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トヨタ「MIRAI」、性能の決め手 豊田自動織機のFCV向け酸素供給圧縮機

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トヨタ「MIRAI」、性能の決め手 豊田自動織機のFCV向け酸素供給圧縮機

豊田自動織機は、19日、燃料電池車(FCV)用の酸素供給エアーコンプレッサー(圧縮機)、水素循環ポンプおよび水素循環ポンプ用インバーターを新たに開発し、トヨタ自動車が15日に発売するFCV「MIRAI」に搭載されると発表した。

今回開発したエアーコンプレッサーは、FCV向けに世界初の6葉ヘリカルルーツ式を採用。独自のロータ形状を用いることで、小流量から大流量の空気流量の変化に対応しながら高効率での空気圧縮が可能になり、車両の加速性能と航続距離(水素1充填あたりの走行可能距離)の向上に貢献した。また、空気流路に様々な消音構造を採用し、低ノイズ・低振動を実現した。

エアーコンプレッサー(写真左)、6葉ヘリカルルーツ式ローター(写真右)

エアーコンプレッサー(写真左)、6葉ヘリカルルーツ式ローター(写真右)

水素循環ポンプは、FCスタック(燃料電池スタック)と一体化することで、モーターの放熱性を向上させて小型軽量と高効率を実現した。また、発電時にFCスタックで発生する水がポンプ内に残って、極低温時に凍結して始動を妨げないように、圧縮構造を最適化し、低温起動性を確保した。

さらに、両製品ともに従来品と比較して大幅な部品点数削減により低コストを図った。

水素循環ポンプ用インバーターは、既に量産化されているカーエアコン用コンプレッサーのインバーター技術を活用することにより、高効率と低コストを実現した。

水素循環ポンプ(写真左)、水素循環ポンプ用インバーター(写真右)

水素循環ポンプ(写真左)、水素循環ポンプ用インバーター(写真右)

FCVは、酸素と水素をFCスタック内で反応させることにより発生した電気を用い、モーターを駆動して走行する。酸素はエアーコンプレッサーにより大気を吸引・圧縮して、FCスタックへ供給される。また、水素は水素ステーションにて充填された高圧水素タンクから供給される。さらに発電時に未反応の水素と発生する水は、水素循環ポンプにより、FCスタックへ再度送られ、水素を無駄なく使用するとともにFCスタック内部を加湿する。

このように、エアーコンプレッサーと水素循環ポンプは、FCVの発電システムにおいて重要な役割を担っている。エアーコンプレッサーは、始動後、絶えず酸素と水素をFCスタック内で反応させるため、アイドリング時の小流量から加速時の大流量まで、効率良く大気を吸引・圧縮することが求められる。また、エアーコンプレッサーは車両の加速時に大量の大気を吸引し、FCスタックへ供給するため、この時に発生する音の解消が課題だった。

水素循環ポンプには発電時に未反応の水素と発生する水を効率良く循環させることが、水素循環ポンプ用インバーターには水素循環ポンプの駆動に際し、電力消費のロスを最小限にして、効率よく制御することが求められる。

同社が新たに開発した製品は、これらのニーズに応える。同社はカーエアコン用コンプレッサーで培ってきた圧縮機・モーター・パワーエレクトロニクス技術をもとに、今後も更なる効率の改善、小型軽量を図り、FCVの性能向上に貢献していく。

また、「MIRAI」には、同社の製品としては、このほかカーエアコン用電動コンプレッサー、昇圧リアクトルとDC-DCコンバーターが搭載されており、今後のFCV用部品の需要拡大に対応していく。

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