(57)【要約】【課題】この発明は、エアコンプレッサーのシステムに関し、複雑な制御を要することなく、温度上昇に応じてエアコンプレッサー冷却をすることができるエアコンプレッサーシステムを提供することを目的とする。【解決手段】燃料電池と、前記燃料電池に圧縮空気を供給するエアコンプレッサーと、前記燃料電池から生成される生成水と前記エアコンプレッサーとの間で熱交換するための熱交換手段と、を備えることを特徴とするエアコンプレッサーシステム。エアコンプレッサーは、互いに係合しつつ回転する一対のロータを備え、前記ロータの回転によって空気を圧縮するルーツ式コンプレッサーであることが好ましい。【選択図】図１
2009283413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
前記燃料電池に圧縮空気を供給するエアコンプレッサーと、
前記燃料電池から生成される生成水と前記エアコンプレッサーとの間で熱交換するための熱交換手段と、
を備えることを特徴とするエアコンプレッサーシステム。
【請求項２】
前記エアコンプレッサーの温度の相関値を取得する相関値取得手段と、
前記相関値が予め定めた設定値よりも大きいか否かを判定する相関値判定手段と、
を備え、
前記熱交換手段は、前記相関値が前記設定値よりも大きいと判定された場合に前記熱交換手段を作動させる作動実行手段を備えることを特徴とする、請求項１に記載のエアコンプレッサーシステム。
【請求項３】
前記エアコンプレッサーは、互いに係合しつつ回転する一対のロータを備え、前記ロータの回転によって空気を圧縮するルーツ式コンプレッサーであることを特徴とする請求項１または２に記載のエアコンプレッサーシステム。
【請求項４】
前記熱交換手段は、前記ロータに前記生成水を流通させるための生成水流路を備えることを特徴とする、請求項３に記載のエアコンプレッサーシステム。
【請求項５】
前記ロータは、シャフトを備え、
前記生成水流路は、前記シャフトの内部に形成されたシャフト内流路と、前記シャフト内流路から分岐して前記ロータの表面に向かうように形成された分岐流路とを備え、
前記エアコンプレッサーと接続して配置され、前記シャフト内流路を流通させる前記生成水の圧力を制御して前記エアコンプレッサーの下流に排出するための排水弁と、
前記排水弁の開閉を制御する排水弁制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項４に記載のエアコンプレッサーシステム。
【請求項６】
前記シャフトの一端に配置された第１導入弁と、
前記シャフトの他端に配置された第２導入弁と、
前記第１導入弁と前記第２導入弁との開閉を交互に切り換える切り換え手段と、
を備え、
前記シャフト内流路は、前記第１導入弁を経由して前記生成水を流通させる第１シャフト内流路と、前記第２導入弁を経由して前記生成水を流通させる第２シャフト内流路とを備え、
前記分岐流路は、前記第１生成水流路から分岐して前記ロータの第１空気圧縮表面に向かうように形成された第１分岐流路と、前記第２生成水流路から分岐して前記ロータの第２空気圧縮表面に向かうように形成された第２分岐流路とを備えることを特徴とする、請求項５に記載のエアコンプレッサーシステム。
【請求項７】
前記切り換え手段は、前記ロータの１回転周期において、第１空気圧縮表面が空気を圧縮する期間は前記第１導入弁を開き、第２空気圧縮表面が空気を圧縮する期間は前記第２導入弁を開く制御を実行する制御手段を備えることを特徴とする、請求項６に記載のエアコンプレッサーシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エアコンプレッサーのシステムに関し、特に、燃料電池に圧縮空気を供給するエアコンプレッサーのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、エアコンプレッサーのロータおよびケーシングの冷却をするための水冷却手段を備えるエアコンプレッサーが開示されている。エアコンプレッサーを作動して気体を圧縮する際には、気体温度が圧縮に伴い高温となるが、エアコンプレッサーも高温となる。エアコンプレッサーが高温となると、熱変形が起こってしまう。このため、エアコンプレッサーのロータ内部およびケーシングにジャケットを形成して冷却水などで冷却し、熱変形を低減することによりエアコンプレッサーの圧縮性能を確保している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２１８１９５号公報
【特許文献２】特開２００６−１２５２５１号公報
【特許文献３】特開２００６−１０７９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、エアコンプレッサーの温度上昇は、エアコンプレッサーに導入される気体量やロータの回転数や応じて変化するため、これら気体量や回転数に応じて冷却することが重要である。したがって、エアコンプレッサーの冷却は、これら回転数や気体量に対応させて制御することが考えられる。しかしながら、特許文献１では、外部から導入した冷却水を用いて単に冷却しているに過ぎない。このため、例えば、エアコンプレッサーが高温となっているときに合わせて大量の冷却水を導入するといった制御をすると仮定すると、複雑な制御が必要となってしまう。したがって、必ずしも温度上昇に応じてエアコンプレッサーの熱変形を低減しているとは言えなかった。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、複雑な制御を要することなく、温度上昇に応じてエアコンプレッサー冷却をすることができるエアコンプレッサーシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、エアコンプレッサーシステムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池に圧縮空気を供給するエアコンプレッサーと、
前記燃料電池から生成される生成水と前記エアコンプレッサーとの間で熱交換するための熱交換手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記エアコンプレッサーの温度の相関値を取得する相関値取得手段と、
前記相関値が予め定めた設定値よりも大きいか否かを判定する相関値判定手段と、
を備え、
前記熱交換手段は、前記相関値が前記設定値よりも大きいと判定された場合に前記熱交換手段を作動させる作動実行手段を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記エアコンプレッサーは、互いに係合しつつ回転する一対のロータを備え、前記ロータの回転によって空気を圧縮するルーツ式コンプレッサーであることを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、第３の発明において、
前記熱交換手段は、前記ロータに前記生成水を流通させるための生成水流路を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第５の発明は、第４の発明において、
前記ロータは、シャフトを備え、
前記生成水流路は、前記シャフトの内部に形成されたシャフト内流路と、前記シャフト内流路から分岐して前記ロータの表面に向かうように形成された分岐流路とを備え、
前記エアコンプレッサーと接続して配置され、前記シャフト内流路を流通させる前記生成水の圧力を制御して前記エアコンプレッサーの下流に排出するための排水弁と、
前記排水弁の開閉を制御する排水弁制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第６の発明は、第５の発明において、
前記シャフトの一端に配置された第１導入弁と、
前記シャフトの他端に配置された第２導入弁と、
前記第１導入弁と前記第２導入弁との開閉を交互に切り換える切り換え手段と、
を備え、
前記シャフト内流路は、前記第１導入弁を経由して前記生成水を流通させる第１シャフト内流路と、前記第２導入弁を経由して前記生成水を流通させる第２シャフト内流路とを備え、
前記分岐流路は、前記第１生成水流路から分岐して前記ロータの第１空気圧縮表面に向かうように形成された第１分岐流路と、前記第２生成水流路から分岐して前記ロータの第２空気圧縮表面に向かうように形成された第２分岐流路とを備えることを特徴とする。
【００１２】
また、第７の発明は、第６の発明において、
前記切り換え手段は、前記ロータの１回転周期において、第１空気圧縮表面が空気を圧縮する期間は前記第１導入弁を開き、第２空気圧縮表面が空気を圧縮する期間は前記第２導入弁を開く制御を実行する制御手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明によれば、燃料電池から生成される生成水によってエアコンプレッサーと熱交換できる。燃料電池は、エアコンプレッサーから圧縮空気が供給されることで発電し、発電の結果、生成水が生成される。この生成水は、高温のエアコンプレッサーに比べて低温である。さらに、この生成水の生成量は、エアコンプレッサーの温度上昇に相関がある。したがって、第１の発明によれば、燃料電池から生成される生成水によって、エアコンプレッサーの温度上昇に応じて複雑な制御を要することなくエアコンプレッサーの冷却ができる。
【００１４】
第２の発明によれば、エアコンプレッサーの温度の相関値を取得して、この相関値が予め定めた設定値よりも高い場合に熱交換を実行できる。エアコンプレッサーの温度は、経時的に変化をする。このため、この温度の相関値を取得して、相関値が一定値を超えた場合に熱交換を実行してエアコンプレッサーの冷却をする。したがって、第２の発明によれば、エアコンプレッサーの温度に応じた冷却が効率的にできる。
【００１５】
第３、第４の発明によれば、ルーツ式コンプレッサーのロータ部分の冷却ができる。
【００１６】
第５の発明によれば、ロータのシャフト内部に形成されたシャフト内流路と、このシャフト内流路から分岐してロータの空気圧縮表面に向かうように形成された分岐流路とを備えているため、ロータの内部と併せて空気圧縮表面からロータを冷却できる。また、第５の発明によれば、シャフト内流路に接続され、シャフト内流路を流通させる生成水の圧力を制御できる排水弁を備えているため、この排水弁を開閉させて、シャフト内流路を流通させる生成水の圧力を制御できる。したがって、第５の発明によれば、ロータを冷却する冷却能力を調節できる。
【００１７】
第６の発明によれば、シャフトの両端に配置された第１導入弁および第２導入弁の開閉を切り換えて、ロータの一方の空気圧縮表面と、他方の空気圧縮表面とを切り換えて冷却することができる。
【００１８】
ロータは、その回転によって空気を圧縮する。この際、ロータの１回転周期において、一方の表面の空気圧縮期間は、他方の表面の非空気圧縮期間となる。第７の発明によれば、この１回転周期において、ロータの一方の表面の空気圧縮期間は第１導入弁を開き、ロータの他方の表面の空気圧縮期間は第２導入弁を開く制御ができる。したがって、第７の発明によれば、ロータの表面を空気圧縮に併せて冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
実施の形態１．
[実施の形態１の構成]
図１は、実施の形態１のエアコンプレッサーシステムの構成を説明するための図である。本実施の形態１のエアコンプレッサーシステムは、エアコンプレッサー１０を備える。エアコンプレッサー１０は、モータ１２によって回転駆動され、外部から供給された空気を圧縮することができる。
【００２０】
エアコンプレッサー１０の下流には、燃料電池１４が備えられている。エアコンプレッサー１０は、燃料電池１４とエアー供給ライン１６を介して接続されている。このため、エアコンプレッサー１０で圧縮された圧縮空気は、エアー供給ライン１６を経由して燃料電池１４へ供給される。また、燃料電池１４の供給側には、エアコンプレッサー１０だけでなく、水素タンク１８が備えられている。水素タンク１８は、燃料電池１４と水素供給ライン２０を介して接続されている。このため、水素タンク１８から発生した水素は、水素供給ライン２０を経由して燃料電池１４へ供給される。燃料電池１４は、エアー供給ライン１６から供給された圧縮空気と、水素供給ライン２０から供給された水素とを燃料として、発電をすることができる。
【００２１】
燃料電池１４の下流には、調圧弁２２が備えられている。調圧弁２２は、流路２４を介して燃料電池１４と接続されている。また、流路２４の下流においては、流路２６が分岐して備えられている。流路２４および流路２６には、燃料電池１４から生成した生成水と、燃料電池１４に導入された未反応ガスとが含まれている。このため、調圧弁２２は、流路２４および流路２６のガス圧力を所定の圧力となるように調整する。
【００２２】
また、燃料電池１４の下流には、送水ポンプ２８が備えられている。送水ポンプ２８は、流路２４から分岐した流路２６を介して燃料電池１４と接続されている。このため、燃料電池１４で生成された生成水は、流路２６を経由して送水ポンプ２８へ流通される。送水ポンプ２８は、エアコンプレッサー１０にこの生成水を昇圧しつつ導入する。生成水は、昇圧されることで、エアコンプレッサー１０からの逆流を防止することができる。
【００２３】
燃料電池で生成された生成水は、流路２６を経由してエアコンプレッサー１０に導入され、エアコンプレッサー１０が冷却される。エアコンプレッサー１０に導入された生成水は、エアコンプレッサー１０の内部を経由して水蒸気の状態でエアー供給ライン１６に流通されるほか、エアコンプレッサー１０の外部に残生成水として排水される。
【００２４】
図２は、エアコンプレッサー１０の動作を説明するための模式図である。エアコンプレッサー１０は、ルーツ式コンプレッサーである。図２に示すように、エアコンプレッサー１０は、ロータハウジング１１０を備えている。また、エアコンプレッサー１０は、ロータハウジング１１０の内部にロータ１１２を備え、このロータ１１２は、ロータシャフト１１６を備えている。ロータシャフト１１６は、モータ１２を駆動させることで回転駆動し、ロータシャフト１１６を軸にしてロータ１１２が回転駆動される。
【００２５】
また、エアコンプレッサー１０は、ロータハウジング１１０の内部にロータ１１２と対をなすロータ１１４を備え、このロータ１１４は、ロータ１１２が回転駆動されることで、ロータシャフト１１８を軸にして回転駆動される。また、ロータハウジング１１０には、ロータ１１２，１１４を挟んで吸入口１２０と吐出口１２２が形成されている。吸入口１２０から吸入された空気は、ロータ１１２，１１４の回転駆動により圧縮されて吐出口１２２から吐き出される。
【００２６】
[実施の形態１の特徴]
図３は、図１の破線（III）で囲った部分について、エアコンプレッサー１０を上から見た拡大模式図である。ロータ１１４は、ロータシャフト１１８を回転軸として回転駆動される。ロータシャフト１１８の内部には、シャフト内流路１２４が形成されている。シャフト内流路１２４が形成されていることで、生成水を流通させることができる。図３の矢印で示すように、ロータシャフト１１８の流入口から生成水が導入されると、シャフト内流路１２４を流通し、ロータシャフト１１８の出口から排水される。
【００２７】
図４は、図３の（Ａ−Ａ）線での切断断面図である。ロータシャフト１１８は、内部が中空に形成され、この中空部分にシャフト内流路１２４が形成されている。また、シャフト内流路１２４からロータ１１４の表面部分まで、分岐流路１２６が放射状に形成されている。図４に示すように、分岐流路１２６は、ロータ１１４の内部に計８箇所形成されている。ロータシャフト１１８に生成水を導入させると、シャフト内流路１２４、分岐流路１２６を経由して、ロータ１１４の表面まで生成水を流通させることができる。
【００２８】
また、ロータ１１４の表面には、浸水潤材料１２８がコーティングされている。浸水潤材料１２８は、コーティング部分の全域に生成水を拡散できる性質を有する材料であり、例えば、燃料電池の電極に用いられるカーボンを主原料とした浸水潤性の膜等、公知の材料を挙げることができる。生成水は、分岐流路１２６を経由してロータ１１４の表面に流通された後、浸水潤材料１２８によって、ロータ１１４の表面に一様に拡散される。このため、ロータ１１４は、その表面から一様に冷却される。
【００２９】
[実施の形態１の効果]
図５は、実施の形態１の効果を説明するための図である。図５（i）は、モータ１２の回転数またはエアコンプレッサー１０から吐き出される圧縮空気の流量の時間変化を表す。図５（ii）は、エアコンプレッサー１０から吐き出される圧縮空気の温度の時間変化を表す。図５（iii）は、燃料電池１４から生成される生成水量を表す。
【００３０】
図５（i）、（ii）に示すように、モータ１２の回転数が増加するほどモータ１２の温度が上昇し、エアコンプレッサー１０から吐き出される圧縮空気の温度も上昇する。これは、モータ１２の回転数が増加することでロータ１１２，１１４同士の接触回数も増加し、ロータ１１２，１１４の温度が上昇し、ロータ１１２，１１４からの放熱効果によって、圧縮空気の温度も上昇することによるものである。
【００３１】
また、図５（i）、（ii）に示すように、エアコンプレッサー１０から吐き出される圧縮空気の流量が増加するほど、エアコンプレッサー１０から吐き出される圧縮空気の温度が上昇する。ロータハウジング１１０内の容積は一定であるため、圧縮空気の流量が増加している場合、モータ１２の回転数も増加している。上述したように、モータ１２の回転数が増加するほどモータ１２の温度が上昇し、エアコンプレッサー１０から吐き出される圧縮空気の温度も上昇する。したがって、エアコンプレッサー１０から吐き出される圧縮空気の流量が増加するほど、エアコンプレッサー１０から吐き出される圧縮空気の温度が上昇する。
【００３２】
ロータ１１４の温度が上昇すると、ロータ１１４の熱変形が起こり、エアコンプレッサー１０としての圧縮性能を十分に発揮することができなくなる。このため、エアコンプレッサー１０は、冷却される必要がある。また、冷却に際しては、ロータ１１４または圧縮空気の温度の上昇の程度を考慮する必要がある。なぜならば、温度上昇は、モータ１２の回転数や圧縮空気の流量に応じて増加するからである。
【００３３】
一方、図５（iii）に示すように、燃料電池が生成する生成水量は、モータ１２の回転数や圧縮空気の流量が増すほど増加する。このため、モータ１２の回転数や圧縮空気の流量が増加しても、これに伴って増加する生成水をエアコンプレッサーに導入させることで、エアコンプレッサーの冷却をすることができる。したがって、本実施の形態によれば、モータ１２の回転数や圧縮空気の流量に応じて複雑な制御を行うことなくエアコンプレッサーの冷却をすることができる。
【００３４】
また、本実施の形態では、シャフト内流路１２４からロータ１１４の表面に向かって分岐流路１２６を備える。このため、ロータ１１４の内部を冷却するだけではなく、ロータ１１４の表面から冷却できる。したがって、ロータ１１４の全体を一様に冷却することができる。
【００３５】
[実施の形態１の変形例]
なお、本実施の形態では、エアコンプレッサー１０としてルーツ式コンプレッサーを用いたが、他のコンプレッサー、例えば、ツインスクリュー式コンプレッサーを用いてもよい。つまり、外部から導入した空気を、内部のロータを回転させることによって圧縮空気を吐き出して燃料電池に供給できるエアコンプレッサーであれば、本実施の形態と同様に適用できる。また、本変形例は、以下の実施の形態でも同様である。
【００３６】
また、本実施の形態では、冷却水をエアコンプレッサー１０に導入して冷却したが、この冷却水を、燃料電池に圧縮気体を供給する他のルーツ式コンプレッサーに適用してもよい。例えば、水素、酸素といった気体燃料を圧縮するルーツ式コンプレッサーであれば、ロータ１１４の温度上昇が起こる。このため、本実施の形態と同様に、燃料電池から生成される生成水をこれらのルーツ式コンプレッサーに適用できる。また、本変形例は、以下の実施の形態でも同様である。
【００３７】
また、本実施の形態では、ロータ１１４のロータシャフト１１８の内部を中空にしてシャフト内流路１２４を形成したが、ロータ１１２のロータシャフト１１６の内部を中空に形成してシャフト内流路を形成してもよい。この場合、ロータシャフト１１６はモータ１２と接続しているため、モータ１２に生成水が流入しないようにシャフト内流路１２４を形成する必要がある。こうすることで、ロータ１１４だけでなく、ロータ１１２も冷却することができる。また、このシャフト内流路からロータ１１２の表面に向かって分岐流路を形成してもよい。さらに、ロータ１１２の表面に浸水潤材料をコーティングしてもよい。また、本変形例は、以下の実施の形態でも同様である。
【００３８】
なお、本実施の形態１及び変形例においては、流路２６、送水ポンプ２８、シャフト内流路１２４、分岐流路１２６が第１の発明における「熱交換手段」に相当する。
【００３９】
実施の形態２．
[実施の形態２の構成]
図６は、実施の形態２のエアコンプレッサーシステムの構成を説明するための図である。実施の形態２のエアコンプレッサーシステムは、温度センサ３２、湿度センサ３４、ＥＣＵ５０を新たに備える点を除いて、図１のエアコンプレッサーシステムと同様である。実施の形態２において実施の形態１と同じ部分は、同じ符号を用い、詳細な説明を省略する。
【００４０】
本実施の形態のエアコンプレッサーシステムは、エアコンプレッサー１０に接続された排水弁３０を備える。排水弁３０は、エアコンプレッサー１０に流通される生成水の圧力を制御してエアコンプレッサー１０の下流に排出することができる。また、本実施の形態のエアコンプレッサーシステムは、エアー供給ライン１６に温度センサ３２と湿度センサ３４とを備えている。温度センサ３２は、圧縮空気の温度を測定することができる。また、湿度センサ３４は、圧縮空気の湿度を測定することができる。
【００４１】
さらに、本実施形態のエアコンプレッサーシステムは、ＥＣＵ５０を備える。ＥＣＵ５０には、温度センサ３２と湿度センサ３４とが接続される。温度センサ３２と湿度センサ３４とでそれぞれ測定された測定値はＥＣＵ５０に送信される。また、ＥＣＵ５０は、送水ポンプ２８と接続される。送水ポンプ２８は、ＥＣＵ５０の信号に従い、エアコンプレッサー１０にこの生成水を昇圧しつつ導入できる。また、ＥＣＵ５０は、排水弁３０と接続される。排水弁３０は、ＥＣＵ５０の信号に従い、開閉することができる。
【００４２】
[実施の形態２の特徴]
図７は、図６の破線（XII）で囲った部分について、エアコンプレッサー１０を上から見た模式図である。本実施の形態では、ロータ１１４を流通された生成水が、排水弁３０から排水される。この排水弁３０は、シャフト内流路１２４に流通される生成水の圧力を制御してエアコンプレッサー１０の下流に排出することができる。なお、図７の（Ａ−Ａ）線での切断断面図は、図４と同一であるため説明を省略する。
【００４３】
[実施の形態２の具体的処理]
図８は、本実施の形態のＥＣＵ５０での具体的処理を表すフローチャートである。図８は、圧縮空気の温度と圧縮空気の湿度とを制御するためのフローチャートである。図８に示すルーチンでは、まず、圧縮空気の温度Ｔairを取得する（ステップＳ１０）。上述のとおり、温度センサ３２は、エアコンプレッサー１０から吐き出された圧縮空気の温度Ｔairを測定する。本ステップＳ１０において、ＥＣＵ５０は、温度センサ３２で測定された温度Ｔairを取得する。
【００４４】
続いて、設定温度Ｔsetupを読み込む（ステップＳ１２）。ここで、設定温度Ｔsetupは、エアコンプレッサー１０の圧縮性能を十分に発揮できる温度であり、かつ、高温（約２００℃）となったエアコンプレッサー１０を冷却できる温度として予め定めた温度（目標温度）ものである。なお、設定温度Ｔsetupは、生成水の温度（約６０℃）よりも高温に設定される。
【００４５】
続いて、ステップＳ１０で取得した圧縮空気の温度Ｔairと、ステップＳ１２で読み込んだ設定温度Ｔsetupとを比較する（ステップＳ１４）。Ｔair≦Ｔsetup以下の場合、圧縮空気が生成水によって設定温度Ｔsetup以下に冷却されていると判断できる。このため、送水ポンプ２８をＯＦＦとし（ステップＳ２６）、排水弁３０を開く（ステップＳ２８）。他方、Ｔair＞Ｔsetupの場合、送水ポンプ２８をＯＮとし（ステップＳ１６）、排水弁３０を閉じる（ステップＳ１８）。したがって、エアコンプレッサー１０が生成水によって冷却される。
【００４６】
続いて、圧縮空気の湿度Ｈairを取得する（ステップＳ２０）。上述のとおり、湿度センサ３４は、エアコンプレッサー１０から吐き出された圧縮空気の湿度Ｈairを測定する。本ステップＳ２０において、ＥＣＵ５０は、湿度センサ３４で測定された湿度Ｈairを取得する。
【００４７】
続いて、設定湿度Ｈsetupを読み込む（ステップＳ２２）。ここで、設定湿度Ｈsetupは、燃料電池１４へ供給する圧縮空気に十分な湿気を供給する湿度として予め定めた湿度（目標湿度）である。なお、燃料電池１４へ供給する圧縮空気は、高いほうが好ましい。このため、設定湿度Ｈsetupは、通常、１００％近傍の高湿度に設定することが好ましい。
【００４８】
続いて、ステップＳ２０で取得した圧縮空気の湿度Ｈairと、ステップＳ２２で読み込んだ設定湿度Ｈsetupとを比較する（ステップＳ２４）。Ｈair≧Ｈsetupの場合、圧縮空気が生成水によって十分に加湿されていると判断できる。このため、送水ポンプ２８をＯＦＦとし（ステップＳ２６）、排水弁３０を開く（ステップＳ２８）。排水弁３０を開くことで、残生成水がシステム外部に放出される。他方、Ｈair＜Ｈsetupの場合、送水ポンプ２８をＯＮ、排水弁３０を閉じた状態のまま、本ルーチンは一旦終了する。
【００４９】
[実施の形態２の効果]
図８の具体的処理を行うことにより、圧縮空気を冷却して、圧縮空気の温度Ｔairを設定温度Ｔsetup以下に維持しつつ、圧縮空気を加湿して、湿度Ｈairを設定湿度Ｈsetup以上に維持することができる。図９に、図８の具体的処理を行った結果をタイミングチャートで示す。図９（i）は、湿度センサ３４で測定された圧縮空気の湿度の時間変化を表す。図９（ii）は、温度センサ３２で測定された圧縮空気の温度の時間変化を表す。図９（iii）は、送水ポンプ２８の切り換えを表す。図９（iv）は、排水弁３０の開閉の切り換えを表す。
【００５０】
図９に示すように、Ｔair＞Ｔsetupの場合には、送水ポンプ２８をＯＮ、排水弁３０をＣＬＯＳＥとする。この結果、生成水は、ロータ１１４のシャフト内流路１２４を流通されるほか、分岐流路１２６からロータ１１４の表面に向かって流通される。したがって、図９（ii）に示すように、圧縮空気の温度Ｔairが低下する。
【００５１】
ここで、図９（ii）に示す圧縮空気の温度Ｔairは、ロータ１１２，１１４からの放熱効果によって上昇したエアコンプレッサー１０の内部温度ということができる。このため、圧縮空気の温度Ｔairは、エアコンプレッサー１０の温度と相関がある。したがって、圧縮空気の温度Ｔairが取得できれば、エアコンプレッサー１０の温度の相関値が取得できるといえる。さらに、取得した圧縮空気の温度Ｔairを設定温度Ｔsetup以下に維持できれば、エアコンプレッサー１０の内部温度も設定温度Ｔsetup以下に維持できる。このため、エアコンプレッサー１０の圧縮性能を最大限に発揮できる状態を維持できる。
【００５２】
また、Ｔair＞Ｔsetupの場合、すなわち、送水ポンプ２８をＯＮ、排水弁３０をＣＬＯＳＥとした場合において、Ｈair＜Ｈsetupの場合には、送水ポンプ２８をＯＮ、排水弁３０をＣＬＯＳＥの状態が維持される。この結果、生成水は、引き続きロータ１１４のシャフト内流路１２４を流通されるほか、分岐流路１２６からロータ１１４の表面に向かって流通される。したがって、図９（ii）に示すように、圧縮空気の温度Ｔairが低下するとともに、図９（i）に示すように、生成水によって圧縮空気が加湿され、湿度Ｈairが上昇する。
【００５３】
[実施の形態２の変形例]
＜変形例１〜３＞
なお、本実施の形態では、送水ポンプ２８および排水弁３０の切り換えによって圧縮空気の温度および湿度を制御したが、この切り換えの組み合わせを代えてもよい。すなわち、本実施の形態では、Ｈair≧Ｈsetupとなった場合に送水ポンプ２８をＯＮからＯＦＦへ、排水弁３０をＣＬＯＳＥからＯＰＥＮへと切り換えたが、Ｈair≧Ｈsetupとなった場合に、送水ポンプ２８をＯＮからＯＦＦへと切り換え、排水弁３０をＣＬＯＳＥに維持してもよい。この場合、排水弁３０は閉じたままであるため、生成水は、シャフト内流路１２４、分岐流路１２６またはロータ１１４の表面に残留される。したがって、圧縮空気は加湿されうる。
【００５４】
さらに、Ｈair≧Ｈsetupとなった場合に、送水ポンプ２８をＯＮに維持し、排水弁３０をＣＬＯＳＥからＯＰＥＮへと切り換えてもよい。さらにまた、Ｈair≧Ｈsetupとなった場合に、送水ポンプ２８をＯＮに維持し、排水弁３０をＣＬＯＳＥに維持してもよい。これらの場合、送水ポンプ２８がＯＮである以上、エアコンプレッサー１０は冷却され、圧縮空気は加湿されうる。なお、これらの変形例は後述する本実施の形態の変形例でも同様である。
【００５５】
＜変形例４、５＞
また、本実施の形態では、圧縮空気の温度と圧縮空気の湿度とを制御したが、温度および湿度のそれぞれに着目した制御を行ってもよい。この場合、圧縮空気の温度に着目した制御を行う場合には、温度センサ３２で測定された測定値をＥＣＵ５０に送信し、ＥＣＵ５０の信号に従って送水ポンプ２８および排水弁３０を制御する。他方、圧縮空気の湿度に着目した制御を行う場合には、温度センサ３２の代わりに湿度センサ３４で測定された測定値を用いればよい。
【００５６】
圧縮空気の温度に着目した制御を行う場合の具体的処理を図１０に示す。図１０に示すルーチンでは、まず、圧縮空気の温度Ｔairを取得する（ステップＳ３０）。上述のとおり、温度センサ３２は、エアコンプレッサー１０から吐き出された圧縮空気の温度Ｔairを測定する。本ステップＳ３０において、ＥＣＵ５０は、温度センサ３２で測定された温度Ｔairを取得する。
【００５７】
続いて、設定温度Ｔsetupを読み込む（ステップＳ３２）。さらに続いて、ステップＳ３０で取得した圧縮空気の温度Ｔairと、ステップＳ３２で読み込んだ設定温度Ｔsetupとを比較する（ステップＳ３４）。Ｔair＞Ｔsetupの場合、送水ポンプ２８をＯＮとし（ステップＳ３６）、排水弁３０を閉じる（ステップＳ３８）。したがって、エアコンプレッサー１０が生成水で冷却される。他方、Ｔair≦Ｔsetupの場合、エアコンプレッサー１０が生成水によって十分に冷却された判断できる。このため、送水ポンプ２８をＯＦＦとし（ステップＳ４０）、排水弁３０を開く（ステップＳ４２）。排水弁３０を開くことで、残生成水がシステム外部に放出される。したがって、圧縮空気の温度に着目した制御を行っても、エアコンプレッサー１０の温度を設定温度Ｔsetup以下に維持し、エアコンプレッサー１０の圧縮性能が最大限発揮できる状態を維持できる。
【００５８】
図１１に、図１０の具体的処理を行った結果をタイミングチャートで示す。図１１（i）は、温度センサ３２で測定された圧縮空気の温度の時間変化を表す。図１１（ii）は、送水ポンプ２８の切り換えを表す。図１１（iii）は、排水弁３０の開閉の切り換えを表す。
【００５９】
図１１（ii）、（iii）に示すように、送水ポンプ２８をＯＮ、排水弁３０をＣＬＯＳＥとしている状態において、生成水は、シャフト内流路１２４に流通され、分岐流路１２６からロータ１１４の表面に向かって流通される。この結果、図１１（i）に示すように、ロータ１１４を一様に冷却し、Ｔair≦Ｔsetupに冷却することができる。そして、Ｔair≦Ｔsetup以下となった場合には、送水ポンプ２８をＯＦＦに切り換え、排水弁３０をＯＰＥＮに切り換える。なお、これらの変形例は後述する実施の形態３でも同様である。
【００６０】
なお、本実施の形態２及び変形例においては、温度センサ３２が第２の発明における「相関値取得手段」に相当する。また、本実施の形態２及び変形例においては、ＥＣＵ５０が、ステップＳ１２，Ｓ１４，Ｓ３２，Ｓ３４の処理を実行することにより第２の発明における「温度判定手段」が、ステップＳ１６，Ｓ３６の処理を実行することにより第２の発明における「作動実行手段」が、ステップＳ１８，Ｓ２８，Ｓ３８，Ｓ４０の処理を実行することにより第５の発明における「排水弁制御手段」が、それぞれ実現されている。
【００６１】
実施の形態３．
[実施の形態３の構成]
図１２は、実施の形態３のエアコンプレッサーシステムの構成を説明するための図である。実施の形態３のエアコンプレッサーシステムは、第１導入弁３６、第２導入弁３８、角度センサ４０を新たに備える点を除いて、図６に示す実施の形態２のエアコンプレッサーシステムと同様である。実施の形態３において実施の形態２と同じ部分は、同じ符号を用い、詳細な説明を省略する。
【００６２】
本実施の形態のエアコンプレッサーシステムは、第１導入弁３６を備える。第１導入弁３６は、エアコンプレッサー１０と送水ポンプ２８との間の流路２６上に備えられている。第１導入弁３６は、開弁することによって、エアコンプレッサー１０に生成水を直接導入させることができる。また、本実施の形態のエアコンプレッサーシステムは、第２導入弁３８を備える。第２導入弁３８は、エアコンプレッサー１０と排水弁３０との間の流路２６上に備えられている。このため、第２導入弁３８は、開弁することによって、流路２６を経由してエアコンプレッサー１０に生成水を導入させることができる。また、本実施形態のエアコンプレッサーシステムは、角度センサ４０を備える。角度センサ４０は、エアコンプレッサー１０に配置され、ロータ１１４の回転周期Ｔおよびロータ１１４の回転位置を取得することができるセンサである。
【００６３】
また、本実施形態のエアコンプレッサーシステムは、ＥＣＵ５０を備えている。ＥＣＵ５０には、角度センサ４０が接続される。角度センサ４０で測定された測定値はＥＣＵ５０に送信される。また、ＥＣＵ５０は、第１導入弁３６および第２導入弁３８と接続される。第１導入弁３６および第２導入弁３８は、ＥＣＵ５０の信号に従って開閉することができる。
【００６４】
[実施の形態３の特徴]
本実施の形態では、実施の形態２の制御の際に、排水弁３０を閉じ、第１導入弁３６と第２導入弁３８とを交互に切り換えて開閉することを特徴とする。具体的には、ロータの１１４の１回転周期において、ロータ１１４の表面が空気圧縮面または非空気圧縮面となるのに併せて、第１導入弁３６と第２導入弁３８との開閉を交互に切り換えることを特徴とする。なお、排水弁３０は、実施の形態２において、圧縮空気の温度Ｔairおよび圧縮空気の湿度Ｈairの値に応じて開閉を切り換えたが、本実施の形態では、これらの値に関わらず閉じたままに維持される。
【００６５】
図１３は、図１２の破線（XIII）で囲った部分について、エアコンプレッサー１０を上から見た拡大模式図である。本実施の形態では、ロータシャフト１１８の内部に、第１シャフト内流路１３０および第２シャフト内流路１３２の独立する二つのシャフト内流路を構成する。第１シャフト内流路１３０は、第１導入弁３６を開閉することによって生成水をロータ１１４の内部に流通させ、第２シャフト内流路１３２は、第２導入弁３８を開閉することによって生成水をロータ１１４の内部に流通させる。
【００６６】
図１４は、図１３の（Ａ−Ａ）線での切断断面図である。図１４に示すように、ロータシャフト１１８の内部には第１シャフト内流路１３０が形成され、第１シャフト内流路１３０からロータ１１４の表面部分まで第１分岐流路１３４が放射状に形成されている。第１分岐流路１３４は、ロータ１１４の内部に４箇所形成されている。また、第１分岐流路１３４は、ロータシャフト１１８の中心線を通るようにロータ１１４の長手方向に分割した場合に、分割後のロータ１１４の第１空気圧縮表面に向かうように形成されている。なお、ここで用いたロータ分割線を分割線Ｘとして、図１４に破線で図示する。また、第１空気圧縮表面には、浸水潤材料１２８がコーティングされている。このため、第１分岐流路１３４は、第１シャフト内流路１３０から第１空気圧縮表面まで生成水を流通させることができる。
【００６７】
図１５は、図１３の（Ｂ−Ｂ）線での切断断面図である。図１５に示すように、ロータシャフト１１８の内部には第１シャフト内流路１３０のほかに第２シャフト内流路１３２が形成され、第２シャフト内流路１３２からロータ１１４の表面部分まで、第２分岐流路１３６が放射状に形成されている。第２分岐流路１３６は、ロータ１１４の内部に４箇所形成されている。また、第２分岐流路１３６は、図１４と同様に分割線Ｘで分割した場合、第１分岐流路１３４が形成されていない第２空気圧縮表面に向かうように形成されている。また、第２空気圧縮表面には、浸水潤材料１２８がコーティングされている。このため、第２分岐流路１３６は、第２シャフト内流路１３２から第１空気圧縮表面まで生成水を流通させることができる。
【００６８】
図１６は、エアコンプレッサー１０の動作時における、ロータ１１４が配置される位置を説明するための模式図である。なお、ロータ１１２，１１４は、図１６（i）のロータ１１２，１１４の位置を基準位置として、図１６（i）〜(v)の動作を経て半回転する。
【００６９】
図１６（i）に示す記号Ａは、空気を示す。空気Ａは、エアコンプレッサー１０の外部から吸入口１２０を経由してロータハウジング１１０の内部に導入される。ロータハウジング１１０の内部には、ロータ１１２と対をなすロータ１１４を備え、図１６（i）の矢印で示すように、ロータ１１２を時計回りに回転駆動させることにより、ロータ１１４を反時計回りに回転させる。
【００７０】
ロータ１１４の内部には、第１分岐流路１３４が配置されている。第１分岐流路１３４は、図１４で説明したとおり、ロータ１１４を分割線Ｘで分割した場合に、分割後のロータ１１４の表面（第１空気圧縮表面）に向かうように形成されている。また、図１６（i）では、ロータ１１４は、分割線Ｘが吸入口１２０と平行になるように配置され、かつ、空気Ａを圧縮する圧縮表面側に第１分岐流路１３４が位置するように配置される。
【００７１】
図１６（ii）は、ロータ１１４が、図１６（i）の基準位置から４５度回転した場合の位置を示した図である。また、図１６（iii）は、ロータ１１４が、基準位置から９０度回転した場合、図１６（iv）は、基準位置から１３５度回転した場合、図１６（v）は、基準位置から１８０度回転した場合をそれぞれ示した図である。図１６（i）〜(v)の一連の動作を経ることで空気Ａは圧縮され、吐出口１２２から吐き出される。すなわち、ロータ１１４が半回転することで空気Ａは圧縮される。本実施の形態では、この圧縮期間において、空気Ａを圧縮する圧縮表面側に第１分岐流路１２８が位置するように配置されることが好ましい。
【００７２】
ところで、図１６（v）においては、空気Ａが吐出口１２２から吐き出されるとともに、新たな空気Ｂがエアコンプレッサー１０の外部から吸入口１２０を経由してロータハウジング１１０の内部に導入される。新たな空気Ｂは、ロータ１１４を分割線Ｘで分割した場合に、第１分岐流路１２８が形成されていないロータ１１４の表面（第２空気圧縮表面）で圧縮される。本実施の形態では、空気Ｂの圧縮をする場合には、空気Ｂを圧縮する圧縮表面側に第２分岐流路１３６が位置するように配置されることが好ましい。
【００７３】
空気Ｂが圧縮され吐出口１２２から吐き出されると、ロータ１１４は、基準位置から３６０度回転される。このため、新たな空気を圧縮する場合には、その空気を圧縮する圧縮表面側に第１分岐流路１２８が位置するように配置される。このように、ロータ１１４は、半回転される毎に圧縮する空気が切り換わるため、空気圧縮面に併せて第１分岐流路１２８と第２分岐流路１３６とが交互に位置するように配置されることが好ましい。
【００７４】
図１７に、第１導入弁３６と第２導入弁３８とを交互に切り換える際のタイミングチャートを示す。第１導入弁３６と第２導入弁３８とは、開閉を交互に繰り返し、その開閉の周期は、ロータ１１４の１回転周期Ｔと一致している。また、第１導入弁３６を開いている期間は、ロータの半回転周期Ｔ／２と一致している。また、図１７に示すように、第１導入弁３６と第２導入弁３８とは、初期位相を調節して切り換えされることが好ましい。初期位相を調節して切り換えるためには、第１導入弁３６と第２導入弁３８を、図１７に示す初期位相差を与えて始動させることが好ましい。こうすることで、ロータ１１４の表面が交互に空気圧縮面となるのに併せて第１導入弁３６と第２導入弁３８とを切り換えることができる。
【００７５】
[実施の形態３の効果]
図１８に、本実施の形態３により得られる結果をタイミングチャートで示す。図１８（i）は、湿度センサ３４で測定された圧縮空気の湿度の時間変化を表す。図１８（ii）は、温度センサ３２で測定された圧縮空気の温度の時間変化を表す。図１８（iii）は、送水ポンプ２８の切り換えを表す。図１８（iv）は、排水弁３０の開閉の切り換えを表す。図１８（v）は、第１導入弁３６の開閉の切り換えを表す。図１８（vi）は、第２導入弁３８の開閉の切り換えを表す。
【００７６】
図１８に示すように、Ｔair＞Ｔsetupの場合には、送水ポンプ２８をＯＮ、排水弁３０をＣＬＯＳＥとする。この結果、生成水は、第１シャフト内流路１３０，第２シャフト内流路１３２を流通されるほか、第１分岐流路１３４，第２分岐流路１３６からロータ１１４の表面に向かって流通される。したがって、図１８（ii）に示すように、圧縮空気の温度Ｔairが低下する。
【００７７】
また、Ｔair＞Ｔsetupの場合、すなわち、送水ポンプ２８をＯＮ、排水弁３０をＣＬＯＳＥとした場合において、Ｈair＜Ｈsetupよりも低い場合には、送水ポンプ２８をＯＮ、排水弁３０をＣＬＯＳＥとした状態が維持される。この結果、生成水は、引き続き第１シャフト内流路１３０，第２シャフト内流路１３２を流通されるほか、第１分岐流路１３４，第２分岐流路１３６からロータ１１４の表面に向かって流通される。したがって、図１８（ii）に示すように、圧縮空気の温度Ｔairが低下するとともに、図１８（i）に示すように、生成水によって圧縮空気が加湿され、湿度Ｈairが上昇する。
【００７８】
さらに、図１８（v）、（vi）に示すように、ロータ１１４の１回転周期において、ロータ１１４の第１空気圧縮表面が空気を圧縮する期間は第１導入弁を開き、ロータ１１４の第２空気圧縮表面が空気を圧縮する期間は第２導入弁を開く。したがって、第１導入弁と第２導入弁との切り換えを効率的にできるので、ロータ１１４の空気圧縮表面を効率的に冷却することができる。
【００７９】
なお、本実施の形態３においては、ＥＣＵ５０が、図１７に示す切り換えを実行することにより第６の発明における「切り換え手段」が、図１７に示す初期位相差を与えて始動させることにより第７の発明における「制御手段」が、それぞれ実現される。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】実施の形態１のエアコンプレッサーシステムの構成を説明するための図である。
【図２】エアコンプレッサー１０の動作を説明するための模式図である。
【図３】図１の破線（III）で囲った部分の拡大模式図である。
【図４】図３の（Ａ−Ａ）線での切断断面図である。
【図５】実施の形態１の効果を説明するための図である。
【図６】実施の形態２のエアコンプレッサーシステムの構成を説明するための図である。
【図７】図６の破線（III）で囲った部分の拡大模式図である。
【図８】実施の形態２における、ＥＣＵ５０での具体的処理を表すフローチャートである。
【図９】実施の形態２の効果を説明するための図である。
【図１０】実施の形態２の変形例における、ＥＣＵ５０での具体的処理を表すフローチャートである。
【図１１】図１０の具体的処理を行った結果を示すタイミングチャートである。
【図１２】実施の形態３のエアコンプレッサーシステムの構成を説明するための図である。
【図１３】図１２の破線（XIII）で囲った部分の拡大模式図である。
【図１４】図１３の（Ａ−Ａ）線での切断断面図である。
【図１５】図１３の（Ｂ−Ｂ）線での切断断面図である。
【図１６】エアコンプレッサー１０の動作時における、ロータ１１４が配置される位置を説明するための模式図である。
【図１７】第１導入弁３６と第２導入弁３８とを交互に切り換える場合のタイミングチャートである。
【図１８】実施の形態３の効果を説明するための図である。
【符号の説明】
【００８１】
１０  コンプレッサー
１４  燃料電池
２８  送水ポンプ
３０  排水弁
３２  温度センサ
３４  湿度センサ
３６  第１導入弁
３８  第２導入弁
５０  ＥＣＵ
１１２，１１４  ロータ
１１６，１１８  ロータシャフト
１２４  シャフト内流路
１２６  分岐流路
１３０  第１シャフト内流路
１３２  第２シャフト内流路
１３４  第１分岐流路
１３６  第２分岐流路
【図１】
2009283413.tif 000003
【図２】
2009283413.tif 000004
【図３】
2009283413.tif 000005
【図４】
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【図５】
2009283413.tif 000007
【図６】
2009283413.tif 000008
【図７】
2009283413.tif 000009
【図８】
2009283413.tif 000010
【図９】
2009283413.tif 000011
【図１０】
2009283413.tif 000012
【図１１】
2009283413.tif 000013
【図１２】
2009283413.tif 000014
【図１３】
2009283413.tif 000015
【図１４】
2009283413.tif 000016
【図１５】
2009283413.tif 000017
【図１６】
2009283413.tif 000018
【図１７】
2009283413.tif 000019
【図１８】
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