JPH10189010A - リショルムコンプレッサを用いた燃料電池発電装置 - Google Patents

リショルムコンプレッサを用いた燃料電池発電装置

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JPH10189010A JP8351192A JP35119296A JPH10189010A JP H10189010 A JPH10189010 A JP H10189010A JP 8351192 A JP8351192 A JP 8351192A JP 35119296 A JP35119296 A JP 35119296A JP H10189010 A JPH10189010 A JP H10189010A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 体積効率及び温度効率が高め、これにより所
要動力が小さくかつ小型で軽量化できるリショルムコン
プレッサを用いた燃料電池発電装置を提供する。 【解決手段】 燃料電池１４とリショルムコンプレッサ
１６とを備えた燃料電池発電装置であって、燃料電池で
発生した水分を凝縮して保有する気液分離装置１８と、
気液分離装置からリショルムコンプレッサの吸入側に水
を噴射する噴射ポンプ２０とを備え、これにより、圧縮
空気と水とを熱交換して蒸発潜熱により吐出空気を冷却
し、同時に噴射水によりリショルムコンプレッサ内の洩
れ通路をシールする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池を用いた電気
自動車に係わり、更に詳しくは、燃料電池用の空気コン
プレッサとしてリショルムコンプレッサを用いた燃料電
池発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車用原動機はオットー及びディーゼ
ル内燃機関が主流であり、コンパクトであるが、排ガス
中のＮＯx ，微粒子，ＣＯガス及びＣＯ2 ガスの規制の
観点から電気自動車等のＺＥＶ(Zero Emission Vehicl
e) の出現が期待されている。ＺＥＶの一例として、燃
料電池自動車及び蓄電池を搭載したバッテリ車の開発が
各国で強力に推進されている。
【０００３】図４は、従来の燃料電池自動車の全体ブロ
ック図である。この図において、１は燃料タンク、２は
燃料処理装置、３は燃料電池、４はバッテリ、５はパワ
ーコントローラ、６は車軸駆動モータ、７は車輪駆動機
構である。燃料タンク１には、燃料（例えばメタン，メ
タノール）が貯蔵され、この燃料を燃料処理装置２で水
素を含む燃料ガスに改質し、燃料電池３で電気を発電
し、この電気により車軸駆動モータ６を駆動し、車輪駆
動機構７により車輪を駆動する。また、バッテリ４は始
動時等に用いられ、パワーコントローラ５により全体を
制御する。なお、燃料処理装置２を省略し、水素を貯蔵
して直接燃料とする場合もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の燃料電
池自動車において、燃料電池を小型高性能化するために
は、燃料電池を加圧運転し、３〜４ａｔａの加圧空気を
燃料電池に供給する必要がある。そのため小型の燃料電
池システムでは、小風量、高圧力比、高効率の空気源が
求められている。
【０００５】従来かかる燃料電池システムの空気源とし
ては、ターボチャージャを使った２段過給が多く使われ
ているが、２段圧縮のため、装置が複雑となりかつ効率
が低下する問題点がある。これに対して、リショルムコ
ンプレッサを用いることにより１段圧縮で圧縮比３以上
の加圧空気を供給することができる。しかし、リショル
ムコンプレッサを燃料電池に適用する場合には、以下の
問題点があった。 常用回転域では高効率であるが、極小風量ではロータ
間の洩れにより、体積効率が大きく低下する。 １段圧縮による空気の温度上昇により、温度効率が低
下し、所要動力が大きくなる。 １段圧縮により吐出温度が２００℃を超えるため、ロ
ータやケーシングに鉄系材料を使わざるを得ず、重量が
大きくなる。
【０００６】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、体積
効率及び温度効率が高めることができ、これにより所要
動力が小さくかつ小型で軽量にできるリショルムコンプ
レッサを用いた燃料電池発電装置を提供することにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、燃料電
池とリショルムコンプレッサとを備えた燃料電池発電装
置であって、燃料電池で発生した水分を凝縮して保有す
る気液分離装置と、該気液分離装置からリショルムコン
プレッサの吸入側に水を噴射する噴射ポンプとを備え、
これにより、圧縮空気と水とを熱交換して蒸発潜熱によ
り吐出空気を冷却し、同時に噴射水によりリショルムコ
ンプレッサ内の洩れ通路をシールする、ことを特徴とす
るリショルムコンプレッサを用いた燃料電池発電装置が
提供される。
【０００８】この構成により、リショルムコンプレッサ
の吸入側に噴射された水により空気が冷却されることに
より、温度効率ひいては全断熱効率が向上し、かつ水の
シール効果により体積効率も向上して、極小風量域での
効率が改善される。また、水の蒸発潜熱により吐出空気
が冷却され、吐出空気温度が低下することから、ロー
タ，ケーシングにアルミニウム又は軽金属を用いること
ができ軽量化することができ車両搭載上有利となる。更
に、噴射用の水に燃料電池で発生した水分を凝縮して用
いるため、外部からの水の補給が不要であり、メンテナ
ンスが容易である。更にこの水は純水であり、析出物
（水垢）等による影響がほとんどない。従って、リショ
ルムコンプレッサの体積効率及び温度効率が高めること
ができ、これにより所要動力が小さくかつ小型で軽量に
することができる。
【０００９】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
リショルムコンプレッサは電動機で駆動され、該電動機
は燃料電池で発電した電気で駆動される。この電動機
は、電気自動車における駆動モータである。この構成に
より、余分な駆動装置を必要とせず、全体を小型軽量化
することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通
する部分には同一の符号を付して使用する。図１は、本
発明による燃料電池発電装置の全体構成図である。この
図において、燃料電池発電装置１０は、改質器１２、燃
料電池１４、及びリショルムコンプレッサ１６から構成
される。
【００１１】改質器１２は、平板状の改質室Ｒｅと燃焼
室Ｃｏからなるプレート型リホーマであり、改質室Ｒｅ
と燃焼室Ｃｏにはそれぞれ改質触媒と燃焼触媒が充填さ
れ、燃焼室Ｃｏからの熱により改質室Ｒｅで燃料ガス８
ａを水素を含むアノードガス８ｂに改質するようになっ
ている。なお、改質器１２はプレート型リホーマ以外の
在来のものであってもよい。
【００１２】燃料電池１４は、平板状のアノードＡ、カ
ソードＣ及びその間に挟持された電解質板とからなり、
水素を含むアノードガス８ｂと酸素を含むカソードガス
９ｃとから電気化学的に電気を発電するようになってい
る。更に、燃料電池１４を通過したアノード排ガス８ｃ
とカソード排ガス９ｄは、改質器１２の燃焼室Ｒｅに供
給され、改質触媒により完全燃焼して排ガス９ｅとな
る。
【００１３】燃料電池１４には、溶融炭酸塩型燃料電
池、固体高分子型燃料電池、リン酸型燃料電池のいずれ
も適用できる。また、燃料電池における反応は、いずれ
の形式の場合でも全体として、水素と酸素が反応して水
を生成する反応であり、クリーンであると共に大量の水
蒸気が排ガス９ｅに含まれている。この排ガス９ｅの一
部は大気放出され、残りはリショルムコンプレッサ１６
の吸込側に供給される。
【００１４】図２は、リショルムコンプレッサ１６の斜
視図である。この図に示すように、リショルムコンプレ
ッサ１６は、平行に配置された雄ローター１６ａと雌ロ
ーター１６ｂがそれぞれ軸心を中心に高速回転し、空気
を軸方向に移動されながらその間の隙間を小さくして圧
縮する一種のスクリュウコンプレッサである。このリシ
ョルムコンプレッサ１６は、数万ｒｐｍの高速で使用で
き、１段で約１６０ｋＰａの高圧を発生させることがで
きる小型で効率の高いコンプレッサである。なお、実際
の使用圧力比はもっと高く、燃料電池用としては、圧力
比３．５程度、すなわち約３５０ｋＰａの高圧を発生さ
せるものを適用するのがよい。
【００１５】また、図１に示すように、リショルムコン
プレッサ１６は、電動機２２で駆動され、この電動機２
２は燃料電池１４で発電した電気で駆動される。すなわ
ち、この電動機２２は、電気自動車における駆動モータ
（図４の６に相当する）である。なお、発電量と車速が
必ずしも一致しないので、リショルムコンプレッサの駆
動モータを別のものとしてもよい。
【００１６】また、燃料電池発電装置１０は更に、燃料
電池１４で発生した水分を凝縮して保有する気液分離装
置１８と、この気液分離装置１８からリショルムコンプ
レッサ１６の吸入側に水を噴射する噴射ポンプ２０とを
備えている。更に気液分離装置１８には、空冷の凝縮器
１８ａが設けられている。リショルムコンプレッサ１６
は、改質器１２から供給された排ガス９ｅと共に外気９
ｃを吸い込み、これを圧縮して凝縮器１８ａに供給す
る。凝縮器１８ａで凝縮された水は、気液分離装置１８
に貯蔵され、凝縮により分離された混合ガス９ｃは、カ
ソードガスとして燃料電池１４に供給される。この構成
により、燃料電池で発生した水蒸気を回収することがで
きると共に、燃料電池の反応に必要な二酸化炭素を再循
環させることができる。
【００１７】更にリショルムコンプレッサ１６の吸入側
には噴射ポンプ２０により水が噴射されるので、この水
が圧縮空気と熱交換して蒸発潜熱により吐出空気を冷却
し、同時に噴射水によりリショルムコンプレッサ内の洩
れ通路をシールする。
【００１８】図３は、本発明におけるリショルムコンプ
レッサの特性図であり、横軸は容積比、縦軸は圧力比を
示している。この図に示すように、本発明におけるリシ
ョルムコンプレッサ１６では、ドライコンプレッサ（ｋ
＞１．４）や断熱圧縮（ｋ＝１．４）に比較して、水噴
射による空気冷却により、理想的な等温圧縮に近ずける
ことができ、圧縮動力を低減することができる。
【００１９】すなわち、上述したように、リショルムコ
ンプレッサ１６の吸入側に噴射された水により空気が冷
却されることにより、温度効率ひいては全断熱効率が向
上し、かつ水のシール効果により体積効率も向上して、
極小風量域での効率が改善される。また、水の蒸発潜熱
により吐出空気が冷却され、吐出空気温度が低下するこ
とから、ロータ，ケーシングにアルミニウム又は軽金属
を用いることができ軽量化することができ車両搭載上有
利となる。更に、噴射用の水に燃料電池で発生した水分
を凝縮して用いるため、外部からの水の補給が不要であ
り、メンテナンスが容易である。更にこの水は純水であ
り、析出物（水垢）等による影響がほとんどない。従っ
て、リショルムコンプレッサの体積効率及び温度効率が
高めることができ、これにより所要動力が小さくかつ小
型で軽量にすることができる。
【００２０】なお、本発明は、上述した実施形態に限定
されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更でき
ることは勿論である。
【００２１】
【発明の効果】上述したように、本発明のリショルムコ
ンプレッサを用いた燃料電池発電装置は、リショルムコ
ンプレッサの体積効率及び温度効率が高めることがで
き、これにより所要動力が小さくかつ小型で軽量にする
ことができ、更に、外部からの水の補給が不要であり、
水を自給自足できる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燃料電池発電装置の全体構成図で
ある。
【図２】リショルムコンプレッサの斜視図である。
【図３】本発明におけるリショルムコンプレッサの特性
図である。
【図４】従来の燃料電池自動車の全体ブロック図であ
る。
【符号の説明】
１ 燃料タンク ２ 燃料処理装置 ３ 燃料電池 ４ バッテリ ５ パワーコントローラ ６ 車軸駆動モータ ７ 車輪駆動機構 ８ａ 燃料ガス ８ｂ アノードガス ８ｃ アノード排ガス ９ａ 空気 ９ｂ 混合ガス ９ｃ カソードガス ９ｄ カソード排ガス ９ｅ 排ガス １０ 燃料電池発電装置 １２ 改質器 １４ 燃料電池 １６ リショルムコンプレッサ １６ａ 雄ローター １６ｂ 雌ローター １８ 気液分離装置 １８ａ 凝縮器 ２０ 噴射ポンプ ２２ 電動機（駆動モータ）

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料電池とリショルムコンプレッサとを
    備えた燃料電池発電装置であって、燃料電池で発生した
    水分を凝縮して保有する気液分離装置と、該気液分離装
    置からリショルムコンプレッサの吸入側に水を噴射する
    噴射ポンプとを備え、これにより、圧縮空気と水とを熱
    交換して蒸発潜熱により吐出空気を冷却し、同時に噴射
    水によりリショルムコンプレッサ内の洩れ通路をシール
    する、ことを特徴とするリショルムコンプレッサを用い
    た燃料電池発電装置。
  2. 【請求項２】 前記リショルムコンプレッサは電動機で
    駆動され、該電動機は燃料電池で発電した電気で駆動さ
    れる、ことを特徴とする請求項１に記載のリショルムコ
    ンプレッサを用いた燃料電池発電装置。
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