JP7163726B2 - 燃料電池システムおよび燃料電池車両 - Google Patents
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Description
[形態1]燃料電池システムであって、燃料電池と、空気を圧縮して前記燃料電池のカソードに送り出すコンプレッサと、前記燃料電池を冷却するための冷媒が流れる冷媒配管と、第1端部と第2端部と鉛直上向き側に延びる上昇部とを備え、前記第1端部が前記コンプレッサに接続され、前記第2端部が大気開放された圧抜きパイプと、を備え、前記コンプレッサは、回転体によって空気が圧縮される圧縮室と、前記圧縮室と区画され、前記回転体を駆動するための駆動機構が配置されると共にオイルが流通し、前記圧抜きパイプの前記第1端部に連通する駆動室と、を備え、前記圧抜きパイプと前記冷媒配管とは、前記冷媒配管により前記圧抜きパイプが冷却されるように、前記燃料電池の一の側面に対向する方向から見たときに、前記一の側面上で交差するように配置されており、前記冷媒配管は、前記冷媒配管が分岐する分岐部において、分岐して流れる前記冷媒の流量を変更するロータリーバルブを備え、前記ロータリーバルブは、前記燃料電池における前記一の側面上に配置され、前記ロータリーバルブは、前記圧抜きパイプよりも前記一の側面から離間する側に突出して設けられている、燃料電池システム。
この形態の燃料電池システムによれば、圧抜きパイプを設けてコンプレッサ内の圧力上昇を抑えることにより、駆動室から圧縮室内へのオイル漏れを抑制できる。また、冷媒配管によって圧抜きパイプが冷却されるため、圧抜きパイプから排出されるガス中の気化したオイルを凝縮させることができる。さらに、上昇部を設けることで、圧抜きパイプ内でのオイルの凝縮をさらに促すと共に、凝縮したオイルが第1端部側に戻ることを促すことができ、駆動室内を流通するオイルの減少を抑えることができる。またこの形態の燃料電池システムによれば、燃料電池における上記一の側面に対して衝撃荷重が加えられる場合であっても、圧抜きパイプに対して衝撃が加えられることをロータリーバルブによって妨げることができ、圧抜きパイプからのオイル漏れの発生を抑えることができる。
この形態の燃料電池システムによれば、圧抜きパイプを設けてコンプレッサ内の圧力上昇を抑えることにより、駆動室から圧縮室内へのオイル漏れを抑制できる。また、冷媒配管によって圧抜きパイプが冷却されるため、圧抜きパイプから排出されるガス中の気化したオイルを凝縮させることができる。さらに、上昇部を設けることで、圧抜きパイプ内でのオイルの凝縮をさらに促すと共に、凝縮したオイルが第1端部側に戻ることを促すことができ、駆動室内を流通するオイルの減少を抑えることができる。
(2)上記形態の燃料電池システムにおいて、前記冷媒配管は、前記冷媒配管が分岐する分岐部において、分岐して流れる前記冷媒の流量を変更するロータリーバルブを備え、前記ロータリーバルブは、前記燃料電池における前記一の側面上に配置され、前記ロータリーバルブは、前記圧抜きパイプよりも前記同じ側面から離間する側に突出して設けられていることとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、燃料電池における上記一の側面に対して衝撃荷重が加えられる場合であっても、圧抜きパイプに対して衝撃が加えられることをロータリーバルブによって妨げることができ、圧抜きパイプからのオイル漏れの発生を抑えることができる。
(3)上記形態の燃料電池システムにおいて、前記圧抜きパイプは、前記他方の端部において、前記圧抜きパイプの内部と外部との間で気体の通過を許容しつつ液水の通過を妨げる防水通気膜を備えることとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、防水通気膜を設けることにより、コンプレッサへの液水の侵入を抑えることができる。
(4)上記形態の燃料電池システムにおいて、前記圧抜きパイプは、該圧抜きパイプにおいて流路の開状態と閉状態とを切り替える電磁弁を備えることとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、電磁弁が閉状態になっているときには、圧抜きパイプを介したオイルの蒸発を抑え、コンプレッサにおけるオイルの減少を抑制することができる。
(5)上記形態の燃料電池システムは、さらに、前記駆動室に連通して設けられて前記駆動室を流通する前記オイルが一旦蓄えられるオイル溜めを備え、前記圧抜きパイプの前記第1端部は、前記オイル溜めにおいて前記オイルが溜まる部位よりも上方の箇所に接続されていることとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、駆動室とは異なるオイル溜めにおいて圧抜きすることにより、駆動室における圧力変動に起因する圧抜きパイプからのオイルの排出を抑えつつ、圧抜きを行なうことができる。
(6)上記形態の燃料電池システムは、さらに、前記駆動室に連通して設けられて前記駆動室を流通する前記オイルが冷却されるオイルクーラと、前記駆動室と前記オイルクーラとの間で前記オイルを循環させる駆動力を生じるオイルポンプと、を備え、前記圧抜きパイプの前記第1端部は、前記オイルクーラと前記オイルポンプとを接続する前記オイルの流路に接続されていることとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、オイルクーラとオイルポンプとの間において圧抜きすることにより、駆動室における圧力変動に起因する圧抜きパイプからのオイルの排出を抑えつつ、圧抜きを行なうことができる。
本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、燃料電池システムを搭載する車両や、コンプレッサのオイル漏れ防止方法等の形態で実現することができる。
(A-1)燃料電池車両の全体構成:
図1は、本発明の第1実施形態としての燃料電池車両に搭載される燃料電池システム15の概略構成を模式的に表わす説明図である。燃料電池システム15は、燃料電池20と、燃料ガス供給系200と、酸化ガス供給系300と、排ガス系400と、冷却系500と、制御部900と、を備える。
図2は、本実施形態のコンプレッサ320の構成を示す断面模式図である。なお、図2を含む各図は、コンプレッサ320の構造あるいはコンプレッサ320の配置に係る技術的特徴をわかりやすく示すための図であり、各部の寸法を正確に示すものではない。
図3は、本実施形態の燃料電池車両10のフロントコンパートメント(Fcomp)内の様子を模式的に表わす平面図である。本実施形態の燃料電池車両10では、コンプレッサ320は、燃料電池20および後述する高電圧ユニット25と共に積層されて、フロントコンパートメント内に配置されている。これらコンプレッサ320、燃料電池20および後述する高電圧ユニット25を含む積層構造は、後述するスタックフレーム80およびサイドメンバ150を介して、車体に固定されている。本実施形態の燃料電池車両10では、燃料ガスタンク210を除く燃料ガス供給系200の大部分、酸化ガス供給系300、および冷却系500が、フロントコンパートメント内に配置されている。図3では、燃料電池20、高電圧ユニット25、およびコンプレッサ320を積層した構造以外は、記載を省略している。
図5は、第2実施形態の燃料電池車両10において、コンプレッサ320が燃料電池20と共に配置される様子を、図4と同様にして模式的に示す説明図である。第2実施形態の燃料電池車両10において、第1実施形態と共通する部分には同じ参照番号を付す。
図6は、第3実施形態の燃料電池車両10において、コンプレッサ320が燃料電池20と共に配置される様子を、図4と同様にして模式的に示す説明図である。第3実施形態の燃料電池車両10において、第1実施形態と共通する部分には同じ参照番号を付す。
図7は、第4実施形態の燃料電池車両10において、コンプレッサ320が燃料電池20と共に配置される様子を、図4と同様にして模式的に示す説明図である。第4実施形態の燃料電池車両10において、第1実施形態と共通する部分には同じ参照番号を付す。
(E1)上記各実施形態では、コンプレッサ320内にオイル溜め62、オイルポンプ64、およびオイルクーラ68を設けたが、異なる構成としてもよい。例えば、オイル溜め62、オイルポンプ64、およびオイルクーラ68のうちの少なくとも一部と、これに接続されるオイル流路とを、コンプレッサ320の外部に設けることとしてもよい。
Claims (6)
- 燃料電池システムであって、
燃料電池と、
空気を圧縮して前記燃料電池のカソードに送り出すコンプレッサと、
前記燃料電池を冷却するための冷媒が流れる冷媒配管と、
第1端部と第2端部と鉛直上向き側に延びる上昇部とを備え、前記第1端部が前記コンプレッサに接続され、前記第2端部が大気開放された圧抜きパイプと、
を備え、
前記コンプレッサは、
回転体によって空気が圧縮される圧縮室と、
前記圧縮室と区画され、前記回転体を駆動するための駆動機構が配置されると共にオイルが流通し、前記圧抜きパイプの前記第1端部に連通する駆動室と、
を備え、
前記圧抜きパイプと前記冷媒配管とは、前記冷媒配管により前記圧抜きパイプが冷却されるように、前記燃料電池の一の側面に対向する方向から見たときに、前記一の側面上で交差するように配置されており、
前記冷媒配管は、前記冷媒配管が分岐する分岐部において、分岐して流れる前記冷媒の流量を変更するロータリーバルブを備え、
前記ロータリーバルブは、前記燃料電池における前記一の側面上に配置され、
前記ロータリーバルブは、前記圧抜きパイプよりも前記一の側面から離間する側に突出して設けられている
燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムであって、
前記圧抜きパイプは、前記第2端部において、前記圧抜きパイプの内部と外部との間で気体の通過を許容しつつ液水の通過を妨げる防水通気膜を備える
燃料電池システム。 - 請求項1または請求項2に記載の燃料電池システムであって、
前記圧抜きパイプは、該圧抜きパイプにおいて流路の開状態と閉状態とを切り替える電磁弁を備える
燃料電池システム。 - 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記駆動室に連通して設けられて前記駆動室を流通する前記オイルが一旦蓄えられるオイル溜めを備え、
前記圧抜きパイプの前記第1端部は、前記オイル溜めにおいて前記オイルが溜まる部位よりも上方の箇所に接続されている
燃料電池システム。 - 請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記駆動室に連通して設けられて前記駆動室を流通する前記オイルが冷却されるオイルクーラと、
前記駆動室と前記オイルクーラとの間で前記オイルを循環させる駆動力を生じるオイルポンプと、
を備え、
前記圧抜きパイプの前記第1端部は、前記オイルクーラと前記オイルポンプとを接続する前記オイルの流路に接続されている
燃料電池システム。 - 燃料電池車両であって、
請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の燃料電池システムを備え、
前記燃料電池および前記コンプレッサは、フロントコンパートメント内に配置されている
燃料電池車両。
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