給ポンプの役目を果たすが、背圧弁があ
る設定まで閉じた状態になると、ガス圧縮ポンプに変わ
る。一方、酸化剤ガスの場合、空気中の酸素濃縮システ
ム２０において、弁２７ａ、２７ｂを閉じ、弁２７ｃを
開いたバイパスルート２０ｂ使用の状態で圧送ポンプ２
１を供給に用い、酸素Ｏ2 を空気Ａに含めた状態で燃料
電池３１に供給する。このときの酸化剤ガス圧は、圧送
ポンプ２１のガス供給量と背圧弁２９ｂの開度によって
決まる。なお、圧送ポンプ２１は、ガス供給とガス圧縮
との両機能を有している。すなわち、背圧弁が全開の状
態では通常ルート２０ａと還流ルート２０ｃとを経由す
る流れを作るガス供給ポンプの役目を果たすが、背圧弁
がある設定まで閉じた状態になると、ガス圧縮ポンプに
変わる。
【００１３】高負荷・高効率運転時、発進・加速など高
出力を必要とする場合は、前記の水素濃縮システム１０
において、弁１７ｃを閉じ、弁１７ｂを開いた通常ルー
ト１０ａの状態で燃料ガス内の水素圧を上昇させ、高電
流密度運転時の燃料電池３１の電圧低下を防ぎ（圧力利
得による圧力上昇効果）、高負荷運転を実現することが
できる。このとき、弁１７ａを開いた状態で水素分離も
同時に行なう。高負荷時でも圧送ポンプ１１は作動して
いるので、弁１７ｃ閉の状態で弁１７ａを開くと、圧送
ポンプ１１と燃料ガス分離器１２との間でガス昇圧が起
こり６〜７ｋｇ／ｃｍ2 ・Ｇに達した段階で水素分離可
能となる。一方、前記の酸素濃縮システム２０において
は、弁２７ｂ開、弁２７ｃ閉の状態で酸化剤ガス内の酸
素圧を上昇させ、前記同様に高負荷運転を実現すること
ができる。このとき、弁２７ａ開の通常ルート１０ａの
状態で酸素濃縮も同時に行なう。
出力を必要とする場合は、前記の水素濃縮システム１０
において、弁１７ｃを閉じ、弁１７ｂを開いた通常ルー
ト１０ａの状態で燃料ガス内の水素圧を上昇させ、高電
流密度運転時の燃料電池３１の電圧低下を防ぎ（圧力利
得による圧力上昇効果）、高負荷運転を実現することが
できる。このとき、弁１７ａを開いた状態で水素分離も
同時に行なう。高負荷時でも圧送ポンプ１１は作動して
いるので、弁１７ｃ閉の状態で弁１７ａを開くと、圧送
ポンプ１１と燃料ガス分離器１２との間でガス昇圧が起
こり６〜７ｋｇ／ｃｍ2 ・Ｇに達した段階で水素分離可
能となる。一方、前記の酸素濃縮システム２０において
は、弁２７ｂ開、弁２７ｃ閉の状態で酸化剤ガス内の酸
素圧を上昇させ、前記同様に高負荷運転を実現すること
ができる。このとき、弁２７ａ開の通常ルート１０ａの
状態で酸素濃縮も同時に行なう。
【００１４】なお、燃料電池３１の起動および純反応ガ
スの不足時には、補助二次電池の電力によってシステム
が起動し、ＦＣ−ＥＶの発進を行なう。燃料電池の単電
池自体は、室温状態からでも起動は可能であるため、起
動時にエネルギーを必要とするのは、燃料電池スタック
への燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給と改質器の起動で
ある。水素タンク１３に水素が存在すれば、その水素に
よって燃料電池３１を起動することができるが、無い場
合には次のステップＳが必要である。 Ｓ１ 改質器１５内の特定の改質管を補助二次電池によ
りヒータで加熱 Ｓ２ 改質器１５手前の気化器１６をヒータで加熱 Ｓ３ 改質器１５へメタノールＭと水Ｗとを供給して改
質開始 Ｓ４ 二次電池により駆動モータ３４を回し、クラッチ
３５を接続 Ｓ５ 変速機４１内において駆動モータ３４の動力が圧
送ポンプ１１、２１だけに伝達するように切り換える
（燃料電池３１起動）。 Ｓ６ 上記の各ステップＳ１〜５の電気エネルギーを補
助二次電池から燃料電池３１へと徐々に供給元を切り換
える。 以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はこの実施
例に必ずしも限定されることはなく、要旨を逸脱しない
範囲での設計変更などがあっても本発明に含まれる。
スの不足時には、補助二次電池の電力によってシステム
が起動し、ＦＣ−ＥＶの発進を行なう。燃料電池の単電
池自体は、室温状態からでも起動は可能であるため、起
動時にエネルギーを必要とするのは、燃料電池スタック
への燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給と改質器の起動で
ある。水素タンク１３に水素が存在すれば、その水素に
よって燃料電池３１を起動することができるが、無い場
合には次のステップＳが必要である。 Ｓ１ 改質器１５内の特定の改質管を補助二次電池によ
りヒータで加熱 Ｓ２ 改質器１５手前の気化器１６をヒータで加熱 Ｓ３ 改質器１５へメタノールＭと水Ｗとを供給して改
質開始 Ｓ４ 二次電池により駆動モータ３４を回し、クラッチ
３５を接続 Ｓ５ 変速機４１内において駆動モータ３４の動力が圧
送ポンプ１１、２１だけに伝達するように切り換える
（燃料電池３１起動）。 Ｓ６ 上記の各ステップＳ１〜５の電気エネルギーを補
助二次電池から燃料電池３１へと徐々に供給元を切り換
える。 以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はこの実施
例に必ずしも限定されることはなく、要旨を逸脱しない
範囲での設計変更などがあっても本発明に含まれる。
【００１５】
【発明の効果】本発明の回生制動による反応ガス圧縮シ
ステムは、回生制動エネルギーを燃料電池の反応ガスの
圧縮に用いて、ガスにエネルギーを貯え、分離・精製な
どの仕事を行なわせる。回生制動により燃料電池の反応
ガス、すなわち酸化剤ガスである空気／酸素および／ま
たは燃料ガスであるメタノール改質水素を圧縮すること
により燃料電池へ供給する水素および酸素の分圧を高
め、部分負荷時の対応も含めて燃料電池の高出力運転を
行なうことができる。また、回生制動により圧縮したメ
タノール改質ガス中の水素、二酸化炭素および微量の一
酸化炭素を、また空気中の酸素や窒素をそれぞれ吸着分
離・膜分離などのガス分離法によって燃料電池反応に用
いる水素や酸素それぞれの分離・濃縮を行なうことによ
り、燃料電池へ純水素と純酸素とを供給し、部分負荷時
の対応も含めて燃料電池の高出力運転ができる。さら
に、未反応ガスを改質器に戻して利用するので、ガス利
用率が向上する。なお、回生制動により圧縮・分離した
メタノール改質ガス中の水素および空気中の酸素を、回
生制動により昇圧・貯蔵し、高い圧力状態で燃料電池へ
の供給を行ない、高出力運転に対応させることができ
る。
ステムは、回生制動エネルギーを燃料電池の反応ガスの
圧縮に用いて、ガスにエネルギーを貯え、分離・精製な
どの仕事を行なわせる。回生制動により燃料電池の反応
ガス、すなわち酸化剤ガスである空気／酸素および／ま
たは燃料ガスであるメタノール改質水素を圧縮すること
により燃料電池へ供給する水素および酸素の分圧を高
め、部分負荷時の対応も含めて燃料電池の高出力運転を
行なうことができる。また、回生制動により圧縮したメ
タノール改質ガス中の水素、二酸化炭素および微量の一
酸化炭素を、また空気中の酸素や窒素をそれぞれ吸着分
離・膜分離などのガス分離法によって燃料電池反応に用
いる水素や酸素それぞれの分離・濃縮を行なうことによ
り、燃料電池へ純水素と純酸素とを供給し、部分負荷時
の対応も含めて燃料電池の高出力運転ができる。さら
に、未反応ガスを改質器に戻して利用するので、ガス利
用率が向上する。なお、回生制動により圧縮・分離した
メタノール改質ガス中の水素および空気中の酸素を、回
生制動により昇圧・貯蔵し、高い圧力状態で燃料電池へ
の供給を行ない、高出力運転に対応させることができ
る。
【図１】本発明に係る実施例の回生制動による反応ガス
圧縮システムの系統図である。
圧縮システムの系統図である。
【図２】従来の回生制動による反応ガス生成システムの
系統図である。
系統図である。
０１ 回生制動による反応ガス圧縮システム １０ メタノール改質ガス中の水素濃縮システム １０ａ 通常ルート １０ｂ バイパスルート １０ｃ 還流ルート １１ 圧送ポンプ １２ 燃料ガス分離器 １３ 水素タンク １４ バイパス導管 １５ 改質器 １６ 気化器 １８ 逆止弁 １９ａ 背圧弁 １９ｂ 背圧弁 ２０ 空気中の酸素濃縮システム ２０ａ 通常ルート ２０ｂ バイパスルート ２０ｃ 還流ルート ２１ 圧送ポンプ ２２ 酸化剤ガス分離器 ２３ 酸素タンク ２４ バイパス導管 ２８ 逆止弁 ２９ａ 背圧弁 ２９ｂ 背圧弁 ３１ 燃料電池 ３２ ブレーキペダル ３３ コントローラ ３４ 駆動モータ ４１ 変速機 Ｍ メタノール Ｗ 水 Ａ 空気
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 英男 埼玉県和光市中央一丁目４番１号 株式 会社 本田技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭51−4716（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−272468（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−168803（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−13094（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24 B60L 7/00 - 13/00
Claims (2)
- 【請求項１】 ブレーキの動作により回生制動を行なわ
せるコントローラを介して燃料電池から駆動モータへ動
力を送り走行する自動車用反応ガス圧縮システムにおい
て、メタノールおよび水を気化器を介して改質器に導
き、生成したメタノール改質ガスを、駆動系変速機に連
結した圧送ポンプ、燃料ガス分離器および水素タンクを
経由させる通常ルート、ならびに、燃料ガス分離器およ
び水素タンクをバイパスさせるバイパスルートを備え、
これら反応ガス供給ルートによって燃料電池に燃料ガス
を供給し、燃料電池から排出された未反応ガスを上記改
質器へ導くことのできる、回生制動によるメタノール改
質ガス中の水素濃縮システムを有する自動車用反応ガス
圧縮システム。 - 【請求項２】 ブレーキの動作により回生制動を行なわ
せるコントローラを介して燃料電池から駆動モータへ動
力を送り走行する自動車用反応ガス圧縮システムにおい
て、空気を、駆動系変速機に連結した圧送ポンプで圧縮
し、酸化剤ガス分離器および酸素タンクを経由させる通
常ルート、ならびに、酸化剤ガス分離器および酸素タン
クをバイパスさせるバイパスルートを備え、これら反応
ガス供給ルートによって燃料電池へ酸素ガスを供給し、
燃料電池から排出された未反応ガスを上記改質器へ導く
ことのできる、回生制動による空気中の酸素濃縮システ
ムを有する自動車用反応ガス圧縮システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04360450A JP3136015B2 (ja) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | 自動車用反応ガス圧縮システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04360450A JP3136015B2 (ja) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | 自動車用反応ガス圧縮システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06203846A JPH06203846A (ja) | 1994-07-22 |
| JP3136015B2 true JP3136015B2 (ja) | 2001-02-19 |
Family
ID=18469458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04360450A Expired - Fee Related JP3136015B2 (ja) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | 自動車用反応ガス圧縮システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3136015B2 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19731642C1 (de) * | 1997-07-23 | 1999-02-18 | Dbb Fuel Cell Engines Gmbh | Brennstoffzellenfahrzeug |
| AU2002332563A1 (en) * | 2001-08-23 | 2003-03-10 | General Motors Corporation | Vehicle chassis having systems responsive to non-mechanical control signals |
| KR20030083515A (ko) * | 2002-04-23 | 2003-10-30 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 상용차량의 보조제동장치 |
| US20040197611A1 (en) * | 2003-04-04 | 2004-10-07 | Alan Niedzwiecki | Transportable fuel cell generator |
| JP2006216283A (ja) * | 2005-02-01 | 2006-08-17 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 固体高分子型燃料電池発電装置用都市ガス供給装置 |
| JP2007024567A (ja) * | 2005-07-13 | 2007-02-01 | Toppan Printing Co Ltd | 水素センサ，燃料電池およびそれらを備える車輌 |
| JP2007024568A (ja) * | 2005-07-13 | 2007-02-01 | Toppan Printing Co Ltd | 水素センサ，燃料電池およびそれらを備える車輌 |
| JP2007024566A (ja) * | 2005-07-13 | 2007-02-01 | Toppan Printing Co Ltd | 水素センサ，燃料電池およびそれらを備える車輌 |
| WO2011135932A1 (ja) * | 2010-04-28 | 2011-11-03 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | 燃料電池装置 |
| CN102259595B (zh) * | 2011-05-13 | 2013-07-10 | 北京工业大学 | 一种回收制动能量随车制取氢、氧气的装置及方法 |
| CN102259596B (zh) * | 2011-05-19 | 2013-03-13 | 北京工业大学 | 一种汽车制动能量的回收利用装置及方法 |
-
1992
- 1992-12-28 JP JP04360450A patent/JP3136015B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06203846A (ja) | 1994-07-22 |
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