JP6597586B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
形態として実現することが可能である。
本発明の第1の形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、燃料電池と、コンプレッサ回転軸を有し、前記燃料電池にカソードガスを供給するコンプレッサと、タービン回転軸を有し、前記燃料電池から排出されたカソード排ガスによって駆動されるタービンと、モータ回転軸を有し、前記コンプレッサと前記タービンとの間に配置される電動モータと、前記コンプレッサ回転軸と前記モータ回転軸に連結され、前記コンプレッサと前記電動モータとの間の変速を行う第1変速機と、前記タービン回転軸と前記モータ回転軸に連結され、前記タービンと前記電動モータとの間の変速を行う第2変速機と、を備え、前記第1変速機の変速比と前記第2変速機の変速比は、前記電動モータの回転数が常に前記コンプレッサの回転数及び前記タービンの回転数よりも低く、かつ、前記コンプレッサの回転数が常に前記タービンの回転数よりも高くなるように設定されている。
本発明の第2の形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、燃料電池と、コンプレッサ回転軸を有し、前記燃料電池にカソードガスを供給するコンプレッサと、タービン回転軸を有し、前記燃料電池から排出されたカソード排ガスによって駆動されるタービンと、モータ回転軸を有し、前記コンプレッサを挟んで前記タービンと反対側の位置に配置される電動モータと、前記コンプレッサ回転軸と前記モータ回転軸に連結され、前記コンプレッサと前記電動モータとの間の変速を行う第1変速機と、前記タービン回転軸と前記コンプレッサ回転軸に連結され、前記タービンと前記コンプレッサとの間の変速を行う第2変速機と、を備え、前記第1変速機の変速比と前記第2変速機の変速比は、前記電動モータの回転数が常に前記コンプレッサの回転数及び前記タービンの回転数よりも低く、かつ、前記コンプレッサの回転数が常に前記タービンの回転数よりも高くなるように設定されている。
本発明の第3の形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、燃料電池と、コンプレッサ回転軸を有し、前記燃料電池にカソードガスを供給するコンプレッサと、タービン回転軸を有し、前記燃料電池から排出されたカソード排ガスによって駆動されるタービンと、モータ回転軸を有し、前記タービンを挟んで前記コンプレッサと反対側の位置に配置される電動モータと、前記コンプレッサ回転軸と前記タービン回転軸に連結され、前記コンプレッサと前記タービンとの間の変速を行う第1変速機と、前記モータ回転軸と前記タービン回転軸に連結され、前記電動モータと前記タービンとの間の変速を行う第2変速機と、を備え、前記第1変速機の変速比と前記第2変速機の変速比は、前記電動モータの回転数が常に前記コンプレッサの回転数及び前記タービンの回転数よりも低く、かつ、前記コンプレッサの回転数が常に前記タービンの回転数よりも高くなるように設定されている。
尚、本発明は以下の形態としても実現できる。
この形態の燃料電池システムによれば、第1変速機と第2変速機により、電動モータの回転数がコンプレッサの回転数及びタービンの回転数よりも低く、かつ、コンプレッサの回転数がタービンの回転数よりも高くなるように連結が行われているので、コンプレッサとタービンの効率を十分に高めることができる。
この形態の燃料電池システムによれば、第1変速機と第2変速機により、電動モータの回転数がコンプレッサの回転数及びタービンの回転数よりも低く、かつ、コンプレッサの回転数がタービンの回転数よりも高くなるように連結が行われているので、コンプレッサとタービンの効率を十分に高めることができる。
この形態の燃料電池システムによれば、第1変速機と第2変速機により、電動モータの回転数がコンプレッサの回転数及びタービンの回転数よりも低く、かつ、コンプレッサの回転数がタービンの回転数よりも高くなるように連結が行われているので、コンプレッサとタービンの効率を十分に高めることができる。
この形態の燃料電池システムによれば、コンプレッサと、タービンと、電動モータの回転動作中のバランスを保つことができ、かつ、それらの機器をコンパクトに組み合わせることができる。
図1は、本発明の第1実施形態における燃料電池システム700を模式的に示す説明図である。燃料電池システム700は、燃料電池600と、FC冷却系500と、アノードガス供給系200と、カソードガス供給排出系100とを備える。燃料電池600は、アノードガスとカソードガスを反応させて発電する。燃料電池システム700は、車両の動力源として車両に搭載されるものとしてもよく、定置型の燃料電池システムとしてもよい。
図4は、第2実施形態におけるコンプレッサユニット160aの説明図であり、第1実施形態の図2に対応した図である。図2に示す第1実施形態との違いは、コンプレッサ161と、タービン165と、電動モータ163と、第1変速機162と、第2変速機164aの配置位置であり、他の構成は第1実施形態とほぼ同様である。
図5は、第3実施形態におけるコンプレッサユニット160bの説明図であり、第1実施形態の図2に対応した図である。図2に示す第1実施形態との違いは、コンプレッサ161と、タービン165と、電動モータ163と、第1変速機162bと、第2変速機164の配置位置であり、他の構成は第1実施形態とほぼ同様である。
22…プラネタリギア
23…リングギア
31…ローター
32…磁石
33…ステーター
34…電磁コイル
35…軸受
41…サンギア
42…プラネタリギア
43…リングギア
61…コンプレッサ回転軸
62L…リングギア回転軸
62S…サンギア回転軸
63…モータ回転軸
64L…リングギア回転軸
64S…サンギア回転軸
65…タービン回転軸
100…カソードガス供給排出系
101…第1カソードガス供給管
102…第2カソードガス供給管
103…バイパス管
104…第1カソードガス排出管
105…第2カソードガス排出管
110…エアクリーナ
120…インタークーラー
130…分流弁
140…調圧弁
150…サイレンサー
160,160a,160b…コンプレッサユニット
161…コンプレッサ
162,162b…第1変速機
163…電動モータ
164,164a…第2変速機
165…タービン
200…アノードガス供給系
210…アノードガスタンク
220…アノードガス供給管
230…アノードガス還流管
240…排気排水管
250…主止弁
260…調圧弁
270…供給ガス圧力センサ
280…アノードガスポンプ
290…気液分離器
295…排気排水弁
350…大気圧センサ
360…外気温センサ
370…エアフローメータ
380…供給ガス温度センサ
390…供給ガス圧力センサ
500…FC冷却系
510…冷媒供給管
520…冷媒排出管
530…ラジエータ
535…ラジエータファン
540…バイパス管
545…三方弁
570…冷媒ポンプ
600…燃料電池
700…燃料電池システム
Claims (4)
- 燃料電池システムであって、
燃料電池と、
コンプレッサ回転軸を有し、前記燃料電池にカソードガスを供給するコンプレッサと、
タービン回転軸を有し、前記燃料電池から排出されたカソード排ガスによって駆動されるタービンと、
モータ回転軸を有し、前記コンプレッサと前記タービンとの間に配置される電動モータと、
前記コンプレッサ回転軸と前記モータ回転軸に連結され、前記コンプレッサと前記電動モータとの間の変速を行う第1変速機と、
前記タービン回転軸と前記モータ回転軸に連結され、前記タービンと前記電動モータとの間の変速を行う第2変速機と、
を備え、
前記第1変速機の変速比と前記第2変速機の変速比は、前記電動モータの回転数が常に前記コンプレッサの回転数及び前記タービンの回転数よりも低く、かつ、前記コンプレッサの回転数が常に前記タービンの回転数よりも高くなるように設定されている、
燃料電池システム。 - 燃料電池システムであって、
燃料電池と、
コンプレッサ回転軸を有し、前記燃料電池にカソードガスを供給するコンプレッサと、
タービン回転軸を有し、前記燃料電池から排出されたカソード排ガスによって駆動されるタービンと、
モータ回転軸を有し、前記コンプレッサを挟んで前記タービンと反対側の位置に配置される電動モータと、
前記コンプレッサ回転軸と前記モータ回転軸に連結され、前記コンプレッサと前記電動モータとの間の変速を行う第1変速機と、
前記タービン回転軸と前記コンプレッサ回転軸に連結され、前記タービンと前記コンプレッサとの間の変速を行う第2変速機と、
を備え、
前記第1変速機の変速比と前記第2変速機の変速比は、前記電動モータの回転数が常に前記コンプレッサの回転数及び前記タービンの回転数よりも低く、かつ、前記コンプレッサの回転数が常に前記タービンの回転数よりも高くなるように設定されている、
燃料電池システム。 - 燃料電池システムであって、
燃料電池と、
コンプレッサ回転軸を有し、前記燃料電池にカソードガスを供給するコンプレッサと、
タービン回転軸を有し、前記燃料電池から排出されたカソード排ガスによって駆動されるタービンと、
モータ回転軸を有し、前記タービンを挟んで前記コンプレッサと反対側の位置に配置される電動モータと、
前記コンプレッサ回転軸と前記タービン回転軸に連結され、前記コンプレッサと前記タービンとの間の変速を行う第1変速機と、
前記モータ回転軸と前記タービン回転軸に連結され、前記電動モータと前記タービンとの間の変速を行う第2変速機と、
を備え、
前記第1変速機の変速比と前記第2変速機の変速比は、前記電動モータの回転数が常に前記コンプレッサの回転数及び前記タービンの回転数よりも低く、かつ、前記コンプレッサの回転数が常に前記タービンの回転数よりも高くなるように設定されている、
燃料電池システム。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記コンプレッサ回転軸と、前記モータ回転軸と、前記タービン回転軸とは、同一直線上に配列されている、
燃料電池システム。
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