(57)【要約】装置の上流側に配置されるコンプレッサーなどの空気可動型装置から送られる空気中に含まれる汚染物質によって、永久的または一時的に損傷を受ける装置または工程のための早期警戒システム。本発明が空気可動型装置に組み入れられることで、下流側の装置に損傷を与える潤滑剤のオイルなどの汚染物質が空気中に存在することをモニターできるシール漏れ検出構成が提供される。少なくとも１つのセンサが空気可動型装置の中の汚染物質の漏れ防止をするシールの下流側に配置される。このシール漏れ検出構成は、燃料電池のシステム上流に組み入れられると特に効果的となる。
2005538293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ツインねじ式圧縮機、リショルム式圧縮機、回転式圧縮機の内の一つのコンプレッサーにおいて、
（ａ）  入口と出口と、
（ｂ）  前記入口を前記出口に接続する気流経路と、
（ｃ）  汚染源と、
（ｄ）  前記汚染源の前記気流経路の下流側と前記出口の上流側の間に配置されるシール漏れ検出システムと、備えることを特徴とするコンプレッサー。
【請求項２】
前記汚染源が潤滑剤であることを特徴とする請求項１に記載のコンプレッサー。
【請求項３】
前記潤滑剤がシリコーンを含むことを特徴とする請求項２に記載のコンプレッサー。
【請求項４】
前記シール漏れ検出システムが前記コンプレッサーの内部シールの下流側に位置するセンサを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコンプレッサー。
【請求項５】
前記センサは、光の反射または拡散により汚染を検出するように構成および配置されることを特徴とする請求項４に記載のコンプレッサー。
【請求項６】
（ａ）請求項１乃至５のいずれかに記載のコンプレッサーと、
（ｂ）前記コンプレッサーからの空気を取り入れる酸素入口を有する燃料電池と、を備えることを特徴とするシステム。
【請求項７】
前記燃料電池は、ＰＥＭ燃料電池または固体酸化燃料電池であることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、ＰＣＴ国際特許出願として２００３年８月６日に米国のドナルドソン・カンパニー・インコーポレイティドを出願人として、米国を除いたすべての国を指定して出願された米国出願番号第１０／２３６、４２０号の優先権を主張して２００２年９月５日に出願された。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、コンプレッサーなどの空気可動型装置のシールの故障を検出するための装置と方法に関する。より詳細には、本発明は、空気可動型装置の下流側の空気流れ中または気体流れ中に配置されることでオイルの漏れを検出するためのセンサおよびセンサの配置方法に関するものである。
【０００３】
コンプレッサー、ファン装置、送風機、ターボ過給器および他の空気可動型装置は、発生する空気流または必要な酸素あるいは気体流が供給されることで機能する動力発生装置または他の装置に一般的に使用される。このような動力発生装置としては、内燃機関、モータ、および低温の触媒作用の反応による燃料電池などがある。上記のような空気可動型装置が使用される多くの利用分野では、下流側の装置に対して供給される空気の品質もしくは純度はあまり重要ではない。しかしながら、ある種の発電装置では、この発電装置が適切かつ効率的に機能できるようにするために、空気中の微粒子および化学的物質の蒸気などの汚染物質を低レベルに維持しなければならない。燃料電池は、この種の発電装置の一つであり、その効率と動作は空気中に含まれる特定の汚染物質により影響されるか損なわれることが知られている。
【０００４】
この燃料電池は、陽極と陰極を備え、電力は接触反応を通して発生する。１つの代表的なタイプの燃料電池としては、水素燃料電池が挙げられるが、この電池によれば水素燃料源が陽極に指向され、陽極で陽電荷のイオンを残し、水素電子が解放される。このようにして解放された電子は、外部回路を通って陰極に移動するが、この過程で外部の配電回路に対して電源として使用される電流が供給される。陽電荷のイオンは燃料電池電解質を通るように拡散して、イオン電子が酸素と化合する過程で、水と二酸化炭素の副産物を陰極で生成する。この陰極反応を促進するために触媒がしばしば使用される。
【０００５】
水素源または酸素源のいずれにも存在する化学汚染物質により燃料電池の稼動が中止される場合がある。燃料電池系においては、酸素を陰極に送る前に、環境空気をコンプレッサー、ファン装置、送風機、ターボチャージャおよびこれらと同様の装置を含む空気可動型装置によって圧縮または加速あるいは双方を通常行うようにして、必要な酸素量を陰極に供給している。米国特許番号第６、４３２、１７７号（ダラス他)、２００１年４月１１に出願された米国特許出願番号第０９／８３２、７１５号、２００１年６月１２日に出願された米国特許出願番号第０９／８７９、４４１号、２００２年４月１０日に出願された米国特許出願番号第１０／１２２、６４７号によれば、空気の流れの中から化学的および物理的な化学的汚染物質の双方を取り除き、酸素を燃料電池に供給するシステムが夫々記載されている。しかしながら、これらの出願において記述されたシステムによれば、主として空気が空気可動型装置に流れ込む前に、空気の流れ中から汚染物質を取り除くためのものである。これらのシステムは、空気可動型装置で発生する可能性のある汚染物質を取り除く構成ではない。
【０００６】
そこで、空気可動型装置自体による空気の流れ中の汚染物質を禁止または望ましくは排除することができ、また過剰な汚染物質が空気の流れ中に存在した場合には、燃料電池系の稼動をタイミング良く停止できるような構成が必要となる。
＜発明の概要＞
本発明によれば、空気の流れ中または他の気体の流れ中に存在する汚染物質により影響または損傷を受ける装置または工程の全てに使用可能となる早期警戒システムが提供される。本発明の早期警戒システムは、特に空気可動型装置が上流に配置される場合または他の気体流動の動力発生装置から送られる汚染物質により永久的または一時的に損傷を受けるようなデリケートな電力製造装置用に適している。さらにまた、本発明のシステムは、清潔な気体流れが必要となる塗料噴霧器や工具類用としても好適である。
【０００７】
本発明の装置が、空気可動型装置に組み入れられる場合には、空気可動型装置中を通過する炭化水素などの汚染物質の混入を検出することができるので、下流側に配置された電力発生装置ないしその他の装置を損傷するような、例えば潤滑油、シリコーンなどの漏れ発生状態をモニターできる。空気可動型装置自体もまた汚染源を有している。このためシール漏検出システムは、汚染源となる空気可動型装置の下流側および出口の上流側となる空気の流れ中に配置される。通常は、軸受け部用の潤滑油などの潤滑剤がその汚染源となる。
【０００８】
本発明の１つの特定の実施形態のシステムによれば、このシステムは空気可動型装置に対して適用され、この装置は入口と、出口と、これらの入口と出口とを接続する気流流路と、汚染源とを備える。シール漏れ検出システムは、汚染源の気流流路の下流側および出口の上流側に配置される。通常、汚染源は軸受け用の潤滑剤である。
【０００９】
本発明の別の特定の実施形態によれば、システムは空気可動型装置を含み、この装置は入口と、出口と、これらの入口と出口とを接続する気流流路と、汚染源とを備える。シール漏れ検出システムは、汚染源の気流流路の下流側および出口の上流側に配置される。このシステムは、空気可動型装置の出口から空気を受け入れる酸化剤入口を有する燃料電池が含まれる。
【特許文献１】米国特許第６、４３２、１７７号公報
【特許文献２】米国特許第６、３５０、２１９号公報
【特許文献３】米国特許公開番号２００２／０１５０８０５号公報
【特許文献４】米国特許公開番号２００２／０１５０８０６号公報
【特許文献５】米国特許公開番号２００２／１５７３５９号号公報
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明による望ましい実施形態によれば、シール漏えい検知器の構成がコンプレッサーなどの空気可動型装置に組み入れられることにより、空気処理装置に潤滑油あるいは他の汚染物質が通過することが防止されて、下流側の装置が汚染物質から保護されるので、この構成について以下に記載する。コンプレッサーと他の空気可動型装置には、軸受け周りから潤滑油が漏れないように保持するための種々のタイプのシール構成が含まれる。時間が経過するにつれて、このシールは磨耗するかまたは故障するかあるいは双方を発生して、シール漏れを発生する。
【００１１】
ここで、用語の「空気可動型装置」、「空気処理」、「空気の流れ」および同様の文言が本明細書中で使用されるが、空気以外にも、純酸素、二酸化炭素、水素、ヘリウム、窒素、アルゴン、混合ガスおよび本発明のシール漏えい検知器構成と共に使用される他の気体も使用できることが理解されよう。
【００１２】
図１を参照して、このシステム１０は、空気処理装置２０と下流側の装置３０を含む様子が図示されている。流入する空気流１２（通常、環境空気）は、入口２２を介して空気処理装置２０中に流入して、出口２４から外部に出る。
【００１３】
好適な空気可動型装置の事例として、コンプレッサー、ファン装置、送風機、ターボ過給、エキスパンダおよび真空ポンプが含まれる。また、多機種のコンプレッサーの内で、特定のものとして、回転ローブ式、回転ねじ式、回転スクロール式、回転翼式、回転スライド羽根式、往復動式、遠心式(多段と単段の両方)、空冷式、水冷式、単段式、複動式、多重段階式および高圧式のコンプレッサーがある。１つの特定のタイプのコンプレッサーであって、燃料電池用に有効なものは「リンショルム、（Lysholm）」のツインねじ式圧縮機(スウェーデン国のオプコン  オートロータ社製（Opcon Autorotor AB）が挙げられる。
【００１４】
出口２４から出た空気流れ１４は、装置３０の入口３２に進む。この装置３０は、空気可動型装置２０によって作り出される空気流れ中に汚染物質が比較的に少なく存在する空気の流れを使用するあらゆる装置か、または空気の流れ自体であろう。このシステム１０で使用できる発電装置に関する事例としては、火花点火や圧縮点火による燃焼式エンジンと、電動機と蒸気機関と燃料電池とが含まれる。本発明のシール漏れ検出構成によって利益を得ることのできる他の装置としては、塗料噴霧器、クリーンルーム空調システム、空圧式工具、炭酸飲料用に気体を供給する圧縮空気線および医療目的の空気が含まれる。
【００１５】
装置３０は、炭化水素ベースの材料またはシリコーン系ベースの合成潤滑油である潤滑油の存在によって一般的に損傷を受けるタイプであるか、もしくは空気の流れが続いて通過することで次の工程に損害をもたらすタイプである。例えば、燃料電池の触媒、または電解質あるいは双方は、炭化水素、シリコーンまたは硫黄が固体粒子、液体または蒸気状態になっているか否かにかかわらず、これらと接触することで永久に破損されてしまう。本発明のシール漏れ検出構成によれば、オイルまたは他の汚染物質の漏えい状態を最小にするかまたは防止することで、空気可動型装置２０が原因で発生するオイルと他の汚染物質の漏えいにより、装置３０にとって有害となる汚染レベルになる前か、または下流側の装置３０が使用可能な範囲の汚染レベルに維持することができる。このシール漏れ検出構成によれば、いかなる漏出もモニターできることから、発電装置３０または空気可動型装置２０の下流側の他の工程に加わる高額な損害を未然に防止できる早期警戒システムを提供することができる。
【００１６】
本発明の空気可動型装置２０は、シール漏れ検出構成を含んでいる。本発明の望ましい応用例によれば、シール漏れ検出構成は一般的には、空気可動型装置２０であるコンプレッサーと送風機などのシールを通過する潤滑油の漏出状態を検出するように設計および構成される。たとえわずかなオイルであってもオイルが検出されると、漏えいしたオイルによって装置３０が一時的または永久的に損害を蒙る前にシステム１０を停止するか、または空気の流れの高い汚染レベルの空気が下流側の装置３０に供給されないようにする。
【００１７】
一般に、この空気可動型装置２０には、空気を空気可動型装置の入口から出口まで送り出すための推進力を与える多くのブレードまたは翼を取り付けた回転可能な軸体が含まれる。このような軸体は、空気可動型装置２０の内部に通常取り付けられるか、または空気可動型装置で処理される空気流路で取り囲まれるように設けられる。
【００１８】
次に、図２を参照すると、空気可動型装置２０のシール漏れ検出構成５０の第１の実施形態の一部が図示されている。この実施形態では空気処理装置２０は、二軸式コンプレッサー２１であり、穴３２を形成した本体またはハウジング３０を備えており、出っ張り部（lobe)３６に接続された回転可能な軸体３４を覆うように構成されている。この軸体３４は回転できるように穴３２の中に取り付けられた一方のみが図示された一対の軸受けで軸支されている。これらの軸受け３８は、潤滑油４２の内部に埋没されており、潤滑油もまたハウジング穴３２で形成されたオイル室３１中に溜められている。この潤滑油４２は、軸受け３８と軸体３４と、図示されないタイミング歯車の摩滅を減少させ、運転温度を減少させる。軸受け３８は、穴３２を備えるオイル室３１の中でオイル４２を溜めるように指定された方法で固定される。二次オイルシールであるフレキシブルなシール４４は、回転軸体３４に対して摺動可能に設けられており、穴３２と軸体３４との間において追加的な液密シールを形成することで、オイル４２が穴３２と軸体３４の間から軸受け３８を通って漏えいしないようにしている。また、シール４４は一般的には、オイルワイパリングもしくはオイルシールと呼ばれる。図示の実施形態では、２個のフレキシブルなシール４４ａ、４４ｂが設けられている。コンプレッサー２１におけるこれらの様々な特徴的な構成は、コンプレッサーおよび他の空気装置の分野で従来よりよく知られている。本発明によると、このシール漏れ検出システム５０は、軸受け３８とシール４４ａ、４４ｂを通過するあらゆるオイル４２を検出するために、特にシール４４と関連されてコンプレッサー２１の中に組み入れられる。このシール漏れ検出システム５０によれば、装置３０への損害を防ぐ目的を意図した早期警戒システムが提供されるか、または軸受け用シールまたは損傷あるいは摩滅したシール４４ａを介して漏れるオイル４２が原因で起こる装置３０または工程に対する損傷を防止できる。
【００１９】
特に、シール漏れ検出システム５０はセンサを含んでおり、この実施形態では、第１のセンサ４５ａと第２のセンサ４５ｂの夫々が、ハウジング３０の下流側に形成されることでシールをモニターする穴またはボア部４６ａ、４６ｂ中に配置されている。穴４６ａ、４６ｂの直径寸法は、夫々のセンサ４５ａ、４５ｂを内部に設ける（例えば、６ｍｍの直径）大きさに設定される。穴４６ａ、４６ｂは、望ましくは、ハウジング３０を通り抜け、漏れ出したオイルが存在する室に対して開口し、ハウジング３０の外部からセンサを穴の中に配置できるように穿設されると良い。センサ４５ａ、４５ｂはネジ加工されることで穴４６ａ、４６ｂに螺合されるか、または単に嵌合することができる。望ましくは、それぞれの穴４６ａ、４６ｂは、ボア３２に対してハウジング３０の低い場所に設けられると良い。第１のセンサ４５ａを設けた第１の穴４６ａは、軸受け３８と第１のシール４４ａの間に位置しており、第２のセンサ４５ｂを設けた第２の穴４６ｂは、第１のシール４４ａと第２のシール４４ｂの間に位置している。夫々のセンサ４５ａ、４５ｂがオイル４２の有無をモニターし警告する。第１のセンサ４５ａは、軸受け３８を通過するあらゆるオイルの存在をモニターするための一次センサである。また、第２のセンサ４５ｂは、軸受け３８と第１のシール４４ａを通過したあらゆるオイルの存在をモニターするための二次センサである。これらのセンサ４５ａ、４５ｂのいずれかのセンサによるオイル検出データは、システムを中断するために使用されるので、装置３０への永久的な損害を回避することができる。この構成に代えて、第１のセンサ４５ａにより得られる漏出の検出信号を、軸受け３８からオイルが漏れ始めており、軸受けの交換が必要である警告として用いることもできる。しかしながら、このときセンサ４５ｂによってオイル残量ゼロが検出される場合には、シール４４ａはまだ磨耗しておらず、緊急に装置の中断およびシールの交換は不要であると判断される。しかし、この後に、第２のセンサ４５ｂによるオイル検出があった場合には、自動的にシステムを中断するために使用される。
【００２０】
上述したように、センサ４５ａ、４５ｂは液体潤滑剤であるオイル４２の有無を検出するように構成されている。この構成に代えるか、あるいは追加として各センサ４５ａ、４５ｂは、例えば、オイル４２の主成分である炭化水素、シリコーン系、硫黄などの材料の分子量の有無を検出するように構成することができる。液体の材料または分子量のいずれも検出できるセンサは、光の屈折と反射で作動するものがある。反射式センサ４５ａ、４５ｂは、潤滑剤であるオイルが漏れ出るハウジング３０の内部に放たれる光線をモニターし、反射率から検出するように動作する。光路中のオイルまたは他の汚染物質の有無は、反射率の測定で検出できる。このような反射式センサの１つの例として、キーエンス株式会社（Keyene）から入手可能なパートＦＵ６７Ｇが挙げられる。
【００２１】
これらのセンサは、通常は他の信号処理装置、アンプなどに対して光ファイバやケーブルなどによって動作可能に接続される。ＦＵ６７Ｇセンサとともに使用される好適なアンプとしては、キーエンス株式会社のアンプのパートＦＳＭ１が挙げられる。もし必要ならば、多重センサを並列または直列に接続することができる。通常は、第２のアンプは第２のセンサに使用されるだろう。直列接続で使用する場合には、第１のＦＳＭ１アンプをセンサに接続し、キーエンス株式会社のパートＦＳＭ２アンプをさらに接続すると良い。
【００２２】
シール漏えい検知器組立体に関する第２の実施形態は、図３に図示されている。この実施形態では空気装置２０はコンプレッサー６１を表しており、コンプレッサーは穴７２を形成する本体またはハウジング７０を備えており、筒状の出っ張り部７６に接続される回転可能な軸体７４を覆うように構成されている。軸体７４と出っ張り部７６は、穴７２の中で回転可能になるように一方のみ図示された一対の軸受け７８により軸支されている。この軸受け７８は、オイル室７１の潤滑オイル８２中に埋没されており、さらに一連の堅いシール８４によって保有されている。図示される実施形態の構成では、３個のシール８４ａ、８４ｂ、８４ｃが羽根形状に図示されている。最も左側のシール８４が、オイル室７１の中でオイル８２を維持させるための一次シールである。もしも、第１のシール８４ａを通過したオイル漏れがあると、第２のシール８４ｂは第１のシール８４ａから漏れ出るあらゆるオイルを遮断するように設けられている。同様に、第３のシール８４ｃは、第２のシール８４ｂから漏れ出るオイルを遮断するように設けられている。シール漏れ検出システム８０は、シール８４ａ、８４ｂ、８４ｃを通過したオイルを検出するために、これらのシール８４ａ、８４ｂ、８４ｃとともに使用される。特に、このシール漏れ検出システム８０は、ハウジング７０のドレイン穴の中に配置される一連のセンサ８５を含む。すなわち、第１のセンサ８５ａは、シール８４ａと８４ｂの間の穴８６ａ中に位置され、第２のセンサ８５ｂはシール８４ｂと８４ｃの間の穴８６ｂ中に位置され、第３のセンサ８５ｃはシール８４ｃの下流側の穴８６ｃ中に位置される。
【００２３】
図２に図示したセンサ４５ａ、４５ｂと同様に、各センサ８５ａ、８５ｂ、８５ｃはシール８４を通過して漏れ出たあらゆる潤滑剤であるオイルの有無を検出できるように構成されており、潜在的に下流側の装置または工程に損傷を与えないようにしている。
【００２４】
潤滑油が漏れ出ると下流側の装置または工程に損傷を引き起こすあらゆるタイプの空気可動型装置または空気処理装置に対してシール漏れ検出構成５０、８０を組み入れることができるのが理解されよう。さらに、潤滑オイル汚染の有無によって影響されるあらゆる装置または工程で空気可動型か処理装置でシール漏れ検出構成５０、８０を使用することができる。
【００２５】
図４と図５を参照すると、システム１００と２００は夫々が上述した実施形態のタイプによるシール漏れ検出構成を空気可動型装置１２０、２２０に設けている。
【００２６】
図４のシステム１００は、入口１２２で装置１２０を動かす空気を取り入れ、空気流れ１１４として出口１２４を通して出る。この空気流れ１１４は発電装置１３０に入るが、この実施形態では特定の燃料電池１３０である。
【００２７】
この燃料電池１３０は、効率的に燃料の化学エネルギーを電気エネルギに変える電気化学装置である。この燃料電池１３０は、化学的に燃料と酸化剤を結合するように燃える結果、伝統的な燃焼動力装置のように汚染を発生しない。この燃料電池１３０は、原則としてバッテリーのように作動する。しかしながら、燃料電池１３０はバッテリーと異なり劣化せず再充電を必要とせず、燃料と酸素が供給される限り電気と熱の形態でエネルギーを作り出し続ける。
【００２８】
一般に、この燃料電池１３０は、電解質の周りにサンドイッチにされる２つの電極（陽極と陰極）とから構成される。望ましい構成では、この燃料電池１３０はＰＥＭタイプと呼ばれる低温燃料電池が挙げられる。このＰＥＭ燃料電池によれば、水素と酸素は電極の間の電圧を発生させるように夫々が陽極と陰極電極上を通過することで電流を発生し、主要な副産物として水と二酸化炭素を生成する。水素燃料は燃料電池の陽極に供給される。いくつかのタイプの燃料電池によれば直接的に水素を消費するが、他のタイプものによれば例えば、天然ガス、メタノール、エタノール系またはガソリンなどの炭化水素燃料から水素を抽出するように燃料改良物質が使用される。酸素は燃料電池の陰極に入る。この酸素は浄化された形態で供給されるか、または直接的に大気から得ることができる。
【００２９】
この燃料電池１３０は、水素原子を陽子と電子に分離させることで夫々が異なった経路で陰極に到達させるための触媒を使用する。陽子は電解質を通り抜ける。電子は、水素陽子と酸素と結合して陽極に戻り水を形成するが、この反応の前に、エネルギ源として使用される電流を発生する。
【００３０】
一般に、この燃料電池１３０および他の燃料電池によれば、陰極と陽極の間でサンドイッチにされ、上記のイオン交換のための「橋」として機能する電解質材料のタイプにより分類される。５つの主要なタイプの燃料電池が知られている。アルカリ燃料電池(ＡＦＣ)は、液体アルカリ電解液を含んでおり、主として宇宙空間用途として使用されている。陽子交換膜の燃料電池（ＰＥＭまたはＰＥＭＦＣ）は、固体ポリマ電解質を含んでいる。この燃料電池の低温動作と、電力要求時に対応するために急速に出力を変える能力となる高電力密度特性により、各種乗り物やビルなどの静止した応用分野で理想的となる。りん酸燃料電池(ＰＡＦＣ）は、燐酸電解質を利用しており、今現在は商業発電用途に使用されている。また、溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）は、炭酸塩電解質を含んでおり、およそ６５０℃の運転温度で溶融状態になる。固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）は、セラミックの電解質の材料を使用しており、およそ１０００℃の温度まで作動する。ＭＣＦＣｓとＳＯＦＣｓの双方は、燃料として一酸化炭素を使用することができる。
【００３１】
主要なタイプの知られた燃料電池構成は上記の通りである。これらの燃料電池は、簡単に述べたような上述した共通する特性を備えるが、運転温度と動作効率で異なっている。水素燃料源は陽極に向けられ、そこでは陽電荷のイオンが残り、水素電子が解放される。解放された電子は、外部回路を通って陰極に移動し、この過程で外部の配電回路に電源として使用できる電流が供給される。陽電荷のイオンは、燃料電池電解質を通り、イオンが電子と酸素と化合する過程で陰極に拡散し、水と二酸化炭素の副産物を生成する。このような陰極反応を促進するために、触媒がしばしば使用される。燃料電池反応でしばしば使用される触媒としては、ニッケル、プラチナ、パラジウム、コバルト、セシウム、ネオジムおよび他の希土類金属が含まれる。
【００３２】
燃料電池の陽子交換膜（ＰＥＭ）のタイプは、その低温動作特性と必要なときに急速にその電力出力を変える能力を発揮できる高電力密度特性により、乗り物の駆動用としてポピュラーな燃料電池構成である。ＰＥＭ燃料電池は、その低動作温度のためにしばしば単に「低温燃料電池」と呼ばれるが、通常はおよそ７０〜１００℃、時々は２００℃の動作温度である。この燃料電池１３０は、望ましくは、ＰＥＭ、低温構成またはＳＯＦＣ（固体酸化物）構成のものが良い。一般に、燃料電池の構成と動作については周知である。様々な燃料電池については、例えばバンクーバー、カナダ国のバラード  パワー  システム  インク社から入手可能である。他には、コネチカット州のユナイテッド  テクノロジー  インク（ＵＴＣ）、ロッキー  ヒル、ＣＴのプロトン  エネルギー  システムズ  インク、マサチューセッツ州のアメリカ燃料電池社、エルランゲン、ドイツ国のシーメンス  社、デトロイト ミシガン州のゼネラル  モーターのグローバル  オルターナテブ  プロパルジョン  センターとトヨタ自動車日本会社から入手できる。夫々の陽極、陰極および電解質を備えた個々の燃料電池は、必要な電力量を外部に提供するために重なる「スタック」として構成される。ここで、本発明の原理が一般には、あらゆる種類の燃料電池構成の動作用として利益をもたらすことが理解されよう。
【００３３】
様々な燃料電池で許容できる汚染物質のシキイ値は、燃料電池の設計如何に大きく依存する。例えば（メタンとこれより重い）炭化水素、アンモニア、二酸化硫黄、 一酸化炭素、シリコーン系および同様のものは触媒のスペースを占めるので、現場での反応を不活発にすることが知られている。したがって、これらの汚染物質はそれらが燃料電池の反応領域に入る前に取り除く必要がある。
【００３４】
汚染物質の正確なシキイ値および受け入れ可能な汚染物質の種類は、使用される触媒と運転条件および接触プロセス効率の条件によって決まる。本発明のシール漏れ検出構成は、汚染物質が燃料電池の触媒、電解質または他の部分を損傷する前に、入って来る空気中から完全に防止する。
【００３５】
再び、図４を参照すると、本発明の実施形態によるシール漏れ検出構成を備えた空気可動型装置１２０を通り抜けた空気流１１４は燃料電池１３０へ酸素の供給を行う。水素燃料は、水素流れ１４０として燃料電池１３０に入る。燃料電池１３０は、水素と酸素と結合して電力１６０を発生する一方で副産物として水１５０を生成する。空気流れは燃料電池１３０から出口流１１６として流れ出る。
【００３６】
図５を参照すると、このシステム２００は、システム２００が空気可動型装置に入る前の空気流を濾過する濾過装置を含む点を除いて、図４のシステム１００の構成と同じである。特に、このシステム２００は空気流が流れ２１２として入り流れ２１３として出る濾過装置２１０を含んでいる。
【００３７】
この濾過装置２１０は、浄化された空気流２１３または酸化剤を燃料電池２３０の入口の空気導入面に提供するために、入ってくる空気流れ２１２を濾過するように構成されている。この濾過装置２１０は、燃焼か接触工程に対して害を及ぼす微粒子、または化学薬品汚染物質、電解質の夫々またはこれらを補足する。この濾過装置２１０は音の抑圧を行うことができ、コンプレッサーなどの動作または空気可動型装置２２０から発生する雑音を減衰できるようにされて燃料電池２３０に接続される。
【００３８】
この濾過装置２１０の第１の構成例は、ハウジングと、ハウジング内のフィルタエレメントを備えている。ハウジングは入口、出口、汚い空気(すなわち、空気流れ２１２)を濾過装置に受ける入口および出口を備えており、濾過装置２１０で濾過された空気（すなわち、空気流れ２１３）を供給する。フィルタエレメントは、微粒子濾過部分を構成しており、空気流れ２１２から物理的に微粒子汚染物質を取り除くように構成される一方、化学フィルタ部分は空気流れ２１２から化学汚染物質を取り除くように構成されている。この濾過装置には、共振器、音波のチョーク装置などの音抑圧要素が設けられており、吸着材の材料により音を減衰または遮断して、望ましくは１メーターで少なくとも３デシベル、少なくとも６デシベルほど減少できる。例えば、２００１年４月１１日に出願された米国特許出願番号０９／８３２、７１５号で、公開番号２００２／０１５０８０５号として公開された公報を参照のこと。
【００３９】
この濾過装置２１０に関する第２の構成例は、フィルタエレメントに音の抑圧要素、微粒子フィルタ部分および化学フィルタ部分を含ませる構成がある。音の抑圧要素は、１メーターで少なくとも６デシベルの広帯域の音響減衰をするように組み立て可能に構成される。微粒子フィルタ部分はフィルタエレメントに入る汚い空気（すなわち、空気流れ２１２）中から微粒子汚染物質を取り除くために組み付け可能に構成されており、微粒子フィルタ部分は音の抑圧要素に隣接して放射状に位置決めされる。化学フィルタ部分は、汚い空気中から化学汚染物質を取り除くために設けられる。微粒子フィルタ部分を構成するためにいくつかの構成があり、直線的な流れ構成がある。例えば、２００１年６月１２日に出願された米国特許出願番号第０９／８７９、４４１号を参照の事。
【００４０】
この濾過装置２１０は、あらゆる他の構成が使用可能であることが理解できよう。この濾過装置２１０および様々な実施形態は米国特許番号第６、４３２、１７７号と、２００２年４月１０日に米国特許出願された第１０／１２２、６４７号に記載されているので参照の事。
【００４１】
このシステム２００の濾過装置組立体２１０の下流側の部分を参照すると、濾過装置２１０からのフィルタ空気流れ２１３は入口２２２を通って空気可動型装置２２０に入る。本発明のシール漏れ検出構成を備える空気可動型装置２２０で処理された後に、空気は流れ２１４として出口２２４を通して出る。いくつかのシステム構成では、コンプレッサー２２０の濾過装置の下流側と燃料電池２３０の上流側を含むように構成することが必要となるであろう。このような「排気」濾過装置は図中において二点鎖線で排気フィルタ組立体２１０’として図示されており、排気用オイルミストセパレータ組立体と微粒子フィルタ部分と化学フィルタ部分と抑圧要素を備える。この排気用オイルミストセパレータ組立体に関する構成例は、米国特許出願公開番号２００２／０１５０８０５号、２００２／０１５０８０６号、２００２／１５７３５９号に公開されている。空気流れ２１４は燃料電池２３０へ酸素の供給を行う。水素燃料は水素流れ２４０として燃料電池２３０に入る。燃料電池２３０は水素と酸素を結合して電力２６０を発生し、副産物として水２５０を生成する。空気の流れは、燃料電池２３０から出口流れ２１６として出る。
【００４２】
尚、上述の仕様、構成例およびデータは、製造のための完全な記述と発明の構成の使用例を提供するものある。発明の精神と範囲から逸脱しない範囲で請求の範囲に規定された本発明の多くの実施形態が可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】は、空気処理装置を備えるシステムの模式図である。
【図２】は、図１に図示されるような空気処理装置で使用可能なシール漏れ検出構成の第１の実施形態を、部分的に示した模式図である。
【図３】は、図１に図示されるような空気処理装置で使用可能なシール漏れ検出構成の第２の実施形態を、部分的に示した模式図である。
【図４】は、空気処理装置と燃料電池とを含む燃料電池系を、部分的に示した模式図である。
【図５】は、フィルタ、空気処理装置および燃料電池を含む燃料電池系を、部分的に示した模式図である。
【図１】
2005538293.tif 000003
【図２】
2005538293.tif 000004
【図３】
2005538293.tif 000005
【図４】
2005538293.tif 000006
【図５】
2005538293.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成16年11月23日(2004.11.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ツインねじ式圧縮機、リショルム式圧縮機、回転式圧縮機の内の一つのコンプレッサーにおいて、
（ａ）  入口と出口と、
（ｂ）  前記入口を前記出口に接続する気流経路と、
（ｃ）  炭化水素またはシリコーンの汚染源と、
（ｄ）  前記汚染源の前記気流経路の下流側と前記出口の上流側の中に配置されることで前記炭化水素またはシリコーンの有無を検出するシール漏れ検出システムと、備えることを特徴とするコンプレッサー。
【請求項２】
前記炭化水素またはシリコーンの汚染源が潤滑剤であることを特徴とする請求項１に記載のコンプレッサー。
【請求項３】
前記潤滑剤がシリコーンであることを特徴とする請求項２に記載のコンプレッサー。
【請求項４】
前記潤滑剤がオイルであることを特徴とする請求項２に記載のコンプレッサー。
【請求項５】
前記センサは前記コンプレッサーの内部シールの下流側に位置することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のコンプレッサー。
【請求項６】
前記センサは、光の反射または拡散により炭化水素またはシリコーンの汚染を検出するように構成および配置されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項 に記載のコンプレッサー。
【請求項７】
前記シール漏れ検出システムは、前記入口の上流側と前記汚染源の下流側の空気流路と接触するように配置される２つのセンサを備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項 に記載のコンプレッサー。
【請求項８】
（ａ）請求項１乃至７のいずれかに記載のコンプレッサーと、
（ｂ）前記コンプレッサーからの空気を取り入れる酸素入口を有する燃料電池と、を備えることを特徴とするシステム。
【請求項９】
前記燃料電池は、ＰＥＭ燃料電池または固体酸化燃料電池であることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【国際調査報告】
2005538293.tif 000008
2005538293.tif 000009