(57)【要約】【課題】  重量増しや設置スペースの増大を防止して燃料電池に供給する空気への潤滑オイルの混入を防ぐ。【解決手段】  圧縮空気室３に配置した雌，雄各ロータ５，７相互が噛み合い回転することで、空気吸込口３１から空気を吸い込み圧縮し、空気吐出口３３から空気を吐出する。雌，雄各ロータ軸９，１１には互いに噛み合う駆動，従動の各タイミングギア２５，２７を固定し、各ギア２５，２７はオイル室１９に配置して潤滑オイル２９により潤滑する。圧縮空気室３とオイル室１９とを隔てる隔壁１７における、雌，雄各ロータ軸９，１１の周囲には、オイルシール３５を設け、オイルシール３５の圧縮空気室３寄りの各ロータ軸９，１１周囲に、オイル流出通路３７を設ける。オイル流出通路３７の下端部には、オイル溜まり部３９，ドレーンバルブ４１，出口側オイル溜まり部４３，ドレーン栓４７を順次設ける。ドレーンバルブ４１は運転開始時に連動して開弁する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料および空気の供給を受けて発電する燃料電池に対し、前記空気を送り込む燃料電池用空気圧縮機において、駆動機構部を潤滑するための潤滑オイルを収容するオイル室と、前記駆動機構部によって作動する空気圧縮作動部を収容する圧縮空気室とを、隔壁によって互いに仕切り、この隔壁に対応する前記駆動機構部と前記空気圧縮作動部との連結部周囲に、前記オイル室から漏れ出た潤滑オイルが流出するオイル流出通路を設け、このオイル流出通路の下端部に、前記流出した潤滑オイルが溜まるオイル溜まり部を設けたことを特徴とする燃料電池用空気圧縮機。
【請求項２】
前記駆動機構部は歯車機構であり、前記空気圧縮部は前記歯車機構に連結軸を介して連結して回転する回転体であり、前記連結軸が貫通する部分の前記隔壁内に、前記オイル流出通路を設けたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池用空気圧縮機。
【請求項３】
前記オイル溜まり部の下部の大気開放側との間にドレーンバルブを設け、このドレーンバルブを、空気圧縮機の始動に連動させて開弁させることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池用空気圧縮機。
【請求項４】
前記オイル溜まり部の下部に、大気に開放する開放孔を設け、この開放孔に、ドレーン栓を着脱可能に設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の燃料電池用空気圧縮機。
【請求項５】
前記オイル流出通路に、流出した潤滑オイル量を検出するオイル量検出手段を設け、このオイル量検出手段が検出した潤滑オイル量が設定値よりも多くなったときに、空気圧縮機の運転を停止させるか、もしくは、警告を発生させることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の燃料電池用空気圧縮機。
【請求項６】
前記オイル量検出手段として、オイル流出通路上で潤滑オイルを捕捉するフィルタと、このフィルタのオイル流れ方向前後の圧力差を検出する差圧検出手段とをそれぞれ設け、この差圧検出手段が検出する前記フィルタ前後の圧力差によって、前記フィルタが捕捉した潤滑オイル量を検出することを特徴とする請求項５記載の燃料電池用空気圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料および空気の供給を受けて発電する燃料電池に対し、空気を送り込む燃料電池用空気圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムにおいて、燃料電池に空気を供給するための空気圧縮機は、ケーシング内に歯車などの駆動機構部を潤滑するための潤滑オイルを収容し、その潤滑オイルが空気吐出側へ流れないようオイルシールを設けている。
【０００３】
しかし、何らかの理由でこのオイルシールが破損したり、オイルシールからの漏れ量が増加した場合には、吐出空気に潤滑オイルが混入し、この混入した潤滑オイルが燃料電池に供給されてしまい、潤滑オイルに含まれる被毒成分によって燃料電池内の電極が被毒し、発電性能が著しく劣化する、という問題がある。
【０００４】
この問題を回避する方法として、例えば下記特許文献１に記載されたものがある。
【特許文献１】特開２００１−３３２２８５号公報  これは、空気圧縮機と燃料電池との間に、切換弁とバイパス通路とオイルセパレータとをそれぞれ設け、オイル漏れが発生していると判定された場合に、空気圧縮機から燃料電池への空気の流れを、バイパス通路経由からオイルセパレータ経由へ切り換えるよう切換弁を制御する、という方法である。
【０００５】
また、オイルセパレータを設けない場合でも、空気圧縮機の下流側にフィルタを設け、このフィルタによって、空気中のダストを除去するとともに、万一空気圧縮機のオイルシールが破損した場合には、燃料電池へのオイルの流出を防ぐ、という機能を備えたものもある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記したフィルタを空気圧縮機と燃料電池との間、すなわち空気圧縮機の下流側に設ける場合には、上流側であればフィルタの容器が樹脂製で製作可能であるのに対し、フィルタとして高圧に耐えうる例えば金属製の耐圧容器が必要となる。
【０００７】
このような耐圧容器を使用したフィルタは、重量が増加し、燃料電池を自動車などの輸送手段に搭載する場合は、燃費や運動性能の面で極めて不利となる。
【０００８】
また、上記したオイルセパレータを別途設ける場合には、燃料電池システム全体として設置スペースが増大し、コストの面で負担が増加する。
【０００９】
そこで、この発明は、重量増しや設置スペースの増大を招くことなく、燃料電池に供給する空気への潤滑オイルの混入を防ぐことを目的としてる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、この発明は、燃料および空気の供給を受けて発電する燃料電池に対し、前記空気を送り込む燃料電池用空気圧縮機において、駆動機構部を潤滑するための潤滑オイルを収容するオイル室と、前記駆動機構部によって作動する空気圧縮作動部を収容する圧縮空気室とを、隔壁によって互いに仕切り、この隔壁に対応する前記駆動機構部と前記空気圧縮作動部との連結部周囲に、前記オイル室から漏れ出た潤滑オイルが流出するオイル流出通路を設け、このオイル流出通路の下端部に、前記流出した潤滑オイルが溜まるオイル溜まり部を設けた構成としてある。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、オイル室から圧縮空気室に向けて漏れ出る潤滑オイルは、オイル流出通路に流出してオイル溜まり部に入り込む。このため、燃料電池に供給する空気への潤滑オイルの混入を防ぐことができ、燃料電池の性能低下を防ぐことができる。この際、燃料電池への空気の供給通路に、フィルタやオイルセパレータを設ける必要がないので、重量増しや設置スペースの増大を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１３】
図１は、この発明の第１の実施形態を示す燃料電池用空気圧縮機の断面図である。この燃料電池用空気圧縮機（以下、単に空気圧縮機とする。）は、ケーシング１の圧縮空気室３内に、空気圧縮作動部としての回転体である雌ロータ５と雄ロータ７とを、互いに噛み合った状態で回転可能に収納している。雌ロータ５および雄ロータ７は、連結軸としての雌ロータ軸９および雌ロータ軸１１にそれぞれ固定し、各ロータ軸９，１１の一端をケーシング１に設けたベアリング１３で、同他端をケーシング１に設けたベアリング１５で、それぞれ回転可能に支持する。
【００１４】
各ロータ軸９，１１のベアリング１５側の端部は、ベアリング１５を設定してあるケーシング１の隔壁１７を貫通し、この隔壁１７を間に挟んで圧縮空気室３と反対側に形成してあるオイル室１９に突出している。このオイル室１９におけるケーシング１の開口は、蓋２１をボルト２３によって固定して密閉する。
【００１５】
オイル室１９内における雌ロータ軸９および雄ロータ軸１１には、駆動機構部としての互いに噛み合う駆動用タイミングギア２５および従動用タイミングギア２７をそれぞれ固定してある。このうち駆動用タイミングギア２５を備えた雌ロータ軸９を、例えば蓋２１を貫通させて外部に引き出し、図示しない電動機などに連結して駆動し、この駆動力を従動用タイミングギア２７を介して雄ロータ軸１１に伝達し、雄ロータ７を雌ロータ５に同期して回転させる。
【００１６】
オイル室１９には、潤滑オイル２９を溜めてあり、上記した駆動用タイミングギア２５および従動用タイミングギア２７などの駆動機構部を潤滑する。
【００１７】
また、ケーシング１の前記した蓋２１の反対側の端部には、空気吸込口３１を設けてある。各ロータ５，７が、相互間に必要な隙間を確保しつつ回転することで、空気吸込口３１からケーシング１の吸込空間３１ａ内に空気を吸い込み、この空気をケーシング１の図示しない連通孔を通して圧縮空気室３に取り込む。圧縮空気室３に取り込んだ空気は、各ロータ５，７とケーシング１とによって形成する圧縮空気室３の容積が回転に伴って徐々に縮小することにより、所定圧力まで圧縮し、この圧縮した空気を空気吐出口３３から吐出して図示しない燃料電池に供給する。
【００１８】
上記した各ロータ軸９，１１を回転支持するベアリング１５は、隔壁１７のオイル室１９側に露出して設置してあり、このベアリング１５の圧縮空気室３側の各ロータ軸９，１１の周囲には、オイルシール３５を設けてある。このオイルシール３５を設けてある各ロータ軸９，１１の部分９ａ，１１ａは、各ロータ５，７を設けてある部分９ｂ，１１ｂより小径とし、さらにオイルシールを設けてある部分９ａ，１１ａより小径の部分９ｃ，１１ｃに、前記したベアリング１５を設けてある。
【００１９】
上記したオイルシール３５を設けることで、オイル室１９内の潤滑オイルの圧縮空気室３内への流入を防ぎ、また圧縮空気のオイル室１９への流出も防止している。
【００２０】
オイルシール３５に対し圧縮空気室３側の各ロータ軸９，１１の部分９ｂ，１１ｂに対応する隔壁１７内には、オイル流出通路３７を設けてある。このオイル流出通路３７は、図１のＡ−Ａ断面図である図２に示すように、各ロータ軸９，１１の周囲を囲む環状通路３７ａ，３７ｂと、これら各環状通路３７ａ，３７ｂ同士を連通する連通路３７ｃと、下部の環状通路３７ｂよりさらに下方に延びる下部通路３７ｄとを備えている。
【００２１】
なお、上記したオイル流出通路３７は、重力により潤滑オイルが流れ落ちる方向に向けて、環状通路３７ａ，連通路３７ｃ，環状通路３７ｂ，下部通路３７ｄの順に設けてあるものとする。
【００２２】
さらに、下部通路３７の下端部には、オイル流出通路３７を流れ落ちる潤滑オイルを溜めるオイル溜まり部３９を設けてある。オイル溜まり部３９の下部には、ドレーンバルブ４１を設け、さらにその下部には出口側オイル溜まり部４３を設けている。
【００２３】
出口側オイル溜まり部４３の下部は、大気に開放する開放孔４５を設け、開放孔４５には、ドレーン栓４７を着脱可能に取り付けてある。
【００２４】
ドレーンバルブ４１は、本空気圧縮機の始動に連動して開弁するものとする。この開弁動作は、後述する図３のフローチャートに基づき実施される。
【００２５】
次に、作用を説明する。
【００２６】
本空気圧縮機が作動する過程で、オイルシール３５が、経時劣化による摩耗や、何らかの理由により破損などしてシール性能が低下した場合には、オイル室１９内の潤滑オイル２９がオイルシール部より漏れ出て圧縮空気室３に向かい、その途中でオイル流出通路３７の環状通路３７ａ，３７ｂに入り込む。
【００２７】
環状通路３７ａに入り込んだ潤滑オイルは、連通路３７ｃ，環状通路３７ｂ，下部通路３７ｄを重力により順次落下し、また環状通路３７ｂに入り込んだ潤滑オイルは、下部通路３７ｄを重力により落下し、オイル溜まり部３９に溜まることになる。
【００２８】
このように、オイルシール３５のシール性能が低下した場合でも、オイルシール部から漏れ出るオイルは、圧縮空気室３に流出せずにオイル流出通路３７を通ってオイル溜まり部３９へ流れるため、燃料電池に供給する空気への潤滑オイルの混入を防ぐことができ、燃料電池の性能低下を防ぐことができる。この際、燃料電池への空気の供給通路に、フィルタやオイルセパレータを設ける必要がないので、重量増しや設置スペースの増大を防止することができる。
【００２９】
次に、図３のフローチャートにより、ドレーンバルブ４１に対する図示しないコントローラの制御動作を説明する。まず、この図示しないコントローラにより、本空気圧縮機に回転指令を出力し（ステップＳ１）、空気圧縮機の回転数が「０」であるかどうかを判断する（ステップＳ２）。ここで回転数が「０」であれば、ドレーンバルブ４１をある一定時間開弁する（ステップＳ３）。すなわち、ドレーンバルブ４１を、本空気圧縮機の始動に連動させて開弁する。
【００３０】
ドレーンバルブ４１の開弁により、オイル溜まり部３９に溜まっている潤滑オイルは、重力により落下して出口側オイル溜まり部４３に溜まる。さらに、その後、本空気圧縮機をある一定時間ある回転数で運転することで（ステップＳ４）、圧縮空気室３の上昇圧力によってオイル溜まり部３９内の潤滑オイルを出口側オイル溜まり部４３に確実に流出させる。
【００３１】
その後は、コントローラの指令回転数で空気圧縮機を運転する（ステップＳ５）。
【００３２】
本空気圧縮機の始動時毎に、上記したようなドレーンバルブ４１の開弁動作を行って、オイル溜まり部３９内の潤滑オイルを出口側オイル溜まり部４３に溜め、この溜まった潤滑オイルを、定期的なメンテナンス時、またはチェックが必要なときに、ドレーン栓４７を外すことで、外部に放出することができる。
【００３３】
さらに、その放出した潤滑オイルの量を測定し、規定値と比較することにより、オイルシール３５の損傷状況を予測することができる。この際オイルシール３５の損傷に問題がない場合は、ケーシング１に設けた図示しないオイル補充口から、オイル室１９に潤滑オイルを補充することで、本空気圧縮機の耐久性を維持することが可能となる。
【００３４】
以上より、本発明によれば、次のような効果を奏する。
【００３５】
（１）オイル室から圧縮空気室に向けて漏れ出るオイルは、オイル流出通路に流出してオイル溜まり部へ入り込むため、燃料電池に供給する空気への潤滑オイルの混入を防ぐことができ、燃料電池の性能低下を防ぐことができる。この際、燃料電池への空気の供給通路に、フィルタやオイルセパレータを設ける必要がないので、重量増しや設置スペースの増大を防止することができる。
【００３６】
（２）歯車機構を潤滑するオイル室内の潤滑オイルが、回転体を収容する圧縮空気室側に向けて漏れ出たときに、この漏れた潤滑オイルはオイル流出通路に流れ込むので、潤滑オイルの圧縮空気への混入を防止することができる。
【００３７】
（３）オイル溜まり部の下部の大気開放側との間に設けたドレーンバルブを、空気圧縮機の始動に連動して開弁するようにしたので、オイル溜まり部に溜まっている漏れた潤滑オイルを容易に放出することができる。
【００３８】
（４）ドレーン栓を外すことで、オイル溜り部に溜まった潤滑オイルを、容易に外部に放出することができる。また、この放出したオイル量を測定し、この測定した同じ量の潤滑オイルをオイル室に補充することで、本空気圧縮機の耐久性を維持することが可能となる。また、ある期間内での潤滑オイル漏れ量を測定することにより、オイルシール部の摩耗状況や破損状況を把握することが可能となる。
【００３９】
図４は、この発明の第２の実施形態を示す燃料電池用空気圧縮機の断面図である。この実施形態は、オイル流出通路３７における下部通路３７ｄのさらに下部に、オイル溜まり部４９を設け、オイル溜まり４９の下部に大気に連通するドレーン通路５１を接続し、このドレーン通路５１に潤滑オイルを捕捉するフィルタ５３および前記第１の実施形態で使用したドレーンバルブ４１をそれぞれ設けている。
【００４０】
なお、ここでのドレーン通路５１は、オイル流出通路を構成している。
【００４１】
さらに、ドレーン通路５１におけるフィルタ５３のオイル流れ方向前後の圧力差を検出する差圧検出手段としての差圧計５５を設けている。その他の構成は図１に示した第１の実施形態と同様である。上記した差圧計５５とフィルタ５３とでオイル量検出手段を構成している。
【００４２】
この第２の実施形態においては、本空気圧縮機の始動時に、第１の実施形態と同様にしてドレーンバルブ４１を開く。ここで、空気圧縮機により圧縮した空気により、オイル溜まり部４９に溜まった潤滑オイルを下流側に圧送し、この圧送した潤滑オイルをフィルタ５３に捕捉させる。
【００４３】
また、フィルタ５３前後の圧力差すなわち圧力損失を差圧計５５によって測定し、この差圧とフィルタ５３によるオイル捕捉量とのあらかじめ設定した関係から、漏れ出た潤滑オイル量を把握する。そして、この漏れ量を判定基準値と比較して、判定基準値を上回る漏れ量が発生している場合には、本空気圧縮機の運転を停止したり、警告を出すなどの措置を施す。
【００４４】
このように、上記した第２の実施形態によれば、漏れ出た潤滑オイル量を検出し、その量と判定基準値とを比較することにより、運転を停止したり、警告を出したりすることで、空気圧縮機の故障を未然に防ぐことができる。
【００４５】
また、漏れ出る潤滑オイル量を、簡便にかつ確実に空気圧縮機の運転開始毎に測定できるため、空気圧縮機の故障を始動時に確実に検出することが可能となり、さらにオイル量測定時においては、潤滑オイルをフィルタで捕捉するので、大気へのオイルの流出をも防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】この発明の第１の実施形態を示す燃料電池用空気圧縮機の断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】第１の実施形態の燃料電池用空気圧縮機におけるドレーンバルブの開弁動作を示すフローチャートである。
【図４】この発明の第２の実施形態を示す燃料電池用空気圧縮機の断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
３  圧縮空気室
５  雌ロータ（回転体，空気圧縮作動部）
７  雄ロータ（回転体，空気圧縮作動部）
９  雌ロータ軸（連結軸）
１１  雄ロータ軸（連結軸）
１７  隔壁
１９  オイル室
２５  駆動用タイミングギア（駆動機構部）
２７  従動用タイミングギア（駆動機構部）
２９  潤滑オイル
３７  オイル流出通路
３９，４９  オイル溜まり部
４１  ドレーンバルブ
４５  大気に開放する開放孔
４７  ドレーン栓
５１  ドレーン通路（オイル流出通路）
５３  フィルタ（オイル量検出手段）
５５  差圧計（差圧検出手段，オイル量検出手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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